專利名稱：用于內(nèi)燃機的燃料蒸氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及這樣的系統(tǒng)其將液態(tài)燃料轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂险魵?，以改?內(nèi)燃機中的燃燒。
背景技術(shù)：
向發(fā)動機供應燃料的方式能顯著地影響燃料的效率和尾氣排放。 在具有化油器的活塞式發(fā)動機中，液態(tài)汽油被集中地引入到助燃空氣 的氣流中，之后，空氣一燃料混合物被分成幾份并被分配到發(fā)動機的 各個氣缸中。在其氣缸帶有燃料噴射器的活塞式發(fā)動機中，加壓后的 液態(tài)燃料被推送著流經(jīng)噴射器的噴嘴，以噴射出由液態(tài)燃料顆粒組成 的噴霧。噴霧在氣缸的進氣口處被噴射到助燃空氣中，或者被直接噴 射到燃燒區(qū)域中。燃料在這些發(fā)動機和其它發(fā)動機中的不完全燃燒會 對燃料經(jīng)濟性造成不利影響，并產(chǎn)生出有害的排放物。幾十年前，人 們己經(jīng)提出要對燃料執(zhí)行預先蒸發(fā)，以此作為提高燃料效率和降低內(nèi) 燃機排放的途經(jīng)，但尚未發(fā)現(xiàn)任何可被接受的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
對于運轉(zhuǎn)中的發(fā)動機，壓力基本上超過大氣壓的蒸發(fā)室(或蒸氣 室)具有脈動的、加壓的燃料噴霧噴射器，其與被加熱的傳熱表面分 離開。先前由噴霧形成的、處于壓力下的蒸氣在噴射器的附近循環(huán)流 動，其中，蒸氣是由噴霧受到傳熱表面的加熱而形成的。蒸氣攔截噴
入的液態(tài)噴霧，并與液態(tài)噴霧以紊流的形式混合到一起。由于混合物 受到傳熱表面的進一步加熱，所以將有助于形成更多的蒸氣。按照可 維持蒸發(fā)室中基本上高于大氣壓的壓力的方式，從蒸發(fā)室引出的蒸氣 通道將燃料蒸氣引向發(fā)動機。因而，與蒸發(fā)室的壓力狀態(tài)相關(guān)的蒸氣 密度將有助于燃料蒸氣的形成。從液體被噴射到蒸氣室中到燃料進入 到發(fā)動機燃燒區(qū)域之間的時間延遲以及流動條件可促進蒸氣與霧化后 的任何殘余燃料顆粒的混合。對于汽油等的燃料，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)無需在 蒸氣室中使用空氣氣流，就能產(chǎn)生有效的蒸發(fā)，并能將蒸氣從中央蒸 氣室運送到發(fā)動機的各個氣缸。在另外一些實例中，有限地輸入壓縮 空氣可有利于工作?？諝庥兄诒患訜嵴魵獾难h(huán)流動，并有助于其 與噴入的液體噴霧進行混合。在任一種系統(tǒng)中，所導入的液體噴霧的 動能本身就能產(chǎn)生出強烈的紊流混合作用。如果空氣要被引入到蒸氣 室中，其可被作為噴嘴處的橫向射流，而液體噴流是在噴嘴處出現(xiàn)， 從而可促使液體噴流被霧化成細微的顆粒。
在另外一種設(shè)計中，為發(fā)動機的各個氣缸或其它的燃燒區(qū)域設(shè)置 了專用的加壓蒸氣室。蒸氣噴射噴嘴可被設(shè)置成將燃料蒸氣噴射到燃 燒區(qū)域的空氣進氣口中，或者直接噴射到燃燒區(qū)域中。蒸氣室中壓力 超過大氣壓的程度是如下因素的函數(shù)進入到蒸氣室中的液體噴霧的 能量、受熱蒸發(fā)作用、以及蒸氣從該蒸氣室中排出的通斷操作?？膳c 發(fā)動機正時規(guī)律協(xié)調(diào)地、電動地觸發(fā)該通斷操作，或者可響應于蒸氣 室中的壓力由彈簧加載來完成操作。所采用的超大氣壓數(shù)值取決于所 涉及的發(fā)動機類型。在任何情況下，燃料蒸氣排出時的壓力都足以將 其推送到發(fā)動機中的使用位置點處。這種專用蒸發(fā)器的實施方式在工 作時，空氣被排除在蒸氣發(fā)生室之外。
在某些為發(fā)動機各個燃燒區(qū)域設(shè)置專用蒸氣發(fā)生室的實施方式
中，噴入到各個燃燒區(qū)域中的液體燃料噴霧的脈沖量被調(diào)節(jié)成可形成 單份燃料充量。在蒸氣從蒸氣室中排出之前，對該液體噴霧的時刻進 行調(diào)整，以形成適當?shù)募訜釙r間間隔。該間隔的時長、所噴射的液體 脈沖的量、以及蒸氣排出的定時都受發(fā)動機管理計算機的控制。例如 在蒸發(fā)器與往復式柴油機的氣缸相對應的情況下，時間間隔的時長和 加熱量被控制成在蒸發(fā)室中建立起很高的壓力。這樣就能在與做功沖 程的開始時刻保持適當定時關(guān)系的情況下將柴油蒸氣以非常高的壓力 直接噴射到柴油機氣缸的燃燒區(qū)域中。
在本文的語境中，蒸發(fā)室中"基本上超大氣壓的壓力"是指壓力
至少為10 psig (磅/平方英寸)以上。優(yōu)選地是，對于汽油發(fā)動機， 采用更高的壓力，即超過20 psig直至80 psig的壓力。對于要向發(fā) 動機氣缸直接噴射的蒸發(fā)室，采用更高的壓力是合適的?？蓪⒃撓到y(tǒng) 作為單一的燃料輸送措施，或者使該系統(tǒng)與其它的燃料輸送機構(gòu)配合 使用，其它的燃料輸送機構(gòu)例如是為了冷起動而向空氣系統(tǒng)中噴射液 體燃料顆粒，或?qū)⑷剂蠂娚涞饺紵臻g中一例如對于柴油機。
在一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，為了在冷機條件下產(chǎn)生蒸氣的裝置包括位 于蒸氣室中的速加熱表面，該表面接收液體燃料噴霧，以實現(xiàn)初始時 的蒸發(fā)。
在一種特別有效的結(jié)構(gòu)中，不論是為了冷起動和運轉(zhuǎn)的傳熱表面、 還是為暖機運轉(zhuǎn)狀況而設(shè)的傳熱表面都與同一蒸氣發(fā)生容積相聯(lián)系。 在一種結(jié)構(gòu)中，被加熱的傳熱表面包圍著噴霧，例如，圓筒形的受熱 傳熱表面包圍著來自于噴射器的錐形噴霧。該傳熱表面所處位置與噴 射器相距足夠的距離，以便于在暖機運轉(zhuǎn)過程中使得大多數(shù)蒸發(fā)過程 發(fā)生在自由空間中。橫向延伸而與噴射器軸線相交的第二傳熱表面處 于被初始噴霧弄濕的位置。第二傳熱表面被快速加熱，以形成加熱的
蒸氣，從而實現(xiàn)冷機條件下的操作。在某些設(shè)計中，該第二傳熱表面 可被用于冷起動、冷機運轉(zhuǎn)、以及發(fā)動機的暖機運轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地是，用電熱的方法來對傳熱表面進行加熱。在某些設(shè)計中， 為傳熱表面設(shè)置的電加熱器與蒸氣容積隔絕開，而在另外一些情況下， 該電加熱器被直接暴露到燃料中。
發(fā)現(xiàn)電熱塞(即基于管體等伸入物的電阻加熱來工作的電加熱器) 對于蒸氣的產(chǎn)生是有效的。電熱塞需要具有長工作壽命的特點決定了 其結(jié)構(gòu)應當耐用。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)特征包括主要由鉑制成的中央電阻； 電絕緣的、但導熱的細微粉末，其基本上是由玻璃組成的，這些粉末 填充了電阻元件與環(huán)繞的導熱管之間的空間。耐熱的密封件在高溫高 壓下將玻璃粉末密封。
在很多有利的設(shè)計中，采用了電熱塞來加熱中間傳熱介質(zhì)，該介 質(zhì)從電熱塞延伸到形成主動傳熱表面的構(gòu)件處。例如，可采用電熱塞 來進行加熱，并在電熱塞與形成蒸發(fā)傳熱表面的筒壁之間設(shè)置環(huán)形的 的導熱介質(zhì)。在一種實例中，環(huán)形導熱介質(zhì)是導熱的金屬環(huán)，其例如 是環(huán)形的鋁板，該鋁板與電熱塞相接合，并與壁面構(gòu)件保持傳導傳熱 關(guān)系。在另一種實例中，該環(huán)形的導熱介質(zhì)是導熱的金屬，其在工作 條件下可以是液體，且與該金屬的相變過程(從固體變?yōu)橐后w或相反 變化)相關(guān)的熱量可起到散熱器的作用，從而在環(huán)體的周圍形成穩(wěn)定 的溫度條件。
優(yōu)選地是，通過用電熱塞加熱由輕質(zhì)量的薄導熱板構(gòu)成的傳熱表 面，以快速地開始產(chǎn)生出蒸氣，其中的傳熱表面被液態(tài)的噴霧打濕。 在這種設(shè)計的實施方式中，電熱塞和導熱板都是暴露的，以對燃料進 行加熱。
在某些實施方式中，為旋轉(zhuǎn)面形式的傳熱表面以電熱塞的軸線為
中心，并從該軸線向外延伸。對于專為發(fā)動機各個氣缸配置的蒸氣發(fā) 生器而言，這是一種有利的結(jié)構(gòu)。在一種有利的結(jié)構(gòu)中，專用的蒸氣 發(fā)生器基本上為杯形，且中央電熱塞從中心處突伸向?qū)R的液體噴霧 噴射器噴嘴，電熱塞是外露的，以便于產(chǎn)生出蒸氣，并對杯形體的底 部進行加熱，且通過杯形體的底部對杯形體向上延伸的側(cè)壁進行加熱。 杯形體底部的形狀被設(shè)計成偏斜表面，以引導流動，將其導入到混合 運動中。由于蒸氣室中的壓力較高，所以可減小蒸氣室的尺寸。 下面將描述燃料蒸氣系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)。
一種特定的結(jié)構(gòu)是用于內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，該燃料蒸發(fā)器包括 封閉的壓力室，其限定了一容積；與所述容積相關(guān)的傳熱表面，其被 設(shè)計成受到加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被布置成在壓力作用下 向容積中發(fā)射擴散型式的液體燃料噴霧，燃料噴霧是從與傳熱表面分 離開的至少一個出口噴射出的，且針對所述傳熱表面，壓力室與液體 燃料供應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成在至少一個出口與傳熱表面之間 形成一混合區(qū)域，燃料噴霧在其從所述出口行經(jīng)所述容積的過程中， 在該混合區(qū)域中通過與循環(huán)流動的加熱后燃料蒸氣發(fā)生混合而受到顯 著的加熱并被蒸發(fā)，其中，所述的加熱后燃料蒸氣先前己從傳熱表面 上流過，并從傳熱表面接收了額外的熱量，燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通 道相關(guān)聯(lián)，該出流通道包括流量控制件，燃料蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和位置被 設(shè)計成允許加壓的燃料蒸氣流向發(fā)動機，同時能保持蒸發(fā)發(fā)生容積內(nèi) 基本上超過大氣壓的壓力。
這種設(shè)計的實施方式具有下列的一個或多個特征。 燃料蒸發(fā)器上配備有電氣系統(tǒng)，其包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電 源，其中，傳熱表面由從電氣系統(tǒng)輸出的電力進行加熱。
該燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成在基本上不存在空氣氣流的情況下對液體燃料進行蒸發(fā)。
該燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成在向壓力室中輸入有限的壓縮空氣的情況 下對液體燃料進行蒸發(fā)。
燃料蒸發(fā)器包括液體燃料噴射系統(tǒng)，其作為所述的液體燃料供應 系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計成向容積中噴入受控的液體燃料噴霧脈沖。
液體燃料供應系統(tǒng)被設(shè)計成向噴射系統(tǒng)輸送加壓的液體燃料脈沖 流，其中，每個脈沖的持續(xù)時長約為1秒或更長。
液體燃料供應系統(tǒng)包括控制器，以便于響應于燃料蒸氣的需求量 而產(chǎn)生出持續(xù)時長和/或頻率變化的加壓液體流脈沖。
在一種優(yōu)選的形式中，為蒸發(fā)器設(shè)置的液體燃料噴射系統(tǒng)包括 脈沖信號發(fā)生器，其被設(shè)計成根據(jù)發(fā)動機的燃料需求而產(chǎn)生出一系列 信號脈沖；液體燃料噴射器；液體燃料管線，其被連接成從電動燃料 泵接收壓力流，并將加壓燃料輸送給液體燃料噴射器，液體燃料噴射 器的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成響應于信號脈沖而產(chǎn)生出分散開的液體燃料 噴霧脈沖，該噴霧脈沖流經(jīng)所述出口。
與汽油機配套使用的液體燃料噴射系統(tǒng)包括電動燃料泵，其被設(shè) 計成以約60 100 psig的液體壓力將液體燃料噴射到蒸發(fā)室中，且燃 料蒸發(fā)器被設(shè)計成使蒸發(fā)室容積中的壓力保持在約30 80 psig的范 圍內(nèi)，且液體燃料的壓力基本上大于蒸發(fā)室容積中的壓力。
化油器系統(tǒng)被設(shè)計成向助燃空氣的氣流提供燃料蒸氣，在這樣的 系統(tǒng)中，蒸發(fā)器被設(shè)計成將蒸發(fā)室中的壓力維持在約65 75psi之間。
在汽油燃料噴射系統(tǒng)中，例如為了將燃料噴射到汽油機的進氣口 處，蒸發(fā)器被設(shè)計成將蒸發(fā)室中的壓力保持在約40 50 psi之間。
在上述的實施方式中，蒸發(fā)器被設(shè)計成將液體燃料的壓力保持為 大于蒸發(fā)室中的壓力，優(yōu)選地是，至少要大5psi，在某些情況下，要 大10 psi、 15 psi或更大。
燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成與內(nèi)燃機的單個燃燒區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
為專屬于發(fā)動機單個燃燒區(qū)域的蒸發(fā)室所設(shè)置的液體燃料噴射系 統(tǒng)被設(shè)計成按照發(fā)動機的正時關(guān)系，并以適于對燃燒區(qū)域進行充注 的量，將受控的液體燃料噴霧脈沖噴射到蒸發(fā)器的蒸發(fā)室中。
專屬于發(fā)動機單個燃燒區(qū)域的燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成以超過約100 psig的壓力來噴射液體燃料，以其作為噴射到蒸發(fā)器容積中的液體噴 霧，在很多情況下，壓力高于150 psig。
燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成對柴油燃料進行蒸發(fā)，并噴射柴油燃料蒸氣， 以使其在柴油機的氣缸中燃燒。
蒸發(fā)器的液體燃料供應系統(tǒng)被設(shè)計得形成了這樣的噴霧其具有
軸線，且傳熱表面是圍繞著噴霧的軸對稱旋轉(zhuǎn)面。
蒸發(fā)器的傳熱表面環(huán)繞著噴霧，在優(yōu)選的情況下，噴霧是錐形的， 且傳熱表面基本上為圓筒形。
作為旋轉(zhuǎn)面的傳熱表面是由厚度在約1/16到1/18英寸之間的導 熱金屬形成的。
傳熱表面包括與噴霧相對的橫向表面。這種設(shè)計的實施方式具有 如下的一個或多個特點。橫向表面是圓形的形式。傳熱表面實質(zhì)上是 杯形的，其包括與噴霧相對的橫向表面和環(huán)繞著噴霧的外壁部分。有 效地是，橫向表面與至少一個電加熱器相連。有效地是，橫向表面與 至少一個電熱塞相連。
一種燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成與內(nèi)燃機的單個燃燒區(qū)域相關(guān)聯(lián)，且有 效地是，其具有單個電熱塞，電熱塞相對于橫向表面被布置在中心位 置處，電熱塞與噴霧基本上對準。
與噴霧相對的橫向傳熱表面的形狀被設(shè)計成接收噴霧，并將噴霧
以混合的形式偏斜運動，例如，橫向表面可以是凹入的環(huán)形部分。 燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成既能蒸發(fā)柴油燃料，也可噴射柴油蒸氣。 燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成既能蒸發(fā)汽油，也可噴射汽油蒸氣。 燃料蒸發(fā)器具有與傳熱表面相關(guān)聯(lián)的加熱器，其是外露的，以與
容積中的燃料直接接觸。
燃料蒸發(fā)器具有與傳熱表面相關(guān)聯(lián)的加熱器，傳熱表面與加熱器
的連接形式可防止加熱器與容積中的燃料發(fā)生接觸。
燃料蒸發(fā)器包括導熱物質(zhì)，其在工作條件下可發(fā)生相變，該物質(zhì)
與形成傳熱表面的構(gòu)件相接觸，其構(gòu)成了加熱器與傳熱表面之間傳熱
路徑的一部分。該物質(zhì)可以是可熔融的導熱金屬一例如鈉。
燃料蒸發(fā)器具有與傳熱表面相關(guān)聯(lián)的加熱器，其包括一個或多個
與傳熱表面成熱量傳遞關(guān)系的電熱塞。
導熱的傳熱介質(zhì)從至少一個電熱塞延伸向形成傳熱表面的構(gòu)件。 從電熱塞延伸向傳熱表面的導熱傳熱介質(zhì)是導熱的圓環(huán)，其環(huán)繞
著壁板的外部，并與其保持熱接觸，其中，所述壁板的內(nèi)部形成了傳
熱表面。
燃料蒸發(fā)器包括電加熱器，其包括多個電熱塞，這些電熱塞沿著 形成傳熱表面的構(gòu)件散分開。
在燃料蒸發(fā)器中，由液體燃料噴射系統(tǒng)形成的噴霧定向在軸線方 向，且燃料蒸發(fā)器包括橫向構(gòu)件，其形成了傳熱表面，該表面與由發(fā) 動機電氣系統(tǒng)提供電力的電加熱器相連，且其延伸方向與所述軸線橫 交。
燃料蒸發(fā)器包括受熱的傳熱表面，其被定位成在冷起動條件下與 液體燃料噴霧相沖擊，以蒸發(fā)液體，進而提供用于發(fā)動機冷起動和運 轉(zhuǎn)的燃料蒸氣。在有效的實施方式中，被定位成沖擊噴霧的該受熱傳熱表面與至少一個電熱塞保持傳導傳熱關(guān)系，以便于對該傳熱表面執(zhí) 行電加熱。
燃料蒸發(fā)器具有第一、第二傳熱表面，兩傳熱表面與各自的加熱 器相關(guān)聯(lián)。
第一、第二傳熱表面都與蒸發(fā)室內(nèi)部給定的容積相關(guān)，第一傳熱 表面與混合區(qū)域相關(guān)聯(lián)，第二傳熱表面被布置成至少在冷機狀態(tài)下受 到液體燃料噴霧的沖擊，以便于對沖擊噴霧進行蒸發(fā)。
燃料蒸發(fā)器形成擴展型式的液體燃料噴霧，該噴霧圍繞著軸線分 布，且第一傳熱表面被設(shè)計成在與軸線相距一定距離的位置處環(huán)繞著 噴霧，第二傳熱表面延伸橫交過噴霧的軸線。
燃料蒸發(fā)器具有第二傳熱表面，該傳熱表面是由用導熱材料制成 的穿孔構(gòu)件形成的。
燃料蒸發(fā)器具有第二傳熱表面，其與電熱塞的加熱作用相關(guān)聯(lián)。
燃料蒸發(fā)器具有其自身的蒸氣出流通道，該通道被設(shè)置成排放到 與發(fā)動機相連的助燃空氣導管區(qū)域中，且所述流量控制件是蒸氣控制 閥，其適于響應于發(fā)動機的功率需求而被致動，以對流入到空氣導管 中的蒸氣流量進行控制。在一種優(yōu)選的實施方式中，助燃空氣導管的 區(qū)域是文氏管區(qū)域。
燃料蒸發(fā)器與具有多個燃燒區(qū)域的內(nèi)燃機相連，且蒸發(fā)室的蒸氣 出流通道被設(shè)置成向一組燃料蒸氣噴射器輸送蒸氣，每個燃料蒸氣噴 射器都與對應的發(fā)動機燃燒區(qū)域直接或間接地相通，蒸氣噴射器適于 響應于發(fā)動機的功率需求而被致動。
燃料蒸氣噴射器被構(gòu)造成將燃料蒸氣排送到發(fā)動機各個燃燒區(qū)域 的空氣進氣口區(qū)域中，或者燃料蒸氣噴射器被設(shè)計成將燃料蒸氣直接 排送到發(fā)動機各個燃燒區(qū)域中。燃料蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和尺寸被設(shè)計成向具有多個燃燒區(qū)域的發(fā)動機 的單個燃燒區(qū)域輸送燃料蒸氣，有效地是，蒸發(fā)器的傳熱表面為杯形， 其包括與噴霧相對的橫向表面和環(huán)繞著噴霧的壁面部分。該結(jié)構(gòu)的實 施方式具有一個或多個如下特征。蒸發(fā)器具有電熱塞，該電熱塞被相 對于橫向表面布置在中心位置，且電熱塞的軸線與噴霧的軸線基本上 對正。在徑向上，橫向表面是彎曲的或傾斜的，以便于以混合的形式 接收噴霧并對其進行偏導。橫向表面是環(huán)形部分的凹面。用于控制蒸 氣流量的閥是由彈簧加載的閥，其被設(shè)計成由壓力室中的壓力來開啟。 用于控制蒸氣流量的閥被設(shè)計成由發(fā)動機的正時系統(tǒng)對其進行開啟和 關(guān)閉。
該燃料蒸發(fā)器專用于向具有多個燃燒區(qū)域的發(fā)動機的一個燃燒區(qū) 域提供服務(wù)，液體燃料噴射系統(tǒng)被設(shè)計成將可控的液體燃料噴霧脈沖 噴射到蒸發(fā)器的容積中，每個脈沖都與發(fā)動機具有正時關(guān)系，且其脈 沖量適于對燃燒區(qū)域完成燃料充注。這種設(shè)計的實施方式可具有如下 的一個或多個特征。流量控制件是蒸氣噴射閥，其被設(shè)計成按照發(fā)動 機正時規(guī)律工作，且控制系統(tǒng)適于對噴射到蒸發(fā)器容積中的各個液體 噴霧脈沖之間的時間間隔進行控制，并致動蒸氣閥。燃料蒸發(fā)器被用 來產(chǎn)生柴油燃料蒸氣?？刂葡到y(tǒng)被設(shè)計成保持向蒸發(fā)室中液體噴霧的 噴射與柴油蒸氣的噴射之間的時間間隔，以確保蒸發(fā)室中的壓力足以 允許在燃燒室做功階段的起始時刻將柴油蒸氣直接噴射到燃燒區(qū)域 中。
另一種特定的設(shè)計是用在具有燃燒區(qū)域的內(nèi)燃機上的燃料蒸發(fā) 器，其包括封閉的壓力室，其限定了一容積；與所述容積相關(guān)聯(lián)的 傳熱表面，其被設(shè)置成受到加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被布置 成從至少一個與傳熱表面分離開的出口向所述容積加壓噴射擴展型式
的液體燃料噴霧，液體燃料供應系統(tǒng)包括燃料噴射系統(tǒng)，其被設(shè)計成 以受控脈沖的形式噴射噴霧，每個脈沖都與發(fā)動機的正時規(guī)律同步， 且脈沖量適于對發(fā)動機的燃燒區(qū)域完成燃料充注，有效地是，傳熱表 面是杯形的，其包括與噴霧相對的橫向表面和環(huán)繞著噴霧的外壁部分。 有效地是，蒸發(fā)器具有電熱塞，其相對于橫向表面被布置在中心位置， 電熱塞的軸線基本上對正噴霧，且蒸氣流量控制件包括閥，該閥被設(shè) 計成可被開啟，以向發(fā)動機的燃燒區(qū)域輸送燃料蒸氣。
這種設(shè)計的實施方式可具有如下的一個或多個特征。 輸送燃料蒸氣所流經(jīng)的閥受到彈簧的加載，且被設(shè)計成由壓力室 中的壓力開啟。
輸送燃料蒸氣所流經(jīng)的閥被設(shè)計成由發(fā)動機的正時系統(tǒng)開啟和關(guān) 閉。在一種優(yōu)選的形式中，蒸發(fā)器與控制系統(tǒng)相連，該控制系統(tǒng)適于 控制向蒸發(fā)器容積中噴射液體噴霧的各次脈沖與閥的致動之間的時間 間隔，其中，經(jīng)所述的閥進行燃料蒸氣的輸送。燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成 能產(chǎn)生柴油燃料蒸氣，并將蒸氣注射到燃燒區(qū)域中。
另一種特定的設(shè)計是用在配備有電氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機上的燃料蒸發(fā) 器，其中的電氣系統(tǒng)包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，燃料蒸發(fā)器包 括封閉腔室；第一、第二傳熱表面，它們與所述腔室相關(guān)聯(lián)，并被 設(shè)置成受到加熱，至少第二傳熱表面由電氣系統(tǒng)的電力加熱；以及液 體燃料供應系統(tǒng)，其被布置成在壓力下從至少一個出口向所述腔室中 噴射至少一種擴展型式的液體燃料噴霧，針對于第一傳熱表面，腔室 和液體燃料供應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成在至少一個出口與第一傳 熱表面之間建立蒸發(fā)區(qū)域，在運轉(zhuǎn)工況過程中，燃料噴霧在該蒸發(fā)區(qū) 域中受到充分的加熱，并被蒸發(fā)，且針對第二傳熱表面，腔室與液體 燃料供應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)置成在冷機條件下，使得液體噴霧
直接沖擊到第二傳熱表面上，且第二傳熱表面被設(shè)置成受到快速加熱， 并被設(shè)計成對沖擊噴霧進行蒸發(fā)，以便于在冷機條件下為發(fā)動機提供 燃料蒸氣。
這種設(shè)計的實施方式可具有如下的一個或多個特征。 液體燃料供應系統(tǒng)被設(shè)計成從至少一個出口產(chǎn)生出圍繞著軸線分 布的噴霧型式，第一傳熱表面是環(huán)繞著噴霧的旋轉(zhuǎn)面形式，且第二傳 熱表面包括一個被布置成與軸線橫交，并與噴霧擴展的大體方向相對 的表面。
燃料蒸發(fā)器使其自身的第二傳熱表面受到至少一個電熱塞的加 熱，電熱塞由電氣系統(tǒng)提供能量，在一種優(yōu)選的實施方式中，該傳熱 表面是由導熱的板件形成的，且電熱塞與該板件保持熱接觸。
燃料蒸發(fā)器包括控制件，其作用在于只有在冷機條件下，才向 第二傳熱表面的電熱塞提供能量。
燃料蒸發(fā)器的腔室形成了單個容積，兩傳熱表面都暴露向該容積， 以便于實現(xiàn)蒸發(fā)作用。
燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成在運轉(zhuǎn)工況過程中，在基本不存在空氣的 情況下對液體燃料進行蒸發(fā)。
另一種特定的結(jié)構(gòu)是一種燃料蒸發(fā)器，其用在配備有電氣系統(tǒng)的 內(nèi)燃機上，其中的電氣系統(tǒng)包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，燃料蒸 發(fā)器被設(shè)計成在運轉(zhuǎn)工況過程中，在基本不存在空氣的情況下蒸發(fā) 液體燃料，該燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室，其限定了一容積；與 該容積相關(guān)聯(lián)的第一、第二傳熱表面，每個傳熱表面都由電氣系統(tǒng)的 電力加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被布置成從至少一個出口向所 述壓力室中加壓噴射擴展型式的液體燃料噴霧，針對第一傳熱表面， 壓力室和液體燃料供應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成在至少一個出口與
該傳熱表面之間建立混合區(qū)域，燃料噴霧在其從出口經(jīng)所述容積傳播 的過程中，通過在該混合區(qū)域中與循環(huán)流動的、加熱后的燃料蒸氣相 混合而受到充分的加熱，進而被蒸發(fā)，其中，循環(huán)流動的燃料蒸氣在 先前已從該傳熱表面上流過，并從傳熱表面接收了額外的熱量，針對 第二傳熱表面，壓力室和液體燃料供應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成 在冷機條件下，能使液體噴霧直接沖擊到第二傳熱表面上，且第二傳 熱表面被設(shè)計成對沖擊來的噴霧進行蒸發(fā)，燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通 道相連，該出流通道包括流量控制件，燃料蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè) 計成能使加壓的燃料蒸氣流向發(fā)動機，同時能使容積中保持正壓。
另一種特定的結(jié)構(gòu)是一種柴油燃料蒸發(fā)器，其用在配備有電氣系 統(tǒng)的內(nèi)燃機上，其中的電氣系統(tǒng)包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，該 燃料蒸發(fā)器被用來蒸發(fā)液態(tài)的柴油燃料，該燃料蒸發(fā)器包括封閉的 壓力室，其限定了一定的容積；與該容積相關(guān)聯(lián)的傳熱表面，且該傳 熱表面由電氣系統(tǒng)的電力加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被布置成 從至少一個與傳熱表面分離開的出口向所述容積中加壓噴射擴展型式 的柴油液體燃料噴霧，針對該傳熱表面，壓力室和液體燃料供應系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成在至少一個出口與該傳熱表面之間建立混合區(qū) 域，燃料噴霧在其從出口經(jīng)所述容積傳播的過程中，通過在該混合區(qū) 域中與循環(huán)流動的、加熱后的燃料蒸氣相混合而受到充分的加熱，進 而被蒸發(fā)，其中，循環(huán)流動的燃料蒸氣在先前已從該傳熱表面上流過， 并從傳熱表面接收了額外的熱量，燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通道相連， 該通道包括流量控制件，且燃料蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成能使加 壓的柴油燃料蒸氣流向發(fā)動機，同時能使發(fā)生蒸發(fā)的容積內(nèi)部保持正 壓。
這種設(shè)計的實施方式具有如下的一個或多個特征。
柴油燃料蒸發(fā)器包括進氣口 ，其結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成將有限流量 的壓縮空氣引入到所述容積中。
柴油燃料蒸發(fā)器包括第二傳熱表面，針對第二傳熱表面，壓力室 和液體燃料供應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)置成在冷機條件下，使液體 噴霧能直接沖擊到第二傳熱表面上，第二傳熱表面被用來蒸發(fā)沖擊噴 霧，以向發(fā)動機提供燃料蒸氣。
另一種特定的構(gòu)件是用于內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器和蒸氣噴射器，其 包括封閉的壓力室，其限定了一容積；與所述容積相關(guān)的傳熱表面， 且該表面被布置成受到加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被布置成在 缺乏空氣的條件下、從至少一個與傳熱表面分離開的出口向容積中加 壓噴射擴展型式的液體燃料噴霧，液體燃料供應系統(tǒng)包括燃料噴射系 統(tǒng)，其被設(shè)計成向容積中噴射受控的液體燃料噴霧脈沖，每次脈沖都 與發(fā)動機具有正時關(guān)系，且脈沖量適于完成對發(fā)動機燃燒區(qū)域的充量， 傳熱表面包括與噴霧相對的橫向表面和環(huán)繞著噴霧的外壁部分，傳熱 表面與電熱塞相連，以便于對噴霧進行加熱，并產(chǎn)生出燃料蒸氣，流 量控制件包括閥，該閥被設(shè)計成按照發(fā)動機的正時關(guān)系、在各次液體 噴霧脈沖之后的一段時間時開啟，以將燃料蒸氣輸送到發(fā)動機中。
該設(shè)計的實施方式具有一個或多個上文針對專用燃料蒸發(fā)器所描 述的各種杯形結(jié)構(gòu)和電熱塞構(gòu)件，且可被用來蒸發(fā)柴油燃料。
另一種特定的結(jié)構(gòu)是用于內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，該發(fā)動機上配備 有電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室，其 限定了一容積；至少一個傳熱表面，其與所述容積相關(guān)聯(lián)，且被布置 成僅由發(fā)動機的電氣系統(tǒng)進行加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被布 置成在壓力下從至少一個與傳熱表面分離開的出口向容積中噴射擴展 型式的液體燃料噴霧，壓力室、液體燃料供應系統(tǒng)、以及對傳熱表面
的加熱被協(xié)作地設(shè)計和布置成對燃料進行蒸發(fā)，以在大的壓力下形成 燃料蒸氣，該燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通道相連，該通道包括流量控制 件，燃料蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成允許加壓的燃料蒸氣流向發(fā)動 機，同時能使發(fā)生蒸發(fā)過程的容積中保持著基本上超出大氣壓的壓力。 該設(shè)計的實施方式可具有如下的一個或多個特征。 燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成在基本缺乏空氣氣流的情況下蒸發(fā)液體燃料。
燃料蒸發(fā)器被設(shè)計成在向壓力室輸送有限流量空氣的情況下對液 體燃料進行蒸發(fā)。空氣可被按照加壓噴射的方式輸送，以促進液體噴 霧的霧化。
另一種特定的結(jié)構(gòu)是一種燃料蒸發(fā)器，其具有由橫向延伸的導熱 構(gòu)件構(gòu)成的傳熱表面，該導熱構(gòu)件具有總體延展方向，并具有至少一 個由電力驅(qū)動的電熱塞，該電熱塞的受熱部分與導熱構(gòu)件保持緊密的 熱接觸，且電熱塞的軸線大體上垂直于導熱構(gòu)件的延展方向。
該設(shè)計的實施方式具有一個或多個如下的特征。
燃料蒸發(fā)器具有產(chǎn)生蒸氣的傳熱表面，其由壁板構(gòu)件的內(nèi)表面構(gòu) 成，該內(nèi)表面為旋轉(zhuǎn)面的形式，且橫向延伸的導熱構(gòu)件包括環(huán)形構(gòu)件， 其環(huán)繞著壁板構(gòu)件，并與其保持熱接觸。
燃料蒸發(fā)器具有橫向延伸的導熱構(gòu)件，其延伸方向與從噴射器噴 出的燃料噴霧的方向橫交。在一種實施方式中，該構(gòu)件包括導熱板件。 在另一實施方式中，橫向延伸構(gòu)件構(gòu)成了杯形燃料蒸發(fā)室的底部部分。 在另一種實施方式中，導熱構(gòu)件的形狀被設(shè)計成有助于對流動進行引 導，使其成為用于混合作用的循環(huán)形式。
另一種特定的設(shè)計是一種電熱塞，其包括位于內(nèi)部的電阻加熱器， 該加熱器為由鉑基合金制成的細長螺旋線圈的形式，由耐熱金屬制成
32
的、端部封閉的細長外管形成了一個內(nèi)部空腔，電阻加熱線圈被安裝 在該空腔中，且外管內(nèi)導熱但電絕緣的填料基本上是由細微的玻璃粉 末構(gòu)成的，其使加熱器與外管實現(xiàn)電絕緣，同時在二者之間形成了導 熱通路。在一種實施方式中，電阻加熱器線圈的外端與接線端構(gòu)件相 連接，且用高溫壓力密封玻璃將接線端構(gòu)件密封到電熱塞的外部結(jié)構(gòu) 上。
附圖及下文的描述介紹了選定設(shè)計的詳細結(jié)構(gòu)。從下文的描述、 附圖、以及權(quán)利要求可清楚地了解其它的特征、目的、以及優(yōu)點。


圖1中的剖面圖表示了用于蒸發(fā)燃料的混合室；
圖1A是部分剖去的示意性透視圖，其表示了燃料蒸發(fā)器的有效部
件；
圖2中的剖視圖表示了用于在冷起動工況下蒸發(fā)燃料的沖擊結(jié)
構(gòu)；
圖2A中示意性的透視圖表示了一種燃料蒸發(fā)器的有效部件； 圖3中的剖視圖表示了用于向發(fā)動機輸送空氣與燃料蒸氣混合物 的蒸發(fā)器；
圖3A中的剖面圖表示了圖3所示蒸發(fā)器的回轉(zhuǎn)閥； 圖4中的剖面圖表示了一種系統(tǒng)，其包括圖3所示的蒸發(fā)器和其 它的部件；
圖5中的剖視圖表示了另一種用于向發(fā)動機輸送空氣與燃料蒸氣 混合物的蒸發(fā)器；
圖6中的剖視圖表示了又一種用于向發(fā)動機輸送空氣與燃料蒸氣 混合物的蒸發(fā)器；
圖7是圖4所示系統(tǒng)中脈沖控制器的電路圖7A表示了由圖4所示脈沖控制器產(chǎn)生的脈沖序列；
圖8中的剖視圖表示了一種用于向燃料蒸氣噴射型發(fā)動機輸送燃
料蒸氣的蒸發(fā)器；
圖8A中的剖面圖表示了圖8所示蒸發(fā)器的一種改型； 圖8B是與圖8A類似的視圖，其表示了另一種實施方式，而圖8C
和圖8D則分別是蒸發(fā)室的俯視圖和仰視圖9中的剖面圖表示了一種系統(tǒng)，其包括圖8所示的蒸發(fā)器和其
它的部件；
圖9A是與圖9類似的視圖，其表示了包括其它一些結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)； 圖9B和圖9C分別是V-8型發(fā)動機的示意性端視圖和俯視圖，該
發(fā)動機采用了燃料蒸發(fā)器以及燃料蒸氣噴射和冷起動液體燃料噴射的
方式；
圖9D中的示意性剖面圖表示了一種燃料蒸氣噴射器，圖9E是類 似的視圖，其表示了一種冷起動液體燃料噴射器；
圖9F是局部剖開的示意性剖面圖，其表示了燃料蒸氣噴射器與其 供應軌之間的關(guān)系；
圖9G-1到圖9G-4分別表示了四沖程汽油機的各個沖程，其中， 該汽油機的進氣口處采用了燃料蒸氣噴射器；
圖10中的剖面圖表示了用于向柴油機輸送柴油蒸氣的蒸發(fā)器；
圖10A中的剖面圖表示了另一種柴油蒸發(fā)器；
圖11和11A中的側(cè)面剖視圖和水平剖視圖表示了一種蒸發(fā)器，該 蒸發(fā)器在形成燃料蒸氣時結(jié)合了沖擊作用和混合作用；
圖12和12A以及圖13和圖13A是與圖11和圖IIA類似的視圖，
表示了其它的實施方式；圖14是與圖9D類似的示意性剖視圖，表示了一種燃料蒸氣噴射
器，其具有自己的燃料蒸發(fā)器；
圖15表示了將燃料蒸氣噴射到發(fā)動機氣缸進氣口中的情形；
圖16是與圖14類似的視圖，其表示了燃料蒸發(fā)器與蒸氣噴射器
組合起來的另一種實施方式；
圖17表示了將燃料蒸氣直接噴射到發(fā)動機氣缸中的情形；
圖18中的示意圖表示了用于柴油機的燃料供應機構(gòu)，其采用了圖
16所示的裝置；
圖19A到圖19D表示了普通柴油機的四個沖程；以及
圖20是電熱塞放大的側(cè)視圖，該電熱塞用在圖示的實施方式中，
圖21中的剖視圖是電熱塞上外管、絕緣及加熱元件更進一步的放大圖，
圖22中的剖面圖表示了電熱塞桿柄與安裝體之間的連接。 各個附圖中相同的附圖標記指代相同的元件。
具體實施例方式
參見圖1，蒸發(fā)室10將液體燃料在腔室12中進行蒸發(fā)。該蒸發(fā) 操作是這樣的過程利用該過程將液體燃料顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，在該氣 態(tài)物中，也可能懸浮著非常細微的、分散的殘余液體顆粒。例如，液 體燃料顆粒中較輕的組分將被完全轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，而較重的組分則部分 地轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，且殘余的極其細小的顆粒由于是細霧的形式，所以具 有很大的總面積，這將有助于發(fā)動機中的快速加熱和燃燒。
封閉的壓力室包括圓筒壁14和端壁15、 17，該壓力室限定了容 積12。如箭頭所示，圓筒壁14受到外部熱源的加熱。液體燃料16從 壓力源到達蒸發(fā)室10處，并被噴射器18以脈沖的形式送入到容積12 中。噴射器18利用壓力將液體燃料從一個或一組小孔噴射到容積12中。噴射器18將液體燃料粉碎成噴霧，在初始時，圍繞著軸線A,形成 錐形或其它理想的噴霧型式。蒸發(fā)室10的半徑R足以形成一個開口空 間，在該空間內(nèi)，行經(jīng)容積12的噴霧通過與循環(huán)流動的、且被加熱的 燃料蒸氣相接觸而受到強烈的混合作用和加熱作用，其中的燃料蒸氣 在先前已流過壁面14并接收到了額外的熱量。燃料蒸氣充滿了排出通 道20。在圖中被示意地表示為22的排出系統(tǒng)對燃料蒸氣的排出流率進 行控制。燃料流經(jīng)噴射器18的流率、加熱作用和蒸發(fā)作用、以及排出 系統(tǒng)22的阻流效果決定了容積12內(nèi)蒸氣的壓力。在正常的工作條件 下，進入到噴射器18中的液體燃料的噴射壓力P要大于容積12內(nèi)部 燃料蒸氣的壓力P,，而壓力P,則被保持著明顯高于大氣壓。
參見圖7、圖7A，按照下文將要描述的方式，燃料的流動被設(shè)置 成脈沖的形式，且脈沖的寬度和頻率滿足對燃料的需求，有利地是， 脈沖的寬度超過一秒。
在圖示的系統(tǒng)中，在正常的工作過程中，容積12中基本上沒有空氣。
在一種實例中，蒸發(fā)室的半徑R超過1英寸，但小于3英寸，例 如為l又l/4英寸，而蒸發(fā)室的高度H超過3英寸，但小于8英寸， 例如為5英寸。
圖1A中表示了蒸發(fā)器單元一種實例的詳細結(jié)構(gòu)，該蒸發(fā)器單元被 設(shè)計成按照圖1的原理進行工作。圓筒壁構(gòu)件60的內(nèi)部形成了一個圓 筒形的傳熱表面S,其與端壁一道界定了一個區(qū)域，液體噴霧L就被噴 射到該區(qū)域中。圓筒壁構(gòu)件60是由1/16英寸厚的鋁連續(xù)薄板制成的。 圓筒壁構(gòu)件60的直徑例如是2又1/2英尺。在圓筒壁構(gòu)件60的外部 設(shè)置有導熱的環(huán)形熱分布構(gòu)件62，其與圓筒壁構(gòu)件60保持熱接觸。一 組電熱塞G與環(huán)形的熱分布構(gòu)件62相連。熱分布構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和位置被
設(shè)計成形成了徑向和周向的導熱通路H，使通電熱塞G能有效地加熱圓 筒壁構(gòu)件的重要區(qū)域。被加熱的圓筒壁構(gòu)件的表面S反過來再對在其 上流動的蒸氣進行加熱。在圖示的實施方式中，環(huán)形的熱分布構(gòu)件62 是扁平盤的形式，其是由l/8英寸厚的鋁板制成的。鋁板62的平面被 布置成與圓筒體的軸線A,垂直。在離開圓筒壁構(gòu)件60端部的一定位置 處，鋁板62與圓筒壁構(gòu)件60進行熱接觸。這樣的熱接觸例如是通過 壓配合或焊接實現(xiàn)的。在圍繞著環(huán)形熱分布構(gòu)件62的一些選定位置處， 由通電的電熱塞G被布置成與熱分布構(gòu)件62實現(xiàn)熱接觸。各個電熱塞 G的軸線與鋁板62的平面垂直，且各個電熱塞G上最為受熱的部分被 布置在鋁板62上制出的凹陷或孔洞中，并通過壓配合與鋁板62的物 質(zhì)保持熱接觸。在圖示的實例中，設(shè)置了三個電熱塞G，且這些電熱塞 沿著圓筒壁構(gòu)件60的環(huán)周等間距地分布。
如圖所示，電熱塞G與汽車發(fā)動機的電氣系統(tǒng)相連。當蒸發(fā)器單 元被設(shè)計成為發(fā)動機的運轉(zhuǎn)工況服務(wù)時，則電熱塞就可被選擇成都是 從12伏的電氣系統(tǒng)獲得5安培的電流。電熱塞被設(shè)計成響應于適當?shù)?控制系統(tǒng)而循環(huán)開啟和關(guān)閉，它們或者是同時工作，或者是一次只開 啟其中之一?？刂葡到y(tǒng)可采用熱傳感器來監(jiān)控熱學狀態(tài)，且可由壓力 控制系統(tǒng)對其進行輔助，用以監(jiān)控蒸發(fā)器中的壓力。利用這樣的機構(gòu)， 就可滿足對蒸氣的需求地向電熱塞供電?？稍谄饎永淦饎酉到y(tǒng)的同時 向電熱塞G加電，或者也可以在冷起動系統(tǒng)被激發(fā)并關(guān)閉之后再進行 加電。對圓筒壁構(gòu)件60進行加熱的初始階段可以一直持續(xù)，直到蒸發(fā) 器單元達到工作狀態(tài)為止。然后，在第二階段，根據(jù)蒸氣的需求量隨 時對電熱塞進行加電。在某些實例中，可同時對一組電熱塞G進行加 電，或者可向電熱塞陣列中的電熱塞依次加電，以降低對電氣系統(tǒng)的 瞬時功率需求，從而一次只需要驅(qū)動一個電熱塞。
這種設(shè)計的一個特征在于薄壁構(gòu)件的熱質(zhì)量能較快地升溫，同 時，在運轉(zhuǎn)過程中，能提高電操作的效率。圖1A中底部的虛線表示了 可采取的其它特征，下文在描述了圖2和圖2A之后將對這些特征進行 介紹。
該結(jié)構(gòu)與圖1A中的構(gòu)造類似，其適于進行批量生產(chǎn)，可將該結(jié)構(gòu) 制成整體鑄件一例如鋁鑄件，與電熱塞等效的加熱制造被集成在該鑄 件中。該結(jié)構(gòu)的細節(jié)特征可被設(shè)置成能適應可能出現(xiàn)的熱膨脹差，其 中的熱膨脹可能取決于時間的變動和加熱部位的改變。例如，可設(shè)置 作為膨脹接頭的柔性區(qū)域。對于溫度較高的操作，可采用適于高溫的 材料，例如Inconel 617等的高溫不銹鋼合金。
參見圖2，另一種蒸發(fā)系統(tǒng)將熱量從位于壓力室50中的速加熱橫 板54傳遞來。圓筒壁56、端壁57和54形成了蒸氣空間52。噴射器 58將液體燃料經(jīng)一個或一組小孔噴射出去，該噴射器將加壓的液體燃 料噴入。從噴射器58噴出的噴霧例如以圍繞著軸線A2的對稱錐形體型 式前進。受熱橫板54的延伸方向與軸線A2橫交，在圖示的示例中，其 與軸線A2垂直。
在該示例中，采用了圖2所示的結(jié)構(gòu)，橫板被布置成在冷起動工 況下可作為沖擊板，液體燃料沖擊到該板件上而將橫板54打濕。在此 情況下，蒸發(fā)器單元的各個部件被選擇成在冷起動過程中，可在橫 板54上直接發(fā)生蒸發(fā)。在冷起動工況下，橫板54相對于噴射器58的
位置使得橫板能阻截住液體噴霧的中間部分。液體燃料被速加熱橫板 54、蒸氣填充容積52、以及排出通道62蒸發(fā)。出口系統(tǒng)(在圖中被示 意性地標為64)對燃料蒸氣的排出流率進行控制，使得容積52內(nèi)部蒸 氣的壓力為P2。液體燃料被以一個或多個脈沖的形式向噴射器輸送。 在噴射時，液體燃料的供應源60保持著高于P2的壓力P，以形成流經(jīng)
噴射器的流動。
對于向汽車發(fā)動機輸送燃料蒸氣的蒸發(fā)器，有利地是，用于冷起
動的腔室容積52還可作為圖1所示、用在運轉(zhuǎn)工況下的蒸發(fā)室10的 蒸發(fā)空間12。在另外的實例中，蒸發(fā)系統(tǒng)包括分開的容積12和52， 在該系統(tǒng)中，蒸發(fā)室50被用在冷起動過程中，而蒸發(fā)室10則被用在 暖機工況下，在此情況下，兩容積可以是連通的，從而冷起動容積中 產(chǎn)生的蒸氣可將運轉(zhuǎn)工況的容積充滿，以有助于運轉(zhuǎn)工況的起動，且 在運轉(zhuǎn)工況下，冷起動容積可作為另外的蒸氣儲存器。
圖2A表示了一種蒸發(fā)器單元實例的詳細結(jié)構(gòu)，該蒸發(fā)器單元被設(shè) 計成按照圖2所示的原理工作。橫向?qū)岬臒岱植紭?gòu)件70具有基本上 連續(xù)的表面S，該構(gòu)件被布置在圈圍壁板構(gòu)件72的限界內(nèi)。該壁板構(gòu) 件可以是圖1A中的圓筒壁60，或者可以是具有不同結(jié)構(gòu)或構(gòu)造的壁板 構(gòu)件。在圖示的實施方式中，熱分布構(gòu)件70是1/16英寸厚的、圓形 的平面鋁板，且該鋁板的平面被布置成與圓筒壁的軸線A2垂直。通過 壓配合、焊接、或其它措施，鋁板70的環(huán)周區(qū)域與圓筒壁構(gòu)件的內(nèi)部 實現(xiàn)熱接觸(即實現(xiàn)導熱連續(xù)性)。鋁板70與圓筒壁構(gòu)件的端部分開， 以形成另外一個蒸氣容積55，其通過流動通道與容積52連通，其中的 流動通道例如是制在鋁板70上的孔洞53。
在從橫向熱分布板70的周邊向內(nèi)的選定位置處，設(shè)置了由電驅(qū)動 的電熱塞Gi，其與熱分布板70垂直，并與之保持熱接觸。例如，各個 電熱塞G,的受熱部分被壓配合到鋁板70上制出的凹陷或孔洞中。在圖 示的實例中，設(shè)置了兩個電熱塞G"它們相互之間的間距與距離橫向 構(gòu)件70周邊的間距相等。在該實例中，電熱塞的本體從底部向上延伸， 并穿過輔助蒸氣空間55，電熱塞本體的側(cè)表面從電熱塞的電阻元件接 收熱量，該側(cè)表面暴露在空間55內(nèi)的蒸氣中。
電熱塞G,與汽車發(fā)動機的電氣系統(tǒng)EAS保持電連接，且可被選擇 成從12伏的電氣系統(tǒng)吸取5安培的電流。如果這樣的單元被設(shè)計成為 發(fā)動機的冷起動服務(wù)時，則構(gòu)件70被相對于液體噴霧噴射器18布置 成在冷起動過程中，用其表面接納液體噴霧L。對于在起機模式下的 使用，在觸發(fā)了發(fā)動機的點火開關(guān)之后，兩電熱塞^都通電，然后， 隨著蒸發(fā)器達到適當?shù)恼魵馓畛錉顟B(tài)，它們被迅速斷電，該時間段例 如在3到5秒內(nèi)。可由適當?shù)目刂葡到y(tǒng)完成對噴射操作和加熱操作的 控制。蒸發(fā)器可采用熱傳感器來監(jiān)控熱學狀況，并使用壓力傳感器來 監(jiān)控蒸發(fā)器內(nèi)的壓力。這樣的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)允許圖2所示實施方式開始 執(zhí)行冷起動蒸發(fā)器的作用。該結(jié)構(gòu)有效部分的熱質(zhì)量低，從而能快速 而通電地有效地實現(xiàn)起動。在起動之后，可將橫向構(gòu)件40中的電熱塞 斷電，以將蒸發(fā)工作轉(zhuǎn)交給另外的系統(tǒng)一例如圖1A所示的系統(tǒng)。因而， 在初始時，對周圍構(gòu)件的加熱可由橫向壁構(gòu)件的電熱塞G,完成，之后 任務(wù)轉(zhuǎn)交，由電熱塞G來對圖1A中的環(huán)形構(gòu)件進行加熱。在另一種系 統(tǒng)中，電氣系統(tǒng)的性能足夠強，所以在起動時兩組電熱塞G和&都被 加電，從而，在起動時，圓筒壁將被快速加熱，并作為另外的液體沖 擊表面，以實現(xiàn)表面蒸發(fā)。
進一步參見圖1A，在某些情況下，在冷起動的初始使用之后，橫 向構(gòu)件40的電熱塞G可被定期地加熱，例如跟隨著圖1A中實施方式 的電熱塞G進行工作，從而，橫向構(gòu)件70的表面可參與到上文參照圖 1所描述的蒸發(fā)操作中。即使構(gòu)件70上的電熱塞未通電，構(gòu)件70的表 面也能借助于與圓筒壁構(gòu)件的熱接觸而適于在加熱蒸氣方面或保持其 受熱狀態(tài)方面發(fā)揮作用。
存在一種與圖2A所示實施方式類似的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)便于制造，其 可被制成一個單元，例如被制成一個整體金屬外殼一其例如是用鋁制
成的，該單元中集成了與電熱塞等效的裝置。在另一種情況中，將圖
1A中的環(huán)形熱分布結(jié)構(gòu)與圖2A所示橫向構(gòu)件結(jié)構(gòu)結(jié)合起來的單元可 被組合成單個單元，該單體單元例如是鋁罩殼。
在一種改型中，圖2A所示的橫向構(gòu)件70可被設(shè)計成適于按照圖 2所示的原理主要為冷起動提供蒸發(fā)作用，并按照圖1的原理為運轉(zhuǎn)工 況提供蒸發(fā)作用。
參見圖3，蒸發(fā)器100包括圖1和圖2所示兩種腔室10、 50的主 要特征。除了蒸發(fā)容積104之外，蒸發(fā)器100還包括與輸送通道125 連通的蒸氣存儲容積120。
蒸發(fā)器100通過向汽油發(fā)動機的助燃空氣輸送汽油蒸氣而取代了 汽油發(fā)動機的化油器。發(fā)動機包括電氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與發(fā)電機或 交流發(fā)電機相連的電池，且系統(tǒng)能在起動時和運轉(zhuǎn)過程中提供電力。 蒸發(fā)器100可被稱為節(jié)氣門體系統(tǒng)或單點燃料系統(tǒng)或中央燃料系統(tǒng)。 蒸發(fā)器100可被設(shè)計成用螺栓安裝的化油器取代件，從而，通常使用 化油器的普通發(fā)動機無需大的改動就能配接蒸發(fā)器100。
蒸發(fā)器100包括液體燃料噴射器102，其在壓力作用下將液體經(jīng) 一個或一組小孔噴射到容積104中。在一種實例中，液體燃料噴射器 102具有單個直徑約為0. 001英寸的孔口 。對噴射器102執(zhí)行電子控制， 使電信號"ON"可將液體供應通道開啟，而電信號"OFF"則將通道關(guān) 閉。從噴射器102噴出的噴霧形成了一個環(huán)繞著軸線的噴霧錐。在某 些實例中，噴霧錐形成了約為90度的頂角。在暖機運轉(zhuǎn)工況下，蒸發(fā) 容積104中容納有循環(huán)流動的燃料蒸氣，該蒸氣在到達圓筒壁106的 表面并以紊流循環(huán)的形式流過圓筒壁表面時受到加熱。與圖1所示的 過程類似，蒸發(fā)器100通過使高速燃料噴霧與循環(huán)流動的、受熱后的 燃料蒸氣發(fā)生強烈的紊流混合而將從噴射器102噴出的液體燃料噴霧
蒸發(fā)，其中，循環(huán)流動的燃料蒸氣在先前已流過圓筒壁106，并從圓筒 壁獲得額外的熱量。在暖機運轉(zhuǎn)工況中，容積104中的溫度被保持為
這樣的溫度其與燃料在工作條件下發(fā)生蒸發(fā)的溫度相對應。具體的 溫度取決于組成該選定燃料的揮發(fā)性組分的氣化溫度；以及為蒸發(fā)
容積的工作而選定的特定正壓范圍。在一種實例中，容積104中的溫 度可被保持在168°F。
通過熱傳遞，由發(fā)動機電氣系統(tǒng)供給能量的電熱塞108A和108B 將圓筒壁106加熱。例如可以圍繞著圓筒壁對稱地設(shè)置三個電熱塞。 在這種場合中使用的電熱塞是由Bosch公司制造的，且可從位于新澤 西州Montvale的LLC地方的Mercedes—Benz (美國)公司購得，其 零件號為001.159. 2101。這些電熱塞的頂端可容易地達到300°F的溫 度，可參見下面的圖20—22。在另外一些實例(圖中未示出)中，可 使用另外一些電熱塞來加熱圓筒壁106。電熱塞108A、 108B被布置在 環(huán)形空間112中，該空間的內(nèi)側(cè)是由壁面106圍限的，外側(cè)是由分開 的圓筒壁114進行圍限的。電熱塞108A、 108B利用環(huán)形的導熱金屬環(huán) 110將熱能傳遞給壁板518，其中，導熱金屬環(huán)IIO例如通過壓配合與 壁板保持著良好的熱接觸。在環(huán)體110與環(huán)繞殼體之間形成了絕熱空 間115，以減小熱量向外界的散失。
圓筒壁106、 114落座在底板116上，且頂板118將空間封閉。中 心容積104通過頂板118上的圓孔與存儲容積120連通，并與橫向板 件154下方的蒸氣存儲空間155連通。部件106、 114、 116、 118以及 154都是由導熱金屬制成的，該金屬例如是鋁。板件116、 118通過密 封地抵接著圓筒壁106、 114而將環(huán)形空間112封住。例如，可利用硅 橡膠O型圈或適當?shù)膲|圈實現(xiàn)密封。在一種實例中，圓筒壁106為1/8 英寸厚，而中心容積104的直徑為2又1/4英寸。在板件118與另外
一頂板121之間形成了存儲容積120。頂板121例如通過硅橡膠0型圈 或適當?shù)膲|圈將存儲容積120密封。
隨著容積104中產(chǎn)生出燃料蒸氣，蒸氣將容積120填充。來自于 燃料供應源122的液體燃料被從電動燃料泵經(jīng)燃料管線124加壓輸送 到噴射器102。在暖機運轉(zhuǎn)工況下，為了執(zhí)行液體燃料的噴射，容積 104中的壓力要低于燃料管線124中的壓力，但要高于大氣壓。在某些 實例中，燃料管線124中液體的壓力在高于大氣壓的約60到100 psi 之間(即表壓)，而在噴射時容積104中蒸氣的壓力在約30到80psig 之間，從而在噴射時兩個壓力之間存在很大的壓力差。例如，燃料管 線124中液體的壓力為88 psig，容積104中蒸氣壓力為70 psig。
一般而言，為了與化油器系統(tǒng)配套使用，優(yōu)選地是，腔室中的壓 力可被保持在65與75 psig之間，燃料噴射系統(tǒng)中的壓力被保持在40 到50 psig之間，且液體燃料的壓力大于腔室中的壓力，優(yōu)選地是至 少大5 psig,在某些情況下，壓力差可以是10 psig、 15 psig或更 大。
燃料蒸氣從容積120經(jīng)限流器160流向蒸氣通道125。限流器160 具有一個或多個直徑約為1/16英寸的孔洞，以限制蒸氣的流動，從而 保持容積120中的壓力。優(yōu)選地是，該限流器具有調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。設(shè)置限 流器160的作用在于限制蒸氣的流動，使得壓力室104、 120中的壓力 得以保持，甚至在"節(jié)氣門"全開的情況下，由此來保證蒸發(fā)器100 的正常工作。燃料蒸氣從蒸氣通道125流向空氣進氣通道130，進氣通 道的形狀可被按照通常的形式設(shè)計為文氏管通道(未示出)，且空氣通 道的出口處于文氏管通道的低壓區(qū)域。
更進一步地，利用回轉(zhuǎn)閥132對燃料蒸氣流入到空氣進氣通道130 的空氣/蒸氣混合區(qū)域中的流量進行控制，如圖3A所示，回轉(zhuǎn)閥132
是由帶有流槽133的中心旋轉(zhuǎn)構(gòu)件形成的。進入到空氣進氣通道130 中的空氣流經(jīng)空氣濾清器134，且空氣氣流由蝶閥136進行控制。另外 一個碟閥138對來自于空氣進氣腔室130的空氣/蒸氣混合物的流動進 行控制。如圖3中示意性表示的那樣，利用加速拉桿140的軸向運動 和適當?shù)倪B桿機構(gòu)，使蝶閥和回轉(zhuǎn)閥實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。在該連桿機構(gòu)中 設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置。
從空氣進氣通道130排出的空氣/蒸氣混合物經(jīng)通道150進入到發(fā) 動機152的進氣歧管中。
在發(fā)動機152起動過程中，蒸發(fā)器100通常為冷態(tài)，因而，在容 積104中沒有任何預先存在的熱燃料蒸氣。在起動過程中，用作沖擊 板的板件154被快速加熱，以對來自于噴射器102的液體噴霧進行蒸 發(fā)。其原理是基于上文參照蒸發(fā)室50 (見圖2)所描述的技術(shù)。板件 154是導熱且熱質(zhì)量輕的金屬，該金屬優(yōu)選為鋁。在一種實例中，板件 154的厚度為/16英寸，且?guī)в?/32英寸的通孔。在另一種實例中， 板件154的厚度為1/8英寸。所述孔洞使得蒸氣或燃料能穿過板件154。 板件154下方的容積155增大了系統(tǒng)存儲蒸氣的容量。由發(fā)動機電氣 系統(tǒng)供電的電熱塞156從腔室的底部向上延伸，其穿過空間155而對 板件154進行加熱。電熱塞主體上靠近其頂端的受熱長度作為空間155 中的傳熱表面，由電熱塞加熱的受熱長度向該區(qū)域提供熱量。在冷起 動期間，電熱塞156被控制電路接通，然后再被關(guān)閉。在另外的實例 中，用另外的一個或多個電熱塞來加熱板件154，以對沖擊的液體進行 蒸發(fā)，或者對用于蒸發(fā)燃料的其它形式表面進行加熱。
為了檢測蒸發(fā)室內(nèi)部的溫度，在該實例中，利用熱電偶158測量 板件154的溫度。在運轉(zhuǎn)過程中，電熱塞156被關(guān)斷，控制器(圖中 未示出)利用來自于熱電偶158的反饋信號對電熱塞108A、 108B進行控制，以將容積104中的溫度保持在特定的設(shè)計范圍內(nèi)。控制器可采 用比例、微分、以及積分線性控制規(guī)則來保持容積104中的溫度。也 可采用其它公知的溫度控制系統(tǒng)。
參見圖4，蒸發(fā)系統(tǒng)200包括圖3所示的蒸發(fā)器100。液體燃料供 應源122包括燃料箱202、電動燃料泵204、燃料過濾器206、以及燃 料壓力調(diào)節(jié)器208。來自于燃料箱202的液體燃料被燃料泵204執(zhí)行壓 力泵送，其流經(jīng)燃料過濾器206和燃料壓力調(diào)節(jié)器208而到達噴射器 102處。蒸發(fā)系統(tǒng)200還包括脈沖發(fā)生器210，其能產(chǎn)生脈沖，以將噴 射器開啟或關(guān)閉。計算機212對由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖的頻率和寬 度進行控制。脈沖的頻率和寬度與向發(fā)動機152提出的功率需求相關(guān)。 在運轉(zhuǎn)過程中，計算機212還從熱電偶158接收反饋信息，以根據(jù)適 當設(shè)定的控制規(guī)則對電熱塞108A、 108B的激發(fā)進行控制。發(fā)動機152 包括進氣歧管214，其向氣缸216A、 216B、 216C、以及216D輸送空氣 /燃料蒸氣混合物。在另外的實例中，發(fā)動機152當然可具有不同數(shù)目 的氣缸和其它的結(jié)構(gòu)。
參見圖5，蒸發(fā)器300具有蒸發(fā)器100的許多特征，而蒸發(fā)器100 具有橫交圓筒壁106中心軸線地延伸的導熱板件154。蒸發(fā)器300還包 括蒸氣存儲容積302。蒸氣存儲容積302通過一開放的通道(圖中未示 出)與容積120相連。在冷起動工況期間，蒸發(fā)器300按照與蒸發(fā)器 IOO類似的方式工作，其利用電熱塞156來加熱板件154。在暖機運轉(zhuǎn) 過程，蒸發(fā)器300按照與蒸發(fā)器100類似的方式工作，利用電熱塞108A、 108B進行加熱，在此期間，板件154可被進行加熱，以有助于對循環(huán) 流動并對噴入的燃料噴霧進行蒸發(fā)的燃料蒸氣進行加熱。蒸發(fā)后的燃 料從容積120流向蒸氣存儲容積302。為了滿足發(fā)動機對燃料的需求， 蒸氣存儲容積302提供了另外的燃料蒸氣。蒸發(fā)器300還包括限流器306、蒸氣通道308、以及回轉(zhuǎn)閥310。該限流器與限流器160類似， 且?guī)в幸粋€或多個1/16英寸的孔洞，以限制蒸氣的流動，從而保持容 積302中蒸氣的壓力。隨著蒸氣填充了蒸氣存儲容積302，蒸氣將流經(jīng) 限流器306并填充了蒸氣通道308。當回轉(zhuǎn)閥310開啟時，蒸氣被釋放 到進氣通道130中。回轉(zhuǎn)閥310與回轉(zhuǎn)閥132保持機械聯(lián)接，從而兩 閥132、 310將響應于加速拉桿140 (上文結(jié)合圖3對其進行了描述) 的動作而開啟相同的量。
參見圖6，除了電熱塞108A、 108B是經(jīng)不同的傳熱路線對容積104 進行加熱之外，蒸發(fā)器400與蒸發(fā)器腔室100 (見圖3)是類似的。對 于蒸發(fā)室400，電熱塞108A、 108B被壓裝到圓筒壁114上的孔洞中。 被嚴密而永久性地密封的環(huán)形容積402環(huán)繞著圓筒壁112。容積402 中包括一定量的導熱金屬404，在工作條件下，該金屬是液態(tài)。這些金 屬圍繞著容積402的底板以環(huán)形的形式連續(xù)分布。其與對應的圓筒壁 112外側(cè)部分保持熱接觸。在某些實例中，金屬404可被加熱到約 300°F。在某些實例中，導熱金屬404是鈉。熱量從電熱塞108A、 108B 傳遞給導熱金屬壁114，進而傳遞給導熱金屬404和導熱壁112。應當 注意到金屬從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或反向改變的溫度是恒定的，從而形成 了散熱效應，該效應能使環(huán)繞著腔室的溫度保持均勻一盡管在發(fā)動機 的工作過程中在離散的位置點處導入了熱量、且電熱塞循環(huán)地工作和 關(guān)閉。按照類似的方式，可按照熱管原理設(shè)置液態(tài)的傳熱介質(zhì)。在產(chǎn) 生蒸氣的傳熱表面處于所需溫度的條件下，且在傳熱單元處于設(shè)計壓 力范圍內(nèi)的情況下，該液態(tài)發(fā)生相變而成為氣態(tài)燃料，其充滿了傳熱 容積，并對構(gòu)成了燃料蒸氣發(fā)生傳熱表面的壁板進行加熱。
參見圖7，圖4所示脈沖發(fā)生器210的一種實例使用了時間芯片 450，這種芯片可從位于緬因州South Portland地方的Fairchild半導體公司購得，其型號號LM555。在一種實例中，脈沖發(fā)生器210使用 了兩個可變電阻VR1、 VR2，以決定脈沖控制器210的脈沖頻率和寬度。 參見圖7A，脈沖序列452的脈沖寬度為454,且脈沖之間的時間為456。 改變VR1的電阻可改變脈沖的寬度454，而改變VR2的電阻則能改變脈 沖之間的時間456。脈沖發(fā)生器210合適的設(shè)計能使得脈沖寬度454 在0到8秒之間，且脈沖之間的時間456可以在0到60秒的范圍內(nèi)。 為了進行驗證，可利用簡單的手動旋鈕，來手動地控制可變電阻VR1、 VR2。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，可利用計算機來控制脈沖發(fā)生器210，該計算機 能對功率需求以及所選定的特定發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀況作出響應。
參見圖8，蒸發(fā)器500使用了許多與蒸發(fā)器100類似的元件，用 于向燃料噴射型發(fā)動機540輸送燃料蒸氣，而不是向通常使用化油器 的發(fā)動機輸送蒸氣。燃料噴射型的發(fā)動機系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)，該電氣 系統(tǒng)能在起動時和運轉(zhuǎn)過程中提供電能。蒸發(fā)器500包括噴射器502， 其將液體燃料經(jīng)一個或一組小孔加壓噴射到容積504中。在一種實例 中，液體燃料噴射器502具有單個孔眼，其直徑約為0.001英寸。噴 射器502是電控的，從而，電信號"ON"可將噴射器開啟，而電信號 "OFF"則將噴射器關(guān)閉。從噴射器502發(fā)出的噴霧形成了圍繞著軸線 的錐形體。在暖機運轉(zhuǎn)工況下，蒸發(fā)容積504中容納著紊亂循環(huán)流動 的燃料蒸氣，其是由圓筒壁518的熱量加熱的。與圖1所示的過程類 似，蒸發(fā)器500通過使液體噴霧與循環(huán)流動的、加熱后的燃料蒸氣發(fā) 生強烈而紊亂的混合，而將液體燃料蒸發(fā)，其中，循環(huán)流動的蒸氣在 先前已經(jīng)在圓筒壁518上流過，并從其接收了額外的熱量。在暖機運 轉(zhuǎn)工況下，容積504中的溫度被保持為蒸發(fā)溫度。
圓筒壁518軸對稱地圍繞著從噴射器502噴出的燃料蒸氣噴霧， 該圓筒壁由電熱塞510A和510B通過熱傳遞來進行加熱。電熱塞510A
和510B是由發(fā)動機系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)來提供能量的。用于此場合中的電 熱塞是由Bosch公司制造的，且可從位于新澤西州Montvale的LLC地 方的Mercedes—Benz (美國)公司購得，其零件號為001. 159. 2101， 且可參見圖20—22來了解該電熱塞。在另外一些實例(圖中未示出) 中，可使用另外一些電熱塞來加熱圓筒壁518。電熱塞510A、 510B被 布置在環(huán)形空間514中，該空間圍繞著容積504延伸，并通過環(huán)形的 導熱金屬環(huán)516向圓筒壁518傳遞能量，其中，金屬環(huán)516環(huán)繞著構(gòu) 件518進行壓配合。圓筒壁512環(huán)繞著環(huán)形空間514。圓筒壁518、 512 落座在底板520上，且頂板522將空間封閉。板件520、 522與圓筒壁 構(gòu)件512、518之間的密封圈使得容積504中的壓力得以保持。容積504 的直徑為2又l/4英寸。部件518、 512、 520以及522都是由導熱金 屬制成的，該金屬優(yōu)選為鋁。在一種實例中，圓筒壁518為l/8英寸 厚。
液體燃料供應源506將液體燃料從電動燃料泵經(jīng)燃料管線508加 壓輸送到噴射器502。燃料管線508中液體燃料的壓力P高于大氣壓。 在暖機運轉(zhuǎn)工況下，容積504中的壓力P也要高于大氣壓，但低于燃 料管線508中的壓力。在某些實例中，燃料管線508中液體的壓力在 高于大氣壓約60到100 psi之間(即psig)，而容積504中蒸氣的壓 力在約40到50 psig之間。
在發(fā)動機540的起動過程中，蒸發(fā)器500通常為冷態(tài)，因而，在 容積504中沒有任何預先存在的熱燃料蒸氣。在該起動過程中，被加 熱的沖擊板件526被用來蒸發(fā)從噴射器502噴出的液體噴霧。該操作 是依照上文參照蒸發(fā)室50 (見圖2)所描述的技術(shù)進行的。在一種實 例中，板件526的厚度為1/16英寸，且?guī)в?/32英寸的通孔，該板 件下方的容積528成為了另外的蒸氣存儲容積，該容積既用于運轉(zhuǎn)工
況，也用于冷起動工況，孔洞使得蒸氣經(jīng)板件526進行雙向流動。板 件526是導熱金屬，優(yōu)選地是鋁。電熱塞524A、 524B對沖擊板526進 行加熱。電熱塞524A、 524B由發(fā)動機的電氣系統(tǒng)提供電能。在圖示的 結(jié)構(gòu)中，由控制器(圖中未示出)將電熱塞524A、 524B在冷起動期間 接通，然后再將它們關(guān)斷。在運轉(zhuǎn)工況下，熱電偶530測量沖擊板526 的溫度，以對系統(tǒng)執(zhí)行熱控制?？刂破骼脽犭娕?30發(fā)出的反饋信 號對電熱塞524A、 524B進行控制，以保持容積504中的特定溫度。控 制器可采用比例、微分、以及積分線性控制規(guī)則來保持容積504中的 溫度。如上文提到的那樣，在某些實例中，控制器將容積504的溫度 保持為蒸發(fā)溫度。
隨著蒸發(fā)容積504中產(chǎn)生出燃料蒸氣，蒸氣將填充了通道532和 蒸氣歧管536。蒸氣可能流經(jīng)了限流器(圖中未示出)，該限流器例如 是圖3所示的限流器160。蒸氣噴射閥538A、 538B、 538C、以及538D 在計算機的控制下，以正時規(guī)律將蒸氣燃料經(jīng)各個1/16英寸孔噴射到 發(fā)動機540的各個氣缸(圖中未示出)中。發(fā)動機540還從空氣歧管 接收空氣。從圖9可看出，燃料蒸氣可被蒸氣噴射閥直接噴射到氣缸 中，或者可在緊鄰各個氣缸進氣閥的上游位置處將蒸氣噴射到各條空 氣通路中。
參見圖8A，蒸發(fā)器544除了具有上文參照圖6所描述的導熱結(jié)構(gòu) 之夕卜，其與蒸發(fā)器500是類似的。電熱塞510A、 510B被壓配合到圓筒 壁512中，且電熱塞510A、 510B產(chǎn)生的熱量被導熱金屬546傳遞給容 積504。容積514中包括一定量的導熱金屬546，在工作條件下，該金 屬可以是液態(tài)。在某些實例中，金屬546可被加熱到約300°F。在其中 的一些實例中，導熱金屬546是鈉。熱量從電熱塞510A、 510B傳遞給 導熱金屬壁518，進而傳遞給導熱金屬546和導熱壁518。
參見圖8B，該蒸發(fā)器與圖8所示的蒸發(fā)器類似，且具有另外的特 征。在壓力室中設(shè)置了兩塊分離開的橫向板件。沖擊板526A (如圖8C 所示)被布置成直接遇到從噴射器系統(tǒng)向下噴射的液體噴霧。該板件 的中心區(qū)域是不帶有孔洞的，以增大對噴霧中的液體顆粒進行攔截和 加熱的面積。在環(huán)周處設(shè)置有穿透板件的一組通道517A，蒸氣可經(jīng)這 些通道向下流動，從而可將蒸氣存儲到到下方的區(qū)域中，且蒸氣可從 存儲空間向上流動，從而通向發(fā)動機。輔助板件526B位于板件526A 的下方，但與其分離開。輔助板件上帶有很多穿孔。由于該板件面對 著電熱塞524A'和524B'的端部以及被加熱的板件526A，所以其可輻射 加熱，同時也被對流加熱。板件的作用在于將熱的蒸氣保持在板件 526A下方的存儲容積中。如果蒸發(fā)器被定向成如圖所示那樣的垂直狀 態(tài)，則到達板件526A外側(cè)區(qū)域的任何過量的液體都能在重力作用下經(jīng) 通道527A到達板件526B，在該板件上，這些液體被蒸發(fā)。如果有些液 體穿過板件526B而到達蒸發(fā)器的底部，則可利用所設(shè)置的保壓泄流裝 置(圖中未示出)來將它們排出。在一種實例中，板件526A具有兩個 在徑向上相對的孔洞，它們的直徑例如為0.235英寸，以便于容納電 熱塞，而環(huán)周孔洞527A的直徑可以為0. 076英寸。底板526B上孔洞 的直徑為0. 085英寸。
圖8B中還表示出了一種控制系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可對板件526A的 溫度、壓力室540A的壓力、環(huán)形導熱環(huán)516上選定位置點的溫度進行 監(jiān)控?？刹捎昧硗獾臒犭娕?圖中未示出)，這些熱電偶例如是熱電偶 158和530。計算機562基于檢測所得的數(shù)值，對發(fā)動機系統(tǒng)中電池對 兩組電熱塞510和524的供能情況進行控制。計算機可以是專為這種 基于蒸發(fā)原理的燃料系統(tǒng)設(shè)置的計算機，也可以是一般的發(fā)動機管理 計算機。
參見圖9，蒸發(fā)系統(tǒng)550包括圖8所示的蒸發(fā)器500和另外一些 部件。液體燃料供應源506包括燃料箱552、電動燃料泵554、燃料過 濾器556、以及燃料壓力調(diào)節(jié)器558。來自于燃料箱552的液體燃料被 燃料泵554執(zhí)行壓力泵送，其流經(jīng)燃料過濾器556和燃料壓力調(diào)節(jié)器 558而到達噴射器502處。蒸發(fā)系統(tǒng)550還包括脈沖發(fā)生器560，其能 產(chǎn)生脈沖，以將液體噴射器502開啟或關(guān)閉。計算機562對由脈沖發(fā) 生器560產(chǎn)生的脈沖的頻率和寬度進行控制。脈沖的頻率和寬度與向 發(fā)動機540提出的功率需求相關(guān)。計算機562還從熱電偶530接收反 饋信息，以根據(jù)適當設(shè)定的控制規(guī)則對電熱塞510A、 510B的激發(fā)進行 控制，從而將容積504中的溫度保持在所需的溫度上。發(fā)動機540包 括進氣歧管542，其向氣缸564A、 564B、 564C、以及564D輸送空氣， 并包括適當?shù)膰娚湎到y(tǒng)，其用于向各個氣缸輸送燃料蒸氣，上文己結(jié) 合圖8對該噴射系統(tǒng)進行了介紹。在另外的實例中，發(fā)動機540當然 可具有不同數(shù)目的氣缸和其它的結(jié)構(gòu)。
參見圖9A，發(fā)動機系統(tǒng)具有圖9中的特征以及其它一些特征。冷 起動液體噴射系統(tǒng)與發(fā)動機的進氣及歧管系統(tǒng)542相連，該噴射系統(tǒng) 由從燃料泵554引出的燃料管線562供應燃料。冷起動噴射器的結(jié)構(gòu) 和位置被設(shè)計成將液體燃料的噴霧噴射到助燃空氣中，以利用發(fā)動機 在冷機條件下的起動和運轉(zhuǎn)。可設(shè)計成只有在蒸氣產(chǎn)生系統(tǒng)達到壓力 時才發(fā)揮作用，或者還可設(shè)計成在特定的功率需求狀況下才對燃料蒸 氣系統(tǒng)進行協(xié)助。在圖示的系統(tǒng)中，冷起動液體燃料噴射器560被設(shè) 置成將霧化的液體燃料噴霧噴射到中心氣流中，所形成的空氣一燃料 混合物被空氣歧管分成幾份，以服務(wù)于所有的氣缸。在另外一些實施 方式中，可為某些氣缸和各單個氣缸使用分開的液體燃料噴射器。
發(fā)動機管理計算機具有從重要的監(jiān)控位置獲得的輸入量，進而輸
出數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，可為由燃料蒸發(fā)器和冷起動液體燃料噴射器 組成的組合系統(tǒng)實時地選定最優(yōu)的工作條件。除了那些對由計算機控
制的發(fā)動機而言為常規(guī)量的輸入量之外，輸入量還包括蒸發(fā)器504的 溫度和壓力、主蒸氣供應管線的溫度和壓力、蒸氣分配軌的溫度和壓 力、以及蒸發(fā)器外加熱室中沖擊板件526和熱量分配系統(tǒng)的溫度。例 如，壓力輸入量是從監(jiān)控器564和565獲得的，兩監(jiān)控器分別位于蒸 發(fā)器和燃料蒸氣軌上，且可從監(jiān)控沖擊板件526溫度的溫度數(shù)據(jù)線 567、監(jiān)控蒸發(fā)器熱分布環(huán)516溫度的數(shù)據(jù)線566和568、以及位于燃 料蒸氣軌的溫度監(jiān)控器得到溫度輸入量。
在圖9B和圖9C中，圖中針對V-8發(fā)動機示意性地表示了一種系 統(tǒng)，該系統(tǒng)與上文剛剛描述的系統(tǒng)類似。兩燃料共軌536A和536B分 別向兩組燃料噴霧蒸氣噴射器(各四個)輸送燃料，而冷起動噴射器 560則被布置在中央，以將液體燃料噴霧噴射到進氣管542下游的空氣 中。該視圖還表示出了壓力控制閥22A，其用于對蒸氣輸送管線中的壓 力進行控制，并表示出了怠速空氣控制閥，其由發(fā)動機管理計算機進 行控制。
燃料蒸氣噴射器531的作用在于利用由計算機控制的電子脈沖 信號，根據(jù)指令精確地計量向各個氣缸輸送的燃料蒸氣。脈沖相對于 發(fā)動機的做功沖程進行正時，且該脈沖的持續(xù)時間適于送入所需容積 的蒸氣。當未通電時，閥被關(guān)閉，從而阻止了蒸氣不當?shù)牧鲃雍突亓鳌?目前，優(yōu)選地是在此場合中使用軸針式噴油器。如公知的那樣，針閥 是精加工的錐形部件，其通常是用不銹鋼制成的，該部件在常態(tài)下落 座在配對的錐形閥座上，且只有當其從閥座上抬起時才允許流體通過。 閥座和針閥的尺寸以及下游噴嘴和出口的尺寸決定了噴射流的尺寸和 型式。圖9D示意性地表示了一種由電磁線圈操作的、基于針閥原理的燃 料蒸氣噴射器538'。針閥組件702被設(shè)計成每次動作時，為與其相 連的氣缸的做功沖程輸送一定的燃料蒸氣充量。該組件的基本結(jié)構(gòu)與 液體燃料噴射器的結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別在于該組件的通道明顯很大，以允 許體積較大的流體通過，體積較大的原因在于在同樣重量的情況下為 達到一定的蒸氣充量需要較大的體積。操作桿軸704從針閥構(gòu)件延伸 向一種材料的可動電樞706，其中的材料被選擇成能與電磁線圈708 產(chǎn)生磁互感作用。當線圈在計算機的控制下通電時，電樞在磁力作用 下克服復位彈簧710的阻力而升高到圖示的位置。當電磁線圈708未 通電時，其磁場消失，彈簧將針閥構(gòu)件復位到其緊密地抵接著閥座的 關(guān)閉位置。蒸氣通道沿著活動電樞的整個長度延伸，以使得燃料蒸氣 能從蒸氣燃料共軌536經(jīng)噴射器組件自由地流向位于蒸氣噴射器底部 的針閥端口。在該圖所示的特定結(jié)構(gòu)中，流道穿過復位螺旋彈簧710 中空的中心，并進入到電樞的中心通道706中，然后從電樞的流出側(cè) 出口穿出，并沿操作桿軸的外側(cè)延伸，然后向外流經(jīng)引導件而從開啟 的中央閥通道711穿出。在一種實例中，蒸氣噴射器針閥的排出通道 為0. 032英寸(例如可與直徑在0. 004到0. 008英寸的液體噴射器相 比較)。在某些實例中，可在蒸氣噴射器針閥構(gòu)件的排出側(cè)上設(shè)置多個 蒸氣排出孔，以使蒸氣流分散。蒸氣燃料噴射器的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計被 選定為能耐受熱蒸氣的溫度，并具有長的工作壽命。
在圖9E中示意性地表示了冷起動液體噴霧噴射器。該噴射器具有 電磁線圈和針閥結(jié)構(gòu)，該噴射器與蒸氣噴射器類似，但其液體出口通 道的直徑為0. 004英寸，且裝置中其它穿行通道的直徑也響應地減小。
在圖9F中表示了燃料共軌536，其尺寸被設(shè)計成可向一組燃料蒸 氣噴射器538'提供燃料蒸氣。
圖9G—1到9G—4示意性地表示了用噴射燃料蒸氣來提供燃料的 四沖程汽油機的氣缸。在吸氣沖程的臨界點，燃料蒸氣被按照進氣門 開啟的正時規(guī)律噴射到氣缸間歇工作的進氣門處。在該沖程中，燃料 和助燃空氣進入到氣缸中，之后是常規(guī)的壓縮、做功、以及排氣沖程。 該發(fā)動機相對于普通的發(fā)動機在性能方面存在很大的不同。在壓縮沖 程的末了時，實質(zhì)上所有的燃料都以蒸氣的形式存在，與此相反，在 普通的汽油機中，在此階段中，仍然存在大量的液滴。在做功沖程中， 火花塞的點火時機被相對于曲軸轉(zhuǎn)角進行優(yōu)化，以便于使燃燒能更為 直接、更為徹底，從而對于給定重量的燃料，能比普通的汽油機發(fā)出 更大的有用功率。另外，可避免在做功沖程過程中將液體燃料蓄留在 發(fā)動機的縫隙中。在排氣沖程，排放氣中基本上不帶有未燃的碳氫化 合物和顆粒，同時，其它排放物的水平也是可以接受的和得到改善的。
上述的原理可與各種設(shè)計形式的內(nèi)燃機配套使用。另外一種實例 是二沖程汽油機。盡管二沖程發(fā)動機在功率/重量比方面比四沖程發(fā)動 機更有優(yōu)勢，但卻存在燃燒性能不佳的缺陷。可以認識到本發(fā)明的 原理可被用來改善二沖程汽油機的燃燒。燃料蒸氣可被混入到助燃空 氣的中心以被導入到二沖程發(fā)動機中，或者可基本上按照上述的方式 被噴射到各個氣缸的進氣口處。在另外的情況下，可采用將汽油蒸氣 直接噴射到各個氣缸中的方案，例如在二沖程發(fā)動機氣缸的排氣口已 被關(guān)閉、但壓縮沖程尚未完成時執(zhí)行噴射?？刹捎萌剂险舭l(fā)原理的另 一類發(fā)動機是轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(例如Wankel發(fā)動機)，在這類發(fā)動機中， 燃燒區(qū)域的移動部件是進行轉(zhuǎn)動，而非往復運動。
所述的原理還可用于柴油機。參見圖IO，蒸發(fā)器600向柴油機640 輸送柴油燃料蒸氣。柴油機640與能提供電力的電氣系統(tǒng)相連。蒸發(fā) 器600包括噴射器602，其將液體柴油燃料經(jīng)一個或一組小孔加壓噴射到容積604中。在一種實例中，液體燃料噴射器602具有單個直徑約 為0.001英寸的孔眼。噴射器602是電子控制的，從而，電信號"0N" 將開啟噴射器，而電信號"OFF"則關(guān)斷噴射器。從噴射器602噴出的 噴霧形成了圍繞著軸線的錐形噴霧。在暖機運轉(zhuǎn)過程中，蒸發(fā)容積604 中容納著循環(huán)流動的燃料蒸氣，這些蒸氣被從圓筒環(huán)繞壁618傳出的 熱量加熱。與圖1所示的過程類似，蒸發(fā)器600通過與循環(huán)流動的、 且被加熱的燃料蒸氣發(fā)生劇烈的混合而對來自于噴射器602的液體柴 油燃料噴霧進行蒸發(fā)，其中，被加熱的燃料蒸氣在先前已流過壁面618 并接收到了額外的熱量。在暖機運轉(zhuǎn)工況下，容積604中的溫度被保 持在蒸發(fā)溫度上。
限量的壓縮空氣被從空氣氣泵經(jīng)壓力閥628引入到容積616中， 于是引入到容積604中，其中的氣泵例如是小型容積式氣泵。這些空 氣散布開，且一旦柴油被噴入到容積604，就參予到循環(huán)運動和混合作 用中，或者，這些空氣可起到載體氣體的功能，以將壓縮流體傳遞給 發(fā)動機。
與先前描述的實例一樣，圓筒壁618由電熱塞606A和606B通過 熱傳遞進行加熱。電熱塞606A、 606B由柴油機的電氣系統(tǒng)供電?？捎?于此目的的電熱塞是由Bosch公司制造的，且可從位于新澤西州 Montvale的LLC地方的Mercedes—Benz (美國)公司購得，其零件號 為001. 159.2101，還可參照下文的圖20 —22。在另外一些實例(圖中 未示出)中，可使用另外一些電熱塞來加熱圓筒壁612。電熱塞606A、 606B被布置在圍繞著空間604延伸的環(huán)形空間608中。電熱塞606A、 606B利用環(huán)形的導熱金屬環(huán)610將熱能傳遞給壁板618，其中，導熱 金屬環(huán)610環(huán)繞著圓筒壁構(gòu)件612進行壓配合。圓筒壁618環(huán)繞著環(huán) 形空間608。圓筒壁612、 618落座在底板614上，且頂板617將空間
封閉。且頂板522將空間封閉。板件614、 617與圓筒壁612、 618之 間的密封圈使得容積604中的壓力得以保持。部件612、 614、 617以 及618都是由導熱金屬制成的，該金屬例如是鋁或合適的高溫合金。 在一種實例中，圓筒壁612為1/8英寸厚。容積604的直徑為2又1/4 英寸。
液體柴油燃料供應源606將液體燃料經(jīng)燃料管線608加壓輸送到 噴射器602。燃料管線608中液體柴油燃料的壓力高于大氣壓，在暖機 運轉(zhuǎn)工況下，容積604中的壓力也要高于大氣壓，但低于燃料管線608 中的壓力。在某些實例中，燃料管線608中柴油液體的壓力在高于大 氣壓約60至U 100psi (即psig)之間，而容積604中柴油蒸氣的壓力 在約40到50 psig之間，上述兩壓力之間存在壓差。
在發(fā)動機640的起動過程中，蒸發(fā)器600通常為冷態(tài)，因而，在 容積604中沒有任何預先存在的熱燃料蒸氣。在該起動過程中，被加 熱的沖擊板件620被用來蒸發(fā)從噴射器602噴出的液體噴霧。該操作 是依照上文參照蒸發(fā)室50 (見圖2)所描述的技術(shù)進行的。在一種實 例中，沖擊板620的厚度為1/16英寸，且?guī)в?/32英寸的通孔，該 沖擊板下方形成了存儲容積616?？锥词沟貌裼驼魵饨?jīng)板件620進行前 后雙向流動。板件620是導熱金屬，優(yōu)選地是鋁或合適的高溫合金。 電熱塞622A、 622B對沖擊板620進行加熱。電熱塞622A、 622B由柴 油機的電氣系統(tǒng)提供電能。電熱塞622A、 622B在冷起動期間被接通， 然后再被它們關(guān)斷。熱電偶624測量沖擊板620的溫度?？刂破?圖 中未示出)利用熱電偶621發(fā)出的反饋信號對電熱塞606A、 606B進行 控制，以保持容積604中的特定溫度。控制器可采用比例、微分、以 及積分線性控制規(guī)則來保持容積604中的溫度。
隨著容積604中產(chǎn)生出柴油燃料蒸氣，柴油燃料蒸氣將填充并流經(jīng)通道632而進入到蒸氣歧管636中。蒸氣燃料閥638A、 638B、 638C、 以及638D對柴油蒸氣燃料進入到發(fā)動機640各氣缸(圖中未示出)中 的流動進行調(diào)節(jié)。發(fā)動機640還從空氣歧管642接收空氣。這樣的系 統(tǒng)可被用來只是完成對氣缸的部分燃料充量，而需要依賴于其它的技 術(shù)來完成充量過程。下文將對這些技術(shù)進行描述。
參見圖IOA，蒸發(fā)器650除了具有上文參照圖6所描述的導熱結(jié) 構(gòu)之外，其與蒸發(fā)器600是類似的。電熱塞606A、 606B被壓配合到圓 筒壁618中，且電熱塞606A、 606B產(chǎn)生的熱量被導熱金屬652傳遞給 容積604。容積608中包括一定量的導熱金屬652，在工作條件下，該 金屬可以是液態(tài)。在某些實例中，金屬652可被加熱到約300°F。在其 中的一些實例中，導熱金屬652是鈉。熱量從電熱塞606A、 606B傳遞 給導熱金屬壁618，進而傳遞給導熱金屬652和導熱壁612。
所述的原理同樣適用于分散地為發(fā)動機蒸發(fā)燃料的情況。 一種重 要的情況是專為活塞式發(fā)動機的單個氣缸所設(shè)置的蒸發(fā)器。蒸氣噴射 器可與這樣的蒸發(fā)器直接相連。在圖11和IIA所示的實施方式中，通 過將撞擊接觸加熱的方法與自由空間內(nèi)的混合方法結(jié)合起來來產(chǎn)生蒸 氣，其中，混合作用是基于由中間加熱器產(chǎn)生熱量來實現(xiàn)的。在這些 附圖所示的實例中，電熱塞702位于杯形導熱構(gòu)件700底部的中央。 如圖所示，電熱塞具有朝向上方的熱端，其暴露在液體噴霧中并與之 接觸。杯形構(gòu)件700是由橫向延伸的導熱底壁704和豎立的外部導熱 側(cè)壁706組成的，其中的底壁與中心電熱塞的關(guān)系是從其接收熱量， 而側(cè)壁則與底壁保持熱連續(xù)性，從而也從電熱塞702接收熱量。杯形 體的頂部被頂部構(gòu)件701封閉，從而形成了一個壓力室，該壓力室被 設(shè)計成以基本上超過大氣壓P,的壓力工作。杯形體的內(nèi)表面為流體形 成了一個傳熱表面。液體噴霧噴射器710位于頂部構(gòu)件中。該構(gòu)件朝
向下方，并指向電熱塞，噴射器的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)計成使得噴霧的主 要部分與電熱塞以及傳熱表面上靠近噴射器的區(qū)域相接觸。與上述的
實施方式一樣，設(shè)置了蒸氣排出通道714。圖中示意性地表示了通道以 及相關(guān)的出口控制系統(tǒng)716。這些構(gòu)件具有保持蒸發(fā)室中超過大氣壓的 壓力的作用。如圖所示，底壁構(gòu)件704裸露表面的形狀被設(shè)計成環(huán)面 截面的形狀，以對進入的流體流進行引導，使其變?yōu)榄h(huán)面混合運動。 在徑向截面內(nèi)，杯形體的底面從圓柱形電熱塞的外露表面彎曲地向外、 向下延伸，在彎過水平面之后再向外、向上延伸，從而與杯形體的外 壁706融合到一起。該表面與向下運動的、軸對稱的噴霧相配合，以 對受熱過程中的液體噴霧和所產(chǎn)生的蒸氣進行引導，使它們成為循環(huán) 流，這將有助于利用混合而進行熱交換。流體流在到達其循環(huán)流動的 頂點時，向內(nèi)轉(zhuǎn)向而遇到新噴入液體噴霧的霧化顆粒，并與其混合起 來。這有助于對噴入的液體顆粒進行蒸發(fā)。蒸發(fā)室內(nèi)的壓力越高，所 產(chǎn)生蒸氣的密度越大，通過混合所實現(xiàn)的熱傳遞越強烈，因而蒸發(fā)器 的尺寸越小?？梢哉J識到對于單個發(fā)動機氣缸或相鄰的少數(shù)幾個氣 缸，這樣的結(jié)構(gòu)可被制得足夠緊湊。在進行生產(chǎn)制造時，電熱塞和杯 形構(gòu)件的底部一或者實質(zhì)上是整個蒸發(fā)室可被制造成一個單元，而在 內(nèi)表面上不設(shè)置接頭。例如，對導熱、耐熱的金屬進行鑄造可形成連 續(xù)的底部表面，并在其下側(cè)的中央形成凹陷，電阻加熱器元件被密封 在該凹陷中，加熱器元件例如是用在電熱塞中的發(fā)熱元件，杯形構(gòu)件 的中央部分實質(zhì)上就成為了電熱塞。在某些實施方式中，單元可被設(shè) 計成高壓容器，以將工作壓力提高到幾百Psi或更高，此條件下需要 考慮蒸發(fā)室壁板材料的選擇，材料應能承受蒸發(fā)過程所對應的高溫。 在某些情況下，至少一部分蒸發(fā)室的材料可以是陶瓷。陶瓷構(gòu)件的一 部分自身就能形成蒸發(fā)器的電阻發(fā)熱元件， 一般可按照現(xiàn)有某些電熱
塞產(chǎn)品的形式來構(gòu)成電阻發(fā)熱元件。
專用的蒸發(fā)器設(shè)計形式可與針閥結(jié)合起來，以允許噴射液體，從 而進行蒸發(fā)，并用于對所產(chǎn)生的加壓燃料蒸氣的流動進行控制。
在圖12和圖12A所示的實施方式中，液體供應針閥720的工作由 適當?shù)目刂萍?24操作，針閥落座在蒸發(fā)室壁板上的閥座上，并平動 地移動，以交替地開啟通道，從而允許液體噴霧進入到腔室中，并可 將腔室封閉。在蒸發(fā)室的壁板706A上設(shè)置了一組側(cè)面蒸氣出口 714A， 它們用于將燃料蒸氣引導向發(fā)動機的一個或多個氣缸。
在圖13和圖13A所示的實施方式中，環(huán)繞著的圓筒壁730和底壁 731對從出口 714A流出的流體進行引導，使其向下流動，然后再向內(nèi) 流動而匯合成單股流，由蒸氣流動控制閥(圖中表示為蒸氣針閥736) 對單股流進行控制。
在圖14所示的蒸發(fā)器A中，設(shè)置了電磁線圈組件726，以致動針 閥720,從而從針閥的出口噴嘴噴出液體噴霧。銜鐵732被布置成與針 閥構(gòu)件成驅(qū)動關(guān)系。按照上文介紹的原理，該電磁線圈組件的部件被 設(shè)置為形成了連續(xù)的液體流路，該流路從壓力液體燃料管線通向針閥 720和噴射噴嘴739，如前述的原理。
當向環(huán)繞電磁線圈728中通入電流進行致動時，線圈所產(chǎn)生的磁 場將克服復位彈簧734的阻力，將針閥構(gòu)件向上拉起，使其離開閥座。 這樣就能形成燃料流，其從壓力液體供應管線流經(jīng)針閥、并從噴嘴739 噴射到蒸發(fā)室中而形成液體噴霧。在切斷了線圈的電流之后，復位彈 簧734將針閥構(gòu)件復位到落座在閥座上的閉合位置。
另外，在蒸氣出口處，圖14所示的蒸發(fā)器包括由彈簧加載的蒸氣 控制針閥736A，其包括復位彈簧738。當蒸發(fā)室內(nèi)燃料蒸氣的壓力超 過彈簧的阻力時，該控制針閥允許蒸氣流過，當蒸氣壓力下降而低于
該程度時，針閥關(guān)閉。
在圖15所示的實施方式中，蒸發(fā)器的尺寸和位置被設(shè)計成向發(fā)動 機的單個氣缸輸送燃料。在圖示的情況下，在氣缸的各個做功沖程之 前，發(fā)動機的正時系統(tǒng)觸發(fā)電磁線圈728，從而完成燃料蒸氣的充量。 按照發(fā)動機的類型和需求，由計算機來選擇并管理正時規(guī)律、液體噴 霧脈沖的流量和時長、以及加熱程度。蒸發(fā)室內(nèi)受熱蒸氣所達到的壓 力可被用來提供使蒸氣流向燃料噴射點的動力。
圖16所示的蒸發(fā)器B被設(shè)計成自身就能作為由計算機控制的蒸氣 噴射器。與蒸發(fā)器A的情況相同，在蒸發(fā)器B中，設(shè)置了電磁線圈組 件726，以致動液體噴霧針閥720，從而允許液體的流動，并能在蒸發(fā) 室中產(chǎn)生液體噴霧。銜鐵732被布置成與針閥構(gòu)件成驅(qū)動關(guān)系。當向 環(huán)繞電磁線圈728中通入電流進行觸發(fā)時，線圈作用在銜鐵上的磁場 力將克服復位彈簧734的阻力，將針閥構(gòu)件720向上拉起，使其離開 閥座。這樣就能形成液體燃料流F，其從壓力液體供應管線流經(jīng)液體噴 霧噴射器，從而形成由霧化的液體顆粒組成的噴霧。在切斷了線圈的 電流之后，復位彈簧734將針閥構(gòu)件復位到落座在閥座上的閉合位置。 另外，在圖16所示的蒸發(fā)器B中，排出針閥736B上還設(shè)置有電磁線 圈組件726A，用于致動蒸氣釋放針閥，以允許蒸氣流向發(fā)動機。在此 情況下，復位彈簧734A的尺寸被設(shè)計成其所提供的閉合力超過所容納 的壓力蒸氣的作用力。當向環(huán)繞電磁線圈728A中通入電流迸行觸發(fā)時，
其克服復位彈簧的阻力而將針閥構(gòu)件向下拉，使其離開閥座。這樣就 形成了從壓力蒸發(fā)室排出的燃料蒸氣。在對線圈728A斷電后，針閥構(gòu) 件在彈簧734A作用下復位到閥座上的閉合位置。按照上述的原理，該 噴射器組件的部件被設(shè)計為提供連續(xù)的蒸氣流路，該流路借助于適當 的通道從針閥延伸向單元的蒸氣輸送點，其中的通道穿過或經(jīng)過針閥
動作組件的各個工作構(gòu)件。
圖16所示蒸發(fā)器B的尺寸和位置被設(shè)計成向發(fā)動機的單個氣缸輸 送燃料。當用在圖15所示的基本結(jié)構(gòu)中時，發(fā)動機的正時系統(tǒng)將與發(fā) 動機同步地驅(qū)動兩電磁線圈。液體電磁線圈被激發(fā)，以向氣缸提供液 體燃料噴霧充量。按照發(fā)動機的類型和需求，由計算機來選擇并管理 正時規(guī)律、液體噴霧脈沖的流量和時長、以及液體燃料噴射與蒸氣電 磁線圈被激發(fā)以向發(fā)動機排送蒸氣之間的加熱間隔。蒸氣室內(nèi)受熱蒸 氣所達到的壓力可被用來提供使蒸氣流向燃料噴射點的動力。蒸發(fā)室 可被設(shè)計成高溫操作。在一種情況下，蒸發(fā)室是由Inconel 617和其 它高溫不銹鋼制成的。
圖17所示實施方式與圖15所示實施方式的區(qū)別在于燃料蒸氣 噴射器B的結(jié)構(gòu)和位置被設(shè)置成在合適的時刻直接向發(fā)動機氣缸的燃 燒區(qū)域排送蒸氣。例如，其可向上文提到的特定二沖程汽油機的氣缸 中排送蒸氣。如果被設(shè)計成適于高壓，則可將柴油蒸氣直接噴射到柴 油機的燃燒空間內(nèi)一即噴射到柴油機氣缸中和氣缸的預燃燒室中，這 取決于柴油機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。從完成向蒸發(fā)室內(nèi)噴射液體燃料噴霧到將 蒸氣排送到發(fā)動機中之間的加熱間隔可建立起重要的壓力，以便于使 蒸氣流動。此外，可設(shè)置與發(fā)動機正時一致工作的蒸氣掃氣活塞，其 例如由線性電機驅(qū)動，以便于對蒸發(fā)室執(zhí)行掃氣，從而迫使蒸氣流經(jīng) 蒸氣噴射閥而進入到燃燒區(qū)域的壓縮空氣中。
在一種實例中，在發(fā)動機吸入空氣的沖程中甚至更早的時刻，液 體噴霧就開始進入到蒸發(fā)室中。在一種柴油機中，在柴油機開始做功 沖程之后不久就是蒸氣噴射的時刻。
圖18示意性地表示了一種與圖16所示的燃料蒸氣噴射器類型配 套使用燃料分配系統(tǒng)。高壓液體柴油共軌由合適的泵輸送燃料。該共
軌向?qū)儆趫D16所示類型的一組蒸發(fā)器/蒸氣噴射器(各對應一個氣缸) 輸送燃料。發(fā)動機管理計算機確定液體柴油供應電磁閥的啟動時刻， 因而確定了蒸氣噴射電磁閥的啟動時刻，由此對各個做功沖程執(zhí)行蒸 氣充量。
在實際應用中，可為使用柴油的場合設(shè)計其它的結(jié)構(gòu)，可采用上 文所述的一個和多個柴油噴射結(jié)構(gòu)。例如，上述類型的柴油蒸氣噴射 器可被設(shè)計成只向柴油機氣缸噴射部分燃料充量，而做功沖程所需的 其余燃料需求量則由液體柴油燃料噴射器來提供。在此情況下，對柴 油燃料蒸氣的噴射可按照進氣沖程的時間進行，且蒸氣可被直接噴射 到柴油機氣缸的燃燒區(qū)域中和進氣口中。如果按照這種方式工作，則
很重要的是應當限制燃料蒸氣的部分充量，使其不超過臨界值，在 壓縮沖程中，該臨界值將會帶來預壓燃的危險。這種系統(tǒng)的優(yōu)點在于 由于只有部分燃料是由會帶來顆粒排放和其它排放物的常規(guī)系統(tǒng)提供 的，所以具有更好的燃燒效率。圖19表示了典型柴油機的各個階段。 有利地是，選用的電熱塞在使用條件下具有很長的壽命等級。參
見圖20 — 22，電熱塞中長壽命的電阻線圈元件802最好是由鉑合金絲 制成的。金屬絲的直徑為0.012英寸，拉直長度為4英寸，其被巻繞 成長度L約為1/2英寸的螺旋線圈。線圈被插入到外金屬管812中， 該金屬管可以由Inconel制成，其長度L約為1/2英寸。金屬管的內(nèi) 徑約為0，170英寸，且壁厚是0.035英寸。如圖所示，金屬管的下端 封閉了螺旋絲的下延伸部。螺旋絲的下端被焊接到金屬管上。為了迅 速加熱外管，最好是采用細微的玻璃粉末804作為線圈與外管之間的 主要的電絕緣物。細微的高溫玻璃粉末被認為具有優(yōu)良的導熱性能， 以便于將熱量從線圈快速地傳遞到外管，同時還具有適當?shù)碾娊^緣性。 填料例如可以是100%的細微玻璃粉末，或者可以是90%的細微玻璃
粉末和10%的陶瓷粉末。線圈的上端被插入到容納孔中，并被焊接到 中央桿軸806的下端上，桿軸可以是用不銹鋼制成的。桿軸806A的上 端可作為電接線端，以從電池接收電能。例如由機件鋼制成的構(gòu)件體 811被接合到外管812的頂部上。用耐熱纖維構(gòu)成的密封構(gòu)件807在 810位置處在桿軸806與外部構(gòu)件體之間延伸。在構(gòu)件807上形成了長 壽命的、電絕緣的、用高溫壓力密封玻璃制成的壓力密封件808，其位 于導電的連接器桿軸806與外構(gòu)件體之間。電熱塞的總長度12可約為 4英寸。
上文己舉例描述了多種系統(tǒng)?？梢岳斫庠诓汇ｋx本發(fā)明實質(zhì)思 想和范圍的前提下，可作出多種形式的改型。例如，傳熱表面可以是 其它的構(gòu)造，也可以用其它的加熱措施來加熱這些表面一例如可采用 其它的電加熱技術(shù)，且蒸發(fā)器及其相連導管的外表面可被設(shè)置有絕熱 和/和輔助加熱措施。因而，其它設(shè)計形式的系統(tǒng)也在后附權(quán)利要求的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，該燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室(10；50；C)，其限定了一容積(12；52；104；504；604；V)；與所述容積相關(guān)的傳熱表面(S)，其被設(shè)置成受到加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被設(shè)置成在壓力作用下、從與傳熱表面分離開的至少一個出口向容積中發(fā)射擴散型式的液體燃料噴霧(L)，針對所述傳熱表面，壓力室與液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成在至少一個出口與傳熱表面之間形成混合區(qū)域(12；104；D)，燃料噴霧在其從所述出口行經(jīng)所述容積的過程中，在該混合區(qū)域中通過與循環(huán)流動的加熱后燃料蒸氣發(fā)生混合而受到充分的加熱并被蒸發(fā)，其中，所述的加熱后燃料蒸氣先前已從傳熱表面(S)上流過，并從傳熱表面接收了額外的熱量，燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通道(20；62；125；532；714；732；734)相連，該出流通道包括流量控制件(22；64；132；538；538′；638；716；736)，燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造和設(shè)置成允許加壓的燃料蒸氣流向發(fā)動機，同時在蒸發(fā)發(fā)生容積內(nèi)保持基本上超過大氣壓的壓力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸發(fā)器 上配備有電氣系統(tǒng)(ES)，其包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，其中， 傳熱表面(s)通過來自電氣系統(tǒng)的電力進行加熱。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造成在基本上不存在空氣氣流的情況下對液體燃料進行蒸 發(fā)。
4、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于該燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造成在向壓力室中輸入有限量壓縮空氣的情況下對液體 燃料進行蒸發(fā)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于液 體燃料供應系統(tǒng)是液體燃料噴射系統(tǒng)(18; 58; FI; 502; 710; 720)，其被構(gòu)造成向蒸發(fā)器容積中噴入受控的液體燃料噴霧脈沖。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被構(gòu)造成形成加壓的液體燃料脈沖流，其中，每個脈沖的持續(xù)時長(454)約為l秒或更長。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于，還包括 控制器(210， 561)，以便于響應于燃料蒸氣的需求量產(chǎn)生出持續(xù)時長 和/或頻率變化的加壓液體流脈沖。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5、 6或7所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于液體燃料噴射系統(tǒng)包括脈沖信號發(fā)生器(210; 560)，其被構(gòu)造成根據(jù)發(fā)動機的燃料需求 而產(chǎn)生出一系列信號脈沖；液體燃料噴射器(18; 58; FI; 502; 710; 720);液體燃料管線(124; 508)，其被連接成從電動燃料泵(554)接收壓力流，并將加壓燃料輸送給液體燃料噴射器，液體燃料噴射器被 構(gòu)造和設(shè)置成響應于信號脈沖而產(chǎn)生出分散開的液體燃料噴霧脈沖， 該噴霧脈沖流經(jīng)所述出口 。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5到8之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于其構(gòu)造成與汽油機配套使用，其中，液體燃料噴射系統(tǒng)包括電動燃料泵(554)，其被構(gòu)造成以約60 100 psig的液體壓力將液體燃料噴射到 蒸發(fā)室中，且燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造成使蒸發(fā)室容積中的壓力保持在約 30 80psig的范圍內(nèi)，液體燃料的壓力基本上大于蒸發(fā)室容積中的壓力。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于其構(gòu)造成 用在被設(shè)計成向助燃空氣的氣流提供燃料蒸氣的化油器系統(tǒng)中，蒸發(fā)器被構(gòu)造成將蒸發(fā)室中的壓力維持在約65和75 psi之間。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于其構(gòu)造成 用在發(fā)動機的燃料噴射系統(tǒng)中，蒸發(fā)器被構(gòu)造成將蒸發(fā)室中的壓力保 持在約40和50 psi之間。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9、 10或11所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 被構(gòu)造成將液體噴射的壓力保持為比蒸發(fā)室容積中的壓力至少大5 psi。
13、 根據(jù)權(quán)利要求5到12之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 被構(gòu)造成與內(nèi)燃機的單個燃燒區(qū)域(C; C')相關(guān)聯(lián)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于液體燃料噴射系統(tǒng)被構(gòu)造成每個脈沖按照發(fā)動機的正時關(guān)系并以適于對燃燒區(qū)域進行燃料充注的量，將受控的液體燃料噴霧脈沖噴射到蒸發(fā)器的 蒸發(fā)室中。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被 構(gòu)造成以高于約100 psig的壓力來噴射液體燃料，以其作為噴射到蒸 發(fā)器容積中的液體噴霧。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于壓力高于150 psig。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13到16之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 被構(gòu)造成對柴油燃料進行蒸發(fā)，并噴射柴油燃料蒸氣，以使其在柴油 機的氣缸中燃燒。
18、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造成形成了這樣的噴霧其具有軸線(Ah A2)，且傳熱表面(s)是與噴霧軸對稱的旋轉(zhuǎn)面。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于傳熱表面 (14; 706)環(huán)繞著噴霧。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于噴霧是錐形的，且傳熱表面基本上為圓筒形。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18、 19或20所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 傳熱表面是由厚度在約1/16到1/8英寸之間的導熱金屬形成的。
22、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于傳熱表面包括與噴霧相對的橫向表面(70、 704)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫向表面 為圓形的形式。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于形 成傳熱表面的構(gòu)件實質(zhì)上是杯形的(700)，其包括構(gòu)成了噴霧正對表 面的橫向部分(704)和環(huán)繞著噴霧的外壁部分(706)。
25、 根據(jù)權(quán)利要求22、 23或24所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫向表面與至少一個電加熱器相連。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于加熱器實 質(zhì)上是電熱塞(G" 156; 526; 702)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸發(fā) 器實質(zhì)上具有單個電熱塞(702)，電熱塞相對于橫向表面被設(shè)置在中 心位置處，電熱塞與噴霧基本上對準。
28、 根據(jù)權(quán)利要求22到27之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 橫向表面的形狀被設(shè)計成以混合的方式接收噴霧，并使噴霧偏轉(zhuǎn)。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫向表面(704)是凹入的環(huán)面截面。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27到29之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于:被構(gòu)造成既能蒸發(fā)柴油燃料，又能噴射柴油蒸氣。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27到29之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于:被構(gòu)造成既能蒸發(fā)汽油，也可噴射汽油蒸氣。
32、 根據(jù)權(quán)利要求l、 22或24所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 加熱器(702)與傳熱表面相關(guān)聯(lián)且是暴露的，以與容積中的燃料直接 接觸。
33、 根據(jù)權(quán)利要求1到21之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 加熱器(G; 108; 510)與傳熱表面相關(guān)聯(lián)，傳熱表面與加熱器的連接 形式可防止加熱器與容積中的燃料發(fā)生接觸。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于導熱物質(zhì) (404)與形成傳熱表面的構(gòu)件(106)相接觸，該物質(zhì)在工作條件下可發(fā)生相變，導熱物質(zhì)構(gòu)成了加熱器(108A、 B)與傳熱表面之間的傳 熱路徑。
35、 根據(jù)權(quán)利要求1到21之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于與傳熱表面相關(guān)聯(lián)的加熱器包括一個或多個與傳熱表面成導熱的熱量 傳遞關(guān)系的電熱塞(G; 108; 510; 524; 702)。
36、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于導熱的傳 熱介質(zhì)(62; 404)從至少一個電熱塞(G; 108)延伸向形成傳熱表面 的構(gòu)件。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于傳熱介質(zhì) 是導熱的圓環(huán)構(gòu)件(62)，其環(huán)繞著壁板的外部，并與其保持熱接觸， 其中，所述壁板的內(nèi)部形成了傳熱表面。
38、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于電加熱器包括多個電熱塞(G; G1; 108; 510; 524)，這些電熱塞沿著形成傳熱表面的構(gòu)件或傳熱構(gòu)件間隔地分布。
39、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于由液體燃料供應系統(tǒng)形成的噴霧在軸線方向上定向，且燃料蒸發(fā)器包括橫向構(gòu)件(70; 704)，其形成了傳熱表面，該傳熱表面與由發(fā)動機電氣系統(tǒng)提供電力的電加熱器相關(guān)聯(lián)，且其延伸方向與所述軸線橫交。
40、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于傳熱表面(s)被定位成在冷起動條件下與液體燃料噴霧相沖擊，以蒸發(fā)液體，由此提供用于發(fā)動機冷機起動和運轉(zhuǎn)的燃料蒸氣。
41、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被定位成 用于噴霧沖擊的受熱傳熱表面與至少一個電熱塞(G; G,;156;526;702)保持熱傳導傳熱關(guān)系，以便于對傳熱表面執(zhí)行電加熱。
42、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸發(fā)器具有第一傳熱表面和第二傳熱表面，其中，第一加熱器(G; 108;510)與第二加熱器(G1; 156:524)分別與第一傳熱表面和第二加熱器 相關(guān)聯(lián)。
43、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于第一傳熱 表面(在72、 106或518)、第二傳熱表面(在70、 154或526)都與 蒸發(fā)室內(nèi)部給定的容積相關(guān)，第一傳熱表面與混合區(qū)域相關(guān)聯(lián)，第二 傳熱表面被設(shè)置成至少在冷機狀態(tài)下受到液體燃料噴霧的沖擊，以便 于對沖擊噴霧進行蒸發(fā)。
44、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于擴展型式 的液體燃料噴霧(L)圍繞著一軸線(A2)分布，且第一傳熱表面(在 78、 106或518)被構(gòu)造成在與軸線相距一定距離的位置處環(huán)繞著噴霧， 第二傳熱表面(在70、 154或526處)延伸與噴霧的軸線橫交。
45、 根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于第 二傳熱表面是由用導熱材料制成的穿孔構(gòu)件(154; 526)構(gòu)成的。
46、 根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于第 二傳熱表面通過電熱塞的加熱作用而加熱。
47、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于蒸氣出流 通道被設(shè)置成向與發(fā)動機相關(guān)聯(lián)的助燃空氣導管(130)排放，且所述 流量控制件是蒸氣控制閥(132)，其適于響應于發(fā)動機的功率需求而 被致動，以對流入到空氣導管中的蒸氣流量進行控制。
48、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于助燃空氣 導管的區(qū)域是文氏管區(qū)域。
49、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于與具有多 個燃燒區(qū)域的內(nèi)燃機相關(guān)聯(lián)，且蒸發(fā)室的蒸氣出流通道被設(shè)置成向一 組燃料蒸氣噴射器(531; 538; 638)進行供給，每個燃料蒸氣噴射器 都與對應的發(fā)動機燃燒區(qū)域直接或間接地相通，蒸氣噴射器適于響應 于發(fā)動機的功率需求而被致動。
50、 根據(jù)權(quán)利要求49所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸氣噴射器被構(gòu)造成將燃料蒸氣排送到發(fā)動機各個燃燒區(qū)域的進氣口區(qū) 域。
51、 根據(jù)權(quán)利要求49所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸氣 噴射器被構(gòu)造成將燃料蒸氣直接排送到發(fā)動機各個燃燒區(qū)域中。
52、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造和尺寸被設(shè)計成向具有多個燃燒區(qū)域的發(fā)動機的單個燃燒區(qū) 域提供燃料蒸氣。
53、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于蒸發(fā)器的 傳熱表面實質(zhì)上為杯形，其包括與噴霧相對的橫向表面(704)和環(huán)繞著噴霧的外壁面部分(706)。
54、 根據(jù)權(quán)利要求53所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于電熱塞 (702)被相對于橫向表面設(shè)置在中心位置，且電熱塞的軸線與噴霧的軸線基本上對準。
55、 根據(jù)權(quán)利要求53或54所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫 向表面在徑向上是彎曲的或傾斜的，被構(gòu)造成以混合的形式接收噴霧 并對其進行偏導。
56、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫向表面 是環(huán)形部分的凹面。
57、 根據(jù)權(quán)利要求52、 53或54所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 流量控制件是由彈簧加載的閥(736A)，其被構(gòu)造成由壓力室中的壓力 來開啟。
58、 根據(jù)權(quán)利要求52、 53或54所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 流量控制件(736B)被構(gòu)造成由發(fā)動機的正時系統(tǒng)對其進行開啟和關(guān) 閉。
59、 根據(jù)權(quán)利要求52、 53或54所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 液體燃料噴射系統(tǒng)(712)被構(gòu)造成將可控的液體燃料噴霧脈沖噴射到 蒸發(fā)器的容積中，每個脈沖都與發(fā)動機具有正時關(guān)系且其脈沖量適于 對燃燒區(qū)域的燃料充注。
60、 根據(jù)權(quán)利要求59所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被構(gòu)造成 向柴油機的燃燒區(qū)域噴射柴油燃料蒸氣。
61、 根據(jù)權(quán)利要求52所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于液體燃料 噴射系統(tǒng)(726)被構(gòu)造成將可控的液體燃料噴霧脈沖噴射到蒸發(fā)器的 容積中，每個脈沖都與發(fā)動機具有正時關(guān)系且其脈沖量適于對燃燒區(qū) 域的燃料充注，流量控制件是蒸氣噴射閥(736B)，其被構(gòu)造成與動機成正時關(guān)系工作，且控制系統(tǒng)適于對在向蒸發(fā)器容積中噴射液體噴霧 的各個脈沖與蒸氣閥的致動之間的時間間隔進行控制。
62、 根據(jù)權(quán)利要求61所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于適于與柴油機配套使用，控制系統(tǒng)被設(shè)計成保持所述時間間隔，從而確保蒸發(fā) 室中的壓力足以允許在燃燒室做功階段的起始時刻將柴油蒸氣直接噴 射到燃燒區(qū)域中。
63、 一種用于具有燃燒區(qū)域的內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，該燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室(700和701)，其限定了一容積； 與所述容積相關(guān)聯(lián)的傳熱表面，其被設(shè)置成受到加熱；以及 液體燃料供應系統(tǒng)，其被設(shè)置成在壓力下、從至少一個與傳熱表 面分離開的出口向所述容積噴射擴展型式的液體燃料噴霧，液體燃料供應系統(tǒng)包括燃料噴射系統(tǒng)(710、 712)，其被構(gòu)造成以 受控脈沖噴射噴霧，每個脈沖都與發(fā)動機的正時同步，且脈沖量適于 對發(fā)動機的燃燒區(qū)域完成燃料充注，傳熱表面實質(zhì)上是杯形的，其包 括與噴霧相對的橫向表面(在704處)和環(huán)繞著噴霧的外壁部分(在 706處)，有效地是，蒸發(fā)器具有電熱塞(702)，其相對于橫向表面被 設(shè)置在中心位置，電熱塞的軸線基本上與噴霧對準，和蒸氣流量控制 件包括閥(736A、 736B)，該閥被構(gòu)造成可被開啟以向發(fā)動機的燃燒區(qū) 域輸送燃料蒸氣。
64、 根據(jù)權(quán)利要求63所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于輸送燃料 蒸氣所流經(jīng)的閥(736A)受到彈簧的加載，且被構(gòu)造成由壓力室中的 壓力開啟。
65、 根據(jù)權(quán)利要求63所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于輸送燃料 蒸氣所流經(jīng)的閥(736B)被構(gòu)造成由發(fā)動機的正時系統(tǒng)開啟和關(guān)閉。
66、 根據(jù)權(quán)利要求65所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于控制系統(tǒng) 適于控制在向蒸發(fā)器容積中噴射液體噴霧的各次脈沖與閥的致動之間 的時間間隔，其中，經(jīng)所述的閥進行燃料蒸氣的輸送。
67、 根據(jù)權(quán)利要求66所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被構(gòu)造成產(chǎn)生柴油燃料蒸氣，并將蒸氣注射到燃燒區(qū)域中。
68、 一種用于配備有電氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，其中的電 氣系統(tǒng)包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，燃料蒸發(fā)器包括-封閉腔室(10; 50; C);第一和第二傳熱表面(見60、 72、 106、 518或706和見70、 154、 526或704)，它們與所述腔室相關(guān)聯(lián)，并被設(shè)置成受到加熱，至少第 二傳熱表面(在70、 154、 526或704)由來自電氣系統(tǒng)的電力加熱； 以及液體燃料供應系統(tǒng)(18; 102; 502; 710)，其被設(shè)置成在壓力下、 從至少一個出口向所述腔室中噴射至少一個擴展型式的液體燃料噴 霧，相對于第一傳熱表面，腔室和液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成 在至少一個出口與第一傳熱表面之間建立蒸發(fā)區(qū)域，在運轉(zhuǎn)工況過程 中，燃料噴霧在該蒸發(fā)區(qū)域中受到充分的加熱并被蒸發(fā)；以及相對于第二傳熱表面，腔室與液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成 在冷機條件下，使得液體噴霧直接沖擊到第二傳熱表面上，且第二傳 熱表面被設(shè)置成受到快速加熱，并被構(gòu)造成對沖擊噴霧進行蒸發(fā)，以 便于在冷機條件下為發(fā)動機提供燃料蒸氣。
69、 根據(jù)權(quán)利要求68所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造成從至少一個出口產(chǎn)生出圍繞著軸線分布的噴霧型 式，第一傳熱表面是環(huán)繞著噴霧的旋轉(zhuǎn)面形式，且第二傳熱表面包括被設(shè)置成與軸線橫交、并與噴霧擴展的大體方向相對的表面。
70、 根據(jù)權(quán)利要求68或69所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于第 二傳熱表面受到至少一個電熱塞(G,、 156、 524、 702)的加熱，電熱 塞由電氣系統(tǒng)提供能量。
71、 根據(jù)權(quán)利要求70所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于第二傳熱 表面是由導熱的板件形成的，且電熱塞與該板件保持熱接觸。
72、 根據(jù)權(quán)利要求70或71所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于包 括控制件，其只有在冷機條件下，才向第二傳熱表面的電熱塞提供能量o
73、 根據(jù)權(quán)利要求68所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于燃料蒸發(fā) 器的腔室形成了單個容積，兩傳熱表面都暴露向該容積，以便于實現(xiàn) 蒸發(fā)作用。
74、 根據(jù)權(quán)利要求68 — 73之一所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 被構(gòu)造成在運轉(zhuǎn)工況過程中，在基本不存在空氣的情況下對液體燃 料進行蒸發(fā)。
75、 一種用于配備有電氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，其中的電氣系統(tǒng)包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造成在運轉(zhuǎn)工況過程中，在基本不存在空氣的情況下蒸發(fā)液體燃料，該燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室(10; 50; C)，其限定了一容積(12; 52; 104; 504; 604; V);與該容積相關(guān)聯(lián)的第一和第二傳熱表面(見60、 72、 106、 518 或706并見70、 154、 526或704)，每個傳熱表面都由來自電氣系統(tǒng) 的電力加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被設(shè)置成在壓力下、從至少一個出口向所述壓力室中噴射擴展型式的液體燃料噴霧；相對于第一傳熱表面，壓力室和液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置 成在至少一個出口與該傳熱表面之間建立混合區(qū)域(12; 104; D)，燃料噴霧在其從出口經(jīng)所述容積傳播的過程中，通過在該混合區(qū)域中與 循環(huán)流動的、加熱后的燃料蒸氣相混合而受到充分的加熱，進而被蒸 發(fā)，其中，循環(huán)流動的燃料蒸氣在先前己從該傳熱表面上流過，并從傳熱表面接收了額外的熱量；相對于第二傳熱表面，壓力室和液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成在冷機條件下，使液體噴霧直接沖擊到第二傳熱表面上，且第二傳熱表面被設(shè)計成對沖擊來的噴霧進行蒸發(fā)；燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通道相連，該出流通道包括流量控制件 (22; 64; 132; 538; 638; 716; 736)，燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造和設(shè)置成 能使加壓的燃料蒸氣流向發(fā)動機，同時能使容積中保持正壓。
76、 一種用于配備有電氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機的柴油燃料蒸發(fā)器，其中 的電氣系統(tǒng)包括電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，該燃料蒸發(fā)器被用來蒸發(fā)液態(tài)的柴油燃料，該燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室(10; 50; C)，其限定了一容積；與該容積相關(guān)聯(lián)的傳熱表面(s)，且該傳熱表面由來自電氣系統(tǒng)的電力加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被設(shè)置成在壓力下、從至少一個與傳熱表面分離開的出口向所述容積中噴射擴展型式的柴油液體燃料噴霧(L);相對于該傳熱表面，壓力室和液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成在至少一個出口與該傳熱表面之間建立混合區(qū)域(12; 104; D)，燃料噴霧在其從出口經(jīng)所述容積傳播的過程中，通過在該混合區(qū)域中與循 環(huán)流動的、加熱后的燃料蒸氣相混合而受到充分的加熱，進而被蒸發(fā)，其中，循環(huán)流動的燃料蒸氣在先前已從該傳熱表面(s)上流過，并從傳熱表面接收了額外的熱量；燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通道(20; 62; 125; 532; 714; 732; 734) 相連，該通道包括流量控制件(22; 64; 132; 538; 638; 716; 736)，且燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造和設(shè)置成能使加壓的柴油燃料蒸氣流向發(fā)動機， 同時能使發(fā)生蒸發(fā)的容積內(nèi)部保持正壓。
77、 根據(jù)權(quán)利要求76所述的柴油燃料蒸發(fā)器，其特征在于包括進氣口 ，其被構(gòu)造和設(shè)置成將有限流量的壓縮空氣弓I入到所述容積中。
78、 根據(jù)權(quán)利要求76或77所述的柴油燃料蒸發(fā)器，其特征在于-包括第二傳熱表面(70; 154; 526; 704)，相對于第二傳熱表面，壓 力室和液體燃料供應系統(tǒng)被構(gòu)造和設(shè)置成在冷機條件下，使液體噴霧直接沖擊到第二傳熱表面上，第二傳熱表面被構(gòu)造成蒸發(fā)沖擊噴霧， 以向發(fā)動機提供燃料蒸氣。
79、 一種用于內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器和蒸氣噴射器(B)，包括 封閉的壓力室，其限定了一容積；與所述容積相關(guān)的傳熱表面，且該表面被布置成受到加熱；以及 液體燃料供應系統(tǒng)，其被布置成在壓力下、并在缺乏空氣的條件 下、從至少一個與傳熱表面分離開的出口向容積中噴射擴展型式的液 體燃料噴霧，液體燃料供應系統(tǒng)包括燃料噴射系統(tǒng)(726)，其被構(gòu)造成向容積中噴射受控的液體燃料噴霧脈沖，每次脈沖都與發(fā)動機具有 正時關(guān)系，且脈沖量適于完成對發(fā)動機燃燒區(qū)域的燃料充量，傳熱表 面包括與噴霧相對的橫向表面(在704)和環(huán)繞著噴霧的外壁部分(在 706)，傳熱表面與電熱塞(702)相關(guān)聯(lián)，以便于對噴霧進行加熱，并 產(chǎn)生出燃料蒸氣，流量控制件包括閥(736B)，該閥被構(gòu)造成按照發(fā)動 機的正時關(guān)系、在各次液體噴霧脈沖之后的一段時間時開啟，以將燃料蒸氣輸送到發(fā)動機中。
80、 根據(jù)權(quán)利要求79所述的燃料蒸發(fā)器和噴射器，其特征在于 傳熱表面(700)是帶有底部和側(cè)部的杯形表面，且燃料噴射系統(tǒng)被設(shè) 置成將噴霧對著杯形構(gòu)件的底部噴入。
81、 根據(jù)權(quán)利要求79或80所述的燃料蒸發(fā)器和噴射器，其特征 在于電熱塞對杯形構(gòu)件的傳熱表面和底部進行加熱。
82、 根據(jù)權(quán)利要求79、 80或81所述的燃料蒸發(fā)器和噴射器，其 特征在于被構(gòu)造成蒸發(fā)柴油燃料。
83、 一種用于內(nèi)燃機的燃料蒸發(fā)器，該內(nèi)燃機上配備有電池和由發(fā)動機驅(qū)動的電源，燃料蒸發(fā)器包括封閉的壓力室(10; 50; C)，其限定了一容積；至少一個傳熱表面(s)，其與所述容積相關(guān)聯(lián)，且被設(shè)置成僅由發(fā)動機的電氣系統(tǒng)進行加熱；以及液體燃料供應系統(tǒng)，其被設(shè)置成在壓力下、從至少一個與傳熱表面分離開的出口向容積中噴射擴展型式的液體燃料噴霧(L);壓力室、液體燃料供應系統(tǒng)、以及對傳熱表面的加熱被協(xié)作地構(gòu) 造和設(shè)置成對燃料進行蒸發(fā)，以在大的壓力下蒸發(fā)燃料以形成燃料蒸氣；燃料蒸發(fā)器與蒸氣出流通道(20; 62; 125; 532; 714; 732; 734) 相連，該通道包括流量控制件(22; 64; 132; 538; 638; 716; 736)，燃料蒸發(fā)器被構(gòu)造和設(shè)置成允許加壓的燃料蒸氣流向發(fā)動機，同時能 使發(fā)生蒸發(fā)過程的容積中保持著基本上超出大氣壓的壓力。
84、 根據(jù)權(quán)利要求83所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被構(gòu)造成在基本缺乏空氣氣流的情況下蒸發(fā)液體燃料。
85、 根據(jù)權(quán)利要求83所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于被構(gòu)造成在向壓力室輸送有限流量空氣的情況下對液體燃料進行蒸發(fā)。
86、 根據(jù)權(quán)利要求85所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于空氣在壓 力下以促進液體噴霧的霧化的方式注射。
87、 一種燃料蒸發(fā)器，其具有由橫向延伸的導熱構(gòu)件(62; 70; 110; 154; 526; 704)構(gòu)成的傳熱構(gòu)件，該導熱構(gòu)件具有總體延展方 向，并具有至少一個由電力供能的電熱塞(G; Gl; 108; 156; 524; 622; 702)，該電熱塞的受熱部分與導熱構(gòu)件保持緊密的熱接觸，且電熱塞的軸線大體上垂直于導熱構(gòu)件的延展方向。
88、 根據(jù)權(quán)利要求87所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于產(chǎn)生蒸氣的傳熱表面包括壁板構(gòu)件(14; 106; 518)的內(nèi)表面，該內(nèi)表面為旋 轉(zhuǎn)面的形式，且橫向延伸的導熱構(gòu)件包括環(huán)形構(gòu)件(62; 110; 516)，其環(huán)繞著壁板構(gòu)件并與其保持熱接觸。
89、 根據(jù)權(quán)利要求87所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫向延伸 的導熱構(gòu)件(70; 154; 526; 704)包括傳熱表面，所述傳熱表面包括延伸方向與從噴射器噴出的燃料噴霧的方向橫交的構(gòu)件。
90、 根據(jù)權(quán)利要求89所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于所述構(gòu)件 包括導熱板件(70; 154; 526; 704)。
91、 根據(jù)權(quán)利要求89所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于橫向延伸 構(gòu)件構(gòu)成了杯形燃料蒸發(fā)室的底部部分(704)。
92、 根據(jù)權(quán)利要求89、 90或91所述的燃料蒸發(fā)器，其特征在于 橫向延伸構(gòu)件的形狀被設(shè)計成有助于對流動進行引導，使其成為用于 混合作用的循環(huán)模式。
93、 一種電熱塞，包括位于內(nèi)部的電阻加熱器，該加熱器為由鉑 基合金制成的細長螺旋線圈(802)的形式，由耐熱金屬制成的、端部 封閉的細長外管(812)形成了一內(nèi)部空腔，電阻加熱線圈被安裝在該空腔中，和在外管內(nèi)導熱但電絕緣的填料基本上是由細微的玻璃粉末(804)構(gòu)成的，其使加熱器與外管實現(xiàn)電絕緣，同時在二者之間形成 了導熱通路。
94、根據(jù)權(quán)利要求93所述的電熱塞，其特征在于電阻加熱器線 圈的外端與接線端構(gòu)件(806)相連接，且用高溫壓力密封玻璃(808) 將接線端構(gòu)件密封到電熱塞的外部結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
燃料在基本上超過大氣壓的壓力下被蒸發(fā)。表面由發(fā)動機的電氣系統(tǒng)加熱。被壁面加熱的蒸氣與進入的液體噴霧發(fā)生紊流混合，從而有助于產(chǎn)生出新的蒸氣，其中的壁面形成了蒸發(fā)空間。蒸發(fā)器可被用于冷機起動，到達速熱沖擊板件處的液體噴霧被蒸發(fā)。多個傳熱表面暴露向同一蒸氣容積，其中一個表面是環(huán)繞著噴霧的旋轉(zhuǎn)面，另一個表面是與噴霧橫交的橫向表面。電熱塞被設(shè)置成與熱分布構(gòu)件垂直。環(huán)繞著所述容積的壁面從環(huán)形介質(zhì)接收熱量。專屬于單個燃燒區(qū)域的燃料蒸發(fā)器具有杯形的蒸發(fā)室，其由與液體噴霧相對的中心加熱器進行加熱。在蒸氣噴射閥也與發(fā)動機正時同步的系統(tǒng)中，閥各次操作之間的間隔也受到控制，以實現(xiàn)傳熱，從而完成對燃料的蒸發(fā)和壓力的建立。
文檔編號F02G5/00GK101208508SQ200480042941
公開日2008年6月25日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者托馬斯·D.·戴爾 申請人:泛特寧有限責任公司