專利名稱：空氣/燃料調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料的設(shè)備和方法。
本發(fā)明具體涉及調(diào)節(jié)給汽車或其他應(yīng)用中的內(nèi)燃機(jī)提供的空氣和燃料，本發(fā)明最適用于燃料和空氣分別噴射或?qū)氲饺紵业那闆r，例如，在柴油機(jī)，GCI(汽油直接噴射)或某些燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的情況。
然而，本發(fā)明更普遍地用于輔助燃燒，增加效率和/或減少來自原動機(jī)，燃燒器，鍋爐或其他種類燃燒室的有害廢氣的排放。
人們已建議各種系統(tǒng)，其目的是提高內(nèi)燃機(jī)的性能和/或減少廢氣的排放，它是通過充電或電離提供的空氣和/或燃料實(shí)現(xiàn)的，例如，從US 4071004，US 4183337，US 4308844，US 5010869和US 6463917中已知的這種系統(tǒng)。
本發(fā)明試圖提供這樣一種設(shè)備和方法，借助于該設(shè)備和方法可以更容易實(shí)現(xiàn)這個目的。
因此，在一方面，本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料的設(shè)備，包括裝置，用于以第一極性靜電充電給燃燒室提供的空氣；裝置，用于以與所述第一極性相反的極性靜電充電給這個燃燒室提供的燃料；和裝置，用于預(yù)熱這種燃料。
最好是，該設(shè)備適合于以負(fù)極性充電空氣和以正極性充電燃料。
在每種情況下，充電裝置包括一個或多個尖形電極，該電極適合于連接到電功率源裝置并延伸進(jìn)入各自的管道，在使用時，空氣或燃料通過該管道流入到燃燒室。
在各自的管道內(nèi)還可以提供接地電極，該接地電極是在空氣或燃料流動通過管道的方向上所述尖形電極的上游。
利用與燃燒室加熱的流體進(jìn)行熱交換，可以預(yù)熱該燃料。此外，或二者擇一地，利用電功率裝置可以預(yù)熱該燃料。在具備這兩種裝置的情況下，該設(shè)備還可以包括控制裝置，當(dāng)流體熱交換裝置不能有效地預(yù)熱該燃料到規(guī)定的溫度時(例如，當(dāng)燃燒室還沒有達(dá)到它的正常工作溫度時)，該控制裝置適合于操作電功率加熱裝置。
本發(fā)明還涉及一種配置上述空氣和燃料調(diào)節(jié)設(shè)備的燃燒室。
本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料的方法，包括以第一極性靜電充電這種空氣；以與所述第一極性相反的極性靜電充電這種燃料；和預(yù)熱這種燃料。
現(xiàn)在參照附圖通過舉例更具體地描述本發(fā)明的這些和其他特征，其中圖1是在按照本發(fā)明一個實(shí)施例設(shè)備中通過空氣調(diào)節(jié)單元的部分；和圖2是通過該設(shè)備中燃料調(diào)節(jié)單元的部分。


了空氣和燃料調(diào)節(jié)單元的例子，該調(diào)節(jié)單元通常可以與柴油機(jī)或其他內(nèi)燃機(jī)結(jié)合使用。
圖1所示的單元1可以插入在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中，在過濾器的下游，并盡可能接近發(fā)動機(jī)燃燒室的空氣入口。
它包括有入口部分2和出口部分3的管道，它們都是由介電材料制成，空氣通過管道沿箭頭‘A’的方向傳輸?shù)桨l(fā)動機(jī)。在入口部分2與出口部分3之間是由多個尖形電極5形成的金屬管道部分4，這些電極延伸到該管道的內(nèi)部。
電纜6連接管道部分4到功率源(未畫出)，該功率源提供負(fù)極性的低電流高DC或脈沖電壓(通常是幾個kV至1MV)到每個電極5。
在每個電極的尖端部分集中的順向表面電場可以導(dǎo)致電暈放電并在流動通過該管道的空氣中產(chǎn)生負(fù)電荷粒子(離子)。這種效應(yīng)由于接地電極的存在而增強(qiáng)，例如，7處指示的環(huán)形電極，該電極是在沿上游方向與電極5相鄰的管道內(nèi)，產(chǎn)生的離子流的自然方向遠(yuǎn)離地。
圖2所示的單元8可以插入在發(fā)動機(jī)的燃料管中，最好是在燃料泵的下游，并盡可能接近發(fā)動機(jī)燃燒室的燃料噴射器。
它包括有入口部分9和出口部分10的管道，它們都是介電材料的，燃料通過管道沿箭頭‘F’的方向傳輸?shù)桨l(fā)動機(jī)。在入口部分9與出口部分10之間是由多個尖形電極12形成的金屬管道部分11，這些電極延伸到該管道的內(nèi)部。
電纜13連接管道部分11到功率源(未畫出)，該功率源提供正極性的低電流高DC或脈沖電壓(通常是幾個kV至1MV)到每個電極12。
在每個電極的尖端部分集中的順向表面電場可以導(dǎo)致電暈放電并在流動通過該管道的燃料中產(chǎn)生正電荷粒子(離子)。這種效應(yīng)由于接地電極的存在而增強(qiáng)，例如，14處指示的環(huán)形電極，該電極是在沿上游方向與電極12相鄰的管道內(nèi)，產(chǎn)生的離子流的自然方向遠(yuǎn)離地。
在這個設(shè)備中，除了通過電離調(diào)節(jié)燃料以外，還可以對它進(jìn)行預(yù)加熱，在圖2所示的兩個單獨(dú)裝置是用于這個目的。
第一個裝置包括水盒15，來自發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱水通過水盒15循環(huán)，該水盒有入口部分16和出口部分17。來自入口部分18的燃料流動通過水盒15內(nèi)的蛇形通道19，在它傳輸通過管道9，11，10之前，從熱水中吸取熱量。
然而，在發(fā)動機(jī)達(dá)到它的正常工作溫度之前，這不能有效地加熱燃料，所以，為了適應(yīng)于冷的起始條件，還提供一個電功率燃料加熱器。圖2表示放置在管道部分9內(nèi)的電加熱單元20的示意圖，電加熱單元20是響應(yīng)于燃料溫度傳感器22受恒溫調(diào)節(jié)器21的控制。
可以建立圖2所示的燃料加熱裝置，使之當(dāng)從冷卻狀態(tài)起動發(fā)動機(jī)時，電加熱器20最初是工作的，而在恒溫控制下，當(dāng)發(fā)動機(jī)已被加熱和高于規(guī)定溫度的預(yù)加熱燃料開始從水加熱器15傳輸時，電加熱器20被關(guān)斷。
然而，在其他的實(shí)施例中，可以省卻水加熱器，僅僅利用一個或多個電加熱器完成燃料的預(yù)加熱。例如，在柴油機(jī)燃料的情況下，人們相信預(yù)加熱到200℃左右的溫度可能是有利的，而利用發(fā)動機(jī)冷卻液作為熱源不容易達(dá)到這個溫度。
在另一個變型中，燃料調(diào)節(jié)單元中的單獨(dú)接地電極14的功能可以由標(biāo)號20那樣的電加熱器箱體代替。
雖然對以上例子的設(shè)備中空氣和燃料調(diào)節(jié)的所有效應(yīng)目前還不能完全明白，但是我們相信，向燃料中提供相同極性的電荷有助于隨后的霧化以及在發(fā)動機(jī)內(nèi)使燃料彌散成更細(xì)的微粒。
人們相信燃料的預(yù)加熱有助于電離過程和增強(qiáng)粒子的霧化。此外，在與燃料相反的極性下對空氣充電進(jìn)行燃燒，隨后的燃料與空氣混合應(yīng)當(dāng)是更快和更完全。其結(jié)果是，可以更可靠地起動燃燒，而混合物的燃燒可以更加完全，從而導(dǎo)致較高的燃料經(jīng)濟(jì)效益，較高的功率輸出和/或減少未燃燒的碳?xì)浠衔?，一氧化碳和顆粒的排放量。
還可以實(shí)現(xiàn)較低的廢氣溫度和形成較少的氮氧化物。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料的設(shè)備，其特征是，包括裝置(5)，用于以第一極性靜電充電給燃燒室提供的空氣；裝置(12)，用于以與所述第一極性相反的極性靜電充電給這個燃燒室提供的燃料；和裝置(15，19；20)，用于預(yù)熱這種燃料。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征是，該設(shè)備適合于以負(fù)極性充電空氣和以正極性充電燃料。
3.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征是，用于靜電充電空氣的所述裝置包括一個或多個尖形電極(5)，該電極適合于連接到電子功率源裝置并延伸進(jìn)入管道(2，3，4)，在使用時，空氣通過該管道流入到燃燒室。
4.按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征是，還包括在這種管道(2，3，4)內(nèi)的接地電極(7)，該電極是在空氣流動通過這種管道的方向上所述尖形電極(5)的上游。
5.按照以上權(quán)利要求中任何一個的設(shè)備，其特征是，用于靜電充電燃料的所述裝置包括一個或多個尖形電極(12)，該電極適合于連接到電功率源裝置并延伸進(jìn)入管道(9，10，11)，在使用時，燃料通過該管道流入到燃燒室。
6.按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征是，還包括這種管道(9，10，11)內(nèi)的接地電極(14)，該電極是在燃料通過這種管道的方向上所述尖形電極(12)的上游。
7.按照以上權(quán)利要求中任何一個的設(shè)備，其特征是，所述預(yù)熱裝置(15，19；20)是位于燃料流入到燃燒室的方向上用于靜電充電燃料的所述裝置(12)的上游。
8.按照以上權(quán)利要求中任何一個的設(shè)備，其特征是，所述預(yù)熱裝置包括用于預(yù)熱這種燃料的裝置(15，19)，它是通過與由燃燒室加熱的流體進(jìn)行熱交換而預(yù)熱。
9.按照以上權(quán)利要求中任何一個的設(shè)備，其特征是，所述預(yù)熱裝置包括電功率加熱裝置(20)。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征是，所述電功率加熱裝置包括設(shè)置在管道(9，10，11)內(nèi)的元件(20)，在使用時，燃料通過該管道流入到燃燒室，該燃燒室還用作所述接地電極(14)。
11.按照權(quán)利要求8，9或10的設(shè)備，其特征是，還包括控制裝置(21，22)，當(dāng)所述流體熱交換裝置(15，19)不能有效地預(yù)熱這種燃料到規(guī)定的溫度時，該控制裝置適合于操作所述電功率加熱裝置(20)。
12.一種燃燒室，其特征是，配備按照以上權(quán)利要求中任何一個的設(shè)備，該設(shè)備用于調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料。
13.按照權(quán)利要求12的燃燒室，其特征是，該燃燒室是內(nèi)燃機(jī)。
14.一種調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料的方法，其特征是，包括以下步驟以第一極性靜電充電這種空氣；以與所述第一極性相反的極性靜電充電這種燃料；和預(yù)熱這種燃料。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其特征是，借助于按照權(quán)利要求2至12中任何一個的設(shè)備實(shí)施該方法。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)給燃燒室提供的空氣和燃料的設(shè)備和方法，包括裝置(5)，用于以第一極性靜電充電給燃燒室提供的空氣；裝置(12)，用于以與所述第一極性相反的極性靜電充電給這個燃燒室提供的燃料；和裝置(15，19；20)，用于預(yù)熱這種燃料。
文檔編號F02M31/125GK1922399SQ200580006078
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者保羅·A·克林斯 申請人:海亞奴爾有限公司