[發(fā)明專利]汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的可變乙醇辛烷值增加

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580046751.6
• 申請(qǐng)日: 2005-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN101103188A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丹尼爾·R·科恩;萊斯利·布龍貝格;約翰·B·海伊伍德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 麻省理工學(xué)院
• 主分類號(hào): F02B75/12
• 分類號(hào): F02B75/12
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用防爆劑以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的火花點(diǎn)火汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，所述防爆劑是具有比汽油高的辛烷值的例如乙醇的液體燃料。

背景技術(shù)

已知通過高壓縮比運(yùn)行并且特別通過縮小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，能夠提高火花點(diǎn)火(SI)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。通過使用由渦輪增壓或壓縮機(jī)機(jī)械增壓的相當(dāng)大的壓力提升，能夠縮小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸。這種壓力提升使在明顯較小的發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得同樣的性能成為可能。參見J.Stokes等的“AGasoline?Engine?Concept?For?Improved?Fuel?Economy-The?Lean-BoostSystem”，SAE?Paper?2001-01-2902。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的發(fā)生限制了使用這些技術(shù)來提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。爆震是燃料的不期望的爆燃，并且能夠嚴(yán)重地?fù)p壞發(fā)動(dòng)機(jī)。如果能夠防止爆震，那么能夠利用高壓縮比運(yùn)行和高增壓來增加25％的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。

辛烷值表示燃料對(duì)爆震的抗性，但高辛烷值汽油的使用僅不太大地減輕爆震的趨勢(shì)。例如，常規(guī)汽油與優(yōu)質(zhì)汽油之間的差一般是六個(gè)辛烷值。這顯著小于完全實(shí)現(xiàn)高壓縮比或渦輪增壓運(yùn)行的效率益處所需要的。因此，需要一種實(shí)際可行的方法來達(dá)到高得多的辛烷值增加水平，使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠更為有效率地運(yùn)行。

已知在煉油廠加入少量乙醇來替代部分汽油。乙醇具有110(相比于優(yōu)質(zhì)汽油的95)(參見J.B.Heywood，“Internal?Combustion?EngineFundamentals”McGraw?Hill，1988，p.477)的混合辛烷值(ON)，并且由于其是再生能源、生物燃料，所以乙醇還是有吸引力的，但是此前已經(jīng)加入到汽油中的少量乙醇對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響相對(duì)較小。乙醇比汽油貴很多，并且由于可用于乙醇生產(chǎn)的生物數(shù)量相對(duì)有限，所以容易獲得的乙醇量大大小于汽油量。本發(fā)明的目的是將用于實(shí)現(xiàn)給定水平的發(fā)動(dòng)機(jī)效率增加的乙醇或其它防爆劑的用量減到最小。通過將乙醇的使用限制到運(yùn)行循環(huán)中需要在較高負(fù)載狀況下防止爆震的相對(duì)少的時(shí)間部分，并且通過在這些時(shí)候?qū)⑺氖褂脺p到最小，能夠?qū)⑺璧囊掖剂肯拗频交鸹c(diǎn)火汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的燃料的相對(duì)較小分?jǐn)?shù)。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面，本發(fā)明是一種燃料管理系統(tǒng)，用于包括例如乙醇的防爆劑源的火花點(diǎn)火汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)行。噴射器將乙醇直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中，并且燃料管理系統(tǒng)控制防爆劑噴射到氣缸中，以使用最少的防爆劑來控制爆震。優(yōu)選的防爆劑是乙醇。乙醇具有高的汽化熱，從而當(dāng)其直接噴射入發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，氣缸的空氣-燃料充氣(charge)顯著冷卻。除了由相對(duì)較高的乙醇辛烷值提高爆震阻力之外，這種冷卻效應(yīng)還相當(dāng)大量地減小發(fā)動(dòng)機(jī)的辛烷值要求。還可以使用甲醇、叔丁醇、MTBE、ETBE和TAME。在本文中無論在何處使用乙醇，都應(yīng)當(dāng)理解為其它的防爆劑是可以預(yù)料的。

燃料管理系統(tǒng)使用可使用微處理器的燃料管理控制系統(tǒng)，該微處理器根據(jù)辛烷值增加與防爆劑提供的燃料部分之間的預(yù)定關(guān)系以開環(huán)方式工作。為了節(jié)約乙醇，優(yōu)選的是僅在要求爆震阻力的驅(qū)動(dòng)循環(huán)的部分內(nèi)添加乙醇，并且在這些時(shí)段內(nèi)它的使用被減到最小。可選擇地，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)可包括爆震傳感器，該爆震傳感器以閉環(huán)的方式提供反饋信號(hào)到燃料管理微處理器系統(tǒng)以最小化被添加用來防止爆震的乙醇的量。

在一個(gè)實(shí)施例中，噴射器將乙醇分層以在氣缸中提供非均勻的沉積。例如，可以靠近氣缸壁噴射乙醇，并且渦漩可在壁附近產(chǎn)生環(huán)形的乙醇。

在本發(fā)明的這個(gè)方面的另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括包括當(dāng)乙醇的量低時(shí)，在包含防爆劑的源中測(cè)量例如乙醇的防爆劑的量，從而控制渦輪增壓、壓縮機(jī)機(jī)械增壓或點(diǎn)火延遲。

對(duì)于由乙醇提供的燃料能量的每個(gè)10％，乙醇的直接噴射大體上提供13℃的溫度下降。對(duì)于來自乙醇的發(fā)動(dòng)機(jī)能量的每個(gè)20％，能夠獲得最少4個(gè)辛烷值的瞬時(shí)辛烷值增加。

附圖說明

圖1是這里所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。

圖2是作為由乙醇提供的能量分?jǐn)?shù)的函數(shù)的氣缸內(nèi)溫度下降曲線圖。

圖3是使用直接噴射和渦旋運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)熱分層的冷卻器乙醇充氣(charge)的分層的示意圖。

圖4是示出了在進(jìn)氣歧管中分層的乙醇的示意圖。

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的方框圖，其中燃料管理微處理器用于根據(jù)燃料箱中的乙醇量控制渦輪增壓器和點(diǎn)火延遲。

具體實(shí)施方式