CN103104381A - 激光加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸发燃料的方法。该方法包含通过辐射加热发动机的汽缸中的燃料从而在不点燃的情况下蒸发燃料。这样，可以加热燃料从而在点火之前增加蒸发效率。

Description

激光加热系统

技术领域

本发明涉及一种用于加热发动机中的燃料的激光器。

背景技术

发动机的汽缸中的有效燃烧会受诸多因素的影响，这些因素包括燃料的完全蒸发和蒸发的燃料与进气的均匀化。不完全蒸发和/或混合会导致燃料经济性降低、排放较差和不稳定燃烧事件，例如不点火。

已经采取多种措施改进燃烧效率。可以在燃料到达汽缸之前加热燃料，但是，这实际上会降低发动机效率，因为热会逸出至其它组件，例如燃料管路。此外，由于燃料的挥发性，汽缸外部加热燃料会增加爆炸的风险。

发明内容

发明人认识到上述方法的这些问题，并提供一种至少部分解决这些问题的方法。在一个实施例中，蒸发燃料的方法包含通过辐射加热发动机汽缸中的燃料从而在不点燃的情况下蒸发燃料。

这样，可以用辐射将汽缸中的燃料加热至燃料的蒸发点，从而在点火之前增强蒸发。在一个实施例中，激光加热系统可以将激光能量引导至汽缸从而在喷射燃料时加热燃料。可以基于例如发动机温度和汽缸压力这样的操作条件调整激光能量的一个或多个参数，例如激光能量的焦点位置、激光能量的数量和/或持续时间。如此，蒸发燃料所需要的在为了蒸发和均匀化而优化的位置引导的能量的最小量可以用于在燃料随后点火时，无论通过火花点火、压缩点火或者其它点火方式，都能提高发动机效率并降低排放。

参见以下详细说明或结合附图，本发明的上述优点和其它优点以及特征将更加显而易见。

应当理解的是，提供上述内容是为了以简化的方式介绍在具体实施例部分进一步说明的概念的选择。并不意味着指出要求保护的主题的关键内容或本质特征，本发明的范围由权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上指出的缺点的实施方式或本发明的任何部分。

附图说明

图1表示多缸发动机的示例性汽缸。

图2表示包括激光加热系统的图1的汽缸的实施例。

图3表示包括联接至喷嘴的激光加热器的图1的汽缸的另一实施例。

图4表示包括可调整的反射区域的图1的汽缸的实施例。

图5表示说明通过根据本发明的实施例的外部燃料加热源加热燃料的方法的流程图。

图6表示说明操作根据本法的实施例的激光加热系统的方法的流程图。

图7表示说明确定根据本发明的实施例的激光器焦点位置的方法的流程图。

图8表示说明确定根据本发明的实施例的激光能量数量和持续时间的方法的流程图。

图9表示说明操作根据本发明的实施例的激光加热器的方法的流程图。

具体实施方式

为了改善燃料蒸发，尤其在发动机冷起动条件下，可以使用辐射将热引导至喷射的燃料，在不点燃燃料的情况下提高燃料蒸发。图1表示包括汽缸、火花点火系统和燃料喷嘴的示例性发动机。图2-4表示图1的汽缸的各种实施例，其中包括通过辐射加热汽缸中的燃料的机构以及通过激光加热器在喷嘴中加热燃料的机构。图5-9表示可以由图1的发动机的控制系统执行的各种控制程序。

具体参照图1，其包括表示多缸内燃发动机10的一个汽缸的示意图。可以由包括控制器12的控制系统以及由通过输入装置130从车辆驾驶员132得到的输入至少部分地控制发动机10。在该实施例中，输入装置130包括油门踏板和产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。

发动机10的燃烧汽缸30可以包括燃烧汽缸壁32及设置在其中的活塞36。活塞36可以联接至曲轴40以便将活塞的往复运动转化为曲轴的转动。曲轴40可以通过中间传动系统联接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动电动机（starter motor）可以通过飞轮联接至曲轴40从而能够使发动机10起动运行。电池14可以通过交流发电机（未示出）和一个或多个轴或皮带轮联接至发动机10。电池14可以储存通过交流发电机产生自发动机的转动的电流并且可以放出能量从而使例如起动发电机这样的发动机组件运转。

燃烧汽缸30可以通过进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可以通过排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48分别可以通过进气阀52和排气阀54选择地与燃烧汽缸30连通。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以包括两个或更多个进气阀和/或两个或更多个排气阀。

在该实施例中，进气阀52和排气阀54可以分别通过凸轮驱动系统（cam actuation system）51和53受凸轮驱动的控制。凸轮驱动系统51和53可以每个都包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作的一个或多个凸轮轮廓变换（CPS）系统、可变凸轮正时（VCT）系统、可变气门正时（VVT）系统和/或可变气门升程（VVL）系统来改变阀门操作。进气阀52和排气阀54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可选择的实施例中，进气阀52和/或排气阀54可以由电动阀门驱动控制。例如，汽缸30可以可选择地包括通过电动阀门驱动控制的进气阀和通过包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气阀。

所示的燃料喷嘴66直接联接至燃烧汽缸30，用于按照通过电子驱动器68从控制器12接收到的信号脉冲宽度FPW成比例地直接喷射其中的燃料。这样，燃料喷嘴66提供被称为燃料向燃烧汽缸30中的直接喷射。燃料喷嘴可以例如安装在燃烧汽缸的一侧或者安装在燃料汽缸的顶部。可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料分配管的燃料输送系统（未示出）将燃料输送至燃料喷嘴66。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以可选择地或附加地包括以以下结构设置在进气通道42中的燃料喷嘴：提供被称为燃料向燃烧汽缸30的进气口上游的气道喷射（port injection）。

进气通道42可以包括气流运动控制阀（charge motion control valve，CMCV）74和CMCV板72并且还可以包括具有节流阀板64的节流阀62。在该特定实施例中，可以通过提供至包括在节流阀62中的电动机或促动器的信号由控制器12改变节流阀板64的位置，该结构可以被称为电子节流阀控制（ETC）。这样，可以操作节流阀62改变提供至其它发动机燃烧汽缸中的燃烧汽缸30的进气。进气通道42可以包括分别将信号MAF和MAP提供至控制器12的空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。

在选择操作模式下，点火系统88可以响应来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92将点火火花提供至燃烧室30。尽管示出了火花点火组件，但在一些实施例中，可以在有点火火花或没有点火火花的情况下以压缩点火模式操作燃烧室30或发动机10的一个或多个其它燃烧室。

所示的排气传感器126联接至催化转化器70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何适合的传感器，例如线性氧传感器（linear oxygen sensor）或UEGO（通用或宽域废气氧（universal or wide-range exhaust gas oxygen））传感器、双态氧传感器或EGO传感器、HEGO（加热的EGO）传感器、NO_x传感器、HC传感器或CO传感器。排气系统可以包括起燃催化剂（light-off catalysts）和底部催化剂，以及排气歧管、上游和/或下游空气-燃料比传感器。在一个实施例中，催化转化器70可以包括多个催化剂块（catalyst brick）。在另一实施例中，可以使用每个都具有多个块的多个排放控制装置。在一个实施例中，催化转化器70可以是三效型催化剂（three-way type catalyst）。

图1中所示的控制器12为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在该特定实施例中示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效记忆体（keepalive memory）110和数据总线。控制器12可以接收来自联接至发动机10的传感器的各种信号和信息，除了前述的那些信号以外，还包括：来自空气流量传感器120的引入的空气流量（MAF）的测量结果；来自联接至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT）；来自联接至曲轴40的霍尔效应传感器118（或其它类型）的表面点火感测信号（profileignition pickup signal）（PIP）；来自节流阀位置传感器的节流阀位置（TP）；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。可以用表示由处理器102执行的指令的计算机可读数据为存储介质只读内存106编写程序，从而执行下述方法以及方法的各种变体。发动机冷却套管114联接至客舱加热系统（cabin heating system）9。

如上所述，图1仅表示多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其各自的进气/排气阀、燃料喷嘴等等。

在某些条件下，例如在发动机冷起动条件下，喷射到汽缸中用于燃烧的燃料会是冷的、阻碍有效蒸发和均匀化的。在一些实施例中，可以通过辐射加热源加热燃料。图2和3描绘通过辐射加热源加热燃料的两个示例性实施例。图2描绘通过辐射直接加热汽缸中的燃料的实施例，图3描绘利用联接至喷嘴的激光加热器加热喷嘴中的燃料的实施例。图2和图3都描绘图1所示的汽缸30。尽管没有在图2和3中示出，但应当理解的是，参照图1所描述的其它组件可以包括在图2和3所描绘的实施例中。

图2表示包括激光激发器188和激光控制单元（LCU）190的激光加热系统192。LCU 190使激光激发器188产生激光能量。LCU 190可以接收来自控制器12的操作指令。激光激发器188包括激光振荡部分186和光会聚部分（light converging portion）184。光会聚部分184将激光振荡部分186产生的激光会聚在燃烧汽缸30的焦点182上。

激光加热系统192可以在燃料喷射过程中或紧随燃料喷射将激光能量引导至燃烧汽缸30的一个或多个位置。在一个实施例中，激光加热系统192可以将激光能量引导至位于邻近燃料喷嘴顶端的位置的燃料，从而将激光能量提供给喷射的燃料。该激光能量会加热燃料，导致其蒸发。激光加热系统192可以设置为由控制器12通过LCU 190控制，从而在不点燃燃料的情况下，在有效蒸发燃料的最佳位置将特定数量的激光能量提供至燃烧汽缸30一段持续时间。一俟蒸发，可以通过火花点火系统88点燃燃料。

激光加热系统192设置为根据汽缸条件调整一个或多个激光操作参数。例如，可以在发动机的进气和/或动力冲程过程中利用激光能量加热喷射的燃料，包括在发动机起动（engine cranking）过程中、发动机预热操作过程中和已预热的发动机操作过程中。由燃料喷嘴66喷射的燃料会在进气冲程的至少一部分过程中形成空气-燃料混合物，在该过程中，燃料的蒸发和由激光激发器188产生的激光能量增加了燃料的均匀化从而形成在被点火系统点燃时会更加有效燃烧的空气/燃料混合物。

LCU 190可以引导激光激发器188从而根据操作条件在不同位置聚焦激光能量。例如，LCU 190可以基于燃料喷嘴66的位置和角度引导激光激发器188在默认位置（default location）聚焦激光能量。可以基于汽缸压力、汽缸中进气的涡流、进气和排气阀开启的时机等调整该默认位置。

利用激光加热系统192加热可以选择性地发生，并且可以对例如发动机冷却液温度（ECT）这样的温度作出响应而执行利用激光加热系统192加热。在一个实施例中，LCU 190仅在ECT低于阈值时在燃料喷射过程中会引导激光激发器188聚焦激光能量。此外，LCU 190仅在电池的充电状态处于阈值水平之上时在燃料喷射过程中会引导激光激发器188聚焦激光能量。在此情况下，可以最小化用于操作激光加热系统192的能量的数量。

控制器12控制LCU 190并且具有永久计算机可读存储介质，包括用于基于汽缸压力（例如基于相对于上死点（TDC）的活塞36的位置）调整激光能量输送的位置的编码。可以在汽缸30中的不同位置引导激光能量。控制器12还可以结合用于确定发动机10的操作模式的附加的或可选择的传感器，包括附加的温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机转动速度、空气量和燃料喷射量的传感器。此外或可选择地，LCU190可以与各种传感器，例如霍尔效应传感器118，直接连通，用于确定发动机10的操作模式。

图3表示通过激光加热器加热燃料的实施例。在该实施例中，激光加热器194设置在喷嘴66周围。激光加热器194可以设置为将激光能量引导至喷嘴66，例如引导至释放燃料的喷嘴的顶端。与上述参照图2说明的激光加热系统192类似，激光加热器194可以具有激光激发器。在描绘的实施例中，激光激发器整合在激光加热器194中。此外，可以提供激光控制单元190控制提供至激光加热器194的激光能量的数量，以及提供激光能量的时机和持续时间。

尽管图3和4描绘利用激光能量的燃料加热系统的实施例，但在一些实施例中，还可以使用不同于激光能量的微波激射能量（maser energy）。微波激射器设置为发射能量会低于由激光器发射的辐射的微波能量。这样，微波激射器能够在无点燃风险的情况下将燃料加热至蒸发点。此外，微波激射器可以利用比激光器更少的能量，因此会更加节能高效并且成本效益高。

图4表示可以包括在发动机10中的活塞36的实施例。图4的活塞包括可移动反射区202，这里所示的可移动反射区202位于活塞36的顶面。可移动反射区202可以是能够容纳于活塞36和汽缸30中的各种适合的尺寸或形状。此外，活塞36可以与超过一个的可移动反射区202相关联。为了便于激光能量在在整个燃烧汽缸30中有更大的分布，一个或多个反射区202可以通过将激光能量改变方向至多个不同的汽缸位置从而协助激光加热系统192加热喷射的燃料。尽管在另一实施例中，一个或多个反射区202可以静止但不阻止激光激发器188在用于点燃空气/燃料混合物的第一位置聚焦激光能量，但一个或多个反射区202的动态性质允许反射区202可以在一些情况下得以使用（例如，在加热过程中）并且在其它情况下不可用（例如，在燃烧过程中或当加热不再有利时）。一个或多个反射区202可以设置在燃烧汽缸30中的其它位置以协助激光能量改变方向，因此有利于燃烧汽缸30中激光能量的更大分布。可选择地，在另一实施例中，在不存在于燃烧汽缸30中的反射区202的帮助下，激光激发器188可以产生并引导激光能量。

图5表示用于操作外部燃料加热源的方法500。可以响应于发动机条件由例如控制器12这样的车辆控制系统执行方法500，该发动机条件指示加热源对燃料的增强的蒸发可以用于有效地蒸发燃料。这样的条件包括发动机起动，尤其是发动机冷起动。因此，在501，方法500包括确定发动机是否起动。在发动机起动过程中，发动机和燃料会是冷的，这对会增加排放的较差燃料蒸发有贡献。如果发动机没有启动，例如，如果发动机之前已经起动并正在运转，则方法500进入510，在没有用外部加热源加热燃料的情况下操作发动机，因为由发动机产生的热会加热燃料足以有效地蒸发燃料。此处所使用的“外部燃料加热源”可以包括除了由燃烧产生的热和相关的废热以外的加热源，例如联接至汽缸的激光加热系统。

如果发动机正在起动，则方法500进入502确定发动机温度是否低于阈值。例如，可以基于由传感器112确定的发动机冷却液温度（ECT）推断发动机温度。阈值可以是燃料不会有效地蒸发时的适合的阈值，例如环境温度，或者例如100°F的具体温度。如果答案是否定的，并且发动机温度不低于阈值，则方法500进入510，在没有用外部加热源加热燃料的情况下操作（例如，继续起动）发动机。

如果答案是肯定的，并且发动机温度低于阈值，则方法500进入504，确定电池充电状态是否大于阈值。电池充电状态例如可以通过监测流入和流出电池的电流、电池电压、电池温度、电池寿命或它们的各种组合来确定。如果电池充电状态不大于阈值，例如，大于30%，则操作外部燃料加热源的能量会对电池和电气系统施加相当大的负荷，尤其是在起动装置和/或其它组件已经会产生明显电力负荷的发动机冷起动过程中。因此，方法500进入510，在没有利用外部燃料加热源的情况下操作（例如，起动）发动机。如果充电状态在阈值之上，则方法500进入506，操作外部燃料加热源从而加热燃料以增强蒸发。如前参照图2和3所述，外部加热源可以是紧随燃料喷射到汽缸中之后将辐射能量直接提供给燃料的激光或微波激射加热系统。在其它实施例中，外部加热源可以是在喷射燃料时引导辐射能量加热喷嘴的联接至喷嘴的激光或微波激射加热器。可以贯穿发动机循环（例如，在燃料喷射之前的进气冲程）提供供应至加热燃料的辐射，从而将汽缸和/或喷嘴维持在足以有效蒸发燃料的温度。然而，在其它实施例中，可以仅在燃料喷射过程中或紧随燃料喷射之后提供辐射，从而提供能量的离散脉冲以蒸发燃料。这样，可以仅提供蒸发燃料所需的能量，并且可以避免过多的能量消耗。

一俟喷射燃料，无论是否在506通过外部加热源加热燃料或者无论是否在510通过外部加热源加热燃料，在508通过火花点火系统点燃喷射的燃料，然后方法500退出。

除了发动机冷启动以外，通过外部燃料加热源加热的燃料会有利于在其它操作条件下蒸发燃料，特别是其他起动条件。这样的条件可以包括怠速熄火之后的发动机自动起动，或者包括具有高乙醇百分比的燃料的喷射的发动机起动等等。

正如之前说明的，外部燃料加热源可以是激光加热系统，或者在其它实施例中，其可以是激光加热器。图6表示利用联接至汽缸的激光加热系统蒸发燃料的方法600，激光加热系统例如是参照图2说明的激光加热系统。如果确定将要用外部燃料加热源加热燃料，可以由控制器12执行方法600作为如图5所示的方法500的一部分。

方法600包含：在602，确定燃料含量参数。发动机中喷射的燃料可以根据诸多因素改变其组成。例如，在一些地理区域，在油箱再补充过程中可用的燃料可以是与其它地理区域相比辛烷值较低的燃料。此外，一些燃料可以仅包含汽油，而其它燃料可以例如是汽油和乙醇的混合物。除此之外，可以根据一年中的时节，例如季节改变燃料混合物，因为燃料的性能需要会随环境温度改变而改变。这些变化的燃料参数会改变燃料的蒸发点，因为例如乙醇具有与例如传统的汽油相比较高的蒸发温度。照此，当利用激光加热系统加热燃料时，在不点燃的情况下确定蒸发燃料所需要的激光能量的数量和/或持续时间时会考虑燃料的参数。确定燃料含量参数可以包括在604基于排气传感器输出确定燃料含量参数。例如传感器126这样的排气传感器可以设置为将信号发送至可以用于测量燃料的乙醇含量的控制器。例如，通过确定排气中源自于水的氧分子的分数，可以确定燃料的乙醇含量。此外，可以在606基于一年中的时节（例如季节）和/或地理位置确定燃料含量参数。

在608，可以基于发动机温度确定燃料的初始温度。燃料的初始温度可以是喷射燃料之前的通过总的发动机温度估计的燃料温度。

激光加热系统可以设置为在燃料离开喷嘴的汽缸区域中引导激光能量束。燃料喷射时行进的方向、燃料与进气的混合水平以及燃料的温度和汽缸的温度都会影响燃料蒸发的效率。照此，激光加热系统可以设置为基于汽缸操作参数调整一个或多个参数，例如调整激光焦点位置，从而有效地蒸发喷射的燃料。为此，在610确定汽缸操作参数。汽缸操作参数可以包括点火时机、凸轮轴位置、活塞位置、气流运动控制阀位置、节流阀位置等等。可以相对于燃料喷射确定这些汽缸操作参数，例如，可以在燃料喷射之前的时间点或燃料喷射过程中确定这些汽缸操作参数。

在612，基于汽缸操作参数确定激光焦点位置。以下将参照图7更加详细地说明激光器焦点位置的确定。在614，基于燃料温度、燃料参数和汽缸操作参数确定将要由激光加热系统发出的激光能量的持续时间和数量，正如以下将参照图8进行更加详细的说明的那样。在616，在燃料喷射过程中操作激光激发器在确定的位置发出激光能量持续确定的持续时间。

因为燃料蒸发和混合会受到例如汽缸压力这样的汽缸操作参数的影响，所以可以基于汽缸操作参数调整由激光加热系统提供的激光能量的位置和持续时间以及激光能量的数量，正如以下参照图7-8进行说明的那样。

图7表示用于确定激光加热系统的焦点位置的方法700。方法700可以在实施方法600的过程中由控制器120执行，从而确定激光器焦点位置，例如，在612。方法700包括，在702，基于燃料喷嘴的位置和角度设定初始焦点位置。初始焦点位置可以是在车辆制造时预先确定的默认位置，因为喷嘴的位置和角度不大可能改变。可以将激光器焦点位置初始设定为邻近燃料离开喷嘴的位置，以便当喷射燃料时和分散燃料并与进气混合之前蒸发燃料。然而，各种汽缸操作参数会影响燃料离开喷嘴的角度、喷射后燃料行进的方向、燃料多快分散等等，这些都会对燃料蒸发的效率产生影响。

为了说明由上述汽缸操作参数导致的燃料离开喷嘴后的行进路径的改变，方法700包括在704基于相对于燃料喷射的操作参数调整焦点位置。调整焦点位置可以包括在706当活塞位置移动更接近TDC时朝喷嘴和/或远离汽缸壁移动焦点位置。在压缩冲程中，当活塞向上行进时，汽缸压力增加，并且会增加至足以破坏喷射的燃料的流动路径。照此，可以将激光器焦点位置调整至更接近初始喷射位置，因为汽缸压力会阻止燃料的分散超过初始喷射点。可以基于燃料相对于活塞位置的喷射时机调整激光器焦点位置，例如，在初期燃料喷射事件过程中，可以更远离活塞喷射燃料（因为活塞进一步来自TDC），以及在后燃料喷射事件过程中，可以更接近活塞喷射燃料。在另一实施例中，可以根据燃料喷射时机调整焦点位置。

调整焦点位置可以包括在708当气流运动控制阀（CMCV）关闭时朝汽缸的中心移动焦点。CMCV设置为在关闭时，尤其是在低发动机速度和负载时，在汽缸中产生进气的额外的涡旋和翻滚。额外的涡旋会使燃料移动更接近汽缸的中心，并且可以相应地调整焦点位置。

调整焦点位置可以包括在710当排气阀开启时朝汽缸的中心移动焦点。开启排气阀会导致空气朝排气通道移动，并且致使燃料更加朝汽缸的中心分散，因此可以调整激光器焦点位置从而进行补偿。

这里所述的基于汽缸参数对焦点位置的示例性调整不是限制性的。会改变燃料喷射后的流动的其它汽缸参数包括节流阀的位置、进气阀的位置等。此外，每一个列出的汽缸操作参数可以以各种组合出现，例如，CMCV可能关闭并且在同一时刻（例如在燃料喷射过程中）活塞可能接近TDC，照此，焦点位置可以基于这些参数。在这样的情况下，汽缸压力会改变燃料的向下流动，但增加的涡旋会抵消它。焦点位置可以位于为每一个参数各自确定的位置之间的中间或以另一种合适的方式调整。在一些实施例中，可以正好在燃料喷射之前设定激光器焦点位置，并且设定后就不会改变。在另一实施例中，可以在燃料喷射之前设定焦点位置，然后在燃料喷射过程中或者紧随燃料喷射改变焦点位置，从而跟随燃料路径由于改变汽缸操作参数而引起的改变。

图8表示用于确定激光加热系统提供的激光能量的数量和/或持续时间的方法800。在执行方法600的过程中可以由控制器12执行方法800，从而确定激光能量的数量和持续时间，例如，在614。方法800包括，在802，基于初始燃料温度和燃料的蒸发点设定初始能量数量和持续时间。例如，可以确定燃料的蒸发温度和初始温度之间的差值，可以基于该差值设定提供的激光能量的数量以及持续时间，使得喷射的燃料的温度可以增加至蒸发点而不超过蒸发点。与以上参照图7说明的会影响燃料路径的操作参数类似，汽缸操作参数也会影响在不点燃的情况下蒸发燃料所需的能量的数量。因此，在804，可以基于相对于燃料喷射的操作参数调整由激光加热系统提供的激光能量的数量和/或持续时间。在806，可以随着活塞位置移动更接近TDC而减少提供的能量的数量。活塞越接近TDC，汽缸中就会建立更多的压力。结果，汽缸中空气的温度会增加，当喷射燃料时，燃料的温度增加。因此，蒸发燃料会需要较少的激光能量。在808，由激光加热系统提供的激光能量的数量会随着CMCV开启而增加。当发动机速度和/或负载增加时，CMCV趋于开启，因为到达汽缸的进气的数量增加。由于进气量增加，汽缸的温度会降低。此外，喷射的燃料的数量会随着负载的增加而增加。因此，提供的激光能量的数量会增加从而蒸发燃料。类似地，在810，提供的激光能量的数量会随着发动机速度和负载增加而增加。

因此，上述参照图5-8说明的方法用于利用激光加热系统在燃料喷射到汽缸的过程中加热燃料。提供的用于加热燃料的激光能量的数量可以基于燃料的初始温度和燃料的蒸发点，并且可以基于燃料喷嘴的位置将其引导至汽缸中的某一位置。可以基于例如活塞位置、CMCV位置等这样的相对于燃料喷射时机的操作参数调整提供的能量的数量和焦点位置。燃料一俟喷射，就会被激光加热系统蒸发并且在汽缸中与空气混合，提供可以被火花点火系统点燃的燃料/空气混合物。

照此，可以基于燃料喷射时机相对于曲轴和/或活塞位置调整激光器的操作，例如用于蒸发燃料的加热时机和强度。在一个实施例中，激光加热可以在进气冲程喷射过程中相对于进气冲程的TDC较早地开始，并持续较短的持续时间；反之，激光加热可以在压缩冲程喷射过程中相对于进气冲程的TDC较晚地开始，并持续较长的持续时间。在另一实施例中，可以基于燃料喷射时机相对于进气和/或排气阀开启时机调整激光加热的时机。在一个实施例中，如果在喷射过程中进气阀开启，则激光加热可以在相对于燃料喷射较早的时刻开始，或者如果排气阀开启，则激光加热可以在相对于燃料喷射较晚的时刻开始。在一些实施例中，激光加热可以在燃料喷射已经起动之后开始并在燃料喷射完成之后但在火花点火之前结束。

此外，在一些实施例中，可以基于喷射的燃料的燃料乙醇组成调整激光加热的时机和/或强度。例如，如果喷射的燃料具有相对高的乙醇含量，则与具有较低的乙醇含量的燃料相比，激光加热可以相对于喷射时机较早地开始。同样，对于高乙醇含量燃料，激光加热的强度和激光加热的持续时间会相对于较低乙醇含量燃料增加。

在另一实施例中，可以通过联接至燃料喷嘴的激光加热器加热燃料，其中激光加热器将激光能量引导至喷嘴以在喷射燃料时加热燃料。图9表示利用联接至喷嘴的激光加热器，例如参照图3说明的激光加热器，蒸发燃料的方法900。如果确定将要用外部燃料源加热燃料，可以由控制器12执行方法900作为参照图5说明的方法500的一部分。

在902，方法900包括确定燃料含量参数。与参照图6说明的方法600的602类似，确定燃料含量参数可以包括在904基于排气传感器输出确定燃料含量参数以及/或者可以在906基于季节和/或地理位置确定燃料含量参数。

在908，可以基于发动机温度确定燃料的初始温度。与方法600的608类似，燃料的初始温度可以是喷射之前的燃料温度，如通过总的发动机温度所估计的。

在910，在燃料喷射过程中操作激光加热器。操作激光加热器可以包括在912操作激光激发器激发被引导至燃料喷嘴的激光发射。发出的激光能量的数量和/或持续时间可以在914基于之前确定的燃料蒸发点和初始燃料温度。例如，可以确定蒸发温度和初始温度之间的差值，可以基于该差值设定提供的激光能量的数量和持续时间，使得喷射的燃料的温度会增加至蒸发点而不超过蒸发点。然而，在一些实施例中，燃料可以由激光加热器加热至正好低于蒸发点的温度，从而避免喷嘴中燃料蒸汽的出现。

应当理解的是，这里公开的结构和方法实质上是示例性的，并且这些具体的实施例不能以限制的意义考虑，因为可能存在诸多变体。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、直列四缸和其它发动机类型。本发明的主题包括这里所公开的各种系统和结构以及其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合及子组合。

权利要求书具体指出认为新颖和非显而易见的特定的组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当将这样的权利要求理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不必需也不排除两个或更多这样的元件。公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过本发明的权利要求书或通过以此或相关应用中的新的权利要求书的限定主张权利。这样的权利要求书，无论较宽、较窄、相等或不同于原始权利要求书的范围，也可以看作是包括在本发明的主题内。

Claims (10)

1.一种蒸发燃料的方法，其特征在于，包含：

通过辐射加热发动机汽缸中的燃料从而在不点燃的情况下蒸发燃料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含用火花点火点燃汽缸中的燃料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过辐射加热发动机汽缸中的燃料进一步包含通过联接至汽缸的微波激射器加热发动机汽缸中的燃料。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过辐射加热发动机汽缸中的燃料进一步包含通过联接至汽缸的激光器加热发动机汽缸中的燃料。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含基于相对于气流运动控制阀位置的燃料喷射时机调整激光器焦点位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含基于相对于活塞位置的喷射时机调整激光器焦点位置。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含基于相对于进气阀位置和/或排气阀位置的喷射时机调整激光器焦点位置。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含基于相对于进气和排气阀开启时机的燃料喷射时机调整激光加热时机。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含基于喷射的燃料的燃料乙醇组成调整激光加热的时机或强度。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含基于相对于活塞位置的燃料喷射时机调整激光加热的时机，激光加热在燃料喷射开始之后开始但在燃料喷射结束之后但在打火时机之前结束。

Images