CN1129028A - 使一个内燃机或燃烧设备运行的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个使内燃机或燃烧设备运行的方法。将燃料在进入燃烧室之前被带至一个大致汽化温度的分子内不稳定状态；并通过在一个预热级中加热至一个位于40至60℃之间的基本温度；随后燃料在一个膨胀级进行膨胀。并通过加热在稳定的能量密度下达到一个位于50至150℃之间的温度；再后是在一个反应级中通过加热至一个在80和200℃之间的温度而转变成一种分子内不稳定的状态以及最后在一个汽化级中加热到压力在15至40bar之间和达到汽化温度。

Description

使一个内燃机或燃烧设备运行的方法和装置
本发明首先涉及一个使内燃机或燃烧设备运行的方法，其中，液体的燃烧在进入燃烧室之前被加热。此外，本发明还涉及一个属于权利要求9前序部分技术领域的装置。
已经公知在内燃机运行情况下，使燃料在进入燃烧室之前在一个预热装置中先预热，为的是在加热期间以有利方式通过发动机燃料或燃料的膨胀作用特别地影响燃料消耗和有害物排放。
在DE—OS 3203764中公开了一种用于输送液体的或气体的发动机燃料或燃料到内燃机的装置例如内燃机为外部点火的或自点火的活塞冲程内燃机或者静止的燃烧设备，同时，在发动机燃料和燃料管道中组装一个预热装置。在此，这个预热装置是如此结构设置和控制的，即发动机燃料被带至一个规定的温度上，依此，有害物质的排放只能产生一个很微小的减低影响。
由此，本发明的任务在于，设置一个开头所述类型的方法和装置，通过它在一个内燃机或者燃烧设备运行时，有害物的排放可以减少一个明显的数量。
为解决这一任务，本发明提出，在开头所述类型方法的基础上，组合权利要求1特征部分的技术内容。本发明方法的主要变型方案在权利要求2至10中给出。
一个实施本方法的装置在权利要求11中给出。该装置的主要变型方案在权利要求12至23中给出。
在本发明方法和装置情况下，燃料在预热装置中分四级被加热和处理。按照使内燃机或燃烧设备运行时所应用的燃料的类型，首先在预热级中该燃料被带至一个位于40至60℃之间的基本温度上(发动机燃料特性要求)，为的是不管在冬天运行，还是在夏天运行，对于下面的加温级或加热级来说都具有相同的参数。在此后连接的和依此称为第二的预热或加热级中，亦即膨胀级中，该燃料在加热至一个位于50至150℃之间的温度(发动机燃料特性要求)上并在稳定的能量密度下进行膨胀，以便此后在第三级(反应级)中继续加热至80和200℃之间的温度上(也是燃料特性要求)并被带至分子内不稳定的状态。在这个分子内不稳定的状态，燃料在第四级和最后级，亦即汽化级中，在压力提高的同时被加热至一个该发动机燃料或燃料正好还未汽化或蒸发(汽化温度)的温度上，因此，为了输入燃烧室和与空气混合，还要通过一个化油器，或一个喷射喷嘴或类似物才实现一个燃料—空气混合物，这种混合物例如在一个活塞冲程内燃机情况下，直接在上压点可以实现一个立刻和近似无残渣的燃烧，其具有一个最大的能量释放和一个最小的有害物排放。该燃料就其状态而言应该直接在汽化点或蒸发转换点上置于容易点燃的精细(液体)喷雾，这样特别在自点燃的内燃机时带来明显的优点。即使在外点火的内燃机情况下，输入的燃料混合物的点燃也可在最短的时间内完成。
借助一个电子控制装置，就可在单个的预热级和加热级中，分别精确地控制要达到的温度。同样，在预热装置之前的输入数据和输出数据例如量和压力也被检测，以便精确地在预热装置中控制与燃料特性相关的达到接近蒸发转换点或汽化点之分子内不稳定状态的运行参数。
通过燃料这种可实现全部的膨胀作用，以及容易和迅速的点燃性能，和在燃烧室中引起释放能并依此导致的高能密度的燃料状态变化就能实现关于功率和近似无残渣燃烧的优秀结果。因此一般说来排气后处理就不再必要了。
本装置还可以后装备到传统的内燃机上，因此，发动机燃料消耗可达到一个明显程度的减少并有害物排放减少到一个最小量。燃料节省范围在50至80％，已在传统的PKW—发动机中通过实验加以证明。同样，功率提高为17至23％已被观察验证。
借助一个简单的电子控制装置还可以在燃料室中通过点火装置使输入的燃料一空气混合物进行点燃制备，其中，按本发明有利结构方案规定，一方面首先该混合物通过施加一个负电压为120V(从火花塞的阴极至气缸壁(电极))进行极化处理。此后，位于点火塞的电极和阴极之间的区域可以通过施加一个负电压为320V而被电离，这样，围绕点火塞的电极和阴极就会产生一个电离场(云雾)。通过施加一个负性的尖峰脉冲电压，其数量级为3000V至5000V之间，则点火花就点燃该云雾(燃料)，该云雾此后被置于等离子气体状态，因此产生特别高的可达20000℃的温度。这样，该燃料混合物就可以全部迅速地和可靠地点燃了。
为了使在内燃机运行中瞬时不必要的燃料在又输入预热装置中之前能适应在一个燃料量分配器中进一步加热要带至汽化温度的燃料，按照本发明方法及装置一个特别有利的结构方案规定，两个独立的并具有中间连接的补偿级的燃料循环回路，为此，按照目的要求，该预热装置和燃料量分配器包含在第一燃料循环回路中。该第二燃料循环回路连接在燃料容器上。如果，在内燃机运行时不必要的燃料量回流到第一燃料循环(回流)中，那么燃料就可以在该补偿容器或补偿级中与从燃料容器来的，未预热的燃料进行混合，以便稍稍补偿在先的汽化过程和又实现希望的温度值。一个稍有多余的燃料量可以通过一个在第二燃料循环中的回流管道回流到燃料容器中。这要混合的燃料量是通过电子控制装置依据运行参数控制的。为此，在补偿容器内可以设置一个电子可控制的三通道混合器。
关于本发明进一步的描述，参见附图和下面的说明。附图中表示：
图1是本发明方法和装置的一个流程和控制简图，和
图2是本发明另一个带有附加的补偿级的流程简图；
在附图中用1表示实施本发明方法的装置总体。该装置，在所示的实施例情况下设置成一个通常可装配在已有的内燃机或燃烧设备上的器具并例如具有一个由抗冲击的塑料或金属制成的壳体。
同时，全部的结构元件应该是热力隔绝的，因此电流消耗总体而言保持较小和没有热量传递到那些不需要被加热的构件上。该控制电子装置可以设置成置于壳体内部的混合插板和被固定。用于燃料的外边进口接管是制成工业标准件和因此可以适配到已有的装备汽油机或狭塞尔机的运输车上。此外，该壳体装备有减缓振动的支架以固定到运输车上。
图2表示用于液体燃料例如汽油、柴油的箱体。从箱体2连接一燃料管3至一个燃料泵4，它后边连接一个止回阀5，一个流量传感器6以及一个压力传感器7。该流量传感器6和压力传感器7是通过导线8和9共同与一个用10表示的控制电子装置相连接，该电子装置可以改善燃料特有的流量值和压力值。而电压提供是通过一个发电机11完成的，其上同样设置一个用地监视运行的传感器12，它又与电子控制装置10相连接。一个舰船电源板13还与一个在控制电子装置10上设置的电源制备装置14相连接。
该预热装置总体是用15表示的。这个预热装置15是设置成热力—共心—加热器蛇形“Thermo—Koax—Erhitzerschlage”结构。并最好具有12个绕圈，而每个绕圈的长度为36cm以及由最小的内径为8mm的铜管制成。该蛇形管加热器用一个绝热结构16所包围。总体而言，该蛇形管加热器为四级式结构，其中，分别设置4个加热元件/热力传感器元件17、18、19和20。通过电子控制装置10每个加热元件得到控制，同时，依据在相应级中的额定值/实际值比较可以将输送的燃料精确调节到1/10°。在蛇形管15的出口处还设置一个热力传感器21，它将出口温度报告给电子控制装置。通过一个热压管道22，该燃料被输送到一个燃料量分配器23，例如一个化油器，一个喷射泵或一个流量分配器，再由此处使燃料或者燃料/空气混合物到达内燃机或一个燃烧设备的燃烧室中。
在图2表示的实施例中，相同的构件应用相同的参考编号。此处，为简明起见关于相同的预热装置15细节的描述就省去了。
在这个实施例中，设置两个分开的燃料循环回路I和II，它们通过一个补偿容器24可以相互连接起来。该第一燃料循环回路I具有预热装置15以及燃料量分配器23。另外还设置一个工作泵25。在26处设置一个压力测量位置。为此还设有一个流量贮存器27。从燃料量分配器23，可以将没有输送到燃烧室去的燃料量通过第一燃料回路I的回流件1.1输送到补偿容器24中。该第二燃料回路II的压力管道3同样连接在补偿容器24上。在输入到该补偿容器之前同样在这个压力管道中连接一个混合器28，因此，(也为电子装置控制)并且还在输入该补偿容器之前，一定燃料量通过旁路管道II.2回送到连至燃料容器2的回流管道3中。
当在燃料量分配器23中加热到大约为发动机温度的、且不需要的燃料量到达回流管道I.1(膨胀了)中时，其中，排放过程可以调节，那么，在补偿容器24中没有预热的燃料就被混合。在该补偿容器24中安置一个可电子控制的3通混合器24，通过它使燃料作如此长和如此多的混合作用，直到调节到希望的燃料参数(温度)为止。然而在给定情况下多余的燃料量通过回流管道II.3又回流到燃料容器2中。

Claims (23)

1.一种使一个内燃机或燃烧设备运行的方法，其中，液体的燃料在进入燃烧室之前被加热，其特征在于：
燃料在进入燃烧室之前，通过下列的预热级和加热级被带至大约汽化温度的分子内不稳定状态：
a)在一个预热级内，该燃料被加热至一个在40至60℃之间的基本温度上；
b)在一个膨胀级中，该燃料在稳定的能量密度下被加热到一个位于50至150℃之间的温度进行膨胀；
c)在一个随后的反应级中，该燃料通过被加热到一个位于80和200℃之间的温度而转变成一个分子内不稳定的状态；
d)在一个汽化级中，该燃料在压力提高至位于2.5至40bar(巴)的压力情况下被加热到汽化温度。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：
在每个预热级和加热级中的燃料温度是分开检测的并根据一个额定值/实际值比较进行控制。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
使以汽化温度和压力下输送的燃料与压缩的空气相混合，而该燃料/空气混合物借助一个具负包点火脉冲的点火装置所点燃。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：
该点火工作是通过在一个点火装置上施加一个负电压导致燃料/空气混合物的极化作用来制备的。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：
该极化作用是通过施加一个负电压为120V来实现的。
6.按照权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于：
该位于燃料室中点火塞的电极和阴极之间的空间区域通过施加一个负电压而被电离。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：
通过施加一个大约320V的负电压使点火装置的电极和负极之间的区域发生电离作用。
8.按照权利要求4至7之一所述的方法，其特征在于：
点火装置的点火花是通过一个在3000V和5000V之间的负尖峰脉冲电压产生的。
9.按照权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于：
这种未进入燃烧室而被预热的燃料在一个补偿级中与新鲜的未预热的燃料相混合。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：
在该补偿级中通过混合未预热的燃料，使燃料可以回冷到一个低于汽化温度并可预定的温度上；而多余的燃料量可由补偿级排出。
11.一种使一个内燃机或燃烧设备运行的装置，它具有一个带点火装置，以及一个进口通道和一个排放通道的燃烧室，该燃烧室可以通过一个包括燃料容器(2)以及燃料输送管道(3)的燃料供给装置被输入液体燃料和/或一种燃料/空气混合物，同时该燃料供给装置具有一个用于所输送燃料的预热装置(15)，该运行装置特别适于实施要求1至10之一所述的方法，其特征在于：
该预热装置(15)是4级式的结构，每级对应设置加热元件(17，18，19，20)的温度传感器；由预热装置(15)排出的燃料通过一个热压管道(22)可输入到燃烧室中。
12.按照权利要求11所述的装置，具有一个用于所输送燃料的燃料量分配器(23)，其特征在于：
该预热装置(15)安置在燃料量分配器(23)之前。
13.按照权利要求11或12所述的装置，其特征在于：
借助一个电子控制装置(10)，该加热元件(17，18，19，20)可以依据一个额定值/实际值比较在每级被进行单独控制。
14.按照权利要求11至13之一所述的装置，其特征在于：
该预热装置是蛇形管加热器的结构。
15.按照权利要求13所述的装置，其特征在于：
该加热蛇形结构是由最小内径为8mm的铜管制成的。
16.按照权利要求13或14所述的装置，其特征在于：
该加热器蛇形结构具有12绕圈。
17.按照权利要求16所述的装置，其特征在于：
该加热器蛇形结构的每绕圈长度为36cm。
18.按照权利要求11至17之一所述的装置，其特征在于：
在预热装置(15)之前设有可与一个电子控制装置(10)相连接的流量传感器(6)和压力传感器(7)以及一个可调节的止回阀(5)。
19.按照权利要求11至18之一所述的装置，其特征在于：
在预热装置(15)之前设置一个可与电子控制装置(10)相连接的低压换流器。
20.按照权利要求11至19之一所述的装置，其特征在于：
在预热装置(15)和燃料量分配器(23)连接到第一燃料循环回路(I)上；该燃料容器(2)连接的第二燃料循环回路(II)上，同时，该第一和第二燃料循环回路(I，II)通过一个补偿容器(24)可以相连接。
21.按照权利要求19所述的装置，其特征在于：
该补偿容器(24)在第一燃料循环回路(I)中沿燃料的流动方向看安置在燃料量分配器(23)之后。
22.按照权利要求20或21所述的装置，其特征在于：
从该补偿容器(24)，燃料可以回流到燃料容器中。
23.按照权利要求22所述的装置，其特征在于：
该补偿容器(24)具有一个电子可控制的3通路混合器。
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