專利名稱：燃料機(jī)械氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對內(nèi)燃機(jī)的大部分液體燃料進(jìn)行機(jī)械氣化的方法和裝置，這樣即可提高燃料行車?yán)锍虜?shù)和功率并能降低污染物的排放。
過去，化油器以及燃料噴射器通常是提供霧狀或者蒸汽的形式的燃料/空氣混合物。這些混合物具有像水蒸汽一樣懸浮在空氣中的非常小的燃料液滴。在現(xiàn)有的化油器或者燃料噴射器很少會產(chǎn)生純氣態(tài)燃料。人們在設(shè)計(jì)化油器和燃料噴射器時(shí)總是試圖讓燃料/空氣混合物中的燃料液滴更小和分布更為均勻。然而，隨著液滴直徑的變小，液滴表面張力逐漸變大，這樣就很難達(dá)到具有混合的燃料分子與空氣分子的真實(shí)氣體狀態(tài)。
因此本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識到需要提供一種純氣態(tài)或者過熱形式的內(nèi)燃機(jī)燃料。例如Clen Furr等人的
公開日為1978年4月11日的美國專利4,083,340就披露了一種使汽油過熱的方法。在上述方法中，利用內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱量在高壓下將燃料室中的汽油加熱到正常沸點(diǎn)之上。當(dāng)壓力降低時(shí)，汽油將轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)和液態(tài)燃料。氣態(tài)燃料被送入到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)入口，而液態(tài)燃料將被返回到燃料壓力室。然而上述在高壓下對高可燃性燃料進(jìn)行加熱會存在明顯的危險(xiǎn)。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種產(chǎn)生純氣態(tài)或氣體混合物形式的內(nèi)燃機(jī)燃料而無需加熱的方法和裝置，其中上述燃料的液滴非常細(xì)小，是不可見的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的是對內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管進(jìn)行加熱，這樣霧化的燃料混合物即可被擴(kuò)散，當(dāng)燃料進(jìn)入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室時(shí)，其更像真實(shí)氣體。然而此時(shí)必須加熱進(jìn)氣歧管。因此本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種將霧化的燃料轉(zhuǎn)化為氣態(tài)而不必加熱的方法和裝置，即在內(nèi)燃機(jī)的入口處的過熱燃料是氣態(tài)的或者接近氣態(tài)的，而無需過熱燃料容器。因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)和本發(fā)明的氣化裝置可同時(shí)啟動，所以氣化裝置在內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火之前是處于最佳速度的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，Conrad K.Warren的
公開日為1985年5月7日的美國專利4,515,134公開了一種“分子擴(kuò)散器裝置”，其中利用熱敏電阻型加熱器/蒸發(fā)器來加熱燃料中的揮發(fā)組分。當(dāng)大部分蒸發(fā)完之后，燃料被引入到文丘里管中以便將其擴(kuò)散到從文丘里管流過的空氣流中。然后空氣流被輸送到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在將燃料或霧化的燃料輸送到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中之前避免對其進(jìn)行加熱。
在現(xiàn)有技術(shù)中，人們作出了很大的努力來降低內(nèi)燃機(jī)的排放，在這些有害的排放物中有未燃的碳?xì)浠衔镆约暗趸铩３舜呋D(zhuǎn)換器之外，當(dāng)人們想降低這些排放物并取消先期點(diǎn)火時(shí)，通常是為內(nèi)燃機(jī)配備一個(gè)廢氣再循環(huán)閥門(EGR)。另一種方法是將水噴入霧化的燃料/空氣混合物中。這些現(xiàn)有的方法和裝置需要對水或廢氣進(jìn)行復(fù)雜的閥門調(diào)節(jié)、供應(yīng)和輸送。因此本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種降低有害燃燒產(chǎn)物排放的裝置和方法，其中不需要噴水并且廢氣再循環(huán)的需求降至最低。
還有許多現(xiàn)有技術(shù)都試圖來成功地對燃料進(jìn)行過熱或氣化從而使內(nèi)燃機(jī)的效率更高同時(shí)也降低有害物的排放，而利用下述本發(fā)明新穎的方法和裝置即可達(dá)到所有這些目的。
本發(fā)明另一方面提供了一種機(jī)械氣化液態(tài)燃料的裝置，其包括一個(gè)腔體；一個(gè)位于所述腔體之內(nèi)的定子體，所述定子體的內(nèi)表面具有一組向內(nèi)突出的銷排；一個(gè)轉(zhuǎn)子體，其具有一組從其外表面向外突出的銷排；所述轉(zhuǎn)子銷與定子銷相交錯(cuò)，轉(zhuǎn)子可高速旋轉(zhuǎn)；一個(gè)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)；一個(gè)適于對腔體的一端進(jìn)行封裝的第一端蓋或封蓋，其還用于從噴射器接受霧化的燃料并將所述燃料傳遞到所述腔體，這樣霧化的燃料即可通過相交錯(cuò)的銷；以及一個(gè)用來封裝所述腔體另一端的第二端蓋或封蓋，其用來將氣體燃料導(dǎo)向到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管或者進(jìn)氣閥門中，然后燃料進(jìn)入到燃燒室或者活塞壓燃室。
本發(fā)明的另一方面提供了一種機(jī)械地氣化內(nèi)燃機(jī)霧化燃料的方法，其包括如下步驟接受來自燃料噴射器、化油器、噴嘴或者其他霧化裝置的霧化燃料；將所述燃料傳送通過交錯(cuò)的銷排，在此處至少一排銷以高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣所述霧化燃料中的燃料滴會猛烈地撞擊到銷上從而破碎并變?yōu)闅鈶B(tài)或接近氣態(tài)/細(xì)小液滴的狀態(tài)；然后將所述氣態(tài)燃料傳送到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。本發(fā)明包括一種將“定子”配置成反向旋轉(zhuǎn)的布置方式，這樣可以顯著提高銷之間的相對速度。
概括而言，本發(fā)明可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的所有類型的液態(tài)燃料并且在與汽油作為動力的活塞驅(qū)動發(fā)動機(jī)或者渦輪機(jī)、冶金爐、燃料通過噴嘴導(dǎo)入的噴入型的爐膛或鍋爐中使用時(shí)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明用于內(nèi)燃機(jī)的特別優(yōu)點(diǎn)在于具有較低的一氧化碳、氮氧化合物(NOx)排放量并能提高二氧化碳(CO2)的排放率。氧氣(O2)的排放量約為0。而且通過閱讀下述說明書和附圖中所展示的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯。
圖2A為圖2的部分放大示圖，其展示了銷的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖2B為沿著圖2中2B-2B剖面線剖視的另一種銷結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2C為沿著圖2中的線2C-2C剖視的具有類似扭轉(zhuǎn)的螺旋槳的另一種銷結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3C為實(shí)施本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的步驟或者階段的方塊圖；圖4類似于圖2，但其展示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例該實(shí)施例包括一個(gè)具有臺階型壁面的內(nèi)表面的裝置和具有相應(yīng)各臺階長度的銷；圖5為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的剖面圖，其可直接安裝在進(jìn)氣歧管或者防火壁上；圖6為從排放端看圖5中實(shí)施例的透視圖；圖7為圖6中所示實(shí)施例的剖視圖；圖8為本發(fā)明的四個(gè)氣化裝置的布置的正視透視圖，其中氣化裝置由內(nèi)燃機(jī)原來的進(jìn)氣歧管進(jìn)行支承，并且被定位安裝在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥門之上；以及圖9為圖8中所示的布置的底部立體圖。
在此還使用了與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)并以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)衡量的術(shù)語“高速”。“高速”指的是旋轉(zhuǎn)速度在低于約10,000rpm到高于約100,000rpm之間。
先看圖3，其展示了汽車的汽油內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)選布置的方塊圖。在典型的現(xiàn)代汽車中，燃料由電動或者機(jī)械驅(qū)動的燃料泵從汽油箱泵入到燃料軌(rail)中，上述燃料軌再將燃料分配到燃料噴射器中。內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)氣缸都具有一個(gè)燃料噴射器。噴射器的類型可參見MarkCerny等人于1993年9月21日公開的、屬于Cherysler Corporation的美國專利5,271,563。當(dāng)燃料以霧化的狀態(tài)離開噴射器之后，其就進(jìn)入到本發(fā)明的氣化裝置，該氣化裝置由一個(gè)轉(zhuǎn)速為50,000rpm的超高速馬達(dá)驅(qū)動。該馬達(dá)可由壓縮空氣或者廢氣或者優(yōu)選地由電機(jī)驅(qū)動。離開氣化裝置之后，被氣化的燃料進(jìn)入到進(jìn)氣歧管，在此燃料經(jīng)閥門而被吸入到燃燒室中進(jìn)行燃燒。
參見

圖1，其展示了本發(fā)明氣化裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。氣化裝置1包括大致圓柱形的腔體7，該腔體7兩端開口且其長度和直徑能很容易地將其安裝在內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器和進(jìn)氣歧管之間。一個(gè)定子6位于腔體之內(nèi)，該大致圓柱形定子被固定安裝在腔體7的圓柱形腔內(nèi)，這樣定子就不會旋轉(zhuǎn)。腔體和定子是同軸心的。在定子的內(nèi)表面上具有向內(nèi)突出的定子銷4，在優(yōu)選的實(shí)施例中定子內(nèi)表面上分布有五排定子銷，每排有12個(gè)定子銷。定子銷的排數(shù)可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的類型和大小進(jìn)行調(diào)整。
仍然參見圖1，轉(zhuǎn)子體定位在定子體之內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并具有相應(yīng)的5排轉(zhuǎn)子銷。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，五排轉(zhuǎn)子銷以及每排12個(gè)轉(zhuǎn)子銷均布置為交錯(cuò)在定子銷之間。端蓋9封住腔體7的頂部，這樣轉(zhuǎn)子3和定子7即被包圍在其內(nèi)。端蓋9具有一個(gè)中心孔，馬達(dá)8的驅(qū)動軸8a穿過上述中心孔并與轉(zhuǎn)子3相連，由此馬達(dá)可驅(qū)動轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)軸8a穿過的端蓋中心孔還包括一個(gè)軸承面，馬達(dá)軸8a位于的軸頸與其接設(shè)(圖中為詳細(xì)示出)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中利用加利福尼亞Santa Ana的Micro Motor公司(Micro Motor of Santa Ana)生產(chǎn)的MMF-5000型氣動葉輪馬達(dá)來驅(qū)動轉(zhuǎn)子。該馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為50,000rpm。一種更為優(yōu)選的馬達(dá)是轉(zhuǎn)速相同或者更高的電動馬達(dá)。然而，根據(jù)特定實(shí)施例和場合的不同，所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)速也會在50,000rpm左右變化。
端蓋9具有一個(gè)適于容納燃料噴射器2的噴射口的第二孔或開口，上述噴射口可將霧化后的燃料噴出。在腔體7的另一端具有來封閉腔體并將燃料輸送到燃料收集室的進(jìn)氣管的底部端蓋或者封蓋7a，在燃料收集室處當(dāng)進(jìn)氣閥門打開時(shí)，氣化的燃料將被吸入到內(nèi)燃機(jī)的氣缸中。
圖2示出了氣化裝置的部分剖視圖，圖中可見交錯(cuò)的銷的布置形式。轉(zhuǎn)子體3由驅(qū)動軸8a和轉(zhuǎn)子銷5固定在其位置上，上述轉(zhuǎn)子銷從其外表面向外突出并與定子銷6相交叉配合，該定子銷6從其內(nèi)表面向內(nèi)突出。霧化的燃料19從燃料噴射器進(jìn)入并穿過高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子銷。當(dāng)霧化的燃料混合物19穿過旋轉(zhuǎn)銷時(shí)發(fā)生氣化作用，并作為氣化的燃料20離開。
表1中為單個(gè)裝置的優(yōu)選實(shí)施例的尺寸(單位英寸)表1

上述尺寸是用在測試的實(shí)施例上的。銷與銷之間的間隙為約0.01″到約0.060″。銷的形狀也是可變的，其截面可為橢圓形、方形、矩形并且其厚度沿著長度方向也是可變的。圖中所示的圓形截面被認(rèn)為具有如下優(yōu)點(diǎn)表面上沉積有害物質(zhì)的可能性較小并且表面具有更好的空氣動力學(xué)特性，即該形狀能以最小的氣動阻力和最大的動能來撞擊燃料滴。
然而，其他形狀的銷也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。圖2B和圖2C中示出了這些形狀。在圖2B中示出了一側(cè)為平面而另一側(cè)為圓形的銷截面，其中銷5為轉(zhuǎn)子銷，銷4為定子銷。平面銷的優(yōu)點(diǎn)在于其表面可以一定的角度撞擊燃料滴，這樣可施加最大的動量和能量并能減少“粗略的”撞擊。圖2C中扭轉(zhuǎn)的螺旋槳形可用來提高氣化裝置內(nèi)的湍流度，由此增加燃料滴和銷之間撞擊的次數(shù)，銷5為轉(zhuǎn)子銷，銷4為定子銷。最好以多種樣式將此三種形狀都設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，從而最大程度的增加湍流度和減小燃料滴的尺寸。
第一優(yōu)選實(shí)施例在圖4示出的第一優(yōu)選實(shí)施例中，位于腔體內(nèi)的定子體6′具有所述定子銷4a由其向內(nèi)突出的表面6a；定子體6′從上到下是階梯形的，在其頂部具有較小直徑的表面階梯6a，這樣可能凝結(jié)在該表面上的汽油即會滴落并被轉(zhuǎn)子銷5a撞下去。即，在該實(shí)施例中不會有液體燃料聚集的部位，因此燃料不能避開旋轉(zhuǎn)銷，所有的燃料均被氣化。
本發(fā)明不由任何特定的氣化理論所約束，我個(gè)人的觀點(diǎn)認(rèn)為燃料噴射器噴入的霧化燃料滴被高速旋轉(zhuǎn)銷撞擊多次，由于銷的旋轉(zhuǎn)速度很大，因此燃料滴在經(jīng)過氣化裝置的過程中都要經(jīng)受銷的反復(fù)撞擊。這些銷具有足夠的動能和動量，當(dāng)撞擊燃料滴的能量足夠大時(shí)將會破壞掉液滴的表面張力從而將其粉碎成更小的燃料滴。隨著在每一次撞擊過程中燃料滴的分解，燃料分子也被釋放出來且不會重新組合成燃料滴，這是因?yàn)楸粋鬟f來的運(yùn)動阻止了分子再次組合的趨勢。這樣就形成了包括自由移動的燃料空氣和分子的真實(shí)氣體。因此就無需使用熱能來產(chǎn)生氣體動能。
進(jìn)入到汽油內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃料在每一個(gè)動力沖程都是無窮小的燃料噴入。例如，1992 Honda Accord EX 2.2升的4氣缸內(nèi)燃機(jī)在正常負(fù)載公路行駛、油耗為60英里/加侖的條件下大約為25英里/加侖。在此速度下，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速為2,200rpm且每秒平均點(diǎn)火73.33次，每分鐘點(diǎn)火4,400次或者每小時(shí)點(diǎn)火264,000次，每一個(gè)動力沖程(噴入)將要消耗(2.4/264,000)0.00000909加侖汽油或者0.0000545磅。
每次噴入的燃料量很小，因此有可能利用由機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的高速湍流將噴入的燃料從液態(tài)轉(zhuǎn)化為過熱狀態(tài)或者氣化狀態(tài)。而且，可以采用常規(guī)的進(jìn)氣歧管真空技術(shù)來輔助實(shí)現(xiàn)該過程。
實(shí)例1在第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)測試中，具有四個(gè)氣缸的1992 HondaAccord燃料噴射內(nèi)燃機(jī)配備有4個(gè)圖1所示實(shí)施例的氣化裝置。這些裝置位于每一個(gè)氣缸的燃料噴射器和進(jìn)氣歧管之間。在安裝氣化裝置之前，12英里的汽油里程測試表明汽油的消耗率為25英里/加侖。安裝上本發(fā)明的氣化裝置之后，在相同的條件下以相同的速度重復(fù)測試表明汽油里程提高到35英里/加侖。而且隨著內(nèi)燃機(jī)對汽車的加速性能的顯著提高，內(nèi)燃機(jī)的性能也明顯提高。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，氣化裝置被分成若干階段，第一階段中的轉(zhuǎn)子、定子以及腔體的直徑要小于第二階段中相應(yīng)部件的直徑。第一階段直接進(jìn)入到第二階段并且當(dāng)燃料氣化時(shí)產(chǎn)生膨脹。
第二優(yōu)選實(shí)施例現(xiàn)參考圖5、6、7，下面將討論第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其為一個(gè)用于渦輪發(fā)動機(jī)、鍋爐燃燒室、熔爐燃燒室或者其他任何燃燒系統(tǒng)的各種類型的噴嘴的新穎的氣化裝置，在上述各種燃燒系統(tǒng)中燃料是由噴嘴噴入的。氣化裝置21安裝在燃燒室32的防火壁33之上。在此結(jié)構(gòu)中，氣化裝置21位于一個(gè)有壓縮空氣供入的封閉腔體(圖中未示出)之內(nèi)。腔體與防火壁之間的間隙形成了一個(gè)壓縮空氣室。燃料通過噴嘴22、22a由燃料噴射器噴入。
本實(shí)施例的馬達(dá)28的轉(zhuǎn)速非常高，其能將燃料滴進(jìn)一步粉碎并且無論在燃料噴射中產(chǎn)生的球形燃料滴的直徑多么小都可將其氣化。
驅(qū)動馬達(dá)軸28a延伸出馬達(dá)腔體28約1.5″以便承載轉(zhuǎn)子套筒23，上述轉(zhuǎn)子套筒23上的孔能與軸28a的直徑相匹配，這樣轉(zhuǎn)子套筒23即可被按壓和固定到軸28a的所需深度，在此處轉(zhuǎn)子銷每排的中心線與定子銷24每排的中心線相隔約0.1875″從而確保在運(yùn)行期間不會接觸。該分隔間隙可能并且將隨著本發(fā)明實(shí)施例的不同而改變。
轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子銷的排之間的分隔距離約為0.375″。定子上的固定銷排之間的距離也約為0.375″?？梢岳斫?，當(dāng)機(jī)械以及組裝公差允許時(shí)，這些銷之間的距離可以進(jìn)一步變大或者縮小。
在銷排的每一個(gè)連續(xù)臺階上，旋轉(zhuǎn)銷和固定銷的長度從第一排到第五排逐步增加約0.25″。這些銷的長度、直徑和形狀會隨著使用場合的變化而變化。
旋轉(zhuǎn)銷從第一排到第五排的長度如下第一排……………………0.825″第二排……………………1.075″第三排……………………1.325″第四排……………………1.575″第五排……………………1.825″銷末端和定子腔體之間的間隙在每一個(gè)臺階處優(yōu)選地為0.05″和更大，這樣可以防止燃料滴脫離開轉(zhuǎn)動銷。
固定銷從第一排到第五排的長度如下第一排........................1.200″第二排........................1.450″第三排........................1.700″第四排........................2.075″第五排.......(沒有臺階).......2.075″固定銷和旋轉(zhuǎn)套筒之間的間隙優(yōu)選地為0.05″。這樣小的間隙能確保被旋轉(zhuǎn)銷撞擊的燃料滴因兩者之間的細(xì)小間隙而與固定銷相接觸。這些固定銷也能防止由旋轉(zhuǎn)銷引起的渦旋或者空穴現(xiàn)象的發(fā)生。以高速從旋轉(zhuǎn)銷反彈回的或者被分解成更小液滴的燃料滴會撞擊固定銷，這樣會更進(jìn)一步粉碎燃料滴。
該過程在所有這五組銷排中重復(fù)進(jìn)行，燃料離開第五以及最后一排銷時(shí)為氣化燃料或者分子燃料，由此使每一個(gè)燃料分子暴露在空氣分子(氧化劑)之中從而使燃料完全燃燒。此時(shí)，燃料分子完全被氧分子包圍。氣化或者過熱的燃料為每一個(gè)燃料分子和氧分子的結(jié)合提供了最大的可能性，這樣使得燃料能基本上完全燃燒并釋放出最大的能量。
參見圖5，馬達(dá)和燃料噴嘴22的安裝/轉(zhuǎn)接板29具有72個(gè)1/16″的通孔以便空氣以平行于燃料噴嘴22、22a噴出的燃料的方式從壓縮空氣室進(jìn)入到氣化裝置中，上述燃料噴嘴穿過安裝板29并延伸到安裝板29下1/4″～3/8″處。
燃料和空氣的混合物穿過氣化裝置的五個(gè)階段，同時(shí)額外的空氣從定子26腔體前三個(gè)臺階中的36個(gè)附加孔30中進(jìn)入(參見圖6，其展示了從氣化裝置的按鈕或者排放端看去附加孔以及銷交錯(cuò)在一起時(shí)的狀態(tài)。圖7中示出了圖6的剖面圖)。
本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可認(rèn)識到渦輪發(fā)動機(jī)的固定銷和旋轉(zhuǎn)銷的排數(shù)可增減，入口可增加或不用，定子和轉(zhuǎn)子的尺寸、形狀以及旋轉(zhuǎn)速度可以減少或者變大，或者燃燒燃料的內(nèi)燃機(jī)的燃燒室可增大或減小。而且燃料和空氣的體積、溫度、壓力均根據(jù)每個(gè)內(nèi)燃機(jī)燃燒室的不同而變化，制造所需材料的重量、類型以及形式均根據(jù)每個(gè)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行溫度、位置高度、燃料類型和氧化劑的不同而變化。
在圖5中所示的燃燒室32具有一個(gè)安裝在防火壁33之上的氣化裝置21，每一個(gè)燃料噴嘴22、22a均將液體燃料噴入到180°弧度范圍內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)套筒23的每一側(cè)邊上具有半個(gè)圓錐形的燃料噴嘴。當(dāng)將其組合在一起時(shí)，噴嘴將提供整個(gè)360°的噴霧范圍，這是一個(gè)放大的圓錐形，是對定子錐形形狀的補(bǔ)充(complimenting)。這樣利用由定子銷所增強(qiáng)的轉(zhuǎn)子銷產(chǎn)生的渦流，燃料被徹底氣化并與空氣混合。
第三優(yōu)選實(shí)施例圖8示出了位于四缸內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口P和噴射器42之間具有四個(gè)氣化裝置41的組件。安裝板45固定氣化裝置43的下端并與內(nèi)燃機(jī)頭部的閥頭進(jìn)氣口P對齊。馬達(dá)安裝板46支承著馬達(dá)48和進(jìn)氣腔49，該進(jìn)氣腔圍繞并保護(hù)馬達(dá)48。這些腔體具有允許空氣通過的開口或者具有來自壓縮機(jī)的壓縮空氣或強(qiáng)迫通風(fēng)。原來的進(jìn)氣歧管44略作修改以適應(yīng)和固定安裝板44。這使得燃料噴射器大致保持在其O.E.M.位置上。此種布置可使要進(jìn)入到氣缸中的所有空氣A均通過氣化裝置41，同時(shí)在空氣流進(jìn)入到氣化裝置之前燃料將被噴射到其中。由此，在燃料進(jìn)入到閥頭進(jìn)氣口P之前氣化并同時(shí)與空氣混合。
在此，氣化裝置成為空氣/燃料混合過程中的一個(gè)一體部件，當(dāng)混合物進(jìn)入到閥門進(jìn)氣室時(shí)，氣化裝置可提供出均勻的氣化燃料混合物。該布置方式能使EGR(廢氣再循環(huán))閥門進(jìn)行正常的工作。利用主空氣流中的氣化裝置，空氣中的氧分子很容易與每一個(gè)氣化燃料分子結(jié)合從而在進(jìn)入到燃燒室之前形成更為均勻的混合物。而且空氣流中的真空作用能通過降低燃料滴表面張力使其更容易地被破碎，從而進(jìn)一步增強(qiáng)燃料氣化過程。
如果需要，可將空氣流導(dǎo)流葉片插入在氣化裝置的出口處以便消除氣門頭混合室中的渦旋或者氣蝕。在該實(shí)施例中，氣化裝置的馬達(dá)安裝在進(jìn)氣歧管的上游處。在該實(shí)施例中也可以使用空氣馬達(dá)。
在本發(fā)明中，氣化裝置是燃料/空氣混合和輸送過程的一體部件。進(jìn)氣歧管以及氣門頭安裝板將氣化裝置夾在中間。那些將O.E.M.(原始設(shè)備制造廠家)的進(jìn)氣歧管固定在氣門頭口的現(xiàn)有螺栓經(jīng)加長后有助于以便將O.E.M.進(jìn)氣歧管安裝板和位于板45和板46之間的氣化組件41固定在一起，由此對O.E.M.設(shè)備作出最小限度的改動或者不作改動。
無論氣缸數(shù)量的多少，也無論其用于船舶、飛機(jī)或者陸用內(nèi)燃機(jī)，本實(shí)施例均可在對氣化裝置進(jìn)行較小改動的情況下進(jìn)行使用并適應(yīng)每一個(gè)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管的需求。該氣化裝置也可適于直線型、V型、星形發(fā)動機(jī)。
本發(fā)明的氣化裝置使得燃料降低到分子水平，并且當(dāng)每一個(gè)燃料分子和空氣分子混合時(shí)其基本上被空氣分子所包圍，因此燃燒更為完全、輸出功率更大、燃燒效率更高，而且由于燃料的完全燃燒使得燃燒排放物更符合環(huán)保要求。
雖然在此對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)敘述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解了前述說明書之后可以開發(fā)出本發(fā)明的其他實(shí)施例。因而，本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種將內(nèi)燃機(jī)的液態(tài)燃料機(jī)械地轉(zhuǎn)化為大致氣態(tài)燃料的方法，其包括如下步驟a)提供細(xì)小液滴形式的霧化燃料；b)使所述霧化燃料通過多組相交錯(cuò)的銷陣列；c)當(dāng)霧化燃料通過上述銷陣列時(shí)，至少一組銷以高速旋轉(zhuǎn)；d)將所述燃料導(dǎo)入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括從一燃料噴射器提供所述霧化燃料的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述銷陣列中的所述一組的旋轉(zhuǎn)速度為約10,000rpm～約100,000rpm，并且在相交錯(cuò)的銷中的間隙約為0.020英寸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述內(nèi)燃機(jī)具有多個(gè)氣缸，且在步驟(d)中燃料被直接導(dǎo)入到每一個(gè)氣缸的燃燒室中。
5.一種將汽油或者類似燃料由液態(tài)機(jī)械地轉(zhuǎn)化為大致氣態(tài)燃料的方法，其包括如下步驟a)提供霧化形式的汽油；b)提供一個(gè)大致圓柱形的腔體，該腔體內(nèi)部布置有一個(gè)圓柱形定子，上述定子具有從所述腔體的內(nèi)壁向內(nèi)突出的銷陣列；所述銷以行和列的形式進(jìn)行布置；c)提供一個(gè)大致圓柱形的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有從其外表面向外突出的一銷陣列，該轉(zhuǎn)子銷的行和列對應(yīng)于所述定子銷的行和列；所述轉(zhuǎn)子和所述定子安裝在一起以便繞其垂直軸線高速旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子銷在安裝上使得轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時(shí)轉(zhuǎn)子銷的相應(yīng)排位于定子銷的相應(yīng)排之間；d)提供一個(gè)可使所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在低于10,000rpm到高于100,000rpm之間旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)；e)將所述轉(zhuǎn)子定位在所述定子之內(nèi)以便由所述馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，由此形成了一個(gè)燃料氣化組件；以及f)將所述組件安裝在汽車發(fā)動機(jī)上以便接受來自燃料噴射器的霧化燃料并將其大致氣化的燃料直接輸送到進(jìn)氣歧管和所述發(fā)動機(jī)中；以及g)在霧化或者液態(tài)燃料從中通過期間高速旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子；所述燃料被輸送到所述進(jìn)氣歧管中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述霧化燃料由燃料噴射器提供。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述霧化燃料由化油器提供。
8.一種將霧化液態(tài)燃料機(jī)械地轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料的方法，其包括如下步驟a)在交錯(cuò)的第二組銷之內(nèi)旋轉(zhuǎn)第一組銷，所述銷的縱向表面之間的間隙約為0.01英寸～0.060英寸之間或更少，所述所述銷的旋轉(zhuǎn)速度為低于10,000rpm到高于100,000rpm之間；b)將霧化燃料輸送過所述定子銷，由此所述霧化燃料滴被基本上機(jī)械氣化；以及c)將所述氣態(tài)燃料輸送到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中第一組銷是轉(zhuǎn)動的，而第二組銷是固定的或者反向旋轉(zhuǎn)的。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中第二組銷相對于第一組銷反向旋轉(zhuǎn)。
11.一種將霧化液態(tài)燃料進(jìn)行機(jī)械氣化的裝置，包括a)一個(gè)腔體；b)一個(gè)位于所述腔體之內(nèi)的定子體，所述定子體的內(nèi)表面具有一組從其處向內(nèi)突出的銷陣列；c)一個(gè)轉(zhuǎn)子體，其具有從其外表面向外突出的銷陣列；d)安裝所述轉(zhuǎn)子的裝置，從而使得轉(zhuǎn)子銷和定子銷相交錯(cuò)并高速旋轉(zhuǎn)；e)一個(gè)使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達(dá)；f)一個(gè)第一端蓋，其適于在腔體的一端對其進(jìn)行封裝并接受來自噴射器的霧化燃料，然后將所述霧化燃料輸送到所述腔體之內(nèi)，所述第一封蓋支承所述馬達(dá)并安裝成使馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；g)一個(gè)第二端蓋，其用來封裝所述腔體的另一端并將從所述轉(zhuǎn)子銷中出來的氣態(tài)燃料導(dǎo)入到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管中。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，包括用來將所述定子相對于轉(zhuǎn)子安裝在一固定位置的裝置，并且還包括用來反轉(zhuǎn)所述定子體的驅(qū)動裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中權(quán)利要求8所述的裝置包括氣化的第一級以及與第一階段大致相同的第二級，第二級的定子、轉(zhuǎn)子以及腔體大于第一級的定子、轉(zhuǎn)子以及腔體的直徑。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第二端蓋適于將氣態(tài)燃料直接導(dǎo)入到進(jìn)氣歧管中，該進(jìn)氣歧管將所述燃料輸送到進(jìn)氣閥門中。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中定子體具有臺階型的內(nèi)徑并且其內(nèi)徑從所述定子的頂部到底部逐漸變大，每一個(gè)臺階具有足夠的高度以便容納所述一排定子銷和轉(zhuǎn)子銷，所述轉(zhuǎn)子銷和定子銷所選的長度延伸過每一個(gè)臺階。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中每一個(gè)定子銷和轉(zhuǎn)子銷具有一平側(cè)邊，所述平側(cè)邊面向所述裝置的排放端。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述裝置安裝在一個(gè)具有進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣閥門以及其他進(jìn)氣部件的內(nèi)燃機(jī)上；以及a)所述第一端蓋是一個(gè)固定到所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管上的馬達(dá)安裝板，該內(nèi)燃機(jī)適于容納所述裝置；b)所述第二端蓋是一個(gè)將該裝置定位在進(jìn)氣閥門口之上的安裝板，由此所述氣態(tài)燃料被直接導(dǎo)入到閥門口中。
18.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述銷具有一個(gè)圓形截面。
19.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中至少有一個(gè)銷沿其縱向大致為扭轉(zhuǎn)的螺旋槳型。
全文摘要
一種將霧化后燃料/空氣混合物輸送過高速旋轉(zhuǎn)的交錯(cuò)的銷組(4、5)而對該混合物進(jìn)行機(jī)械氣化的方法和裝置(1)。當(dāng)其在內(nèi)燃機(jī)中使用時(shí)可提高燃料的燃燒效率并降低有害物的排放。
文檔編號F02M29/02GK1471612SQ01817854
公開日2004年1月28日 申請日期2001年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月20日
發(fā)明者R·W·哈蒙德, R W 哈蒙德 申請人:R·W·哈蒙德, R W 哈蒙德