向发动机供应燃料的方式能显著地影响燃料的效率和尾气排放。 在具有化油器的活塞式发动机中，液态汽油被集中地引入到助燃空气 的气流中，之后，空气-燃料混合物被分成几份并被分配到发动机的 各个气缸中。在其气缸带有燃料喷射器的活塞式发动机中，加压后的 液态燃料被推送着流经喷射器的喷嘴，以喷射出由液态燃料颗粒组成 的喷雾。喷雾在气缸的进气口处被喷射到助燃空气中，或者被直接喷 射到燃烧区域中。燃料在这些发动机和其它发动机中的不完全燃烧会 对燃料经济性造成不利影响，并产生出有害的排放物。几十年前，人 们已经提出要对燃料执行预先蒸发，以此作为提高燃料效率和降低内 燃机排放的途经，但尚未发现任何可被接受的解决方案。

对于运转中的发动机，压力基本上超过大气压的蒸发室(或蒸气 室)具有脉动的、加压的燃料喷雾喷射器，其与被加热的传热表面分 离开。先前由喷雾形成的、处于压力下的蒸气在喷射器的附近循环流 动，其中，蒸气是由喷雾受到传热表面的加热而形成的。蒸气拦截喷 入的液态喷雾，并与液态喷雾以紊流的形式混合到一起。由于混合物 受到传热表面的进一步加热，所以将有助于形成更多的蒸气。按照可 维持蒸发室中基本上高于大气压的压力的方式，从蒸发室引出的蒸气 通道将燃料蒸气引向发动机。因而，与蒸发室的压力状态相关的蒸气 密度将有助于燃料蒸气的形成。从液体被喷射到蒸气室中到燃料进入 到发动机燃烧区域之间的时间延迟以及流动条件可促进蒸气与雾化后 的任何残余燃料颗粒的混合。对于汽油等的燃料，已经发现：无需在 蒸气室中使用空气气流，就能产生有效的蒸发，并能将蒸气从中央蒸 气室运送到发动机的各个气缸。在另外一些实例中，有限地输入压缩 空气可有利于工作。空气有助于被加热蒸气的循环流动，并有助于其 与喷入的液体喷雾进行混合。在任一种系统中，所导入的液体喷雾的 动能本身就能产生出强烈的紊流混合作用。如果空气要被引入到蒸气 室中，其可被作为喷嘴处的横向射流，而液体喷流是在喷嘴处出现， 从而可促使液体喷流被雾化成细微的颗粒。
在另外一种设计中，为发动机的各个气缸或其它的燃烧区域设置 了专用的加压蒸气室。蒸气喷射喷嘴可被设置成将燃料蒸气喷射到燃 烧区域的空气进气口中，或者直接喷射到燃烧区域中。蒸气室中压力 超过大气压的程度是如下因素的函数：进入到蒸气室中的液体喷雾的 能量、受热蒸发作用、以及蒸气从该蒸气室中排出的通断操作。可与 发动机正时规律协调地、电动地触发该通断操作，或者可响应于蒸气 室中的压力由弹簧加载来完成操作。所采用的超大气压数值取决于所 涉及的发动机类型。在任何情况下，燃料蒸气排出时的压力都足以将 其推送到发动机中的使用位置点处。这种专用蒸发器的实施方式在工 作时，空气被排除在蒸气发生室之外。
在某些为发动机各个燃烧区域设置专用蒸气发生室的实施方式 中，喷入到各个燃烧区域中的液体燃料喷雾的脉冲量被调节成可形成 单份燃料充量。在蒸气从蒸气室中排出之前，对该液体喷雾的时刻进 行调整，以形成适当的加热时间间隔。该间隔的时长、所喷射的液体 脉冲的量、以及蒸气排出的定时都受发动机管理计算机的控制。例如 在蒸发器与往复式柴油机的气缸相对应的情况下，时间间隔的时长和 加热量被控制成在蒸发室中建立起很高的压力。这样就能在与做功冲 程的开始时刻保持适当定时关系的情况下将柴油蒸气以非常高的压力 直接喷射到柴油机气缸的燃烧区域中。
在本文的语境中，蒸发室中“基本上超大气压的压力”是指压力 至少为10psig(磅/平方英寸)以上。优选地是，对于汽油发动机， 采用更高的压力，即超过20psig直至80psig的压力。对于要向发 动机气缸直接喷射的蒸发室，采用更高的压力是合适的。可将该系统 作为单一的燃料输送措施，或者使该系统与其它的燃料输送机构配合 使用，其它的燃料输送机构例如是为了冷起动而向空气系统中喷射液 体燃料颗粒，或将燃料喷射到燃烧空间中一例如对于柴油机。
在一种优选的结构中，为了在冷机条件下产生蒸气的装置包括位 于蒸气室中的速加热表面，该表面接收液体燃料喷雾，以实现初始时 的蒸发。
在一种特别有效的结构中，不论是为了冷起动和运转的传热表面、 还是为暖机运转状况而设的传热表面都与同一蒸气发生容积相联系。 在一种结构中，被加热的传热表面包围着喷雾，例如，圆筒形的受热 传热表面包围着来自于喷射器的锥形喷雾。该传热表面所处位置与喷 射器相距足够的距离，以便于在暖机运转过程中使得大多数蒸发过程 发生在自由空间中。横向延伸而与喷射器轴线相交的第二传热表面处 于被初始喷雾弄湿的位置。第二传热表面被快速加热，以形成加热的 蒸气，从而实现冷机条件下的操作。在某些设计中，该第二传热表面 可被用于冷起动、冷机运转、以及发动机的暖机运转。
优选地是，用电热的方法来对传热表面进行加热。在某些设计中， 为传热表面设置的电加热器与蒸气容积隔绝开，而在另外一些情况下， 该电加热器被直接暴露到燃料中。
发现电热塞(即基于管体等伸入物的电阻加热来工作的电加热器) 对于蒸气的产生是有效的。电热塞需要具有长工作寿命的特点决定了 其结构应当耐用。优选的结构特征包括：主要由铂制成的中央电阻； 电绝缘的、但导热的细微粉末，其基本上是由玻璃组成的，这些粉末 填充了电阻元件与环绕的导热管之间的空间。耐热的密封件在高温高 压下将玻璃粉末密封。
在很多有利的设计中，采用了电热塞来加热中间传热介质，该介 质从电热塞延伸到形成主动传热表面的构件处。例如，可采用电热塞 来进行加热，并在电热塞与形成蒸发传热表面的筒壁之间设置环形的 的导热介质。在一种实例中，环形导热介质是导热的金属环，其例如 是环形的铝板，该铝板与电热塞相接合，并与壁面构件保持传导传热 关系。在另一种实例中，该环形的导热介质是导热的金属，其在工作 条件下可以是液体，且与该金属的相变过程(从固体变为液体或相反 变化)相关的热量可起到散热器的作用，从而在环体的周围形成稳定 的温度条件。
优选地是，通过用电热塞加热由轻质量的薄导热板构成的传热表 面，以快速地开始产生出蒸气，其中的传热表面被液态的喷雾打湿。 在这种设计的实施方式中，电热塞和导热板都是暴露的，以对燃料进 行加热。
在某些实施方式中，为旋转面形式的传热表面以电热塞的轴线为 中心，并从该轴线向外延伸。对于专为发动机各个气缸配置的蒸气发 生器而言，这是一种有利的结构。在一种有利的结构中，专用的蒸气 发生器基本上为杯形，且中央电热塞从中心处突伸向对齐的液体喷雾 喷射器喷嘴，电热塞是外露的，以便于产生出蒸气，并对杯形体的底 部进行加热，且通过杯形体的底部对杯形体向上延伸的侧壁进行加热。 杯形体底部的形状被设计成偏斜表面，以引导流动，将其导入到混合 运动中。由于蒸气室中的压力较高，所以可减小蒸气室的尺寸。
下面将描述燃料蒸气系统的特定结构。
一种特定的结构是用于内燃机的燃料蒸发器，该燃料蒸发器包括： 封闭的压力室，其限定了一容积；与所述容积相关的传热表面，其被 设计成受到加热；以及液体燃料供应系统，其被布置成在压力作用下 向容积中发射扩散型式的液体燃料喷雾，燃料喷雾是从与传热表面分 离开的至少一个出口喷射出的，且针对所述传热表面，压力室与液体 燃料供应系统的结构和位置被设计成在至少一个出口与传热表面之间 形成一混合区域，燃料喷雾在其从所述出口行经所述容积的过程中， 在该混合区域中通过与循环流动的加热后燃料蒸气发生混合而受到显 著的加热并被蒸发，其中，所述的加热后燃料蒸气先前已从传热表面 上流过，并从传热表面接收了额外的热量，燃料蒸发器与蒸气出流通 道相关联，该出流通道包括流量控制件，燃料蒸发器的结构和位置被 设计成允许加压的燃料蒸气流向发动机，同时能保持蒸发发生容积内 基本上超过大气压的压力。
这种设计的实施方式具有下列的一个或多个特征。
燃料蒸发器上配备有电气系统，其包括电池和由发动机驱动的电 源，其中，传热表面由从电气系统输出的电力进行加热。
该燃料蒸发器被设计成在基本上不存在空气气流的情况下对液体 燃料进行蒸发。
该燃料蒸发器被设计成在向压力室中输入有限的压缩空气的情况 下对液体燃料进行蒸发。
燃料蒸发器包括液体燃料喷射系统，其作为所述的液体燃料供应 系统，该系统被设计成向容积中喷入受控的液体燃料喷雾脉冲。
液体燃料供应系统被设计成向喷射系统输送加压的液体燃料脉冲 流，其中，每个脉冲的持续时长约为1秒或更长。
液体燃料供应系统包括控制器，以便于响应于燃料蒸气的需求量 而产生出持续时长和/或频率变化的加压液体流脉冲。
在一种优选的形式中，为蒸发器设置的液体燃料喷射系统包括： 脉冲信号发生器，其被设计成根据发动机的燃料需求而产生出一系列 信号脉冲；液体燃料喷射器；液体燃料管线，其被连接成从电动燃料 泵接收压力流，并将加压燃料输送给液体燃料喷射器，液体燃料喷射 器的结构和位置被设计成响应于信号脉冲而产生出分散开的液体燃料 喷雾脉冲，该喷雾脉冲流经所述出口。
与汽油机配套使用的液体燃料喷射系统包括电动燃料泵，其被设 计成以约60～100psig的液体压力将液体燃料喷射到蒸发室中，且燃 料蒸发器被设计成使蒸发室容积中的压力保持在约30～80psig的范 围内，且液体燃料的压力基本上大于蒸发室容积中的压力。
化油器系统被设计成向助燃空气的气流提供燃料蒸气，在这样的 系统中，蒸发器被设计成将蒸发室中的压力维持在约65～75psi之间。
在汽油燃料喷射系统中，例如为了将燃料喷射到汽油机的进气口 处，蒸发器被设计成将蒸发室中的压力保持在约40～50psi之间。
在上述的实施方式中，蒸发器被设计成将液体燃料的压力保持为 大于蒸发室中的压力，优选地是，至少要大5psi，在某些情况下，要 大10psi、15psi或更大。
燃料蒸发器被设计成与内燃机的单个燃烧区域相关联。
为专属于发动机单个燃烧区域的蒸发室所设置的液体燃料喷射系 统被设计成：按照发动机的正时关系，并以适于对燃烧区域进行充注 的量，将受控的液体燃料喷雾脉冲喷射到蒸发器的蒸发室中。
专属于发动机单个燃烧区域的燃料蒸发器被设计成以超过约100 psig的压力来喷射液体燃料，以其作为喷射到蒸发器容积中的液体喷 雾，在很多情况下，压力高于150psig。
燃料蒸发器被设计成对柴油燃料进行蒸发，并喷射柴油燃料蒸气， 以使其在柴油机的气缸中燃烧。
蒸发器的液体燃料供应系统被设计得形成了这样的喷雾：其具有 轴线，且传热表面是围绕着喷雾的轴对称旋转面。
蒸发器的传热表面环绕着喷雾，在优选的情况下，喷雾是锥形的， 且传热表面基本上为圆筒形。
作为旋转面的传热表面是由厚度在约1/16到1/18英寸之间的导 热金属形成的。
传热表面包括与喷雾相对的横向表面。这种设计的实施方式具有 如下的一个或多个特点。横向表面是圆形的形式。传热表面实质上是 杯形的，其包括与喷雾相对的横向表面和环绕着喷雾的外壁部分。有 效地是，横向表面与至少一个电加热器相连。有效地是，横向表面与 至少一个电热塞相连。
一种燃料蒸发器被设计成与内燃机的单个燃烧区域相关联，且有 效地是，其具有单个电热塞，电热塞相对于横向表面被布置在中心位 置处，电热塞与喷雾基本上对准。
与喷雾相对的横向传热表面的形状被设计成接收喷雾，并将喷雾 以混合的形式偏斜运动，例如，横向表面可以是凹入的环形部分。
燃料蒸发器被设计成既能蒸发柴油燃料，也可喷射柴油蒸气。
燃料蒸发器被设计成既能蒸发汽油，也可喷射汽油蒸气。
燃料蒸发器具有与传热表面相关联的加热器，其是外露的，以与 容积中的燃料直接接触。
燃料蒸发器具有与传热表面相关联的加热器，传热表面与加热器 的连接形式可防止加热器与容积中的燃料发生接触。
燃料蒸发器包括导热物质，其在工作条件下可发生相变，该物质 与形成传热表面的构件相接触，其构成了加热器与传热表面之间传热 路径的一部分。该物质可以是可熔融的导热金属—例如钠。
燃料蒸发器具有与传热表面相关联的加热器，其包括一个或多个 与传热表面成热量传递关系的电热塞。
导热的传热介质从至少一个电热塞延伸向形成传热表面的构件。
从电热塞延伸向传热表面的导热传热介质是导热的圆环，其环绕 着壁板的外部，并与其保持热接触，其中，所述壁板的内部形成了传 热表面。
燃料蒸发器包括电加热器，其包括多个电热塞，这些电热塞沿着 形成传热表面的构件散分开。
在燃料蒸发器中，由液体燃料喷射系统形成的喷雾定向在轴线方 向，且燃料蒸发器包括横向构件，其形成了传热表面，该表面与由发 动机电气系统提供电力的电加热器相连，且其延伸方向与所述轴线横 交。
燃料蒸发器包括受热的传热表面，其被定位成在冷起动条件下与 液体燃料喷雾相冲击，以蒸发液体，进而提供用于发动机冷起动和运 转的燃料蒸气。在有效的实施方式中，被定位成冲击喷雾的该受热传 热表面与至少一个电热塞保持传导传热关系，以便于对该传热表面执 行电加热。
燃料蒸发器具有第一、第二传热表面，两传热表面与各自的加热 器相关联。
第一、第二传热表面都与蒸发室内部给定的容积相关，第一传热 表面与混合区域相关联，第二传热表面被布置成至少在冷机状态下受 到液体燃料喷雾的冲击，以便于对冲击喷雾进行蒸发。
燃料蒸发器形成扩展型式的液体燃料喷雾，该喷雾围绕着轴线分 布，且第一传热表面被设计成在与轴线相距一定距离的位置处环绕着 喷雾，第二传热表面延伸横交过喷雾的轴线。
燃料蒸发器具有第二传热表面，该传热表面是由用导热材料制成 的穿孔构件形成的。
燃料蒸发器具有第二传热表面，其与电热塞的加热作用相关联。
燃料蒸发器具有其自身的蒸气出流通道，该通道被设置成排放到 与发动机相连的助燃空气导管区域中，且所述流量控制件是蒸气控制 阀，其适于响应于发动机的功率需求而被致动，以对流入到空气导管 中的蒸气流量进行控制。在一种优选的实施方式中，助燃空气导管的 区域是文氏管区域。
燃料蒸发器与具有多个燃烧区域的内燃机相连，且蒸发室的蒸气 出流通道被设置成向一组燃料蒸气喷射器输送蒸气，每个燃料蒸气喷 射器都与对应的发动机燃烧区域直接或间接地相通，蒸气喷射器适于 响应于发动机的功率需求而被致动。
燃料蒸气喷射器被构造成将燃料蒸气排送到发动机各个燃烧区域 的空气进气口区域中，或者燃料蒸气喷射器被设计成将燃料蒸气直接 排送到发动机各个燃烧区域中。
燃料蒸发器的结构和尺寸被设计成向具有多个燃烧区域的发动机 的单个燃烧区域输送燃料蒸气，有效地是，蒸发器的传热表面为杯形， 其包括与喷雾相对的横向表面和环绕着喷雾的壁面部分。该结构的实 施方式具有一个或多个如下特征。蒸发器具有电热塞，该电热塞被相 对于横向表面布置在中心位置，且电热塞的轴线与喷雾的轴线基本上 对正。在径向上，横向表面是弯曲的或倾斜的，以便于以混合的形式 接收喷雾并对其进行偏导。横向表面是环形部分的凹面。用于控制蒸 气流量的阀是由弹簧加载的阀，其被设计成由压力室中的压力来开启。 用于控制蒸气流量的阀被设计成由发动机的正时系统对其进行开启和 关闭。
该燃料蒸发器专用于向具有多个燃烧区域的发动机的一个燃烧区 域提供服务，液体燃料喷射系统被设计成将可控的液体燃料喷雾脉冲 喷射到蒸发器的容积中，每个脉冲都与发动机具有正时关系，且其脉 冲量适于对燃烧区域完成燃料充注。这种设计的实施方式可具有如下 的一个或多个特征。流量控制件是蒸气喷射阀，其被设计成按照发动 机正时规律工作，且控制系统适于对喷射到蒸发器容积中的各个液体 喷雾脉冲之间的时间间隔进行控制，并致动蒸气阀。燃料蒸发器被用 来产生柴油燃料蒸气。控制系统被设计成保持向蒸发室中液体喷雾的 喷射与柴油蒸气的喷射之间的时间间隔，以确保蒸发室中的压力足以 允许在燃烧室做功阶段的起始时刻将柴油蒸气直接喷射到燃烧区域 中。
另一种特定的设计是用在具有燃烧区域的内燃机上的燃料蒸发 器，其包括：封闭的压力室，其限定了一容积；与所述容积相关联的 传热表面，其被设置成受到加热；以及液体燃料供应系统，其被布置 成从至少一个与传热表面分离开的出口向所述容积加压喷射扩展型式 的液体燃料喷雾，液体燃料供应系统包括燃料喷射系统，其被设计成 以受控脉冲的形式喷射喷雾，每个脉冲都与发动机的正时规律同步， 且脉冲量适于对发动机的燃烧区域完成燃料充注，有效地是，传热表 面是杯形的，其包括与喷雾相对的横向表面和环绕着喷雾的外壁部分。 有效地是，蒸发器具有电热塞，其相对于横向表面被布置在中心位置， 电热塞的轴线基本上对正喷雾，且蒸气流量控制件包括阀，该阀被设 计成可被开启，以向发动机的燃烧区域输送燃料蒸气。
这种设计的实施方式可具有如下的一个或多个特征。
输送燃料蒸气所流经的阀受到弹簧的加载，且被设计成由压力室 中的压力开启。
输送燃料蒸气所流经的阀被设计成由发动机的正时系统开启和关 闭。在一种优选的形式中，蒸发器与控制系统相连，该控制系统适于 控制向蒸发器容积中喷射液体喷雾的各次脉冲与阀的致动之间的时间 间隔，其中，经所述的阀进行燃料蒸气的输送。燃料蒸发器被设计成 能产生柴油燃料蒸气，并将蒸气注射到燃烧区域中。
另一种特定的设计是用在配备有电气系统的内燃机上的燃料蒸发 器，其中的电气系统包括电池和由发动机驱动的电源，燃料蒸发器包 括：封闭腔室；第一、第二传热表面，它们与所述腔室相关联，并被 设置成受到加热，至少第二传热表面由电气系统的电力加热；以及液 体燃料供应系统，其被布置成在压力下从至少一个出口向所述腔室中 喷射至少一种扩展型式的液体燃料喷雾，针对于第一传热表面，腔室 和液体燃料供应系统的结构和位置被设计成在至少一个出口与第一传 热表面之间建立蒸发区域，在运转工况过程中，燃料喷雾在该蒸发区 域中受到充分的加热，并被蒸发，且针对第二传热表面，腔室与液体 燃料供应系统的结构和位置被设置成：在冷机条件下，使得液体喷雾 直接冲击到第二传热表面上，且第二传热表面被设置成受到快速加热， 并被设计成对冲击喷雾进行蒸发，以便于在冷机条件下为发动机提供 燃料蒸气。
这种设计的实施方式可具有如下的一个或多个特征。
液体燃料供应系统被设计成从至少一个出口产生出围绕着轴线分 布的喷雾型式，第一传热表面是环绕着喷雾的旋转面形式，且第二传 热表面包括一个被布置成与轴线横交，并与喷雾扩展的大体方向相对 的表面。
燃料蒸发器使其自身的第二传热表面受到至少一个电热塞的加 热，电热塞由电气系统提供能量，在一种优选的实施方式中，该传热 表面是由导热的板件形成的，且电热塞与该板件保持热接触。
燃料蒸发器包括控制件，其作用在于：只有在冷机条件下，才向 第二传热表面的电热塞提供能量。
燃料蒸发器的腔室形成了单个容积，两传热表面都暴露向该容积， 以便于实现蒸发作用。
燃料蒸发器被设计成：在运转工况过程中，在基本不存在空气的 情况下对液体燃料进行蒸发。
另一种特定的结构是一种燃料蒸发器，其用在配备有电气系统的 内燃机上，其中的电气系统包括电池和由发动机驱动的电源，燃料蒸 发器被设计成：在运转工况过程中，在基本不存在空气的情况下蒸发 液体燃料，该燃料蒸发器包括：封闭的压力室，其限定了一容积；与 该容积相关联的第一、第二传热表面，每个传热表面都由电气系统的 电力加热；以及液体燃料供应系统，其被布置成从至少一个出口向所 述压力室中加压喷射扩展型式的液体燃料喷雾，针对第一传热表面， 压力室和液体燃料供应系统的结构和位置被设计成在至少一个出口与 该传热表面之间建立混合区域，燃料喷雾在其从出口经所述容积传播 的过程中，通过在该混合区域中与循环流动的、加热后的燃料蒸气相 混合而受到充分的加热，进而被蒸发，其中，循环流动的燃料蒸气在 先前已从该传热表面上流过，并从传热表面接收了额外的热量，针对 第二传热表面，压力室和液体燃料供应系统的结构和位置被设计成： 在冷机条件下，能使液体喷雾直接冲击到第二传热表面上，且第二传 热表面被设计成对冲击来的喷雾进行蒸发，燃料蒸发器与蒸气出流通 道相连，该出流通道包括流量控制件，燃料蒸发器的结构和位置被设 计成能使加压的燃料蒸气流向发动机，同时能使容积中保持正压。
另一种特定的结构是一种柴油燃料蒸发器，其用在配备有电气系 统的内燃机上，其中的电气系统包括电池和由发动机驱动的电源，该 燃料蒸发器被用来蒸发液态的柴油燃料，该燃料蒸发器包括：封闭的 压力室，其限定了一定的容积；与该容积相关联的传热表面，且该传 热表面由电气系统的电力加热；以及液体燃料供应系统，其被布置成 从至少一个与传热表面分离开的出口向所述容积中加压喷射扩展型式 的柴油液体燃料喷雾，针对该传热表面，压力室和液体燃料供应系统 的结构和位置被设计成在至少一个出口与该传热表面之间建立混合区 域，燃料喷雾在其从出口经所述容积传播的过程中，通过在该混合区 域中与循环流动的、加热后的燃料蒸气相混合而受到充分的加热，进 而被蒸发，其中，循环流动的燃料蒸气在先前已从该传热表面上流过， 并从传热表面接收了额外的热量，燃料蒸发器与蒸气出流通道相连， 该通道包括流量控制件，且燃料蒸发器的结构和位置被设计成能使加 压的柴油燃料蒸气流向发动机，同时能使发生蒸发的容积内部保持正 压。
这种设计的实施方式具有如下的一个或多个特征。
柴油燃料蒸发器包括进气口，其结构和位置被设计成将有限流量 的压缩空气引入到所述容积中。
柴油燃料蒸发器包括第二传热表面，针对第二传热表面，压力室 和液体燃料供应系统的结构和位置被设置成：在冷机条件下，使液体 喷雾能直接冲击到第二传热表面上，第二传热表面被用来蒸发冲击喷 雾，以向发动机提供燃料蒸气。
另一种特定的构件是用于内燃机的燃料蒸发器和蒸气喷射器，其 包括：封闭的压力室，其限定了一容积；与所述容积相关的传热表面， 且该表面被布置成受到加热；以及液体燃料供应系统，其被布置成在 缺乏空气的条件下、从至少一个与传热表面分离开的出口向容积中加 压喷射扩展型式的液体燃料喷雾，液体燃料供应系统包括燃料喷射系 统，其被设计成向容积中喷射受控的液体燃料喷雾脉冲，每次脉冲都 与发动机具有正时关系，且脉冲量适于完成对发动机燃烧区域的充量， 传热表面包括与喷雾相对的横向表面和环绕着喷雾的外壁部分，传热 表面与电热塞相连，以便于对喷雾进行加热，并产生出燃料蒸气，流 量控制件包括阀，该阀被设计成按照发动机的正时关系、在各次液体 喷雾脉冲之后的一段时间时开启，以将燃料蒸气输送到发动机中。
该设计的实施方式具有一个或多个上文针对专用燃料蒸发器所描 述的各种杯形结构和电热塞构件，且可被用来蒸发柴油燃料。
另一种特定的结构是用于内燃机的燃料蒸发器，该发动机上配备 有电池和由发动机驱动的电源，燃料蒸发器包括：封闭的压力室，其 限定了一容积；至少一个传热表面，其与所述容积相关联，且被布置 成仅由发动机的电气系统进行加热；以及液体燃料供应系统，其被布 置成在压力下从至少一个与传热表面分离开的出口向容积中喷射扩展 型式的液体燃料喷雾，压力室、液体燃料供应系统、以及对传热表面 的加热被协作地设计和布置成对燃料进行蒸发，以在大的压力下形成 燃料蒸气，该燃料蒸发器与蒸气出流通道相连，该通道包括流量控制 件，燃料蒸发器的结构和位置被设计成允许加压的燃料蒸气流向发动 机，同时能使发生蒸发过程的容积中保持着基本上超出大气压的压力。
该设计的实施方式可具有如下的一个或多个特征。
燃料蒸发器被设计成在基本缺乏空气气流的情况下蒸发液体燃 料。
燃料蒸发器被设计成在向压力室输送有限流量空气的情况下对液 体燃料进行蒸发。空气可被按照加压喷射的方式输送，以促进液体喷 雾的雾化。
另一种特定的结构是一种燃料蒸发器，其具有由横向延伸的导热 构件构成的传热表面，该导热构件具有总体延展方向，并具有至少一 个由电力驱动的电热塞，该电热塞的受热部分与导热构件保持紧密的 热接触，且电热塞的轴线大体上垂直于导热构件的延展方向。
该设计的实施方式具有一个或多个如下的特征。
燃料蒸发器具有产生蒸气的传热表面，其由壁板构件的内表面构 成，该内表面为旋转面的形式，且横向延伸的导热构件包括环形构件， 其环绕着壁板构件，并与其保持热接触。
燃料蒸发器具有横向延伸的导热构件，其延伸方向与从喷射器喷 出的燃料喷雾的方向横交。在一种实施方式中，该构件包括导热板件。 在另一实施方式中，横向延伸构件构成了杯形燃料蒸发室的底部部分。 在另一种实施方式中，导热构件的形状被设计成有助于对流动进行引 导，使其成为用于混合作用的循环形式。
另一种特定的设计是一种电热塞，其包括位于内部的电阻加热器， 该加热器为由铂基合金制成的细长螺旋线圈的形式，由耐热金属制成 的、端部封闭的细长外管形成了一个内部空腔，电阻加热线圈被安装 在该空腔中，且外管内导热但电绝缘的填料基本上是由细微的玻璃粉 末构成的，其使加热器与外管实现电绝缘，同时在二者之间形成了导 热通路。在一种实施方式中，电阻加热器线圈的外端与接线端构件相 连接，且用高温压力密封玻璃将接线端构件密封到电热塞的外部结构 上。
附图及下文的描述介绍了选定设计的详细结构。从下文的描述、 附图、以及权利要求可清楚地了解其它的特征、目的、以及优点。

图1中的剖面图表示了用于蒸发燃料的混合室；
图1A是部分剖去的示意性透视图，其表示了燃料蒸发器的有效部 件；
图2中的剖视图表示了用于在冷起动工况下蒸发燃料的冲击结 构；
图2A中示意性的透视图表示了一种燃料蒸发器的有效部件；
图3中的剖视图表示了用于向发动机输送空气与燃料蒸气混合物 的蒸发器；
图3A中的剖面图表示了图3所示蒸发器的回转阀；
图4中的剖面图表示了一种系统，其包括图3所示的蒸发器和其 它的部件；
图5中的剖视图表示了另一种用于向发动机输送空气与燃料蒸气 混合物的蒸发器；
图6中的剖视图表示了又一种用于向发动机输送空气与燃料蒸气 混合物的蒸发器；
图7是图4所示系统中脉冲控制器的电路图；
图7A表示了由图4所示脉冲控制器产生的脉冲序列；
图8中的剖视图表示了一种用于向燃料蒸气喷射型发动机输送燃 料蒸气的蒸发器；
图8A中的剖面图表示了图8所示蒸发器的一种改型；
图8B是与图8A类似的视图，其表示了另一种实施方式，而图8C 和图8D则分别是蒸发室的俯视图和仰视图；
图9中的剖面图表示了一种系统，其包括图8所示的蒸发器和其 它的部件；
图9A是与图9类似的视图，其表示了包括其它一些结构的系统；
图9B和图9C分别是V-8型发动机的示意性端视图和俯视图，该 发动机采用了燃料蒸发器以及燃料蒸气喷射和冷起动液体燃料喷射的 方式；
图9D中的示意性剖面图表示了一种燃料蒸气喷射器，图9E是类 似的视图，其表示了一种冷起动液体燃料喷射器；
图9F是局部剖开的示意性剖面图，其表示了燃料蒸气喷射器与其 供应轨之间的关系；
图9G-1到图9G-4分别表示了四冲程汽油机的各个冲程，其中， 该汽油机的进气口处采用了燃料蒸气喷射器；
图10中的剖面图表示了用于向柴油机输送柴油蒸气的蒸发器；
图10A中的剖面图表示了另一种柴油蒸发器；
图11和11A中的侧面剖视图和水平剖视图表示了一种蒸发器，该 蒸发器在形成燃料蒸气时结合了冲击作用和混合作用；
图12和12A以及图13和图13A是与图11和图11A类似的视图， 表示了其它的实施方式；
图14是与图9D类似的示意性剖视图，表示了一种燃料蒸气喷射 器，其具有自己的燃料蒸发器；
图15表示了将燃料蒸气喷射到发动机气缸进气口中的情形；
图16是与图14类似的视图，其表示了燃料蒸发器与蒸气喷射器 组合起来的另一种实施方式；
图17表示了将燃料蒸气直接喷射到发动机气缸中的情形；
图18中的示意图表示了用于柴油机的燃料供应机构，其采用了图 16所示的装置；
图19A到图19D表示了普通柴油机的四个冲程；以及
图20是电热塞放大的侧视图，该电热塞用在图示的实施方式中， 图21中的剖视图是电热塞上外管、绝缘及加热元件更进一步的放大图， 图22中的剖面图表示了电热塞杆柄与安装体之间的连接。
各个附图中相同的附图标记指代相同的元件。

参见图1，蒸发室10将液体燃料在腔室12中进行蒸发。该蒸发 操作是这样的过程：利用该过程将液体燃料颗粒转变为气态，在该气 态物中，也可能悬浮着非常细微的、分散的残余液体颗粒。例如，液 体燃料颗粒中较轻的组分将被完全转变为气体，而较重的组分则部分 地转变为气体，且残余的极其细小的颗粒由于是细雾的形式，所以具 有很大的总面积，这将有助于发动机中的快速加热和燃烧。
封闭的压力室包括圆筒壁14和端壁15、17，该压力室限定了容 积12。如箭头所示，圆筒壁14受到外部热源的加热。液体燃料16从 压力源到达蒸发室10处，并被喷射器18以脉冲的形式送入到容积12 中。喷射器18利用压力将液体燃料从一个或一组小孔喷射到容积12 中。喷射器18将液体燃料粉碎成喷雾，在初始时，围绕着轴线A1形成 锥形或其它理想的喷雾型式。蒸发室10的半径R足以形成一个开口空 间，在该空间内，行经容积12的喷雾通过与循环流动的、且被加热的 燃料蒸气相接触而受到强烈的混合作用和加热作用，其中的燃料蒸气 在先前已流过壁面14并接收到了额外的热量。燃料蒸气充满了排出通 道20。在图中被示意地表示为22的排出系统对燃料蒸气的排出流率进 行控制。燃料流经喷射器18的流率、加热作用和蒸发作用、以及排出 系统22的阻流效果决定了容积12内蒸气的压力。在正常的工作条件 下，进入到喷射器18中的液体燃料的喷射压力P要大于容积12内部 燃料蒸气的压力P1，而压力P1则被保持着明显高于大气压。
参见图7、图7A，按照下文将要描述的方式，燃料的流动被设置 成脉冲的形式，且脉冲的宽度和频率满足对燃料的需求，有利地是， 脉冲的宽度超过一秒。
在图示的系统中，在正常的工作过程中，容积12中基本上没有空 气。
在一种实例中，蒸发室的半径R超过1英寸，但小于3英寸，例 如为1又1/4英寸，而蒸发室的高度H超过3英寸，但小于8英寸， 例如为5英寸。
图1A中表示了蒸发器单元一种实例的详细结构，该蒸发器单元被 设计成按照图1的原理进行工作。圆筒壁构件60的内部形成了一个圆 筒形的传热表面S，其与端壁一道界定了一个区域，液体喷雾L就被喷 射到该区域中。圆筒壁构件60是由1/16英寸厚的铝连续薄板制成的。 圆筒壁构件60的直径例如是2又1/2英尺。在圆筒壁构件60的外部 设置有导热的环形热分布构件62，其与圆筒壁构件60保持热接触。一 组电热塞G与环形的热分布构件62相连。热分布构件的结构和位置被 设计成形成了径向和周向的导热通路H，使通电热塞G能有效地加热圆 筒壁构件的重要区域。被加热的圆筒壁构件的表面S反过来再对在其 上流动的蒸气进行加热。在图示的实施方式中，环形的热分布构件62 是扁平盘的形式，其是由1/8英寸厚的铝板制成的。铝板62的平面被 布置成与圆筒体的轴线A1垂直。在离开圆筒壁构件60端部的一定位置 处，铝板62与圆筒壁构件60进行热接触。这样的热接触例如是通过 压配合或焊接实现的。在围绕着环形热分布构件62的一些选定位置处， 由通电的电热塞G被布置成与热分布构件62实现热接触。各个电热塞 G的轴线与铝板62的平面垂直，且各个电热塞G上最为受热的部分被 布置在铝板62上制出的凹陷或孔洞中，并通过压配合与铝板62的物 质保持热接触。在图示的实例中，设置了三个电热塞G，且这些电热塞 沿着圆筒壁构件60的环周等间距地分布。
如图所示，电热塞G与汽车发动机的电气系统相连。当蒸发器单 元被设计成为发动机的运转工况服务时，则电热塞就可被选择成都是 从12伏的电气系统获得5安培的电流。电热塞被设计成响应于适当的 控制系统而循环开启和关闭，它们或者是同时工作，或者是一次只开 启其中之一。控制系统可采用热传感器来监控热学状态，且可由压力 控制系统对其进行辅助，用以监控蒸发器中的压力。利用这样的机构， 就可满足对蒸气的需求地向电热塞供电。可在起动冷起动系统的同时 向电热塞G加电，或者也可以在冷起动系统被激发并关闭之后再进行 加电。对圆筒壁构件60进行加热的初始阶段可以一直持续，直到蒸发 器单元达到工作状态为止。然后，在第二阶段，根据蒸气的需求量随 时对电热塞进行加电。在某些实例中，可同时对一组电热塞G进行加 电，或者可向电热塞阵列中的电热塞依次加电，以降低对电气系统的 瞬时功率需求，从而一次只需要驱动一个电热塞。
这种设计的一个特征在于：薄壁构件的热质量能较快地升温，同 时，在运转过程中，能提高电操作的效率。图1A中底部的虚线表示了 可采取的其它特征，下文在描述了图2和图2A之后将对这些特征进行 介绍。
该结构与图1A中的构造类似，其适于进行批量生产，可将该结构 制成整体铸件-例如铝铸件，与电热塞等效的加热制造被集成在该铸 件中。该结构的细节特征可被设置成能适应可能出现的热膨胀差，其 中的热膨胀可能取决于时间的变动和加热部位的改变。例如，可设置 作为膨胀接头的柔性区域。对于温度较高的操作，可采用适于高温的 材料，例如Inconel 617等的高温不锈钢合金。
参见图2，另一种蒸发系统将热量从位于压力室50中的速加热横 板54传递来。圆筒壁56、端壁57和54形成了蒸气空间52。喷射器 58将液体燃料经一个或一组小孔喷射出去，该喷射器将加压的液体燃 料喷入。从喷射器58喷出的喷雾例如以围绕着轴线A2的对称锥形体型 式前进。受热横板54的延伸方向与轴线A2横交，在图示的示例中，其 与轴线A2垂直。
在该示例中，采用了图2所示的结构，横板被布置成在冷起动工 况下可作为冲击板，液体燃料冲击到该板件上而将横板54打湿。在此 情况下，蒸发器单元的各个部件被选择成在：冷起动过程中，可在横 板54上直接发生蒸发。在冷起动工况下，横板54相对于喷射器58的 位置使得横板能阻截住液体喷雾的中间部分。液体燃料被速加热横板 54、蒸气填充容积52、以及排出通道62蒸发。出口系统(在图中被示 意性地标为64)对燃料蒸气的排出流率进行控制，使得容积52内部蒸 气的压力为P2。液体燃料被以一个或多个脉冲的形式向喷射器输送。 在喷射时，液体燃料的供应源60保持着高于P2的压力P，以形成流经 喷射器的流动。
对于向汽车发动机输送燃料蒸气的蒸发器，有利地是，用于冷起 动的腔室容积52还可作为图1所示、用在运转工况下的蒸发室10的 蒸发空间12。在另外的实例中，蒸发系统包括分开的容积12和52， 在该系统中，蒸发室50被用在冷起动过程中，而蒸发室10则被用在 暖机工况下，在此情况下，两容积可以是连通的，从而冷起动容积中 产生的蒸气可将运转工况的容积充满，以有助于运转工况的起动，且 在运转工况下，冷起动容积可作为另外的蒸气储存器。
图2A表示了一种蒸发器单元实例的详细结构，该蒸发器单元被设 计成按照图2所示的原理工作。横向导热的热分布构件70具有基本上 连续的表面S，该构件被布置在圈围壁板构件72的限界内。该壁板构 件可以是图1A中的圆筒壁60，或者可以是具有不同结构或构造的壁板 构件。在图示的实施方式中，热分布构件70是1/16英寸厚的、圆形 的平面铝板，且该铝板的平面被布置成与圆筒壁的轴线A2垂直。通过 压配合、焊接、或其它措施，铝板70的环周区域与圆筒壁构件的内部 实现热接触(即实现导热连续性)。铝板70与圆筒壁构件的端部分开， 以形成另外一个蒸气容积55，其通过流动通道与容积52连通，其中的 流动通道例如是制在铝板70上的孔洞53。
在从横向热分布板70的周边向内的选定位置处，设置了由电驱动 的电热塞G1，其与热分布板70垂直，并与之保持热接触。例如，各个 电热塞G1的受热部分被压配合到铝板70上制出的凹陷或孔洞中。在图 示的实例中，设置了两个电热塞G1，它们相互之间的间距与距离横向 构件70周边的间距相等。在该实例中，电热塞的本体从底部向上延伸， 并穿过辅助蒸气空间55，电热塞本体的侧表面从电热塞的电阻元件接 收热量，该侧表面暴露在空间55内的蒸气中。
电热塞G1与汽车发动机的电气系统EAS保持电连接，且可被选择 成从12伏的电气系统吸取5安培的电流。如果这样的单元被设计成为 发动机的冷起动服务时，则构件70被相对于液体喷雾喷射器18布置 成：在冷起动过程中，用其表面接纳液体喷雾L。对于在起机模式下的 使用，在触发了发动机的点火开关之后，两电热塞G1都通电，然后， 随着蒸发器达到适当的蒸气填充状态，它们被迅速断电，该时间段例 如在3到5秒内。可由适当的控制系统完成对喷射操作和加热操作的 控制。蒸发器可采用热传感器来监控热学状况，并使用压力传感器来 监控蒸发器内的压力。这样的蒸发器结构允许图2所示实施方式开始 执行冷起动蒸发器的作用。该结构有效部分的热质量低，从而能快速 而通电地有效地实现起动。在起动之后，可将横向构件40中的电热塞 断电，以将蒸发工作转交给另外的系统-例如图1A所示的系统。因而， 在初始时，对周围构件的加热可由横向壁构件的电热塞G1完成，之后 任务转交，由电热塞G来对图1A中的环形构件进行加热。在另一种系 统中，电气系统的性能足够强，所以在起动时两组电热塞G和G1都被 加电，从而，在起动时，圆筒壁将被快速加热，并作为另外的液体冲 击表面，以实现表面蒸发。
进一步参见图1A，在某些情况下，在冷起动的初始使用之后，横 向构件40的电热塞G可被定期地加热，例如跟随着图1A中实施方式 的电热塞G进行工作，从而，横向构件70的表面可参与到上文参照图 1所描述的蒸发操作中。即使构件70上的电热塞未通电，构件70的表 面也能借助于与圆筒壁构件的热接触而适于在加热蒸气方面或保持其 受热状态方面发挥作用。
存在一种与图2A所示实施方式类似的结构，该结构便于制造，其 可被制成一个单元，例如被制成一个整体金属外壳-其例如是用铝制 成的，该单元中集成了与电热塞等效的装置。在另一种情况中，将图 1A中的环形热分布结构与图2A所示横向构件结构结合起来的单元可 被组合成单个单元，该单体单元例如是铝罩壳。
在一种改型中，图2A所示的横向构件70可被设计成适于按照图 2所示的原理主要为冷起动提供蒸发作用，并按照图1的原理为运转工 况提供蒸发作用。
参见图3，蒸发器100包括图1和图2所示两种腔室10、50的主 要特征。除了蒸发容积104之外，蒸发器100还包括与输送通道125 连通的蒸气存储容积120。
蒸发器100通过向汽油发动机的助燃空气输送汽油蒸气而取代了 汽油发动机的化油器。发动机包括电气系统，该系统包括与发电机或 交流发电机相连的电池，且系统能在起动时和运转过程中提供电力。 蒸发器100可被称为节气门体系统或单点燃料系统或中央燃料系统。 蒸发器100可被设计成用螺栓安装的化油器取代件，从而，通常使用 化油器的普通发动机无需大的改动就能配接蒸发器100。
蒸发器100包括液体燃料喷射器102，其在压力作用下将液体经 一个或一组小孔喷射到容积104中。在一种实例中，液体燃料喷射器 102具有单个直径约为0.001英寸的孔口。对喷射器102执行电子控制， 使电信号“ON”可将液体供应通道开启，而电信号“OFF”则将通道关 闭。从喷射器102喷出的喷雾形成了一个环绕着轴线的喷雾锥。在某 些实例中，喷雾锥形成了约为90度的顶角。在暖机运转工况下，蒸发 容积104中容纳有循环流动的燃料蒸气，该蒸气在到达圆筒壁106的 表面并以紊流循环的形式流过圆筒壁表面时受到加热。与图1所示的 过程类似，蒸发器100通过使高速燃料喷雾与循环流动的、受热后的 燃料蒸气发生强烈的紊流混合而将从喷射器102喷出的液体燃料喷雾 蒸发，其中，循环流动的燃料蒸气在先前已流过圆筒壁106，并从圆筒 壁获得额外的热量。在暖机运转工况中，容积104中的温度被保持为 这样的温度：其与燃料在工作条件下发生蒸发的温度相对应。具体的 温度取决于：组成该选定燃料的挥发性组分的气化温度；以及为蒸发 容积的工作而选定的特定正压范围。在一种实例中，容积104中的温 度可被保持在168°F。
通过热传递，由发动机电气系统供给能量的电热塞108A和108B 将圆筒壁106加热。例如可以围绕着圆筒壁对称地设置三个电热塞。 在这种场合中使用的电热塞是由Bosch公司制造的，且可从位于新泽 西州Montvale的LLC地方的Mercedes-Benz(美国)公司购得，其 零件号为001.159.2101。这些电热塞的顶端可容易地达到300°F的温 度，可参见下面的图20-22。在另外一些实例(图中未示出)中，可 使用另外一些电热塞来加热圆筒壁106。电热塞108A、108B被布置在 环形空间112中，该空间的内侧是由壁面106围限的，外侧是由分开 的圆筒壁114进行围限的。电热塞108A、108B利用环形的导热金属环 110将热能传递给壁板518，其中，导热金属环110例如通过压配合与 壁板保持着良好的热接触。在环体110与环绕壳体之间形成了绝热空 间115，以减小热量向外界的散失。
圆筒壁106、114落座在底板116上，且顶板118将空间封闭。中 心容积104通过顶板118上的圆孔与存储容积120连通，并与横向板 件154下方的蒸气存储空间155连通。部件106、114、116、118以及 154都是由导热金属制成的，该金属例如是铝。板件116、118通过密 封地抵接着圆筒壁106、114而将环形空间112封住。例如，可利用硅 橡胶O型圈或适当的垫圈实现密封。在一种实例中，圆筒壁106为1/8 英寸厚，而中心容积104的直径为2又1/4英寸。在板件118与另外 一顶板121之间形成了存储容积120。顶板121例如通过硅橡胶O型圈 或适当的垫圈将存储容积120密封。
随着容积104中产生出燃料蒸气，蒸气将容积120填充。来自于 燃料供应源122的液体燃料被从电动燃料泵经燃料管线124加压输送 到喷射器102。在暖机运转工况下，为了执行液体燃料的喷射，容积 104中的压力要低于燃料管线124中的压力，但要高于大气压。在某些 实例中，燃料管线124中液体的压力在高于大气压的约60到100psi 之间(即表压)，而在喷射时容积104中蒸气的压力在约30到80psig 之间，从而在喷射时两个压力之间存在很大的压力差。例如，燃料管 线124中液体的压力为88psig，容积104中蒸气压力为70psig。
一般而言，为了与化油器系统配套使用，优选地是，腔室中的压 力可被保持在65与75psig之间，燃料喷射系统中的压力被保持在40 到50psig之间，且液体燃料的压力大于腔室中的压力，优选地是至 少大5psig，在某些情况下，压力差可以是10psig、15psig或更 大。
燃料蒸气从容积120经限流器160流向蒸气通道125。限流器160 具有一个或多个直径约为1/16英寸的孔洞，以限制蒸气的流动，从而 保持容积120中的压力。优选地是，该限流器具有调节结构。设置限 流器160的作用在于限制蒸气的流动，使得压力室104、120中的压力 得以保持，甚至在“节气门”全开的情况下，由此来保证蒸发器100 的正常工作。燃料蒸气从蒸气通道125流向空气进气通道130，进气通 道的形状可被按照通常的形式设计为文氏管通道(未示出)，且空气通 道的出口处于文氏管通道的低压区域。
更进一步地，利用回转阀132对燃料蒸气流入到空气进气通道130 的空气/蒸气混合区域中的流量进行控制，如图3A所示，回转阀132 是由带有流槽133的中心旋转构件形成的。进入到空气进气通道130 中的空气流经空气滤清器134，且空气气流由蝶阀136进行控制。另外 一个碟阀138对来自于空气进气腔室130的空气/蒸气混合物的流动进 行控制。如图3中示意性表示的那样，利用加速拉杆140的轴向运动 和适当的连杆机构，使蝶阀和回转阀实现旋转运动。在该连杆机构中 设置有调节装置。
从空气进气通道130排出的空气/蒸气混合物经通道150进入到发 动机152的进气歧管中。
在发动机152起动过程中，蒸发器100通常为冷态，因而，在容 积104中没有任何预先存在的热燃料蒸气。在起动过程中，用作冲击 板的板件154被快速加热，以对来自于喷射器102的液体喷雾进行蒸 发。其原理是基于上文参照蒸发室50(见图2)所描述的技术。板件 154是导热且热质量轻的金属，该金属优选为铝。在一种实例中，板件 154的厚度为/16英寸，且带有1/32英寸的通孔。在另一种实例中， 板件154的厚度为1/8英寸。所述孔洞使得蒸气或燃料能穿过板件154。 板件154下方的容积155增大了系统存储蒸气的容量。由发动机电气 系统供电的电热塞156从腔室的底部向上延伸，其穿过空间155而对 板件154进行加热。电热塞主体上靠近其顶端的受热长度作为空间155 中的传热表面，由电热塞加热的受热长度向该区域提供热量。在冷起 动期间，电热塞156被控制电路接通，然后再被关闭。在另外的实例 中，用另外的一个或多个电热塞来加热板件154，以对冲击的液体进行 蒸发，或者对用于蒸发燃料的其它形式表面进行加热。
为了检测蒸发室内部的温度，在该实例中，利用热电偶158测量 板件154的温度。在运转过程中，电热塞156被关断，控制器(图中 未示出)利用来自于热电偶158的反馈信号对电热塞108A、108B进行 控制，以将容积104中的温度保持在特定的设计范围内。控制器可采 用比例、微分、以及积分线性控制规则来保持容积104中的温度。也 可采用其它公知的温度控制系统。
参见图4，蒸发系统200包括图3所示的蒸发器100。液体燃料供 应源122包括燃料箱202、电动燃料泵204、燃料过滤器206、以及燃 料压力调节器208。来自于燃料箱202的液体燃料被燃料泵204执行压 力泵送，其流经燃料过滤器206和燃料压力调节器208而到达喷射器 102处。蒸发系统200还包括脉冲发生器210，其能产生脉冲，以将喷 射器开启或关闭。计算机212对由脉冲发生器产生的脉冲的频率和宽 度进行控制。脉冲的频率和宽度与向发动机152提出的功率需求相关。 在运转过程中，计算机212还从热电偶158接收反馈信息，以根据适 当设定的控制规则对电热塞108A、108B的激发进行控制。发动机152 包括进气歧管214，其向气缸216A、216B、216C、以及216D输送空气 /燃料蒸气混合物。在另外的实例中，发动机152当然可具有不同数目 的气缸和其它的结构。
参见图5，蒸发器300具有蒸发器100的许多特征，而蒸发器100 具有横交圆筒壁106中心轴线地延伸的导热板件154。蒸发器300还包 括蒸气存储容积302。蒸气存储容积302通过一开放的通道(图中未示 出)与容积120相连。在冷起动工况期间，蒸发器300按照与蒸发器 100类似的方式工作，其利用电热塞156来加热板件154。在暖机运转 过程，蒸发器300按照与蒸发器100类似的方式工作，利用电热塞108A、 108B进行加热，在此期间，板件154可被进行加热，以有助于对循环 流动并对喷入的燃料喷雾进行蒸发的燃料蒸气进行加热。蒸发后的燃 料从容积120流向蒸气存储容积302。为了满足发动机对燃料的需求， 蒸气存储容积302提供了另外的燃料蒸气。蒸发器300还包括限流器 306、蒸气通道308、以及回转阀310。该限流器与限流器160类似， 且带有一个或多个1/16英寸的孔洞，以限制蒸气的流动，从而保持容 积302中蒸气的压力。随着蒸气填充了蒸气存储容积302，蒸气将流经 限流器306并填充了蒸气通道308。当回转阀310开启时，蒸气被释放 到进气通道130中。回转阀310与回转阀132保持机械联接，从而两 阀132、310将响应于加速拉杆140(上文结合图3对其进行了描述) 的动作而开启相同的量。
参见图6，除了电热塞108A、108B是经不同的传热路线对容积104 进行加热之外，蒸发器400与蒸发器腔室100(见图3)是类似的。对 于蒸发室400，电热塞108A、108B被压装到圆筒壁114上的孔洞中。 被严密而永久性地密封的环形容积402环绕着圆筒壁112。容积402 中包括一定量的导热金属404，在工作条件下，该金属是液态。这些金 属围绕着容积402的底板以环形的形式连续分布。其与对应的圆筒壁 112外侧部分保持热接触。在某些实例中，金属404可被加热到约 300°F。在某些实例中，导热金属404是钠。热量从电热塞108A、108B 传递给导热金属壁114，进而传递给导热金属404和导热壁112。应当 注意到：金属从固态变为液态或反向改变的温度是恒定的，从而形成 了散热效应，该效应能使环绕着腔室的温度保持均匀—尽管在发动机 的工作过程中在离散的位置点处导入了热量、且电热塞循环地工作和 关闭。按照类似的方式，可按照热管原理设置液态的传热介质。在产 生蒸气的传热表面处于所需温度的条件下，且在传热单元处于设计压 力范围内的情况下，该液态发生相变而成为气态燃料，其充满了传热 容积，并对构成了燃料蒸气发生传热表面的壁板进行加热。
参见图7，图4所示脉冲发生器210的一种实例使用了时间芯片 450，这种芯片可从位于缅因州South Portland地方的Fairchild半 导体公司购得，其型号号LM555。在一种实例中，脉冲发生器210使用 了两个可变电阻VR1、VR2，以决定脉冲控制器210的脉冲频率和宽度。 参见图7A，脉冲序列452的脉冲宽度为454，且脉冲之间的时间为456。 改变VR1的电阻可改变脉冲的宽度454，而改变VR2的电阻则能改变脉 冲之间的时间456。脉冲发生器210合适的设计能使得脉冲宽度454 在0到8秒之间，且脉冲之间的时间456可以在0到60秒的范围内。 为了进行验证，可利用简单的手动旋钮，来手动地控制可变电阻VR1、 VR2。在生产系统中，可利用计算机来控制脉冲发生器210，该计算机 能对功率需求以及所选定的特定发动机的运转状况作出响应。
参见图8，蒸发器500使用了许多与蒸发器100类似的元件，用 于向燃料喷射型发动机540输送燃料蒸气，而不是向通常使用化油器 的发动机输送蒸气。燃料喷射型的发动机系统包括电气系统，该电气 系统能在起动时和运转过程中提供电能。蒸发器500包括喷射器502， 其将液体燃料经一个或一组小孔加压喷射到容积504中。在一种实例 中，液体燃料喷射器502具有单个孔眼，其直径约为0.001英寸。喷 射器502是电控的，从而，电信号“0N”可将喷射器开启，而电信号 “OFF”则将喷射器关闭。从喷射器502发出的喷雾形成了围绕着轴线 的锥形体。在暖机运转工况下，蒸发容积504中容纳着紊乱循环流动 的燃料蒸气，其是由圆筒壁518的热量加热的。与图1所示的过程类 似，蒸发器500通过使液体喷雾与循环流动的、加热后的燃料蒸气发 生强烈而紊乱的混合，而将液体燃料蒸发，其中，循环流动的蒸气在 先前已经在圆筒壁518上流过，并从其接收了额外的热量。在暖机运 转工况下，容积504中的温度被保持为蒸发温度。
圆筒壁518轴对称地围绕着从喷射器502喷出的燃料蒸气喷雾， 该圆筒壁由电热塞510A和510B通过热传递来进行加热。电热塞510A 和510B是由发动机系统的电气系统来提供能量的。用于此场合中的电 热塞是由Bosch公司制造的，且可从位于新泽西州Montvale的LLC地 方的Mercedes-Benz(美国)公司购得，其零件号为001.159.2101， 且可参见图20-22来了解该电热塞。在另外一些实例(图中未示出) 中，可使用另外一些电热塞来加热圆筒壁518。电热塞510A、510B被 布置在环形空间514中，该空间围绕着容积504延伸，并通过环形的 导热金属环516向圆筒壁518传递能量，其中，金属环516环绕着构 件518进行压配合。圆筒壁512环绕着环形空间514。圆筒壁518、512 落座在底板520上，且顶板522将空间封闭。板件520、522与圆筒壁 构件512、518之间的密封圈使得容积504中的压力得以保持。容积504 的直径为2又1/4英寸。部件518、512、520以及522都是由导热金 属制成的，该金属优选为铝。在一种实例中，圆筒壁518为1/8英寸 厚。
液体燃料供应源506将液体燃料从电动燃料泵经燃料管线508加 压输送到喷射器502。燃料管线508中液体燃料的压力P高于大气压。 在暖机运转工况下，容积504中的压力P也要高于大气压，但低于燃 料管线508中的压力。在某些实例中，燃料管线508中液体的压力在 高于大气压约60到100psi之间(即psig)，而容积504中蒸气的压 力在约40到50psig之间。
在发动机540的起动过程中，蒸发器500通常为冷态，因而，在 容积504中没有任何预先存在的热燃料蒸气。在该起动过程中，被加 热的冲击板件526被用来蒸发从喷射器502喷出的液体喷雾。该操作 是依照上文参照蒸发室50(见图2)所描述的技术进行的。在一种实 例中，板件526的厚度为1/16英寸，且带有1/32英寸的通孔，该板 件下方的容积528成为了另外的蒸气存储容积，该容积既用于运转工 况，也用于冷起动工况，孔洞使得蒸气经板件526进行双向流动。板 件526是导热金属，优选地是铝。电热塞524A、524B对冲击板526进 行加热。电热塞524A、524B由发动机的电气系统提供电能。在图示的 结构中，由控制器(图中未示出)将电热塞524A、524B在冷起动期间 接通，然后再将它们关断。在运转工况下，热电偶530测量冲击板526 的温度，以对系统执行热控制。控制器利用热电偶530发出的反馈信 号对电热塞524A、524B进行控制，以保持容积504中的特定温度。控 制器可采用比例、微分、以及积分线性控制规则来保持容积504中的 温度。如上文提到的那样，在某些实例中，控制器将容积504的温度 保持为蒸发温度。
随着蒸发容积504中产生出燃料蒸气，蒸气将填充了通道532和 蒸气歧管536。蒸气可能流经了限流器(图中未示出)，该限流器例如 是图3所示的限流器160。蒸气喷射阀538A、538B、538C、以及538D 在计算机的控制下，以正时规律将蒸气燃料经各个1/16英寸孔喷射到 发动机540的各个气缸(图中未示出)中。发动机540还从空气歧管 接收空气。从图9可看出，燃料蒸气可被蒸气喷射阀直接喷射到气缸 中，或者可在紧邻各个气缸进气阀的上游位置处将蒸气喷射到各条空 气通路中。
参见图8A，蒸发器544除了具有上文参照图6所描述的导热结构 之外，其与蒸发器500是类似的。电热塞510A、510B被压配合到圆筒 壁512中，且电热塞510A、510B产生的热量被导热金属546传递给容 积504。容积514中包括一定量的导热金属546，在工作条件下，该金 属可以是液态。在某些实例中，金属546可被加热到约300°F。在其中 的一些实例中，导热金属546是钠。热量从电热塞510A、510B传递给 导热金属壁518，进而传递给导热金属546和导热壁518。
参见图8B，该蒸发器与图8所示的蒸发器类似，且具有另外的特 征。在压力室中设置了两块分离开的横向板件。冲击板526A(如图8C 所示)被布置成直接遇到从喷射器系统向下喷射的液体喷雾。该板件 的中心区域是不带有孔洞的，以增大对喷雾中的液体颗粒进行拦截和 加热的面积。在环周处设置有穿透板件的一组通道517A，蒸气可经这 些通道向下流动，从而可将蒸气存储到到下方的区域中，且蒸气可从 存储空间向上流动，从而通向发动机。辅助板件526B位于板件526A 的下方，但与其分离开。辅助板件上带有很多穿孔。由于该板件面对 着电热塞524A′和524B′的端部以及被加热的板件526A，所以其可辐射 加热，同时也被对流加热。板件的作用在于：将热的蒸气保持在板件 526A下方的存储容积中。如果蒸发器被定向成如图所示那样的垂直状 态，则到达板件526A外侧区域的任何过量的液体都能在重力作用下经 通道527A到达板件526B，在该板件上，这些液体被蒸发。如果有些液 体穿过板件526B而到达蒸发器的底部，则可利用所设置的保压泄流装 置(图中未示出)来将它们排出。在一种实例中，板件526A具有两个 在径向上相对的孔洞，它们的直径例如为0.235英寸，以便于容纳电 热塞，而环周孔洞527A的直径可以为0.076英寸。底板526B上孔洞 的直径为0.085英寸。
图8B中还表示出了一种控制系统，利用该系统可对板件526A的 温度、压力室540A的压力、环形导热环516上选定位置点的温度进行 监控。可采用另外的热电偶(图中未示出)，这些热电偶例如是热电偶 158和530。计算机562基于检测所得的数值，对发动机系统中电池对 两组电热塞510和524的供能情况进行控制。计算机可以是专为这种 基于蒸发原理的燃料系统设置的计算机，也可以是一般的发动机管理 计算机。
参见图9，蒸发系统550包括图8所示的蒸发器500和另外一些 部件。液体燃料供应源506包括燃料箱552、电动燃料泵554、燃料过 滤器556、以及燃料压力调节器558。来自于燃料箱552的液体燃料被 燃料泵554执行压力泵送，其流经燃料过滤器556和燃料压力调节器 558而到达喷射器502处。蒸发系统550还包括脉冲发生器560，其能 产生脉冲，以将液体喷射器502开启或关闭。计算机562对由脉冲发 生器560产生的脉冲的频率和宽度进行控制。脉冲的频率和宽度与向 发动机540提出的功率需求相关。计算机562还从热电偶530接收反 馈信息，以根据适当设定的控制规则对电热塞510A、510B的激发进行 控制，从而将容积504中的温度保持在所需的温度上。发动机540包 括进气歧管542，其向气缸564A、564B、564C、以及564D输送空气， 并包括适当的喷射系统，其用于向各个气缸输送燃料蒸气，上文已结 合图8对该喷射系统进行了介绍。在另外的实例中，发动机540当然 可具有不同数目的气缸和其它的结构。
参见图9A，发动机系统具有图9中的特征以及其它一些特征。冷 起动液体喷射系统与发动机的进气及歧管系统542相连，该喷射系统 由从燃料泵554引出的燃料管线562供应燃料。冷起动喷射器的结构 和位置被设计成将液体燃料的喷雾喷射到助燃空气中，以利用发动机 在冷机条件下的起动和运转。可设计成只有在蒸气产生系统达到压力 时才发挥作用，或者还可设计成在特定的功率需求状况下才对燃料蒸 气系统进行协助。在图示的系统中，冷起动液体燃料喷射器560被设 置成将雾化的液体燃料喷雾喷射到中心气流中，所形成的空气-燃料 混合物被空气歧管分成几份，以服务于所有的气缸。在另外一些实施 方式中，可为某些气缸和各单个气缸使用分开的液体燃料喷射器。
发动机管理计算机具有从重要的监控位置获得的输入量，进而输 出数据，基于这些数据，可为由燃料蒸发器和冷起动液体燃料喷射器 组成的组合系统实时地选定最优的工作条件。除了那些对由计算机控 制的发动机而言为常规量的输入量之外，输入量还包括蒸发器504的 温度和压力、主蒸气供应管线的温度和压力、蒸气分配轨的温度和压 力、以及蒸发器外加热室中冲击板件526和热量分配系统的温度。例 如，压力输入量是从监控器564和565获得的，两监控器分别位于蒸 发器和燃料蒸气轨上，且可从监控冲击板件526温度的温度数据线 567、监控蒸发器热分布环516温度的数据线566和568、以及位于燃 料蒸气轨的温度监控器得到温度输入量。
在图9B和图9C中，图中针对V-8发动机示意性地表示了一种系 统，该系统与上文刚刚描述的系统类似。两燃料共轨536A和536B分 别向两组燃料喷雾蒸气喷射器(各四个)输送燃料，而冷起动喷射器 560则被布置在中央，以将液体燃料喷雾喷射到进气管542下游的空气 中。该视图还表示出了压力控制阀22A，其用于对蒸气输送管线中的压 力进行控制，并表示出了怠速空气控制阀，其由发动机管理计算机进 行控制。
燃料蒸气喷射器531的作用在于：利用由计算机控制的电子脉冲 信号，根据指令精确地计量向各个气缸输送的燃料蒸气。脉冲相对于 发动机的做功冲程进行正时，且该脉冲的持续时间适于送入所需容积 的蒸气。当未通电时，阀被关闭，从而阻止了蒸气不当的流动和回流。 目前，优选地是在此场合中使用轴针式喷油器。如公知的那样，针阀 是精加工的锥形部件，其通常是用不锈钢制成的，该部件在常态下落 座在配对的锥形阀座上，且只有当其从阀座上抬起时才允许流体通过。 阀座和针阀的尺寸以及下游喷嘴和出口的尺寸决定了喷射流的尺寸和 型式。
图9D示意性地表示了一种由电磁线圈操作的、基于针阀原理的燃 料蒸气喷射器538′。针阀组件702被设计成：每次动作时，为与其相 连的气缸的做功冲程输送一定的燃料蒸气充量。该组件的基本结构与 液体燃料喷射器的结构类似，区别在于该组件的通道明显很大，以允 许体积较大的流体通过，体积较大的原因在于在同样重量的情况下为 达到一定的蒸气充量需要较大的体积。操作杆轴704从针阀构件延伸 向一种材料的可动电枢706，其中的材料被选择成能与电磁线圈708 产生磁互感作用。当线圈在计算机的控制下通电时，电枢在磁力作用 下克服复位弹簧710的阻力而升高到图示的位置。当电磁线圈708未 通电时，其磁场消失，弹簧将针阀构件复位到其紧密地抵接着阀座的 关闭位置。蒸气通道沿着活动电枢的整个长度延伸，以使得燃料蒸气 能从蒸气燃料共轨536经喷射器组件自由地流向位于蒸气喷射器底部 的针阀端口。在该图所示的特定结构中，流道穿过复位螺旋弹簧710 中空的中心，并进入到电枢的中心通道706中，然后从电枢的流出侧 出口穿出，并沿操作杆轴的外侧延伸，然后向外流经引导件而从开启 的中央阀通道711穿出。在一种实例中，蒸气喷射器针阀的排出通道 为0.032英寸(例如可与直径在0.004到0.008英寸的液体喷射器相 比较)。在某些实例中，可在蒸气喷射器针阀构件的排出侧上设置多个 蒸气排出孔，以使蒸气流分散。蒸气燃料喷射器的材料和结构设计被 选定为能耐受热蒸气的温度，并具有长的工作寿命。
在图9E中示意性地表示了冷起动液体喷雾喷射器。该喷射器具有 电磁线圈和针阀结构，该喷射器与蒸气喷射器类似，但其液体出口通 道的直径为0.004英寸，且装置中其它穿行通道的直径也响应地减小。
在图9F中表示了燃料共轨536，其尺寸被设计成可向一组燃料蒸 气喷射器538′提供燃料蒸气。
图9G-1到9G-4示意性地表示了用喷射燃料蒸气来提供燃料的 四冲程汽油机的气缸。在吸气冲程的临界点，燃料蒸气被按照进气门 开启的正时规律喷射到气缸间歇工作的进气门处。在该冲程中，燃料 和助燃空气进入到气缸中，之后是常规的压缩、做功、以及排气冲程。 该发动机相对于普通的发动机在性能方面存在很大的不同。在压缩冲 程的末了时，实质上所有的燃料都以蒸气的形式存在，与此相反，在 普通的汽油机中，在此阶段中，仍然存在大量的液滴。在做功冲程中， 火花塞的点火时机被相对于曲轴转角进行优化，以便于使燃烧能更为 直接、更为彻底，从而对于给定重量的燃料，能比普通的汽油机发出 更大的有用功率。另外，可避免在做功冲程过程中将液体燃料蓄留在 发动机的缝隙中。在排气冲程，排放气中基本上不带有未燃的碳氢化 合物和颗粒，同时，其它排放物的水平也是可以接受的和得到改善的。
上述的原理可与各种设计形式的内燃机配套使用。另外一种实例 是二冲程汽油机。尽管二冲程发动机在功率/重量比方面比四冲程发动 机更有优势，但却存在燃烧性能不佳的缺陷。可以认识到：本发明的 原理可被用来改善二冲程汽油机的燃烧。燃料蒸气可被混入到助燃空 气的中心以被导入到二冲程发动机中，或者可基本上按照上述的方式 被喷射到各个气缸的进气口处。在另外的情况下，可采用将汽油蒸气 直接喷射到各个气缸中的方案，例如在二冲程发动机气缸的排气口已 被关闭、但压缩冲程尚未完成时执行喷射。可采用燃料蒸发原理的另 一类发动机是转子式发动机(例如Wankel发动机)，在这类发动机中， 燃烧区域的移动部件是进行转动，而非往复运动。
所述的原理还可用于柴油机。参见图10，蒸发器600向柴油机640 输送柴油燃料蒸气。柴油机640与能提供电力的电气系统相连。蒸发 器600包括喷射器602，其将液体柴油燃料经一个或一组小孔加压喷射 到容积604中。在一种实例中，液体燃料喷射器602具有单个直径约 为0.001英寸的孔眼。喷射器602是电子控制的，从而，电信号“ON” 将开启喷射器，而电信号“OFF”则关断喷射器。从喷射器602喷出的 喷雾形成了围绕着轴线的锥形喷雾。在暖机运转过程中，蒸发容积604 中容纳着循环流动的燃料蒸气，这些蒸气被从圆筒环绕壁618传出的 热量加热。与图1所示的过程类似，蒸发器600通过与循环流动的、 且被加热的燃料蒸气发生剧烈的混合而对来自于喷射器602的液体柴 油燃料喷雾进行蒸发，其中，被加热的燃料蒸气在先前已流过壁面618 并接收到了额外的热量。在暖机运转工况下，容积604中的温度被保 持在蒸发温度上。
限量的压缩空气被从空气气泵经压力阀628引入到容积616中， 于是引入到容积604中，其中的气泵例如是小型容积式气泵。这些空 气散布开，且一旦柴油被喷入到容积604，就参予到循环运动和混合作 用中，或者，这些空气可起到载体气体的功能，以将压缩流体传递给 发动机。
与先前描述的实例一样，圆筒壁618由电热塞606A和606B通过 热传递进行加热。电热塞606A、606B由柴油机的电气系统供电。可用 于此目的的电热塞是由Bosch公司制造的，且可从位于新泽西州 Montvale的LLC地方的Mercedes-Benz(美国)公司购得，其零件号 为001.159.2101，还可参照下文的图20-22。在另外一些实例(图中 未示出)中，可使用另外一些电热塞来加热圆筒壁612。电热塞606A、 606B被布置在围绕着空间604延伸的环形空间608中。电热塞606A、 606B利用环形的导热金属环610将热能传递给壁板618，其中，导热 金属环610环绕着圆筒壁构件612进行压配合。圆筒壁618环绕着环 形空间608。圆筒壁612、618落座在底板614上，且顶板617将空间 封闭。且顶板522将空间封闭。板件614、617与圆筒壁612、618之 间的密封圈使得容积604中的压力得以保持。部件612、614、617以 及618都是由导热金属制成的，该金属例如是铝或合适的高温合金。 在一种实例中，圆筒壁612为1/8英寸厚。容积604的直径为2又1/4 英寸。
液体柴油燃料供应源606将液体燃料经燃料管线608加压输送到 喷射器602。燃料管线608中液体柴油燃料的压力高于大气压，在暖机 运转工况下，容积604中的压力也要高于大气压，但低于燃料管线608 中的压力。在某些实例中，燃料管线608中柴油液体的压力在高于大 气压约60到100psi(即psig)之间，而容积604中柴油蒸气的压力 在约40到50psig之间，上述两压力之间存在压差。
在发动机640的起动过程中，蒸发器600通常为冷态，因而，在 容积604中没有任何预先存在的热燃料蒸气。在该起动过程中，被加 热的冲击板件620被用来蒸发从喷射器602喷出的液体喷雾。该操作 是依照上文参照蒸发室50(见图2)所描述的技术进行的。在一种实 例中，冲击板620的厚度为1/16英寸，且带有1/32英寸的通孔，该 冲击板下方形成了存储容积616。孔洞使得柴油蒸气经板件620进行前 后双向流动。板件620是导热金属，优选地是铝或合适的高温合金。 电热塞622A、622B对冲击板620进行加热。电热塞622A、622B由柴 油机的电气系统提供电能。电热塞622A、622B在冷起动期间被接通， 然后再被它们关断。热电偶624测量冲击板620的温度。控制器(图 中未示出)利用热电偶621发出的反馈信号对电热塞606A、606B进行 控制，以保持容积604中的特定温度。控制器可采用比例、微分、以 及积分线性控制规则来保持容积604中的温度。
随着容积604中产生出柴油燃料蒸气，柴油燃料蒸气将填充并流 经通道632而进入到蒸气歧管636中。蒸气燃料阀638A、638B、638C、 以及638D对柴油蒸气燃料进入到发动机640各气缸(图中未示出)中 的流动进行调节。发动机640还从空气歧管642接收空气。这样的系 统可被用来只是完成对气缸的部分燃料充量，而需要依赖于其它的技 术来完成充量过程。下文将对这些技术进行描述。
参见图10A，蒸发器650除了具有上文参照图6所描述的导热结 构之外，其与蒸发器600是类似的。电热塞606A、606B被压配合到圆 筒壁618中，且电热塞606A、606B产生的热量被导热金属652传递给 容积604。容积608中包括一定量的导热金属652，在工作条件下，该 金属可以是液态。在某些实例中，金属652可被加热到约300°F。在其 中的一些实例中，导热金属652是钠。热量从电热塞606A、606B传递 给导热金属壁618，进而传递给导热金属652和导热壁612。
所述的原理同样适用于分散地为发动机蒸发燃料的情况。一种重 要的情况是专为活塞式发动机的单个气缸所设置的蒸发器。蒸气喷射 器可与这样的蒸发器直接相连。在图11和11A所示的实施方式中，通 过将撞击接触加热的方法与自由空间内的混合方法结合起来来产生蒸 气，其中，混合作用是基于由中间加热器产生热量来实现的。在这些 附图所示的实例中，电热塞702位于杯形导热构件700底部的中央。 如图所示，电热塞具有朝向上方的热端，其暴露在液体喷雾中并与之 接触。杯形构件700是由横向延伸的导热底壁704和竖立的外部导热 侧壁706组成的，其中的底壁与中心电热塞的关系是从其接收热量， 而侧壁则与底壁保持热连续性，从而也从电热塞702接收热量。杯形 体的顶部被顶部构件701封闭，从而形成了一个压力室，该压力室被 设计成以基本上超过大气压P1的压力工作。杯形体的内表面为流体形 成了一个传热表面。液体喷雾喷射器710位于顶部构件中。该构件朝 向下方，并指向电热塞，喷射器的结构和位置被设计成使得喷雾的主 要部分与电热塞以及传热表面上靠近喷射器的区域相接触。与上述的 实施方式一样，设置了蒸气排出通道714。图中示意性地表示了通道以 及相关的出口控制系统716。这些构件具有保持蒸发室中超过大气压的 压力的作用。如图所示，底壁构件704裸露表面的形状被设计成环面 截面的形状，以对进入的流体流进行引导，使其变为环面混合运动。 在径向截面内，杯形体的底面从圆柱形电热塞的外露表面弯曲地向外、 向下延伸，在弯过水平面之后再向外、向上延伸，从而与杯形体的外 壁706融合到一起。该表面与向下运动的、轴对称的喷雾相配合，以 对受热过程中的液体喷雾和所产生的蒸气进行引导，使它们成为循环 流，这将有助于利用混合而进行热交换。流体流在到达其循环流动的 顶点时，向内转向而遇到新喷入液体喷雾的雾化颗粒，并与其混合起 来。这有助于对喷入的液体颗粒进行蒸发。蒸发室内的压力越高，所 产生蒸气的密度越大，通过混合所实现的热传递越强烈，因而蒸发器 的尺寸越小。可以认识到：对于单个发动机气缸或相邻的少数几个气 缸，这样的结构可被制得足够紧凑。在进行生产制造时，电热塞和杯 形构件的底部—或者实质上是整个蒸发室可被制造成一个单元，而在 内表面上不设置接头。例如，对导热、耐热的金属进行铸造可形成连 续的底部表面，并在其下侧的中央形成凹陷，电阻加热器元件被密封 在该凹陷中，加热器元件例如是用在电热塞中的发热元件，杯形构件 的中央部分实质上就成为了电热塞。在某些实施方式中，单元可被设 计成高压容器，以将工作压力提高到几百Psi或更高，此条件下需要 考虑蒸发室壁板材料的选择，材料应能承受蒸发过程所对应的高温。 在某些情况下，至少一部分蒸发室的材料可以是陶瓷。陶瓷构件的一 部分自身就能形成蒸发器的电阻发热元件，一般可按照现有某些电热 塞产品的形式来构成电阻发热元件。
专用的蒸发器设计形式可与针阀结合起来，以允许喷射液体，从 而进行蒸发，并用于对所产生的加压燃料蒸气的流动进行控制。
在图12和图12A所示的实施方式中，液体供应针阀720的工作由 适当的控制件724操作，针阀落座在蒸发室壁板上的阀座上，并平动 地移动，以交替地开启通道，从而允许液体喷雾进入到腔室中，并可 将腔室封闭。在蒸发室的壁板706A上设置了一组侧面蒸气出口714A， 它们用于将燃料蒸气引导向发动机的一个或多个气缸。
在图13和图13A所示的实施方式中，环绕着的圆筒壁730和底壁 731对从出口714A流出的流体进行引导，使其向下流动，然后再向内 流动而汇合成单股流，由蒸气流动控制阀(图中表示为蒸气针阀736) 对单股流进行控制。
在图14所示的蒸发器A中，设置了电磁线圈组件726，以致动针 阀720，从而从针阀的出口喷嘴喷出液体喷雾。衔铁732被布置成与针 阀构件成驱动关系。按照上文介绍的原理，该电磁线圈组件的部件被 设置为形成了连续的液体流路，该流路从压力液体燃料管线通向针阀 720和喷射喷嘴739，如前述的原理。
当向环绕电磁线圈728中通入电流进行致动时，线圈所产生的磁 场将克服复位弹簧734的阻力，将针阀构件向上拉起，使其离开阀座。 这样就能形成燃料流，其从压力液体供应管线流经针阀、并从喷嘴739 喷射到蒸发室中而形成液体喷雾。在切断了线圈的电流之后，复位弹 簧734将针阀构件复位到落座在阀座上的闭合位置。
另外，在蒸气出口处，图14所示的蒸发器包括由弹簧加载的蒸气 控制针阀736A，其包括复位弹簧738。当蒸发室内燃料蒸气的压力超 过弹簧的阻力时，该控制针阀允许蒸气流过，当蒸气压力下降而低于 该程度时，针阀关闭。
在图15所示的实施方式中，蒸发器的尺寸和位置被设计成向发动 机的单个气缸输送燃料。在图示的情况下，在气缸的各个做功冲程之 前，发动机的正时系统触发电磁线圈728，从而完成燃料蒸气的充量。 按照发动机的类型和需求，由计算机来选择并管理正时规律、液体喷 雾脉冲的流量和时长、以及加热程度。蒸发室内受热蒸气所达到的压 力可被用来提供使蒸气流向燃料喷射点的动力。
图16所示的蒸发器B被设计成自身就能作为由计算机控制的蒸气 喷射器。与蒸发器A的情况相同，在蒸发器B中，设置了电磁线圈组 件726，以致动液体喷雾针阀720，从而允许液体的流动，并能在蒸发 室中产生液体喷雾。衔铁732被布置成与针阀构件成驱动关系。当向 环绕电磁线圈728中通入电流进行触发时，线圈作用在衔铁上的磁场 力将克服复位弹簧734的阻力，将针阀构件720向上拉起，使其离开 阀座。这样就能形成液体燃料流F，其从压力液体供应管线流经液体喷 雾喷射器，从而形成由雾化的液体颗粒组成的喷雾。在切断了线圈的 电流之后，复位弹簧734将针阀构件复位到落座在阀座上的闭合位置。 另外，在图16所示的蒸发器B中，排出针阀736B上还设置有电磁线 圈组件726A，用于致动蒸气释放针阀，以允许蒸气流向发动机。在此 情况下，复位弹簧734A的尺寸被设计成其所提供的闭合力超过所容纳 的压力蒸气的作用力。当向环绕电磁线圈728A中通入电流进行触发时， 其克服复位弹簧的阻力而将针阀构件向下拉，使其离开阀座。这样就 形成了从压力蒸发室排出的燃料蒸气。在对线圈728A断电后，针阀构 件在弹簧734A作用下复位到阀座上的闭合位置。按照上述的原理，该 喷射器组件的部件被设计为提供连续的蒸气流路，该流路借助于适当 的通道从针阀延伸向单元的蒸气输送点，其中的通道穿过或经过针阀 动作组件的各个工作构件。
图16所示蒸发器B的尺寸和位置被设计成向发动机的单个气缸输 送燃料。当用在图15所示的基本结构中时，发动机的正时系统将与发 动机同步地驱动两电磁线圈。液体电磁线圈被激发，以向气缸提供液 体燃料喷雾充量。按照发动机的类型和需求，由计算机来选择并管理 正时规律、液体喷雾脉冲的流量和时长、以及液体燃料喷射与蒸气电 磁线圈被激发以向发动机排送蒸气之间的加热间隔。蒸气室内受热蒸 气所达到的压力可被用来提供使蒸气流向燃料喷射点的动力。蒸发室 可被设计成高温操作。在一种情况下，蒸发室是由Inconel 617和其 它高温不锈钢制成的。
图17所示实施方式与图15所示实施方式的区别在于：燃料蒸气 喷射器B的结构和位置被设置成在合适的时刻直接向发动机气缸的燃 烧区域排送蒸气。例如，其可向上文提到的特定二冲程汽油机的气缸 中排送蒸气。如果被设计成适于高压，则可将柴油蒸气直接喷射到柴 油机的燃烧空间内—即喷射到柴油机气缸中和气缸的预燃烧室中，这 取决于柴油机的结构设计。从完成向蒸发室内喷射液体燃料喷雾到将 蒸气排送到发动机中之间的加热间隔可建立起重要的压力，以便于使 蒸气流动。此外，可设置与发动机正时一致工作的蒸气扫气活塞，其 例如由线性电机驱动，以便于对蒸发室执行扫气，从而迫使蒸气流经 蒸气喷射阀而进入到燃烧区域的压缩空气中。
在一种实例中，在发动机吸入空气的冲程中甚至更早的时刻，液 体喷雾就开始进入到蒸发室中。在一种柴油机中，在柴油机开始做功 冲程之后不久就是蒸气喷射的时刻。
图18示意性地表示了一种与图16所示的燃料蒸气喷射器类型配 套使用燃料分配系统。高压液体柴油共轨由合适的泵输送燃料。该共 轨向属于图16所示类型的一组蒸发器/蒸气喷射器(各对应一个气缸) 输送燃料。发动机管理计算机确定液体柴油供应电磁阀的启动时刻， 因而确定了蒸气喷射电磁阀的启动时刻，由此对各个做功冲程执行蒸 气充量。
在实际应用中，可为使用柴油的场合设计其它的结构，可采用上 文所述的一个和多个柴油喷射结构。例如，上述类型的柴油蒸气喷射 器可被设计成只向柴油机气缸喷射部分燃料充量，而做功冲程所需的 其余燃料需求量则由液体柴油燃料喷射器来提供。在此情况下，对柴 油燃料蒸气的喷射可按照进气冲程的时间进行，且蒸气可被直接喷射 到柴油机气缸的燃烧区域中和进气口中。如果按照这种方式工作，则 很重要的是：应当限制燃料蒸气的部分充量，使其不超过临界值，在 压缩冲程中，该临界值将会带来预压燃的危险。这种系统的优点在于： 由于只有部分燃料是由会带来颗粒排放和其它排放物的常规系统提供 的，所以具有更好的燃烧效率。图19表示了典型柴油机的各个阶段。
有利地是，选用的电热塞在使用条件下具有很长的寿命等级。参 见图20-22，电热塞中长寿命的电阻线圈元件802最好是由铂合金丝 制成的。金属丝的直径为0.012英寸，拉直长度为4英寸，其被卷绕 成长度l1约为1/2英寸的螺旋线圈。线圈被插入到外金属管812中， 该金属管可以由Inconel制成，其长度l1约为1/2英寸。金属管的内 径约为0.170英寸，且壁厚是0.035英寸。如图所示，金属管的下端 封闭了螺旋丝的下延伸部。螺旋丝的下端被焊接到金属管上。为了迅 速加热外管，最好是采用细微的玻璃粉末804作为线圈与外管之间的 主要的电绝缘物。细微的高温玻璃粉末被认为具有优良的导热性能， 以便于将热量从线圈快速地传递到外管，同时还具有适当的电绝缘性。 填料例如可以是100％的细微玻璃粉末，或者可以是90％的细微玻璃 粉末和10％的陶瓷粉末。线圈的上端被插入到容纳孔中，并被焊接到 中央杆轴806的下端上，杆轴可以是用不锈钢制成的。杆轴806A的上 端可作为电接线端，以从电池接收电能。例如由机件钢制成的构件体 811被接合到外管812的顶部上。用耐热纤维构成的密封构件807在 810位置处在杆轴806与外部构件体之间延伸。在构件807上形成了长 寿命的、电绝缘的、用高温压力密封玻璃制成的压力密封件808，其位 于导电的连接器杆轴806与外构件体之间。电热塞的总长度l2可约为 4英寸。
上文已举例描述了多种系统。可以理解：在不悖离本发明实质思 想和范围的前提下，可作出多种形式的改型。例如，传热表面可以是 其它的构造，也可以用其它的加热措施来加热这些表面—例如可采用 其它的电加热技术，且蒸发器及其相连导管的外表面可被设置有绝热 和/和辅助加热措施。因而，其它设计形式的系统也在后附权利要求的 范围内。