用来控制在柴油机中的燃烧的方法和系统的制作方法

文档序号:5198007阅读:156来源:国知局
专利名称:用来控制在柴油机中的燃烧的方法和系统的制作方法
技术领域
本发明涉用来控制在柴油机中的燃烧的方法和系统。
背景技术
如在本领域中已知的那样,来自柴油内燃机的排气包括多种有毒空气污染物。空气污染物包括氧化亚氮(NOx),当氮气和氧气混合在一起(例如,在空气中),并且混合物经受高温时,氧化亚氮形成。在高温下,在空气中的N2和O2分解成它们的原子状态,并且一系列反应生成氧化亚氮。也已知的是,在柴油机中,因为在空气中的氧气量,O2紧在燃烧之前按超过对于燃烧要求的化学计量量在燃烧室中存在。相应地,因为为形成NOx需要过量氧气,所以一般接受的是,在预燃烧混合物中不希望有过量氧气。因此,在现有技术中,柴油机的性能典型地 主要通过控制燃料供给,而不是控制到发动机的空气供给而控制。在现有技术中,为了增进燃烧效率、并且也减少NOx产生,已经有过各种尝试。例如,在减少NOx排放的尝试中,已经使用废气再循环(EGR)。其想法是,EGR使燃烧室的温度显著地较低,并且这又导致NOx的体积减小,因为NOx的形成需要较高温度。这被认为可能导致产生的NOx的至少部分减少。然而,EGR还未提供期望的益处,因为EGR系统在机械方面是不可靠的,其不可靠程度以致于卡车队的拥有者通常宁愿使用没有EGR的较老式的“翻新”发动机。在增进燃烧效率的另一种尝试中,已经将氢气(H2)添加到预燃烧混合物。其想法是,氢气与过量氧气的一些相结合,以产生蒸汽并由此冷却在火焰前缘处的燃烧物。然而,尽管氢气注入已经实现燃料消耗的改善,但它总体而言未能实现在较新发动机上的EGR的排放性能。

发明内容
因此需要能够消除或减轻现有技术的诸多缺点中的一个或更多个的控制燃烧的方法和系统。在其广义方面,本发明提供一种用来控制在柴油机中的燃烧的系统,该柴油机具有一个或更多个燃烧室,在该一个或更多个燃烧室中,注入燃料,并且为了燃料的燃烧而压缩空气。系统包括氢气注入器,用来在燃料的燃烧之前将第一预定体积的氢气注入到燃烧室中;和氧气注入器,用来在燃料的燃烧之前将第二预定体积的氧气注入到燃烧室中。第二预定体积和第一预定体积定义第二预定体积与第一预定体积的非基本比值。在另一个方面,非基本比值在近似3:1与近似3:1. 5之间。在本发明的另一个方面,本发明还包括电源、和能够电气连接到电源的一个或更多个电解组件,用来分别产生第一和第二预定体积的氢气和氧气。在又一个方面,本发明提供一种用来控制在柴油机中的燃烧的方法,该柴油机包括一个或更多个燃烧室,在该一个或更多个燃烧室中,注入到压缩空气体积中的燃料发生燃烧。方法包括提供第一体积的基本纯氧气气体;和提供第二体积的基本纯氢气气体。也在燃烧之前,将第一体积和第二体积按非基本比值注入到燃烧室(一个或更多个)中。 本发明也提供一种用来控制在柴油机中的燃烧的方法,该柴油机包括至少一个燃烧室,在该至少一个燃烧室中,注入到压缩空气体积中的燃料发生燃烧,方法包括提供第一体积的基本纯氧气气体;提供第二体积的基本纯氢气气体;及在燃烧之前,将第一体积和第二体积按基本比值注入到所述至少一个燃烧室中。在另一个方面,本发明提供一种用来控制在柴油机中的燃烧的系统,该柴油机具有至少一个燃烧室,在该至少一个燃烧室中,注入燃料,并且为了燃料的燃烧而压缩空气,系统包括氢气注入器,用来在燃料的燃烧之前将第一预定体积的氢气注入到所述至少一个燃烧室中;和氧气注入器,用来在燃料的燃烧之前将第二预定体积的氧气注入到所述至少一个燃烧室中。在又一个方面,第二预定体积和第一预定体积定义第二预定体积与第一预定体积的基本比值。


参照附图将更好地理解本发明,在附图中图I是本发明的系统的一个实施例的示意图;图2A是本发明的电解组件的一个实施例的、和本发明的流体控制组件的一个实施例的一些元件的前视图;图2B是沿在图2A中的线A-A取得的、图2A的电解组件(和流体控制组件的元件)的横截面;图2C是沿在图2A中的线B-B取得的、图2A的电解组件(和流体控制组件的元件)的横截面;图3A是按较小比例画出的、图2A的电解组件的前视图;图3B是图3A的电解组件的俯视图;图3C是图3A的电解组件的仰视图;图3D是图3A的电解组件的第一侧视图;图3E是按较大比例画出的、图3A的电解组件的等轴测图;图3F是按较小比例画出的、图2A的电解组件(以及流体控制组件的元件)的等轴测图,该电解组件具有定位在其上的舱底元件;图4是按较大比例画出的、本发明的流体控制组件的一个实施例的分解视图;图5A是按较大比例画出的、本发明的电解槽的一个实施例的横截面;图5B是按较小比例画出的、本发明的电极的一个实施例的平面图;图5C是本发明的另一个电极的一个实施例的平面图;图6A是按较大比例画出的、本发明的垫片子组件的一个实施例的平面图;图6B是沿在图6A中的线C-C取得的、图6A的垫片子组件的横截面;图6C是沿在图6A中的线D-D取得的、图6A的垫片子组件的横截面;图6D是按较大比例画出的、沿在图6A中的线E-E取得的图6A的垫片子组件的横截面;
图7是按较小比例画出的、本发明的格栅元件的平面图;图8是本发明的衬垫的一个实施例的平面图;图9A是本发明的隔膜元件的一个实施例的平面图;图9B是按较小比例画出的、图3A的电解组件的一部分的横截面图,表示与电极配合在一起的两个垫片子组件、和在它们之间定位的电极和衬垫;图IOA是按较大比例画出的、本发明的回流防止器的一个实施例的侧视图;图IOB是图IOA的回流防止器的横截面,在该回流防止器中,其中的浮子阀在第一关闭位置中;
图IOC是图IOA的回流防止器的横截面,在该回流防止器中,浮子阀在浮动位置中;图IOD是图IOA的回流防止器的横截面,在该回流防止器中,浮子阀在第二关闭位
置中;图11是按较小比例画出的、本发明的水容器和连接到其上的管子的一个实施例的侧视图;图12是本发明的控制组件的一个实施例的示意图;图13是本发明的方法的一个实施例的示意说明;及图14是本发明的方法的另一个实施例的示意说明。
具体实施例方式在附图中,类似附图标记自始至终指示对应元素。首先对图1-12进行参考,以描述本发明的系统的实施例,该系统一般由附图标记20指示。如在图I中所示的那样,系统20用来控制在柴油机22中的燃烧,该柴油机22具有一个或更多个燃烧室24,在该一个或更多个燃烧室24中,注入燃料26,并且为了燃料26的燃烧而压缩空气。在一个实施例中,系统20包括氢气注入器28,用来在燃料的燃烧之前将第一预定体积的氢气注入到燃烧室24中;和氧气注入器30,用来在燃料的燃烧之前将第二预定体积的氧气注入到燃烧室24中。如将要描述的那样,优选的是,第二预定体积和第一预定体积定义第二预定体积与第一预定体积的非基本比值。在另一个实施例中,非基本比值在近似3:1与近似3:1. 5之间,在该非基本比值下,将氧气和氢气提供给燃烧室。下面给出表I。如可在表I中看到的那样,附加氧气的注入显示出能够导致增进的里程和减小的NOx。表I
权利要求
1.一种用来控制在柴油机中的燃烧的系统,该柴油机具有至少一个燃烧室,在该至少一个燃烧室中,注入燃料,并且为了燃料的燃烧而压缩空气,所述系统包括 氢气注入器,用来在所述燃料的燃烧之前将第一预定体积的氢气注入到所述至少一个燃烧室中;和 氧气注入器,用来在所述燃料的燃烧之前将第二预定体积的氧气注入到所述至少一个燃烧室中,所述第二预定体积和所述第一预定体积定义所述第二预定体积与所述第一预定体积的非基本比值。
2.根据权利要求I所述的系统,其中,所述非基本比值在近似3:1与近似3:1.5之间。
3.根据权利要求I所述的系统,还包括 电源;和 能够电气连接到所述电源的至少一个电解组件,用来分别产生所述第一和第二预定体积的氢气和氧气。
4.根据权利要求3所述的系统,其中 所述至少一个电解组件包括 至少一个阴极; 至少一个阳极; 所述至少一个阴极和所述至少一个阳极在它们之间至少部分地限定电解槽;并且 包括水和电解质的电解液能被设置在所述电解槽中,在该处,当所述电源电气连接到所述至少一个阳极上时,电解液经受电解,使水至少部分地分解成氧气和氢气。
5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述至少一个电解组件包括隔膜元件,该隔膜元件定位在所述至少一个阴极与所述至少一个阳极之间,用来将所述电解槽划分成氧气舱和氢气舱。
6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述隔膜元件定位成与所述至少一个阴极和所述至少一个阳极大致等距。
7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述至少一个阴极和所述至少一个阳极按近似19mm的距离间隔开。
8.根据权利要求7所述的系统,其中,所述至少一个电解组件包括至少一个垫片体,用来定位所述隔膜元件。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述至少一个电解组件还包括多个衬垫,每个所述衬垫分别定位在从所述至少一个垫片体与所述至少一个阴极和所述至少一个阳极中选定的一个之间,以相应地在所述至少一个阴极和所述至少一个阳极与所述至少一个垫片体之间提供基本不透水密封。
10.根据权利要求9所述的系统,其中,所述至少一个阴极和所述至少一个阳极中选定的至少一个包括其翅片部分,该翅片部分从衬垫向外延伸,用来消散在电解槽中由电解产生的热量。
11.根据权利要求3所述的系统,其中,所述至少一个电解组件包括 多个阴极和多个阳极,阴极和阳极配对地布置,阴极和阳极的每一配对之间至少部分地限定电解槽; 每个所述电解槽至少部分地由垫片子组件限定,每个所述垫片子组件包括垫片体; 隔膜元件; 格栅元件,定位成用来抵靠所述垫片体保持所述隔膜元件,所述格栅元件固定到所述垫片体上; 所述隔膜元件由所述垫片体定位在预定位置中,该预定位置近似在用于所述电解槽的阴极和阳极之间的中途,以部分地限定 氧气舱,在该氧气舱中,电解液与用于所述电解槽的阳极相接合,并且在该氧气舱中,当电解液经受电解时,氧气出现;和 氢气舱,在该氢气舱中,电解液与用于所述电解槽的阴极相接合,并且在该氢气舱中,当电解液经受电解时,氢气出现。
12.根据权利要求11所述的系统,其中 所述至少一个电解组件还包括多个衬垫;并且 对于每个所述电解槽,两个所述垫片分别安装阴极和阳极之间,所述阴极和阳极之间定位有所述垫片体。
13.根据权利要求12所述的系统,其中 每个所述垫片体包括氧气导管部分、氢气导管部分、第一电解液导管部分以及第二电解液导管部分; 所述垫片体相互配合以限定 氧气导管,包括所述氧气导管部分,用来容许氧气和电解液从所述氧气舱流动; 氢气导管,包括所述氢气导管部分,用来容许氢气和电解液从所述氢气舱流动; 第一电解液导管,包括所述第一电解液导管部分,用来容许电解液流入所述氧气舱中; 第二电解液导管,包括所述第二电解液导管部分,用来容许电解液流入所述氢气舱中; 每个所述垫片体还包括 氧气输出管,与所述氧气舱和所述氧气导管部分流体连通,用来容许氧气和电解液从所述氧气舱流入所述氧气导管中; 氢气输出管,与所述氢气舱和所述氢气导管部分流体连通,用来容许氢气和电解液从所述氢气舱流入所述氢气导管中; 第一电解液输入管,与所述氧气舱和所述第一电解液导管部分流体连通,用来容许电解液从所述第一电解液导管流入所述氧气舱中;及 第二电解液输入管,与所述氢气舱和所述第二电解液导管部分流体连通,用来容许电解液从所述第二电解液导管流入所述氢气舱中。
14.根据权利要求11所述的系统,其中,每一个所述阴极和每一个所述阳极包括 接合区域,定位成用于与在至少部分地由阴极和阳极限定的电解槽中的电解液相接合;并且 所述接合区域受到处理以基本除去其上的间断点。
15.根据权利要求13所述的系统,还包括流体控制组件,用来控制流体去往和来自所述电解组件的流动。
16.根据权利要求13所述的系统,其中,所述流体控制组件包括 氧气分离腔室,在该氧气分离腔室中,从所述氧气舱经所述氧气导管提供的氧气和电解液被收集,并且通过重力而分离; 氢气分离腔室,在该氢气分离腔室中,从所述氢气舱经所述氢气导管提供的氢气和电解液被收集,并且通过重力而分离; 一对第一电解液返回管,所述第一电解液返回管中的每一个从所述氧气分离腔室和所述氢气分离腔室中的每一个分别延伸到所述第一电解液导管,用来将电解液从所述氧气分离腔室和所述氢气分离腔室分别引导到所述第一电解液导管;及 一对第二电解液返回管,所述第二电解液返回管中的每一个从所述氧气分离腔室和所述氢气分离腔室中的每一个分别延伸到所述第二电解液导管,用来将电解液从所述氧气分离腔室和所述氢气分离腔室分别引导到所述第二电解液导管。
17.根据权利要求16所述的系统,其中,所述流体控制子组件包括气体引导段,该气体引导段用来将所述第一预定体积的氢气和所述第二预定体积的氧气从所述氢气分离腔室和所述氧气分离腔室分别引导到所述至少一个燃烧室。
18.根据权利要求17所述的系统,其中,所述气体引导段包括 氢气子段,用来容许氢气从所述氢气分离腔室流动到所述至少一个燃烧室,所述氢气子段包括至少一个氢气控制阀,该至少一个氢气控制阀用来控制氢气到所述至少一个燃烧室的流动;和 氧气子段,用来容许氧气从所述氧气分离腔室流动到所述至少一个燃烧室。
19.根据权利要求18所述的系统,其中,所述氢气子段包括氢气子段回流防止器,用来防止流入所述氢气子段中的电解液流动到所述至少一个燃烧室。
20.根据权利要求18所述的系统,其中,所述氧气子段包括氧气子段回流防止器,用来防止流入所述氧气子段中的电解液流动到所述至少一个燃烧室。
21.根据权利要求18所述的系统,其中,所述氧气子段包括至少一个氧气控制阀,该至少一个氧气控制阀用来控制所述氧气到所述至少一个燃烧室的流动。
22.根据权利要求16所述的系统,其中,所述流体控制组件还包括 连接器导管,通过该连接器导管,选定的第一电解液返回管和第二电解液返回管彼此流体连通,用来促进电解液通过所述氧气导管、所述氢气导管、所述第一电解液导管以及所述第二电解液导管的流动;和 第一连接器,通过该第一连接器,所述连接器导管和所述氢气分离腔室流体连通。
23.根据权利要求22所述的系统,其中,所述流体控制组件还包括 第二连接器,与所述连接器导管流体连通,用来容许水添加到电解液中,直到电解液基本包括预定比例的电解质和水。
24.根据权利要求23所述的系统,还包括控制组件,它包括 电子控制模块;和 至少一个电解液液位传感器,布置在从由所述氧气分离腔室和所述氢气分离腔室组成的组中选择的分离腔室中,用来确定其中的电解液的顶部表面是否在预定范围内,该预定范围由预定上部液位和预定下部液位限定,所述至少一个电解液液位传感器被适配为用于当电解液的顶部表面在所述预定范围外时将至少一个信号提供给所述电子控制模块。
25.根据权利要求24所述的系统,其中 所述电子控制模块被适配为用于在从所述至少一个电解液液位传感器接收到第一信号时,提供要求将水添加到电解液中的所述至少一个信号,该第一信号指示电解液的顶部表面在所述预定下部液位下面。
26.根据权利要求25所述的系统,其中,所述流体控制组件还包括 水容器,用来保持水;和 管子,将所述水容器连接到所述第二连接器上,以容许水从所述水容器流入所述第二连接器中,以便将水添加到电解液中。
27.根据权利要求26所述的系统,其中,所述容器包括至少一个柔性壁,从而在所述容器中的水冻结时,所述容器不被损坏。
28.根据权利要求26所述的系统,其中,所述水容器定位在所述第二连接器上方,从而水在重力的影响下,从所述水容器流动到所述第二连接器。
29.根据权利要求28所述的系统,其中,所述控制组件还包括水箱电磁阀,该水箱电磁阀由所述电子控制模块控制,从而在所述电子控制模块提供所述至少一个信号时,所述水箱电磁阀打开,以容许在所述容器中的水流入所述第二连接器中。
30.根据权利要求18所述的系统,其中,所述氢气子段还包括至少一个氢气释放阀,该至少一个氢气释放阀用来引导预定量的氢气、以使所述预定量的氢气远离所述至少一个燃烧室,从而将所述第一预定体积的氢气引导到所述至少一个燃烧室。
31.根据权利要求18所述的系统,还包括控制组件,所述控制组件包括 电子控制模块; 用来将关于发动机性能的实时数据提供给所述电子控制模块的装置; 所述电子控制模块被适配为用于将实时数据与预选择性能参数相比较,并且确定对于所述至少一个氢气控制阀的至少一个调节,用来相对于实时数据增进所述发动机的性能;及 调节装置,用来对所述至少一个氢气控制阀进行所述至少一种调节。
32.—种用来控制在柴油机中的燃烧的方法,该柴油机包括至少一个燃烧室,在该至少一个燃烧室中,注入到压缩空气体积中的燃料发生燃烧,所述方法包括 提供第一体积的基本纯氧气气体; 提供第二体积的基本纯氢气气体;及 在燃烧之前,将所述第一体积和所述第二体积按非基本比值注入到所述至少一个燃烧室中。
33.一种用来控制在柴油机中的燃烧的方法,该柴油机包括至少一个燃烧室,在该至少一个燃烧室中,注入到压缩空气体积中的燃料发生燃烧,所述方法包括 提供第一体积的基本纯氧气气体; 提供第二体积的基本纯氢气气体;及 在燃烧之前,将所述第一体积和所述第二体积按基本比值注入到所述至少一个燃烧室中。
34.一种用来控制在柴油机中的燃烧的系统,该柴油机具有至少一个燃烧室,在该至少一个燃烧室中,注入燃料,并且为了所述燃料的燃烧而压缩空气,所述系统包括氢气注入器,用来在所述燃料的燃烧之前将第一预定体积的氢气注入到所述至少一个燃烧室中;和 氧气注入器,用来在所述燃料的燃烧之前将第二预定体积的氧气注入到所述至少一个燃烧室中。
35.根据权利要求34所述的系统,其中,所述第二预定体积和所述第一预定体积定义所述第二预定体积与所述第一预定体积的基本比值。
全文摘要
一种用来控制在柴油机中的燃烧的系统,该柴油机具有一个或更多个燃烧室,在该一个或更多个燃烧室中,注入燃料,并且为了燃料的燃烧而压缩空气。系统包括氢气注入器,用来在燃料的燃烧之前将第一预定体积的氢气注入到燃烧室中;和氧气注入器,用来在燃料的燃烧之前将第二预定体积的氧气注入到燃烧室中。
文档编号F02B47/06GK102893014SQ201180023927
公开日2013年1月23日 申请日期2011年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者G·T·希林 申请人:希尔技术股份有限公司
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