專利名稱：用于內(nèi)燃機的燃料供應系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的燃料供應系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本申請人以前發(fā)明了一種在國際申請PCT/AU95/00239中描述的燃料供應系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個汽化室，其中設有一個泡沫套，用于懸浮來自文氏管入口的氣流中的燃料以汽化燃料，汽化的燃料在混合室中與空氣混合，然后被輸送到內(nèi)燃機的一個進入歧管。燃料經(jīng)由一個油泵提供到泡沫套的下部，任何過多的燃料經(jīng)由一個清除系統(tǒng)返回到燃料源。該在前的燃料供應系統(tǒng)的實施方式在燃料效率上提供了顯著的增加，其中在六缸的車輛發(fā)動機中的燃料消耗量從大約每100公里13升減小到大約每100公里2.6升。
以該系統(tǒng)作為基礎開始，申請人進行了各種改進，從而產(chǎn)生了進一步的燃料供應系統(tǒng)，其以不同的原理進行工作，機械結(jié)構(gòu)上更加簡單，并且潛在地提供更大的燃料效率。

發(fā)明內(nèi)容
在整個說明書和權(quán)利要求中，關(guān)于燃料的術(shù)語“熱裂化”用來意指高分子量碳氫化合物向低分子量碳氫化合物的汽化、揮發(fā)或分解，或其結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于內(nèi)燃(IC)機的燃料供應系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括一個限定熱裂化室的外殼，且該外殼設有一個在所述熱裂化室上游的空氣入口通道和一個在所述熱裂化室下游的出口通道；用于將燃料霧噴射入所述熱裂化室的燃料噴射裝置；和用于加熱通過所述入口通道流入所述熱裂化室的空氣的裝置，以產(chǎn)生溫度在110℃-260℃范圍內(nèi)的熱空氣；
由此，在使用中，所述燃料通過與所述熱空氣的分子進行碰撞在所述熱裂化室中熱裂化，形成一種熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物，其經(jīng)由所述出口通道提供給所述內(nèi)燃機的燃料進入歧管。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種用于內(nèi)燃機的燃料供應系統(tǒng)，至少包括一個腔室，該腔室具有第一和第二相對端壁以及一個在所述相對端壁之間延伸的側(cè)壁，具有一個形成于所述第一壁中的入口通道和一個形成于所述第二壁中的出口通道；一個用于將燃料霧噴射入所述腔室的燃料噴射器；一個用于將空氣加熱到110℃至260℃之間的一個溫度的空氣加熱器；一個通過所述空氣入口將所述被加熱空氣導入所述腔室的管道；所述燃料霧在所述腔室中與熱空氣混合，導致燃料的熱裂化，并形成一種熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物，從所述出口吸取所述混合物以在所述內(nèi)燃機的燃燒室中燃燒。
優(yōu)選地，所述入口通道的直徑小于所述腔室的直徑，由此所述被加熱空氣在通過所述入口通道流入所述腔室中時壓力減小。
優(yōu)選地，所述出口通道的直徑小于所述入口通道。
優(yōu)選地，所述腔室的直徑至少是所述出口通道的直徑的2.5倍。
優(yōu)選地，所述入口通道和出口通道分開至少20厘米的距離。
優(yōu)選地，所述入口通道的直徑大約是60毫米。
優(yōu)選地，所述出口通道具有大約42毫米的直徑。
優(yōu)選地，所述燃料噴射器將燃料從所述第一壁噴入所述腔室中。
優(yōu)選地，所述燃料噴射器包括一個或多個圍繞所述入口通道布置的孔口。
優(yōu)選地，所述入口通道形成有一個直徑逐漸增大的下游部分。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一個與所述燃料噴射裝置耦合的控制器，以控制所述燃料霧向所述腔室中的噴射。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一個空氣溫度傳感器，用來將一個第一信號提供給所述控制器，該第一信號表示通過所述入口通道流入所述腔室中的空氣的溫度，且其中該控制器編程為與所述空氣溫度的變化相反地改變所述燃料霧中的燃料量。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一個氧傳感器，其布置在所述內(nèi)燃機的排氣歧管中并將一個第二信號提供給所述控制器，該第二信號表示所述裂化燃料在內(nèi)燃機中的燃燒所產(chǎn)生的廢氣中的氧含量，且其中該控制器編程為與所述氧含量的變化相反地改變所述燃料霧中的燃料量。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一個設于所述出口中的閥，其適合于連接到裝有所述內(nèi)燃機的車輛的加速控制器上，所述閥具有一個對所述裂化燃料流到所述燃料進入歧管提供最大限制的最小打開位置，和一個對所述裂化燃料流到所述燃料進入歧管提供最小限制的最大打開位置，還包括一個閥位置傳感器，該傳感器將表示該閥的打開程度的第三信號提供給所述控制器，且其中該控制器編程為與該閥的打開程度成比例地改變所述燃料霧中的燃料量。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一個冷起動燃料噴射器，用于在所述內(nèi)燃機的初期運行時將燃料霧噴入一個連接到所述出口的管道中。
優(yōu)選地，所述控制器還操作地耦合到所述冷起動燃料噴射器，用來基于空氣溫度通過該冷起動噴射器控制燃料霧中的燃料量，以便當空氣溫度超過一個閥值溫度時，控制器停用該冷起動燃料噴射器。
優(yōu)選地，所述外殼呈具有第一和第二相對軸向端部的圓柱形筒的形式，其中所述空氣吸入和所述燃料噴射裝置分別從所述第一軸向端部供給空氣和所述燃料霧；其中所述出口設置在第二軸向端部。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在內(nèi)燃機中的燃燒之前調(diào)節(jié)液體燃料的方法，所述方法包括提供一個腔室，該腔室在一端具有一個入口通道，而在相對端具有一個出口通道；將霧狀液體燃料噴入所述腔室中；通過所述入口通道將溫度處于110℃至260℃之間的被加熱空氣引入所述腔室中；由此，所述燃料與所述加熱空氣混合以熱裂化所述液體燃料，并形成一種熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物；和從所述出口吸取該混合物以在所述內(nèi)燃機中燃燒。


現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的燃料供應系統(tǒng)的第一實施例的示意圖；和圖2是燃料供應系統(tǒng)的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式
參考圖1，一個用于內(nèi)燃機(未示出)的燃料供應系統(tǒng)10包括一個外殼12，其確定了一個腔室14，并設置有一個在腔室14上游的空氣入口通道16和一個在腔室14下游的出口通道18，呈燃料噴射器20形式的燃料噴射裝置設置在該系統(tǒng)中以將燃料霧噴入腔室14中。系統(tǒng)10還包括一個加熱器22，其用于加熱通過管道17經(jīng)由入口通道16流入腔室14中的空氣，以產(chǎn)生溫度處于110℃-260℃范圍內(nèi)的被加熱空氣。通過燃料噴射器20噴入腔室14中的燃料通過與被加熱空氣的分子進行碰撞而被熱裂化，形成一種熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物，該混合物經(jīng)由出口18提供給發(fā)動機的燃料進入歧管(未示出)以在發(fā)動機的燃燒腔室(未示出)中燃燒。
由于燃料(最初處于較低的溫度)與空氣的混合和在燃料熱裂化中的吸熱，在入口16和出口18之間自然地具有一個溫度梯度，空氣溫度在出口18處較低。隨著通過出口18排出，基本上所有噴入腔室14中的燃料都被熱裂化。
一個控制器24與燃料噴射器20耦合以控制燃料霧向腔室14中的噴射。在這點上，控制器24接收來自空氣溫度傳感器26、節(jié)流閥位置傳感器28和氧傳感器30的輸入，其中空氣溫度傳感器26布置在管道17中，節(jié)流閥位置傳感器28布置在與出口18連通的管道19中，而氧傳感器30布置在發(fā)動機的排氣歧管32中。
空氣溫度傳感器26將一個信號提供給控制器24，該信號表示通過入口通道16進入腔室14中的被加熱空氣的空氣溫度，控制器24被編程而與檢測到的空氣溫度的變化相反地改變由噴射器20噴射的燃料霧中的燃料量，因而當空氣溫度增加時，控制器24動作以減少噴入腔室14中的燃料量。
相似地，控制器接收一個來自氧傳感器30的信號，該信號表示由燃料系統(tǒng)10提供燃料的發(fā)動機的廢氣中的氧氣量，控制器24再次與檢測到的廢氣中的氧含量或水平的變化相反地改變由噴射器20噴入腔室14中的燃料量。
熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物作為蒸汽通過管道19從出口18到達發(fā)動機的燃料進入歧管，布置在管道19內(nèi)的是一個節(jié)流(蝶形)閥34，該閥通過一個連桿或電纜36連接到車輛的加速控制器，例如加速踏板。閥34具有一個最小打開位置(如圖1中所示)，在該位置提供裂化燃料通過出口18流到燃料進入歧管的最大流動限制，該位置可以等同于發(fā)動機的怠速情況。閥34還具有一個最大打開位置，其在該位置中位于基本上水平的平面內(nèi)，對熱裂化燃料通過出口18流到燃料進入歧管提供最小限制。閥位置傳感器28檢測閥34的位置以將一個表示閥34的打開程度的信號提供給控制器24，控制器24被編程為與檢測到的閥34的打開程度成比例地改變由噴射器20噴射的燃料霧中的燃料量。因而，當閥34處于其最小打開位置中時，與閥34被檢測為處于最大打開位置時相比，控制器24控制噴射器24將較少的燃料量噴入腔室14中。
加熱器22通常呈與排氣歧管32熱接觸的散熱片的形式，空氣入口16布置成從散熱片22上方或通過散熱片22吸熱。
應該了解，在初始起動的過程中，通過入口16吸入到腔室14中的空氣的加熱有一個延遲以實現(xiàn)燃料的熱裂化，為了在該期間幫助發(fā)動機的平穩(wěn)運行，提供了一個冷起動噴射器38，其結(jié)合到管路19上以在通向燃料進入歧管的路線上將燃料霧直接噴入通過出口18的空氣中。冷起動噴射器38還處于控制器24的控制下，并且當由傳感器26檢測的通過空氣入口16的空氣溫度達到一個例如110℃的閥值水平時，冷起動噴射器38被控制器24關(guān)閉。
此外，如果安裝有該系統(tǒng)10的發(fā)動機已經(jīng)運行了一段時間，然后被關(guān)掉并在此后不久重新起動，以致在發(fā)動機中保持殘余熱量，那么在入口16內(nèi)的空氣溫度在起動時可能已經(jīng)處于閥值水平或至少能比冷起動情況的過程花掉更少的時間來達到閥值水平，因而冷起動噴射器38將工作一個較短的時間。
燃料在腔室14內(nèi)的熱裂化被相信涉及以下中的一項或多項(a)將燃料分解成低分子量的分子的非催化裂化過程，(b)汽化和(c)揮發(fā)。在一系列的試驗中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明實施例的使用導致6缸發(fā)動機的燃料消耗上的改善，標準燃料消耗從17英里每加侖改善到60英里每加侖。
在系統(tǒng)10的工作過程中，腔室14相對于管道19中的壓力處于負壓下，這是由于腔室14的直徑相對于入口通道16的直徑上的增加導致的。還相信，在腔室14中的負壓的產(chǎn)生有助于發(fā)生在該腔室中的裂化。
燃料的裂化還可以通過加入適當?shù)拇呋瘎﹣碓鰪姟?br> 腔室12呈圓柱形筒40的形式，其分別具有第一和第二相對端壁42和44以及一個在其間延伸的圓柱形側(cè)壁46。端壁42形成筒40的底部并設有用于將被加熱空氣導入腔室14中的入口通道16，入口通道16可以認為是一個文氏管。端壁42還形成為具有一個通路48和多個冒口50，冒口50形成將燃料霧噴射到腔室14中的燃料噴射器20的一部分，每個冒口50作為孔口在腔室14的內(nèi)側(cè)開口在壁42的表面上，并布置在入口通道16的周圍，冒口50的孔口的直徑可以形成為這樣的直徑，即該直徑足以使燃料作為薄霧從其中發(fā)射。另外，噴嘴(未示出)也可以結(jié)合到或設置在冒口50的端部以提供燃料的細霧。
出口通道18可以形成為具有小于入口通道16的直徑，此外，優(yōu)選地，腔室14的直徑至少是出口通道18的直徑的2.5倍。作為一個例子，入口通道16在壁42的內(nèi)表面可以具有大約60毫米的直徑，出口通道18具有大約42毫米的直徑，壁42和壁44之間的距離，即腔室40的軸向長度應該至少是20厘米，入口通道16還形成有一個逐漸增大直徑的下游部分47。在關(guān)于本發(fā)明實施方式所進行的試驗中，存在于腔室14中的壓降在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分時大約是61巴。
圖2表示燃料供應系統(tǒng)10的一個變化型式。該燃料供應系統(tǒng)10與圖1中描繪的不同，其包括一個泡沫套(foam mantle)52、球閥54和一個多孔板篩56，它們每個都具有與申請人以前的國際申請PCT/AU95/00239中所描述的相似的結(jié)構(gòu)和操作，PCT/AU95/00239的內(nèi)容在此被并入作為參考。
特別地，泡沫套52呈環(huán)形形狀并擱置在筒40的端部42上，延伸到圓筒40的大約一半的軸向長度，噴射到腔室14中的燃料霧的一部分可以保留在泡沫套52內(nèi)。球閥54可滑動地安裝在軸向延伸過圓筒40的桿58上，球閥54布置成根據(jù)腔室14內(nèi)的空氣壓力來控制被允許通過入口通道16進入腔室14的空氣量，腔室14內(nèi)的空氣壓力又通過燃料進入歧管和出口18被由發(fā)動機施加的真空度影響。一個彈簧60將閥54朝一個位置偏壓，在該位置，閥54使入口通道16的尺寸最小，因而進入腔室14的被加熱空氣的數(shù)量最少。隨著在腔室14內(nèi)的真空度或至少一個相對負壓的產(chǎn)生，閥54克服彈簧60的壓力沿著桿58被向上吸引，入口通道16的向外擴口提供了一個用于該閥的閥座，該閥座還將空氣導向泡沫套52，這有助于使泡沫套42內(nèi)懸浮的燃料裂化。
在泡沫套52的上方徑向延伸的多孔板篩56提供了一個基部，彈簧60逆著該基部起作用，并且該基部還用來分裂在腔室14內(nèi)的任何大滴的燃料。篩孔56可以由催化材料覆蓋或由催化材料制成，催化材料有助于燃料的裂化。
既然已經(jīng)對本發(fā)明的實施例進行了詳細描述，所以對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員，很明顯的，在不背離本發(fā)明概念的情況下可以作出各種改變和變化。例如，加熱器22被描寫為一個與包含該系統(tǒng)10的發(fā)動機的排氣歧管32熱連通的散熱裝置，然而，在另一個實施方式中，加熱器22可以是一個布置在入口16中或纏繞在入口16周圍的單獨的電子加熱器。此外，特別參考圖1中所示的實施方式，系統(tǒng)10可以設有一個與燃料噴射器20液體連通的軸向延伸的管道，以沿著其長度在一個或多個位置將燃料霧噴射入腔室14中。另外，輔助進氣閥62可以設于管道19中以將補給空氣提供給來自出口18的混合物，對于大排量發(fā)動機例如大的V6或V8發(fā)動機，這可能是有益的，特別是在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下。閥62可以基于發(fā)動機真空度進行操作或也可以通過控制器24來操作，以依據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速或負荷來提供可變數(shù)量的補給空氣。
所有上述的改變和變化以及那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很明顯的變化一起都被認為處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，本發(fā)明的本質(zhì)由上面的說明書和所附的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃(IC)機的燃料系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括一個外殼，該外殼限定熱裂化室，并設置有一個在所述熱裂化室上游的空氣入口通道和一個在所述熱裂化室下游的出口通道；用于將燃料霧噴射入所述熱裂化室的燃料噴射裝置；和，用于加熱通過所述入口通道流入所述熱裂化室中的空氣的裝置，以產(chǎn)生溫度在110℃-260℃范圍內(nèi)的被加熱空氣；由此，在使用中，所述燃料通過與所述被加熱空氣的分子進行碰撞而在所述熱裂化室中熱裂化，形成一種熱裂化燃料和熱空氣的混合物，該混合物經(jīng)由所述出口通道提供給所述內(nèi)燃機的燃料進入歧管。
2.一種用于內(nèi)燃機的燃料系統(tǒng)，至少包括一個腔室，該腔室具有第一和第二相對端壁以及一個在所述相對端壁之間延伸的側(cè)壁，具有一個形成于所述第一壁中的入口通道和一個形成于所述第二壁中的出口通道；一個用于將燃料霧噴射入所述腔室中的燃料噴射器；一個用于將空氣加熱到110℃至260℃之間的一個溫度的空氣加熱器；一個通過所述空氣入口將所述被加熱空氣導入所述腔室的管道；所述燃料霧在所述腔室中與所述被加熱空氣混合以引起所述燃料的熱裂化，并形成一種熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物，該混合物被從所述出口吸取以在所述內(nèi)燃機的燃燒室中燃燒。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，還包括一個與所述燃料噴射裝置相耦合的控制器，以控制所述燃料霧向所述室中的噴射。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括一個空氣溫度傳感器，用來將一個第一信號提供給所述控制器，該第一信號表示通過所述入口通道流入所述腔室中的空氣的溫度，且其中該控制器被編程為與所述空氣溫度的變化相反地改變所述燃料霧中的燃料量。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括一個氧傳感器，該氧傳感器布置在所述內(nèi)燃機的排氣歧管中并將一個第二信號提供給所述控制器，該第二信號表示在內(nèi)燃機中由所述裂化燃料的燃燒產(chǎn)生的廢氣中的氧含量，且其中該控制器被編程為與所述氧含量的變化相反地改變所述燃料霧中的燃料量。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括一個設于所述出口中的閥，該閥適于耦合到裝有所述內(nèi)燃機的車輛的加速控制器，所述閥具有一個對所述裂化燃料流到所述燃料進入歧管提供最大限制的最小打開位置，和一個對所述裂化燃料流到所述燃料進入歧管提供最小限制的最大打開位置，并包括一個閥位置傳感器，其將表示該閥的打開程度的第三信號提供給所述控制器，且其中所述控制器被編程為與所述閥的打開程度成比例地改變所述燃料霧中的燃料量。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，還包括一個冷起動燃料噴射器，用于在所述內(nèi)燃機的初期運行時將燃料霧噴入一個與所述出口耦合的管道中。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，還包括所述控制器還操作地耦合到所述冷起動燃料噴射器，用來基于空氣溫度來控制通過該冷起動噴射器噴射的燃料霧中的燃料量，以便當所述空氣溫度超過一個閥值溫度時，所述控制器停用所述冷起動燃料噴射器。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述入口通道的直徑小于所述腔室的直徑，由此所述熱空氣的壓力在通過所述入口通道流入所述腔室中時減小。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述出口通道的直徑小于所述入口通道。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述腔室的直徑至少是所述出口通道的直徑的2.5倍。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述入口通道和出口通道分開至少20厘米的距離。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述入口通道具有大約60毫米的直徑。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述出口通道具有大約42毫米的直徑。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述燃料噴射器包括一個或多個圍繞所述入口通道布置的孔口。
16.如權(quán)利要求1-15中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述入口通道形成有一個直徑逐漸增大的下游部分。
17.如權(quán)利要求2-16中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述燃料噴射器將燃料從所述第一壁噴入所述腔室中。
18.一種在內(nèi)燃機中燃燒之前調(diào)節(jié)液體燃料的方法，該方法包括下列步驟提供一個腔室，該腔室在一端具有一個入口通道，在相對端具有一個出口通道；將液體燃料霧噴入所述腔室中；通過所述入口通道將處于110℃至260℃之間的溫度的被加熱空氣引入所述腔室中；由此，所述燃料與所述被加熱空氣混合以熱裂化所述液體燃料，并形成一種熱裂化燃料和被加熱空氣的混合物；以及從所述出口吸取該混合物以在所述內(nèi)燃機中燃燒。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機的燃料供應系統(tǒng)(10)包括一個外殼(12)，其限定了一個腔室(14)，并設有一個在所述腔室(14)上游的入口通道(16)和一個在所述腔室(14)下游的出口通道(18)，燃料噴射器(20)將燃料霧噴射入所述腔室(14)，一個加熱器(22)將通過入口(16)流入到腔室(14)中的空氣加熱到一個處于110℃－260℃之間的溫度，腔室(14)內(nèi)的壓力相對于外界壓力還是負的。通過燃料噴射器(20)噴射到腔室(14)中的燃料被熱裂化，以便熱裂化燃料和熱空氣的混合物從出口(18)流出以在發(fā)動機的燃燒室中燃燒。
文檔編號F02M23/12GK1633556SQ03803950
公開日2005年6月29日 申請日期2003年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者韋恩·K·格盧 申請人:韋恩·K·格盧