CN1922399A - 空气/燃料调节 - Google Patents

Abstract

一种用于调节给燃烧室提供的空气和燃料的设备和方法，包括：装置(5)，用于以第一极性静电充电给燃烧室提供的空气；装置(12)，用于以与所述第一极性相反的极性静电充电给这个燃烧室提供的燃料；和装置(15，19；20)，用于预热这种燃料。

Description

空气/燃料调节

本发明涉及一种用于调节给燃烧室提供的空气和燃料的设备和方法。

本发明具体涉及调节给汽车或其他应用中的内燃机提供的空气和燃料，本发明最适用于燃料和空气分别喷射或导入到燃烧室的情况，例如，在柴油机，GCI(汽油直接喷射)或某些燃气发动机的情况。

然而，本发明更普遍地用于辅助燃烧，增加效率和/或减少来自原动机，燃烧器，锅炉或其他种类燃烧室的有害废气的排放。

人们已建议各种系统，其目的是提高内燃机的性能和/或减少废气的排放，它是通过充电或电离提供的空气和/或燃料实现的，例如，从US 4071004，US 4183337，US 4308844，US 5010869和US 6463917中已知的这种系统。

本发明试图提供这样一种设备和方法，借助于该设备和方法可以更容易实现这个目的。

因此，在一方面，本发明涉及一种用于调节给燃烧室提供的空气和燃料的设备，包括：

装置，用于以第一极性静电充电给燃烧室提供的空气；

装置，用于以与所述第一极性相反的极性静电充电给这个燃烧室提供的燃料；和

装置，用于预热这种燃料。

最好是，该设备适合于以负极性充电空气和以正极性充电燃料。

在每种情况下，充电装置包括：一个或多个尖形电极，该电极适合于连接到电功率源装置并延伸进入各自的管道，在使用时，空气或燃料通过该管道流入到燃烧室。

在各自的管道内还可以提供接地电极，该接地电极是在空气或燃料流动通过管道的方向上所述尖形电极的上游。

利用与燃烧室加热的流体进行热交换，可以预热该燃料。此外，或二者择一地，利用电功率装置可以预热该燃料。在具备这两种装置的情况下，该设备还可以包括：控制装置，当流体热交换装置不能有效地预热该燃料到规定的温度时(例如，当燃烧室还没有达到它的正常工作温度时)，该控制装置适合于操作电功率加热装置。

本发明还涉及一种配置上述空气和燃料调节设备的燃烧室。

本发明还涉及一种用于调节给燃烧室提供的空气和燃料的方法，包括：

以第一极性静电充电这种空气；

以与所述第一极性相反的极性静电充电这种燃料；和

预热这种燃料。

现在参照附图通过举例更具体地描述本发明的这些和其他特征，其中：

图1是在按照本发明一个实施例设备中通过空气调节单元的部分；和

图2是通过该设备中燃料调节单元的部分。

附图说明了空气和燃料调节单元的例子，该调节单元通常可以与柴油机或其他内燃机结合使用。

图1所示的单元1可以插入在发动机的进气系统中，在过滤器的下游，并尽可能接近发动机燃烧室的空气入口。

它包括：有入口部分2和出口部分3的管道，它们都是由介电材料制成，空气通过管道沿箭头‘A’的方向传输到发动机。在入口部分2与出口部分3之间是由多个尖形电极5形成的金属管道部分4，这些电极延伸到该管道的内部。

电缆6连接管道部分4到功率源(未画出)，该功率源提供负极性的低电流高DC或脉冲电压(通常是几个kV至1MV)到每个电极5。

在每个电极的尖端部分集中的顺向表面电场可以导致电晕放电并在流动通过该管道的空气中产生负电荷粒子(离子)。这种效应由于接地电极的存在而增强，例如，7处指示的环形电极，该电极是在沿上游方向与电极5相邻的管道内，产生的离子流的自然方向远离地。

图2所示的单元8可以插入在发动机的燃料管中，最好是在燃料泵的下游，并尽可能接近发动机燃烧室的燃料喷射器。

它包括：有入口部分9和出口部分10的管道，它们都是介电材料的，燃料通过管道沿箭头‘F’的方向传输到发动机。在入口部分9与出口部分10之间是由多个尖形电极12形成的金属管道部分11，这些电极延伸到该管道的内部。

电缆13连接管道部分11到功率源(未画出)，该功率源提供正极性的低电流高DC或脉冲电压(通常是几个kV至1MV)到每个电极12。

在每个电极的尖端部分集中的顺向表面电场可以导致电晕放电并在流动通过该管道的燃料中产生正电荷粒子(离子)。这种效应由于接地电极的存在而增强，例如，14处指示的环形电极，该电极是在沿上游方向与电极12相邻的管道内，产生的离子流的自然方向远离地。

在这个设备中，除了通过电离调节燃料以外，还可以对它进行预加热，在图2所示的两个单独装置是用于这个目的。

第一个装置包括：水盒15，来自发动机冷却系统的热水通过水盒15循环，该水盒有入口部分16和出口部分17。来自入口部分18的燃料流动通过水盒15内的蛇形通道19，在它传输通过管道9，11，10之前，从热水中吸取热量。

然而，在发动机达到它的正常工作温度之前，这不能有效地加热燃料，所以，为了适应于冷的起始条件，还提供一个电功率燃料加热器。图2表示放置在管道部分9内的电加热单元20的示意图，电加热单元20是响应于燃料温度传感器22受恒温调节器21的控制。

可以建立图2所示的燃料加热装置，使之当从冷却状态起动发动机时，电加热器20最初是工作的，而在恒温控制下，当发动机已被加热和高于规定温度的预加热燃料开始从水加热器15传输时，电加热器20被关断。

然而，在其他的实施例中，可以省却水加热器，仅仅利用一个或多个电加热器完成燃料的预加热。例如，在柴油机燃料的情况下，人们相信预加热到200℃左右的温度可能是有利的，而利用发动机冷却液作为热源不容易达到这个温度。

在另一个变型中，燃料调节单元中的单独接地电极14的功能可以由标号20那样的电加热器箱体代替。

虽然对以上例子的设备中空气和燃料调节的所有效应目前还不能完全明白，但是我们相信，向燃料中提供相同极性的电荷有助于随后的雾化以及在发动机内使燃料弥散成更细的微粒。

人们相信燃料的预加热有助于电离过程和增强粒子的雾化。此外，在与燃料相反的极性下对空气充电进行燃烧，随后的燃料与空气混合应当是更快和更完全。其结果是，可以更可靠地起动燃烧，而混合物的燃烧可以更加完全，从而导致较高的燃料经济效益，较高的功率输出和/或减少未燃烧的碳氢化合物，一氧化碳和颗粒的排放量。

还可以实现较低的废气温度和形成较少的氮氧化物。

Claims (15)

1.一种用于调节给燃烧室提供的空气和燃料的设备，其特征是，包括：

装置(5)，用于以第一极性静电充电给燃烧室提供的空气；

装置(12)，用于以与所述第一极性相反的极性静电充电给这个燃烧室提供的燃料；和

装置(15，19；20)，用于预热这种燃料。

2.按照权利要求1的设备，其特征是，该设备适合于以负极性充电空气和以正极性充电燃料。

3.按照权利要求1或2的设备，其特征是，用于静电充电空气的所述装置包括：一个或多个尖形电极(5)，该电极适合于连接到电子功率源装置并延伸进入管道(2，3，4)，在使用时，空气通过该管道流入到燃烧室。

4.按照权利要求3的设备，其特征是，还包括：在这种管道(2，3，4)内的接地电极(7)，该电极是在空气流动通过这种管道的方向上所述尖形电极(5)的上游。

5.按照以上权利要求中任何一个的设备，其特征是，用于静电充电燃料的所述装置包括：一个或多个尖形电极(12)，该电极适合于连接到电功率源装置并延伸进入管道(9，10，11)，在使用时，燃料通过该管道流入到燃烧室。

6.按照权利要求5的设备，其特征是，还包括：这种管道(9，10，11)内的接地电极(14)，该电极是在燃料通过这种管道的方向上所述尖形电极(12)的上游。

7.按照以上权利要求中任何一个的设备，其特征是，所述预热装置(15，19；20)是位于燃料流入到燃烧室的方向上用于静电充电燃料的所述装置(12)的上游。

8.按照以上权利要求中任何一个的设备，其特征是，所述预热装置包括：用于预热这种燃料的装置(15，19)，它是通过与由燃烧室加热的流体进行热交换而预热。

9.按照以上权利要求中任何一个的设备，其特征是，所述预热装置包括：电功率加热装置(20)。

10.按照权利要求9的设备，其特征是，所述电功率加热装置包括：设置在管道(9，10，11)内的元件(20)，在使用时，燃料通过该管道流入到燃烧室，该燃烧室还用作所述接地电极(14)。

11.按照权利要求8，9或10的设备，其特征是，还包括：控制装置(21，22)，当所述流体热交换装置(15，19)不能有效地预热这种燃料到规定的温度时，该控制装置适合于操作所述电功率加热装置(20)。

12.一种燃烧室，其特征是，配备按照以上权利要求中任何一个的设备，该设备用于调节给燃烧室提供的空气和燃料。

13.按照权利要求12的燃烧室，其特征是，该燃烧室是内燃机。

14.一种调节给燃烧室提供的空气和燃料的方法，其特征是，包括以下步骤：

以第一极性静电充电这种空气；

以与所述第一极性相反的极性静电充电这种燃料；和

预热这种燃料。

15.按照权利要求14的方法，其特征是，借助于按照权利要求2至12中任何一个的设备实施该方法。

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