专利名称：对压缩点火发动机的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通常称为“柴油发动机”的类型的发动机，但更一般地被叙述为压缩点火内燃机。
背景技术：
虽然这些发动机使用“柴油”作为燃料，但是在某些情况下这燃料可以由其它燃料有用地补给。
本发明涉及一燃料补给过程和方法，以及涉及在这类发动机中使用辅助燃料的结构。
这类发动机的特点包括一主燃料喷射系统、响应发动机上的负载需要量改变喷射入发动机内的主燃料的量的装置以及空气。这类发动机最好用一大致恒定的压力变化循环工作，这提供了一较平直的转矩曲线和通常具有较低的燃料消耗率。但是，这样的理想状态不易于实现。在这方面的一个因素是，为了实现一可靠的和瞬时的点火，要求有一高的十六烷值的燃料，但是为了然后实现一长期缓慢的燃烧则要求有一低的十六烷值的燃料。那么为了实现可靠点火和一随后的长期缓慢燃烧，实际上要求两种不同的燃料。这是燃料补给能够是很有利的场合，其中一主燃料是带有一高的十六烷值的一燃料，随后的辅助燃料是高辛烷和低十六烷值的一燃料。
目前知道通过将辅助燃料加入一空气来提供某些燃料补给，其中一“柴油”或压缩点火发动机是涡轮增压的。
但是，目前存在的诸困难之一是难于在整个变化的负载条件中保证辅助燃料和空气的适当比例。
发明内容
按照本发明，我发现通过使一压缩点火型发动机的一空气源抽吸过用该空气产生具有一低压核心的一自然涡流的装置，然后将所形成的任何这涡流的低压核心与一辅助燃料相连接，以致辅助燃料被抽吸进入该涡流的低压核心并从而通过发动机的一空气入口被供应，产生很显著的优越性。
我惊呀地发现的这一装置具有这样一优点在变化的负载状态中，依靠自然涡流的特性保持了空气和辅助燃料的一有利比值。
这例如是与进行比例控制的较传统的技术有矛盾的。
那么按照这方法，已经发现在变化的负载、甚至速度中，辅助燃料对主燃料的比值能够保持更加稳定，以及由于发动机转速更加稳定，所以被抽入发动机的空气在这些变化的负载中也将没有显著变化。
这有如下一优点在负载变化的一发动机的工作周期中，将保持该比值，以致将会减少原本可能由过量的辅助燃料而引起的预燃的可能性。它还有如下优点能够利用一高的辛烷值燃料作为辅助或附加燃料。这优点是一旦通过主燃料的压缩进行了点火，较缓慢燃烧的高辛烷值燃料会延长一燃烧时段，这有助于整个燃烧周期的一更持续的恒定压力。
那么在一种形式中，可以说本发明在于一种将一辅助燃料供应到一压缩点火内燃机的方法，它包括下列步骤使向发动机供应的空气首先通过一自然涡流发生器，并且通过将辅助燃料引入适于由涡流发生器所产生的的任何自然涡流的中心内的一低压区域中来将辅助燃料供应到发动机。
这些发动机的特征是通过一调速器使它们的速度受到制约，其通过增加或减少喷射到发动机的燃料，同时基本保持相同的空气流，实现功率的增大或减小。但是这意味着响应负载输出的变化而空气流动速率将有相对较小的变化。我发现，通过利用自然涡流，辅助燃料的数量是较优的，且以一基本恒定的压力提供液体形式的辅助燃料源，以致供应进入涡流的低压区域的燃料量将与这低压成比例，这又导致供应到下游的“柴油”发动机的燃料对空气的一比值相对恒定。
较佳地，为一流体的燃料是一气体，不过在其它情况下也可以使用液体燃料，在所述其它情况中通过使用一第二自然涡流发生器进行初步的汽化。
在提供为一气体的辅助燃料方面是有优点的，其优点在于那么这提供了一较高辛烷值燃料，然后这燃料与一低辛烷值燃料混和，从而有一较缓慢的燃烧速率。
但是，可以有其它原因采用一不同的燃料，例如辅助燃料是氢。这能够提供特别清洁的或对环境有好处的输出，同时在效率方面可能有某些损失，但是这是可以接受的。本发明的优点在于提供了在变化的负载情况下的可靠的主燃料对辅助燃料比值，这在需要高的辅助燃料对主燃料的比值的场合下对这样一气体是更加有用的。
在至今所做的一些实验中，发现诸燃料的平衡应是使全部混合物是稍许含量少的，例如与用于LPG的比例为16∶1的一化学计量混合物比较，为20∶1的一比例。
在一较佳例子中，这装置的优越性提供下列的至少一个或多个即，从一现有的发动机可得到附加的功率、可期待会有较低的废气温度、较少的燃料和油的污染、平衡运行和费用的节省。
一自然涡流的发生可以使用适当形状的叶片或通过一对齐管道的孔，以致使吸抽的空气通过这些部分形成一螺旋通道。一自然涡流是涡流的一中心较它的外部处于一较低压的一涡流。这是与现有技术的补给气体的例子形成明显不同的，通常后者被称为“气体熏蒸型”，其中在“柴油”发动机上的一所选负载下，为了增加功率要将气体引入进口歧管。它的一个例子目前可以在互联网上URL为www.bullydog.com处得到，或已知一种被称为“torquemaster system(转矩传感系统)”的一系统，该系统用于卡车，并以注册商标名“CATERPILLAR”出售。
在这些先前技术中，辅助燃料对所供给的全部燃料的重量比为-30％的补给比值已作为一实际的上限被本工业所接受，因为较高的补给比会造成预燃结果，从而使其增加成为是不可接受的。
对于本发明和实施例，发现高达所提供的全部燃料的75％的补给比是可以的，并没有预燃现象。这也是在发动机效率方面的进步，并且在若干试验中废气温度下降了约40℃。
在另一形式中，可以说本发明在于一种将燃料供给给一压缩点火内燃机的方法，该方法使供应至发动机的空气首先通过一自然涡流发生器，以及通过将辅助燃料引入由涡流发生器所产生的任何自然涡流的一中心区域内的一低压区中来将辅助燃料供应到发动机。
较佳地，主燃料具有一高十六烷值和辅助燃料具有一高辛烷值。
较佳地，以一基本恒定的压力将辅助燃料供应至自然涡流的中心区内的一低压区域。
较佳地，辅助燃料首先以一液体供应，将它引入带有一低压核心的一第二自然涡流发生器的一低压区域，该发生器被设置成用由发动机穿过它抽吸空气产生一自由涡流，然后该燃料以一蒸汽、作为辅助燃料输送到第一所述自然涡流发生器所产生的一涡流的低压区域内。
在另一形式中，可以说本发明在于一种压缩点火内燃机，该发动机在它的空气中包括一自然涡流发生器，并有一管道连接涡流发生器的一出口和发动机的一空气入口，一管道连接一辅助燃料源和涡流发生器，以使所述管道的一出口与一涡流的一低压中心连通。
在又一形式中，可以说本发明在于一种压缩点火内燃机，该发动机包括在一气缸中的至少一活塞、将燃料喷射入各相应气缸的一主燃料喷射器、响应施加于发动机的负载的变化而改变喷射入气缸的主燃料量的装置、连接一自然涡流发生器的一出口和该发动机的一空气入口的一管道、连接一辅助燃料源和涡流发生器且其出口与涡流发生器的一低压中心连通的一管道。
在又一形式中，可以说本发明在于一种压缩点火内燃机，该发动机包括在一气缸中的至少一活塞、将燃料喷射入各相应气缸的一主燃料喷射器、响应施加于该发动机的负载的变化而改变喷射入该发动机的主燃料量的装置、连接一自然涡流发生器的一出口和该发动机的气缸的一空气入口的一管道、连接气态形式的一辅助燃料源和涡流发生器并且其出口与该涡流发生器的一低压中心连通的一管道、将以一液体形式的一辅助燃料源连接到被设置成用由气缸抽吸过其的空气产生一自然涡流的一第二自由涡流发生器的一低压区域的装置、将第二自然涡流发生器的一出口连接到第一所述自然涡流发生器的一低压区域的一管道。
附图简述当参照一实施例进行叙述、以及因此在附图的帮助对其进行叙述时，本发明会得到更好的理解，在附图中
图1是示出在连接在直至一“柴油”发动机的一气流流中的一涡流发生器的方法的示意布置图；图2是带有用于辅助燃料供应的一入口管的一涡流发生器的部分剖开的图；图3是包括一气体输入的一涡流发生器的部分剖开的立体图；图4是示出在这种情况下的引导空气成为一自然涡流形状的诸弯曲叶片的涡流发生器的不同观察方向的部分剖开的立体图；以及图5是示出用于涡流发生的诸零件的尺寸的横剖视图。
具体实施例方式
详细参阅附图，特别是图1，其中一自然涡流发生器1位于离开一空气入口过滤器2的管线中，该过滤器具有将空气引入涡流发生器1的一通道3，然后涡流发生器通过通道4连接直到一“柴油”发动机6的歧管5。
在8处示出了将燃气保持在液体状态的一低压燃气(LPG)源，它通过管道9、穿过螺线管操作阀10连接至11处的一液体至气体的转换器。然后该液体至气体转换器以一相对恒定的压力通过管道12供应气体，以使这被输送进入在涡流发生器1内形成的任何自然涡流的一低压中心。在图2至5中详细示出了涡流发生器自身，它包括诸如在13处示出的多个叶片，这些叶片帮助为沿方向14引入的空气提供一初步的圆形路径，以致然后空气进入以15所示的沟道，各通道通常由诸如以16示出的诸叶片形成，叶片成弧形和被选择成使通过这进入一中心区域的空气将然后跟随和被引入被放出的、带有它的向心作用的一自然涡流中。
将名称不同地被称为向心的或自然的涡流的这一涡流与可以被称为一离心涡流的另一类型的涡流进行比较，但是另一作用通常没有一低压中心。
但是实际上这些区别可能是学术上的，其中两者的某些特征可以显示在一个形成物中。由于这个原因，或许为了精确，最好在其核心处有一低压中心的情况称为自然涡流，且其中将这用于本发明的目的。因此，虽然在某些情况下使用了术语向心涡流，但较好地是说涡流的向心分量被利用，以及我们使用术语“带有一低压中心的自然涡流”来区别所要求的特性。
通过在其中心处提供一低压的一向心或自然的涡流就可以识别该涡流。
已有提供向心涡流的许多已知装置，但是我们一度已叙述了该装置的一例子，仅该例子就已发现提供良好效果。
按照本发明和特别是这实施例，空气通过这一涡流发生器吸入，以致在这样的涡流的中心处产生一低压，并且如图5特别地示出，管道12具有位于相对中心17处的其开口，从而它将与涡流的最低压力的位置连接，该涡流可以由通过诸叶片16之间的通道、然后它通过一下游通道进入“柴油”或压缩点火内燃机的空气形成。
利用这装置进行空气与气态燃料的混和程度的控制，已显示出其自身在这比值方面提供了显著的可靠性，特别覆盖了功率需求量的一合理的范围，并且它具有在功率需要量的整个范围内能够保持性能的优点。
至今所试图的是用电气装置来实现这目的，电气装置是复杂的和可能有严重的可靠性方面的困难。使用简单的一自然涡流的装置不依赖于电气元件或大量的运动零件，因此是很可靠的。
现在给出实际效果的一例子，它大体示出了目前所获得的稳定性的程度。有价值地说，还没有理解至今所进行的许多试验中该装置工作如此好的原因。怀疑是在一向心涡流中的压强的动态性能致使这以入口端处的其低压中的很迅速的变化来响应在一出口端处迅速变化的压强。但是，这是将要求进一步调研、以证明某一理论的情况。
现给出如下的例子；例子1内燃机是驱动以3000转/分运行的一52kW发电机组的一Perkins T4-236。该发动机具有3.86升的排量和16∶1的压缩比。已对该发动机的入口进行了改装，以包括用于LPG的一水加热的燃气发生器，并包括与带有液态汽油的空气入口在一管线中的一自然涡流发生器，液态石油气通过LPG燃气发生器输送，以致离开它的出口将被地连接到自然涡流发生器的一低压中心核心部。
其结果总结在下表中，它示出了和与用于加大负载的混合燃料的总燃料输入功率比较起来从柴油得出的燃料功率输入的比例方面的一致性，其中对于20KW这比值是0.35，对于30KW是0.37，对于40KW是0.44。
类似地，辅助燃料的质量百分率的LPG在功率输出范围上变化很小，其中对于20KW燃料是大约63％质量的LPG，在30KW时是61％质量的LPG，在50KW时是54％质量的LPG。能够用这样高百分率的辅助燃料工作的优点在成本节约方面是很显著的。
给出仅用柴油的比较数字，从这里可以看出，当补给时，在废气中二氧化碳和一氧化二氮含量水平的显著下降。并且，对于某一功率输出、将燃料的补给与仅用柴油比较时，发电厂的总热效率方面仅有一很少量的下降。
从这些试验中，目前可以确认，通过所述的较简单的机构能够保持变化负载范围内恒定比值基本不变，该机构在辅助燃料和其它压缩点火内燃机的范围上有显著的优点。
已发现这结构可应用于直接或间接喷射型的“柴油”发动机，也可应用于没有涡轮升压的“柴油”发动机。因此，所以它是很有用的。
权利要求
1.一种将一燃料供应到一压缩点火内燃机的方法，该方法包括首先使向发动机供应的空气通过一自由涡流发生器，并且通过将辅助燃料引入由该涡流发生器所产生的任何向心涡流的一中心区域内的一低压区域来将辅助燃料供应至该发动机。
2.如上一项权利要求所述的将一燃料供应到一压缩点火内燃机的方法，其特征在于该主燃料具有高的十六烷值和该辅助燃料具有高的辛烷值。
3.如以上权利要求中的任一项所述的将一燃料供应到一压缩点火内燃机的方法，其特征在于以基本恒定的压力将该辅助燃料提供到一自然涡流的中心区域中的低压区域。
4.如以上权利要求中的任一项所述的将一燃料供应到一压缩点火内燃机的方法，其特征还在于首先供应为一液体的辅助燃料，将其引入一第二自然涡流发生器的一低压区域内，将该涡流发生器设置成用由发动机通过它抽吸的空气产生一自由涡流，然后燃料又作为辅助燃料以一蒸汽被供应到由所述的第一自然涡流发生器产生的一涡流的低压区域内。
5.一种压缩点火发动机，在它的空气中包括一自然涡流发生器，一管道连接涡流发生器的一出口和发动机的一空气入口，一管道连接一辅助燃料源和涡流发生器，以致使所述管道的一出口与一涡流的一低压中心连通。
6.一种压缩点火内燃机，它包括在一气缸中的至少一活塞、用于将燃料喷射入各相应气缸内的一主燃料喷射器、响应施加于发动机的负载的变化而改变喷射入气缸内的主燃料量的装置、连接一自然涡流发生器的一出口和发动机的气缸的一空气入口的一管道、连接一辅助燃料源和涡流发生器且其出口与该涡流发生器的一低压中心连通的一管道。
7.一种压缩点火内燃机，包括在一气缸内的至少一活塞、将燃料喷射入各相应气缸的一主燃料喷射器、响应施加于发动机的负载变化而改变喷射入气缸内的主燃料量的装置、连接一自然涡流发生器的一出口和发动机的气缸的一空气入口的一管道、连接气态形式的一辅助燃料源和涡流发生器且其出口与该涡流发生器的一低压中心连通的一管道、将作为一液体的一辅助燃料源连接到设置成用由气缸抽吸通过它的空气产生一自然涡流的一第二自由涡流发生器的一低压区域的装置、将第二自由涡流发生器的一出口连接到所述第一自然涡流发生器的一低压区域的一管道。
全文摘要
一种将一辅助燃料(8)供应到一压缩点火内燃机的方法和装置，其中供向发动机的空气首先通过一自然涡流发生器(1)，将供向发动机的一辅助燃料(8)供应入自然涡流(1)的一低压区域，这在变化的负载情况下提供基本恒定的辅助燃料对主燃料的比值。
文档编号F02M21/04GK1633555SQ02815245
公开日2005年6月29日 申请日期2002年6月4日 优先权日2001年6月4日
发明者U·克鲁格尔 申请人:Dh3控股有限公司