一种用于冷却内燃发动机的进气以增加功率输出并减小发动机排放的装置和系统。系统采用作为液体存储的气态燃料，其中液化的气态燃料至少部分地通过从供应至发动机的进入的进气中移除的热量而被蒸发和加热。在优选实施方式中，经压缩的进入燃烧空气首先在后冷器中通过经环境冷却的冷却剂被冷却，随后被本发明专利技术的冷却器进一步冷却，本发明专利技术的冷却器采用可替代燃料在液相与气相之间的改变来冷却进入的进气。然后，气相燃料以受控的方式供应给发电机以由发动机进行燃烧。该系统的运转由安装在发动机舱中的控制箱测量和控制。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】用于内燃发动机的过冷却空气和燃料的引入系统本案是中国专利申请号为200880122707.2的分案申请。
本专利技术通常涉及内燃发动机，更具体地涉及对内燃发动机的进气进行过冷却(super cooling)的装置和方法。
技术介绍
一个多世纪以来，内燃发动机一直作为各种应用中主要的动力源而被依赖。在这种发动机中，使用最为广泛的是往复活塞式发动机，这种发动机用于汽车或其它形式的交通工具中，并用于各种工业和消费应用中。可以根据具体应用的动力需求将这种发动机制造成为具有各种尺寸、类型和配置。在这些变体中，柴油发动机相比汽油发动机而言具有大量的优点。柴油发动机提供可靠性、长久寿命、和良好的燃料经济性，并且被期待保持多年来作为主要的重型运输动力源的地位。通常，当柴油发动机燃烧室的活塞接近压缩冲程结束点时，柴油发动机将柴油喷射到该燃烧室中。燃烧室中存在的高压点燃柴油。由于柴油与空气的混合物在燃烧过程中具有非可控性，因此大部分燃料都具有非常富燃料当量比。也就是说，燃烧室中的燃料与空气并不一定是均匀的混合物。这样通常导致柴油的不完全燃烧，从而趋于导致高的颗粒排放。此外，富燃料当量比还可能在燃烧过程中产生高的火焰温度，从而产生增加的NOx排放。随着对于柴油源颁布了更加严格的环境标准，柴油发动机的使用者正在寻求较低排放的解决方案。一个解决方案是减小喷射到燃烧室中的柴油量，这会使当量比减小并起到减少颗粒和NOx排放的作用。然而，这也减小了发动机功率。另一个解决方案是将发动机部分或全部转变为使用替代燃料，如压缩天然气(CNG)、液态天然燃料(LNF)(例如，乙醇)、以及液态或液化石油气(LPG)(例如，丙烷)。通过使柴油发动机采用这种替代燃料不仅提供了更完全的燃烧从而导致提高的燃料经济性，通常还导致较低的发动机排放。然而，更具体为气态燃料的替代燃料通常不具有允许通过压缩来使该燃料燃烧所需的十六烷(centane)值。因此，必须将柴油发动机改造为使用这种燃料。用于将柴油发动机转变为使用替代燃料的方法通常分为3类。第一类是将发动机转变为火花点火发动机；第二类是将发动机转变为允许将气态燃料直接喷射到燃烧室中；第三类是将气态燃料与进入发动机的进气的全部或一部分进行“雾化”或“薰蒸”。可以理解，第二和第三类方法采用被喷射的柴油(即，引燃柴油)来点燃气态燃料。在此，气态燃料燃烧导致柴油更加完全的燃烧。此外，气态燃料与柴油的组合允许发动机产生附加的动力并且较少的柴油被喷射到气缸中。然而，转变为火花点火系统和/或直接气态燃料喷射系统以通过柴油发动机采用气态燃料通常都需要对柴油发动机进行实质性改造。这种改造包括更换气缸盖、活塞、燃料喷射系统和/或准备双份许多发动机部件(例如，喷射系统)。因此，这些系统通常是昂贵的且常常很不可靠。另一方面，雾化或薰蒸式双燃料系统几乎不需要对现存的发动机进行改造。在进气冲程期间气态燃料和进气的混合物被引入发动机的每个气缸中。在活塞的压缩冲程期间，混合物的压力和温度以常规的方式增加。在接近压缩冲程结束时，将少量的来自发动机的现有柴油喷射系统的引燃柴油喷射到气缸中。引燃柴油在压缩作用下点火，接着点燃气态燃料和进气的混合物，从而提高了混合物的燃烧。可以理解，可在对现有发动机几乎不进行改造或不进行改造的情况下，将这种薰蒸式系统改装到现有的柴油发动机上。此外，使用这种薰蒸式系统的发动机通常可以在双燃料模式下或在严格的柴油模式下(例如，当无法获得气态燃料时)运转。例如参见本专利技术人的题为“Propane Inject1n Control Systemand Apparatus for Vehicles (用于车辆的丙烧喷射控制系统和装置)”的第7，100，582号美国专利，该专利的内容以引用方式并入本文。导致低效和增加排放的柴油发动机的另一缺点涉及增压，例如涡轮增压，其中，以机械方式驱动或通过来自发动机的排气驱动进气压缩机，其中排气通过高速旋转式膨胀器膨胀从而驱动旋转式离心压缩机以将进入的进气压缩到燃烧气缸中。对进气进行增压或涡轮增压提高了进入的进气的温度。这种受热的空气因降低进气密度而对发动机的性能产生了负面影响，从而对于给定发动机排量限制了可获得的进气质量。此外，热的进气使气缸中的进入燃料发生过早爆震的可能性增加，这可能会损坏发动机的部件。目前，现有技术中公知的是，通过在增压器或涡轮增压器之后甚至在增压器或涡轮增压器阶段之间对经压缩的进气进行冷却，提高增压或涡轮增压内燃发动机的性能。大多数情况下该冷却通过与循环的冷却介质(例如，水)进行热交换而实现，然后该冷却介质与外部冷却介质(例如，陆基固定发电设备情况下的空气、船载发电设备情况下的海水或具有充足冷却水供给的发电设备)进行热交换，例如“进气冷却”。在其它情况下，进气是通过散热器(例如，肋片和管式热交换器)，以例如中冷或后冷方式与周围空气进行热交换。在这两个过程中，经冷却的进气的温度仍高于环境冷却介质的温度，除非采用附加的能量和制冷设备。在使用环境空气冷却的货车、客车、铁路机车或固定发动机的情况下，该经冷却的进气一般比环境空气温度高10F°至20F° (约5C°至10C° )。在夏季条件下，这可能会导致甚至在冷却后进气的温度为100F。至120F。(约38C°至49C° )或更高。在其它情况下，已经采用机械制冷系统以实现在基本独立于环境温度条件的情况下将进气以受控的方式冷却到所需温度。第3，306，032号和第3，141，293号美国专利公开了用于对压缩的进气进行冷却的机械制冷系统。然而，这种系统复杂且需要大量功率以使冷却系统运转。第4，742，801号美国专利描述了一种装置，其用于泵送和蒸发冷的液化气以向双燃料内燃发动机、特别向柴油发动机供应燃料。然而，其并未教导使用冷的液化气来冷却进入的燃烧进气的优点。第6,901,889号和第7,225,763号美国专利、第2005/0199224号和第2007/0125321号美国公开专利申请公开了在柴油发动机中使用辅助(secondary)燃料。然而，这些公开文本均未公开通过使用辅助燃料对供应给柴油发动机的空气进行冷却。“The LNG Observer (LNG观察家)”的 1990年春季刊，卷 1，第 I 号中 Thomas Joyce的文章描述了将LNG或液化天然气用作汽车的燃料，以及安装在汽车发动机舱中的LNG蒸发器采用发动机冷却剂来加热和蒸发LNG。其还表明，可以采用对LNG进行制冷来冷却进入的空气并因此“实质上对发动机进行了增压以提高其功率”。然而，尽管该文章提及了在提供增压的等同效果时的冷却作用，但是其并未涉及通过使用涡轮增压器或增压器对经压缩和受热的进气进行冷却，也未教导对经压缩的进气进行受控后冷以实现蒸发器与后冷器的平衡运转。因此，现有技术中需要的是用于通过液化燃料对内燃发动机的进气进行冷却的系统和方法，其中该液化燃料可在蒸发或膨胀后被供应至发动机用于燃烧。该系统和方法可适合与增压式和非增压式柴油发动机一起使用，并可改善柴油在发动机的燃烧室内的燃烧以改善排气排放和降低燃料消耗。更具体地，本专利技术可通过使柴油进行更均匀的燃烧来减少从排气中排出的颗粒和NOx排放。该系统还基于发动机的变化的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于内燃发动机的补充燃料喷射系统，所述补充燃料喷射系统包括：主要燃料的供应处；向内燃发动机供应所述主要燃料的装置；空气压缩机，向所述内燃发动机供应空气；压力监控器，位于所述空气压缩机的排气口侧，所述压力监控器对离开所述空气压缩机的空气的压力进行监控；温度传感器，位于所述内燃发动机的排气中，所述温度传感器对所述内燃发动机的所述排气的温度进行测量；在所述空气进入所述内燃发动机之前向所述空气供应补充燃料的装置；以及控制装置，对供应补充燃料的装置进行控制，所述控制装置包括可编程微处理器，所述可编程微处理器连接至供应补充燃料的装置从而按照需要、以定制和预先编程的方式为所述内燃发动机改变补充燃料量；其中，所述系统还包括将补充燃料引入排气系统来加热颗粒过滤器中的颗粒并使这些颗粒燃尽的装置。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰夫·巴赫，
申请(专利权)人：动力燃油系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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