專利名稱：用于生成發(fā)動機起動燃料的運載工具燃料分餾系統(tǒng)及方法
用于生成發(fā)動機起動燃料的運載工具燃料分餾系統(tǒng)及方法
背景技術(shù)：
1. 相關(guān)申請
0001本專利申請要求得到與2006年2月17日提出申請的美國 臨時申請60/774,683的權(quán)益與優(yōu)先權(quán)，在此將其全文引用。
2. 發(fā)明領(lǐng)域
0002本發(fā)明涉及發(fā)動機工業(yè)，尤其是燃料動力發(fā)動機的發(fā)動 機燃料系統(tǒng)，更進一步說，涉及一種用于減少運輸工具碳氫化合物排 放的燃料系統(tǒng)及方法。
3. 相關(guān)技術(shù)說明
0003早從1942年以來，尤其是在車輛高度集中的市區(qū)，人們 已將由內(nèi)燃機造成的空氣污染視為汽車社會所不希望有的結(jié)果。內(nèi)燃 機排放物是由多種來源產(chǎn)生的，并且根據(jù)發(fā)動機類型、工作點、狀態(tài)、 設(shè)計以及燃料揮發(fā)性而在數(shù)量與組成上大不相同。對于那些沒有采取 一定排放控制措施的發(fā)動機來說，據(jù)說其排放物的20-25%來自于曲軸 箱通風(fēng)，60。/。來自于排氣，而其余部分源于蒸發(fā)損失，這些主要與燃 料箱有關(guān)。內(nèi)燃機廢氣中含有數(shù)量不等的未燃碳氫化合物、 一氧化碳 及氮的氧化物。
0004近年來，研究人員廣泛調(diào)查了各種減排方法。這些研究 取得了豐碩的成果。結(jié)果，現(xiàn)在的汽車相對幾年以前來說僅僅排放一 小部分廢物。盡管已經(jīng)取得了如此巨大的進步，但還需進一步改善。 國家標準不斷要求進一步減少排放物。在進一步減少排放物的過程中， 一個主要障礙就是，在現(xiàn)代運輸工具中，60-95%的碳氫化合物排放發(fā) 生在運輸工具冷起動后最初30-90秒的工作過程中。
0005申請人認為，若干種因素導(dǎo)致發(fā)動機低溫時的碳氫化合 物過量排放。其中一個主要原因就是，很大一部分燃料在啟動溫度(即 低于30)下?lián)]發(fā)性欠佳，從而使得在曲柄轉(zhuǎn)動與預(yù)熱時，要達到穩(wěn)定 燃料就需要過量供給燃料。燃料供應(yīng)過量導(dǎo)致較高的發(fā)動機出口碳氫 化合物排放。燃料供應(yīng)顯著過量會使這一問題惡化，直到冷起動1-2分鐘后，排放系統(tǒng)催化劑(即催化變換器)才能達到其最佳工作溫度， 因此，就不能夠使包括啟動時由于燃料供應(yīng)過量生成的未燃燃料在內(nèi) 的所有未燃燃料得以氧化。
0006在過去，人們曾嘗試消除預(yù)熱階段，他們在預(yù)熱階段用 液化石油氣或其它氣態(tài)次級燃料來使發(fā)動機工作，而在達到正常工作 溫度后就轉(zhuǎn)用汽油。這種構(gòu)想被用于拖拉機及其它機器中。這些裝置 具有一個獨立燃料箱，獨立燃料箱里裝有不同于主燃料箱內(nèi)燃料的次 級燃料。但由于客戶需要填充兩個燃料箱，而且用來將氣態(tài)燃料配送 到運輸工具的分配器又相當稀少，因此這些系統(tǒng)被證明不太實用。此 外，客戶不得不學(xué)習(xí)新的特性并適應(yīng)新的安全規(guī)程。這兩點消費者都 難以接受。
0007出于使用兩個獨立燃料箱及兩種燃料源系統(tǒng)的困難與不 適用性，其它系統(tǒng)得以開發(fā)出來，這些系統(tǒng)將一個燃料箱分為兩部分， 其中一個比另一個更易揮發(fā)。但這些系統(tǒng)仍然具有局限性，包括在 啟動時殘留在燃料箱上的主燃料的使用、發(fā)動機起動時不希望有的延 遲、要求附加的或綜合的增壓與加熱系統(tǒng)、易揮發(fā)燃料的有效生產(chǎn)、 不希望有的燃料箱發(fā)熱所引起的蒸發(fā)排放增加以及/或發(fā)雜且成本昂貴
的元件的使用等。
0008此文將其全文引用的美國專利6,119,637所述運載工具蒸 餾系統(tǒng)(OBDS)被Matthews等命名為"用于降低啟動階段碳氫化合 物輸入的運栽工具汽油蒸餾"并委托給代理人，其致力于解決冷起動 排放問題，它使用蒸氣分離器從汽油或汽油/酒精混合物等當中提取一 種高度揮發(fā)次級燃料以便在起動及預(yù)熱期間專門使用并在發(fā)動機重新 起動前用此種次級燃料清洗燃料管線。據(jù)認為，OBDS可將次級燃料 中所需組分容量從原先系統(tǒng)所能輸出的20-25%增加到50%左右。特殊 的次級啟動燃料有助于消除啟動燃料供應(yīng)過量。但這種系統(tǒng)主要用于 具有一個到燃料箱返回管線發(fā)動機的燃料系統(tǒng)。而且，這種系統(tǒng)基本 上用來使主燃料再循環(huán)以便進一步提取在第一次通過蒸氣分離器時沒 有提取出的額外次級燃料。
0009因此，申請人認識到需要有一種復(fù)雜程度更低且成本更 低的系統(tǒng)，它能夠更有效地將燃料分離為各種組分以便產(chǎn)生所需組 分容積在80。/。-100。/o組成的次級燃料；在發(fā)動機啟動階段提供改善的空氣-燃料混合物；提供增強的催化加熱；降低工作能量需求；減少任 何蒸發(fā)排放的內(nèi)在增加；還因此比原先系統(tǒng)降低總的碳氫化合物排放。 發(fā)明概述
00010鑒于以上所述，本發(fā)明中實施例提供了一種燃料分流系 統(tǒng)(FFS)及其相關(guān)方法，它是對運載工具蒸餾系統(tǒng)(OBDS)的一種 發(fā)展，它提供了一種復(fù)雜程度及成本更低的系統(tǒng)，該系統(tǒng)更有效地將 燃料分離為各種組分以便產(chǎn)生次級燃料。次級燃料中碳氫化合物容積 組成可在80-100%之間，其中碳數(shù)為六個或更少。系統(tǒng)能夠在發(fā)動機 啟動階段提供改善的空氣-燃料混合物，能夠提供增強的催化轉(zhuǎn)化加熱 (及相應(yīng)的更高效率)，能夠降低工作能量需求，能夠減少任何蒸發(fā) 排放的內(nèi)在增加，還因此能夠降低總的碳氫化合物的排放。
00011具體而言，本發(fā)明的一種實施例提供了一種用于一個發(fā) 動機具有燃料入口的燃料系統(tǒng)。該燃料系統(tǒng)包括一個主燃料箱、 一個 蒸餾塔組件和一個控制器。主燃料箱用來將初級燃料供應(yīng)到發(fā)動機； 蒸餾塔組件對液態(tài)燃料進行蒸餾以形成易揮發(fā)輕餾分次級燃料；控制 器用來控制蒸餾塔中供給燃料的蒸發(fā)，從而控制燃料到輕餾分及重餾 分燃料組分的分離，它還控制重餾分的冷凝，從而使從輕餾分輸出孔 輸出的燃料容積上基本上是輕餾分燃料組分。
00012蒸餾塔組件可包括有一個具有外殼的蒸餾塔，外殼包括 一個上端部、 一個下端部以及處于兩者之間的中間部。燃料供給孔貫 穿外殼的中間部，用于接受來自主燃料箱的供給燃料以供蒸餾。供給 燃料包括輕餾分燃料和重餾分燃料組分。輕餾分輸出孔貫穿外殼的上 端部，用于輸出蒸餾后的輕餾分燃料。重餾分輸出孔貫穿外殼的下端 部，用于輸出重餾分燃料。
00013蒸發(fā)模件位于外殼下端部附近，以便至少使部分供給燃 料蒸發(fā)，從而增強供給燃料到輕餾分燃料及重餾分燃料組分的分離。 冷凝模件位于外殼上端部附近，以便使重餾分燃料冷凝，從而從輕餾 分輸出孔輸出的在容積上基本上是輕餾分燃料組分。舉例來說，包含 有一個三維多孔金屬塔體的填充塔位于外殼內(nèi)蒸發(fā)模件與冷凝模件之
間以增強燃料蒸餾。多孔金屬所提供的增強型表面區(qū)域增強了蒸餾塔 內(nèi)的再循環(huán)，并改善了塔體頂部輕尾餾分蒸汽的集聚以及底部重尾餾 分組分的集聚。00014與各種靈敏輸入相對應(yīng)，控制器通過蒸發(fā)模件控制供給 燃料的蒸發(fā)，通過冷凝模件控制重尾餾分組分或重餾分組分的冷凝。 控制器能夠確保以一定的加熱速度對蒸餾塔底部進行加熱，從而在塔 體內(nèi)在所需溫度與壓力下生成蒸氣，控制器還能夠確保對蒸餾塔頂部 進行冷卻，從而在所需溫度與壓力下進行冷凝，這樣就生產(chǎn)出適當?shù)?與并具有所需特征的次級燃料。
00015系統(tǒng)還可包括一個換熱器用以對蒸餾塔供給燃料流進行 預(yù)熱并對流出蒸餾塔底部的熱重尾餾分流進行冷卻。換熱器具有兩大 功能。首先，換熱器通過輸送冷燃料到主燃料箱，從而有助于減輕人 們對由于主燃料箱溫度升高而引起蒸發(fā)排放增加的擔(dān)憂。其次，換熱 器通過對通常被送到主燃料箱或其它地方的熱能進行回收，從而有助
于節(jié)能并將其應(yīng)用于蒸餾塔。
00016本發(fā)明另一實施例提供了一種用于一個發(fā)動機具有燃料 入口的燃料分餾系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括一個主燃料箱和一個蒸餾塔組件， 主燃料箱將初級燃料供應(yīng)到發(fā)動機，蒸餾塔組件對一部分初級供給燃
料進行蒸餾而形成易揮發(fā)輕餾分次級燃料。蒸餾塔組件可包括有一個 具有外殼的蒸餾塔，外殼包括一個上端部、 一個下端部以及處于兩者 之間的中間部，燃料供給孔貫穿外殼的中間部，用于接收來自主燃料 箱的供給燃料以供蒸餾。輕餾分輸出孔貫穿外殼的上端部，用于輸出 蒸餾后的輕餾分燃料。重餾分輸出孔貫穿外殼的下端部，用于輸出重 餾分燃料。蒸發(fā)模件位于外殼下端部附近，以便至少使部分供給燃料 蒸發(fā)，從而將供給燃料分離為輕餾分燃料及重餾分燃料組分，冷凝模 件位于外殼上端部附近，以便對重餾分燃料組分進行冷凝，從而從輕 餾分輸出孔輸出的燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。蒸發(fā)模件 與冷凝模件相互結(jié)合，從而協(xié)和生產(chǎn)出適當?shù)木哂兴杼卣鞯拇渭壢?料。
00017本發(fā)明中的實施例還提供了燃料分餾法。舉例來說，其 中 一種燃料分餾法可包括有提供一個分餾塔組件的步驟，該分餾塔組 件包括一個用來將液態(tài)燃料分餾為易揮發(fā)輕餾分次級燃料的分餾塔。 分餾塔可包括一個輕餾分輸出孔和一個重餾分輸出孔，輕餾分輸出孔 貫穿分餾塔組件的上端部，用于輸出蒸餾后的輕餾分燃料，重餾分輸 出孔貫穿蒸餾塔組件的下端部，用于輸出重餾分燃料。該方法還可包括一下步驟將供給燃料輸送到分餾塔；對至少一部分分餾塔內(nèi)的供 給燃料進行蒸發(fā)，從而增強供給燃料到輕餾分燃料與重餾分燃料組分 的分離；在蒸發(fā)后的燃料流出輕餾分輸出孔之前由冷凝模件對部分蒸 發(fā)后的燃料及重餾分燃料進行冷凝，從而從輕餾分輸出孔流出的蒸發(fā)
后的燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。該方法還可包括在送入 蒸餾塔內(nèi)的供給燃料與流出蒸餾塔的重餾分燃料之間進行熱交換的步 遞
00018本發(fā)明中實施例提供的FFS及相關(guān)方法是對OBDS的一 種發(fā)展，相對OBDS來說，在性能、合用性及包裝等方面均有顯著的 提高。用于生成汽油動力發(fā)動機起動燃料的運載工具FFS及方法實施 例提供了 (l)緊湊的包裝；(2)更有效快速的分離；(3)不需要 等到發(fā)動機到達完全加熱工作溫度，比方說，不需要像OBDS那樣由 發(fā)動機冷卻劑對蒸餾塔進行加熱；(4) FFS中的底端液體可以直接為 發(fā)動機所用。本發(fā)明中實施例還有助于消除或降低由于熱燃料返回主 燃料箱而引起的高度蒸發(fā)排放，另外，通過點火定時提前與高辛烷底 端液體使用的相互結(jié)合，還有助于增強發(fā)動機功率輸出。在適當溫度 (21。C 27。C)下，F(xiàn)FS輕餾分次級燃料的蒸發(fā)性能有望達到標準汽油 的至少五倍，從而減少催化轉(zhuǎn)化點火次數(shù)(至少5%),碳氫化合物排 放減少80-90%或更多。 附圖簡介
00019為使人們對本發(fā)明的特征與優(yōu)勢以及將逐漸明了的其它 方面有一個更詳細的了解，下面將參照附圖所示實施例對上文簡述的 本發(fā)明作出具體說明，這也作為本說明書的一部分。但應(yīng)當注意的是， 附圖僅為闡釋本發(fā)明各種實施例之用，并不意在限制本發(fā)明范圍，因
為本發(fā)明還可包括其它各種有效實施例。
00020

圖1A-1C中的方框示意圖對座式結(jié)構(gòu)、OBDS結(jié)構(gòu)及本 發(fā)明某一實施例中的FFS結(jié)構(gòu)的燃料流徑作了對比；
00021圖2為本發(fā)明某一實施例中FFS蒸餾塔的示意00022圖3為圖2所示本發(fā)明某一實施例中蒸餾塔裝配各種傳 感器后的示意00023圖4為本發(fā)明某一實施例中接合了各種傳感器的蒸餾塔 控制器示意圖，這些傳感器用來控制蒸餾塔內(nèi)的蒸發(fā)與冷凝；00024圖5為本發(fā)明另一實施例中FFS蒸餾塔的示意00025圖6為本發(fā)明某一實施例中流體流經(jīng)帶有供給預(yù)熱器(標 為"換熱器")的FFS以及底端液體返回主燃料箱的示意00026圖7為本發(fā)明另一實施例中燃料流體流經(jīng)FFS以及重尾 餾分(底端流體)通向?qū)Ｓ萌剂舷涞氖疽鈭D，其中專用燃料箱被連接 到主燃料箱上或作為其一部分；
00027圖8為燃料流經(jīng)FFS以及底端液體(重尾餾分)為發(fā)動 機所用的示意00028圖9為本發(fā)明某一實施例中具有初級燃料及次級燃料噴 嘴的發(fā)動機燃料入口的示意00029圖10為本發(fā)明某一實施例中燃料噴嘴被連接到一個閥 及一個控制器上以便在初級燃料及次級燃料間進行選擇的示意00030圖11為本發(fā)明某一實施例中用于提供點火定時提前或 延后的發(fā)動機控制器示意圖。 詳細i兌明
00031下面將參照闡釋了部分各種實施例的附圖對本發(fā)明作出 更全面的說明。本發(fā)明可能以各種不同的方式來實現(xiàn)，因此不應(yīng)將其 限定為此文所述實施例。提供了這些實施例后，本公開本將更全面完 整，而且將向精通技術(shù)的人員更充分地傳達本發(fā)明的范圍。全文中相 似數(shù)字表示相似元件。在替選實施例中，如使用了撇號，則表示類似 的元件。
00032燃料分餾系統(tǒng)(FFS)是對運載工具蒸餾系統(tǒng)(OBDS) 的一種發(fā)展。FFS的各種實施例在許多重大方面上都與OBDS及其它 替選燃料系統(tǒng)不同。圖1A-11有助于闡釋FFS及其方法實施例并強調(diào) 了一些不同之處，尤其是與OBDS相比較而言。通過對主要系統(tǒng)元件 及過程如下面將詳述的燃料供給、蒸餾、高架冷凝器/壓氣機、重尾餾 分處理、熱回收、燃料應(yīng)用等的調(diào)查，這些主要不同點得以最好的闡 述。
00033燃料供給
00034圖1A-1C闡釋了典型OBDS燃料系統(tǒng)(見圖1B)與FFS 某一實施例(見圖1C)在燃料供給設(shè)計上的不同之處，其中圖示座式 結(jié)構(gòu)(見圖1A)用作參照之用。依據(jù)圖示實施例，F(xiàn)FS截獲一部分燃料供給流束；而OBDS截獲全部燃料回流。這樣，F(xiàn)FS就適用于普通 燃料系統(tǒng)及不回流燃料系統(tǒng)。OBDS —般只應(yīng)用在燃料返回到主燃料 箱的燃料系統(tǒng)中。FFS燃料流量也可大大低于OBDS。因此，F(xiàn)FS所需 的能量輸入比OBDS大大降低，從而所用元件更小，而且安裝更緊湊。 這些小的FFS元件可被更容易地安置在裝有燃料箱的運輸工具中。00035分儅。
00036正如下面將詳細描迷的那樣，蒸餾塔組件31用來將液 體燃料分餾為易揮發(fā)輕餾分次級燃料。FFS與OBDS之間的主要不同 點之一就是FFS采用蒸餾塔33來完成輕尾餾分或輕餾分燃料與重尾 餾分或重餾分燃料的分離，而OBDS通常采用簡單的閃蒸鼓。蒸餾塔 33相比普通的蒸發(fā)室或OBDS蒸發(fā)室而言能夠提供更大的分離能力。 比如說，普通系統(tǒng)在次級燃料中所需組分容積比為20-25%,而據(jù)信 OBDS可增加到約50%左右。根據(jù)供給源燃料組成、環(huán)境條件以及蒸 餾塔33內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，F(xiàn)FS蒸餾塔33的增強型設(shè)計使得所需組分 顯著增加到大約80-100%之間。
00037可用許多種方式來設(shè)計蒸餾塔33，從而FFS就不局限 于使用某一種具體設(shè)計。也就是說，以下給出的以及圖中顯示的，如 圖2-5所顯示的，F(xiàn)FS蒸餾塔33的具體設(shè)計細節(jié)只為闡釋目的而提供。
00038對蒸餾原理進行簡要討論有益于增進對FFS的理解。蒸 餾依據(jù)的是相平衡及重力分離原理。在典型的蒸發(fā)室中，液相與氣相 緊密接觸從而達到液-氣平衡。蒸發(fā)室底部受熱而頂部不受熱。底部低 溫進行轉(zhuǎn)換平衡，從而流出蒸發(fā)室頂部的氣相就只含有最輕的復(fù)合物。 液相集聚的較重組分將落到塔體底部，在底部，較熱的溫度推動平衡， 從而最重的復(fù)合物就集聚在底部液體中。同時，較輕的組分將從蒸發(fā) 室底部的混合物中完全蒸發(fā)出來。輕尾餾分或輕餾分組分通過塔體向 上流；重尾餾分或重餾分組分向下流。供給燃料組分在蒸發(fā)室內(nèi)得以 有效分配，從而最低沸點成分與最高沸點成分就分別集聚在塔體的頂 部與底部。然后對輕尾餾分組分蒸氣進行冷凝與儲存，并除去重尾餾 分組分。對蒸發(fā)室底部反復(fù)進行加熱，然后在蒸發(fā)室頂部進行冷凝， 這樣重尾餾分組分就集聚在蒸發(fā)室的底部。
00039圖2與圖3所示蒸餾塔組件31包括一個具有絕緣外殼 41的蒸餾塔33，絕緣外殼41包括一個上端部43、 一個下端部45及處于兩者之間的中間部47,燃料供給孔49貫穿外殼41的中間部47，用 于接受來自主燃料箱51 (見圖6-8)的供給燃料以供蒸餾。供給燃料包 括輕餾分燃料及重餾分燃料組分。輕餾分輸出孔53貫穿殼體41的上 端部43，用于輸出蒸餾后的輕餾分或輕尾餾分燃料組分。重餾分輸出 孔55貫穿外殼41的下端部45，用于輸出重餾分燃料組憤怒。值得注 意的是，雖然圖中所示孔口49、 53、 55均為對中布置，但其它各種結(jié) 構(gòu)都屬于本發(fā)明各種實施例范圍之內(nèi)。
00040蒸發(fā)模件61位于外殼41的下端部45附近，以便至少使 部分，最好是全部，供給燃料蒸發(fā)從而增強供給燃料到輕餾分燃料及 重餾分人組分的分離。蒸發(fā)模件61的熱源可以是可持續(xù)獲取的電阻、 熱電熱泵(見圖2)等或精通技術(shù)的人員所熟知的其它裝置；也可以是 在發(fā)動機正常工況下工作時才能獲得的蒸氣壓縮熱泵(見圖5)，如運 輸工具空調(diào)(壓氣機管線)、發(fā)動機冷卻劑、發(fā)動機排氣或精通技術(shù) 的人員所熟知的其它裝置。
00041冷凝模件63位于外殼41的上端部43附近，以便使重餾 分燃料組分冷凝，從而從輕餾分輸出孔53輸出的燃料在容積上基本上 是輕餾分燃料組分。正是頂部43的這種冷卻作用建立起了頂部與底部 之間所需的溫差。冷凝模件61的冷卻源可以是可持續(xù)獲取的強制對流 風(fēng)扇、熱電熱泵(見圖2)等或精通技術(shù)的人員所熟知的其它裝置；也 可以是在發(fā)動機正常工況下工作時才能獲得的蒸氣壓縮熱泵67 (見圖 5)，如運輸工具空調(diào)(蒸發(fā)器管線)。
00042在外殼41內(nèi)蒸發(fā)模件61與冷凝模件63之間裝有一個三 維填充塔65以增強燃料蒸餾，三維填充塔65內(nèi)填充有導(dǎo)熱填充材料 如金屬纖維基體、鋼棉等多孔金屬或精通技術(shù)的人員熟知的其它導(dǎo)熱 材料。導(dǎo)熱填充材料所提供的增強型表面區(qū)域增強了蒸餾塔內(nèi)的再循 環(huán)，并改善了塔體頂部輕尾餾分組分蒸氣的集聚以及底部重尾餾分組 分的集聚。
00043如圖4所示，控制器71通過蒸發(fā)模件61控制供給燃料 的蒸發(fā)，從而將供給燃料分離為輕尾餾分組分與重尾餾分組分；并通 過冷凝模件65控制重尾餾分燃料的冷凝，從而從輕餾分輸出孔63流 出的燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。控制器71能夠確保以一 定的加熱速度對蒸餾塔33底部45進行加熱，從而在塔體33內(nèi)在所需溫度與壓力下生成蒸氣，控制器71還能夠確保對蒸餾塔33頂部43進 行冷卻，從而在所需溫度與壓力下進行冷凝。
0t)044如圖3與圖4所示，蒸餾塔組件31可包括一個用以檢測 蒸發(fā)模件壓力的蒸發(fā)模件壓力傳感器73、 一個用以檢測蒸發(fā)模件溫度 的蒸發(fā)模件溫度傳感器75、 一個用以檢測冷凝模件燃料壓力的冷凝模 件壓力傳感器77以及一個用以檢測冷凝模件燃料溫度的冷凝模件溫度 傳感器79。蒸餾塔組件31還可包括一個密度傳感器81用以判定輕餾 分燃料密度或/與比重，從而對從輕餾分燃料輸出孔53輸出的燃料的輕 餾分燃料容積特性作出判斷。相應(yīng)地，依據(jù)本發(fā)明的此種實施例，控 制器71對蒸發(fā)模件燃料壓力及蒸發(fā)模件燃料溫度較為敏感，從而控制 蒸發(fā)模件61的能量使用量；控制器71還對冷凝模件燃料壓力、冷凝 模件燃料溫度以及從輕餾分燃料輸出孔53輸出的輕餾分燃料密度或比 重較為敏感，從而控制冷凝模件63的能量使用量?？刂破?1可包括 有存儲器83及一個程序產(chǎn)品85，程序產(chǎn)品85儲置于存儲器83內(nèi)且其 內(nèi)部存有指令，與上述信號輸入相對應(yīng)，當執(zhí)行這些指令時，控制器 71就對蒸氣模件與冷凝模件61、 63進行控制操作。
00045依據(jù)本發(fā)明某一實施例，蒸餾塔33將底部45輔助控制 加熱與頂部43輔助控制結(jié)合應(yīng)用，并使用了其間具有充分表面積的填 料65,蒸餾塔33的此種結(jié)構(gòu)很容易地使得流出輕餾分燃料孔53的燃 料在容積上基本上是輕餾分燃料，比如說，具有六個或更低數(shù)目碳的 碳氫化合物容積水平約在80-100%之間，而且其平均沸點低于70°C。 在本發(fā)明的某一實施例中，從輕餾分燃料孔53流出的燃料中可含有沸 點約為28°C的主要組分異戊烷，從而增強了發(fā)動機入口內(nèi)的蒸發(fā)能力。
00046高架冷凝器與壓氣機
00047如圖6-8所示，F(xiàn)FS可采用主動冷卻與/或壓縮以利于對 輸出孔53輸出的塔頂蒸氣流中的輕尾餾分進行冷凝與儲存。尤其通過 高架冷凝器91最易實現(xiàn)這種冷卻作用，其中高架冷凝器91與從冷餾 分輸出孔53伸出的燃料管線93處于同一條管線上，且其內(nèi)含有熱電 冷卻元件或精通技術(shù)的人員所熟知的其它元件。輕尾餾分蒸餾箱95用 來儲存被冷凝器91冷卻過的輕餾分燃料。此蒸餾箱95可以是一個獨 立箱體(見圖6)，也可以是位于主箱體51內(nèi)或鄰接主箱體51 (見圖 7-8)的隔間95'。由于輕餾分或輕尾餾分燃料在相對適中的溫度下可能是氣體形態(tài)，因此壓氣機(沒有單獨畫出)也與燃料管線93及蒸鎦 箱體95、 95，具有流體聯(lián)系，用以對燃料進行壓縮以使儲存在輕尾餾 分蒸餾箱體95、 95，內(nèi)。在本發(fā)明的某一示例中，壓氣機作為高架冷 凝器91的一部分。在本發(fā)明另一實施例中，可用一個能夠?qū)瑲鈶B(tài)與 液態(tài)組分的流體進行壓縮的壓氣機來取代高架冷凝器91。00048重尾憤分處理
00049FFS分離效率增加意味著從給定量的供給燃料中生成更 少的底部(重尾餾分)燃料，而且生成的底部燃料幾乎與輕尾餾分組 分分開。而在OBDS與普通燃料系統(tǒng)中，從基本燃料到輕尾餾分組分 的分離過程具有一定的缺陷，且底部液體中含有相當多的輕尾餾分。 因此就需要將底部流體返回到主燃料箱。實際上說，在一種典型結(jié)構(gòu) 中，在相當多數(shù)量起動燃料蒸餾期間，OBDS主燃料箱中全部內(nèi)含物 質(zhì)數(shù)次流經(jīng)OBDS蒸氣分離器。由于上述蒸餾塔33效率的提高，因此 使從輸出孔55輸出的任何重尾餾分燃料"再運行，，經(jīng)過蒸餾塔33就 基本上意義很小或根本沒有任何意義。正因如此，如圖7所示，重尾 餾分或重餾分燃料就被儲存在獨立重尾餾分箱體(無圖)或主燃料51 的隔間97內(nèi)。獨立箱體結(jié)構(gòu)或隔間結(jié)構(gòu)也有助于減輕人們對于主燃料 箱51中燃料加熱所引起的蒸發(fā)排放增加的擔(dān)憂。
00050在發(fā)動機充分預(yù)熱后，重尾餾分燃料就可為發(fā)動機所用， 可以如圖8所示那樣直接使用，也可以如圖7那樣通過從重尾餾分箱 體延伸出的燃料管線來使用。重尾餾分燃料應(yīng)當具有極高的辛烷含量， 從而能夠與點火定時提前結(jié)合應(yīng)用以增強發(fā)動機功率輸出及轉(zhuǎn)矩輸 出，這些將在后面詳細說明。應(yīng)當注意的是，在笫一種結(jié)構(gòu)中，發(fā)動 機在正常充分預(yù)熱操作期間可完全依靠重尾餾分燃料運轉(zhuǎn)，其中燃料 系統(tǒng)基本上將主燃料箱51中的全部內(nèi)含物質(zhì)轉(zhuǎn)化為輕尾餾分與重尾餾 分組分。在第二種結(jié)構(gòu)中，可通過與主燃料箱51相連的一個閥(無圖) 而在主燃料箱燃料與重尾餾分燃料之間選擇預(yù)熱工作燃料選擇。應(yīng)用 于重尾餾分燃料的其它各種選擇結(jié)構(gòu)都屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
00051熱回收
00052FFS可使用一個預(yù)熱器如換熱器101對蒸餾塔供給燃料 流進行預(yù)熱并對流出蒸餾塔底部45的熱重尾餾分流進行冷卻。換熱器 101可完成兩個主要功能。首先，在如圖6所示的結(jié)構(gòu)中，換熱器101將冷卻器(冷卻后的)燃料輸送到主燃料箱，從而有助于減輕人們對 由于輸送熱燃料到主燃料箱后主燃料箱溫度升高從而增加蒸發(fā)排放的
擔(dān)憂。其次，在所有結(jié)構(gòu)中，換熱器101通過對通常被送到主燃料箱 51或其它地方的熱能進行回收，從而有助于節(jié)能并將其應(yīng)用于蒸餾塔 33。
00053在如圖6所示的本發(fā)明某一實施例中，換熱器101位于 重餾分輸出孔55與主燃料箱51間的流道上，它還位于主燃料箱51與 燃料供給孔49之間的液體流道上，這樣從重餾分輸出孔55流向主燃 料箱51的重餾分燃料與從主燃料箱51和蒸餾塔33間流道流過的供給 燃料之間的熱量就得以交換，從而在重餾分燃料返回主燃料箱51之前 可將其冷卻。這種熱交換有助于減少與熱量預(yù)熱相關(guān)的蒸發(fā)排放并有
助于對進入蒸餾塔33的供給燃料進行預(yù)熱，從而降低了所需的蒸發(fā)能 量?？赏ㄟ^主燃料箱燃料泵103對供給燃料加壓或以其它方式使其通 過換熱器101?？赏ㄟ^重餾分燃料泵105對重餾分燃料加壓或以其它方 式使其通過換熱器101。
00054在如圖7所示的本發(fā)明某一實施例中，換熱器101位于 重餾分輸出孔55與用來儲存蒸餾塔組件31生成重餾分燃料的重尾餾 分燃料箱隔間97之間的液體流道上，它還位于主燃料箱M與燃料供 給孔49之間的液體流道上，這樣從重餾分輸出孔55流向重尾餾分燃 料箱97的重餾分燃料與從主燃料箱51和蒸餾塔33間流道流過的供給 燃料之間的熱量就得以交換，從而在重餾分燃料傳送到重尾餾分燃料 箱97之前可將其冷卻。這種熱交換有助于減少與燃料預(yù)熱相關(guān)的蒸發(fā) 排放并有助于對進入蒸餾塔33的供給燃料進行預(yù)熱，從而降低了所需 的蒸發(fā)能量。
00055在如圖8所示的本發(fā)明另一實施例中，換熱器101位于 重餾分輸出孔55與發(fā)動機入口之間的液體流道上，它還位于主燃料箱 51與燃料供給孔49之間的液體流道上，這樣從重餾分輸出孔55流向 發(fā)動機入口的重餾分燃料與從主燃料箱51和蒸餾塔33間流道流過的 供給燃料之間的熱量就得以交換，從而對進入蒸餾塔33的供給燃料進 行預(yù)熱，并因而降低了蒸發(fā)能量需求。
00056燃料應(yīng)用00057從圖9可清楚地看到，在本發(fā)明的某一實施例中，燃料 系統(tǒng)可包括一個專用燃料噴嘴111用以將輕餾分燃料噴注到發(fā)動機入 口113中，專用燃料噴嘴111與處于輕尾餾分蒸餾箱體95、 95，和發(fā) 動機燃料入口 113間的輕餾分燃料管線115具有液體聯(lián)系。這種結(jié)構(gòu) 代表了次級輕尾餾分燃料的最優(yōu)應(yīng)用，但由于含有一個附加燃料噴嘴 111，因此相比主噴嘴121來說成本較高。
00058從圖10可清楚地看到，在本發(fā)明的另一實施例中，燃 料系統(tǒng)可包括一個共用燃料噴注組件或燃料噴嘴121。在此種結(jié)構(gòu)中， 用于將初級燃料噴注到發(fā)動機入口 113內(nèi)的初級燃料管線123處于燃 料噴嘴121與主燃料箱51之間，或者從供給燃料管線122處延續(xù)伸展， 其中供給燃料管線122處于主燃料箱51與蒸餾塔33的燃料供給孔49 之間。重餾分燃料管線125處于重餾分輸出孔55與主燃料箱內(nèi)主燃料 箱返回孔127之間(見圖6)，也可以處于重餾分輸出孔55與重餾分 專用燃料箱隔間97之間(見圖7)，還可以處于重餾分輸出孔55與初 級燃料管線上分接頭129之間(見圖8)。燃料系統(tǒng)還包括一個處于輕 尾餾分蒸餾箱95、 95，與燃料噴嘴121之間的輕餾分燃料管線131,其 中燃料噴嘴121用來把輕餾分燃料噴注到發(fā)動機入口 113內(nèi)。
00059燃料類型選擇閥141與輕餾分燃料管線131、初級燃料 管線123及燃料噴嘴121具有流體聯(lián)系。燃料類型選擇閥141包括有精 通技術(shù)的人員所熟知的機械開關(guān)或固態(tài)開關(guān)，從而根據(jù)發(fā)動機控制器 143的命令信號在輕餾分燃料管線131與初級燃料管線123之間進行選 擇以使燃料與共用燃料噴嘴121向連通。也就是說，發(fā)動機143可包 括一個與來自用戶起動/停止按鈕145點火鑰匙等的發(fā)動機起動或發(fā)動 機熄火命令相對應(yīng)的微處理器或精通技術(shù)的人員所熟知的其它邏輯元 件，從而將命令信號送到燃料類型選擇閥141以便在輕餾分燃料管線 131與初級燃料管線123之間進行選擇。在啟動與預(yù)熱工況時選擇輕餾 分燃料管線131來供應(yīng)輕餾分燃料，而在正常加熱發(fā)動機工況時選擇 初級燃料管線123來供應(yīng)初級燃料。
00060在本發(fā)明某一實施例中，發(fā)動機控制器143包括有存儲 器145與程序產(chǎn)品147，程序產(chǎn)品147儲置于存儲器143內(nèi)且其內(nèi)存有 指令，當執(zhí)行這些指令時，控制器143就會相應(yīng)于熄火命令而選擇次 級輕餾分燃料管線131來清洗燃料噴嘴121處的供給燃料。并且對燃料噴嘴與燃料類型選擇閥141之間燃料管線處的供給燃料進行清洗。 在共用燃料噴嘴121結(jié)構(gòu)中，這樣有助于使輕餾分燃料在下一次啟動 操作時得到最大的應(yīng)用。
00061依據(jù)本發(fā)明某一實施例，在接受用戶熄火命令并進行清 洗操作之后，發(fā)動機控制器143可使發(fā)動機運轉(zhuǎn)1-2秒以便將殘留在燃 料噴嘴內(nèi)以及閥145與燃料噴嘴121間燃料管線內(nèi)的任何初級燃料燃 燒掉。依據(jù)本發(fā)明另一實施例，在接受用戶熄火命令并執(zhí)行清洗操作 之后，發(fā)動機控制器143可命令閥141選擇次級輕餾分燃料管線131， 使發(fā)動機利用次級輕餾分燃料運轉(zhuǎn)1-2秒，從而使發(fā)動機在熄火之前將 殘留在燃料噴嘴內(nèi)以及閥141與燃料噴嘴121間燃料管線內(nèi)的任何初 級燃料燃燒掉。應(yīng)當注意的是，使用新引進的按鈕點火起動/熄火系統(tǒng) 可高效完成這些工作并提高用戶接受度。當然，鑰匙型點火系統(tǒng)也可 相容。
00062發(fā)動機性能
00063在大多數(shù)現(xiàn)代發(fā)動機中，用來控制發(fā)動機的發(fā)動機控制 器包括微處理器或精通技術(shù)的人員所熟知的其它固態(tài)裝置。發(fā)動機控 制器一般包括存儲器以及程序或穩(wěn)固設(shè)備，程序或穩(wěn)固設(shè)備儲置于存 儲器內(nèi)并含有指令以執(zhí)行各種發(fā)動機管理操作。這種發(fā)動機通常還包 括一個發(fā)動機點火組件和一個發(fā)動機排氣組件，發(fā)動機點火組件具有 可變點火定時，發(fā)動機排氣組件具有最小閾值工作溫度的排氣催化劑 如催化轉(zhuǎn)化器。
00064從圖IO及圖ll可清楚地看到，依據(jù)本發(fā)明某一實施例， 相互連接的發(fā)動機控制器143或分離發(fā)動機控制器(無圖)包含有指 令，在啟動或預(yù)熱操作時執(zhí)行這些指令以選擇待噴注到發(fā)動機入口 113 的次級輕餾分燃料，與選擇次級輕餾分燃料相對應(yīng)，這些指令可延遲 發(fā)動機點火定時從而增加進入排氣催化劑(如催化轉(zhuǎn)化器)151的排氣 溫度。本發(fā)明某一實施例中次級輕餾分燃料的次級輕餾分組分質(zhì)量可 使得點火定時153延遲，從而增強催化預(yù)熱，在OBDS或其它普通系 統(tǒng)中沒有這方面的考慮。指令中還可包括以下指令在正常發(fā)動機預(yù) 熱操作時，用來選擇待噴注到發(fā)動機入口 113內(nèi)的初級燃料；與選擇 含有重餾分燃料的初級燃料相對應(yīng)，使點火定時提前從而增加發(fā)動機 轉(zhuǎn)矩。當初級燃料全部是本發(fā)明實施例所制重餾分燃料時，所進行的點火提前是OBDS或其它普通系統(tǒng)沒有考慮到的。
00065FFS系統(tǒng)的各種實施例解決了大量的OBDS及其它先前 設(shè)計中內(nèi)在的問題。比如說，F(xiàn)FS提供了對重餾分與輕餾分組分更有 效的分離，從而啟動燃料生產(chǎn)速度更快，而所需功率更低。同時，F(xiàn)FS 還從重餾分燃料流中進行了廢棄熱能回收。OBDS通常將熱底部流束 返回到主燃料箱，增加了燃料溫度以及碳氫化合物蒸發(fā)排放，而FFS 實施例則通過以下方法解決了這一 問題從底部流束中回收熱能用以 對進入的供給燃料進行預(yù)熱，從而所需消耗功率更小。另外，F(xiàn)FS并 不依靠發(fā)動機(冷卻器、排氣等)廢棄的熱能來驅(qū)動蒸餾進程。因此， 并不需要在FFS可操作之前對發(fā)動機進行加熱。還有，鑒于FFS的蒸 餾效率，相對OBDS及普通燃料系統(tǒng)來說，F(xiàn)FS的整體功率消耗更低， 比如說，由于效率增強，從而所需燃料流量更低。
00066在附圖與說明書中，已經(jīng)闡述了本發(fā)明典型的優(yōu)選實施 例，雖然使用了專業(yè)術(shù)語，但只是以通用化與形象化使用，并不因此 而作出限定，本發(fā)明范圍如后面的權(quán)利要求書所述。FFS實施例可能 對同質(zhì)電荷壓燃發(fā)動機(HCCI)及柴油機同樣有用。此外，本發(fā)明中 實施例可能需要一個分離式燃料箱(主燃料箱/重餾分燃料箱/輕餾分燃 料箱或主燃料箱/輕餾分燃料箱)，因為，相比OBDS或普通燃料系統(tǒng) 而言，啟動燃料更多地積聚在輕尾餾分內(nèi)，并需要加壓與/或冷凍儲存。 還有，在發(fā)動機消耗高揮發(fā)性起動燃料(蒸餾)即次級輕尾餾分燃料 或低揮發(fā)性高辛烷值重尾餾分燃料時，需要對發(fā)動機控制器燃料供給 規(guī)程重新校正以便根據(jù)瞬時負載條件進行補償。
權(quán)利要求
1. 一種燃料系統(tǒng)，用于具有燃料入口的發(fā)動機，它包括有主燃料箱(51)用以向發(fā)動機供應(yīng)初級燃料，該系統(tǒng)具有以下特征蒸餾塔組件(31)，其包括有蒸餾塔(33)用以把液體燃料蒸餾為易揮發(fā)輕餾分次級燃料，蒸餾塔(33)包括外殼(44)，其具有上端部(43)、下端部(45)和處于兩者之間的中間部(47)，燃料供給孔(49)，其貫穿外殼(41)的中間部(47)并用于接收來自主燃料箱(51)的供給燃料以供蒸餾，供給燃料包括輕餾分燃料和重餾分燃料組分，輕餾分輸出孔(53)，其貫穿外殼(41)的上端部(43)并用以輸出蒸餾后的輕餾分燃料組分，重餾分輸出孔(55)，其貫穿外殼(41)的下端部(45)并用以輸出重餾分燃料組分，蒸發(fā)模件(61)，其位于外殼(41)下端部(45)附近，用以使至少部分供給燃料蒸發(fā)，從而將供給燃料增強分離為輕餾分燃料組分與重餾分燃料組分，冷凝模件(63)，其位于外殼(41)的上端部(43)附近，用以對重餾分燃料組分進行冷凝，從而使得從輕餾分輸出孔(53)輸出的燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分，填充塔(65)，其包括三維多孔導(dǎo)熱材料塔體，位于外殼(41)內(nèi)蒸發(fā)模件(61)與冷凝模件(63)之間以增強燃料蒸餾；控制器(71)，其通過蒸發(fā)模件(61)對供給燃料蒸發(fā)進行控制，從而對供給燃料到輕餾分燃料組分與重餾分燃料組分的分離過程進行控制；其通過冷凝模件(63)對重餾分燃料組分冷凝進行控制，從而使得從輕餾分輸出孔(53)輸出的燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。
2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中從輕餾分燃料輸出孔(53)輸出 的燃料中約有80-100%的碳氫化合物，碳氫化合物中碳數(shù)目為六個或 更低，其平均沸點低于70。C。
3. 依據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，蒸餾塔(33)還具有以下特征 蒸發(fā)模件壓力傳感器(73)，用以檢測蒸發(fā)模件燃料壓力；蒸發(fā)模件溫度傳感器(75)，用以檢測蒸發(fā)模件燃料溫度； 冷凝模件壓力傳感器(77)，用以檢測冷凝模件燃料壓力； 冷凝模件溫度傳感器(79)，用以檢測冷凝模件溫度。
4. 依據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其中，控制器(71)根據(jù)蒸發(fā)模件燃料壓力與蒸發(fā)模件燃料溫度 來控制將要應(yīng)用于蒸發(fā)模件(61)上的能量的量；其中，控制器(71)根據(jù)冷凝模件燃料壓力與冷凝模件燃料溫度 來控制將要從冷凝模件(63)處提取的能量的量。
5. 依據(jù)權(quán)利要求l-4任一項所述系統(tǒng)，蒸餾塔(33)還具有以下特 征運用冷凝模件密度傳感器(81)對輕餾分燃料密度與/或比重進行 判定，從而對從輕餾分輸出孔(53)輸出的燃料的輕餾分燃料容積質(zhì) 量作出判定。
6. 依據(jù)權(quán)利要求5所述系統(tǒng)，其中，控制器(71)根據(jù)蒸發(fā)模件燃料壓力與蒸發(fā)模件燃料溫度 來控制將要應(yīng)用于蒸發(fā)模件(61)上的能量的量；其中，控制器(71)根據(jù)冷凝模件燃料壓力、冷凝模件燃料溫度 以及從輕餾分輸出孔(53)輸出的輕餾分燃料密度或比重來控制將要 從冷凝模件(63)處提取的能量的量。
7. 依據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，還具有以下特征 輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)，用以儲存由蒸餾塔組件(31)產(chǎn)出的輕餾分燃料；第一輕餾分燃料管線(93),其處于輕餾分輸出孔(53)與輕尾 餾分蒸餾箱(95)之間；輕餾分燃料高架冷凝器(91)，其與第一輕餾分燃料管線(93) 及輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)流體相通，從而在第一輕餾分燃料管 線(93)內(nèi)輕餾分燃料進入輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)之前對其進 行冷凝。
8. 依據(jù)權(quán)利要求7所述系統(tǒng)，還具有以下特征 第二輕餾分燃料管線(115)，其處于輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)與發(fā)動機燃料入口 (113)之間；專用燃料噴嘴(111)，其與第二輕餾分燃料管線(115)流體相 通，用以將輕餾分燃料噴注到發(fā)動機燃料入口 (113)中。
9. 依據(jù)權(quán)利要求7或8所述系統(tǒng)，還具有以下特征輕餾分燃料壓 氣機(91)與第一輕餾分燃料管線(93)及輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，) 流體相通，從而對第一輕餾分燃料管線(93)內(nèi)的輕餾分燃料進行壓 縮，以便將其儲存在輕尾餾分蒸餾箱(95, 95，)內(nèi)。
10. 依據(jù)權(quán)利要求l-4或6-8任一項所述系統(tǒng)，其中發(fā)動機燃料入口 (113)包括有燃料噴嘴(121)，該系統(tǒng)還具有以下特征供給燃料管線(122)，處于主燃料箱(51)與蒸餾塔(33)燃料 供給孔(49)之間；初級燃料管線(123 )，處于主燃料箱(51 )或燃料供給管線(122 ) 與燃料噴嘴U21)之間，用以將初級燃料噴注到發(fā)動機燃料入口 (113) 中；重餾分燃料管線(125 )，位于重餾分輸出孔(55 )與主燃料箱(51 ) 內(nèi)主燃料箱返回孔(127)之間，或者重餾分輸出孔(55)與重尾餾分 專用燃料箱隔間(97)之間，又或者重餾分輸出孔(55)與初級燃料 管線(129)上分接頭之間；輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)，用以儲存由蒸餾塔組件(31)產(chǎn) 生的輕餾分燃料；第一輕餾分燃料管線(93)，處于輕餾分輸出孔(53)與輕尾餾 分蒸餾箱(95， 95，)之間；第二輕餾分燃料管線(131)，處于輕尾餾分蒸餾箱(95， 95') 與用于將輕餾分燃料注入發(fā)動機燃料入口的燃料噴嘴(121)之間；燃料類型選擇閥(141),與次級輕餾分燃料管線(131)、初級 燃料管線(123)以及燃料噴嘴(121)流體連通，可根據(jù)命令信號在 次級輕餾分燃料管線(131)與初級燃料管線(123)之間進行選擇以 便使燃料與燃料噴嘴(121)連通；發(fā)動機控制器(143)，根據(jù)發(fā)動機起動命令或發(fā)動機熄火命令向 燃料類型選擇閥U44)提供命令信號，從而在次級輕餾分燃料管線 (131)與初級燃料管線(123)之間進行選擇，在啟動與預(yù)熱操作時 選擇次級輕餾分燃料管線(131)以便供應(yīng)輕餾分燃料，在正常預(yù)熱發(fā) 動機操作時選擇初級燃料管線(123)以便供應(yīng)供給燃料。
11. 依據(jù)權(quán)利要求10所述系統(tǒng)，其中發(fā)動機控制器(143)包括存 儲器(145)和儲置于存儲器(145)內(nèi)的程序產(chǎn)品(147),程序產(chǎn)品(147)內(nèi)含有指令，當執(zhí)行這些指令時，控制器(143)將提供信號 給燃料類型選擇閥(141)，與熄火命令相對應(yīng)，燃料類型選擇閥(141) 將選擇次級輕餾分燃料管線(131)以便清洗燃料噴嘴(121)處的供 給燃料，在下次啟動操作時，燃料類型選擇閥(141)將選擇燃料噴嘴(121)與燃料類型選擇閥(141)之間的燃料管線以便使輕餾分燃料 得到最大化應(yīng)用。
12. 依據(jù)權(quán)利要求l-4或6-8任一項所迷系統(tǒng)，還具有以下特征 換熱器(101),位于重餾分輸出孔(55)與主燃料箱(51)間的流道上，它還位于主燃料箱(51)與燃料供給孔(49)之間的液體流 道上，這樣從重餾分輸出孔(55)流向主燃料箱(51)的重餾分燃料 與從主燃料箱(51)和蒸餾塔(33)間流道流過的供給燃料之間的熱 量就得以交換，從而在重餾分燃料返回主燃料箱(51)之前可將其冷 卻，這種熱交換有助于減少與熱量預(yù)熱相關(guān)的蒸發(fā)排放并有助于對進 入蒸餾塔(33)的供給燃料進行預(yù)熱，從而降低了所需的蒸發(fā)能量； 換熱器(101)，位于重餾分輸出孔(55)與用來儲存蒸餾塔組件 (31)生成重餾分燃料的重尾餾分燃料箱隔間(97)之間的液體流道 上，它還位于主燃料箱(51)與燃料供給孔(49)之間的液體流道上， 這樣從重餾分輸出孔(55)流向重尾餾分燃料箱(97)的重餾分燃料 與從主燃料箱(51)和蒸餾塔(33)間流道流過的供給燃料之間的熱 量就得以交換，從而在重餾分燃料傳送到重尾餾分燃料箱(97)之前 可將其冷卻，這種熱交換有助于減少與燃料預(yù)熱相關(guān)的蒸發(fā)排放并有 助于對進入蒸餾塔(33)的供給燃料進行預(yù)熱，從而降低了所需的蒸 發(fā)能量；換熱器(101),位于重餾分輸出孔(55)與發(fā)動機入口之間的液 體流道上，它還位于主燃料箱(51)與燃料供給孔(49)之間的液體 流道上，這樣從重餾分輸出孔(55)流向發(fā)動機入口 (113)的重餾分 燃料與從主燃料箱(51)和蒸餾塔(33)間流道流過的供給燃料之間 的熱量就得以交換，從而對進入蒸餾塔(33)的供給燃料進行預(yù)熱， 并因而降低了蒸發(fā)能量需求。
13. 依據(jù)權(quán)利要求l-4或6-8任一項所述系統(tǒng)，其中發(fā)動機包括具有 可變點火定時的發(fā)動機點火組件，還包括含有排氣催化轉(zhuǎn)化器(153) 的排氣組件，該系統(tǒng)還包括以下特征發(fā)動機控制器U43)包括有存儲器(145)，內(nèi)含有指令的程序產(chǎn)品(147)放置于存儲器(145)內(nèi)， 根據(jù)這些指令可進行如下操作在啟動與預(yù)熱操作時選擇將被注入發(fā)動機燃料入口 (113)的次級 輕餾分燃料；與選擇次級輕餾分燃料相對應(yīng)，使發(fā)動機點火定時延遲以增高進 入排氣催化轉(zhuǎn)化器(153)的排氣溫度，從而加強催化預(yù)熱；在正常操作時，選擇將被注入發(fā)動機燃料入口 (113)的初級燃料； 與選擇被重餾分燃料強化后的初級燃料相對應(yīng)，使點火定時提前， 從而增加發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。
14. 一種燃料分餾系統(tǒng)，用于具有燃料入口的發(fā)動機，其具有以下 特征蒸餾塔組件(31)，其包括有蒸餾塔(33)用以把液體燃料蒸餾 為易揮發(fā)輕餾分次級燃料，蒸餾塔(33)包括外殼(41),其具有上端部(43)、下端部(45)和處于兩者之 間的中間部(47)，燃料供給孔(49)，其貫穿外殼(41)的中間部(47)并用于接 收來自主燃料箱(51)的供給燃料以供蒸餾，供給燃料包括輕餾分燃 料和重餾分燃料組分，輕餾分輸出孔(53)，其貫穿外殼(41)的上端部(43)并用以 輸出蒸餾后的輕餾分燃料組分，重餾分輸出孔(55),其貫穿外殼(41)的下端部(45)并用以 輸出重餾分燃料組分，蒸發(fā)模件(61)，其位于外殼(41)下端部(45)附近，用以使 至少部分供給燃料蒸發(fā)，從而將供給燃料分離為輕餾分燃料組分與重 餾分燃料組分，冷凝模件(63)，其位于外殼(41)的上端部(43)附近，用以 對重餾分燃料組分進行冷凝，從而使得從輕餾分輸出孔(53)輸出的 燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。
15. 依據(jù)權(quán)利要求14所述系統(tǒng)，其中，蒸餾塔(33)還包括填充塔(65)，填充塔(65)具有三 維多孔導(dǎo)熱材料塔體，位于外殼(41)內(nèi)蒸發(fā)模件(")與冷凝模件 (63)之間以增強燃料蒸餾；其中，從輕餾分燃料孔(53)輸出的燃料組分中約有80-100%的 碳氫化合物，碳氫化合物中碳數(shù)目為六個或更低。
16. 依據(jù)權(quán)利要求15所述系統(tǒng)，其中從輕餾分燃料孔(53)流出的燃料的沸點低于70。C,而且從 輕餾分燃料孔(53)流出的燃料的主要組分為異戊烷；其中，該系統(tǒng)還具有以下特征控制器(71),其通過蒸發(fā)模件 (61)對供給燃料蒸發(fā)進行控制，從而對供給燃料到輕餾分燃料組分 與重餾分燃料組分的分離過程進行控制；其通過冷凝模件(63)對重 餾分燃料組分冷凝進行控制，從而使得從輕餾分輸出孔(53)輸出的 燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。
17. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，其中蒸餾塔(33)還包 括蒸發(fā)模件壓力傳感器(73)，用以檢測蒸發(fā)模件燃料壓力； 蒸發(fā)模件溫度傳感器(75),用以檢測蒸發(fā)模件燃料溫度； 冷凝模件壓力傳感器(77)，用以檢測冷凝模件燃料壓力； 冷凝模件溫度傳感器(79)，用以檢測冷凝模件溫度。
18. 依據(jù)權(quán)利要求17所述系統(tǒng)，還具有以下特征控制器(71)通 過蒸發(fā)模件(61)控制供給燃料的蒸發(fā)，從而將供給燃料分離為輕餾 分組分與重餾分組分；并通過冷凝模件(63)控制重餾分燃料組分的 冷凝，從而從輕餾分輸出孔(53)流出的燃料在容積上基本上是輕餾 分燃料組分，控制器(71)包括存儲器(83)和程序產(chǎn)品(85)，程 序產(chǎn)品(85)儲置在存儲器(83)內(nèi)并且內(nèi)含指令，當執(zhí)行這些指令 時，控制器(71)可進行以下操作接收表示蒸發(fā)模件燃料壓力與蒸發(fā)模件燃料溫度的信號；根據(jù)蒸發(fā)模件燃料壓力與蒸發(fā)模件燃料溫度來控制將要應(yīng)用于蒸發(fā)模件(61)上的能量的量；接受表示冷凝模件燃料壓力與冷凝模件燃料溫度的信號； 根據(jù)冷凝模件燃料壓力與冷凝模件燃料溫度來控制將要從冷凝模件(63)處提取的能量的量。
19. 依據(jù)權(quán)利要求17所述系統(tǒng)，其中，蒸餾塔(33)還包括冷凝模件密度傳感器(81)用以對輕 餾分燃料密度與/或比重進行判定，從而對從輕餾分輸出孔(53)輸出的燃料的輕餾分燃料容積質(zhì)量作出判定；其中，控制器(71)根據(jù)蒸發(fā)模件燃料壓力與蒸發(fā)模件燃料溫度 來控制將要應(yīng)用于蒸發(fā)模件(61)上的能量的量；其中，控制器(71)根據(jù)冷凝模件燃料壓力、冷凝模件燃料溫度 以及從輕餾分輸出孔(53)輸出的輕餾分燃料密度或比重來控制將要 從冷凝模件(63)處提取的能量的量。
20. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，還具有以下特征 輕尾餾分蒸餾箱(95, 95，)，用以儲存由蒸餾塔組件(31)產(chǎn)出的輕餾分燃料；第一輕餾分燃料管線(93)，其處于輕餾分輸出孔(53)與輕尾 餾分蒸餾箱(95， 95，)之間；輕餾分燃料高架冷凝器(91)，其與第一輕餾分燃料管線(93) 及輕尾餾分蒸條箱(95， 95，)流體相通，從而在第一輕餾分燃料管 線(93)內(nèi)輕餾分燃料進入輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)之前對其進 行冷凝。
21. 依據(jù)權(quán)利要求20所述系統(tǒng)，還具有以下特征輕餾分燃料壓氣 機(91)與第一輕餾分燃料管線(93)及輕尾餾分蒸餾箱(95， 95') 流體相通，從而對第一輕餾分燃料管線內(nèi)的輕餾分燃料進行壓縮，以 便將其儲存在輕尾餾分蒸餾箱(95， 95')內(nèi)。
22. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，還具有以下特征 輕尾餾分蒸餾箱(95, 95，)，用以儲存由蒸餾塔組件(31)產(chǎn)出的輕餾分燃料；輕餾分燃料管線(115)，其處于輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)與 發(fā)動機燃料入口 (113)之間；專用燃料噴嘴(111)，其與輕餾分燃料管線(II5)流體相通， 用以將輕餾分燃料噴注到發(fā)動機燃料入口 (113)中。
23. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，其中發(fā)動機燃料入口 (113)包括有燃料噴嘴(121)，該系統(tǒng)還具有以下特征供給燃料管線(122)，處于主燃料箱(51)與蒸餾塔(33)燃料 供給孔(49)之間；初級燃料管線(123 ),處于主燃料箱(51 )或燃料供給管線(122 ) 與燃料噴嘴(121)之間，用以將初級燃料噴注到發(fā)動機燃料入口 (II3)中；重餾分燃料管線(125)，位于重餾分輸出孔(55)與重尾餾分專 用燃料箱隔間(97)之間，或者重餾分輸出孔(55)與初級燃料管線 上分接頭(129)之間。
24. 依據(jù)權(quán)利要求23所述系統(tǒng)，還具有以下特征 輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，)，用以儲存由蒸餾塔組件(31)產(chǎn)出的輕餾分燃料；第一輕餾分燃料管線(93)，處于輕餾分輸出孔(53)與輕尾餾 分蒸餾箱(95， 95，)之間；第二輕餾分燃料管線(131)，處于輕尾餾分蒸餾箱(95， 95，) 與用于將輕餾分燃料注入發(fā)動機燃料入口 (113)的燃料噴嘴(121) 之間；燃料類型選擇閥(141)，與次級輕餾分燃料管線(131)、初級 燃料管線(123)以及燃料噴嘴(121)流體連通，可根據(jù)命令信號在 次級輕餾分燃料管線(131)與初級燃料管線(123)之間進行選擇以 便使燃料與燃料噴嘴(121)連通。
25. 依據(jù)權(quán)利要求24所述系統(tǒng)，還具有以下特征發(fā)動機控制器(143) 根據(jù)發(fā)動機起動命令或發(fā)動機熄火命令向燃料類型選擇閥(144) 提供命令信號，從而在次級輕餾分燃料管線(1M)與初級燃 料管線(123)之間進行選擇，在啟動與預(yù)熱操作時選擇次級輕餾分燃 料管線(131)以便供應(yīng)輕餾分燃料，在正常預(yù)熱發(fā)動機操作時選擇初 級燃料管線(123)以便供應(yīng)供給燃料。
26. 依據(jù)權(quán)利要求25所述系統(tǒng)，其中發(fā)動機控制器(143)包括存 儲器(145)和儲置于存儲器(145)內(nèi)的程序產(chǎn)品(147),程序產(chǎn)品(147)內(nèi)含有指令，當執(zhí)行這些指令時，與熄火命令相對應(yīng)，發(fā)動機 控制器(143)將選擇次級輕餾分燃料管線(131)以便清洗燃料噴嘴(121)處的供給燃料，在下次啟動操作時，發(fā)動機控制器(143)將 選擇燃料噴嘴(121)與燃料類型選擇閥(141)之間的燃料管線以便 使輕餾分燃料得到最大化應(yīng)用。
27. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，還具有以下特征換熱 器(101)位于重餾分輸出孔(55)與主燃料箱(51)間的流道上，它 還位于主燃料箱(51)與燃料供給孔(49)之間的液體流道上，這樣從重餾分輸出孔(55)流向主燃料箱(51)的重餾分燃料與從主燃料 箱(51)和蒸餾塔(33)間流道流過的供給燃料之間的熱量就得以交 換，從而在重餾分燃料返回主燃料箱(51)之前可將其冷卻。這種熱 交換有助于減少與熱量預(yù)熱相關(guān)的蒸發(fā)排放并有助于對進入蒸餾塔 (33)的供給燃料進行預(yù)熱，從而降低了所需的蒸發(fā)能量。
28. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，還具有以下特征 重尾餾分蒸餾隔間(97)，用以儲存由蒸餾塔組件(31)產(chǎn)生的重餾分燃料；換熱器(101),位于重餾分輸出孔(55)與用來儲存蒸餾塔組件 (31)生成重餾分燃料的重尾餾分燃料箱隔間(97)之間的液體流道 上，它還位于主燃料箱(51)與燃料供給孔(49)之間的液體流道上， 這樣從重餾分輸出孔(55)流向重尾餾分燃料隔間(97)的重餾分燃 料與從主燃料箱(51)和蒸餾塔(33)間流道流過的供給燃料之間的 熱量就得以交換，從而在重餾分燃料傳送到重尾餾分燃料隔間(97) 之前可將其冷卻。這種熱交換有助于減少與燃料預(yù)熱相關(guān)的蒸發(fā)排放 并有助于對進入蒸餾塔(33)的供給燃料進行預(yù)熱，從而降低了所需 的蒸發(fā)能量。
29. 依據(jù)權(quán)利要求14-16任一項所述系統(tǒng)，還具有以下特征換熱 器(101)位于重餾分輸出孔(55)與發(fā)動機入口之間的液體流道上， 它還位于主燃料箱(51)與燃料供給孔(49)之間的液體流道上，這 樣從重餾分輸出孔(55)流向發(fā)動機入口的重餾分燃料與從主燃料箱(51)和蒸餾塔(33)間流道流過的供給燃料之間的熱量就得以交換， 從而對進入蒸餾塔(33)的供給燃料進行預(yù)熱，并因而降低了蒸發(fā)能 量需求。
30. —種燃料分餾方法，其特征在于以下步驟 提供分餾塔組件(31)，該分餾塔組件(31)包括用來將液態(tài)燃料分餾為易揮發(fā)輕餾分次級燃料的分餾塔(33)，分餾塔(33)包括 輕餾分輸出孔(53)和重餾分輸出孔(55)，輕餾分輸出孔(53)貫 穿分餾塔(33)的上端部(43)，用于輸出蒸餾后的輕餾分燃料，重 餾分輸出孔(55)貫穿蒸餾塔(33)的下端部(45)，用于輸出重餾 分燃料；將供給燃料輸送到蒸餾塔(33)，燃料包括輕餾分燃料和重餾分燃料組分；對至少一部分分餾塔(33)內(nèi)的供給燃料進行蒸發(fā)，從而增強供 給燃料到輕餾分燃料組分與重餾分燃料組分的分離；在蒸發(fā)后的燃料流出輕餾分輸出孔(53)之前由冷凝模件(63) 對部分蒸發(fā)后的燃料進行冷凝，從而對重餾分燃料組分進行了冷凝， 這樣從輕餾分輸出孔(53)流出的蒸發(fā)后燃料在容積上基本上是輕餾 分燃料組分。
31.依據(jù)權(quán)利要求30所述方法，還具有以下特征包括在送入蒸餾 塔內(nèi)(33)的供給燃料與流出蒸餾塔(33)的重餾分燃料之間進行熱 交換的步驟。
全文摘要
提供了一種用于生成并儲存內(nèi)燃機用燃料的燃料分餾系統(tǒng)(FFS)及相關(guān)方法。FFS提供了蒸餾塔組件(31)，蒸餾塔組件(31)包括有蒸餾塔(33)用以把液體燃料蒸餾為易揮發(fā)輕餾分次級燃料。蒸餾塔(33)包括蒸發(fā)模件(61)和冷凝模件(63)，蒸發(fā)模件(61)用來對蒸餾塔內(nèi)的供給燃料進行蒸發(fā)，冷凝模件(63)用來對蒸發(fā)后的供給燃料的重餾分組分進行冷凝。FFS還提供了控制器(71)，對蒸餾塔(33)內(nèi)的燃料蒸發(fā)進行控制，從而對供給燃料到輕餾分燃料組分與重餾分燃料組分的分離過程進行控制，控制器(71)對重餾分燃料組分冷凝進行控制，從而使得從蒸餾塔(33)內(nèi)輕餾分輸出孔(53)輸出的燃料在容積上基本上是輕餾分燃料組分。
文檔編號F02B51/00GK101421496SQ200780013696
公開日2009年4月29日 申請日期2007年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者M·D·維爾斯特, M·阿什富德, R·馬修斯 申請人:得克薩斯系統(tǒng)大學(xué)評議會