专利汇可以提供内部冷却高压缩贫燃烧内燃机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种内冷却的内燃 活塞 式 发动机 及操作该活塞式发动机的方法,具有液态 水 注射、比传统发动机高的压缩比、以及比传统发动机的空气 燃料 混合物更贫的空气燃料混合物。这里,发动机的有效压缩比大于13:1。发动机可以采用 汽油 或 天然气 ,并使用火花点火,或者发动机可以使用柴油型燃料并使用 压缩点火 。液态水注射提供内冷却、减少或消除了排出到 散热 器的热,减少发动机 爆震 ,并减少NOx的排放。使用具有液态水注射、高压缩比和贫空气燃料混合物的内冷却的发动机操作方法允许更完全并更有效的燃烧,因此,相比于传统的发动机热效率更好。,下面是内部冷却高压缩贫燃烧内燃机专利的具体信息内容。
1.一种使用碳氢燃料的内燃机,所述内燃机包括:至少一个汽缸及在所述汽缸中往复运动的活塞、至少一个进气阀、至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述内燃机包括:
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的上死点(TDC)之前从大约
180°到大约30°在任何时间向所述汽缸中注射液态水,其中,所注射的水的量大于所述汽缸内的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且所述内燃机具有的有效压缩比大于大约13:1。
2.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述燃料或水或者两者都直接注射到所述汽缸中。
3.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述燃料或水或者两者都通过端口注射到与所述至少一个进气阀流体连通的进口歧管中。
4.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的水的量是发动机进口处约25℃的环境温度下的饱含水蒸气的空气所携带的水蒸汽的量的大约1.05至大约10倍。
5.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的水的量是注射到所述内燃机汽缸中的燃料的量的大约20%至大约800%w/w。
6.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量是注射到所述内燃机汽缸中的燃料的量的大约40%至大约400%w/w。
7.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量是注射到所述内燃机汽缸中的燃料的量的大约50%至大约300%w/w。
8.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量是注射到所述内燃机汽缸中的燃料的量的大约60%至大约200%w/w。
9.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括为所述汽缸中的燃烧提供点火的火花塞、电热塞、等离子体点火器、或激光点火器。
10.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括所述燃料的压缩点火。
11.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括大于大约15:1的有效压缩比。
12.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括大于大约20:1的有效压缩比。
13.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括大于大约25:1的有效压缩比。
14.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括大于大约35:1的有效压缩比。
15.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括:所述汽缸中的温度传感器、所述排放歧管中的温度传感器、所述进口歧管中的传感器、所述汽缸中的压力传感器、或其任何组合;其中,所述的一个传感器或多个传感器接合到控制装置,所述控制装置接收所感测的温度和压力传感器值,并且调节所注射的水的量和提供给所述至少一个汽缸的空燃比。
16.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在TDC之前的从约180°到约30°,注射所述液态水的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的内燃机,其中,在TDC之前的从约90°到约60°,注射所述液态水的至少一部分。
18.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述液态水以连续流、间歇注射或以雾化喷雾直接注射到所述汽缸中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
19.根据权利要求3所述的内燃机,其中,所述液态水以注射到所述进口歧管的端口的雾化喷雾的方式通过端口注射到所述进口歧管,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
20.根据权利要求3所述的内燃机,其中,在TDC之前的从约300°到约180°,所述液态水通过端口注射到所述进口歧管中。
21.根据权利要求3所述的内燃机,其中,在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度的范围介于大约40℃到大约80℃。
22.根据权利要求3所述的内燃机,其中,在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约50℃。
23.根据权利要求3所述的内燃机,其中,在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约60℃。
24.根据权利要求3所述的内燃机,其中,在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约80℃。
25.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述内燃机是空气冷却的。
26.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在175℃或低于该温度的内部温度下运行所述内燃机,所述内燃机不需要外部冷却装置。
27.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在范围从约85℃到约175℃之间的外部温度下运行所述内燃机,所述内燃机不需要外部冷却装置。
28.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在范围从约85℃到约100℃之间的外部温度下运行所述内燃机,并且,所述内燃机不需要外部冷却装置。
29.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在范围从约85℃到约120℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
30.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在范围从约85℃到约140℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
31.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在范围从约85℃到约150℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
32.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括容纳有流体冷却剂的散热器,其中,将足量的液态水注射到所述汽缸中,使得与在没有水注射的情况下运转的所述内燃机相比,由所述内燃机产生的排出至冷却剂的热量减少至少20%。
33.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括热交换器,所述热交换器用于传递来自所述排放歧管或汽缸或两者的热量以对水、燃料以及进入的空气进行预加热。
34.根据权利要求15所述的内燃机,其中,响应于所感测到的温度和压力值以及所述内燃机的能量输出需求调整燃料/空气混合物。
35.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在注射到所述汽缸之前,通过混合所述燃料和空气而以所述空燃比制造所述燃料/空气混合物。
36.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括能调整地调节推入到所述进口歧管或汽缸中的空气的量的涡轮增压器或超级增压器。
37.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约1.2。
38.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约1.5。
39.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约4.0。
40.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约6.0。
41.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比能够在约1.2到约8.0的范围内调节。
42.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比能够在约2.5到约5.5的范围内调节。
43.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述空燃比能够在约3.5到约5.0的范围内调节。
44.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在注射水之前,燃料/空气混合物被加热到范围在约30℃到约80℃之间的一数值。
45.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在注射水之前,处于所述空燃比下的燃料/空气混合物被加热到范围在约40℃到约80℃之间的一数值。
46.根据权利要求1所述的内燃机,其中,在注射水之前,处于所述空燃比下的燃料/空气混合物被加热到范围在约80℃以上的一数值。
47.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述燃料为天然气、甲烷、乙烷、n-丙烷、或异丙烷、或它们的混合物。
48.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述燃料选自汽油、或汽油和醇的混合物。
49.根据权利要求1所述的内燃机,其中,所述燃料混合物基于柴油型燃料,选自由以下组成的组:煤油、ULSD(超低硫柴油)、JPA或JP8,并且所述内燃机是压缩点火的。
50.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括具有用于从废气中提取水的装置的水回收单元,其中,回收的水在所述内燃机中循环使用。
51.一种使用碳氢燃料的内燃机,所述内燃机包括:至少一个汽缸及在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述内燃机包括:
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约180°在任何时候将预定量的液态水注射到所述进口歧管的端口中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
52.根据权利要求51所述的发动机,其中,所述燃料或水或两者通过端口注射到与所述至少一个进气阀流体连通的所述进口歧管中。
53.根据权利要求51所述的发动机,其中,所述燃料直接注射到所述汽缸中。
54.根据权利要求51所述的发动机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量为在内燃机进口处约25℃的环境温度下的饱含水蒸汽的空气所携带的水蒸汽的量的大约1.05倍到大约10倍。
55.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约20%到大约800%w/w。
56.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约40%到大约400%w/w。
57.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约50%到大约300%w/w。
58.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在内燃机循环中注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约60%到大约200%w/w。
59.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括为所述汽缸中的燃烧提供点火的火花塞、或电热塞、等离子体点火器,或激光点火器。
60.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括燃料的压缩点火。
61.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括大于约15:1的有效压缩比。
62.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括大于约20:1的有效压缩比。
63.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括大于约25:1的有效压缩比。
64.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括大于约35:1的有效压缩比。
65.根据权利要求1所述的内燃机,进一步包括所述汽缸中的温度传感器、所述排放歧管中的温度传感器、所述进口歧管中的传感器、所述汽缸中的压力传感器、或其任何组合;
其中,所述的一个传感器或多个传感器接合到控制装置,所述控制装置接收所感测的温度值和压力传感器值,并且调节所注射的水的量和提供给所述至少一个汽缸的空燃比。
66.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在TDC之前在从约300°到约180°范围内的时间处,所述液态水的至少一部分通过端口注射到所述进口歧管中。
67.根据权利要求66所述的内燃机,进一步包括接合到水源用于进一步直接将液态水注射到所述汽缸的水注射器,其中,在TDC之前的从约180°到约300°,所述液态水的至少一部分直接注射到所述汽缸中。
68.根据权利要求67所述的内燃机,其中,所述液态水进一步以连续流、间歇注射或以雾化喷雾直接注射到所述汽缸中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
69.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述液态水以注射到所述进口歧管的端口内的雾化喷雾的方式通过端口注射到所述进口歧管中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
70.根据权利要求67所述的内燃机,其中,在通过端口注射到所述歧管之前或直接注射到所述汽缸之前,对所述液态水进行加热,使得所述注射的水的温度的范围介于大约
40℃到大约80℃。
71.根据权利要求67所述的内燃机,其中,在通过端口注射到所述歧管之前或直接注射到所述汽缸之前,对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约80℃。
72.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述内燃机是空气冷却的。
73.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在175℃或低于该温度的内部温度下运行所述内燃机,所述内燃机不需要外部冷却装置。
74.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在范围从约85℃到约175℃之间的外部温度下运行所述内燃机,所述内燃机不需要外部冷却装置。
75.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括容纳有流体冷却剂的散热器,其中,将足量的液态水注射到所述汽缸中,使得与在没有水注射的情况下运转的所述内燃机相比,由所述内燃机产生的排出至冷却剂的热量减少至少20%。
76.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括热交换器,所述热交换器用于传递来自所述排放歧管或汽缸或两者的热量,以对水、燃料以及进入的空气进行预加热。
77.根据权利要求65所述的内燃机,其中,响应于所感测到的温度和压力值以及所述内燃机的能量输出需求来调整所述燃料/空气混合物。
78.根据权利要求52所述的内燃机,其中,在通过端口注射之前通过混合燃料和空气而以所述空燃比制造燃料/空气混合物。
79.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括能调整地调节推入到所述进口歧管或汽缸中的空气量的涡轮增压器或超级增压器。
80.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约1.2。
81.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约1.5。
82.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约4.0。
83.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比大于约6.0。
84.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比能够在约1.2到约8.0的范围内调节。
85.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比能够在约2.5到约5.5的范围内调节。
86.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述空燃比能够在约3.5到约5.0的范围内调节。
87.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在注射水之前,燃料/空气混合物被加热到范围在约30℃到约80℃之间的一数值。
88.根据权利要求51所述的内燃机,其中,在注射水之前,燃料/空气混合物被加热到范围在约40℃到约80℃之间的一数值。
89.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述燃料为天然气、甲烷、乙烷、n-丙烷、或异丙烷、或它们的混合物。
90.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述燃料选自汽油、或汽油和醇的混合物。
91.根据权利要求51所述的内燃机,其中,所述燃料混合物是基于柴油型燃料,选自由以下组成的组:煤油、ULSD(超低硫柴油)或JP8,并且所述内燃机是压缩点火的。
92.根据权利要求51所述的内燃机,进一步包括具有用于从废气中提取水的装置的水回收单元,其中,回收的水在所述内燃机中循环使用。
93.一种操作使用碳氢燃料的内燃机的方法,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、至少一个进气阀、至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述方法包括,在每个内燃机循环中:
在压缩冲程期间,在所述活塞的TDC之前从大约180°到大约30°在任何时候从与水源接合的水注射器将液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
94.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:直接将所述燃料或水或两者注射到所述汽缸中。
95.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:将所述燃料或水或两者通过端口注射到与所述至少一个进气阀流体连通的进口歧管中。
96.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在内燃机进口处约25℃的环境温度下的饱含水蒸汽的空气所携带的水蒸汽的量的大约1.05倍到大约10倍。
97.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约20%到大约800%w/w。
98.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约40%到大约400%w/w。
99.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约50%到大约300%w/w。
100.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约60%到大约200%w/w。
101.根据权利要求93所述的方法,其中,所述内燃机执行所述燃料的压缩点火。
102.根据权利要求93所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约15:1。
103.根据权利要求93所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约20:1。
104.根据权利要求93所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约25:1。
105.根据权利要求93所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约35:1。
106.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:
通过与控制装置接合的所述汽缸中的温度传感器感测所述汽缸中的实时温度值;
通过与控制装置接合的所述排放歧管中的温度传感器感测燃烧排放产物的实时温度值;
通过与控制装置接合的所述进口歧管中的温度传感器感测所述进口歧管的实时温度值;
通过与控制装置接合的所述进口歧管中的压力传感器感测所述进口歧管的实时压力值;
在所述控制装置处从所述温度传感器和所述压力传感器接收一个或多个实时温度值和实时压力值;
通过编程的控制装置响应性地调节所注射的水的量和提供给所述至少一个汽缸的所述空燃比。
107.根据权利要求93所述的方法,其中,在TDC之前的范围从约180°到30°的时间内注射所述液态水的至少一部分。
108.根据权利要求107所述的方法,其中,在TDC之前的范围从约90°到60°的时间内注射所述液态水的至少一部分。
109.根据权利要求93所述的方法,其中,所述液态水以连续流、间歇注射或以雾化喷雾直接注射到所述汽缸中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
110.根据权利要求95所述的方法,进一步包括:在TDC之前的范围从约300°到约
180°的时间内,将所述液态水通过端口注射到所述进口歧管中。
111.根据权利要求110所述的方法,其中,所述液态水以注射到所述进口歧管的端口中的雾化喷雾的方式通过端口注射到所述进口歧管中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
112.根据权利要求110所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度的范围介于大约40℃到大约80℃。
113.根据权利要求110所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约
50℃。
114.根据权利要求110所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约
60℃。
115.根据权利要求110所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约
80℃。
116.根据权利要求93所述的方法,其中,所述内燃机是空气冷却的。
117.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在175℃温度或低于该温度的内部温度下运行所述内燃机而不需要外部冷却装置。
118.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约175℃之间的外部温度下运行所述内燃机而不需要外部冷却装置。
119.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约100℃之间的外部温度下运行所述内燃机,并且,所述内燃机不需要外部冷却装置。
120.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约120℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
121.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约140℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
122.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约150℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
123.根据权利要求93所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括容纳有流体冷却剂的散热器,所述方法进一步包括将足量的液态水注射到所述汽缸中,使得与在没有注射水的情况下运转的所述内燃机相比,由所述内燃机产生的排出至冷却剂的热量减少至少20%。
124.根据权利要求93所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括热交换器,所述方法包括传递来自所述排放歧管或汽缸或两者的热量以对水、燃料以及进入的空气进行预加热。
125.根据权利要求106所述的方法,进一步包括:响应于所感测到的温度和压力值以及所述内燃机的能量输出需求来调整燃料/空气混合物。
126.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在注射到所述汽缸之前,通过混合所述燃料和空气而以所述空燃比制造燃料/空气混合物。
127.根据权利要求93所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括涡轮增压器或超级增压器,所述方法包括能调整地调节推入到所述进口歧管或汽缸中的空气的量。
128.根据权利要求93所述的方法,其中,所述空燃比大于约1.2。
129.根据权利要求93所述的方法,其中,所述空燃比大于约1.5。
130.根据权利要求93所述的方法,其中,所述空燃比大于约4.0。
131.根据权利要求93所述的方法,其中,所述空燃比大于约6.0。
132.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在约1.2到约8.0的范围内调节所述空燃比。
133.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在约2.5到约5.5的范围内调节所述空燃比。
134.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在约3.5到约5.0的范围内调节所述空燃比。
135.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在注射水之前,将燃料/空气混合物加热到范围在约30℃到约80℃之间的一数值。
136.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在注射水之前,将所述空燃比下的燃料/空气混合物加热到范围在约40℃到约80℃之间的一数值。
137.根据权利要求93所述的方法,进一步包括:在注射水之前,将所述空燃比下的燃料/空气混合物加热到范围在约80℃以上的一数值。
138.一种操作使用碳氢燃料的内燃机的方法,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述方法包括,在每个内燃机循环中:
在压缩冲程期间,在所述活塞的TDC之前的从大约300°到大约180°在任何时候从与水源接合的水注射器将预定量的液态水注射到所述进口歧管的端口中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
139.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:将所述燃料或水或两者通过端口注射到与所述至少一个进气阀流体连通的所述进口歧管中。
140.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:直接将所述燃料注射到所述汽缸中。
141.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在内燃机进口处约25℃的环境温度下的饱含水蒸汽的空气所携带的水蒸汽的量的大约1.05倍到大约10倍。
142.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约20%到大约800%w/w。
143.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约40%到大约400%w/w。
144.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约50%到大约300%w/w。
145.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在内燃机循环中注射液态水,所注射的液态水的量为在所述内燃机汽缸中注射的燃料的量的大约60%到大约200%w/w。
146.根据权利要求138所述的方法,其中,所述内燃机执行所述燃料的压缩点火。
147.根据权利要求138所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约15:1。
148.根据权利要求138所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约20:1。
149.根据权利要求138所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约25:1。
150.根据权利要求138所述的方法,其中,所述有效压缩比大于约35:1。
151.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:
通过与控制装置接合的所述汽缸中的温度传感器感测所述汽缸中的实时温度值;
通过与控制装置接合的所述排放歧管中的温度传感器感测燃烧排放产物的实时温度值;
通过与控制装置接合的所述进口歧管中的温度传感器感测所述进口歧管的实时温度值;
通过与控制装置接合的所述进口歧管中的压力传感器感测所述进口歧管中的实时压力值;
在所述控制装置处从所述温度传感器和所述压力传感器接收一个或多个实时温度值和实时压力值;
通过编程的控制装置响应性地调节所注射的水的量和提供给所述至少一个汽缸的所述空燃比。
152.根据权利要求138所述的方法,其中,在TDC之前从约300°到约180°,将所述液态水的至少一部分通过端口注射到所述进口歧管中。
153.根据权利要求152所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括接合到水源用于进一步直接将液态水注射到所述汽缸中的水注射器,其中,在TDC之前的从约180°到约
300°,将所述液态水的至少一部分直接注射所述汽缸中。
154.根据权利要求153所述的方法,其中,在TDC之前的从约90°到约60°,将所述液态水的至少一部分直接注射到所述汽缸中。
155.根据权利要求153所述的方法,进一步包括:将所述液态水以连续流、间歇注射或以雾化喷雾直接注射到所述汽缸中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
156.根据权利要求138所述的方法,其中,将所述液态水以注射到所述进口歧管的端口的雾化喷雾的方式通过端口注射到所述进口歧管中,所述雾化喷雾经过精细地雾化或者粗略地雾化。
157.根据权利要求138的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度的范围介于大约40℃到大约80℃。
158.根据权利要求153所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约
50℃。
159.根据权利要求153所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约
60℃。
160.根据权利要求153所述的方法,进一步包括:在直接注射到所述汽缸中或者通过端口注射到所述歧管中之前对所述液态水进行加热,使得所注射的水的温度大于大约
80℃。
161.根据权利要求138所述的方法,其中,所述内燃机是空气冷却的。
162.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在175℃温度或低于该温度的内部温度下运行所述内燃机而不需要外部冷却装置。
163.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约175℃之间的外部温度下运行所述内燃机而不需要外部冷却装置。
164.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约100℃之间的外部温度下运行所述内燃机,并且,所述内燃机不需要外部冷却装置。
165.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约120℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
166.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约140℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
167.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在范围从约85℃到约150℃之间的外部温度下运行所述内燃机。
168.根据权利要求138所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括容纳有流体冷却剂的散热器,所述方法进一步包括将足量的液态水注射到所述进口歧管的所述端口中,使得与在没有注射水的情况下运转的所述内燃机,由所述内燃机产生的排出至冷却剂的热量减少至少20%。
169.根据权利要求138所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括热交换器,所述方法包括传递来自所述排放歧管或汽缸或两者的热量以对水、燃料以及进入的空气进行预加热。
170.根据权利要求151所述的方法,进一步包括:响应于所感测到的温度和压力值以及所述内燃机的能量输出需求来调整燃料/空气混合物。
171.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在注射到所述汽缸之前,通过混合燃料和空气而以所述空燃比制造燃料/空气混合物。
172.根据权利要求138所述的方法,其中,所述内燃机进一步包括涡轮增压器或超级增压器,所述方法包括能调整地调节推入到所述进口歧管或汽缸中的空气的量。
173.根据权利要求138所述的方法,其中,所述空燃比大于约1.2。
174.根据权利要求138所述的方法,其中,所述空燃比大于约1.5。
175.根据权利要求138所述的方法,其中,所述空燃比大于约4.0。
176.根据权利要求138所述的方法,其中,所述空燃比大于约6.0。
177.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在约1.2到约8.0的范围内调节所述空燃比。
178.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在约2.5到约5.5的范围内调节所述空燃比。
179.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在约3.5到约5.0的范围内调节所述空燃比。
180.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在注射水之前,将燃料/空气混合物加热到范围在约30℃到约80℃之间的一数值。
181.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在注射水之前,将处于所述空燃比下的燃料/空气混合物加热到范围在约40℃到约80℃之间的一数值。
182.根据权利要求138所述的方法,进一步包括:在注射水之前,将处于所述空燃比下的燃料/空气混合物加热到范围在约80℃以上的一数值。
183.根据权利要求1至92中任一项所述的内燃机,其中,所述液态水混合有选自以下的醇:甲醇、乙醇、或异丙醇,以形成液态水-醇混合物,所述液态水-醇混合物按重量计算的比率在约0%到约50%的范围内。
184.根据权利要求93到182中任一项所述的方法,其中,所述液态水混合有选自以下的醇:甲醇、乙醇、或异丙基,以形成液态水-醇混合物,所述液态水-醇混合物按重量计算的比率在约0%到约50%的范围内。
185.一种使用碳氢燃料的内燃机,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述内燃机包括:
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约30°在任何时候将预定量的液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
热交换器,用于传递来自排放歧管或汽缸或两者的热量以对水、燃料和入口的空气进行预加热;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
186.一种使用碳氢燃料的内燃机,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述内燃机包括:
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约30°在任何时候将预定量的液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
涡轮增压器或超级增压器,能调整地调节推入所述进口歧管或汽缸中的空气的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
187.一种使用碳氢燃料的内燃机,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述内燃机包括:
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约30°在任何时候将预定量的液态水注射到所述汽缸,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
涡轮增压器或超级增压器,能调整地调节推入所述进口歧管或汽缸中的空气的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
188.一种使用碳氢燃料的内燃机,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述内燃机包括:
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约30°在任何时候将预定量的液态水注射到所述汽缸,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
涡轮增压器或超级增压器,能调整地调节推入所述进口歧管或汽缸中的空气的量;
所述汽缸中的温度传感器,所述排放歧管中的温度传感器,所述进口歧管中的传感器,所述汽缸中的压力传感器,或任何其组合;其中,所述一个传感器或多个传感器接合到控制装置,所述控制装置接收所感测的温度和压力传感器值,并且调节所注射的水的量和提供给所述至少一个汽缸的空燃比;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
189.一种操作使用碳氢燃料的内燃机的方法,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、至少一个进气阀、至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述方法包括:
在压缩冲程期间,在所述活塞的TDC之前从大约180°到大约30°在任何时候通过与水源接合的水注射器将预定量的液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时的水的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比,
其中,压力传感器或温度传感器与可编程的控制装置电连通,所述控制装置响应性地调节注射到所述汽缸中的空燃比或水或两者的量,所述压力传感器或温度传感器选自由以下组成的组中:所述汽缸中的温度传感器、所述排放歧管中的温度传感器、所述进口歧管中的温度传感器、以及所述汽缸中的压力传感器或它们的任何组合。
200.一种减少使用碳氢燃料的内燃机中排放到环境中的废热的方法,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、至少一个进气阀、至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述方法包括:
在压缩冲程期间,在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约180°在任何时候通过与水源接合的水注射器将预定量的液态水注射到进口歧管中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽的饱和点时所存在的水的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比,
其中,压力传感器或温度传感器与可编程的控制装置电连通,所述控制装置响应性地调节注射到所述汽缸中的空燃比或水或两者的量,所述压力传感器或温度传感器选自由以下组成的组中:所述汽缸中的温度传感器、所述排放歧管中的温度传感器、所述进口歧管中的温度传感器、以及所述汽缸中的压力传感器或它们的任何组合。
201.一种操作内燃机的方法,所述内燃机使用碳氢燃料,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述方法包括:
在压缩冲程期间,在所述活塞的TDC之前从大约300°到大约180°在任何时候通过与水源接合的水注射器将预定量的液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
在所述压缩冲程期间,通过涡轮增压器或超级增压器能调整地调节推入所述进口歧管或汽缸中的空气的量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
202.一种操作内燃机的方法,所述内燃机使用碳氢燃料,所述内燃机包括:至少一个汽缸和在所述汽缸中往复运动的活塞、具有至少一个进气阀的进口歧管、与排放歧管流体连通的至少一个排放阀、以及具有至少一个燃料注射器的燃料处理系统,所述方法包括:
在压缩冲程期间,在所述活塞的TDC之前从大约180°到大约30°在任何时候通过与水源接合的水注射器将预定量的液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽饱和点时所存在的水的量;
水注射器,与水源接合,用于在压缩冲程期间在所述活塞的TDC之前在300°到30°之间将预定量的液态水注射到所述汽缸中,其中,所注射的水的量大于所述汽缸中的环境空气中的水蒸汽的饱和点时所存在的水的量;
在所述压缩冲程期间,通过涡轮增压器或超级增压器能调整地调节推入所述进口歧管或汽缸中的空气量;
其中,提供给所述至少一个汽缸的空燃比大于化学计量,并且,所述内燃机具有大于约
13:1的有效压缩比。
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