相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用根據(jù)美國專利法第35條119(e)款，本申請(qǐng)要求2011年4月11日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/474,240號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容全部結(jié)合于此以供參考。
技術(shù)領(lǐng)域：
：本公開涉及內(nèi)燃機(jī)的領(lǐng)域，包括用于機(jī)動(dòng)車輛、鐵路、船舶、飛機(jī)或發(fā)電的發(fā)動(dòng)機(jī)。本公開涉及比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更有效地運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。在典型地依靠汽油(汽油)、乙醇或天然氣運(yùn)行的火花點(diǎn)火(SI)發(fā)動(dòng)機(jī)中，或壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(典型地，是柴油機(jī))上，可使用這里闡述的原理。
背景技術(shù)：
：：發(fā)動(dòng)機(jī)文獻(xiàn)描述了許多影響發(fā)動(dòng)機(jī)效率的因素?？蓪⑦@些因素分成基于熱力學(xué)第二定律的理論限制，即，決定卡諾循環(huán)(Carnotcycle)中的效率的溫度差(梯度)，以及作為奧托循環(huán)(Ottocycle)效率中最相關(guān)變量的壓縮比。其他因素也很重要，包括機(jī)械因素(例如摩擦)以及化學(xué)因素(例如燃料特性)。燃料特性取決于燃料的化學(xué)組成、化學(xué)計(jì)量、液體燃料的蒸發(fā)，以及其他因素(包括燃燒溫度、點(diǎn)火能量和點(diǎn)火延遲、火焰?zhèn)鞑ニ俣?，以及燃燒的完全?。內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)，可用熱力學(xué)定律在理想范圍內(nèi)描述其行為。可用熱力學(xué)第一定律將任何熱驅(qū)動(dòng)過程的功和熱能描述為：Qin＝Wout+Qout其中，Qin是進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的熱能，并且機(jī)械能或者功是Wout。循環(huán)熱機(jī)，甚至在理想范圍內(nèi)，都無法將凈熱量輸入完全轉(zhuǎn)換為功輸出，因此，必須將一些輸入熱能不得不作為廢熱Qout分散到環(huán)境中。將循環(huán)熱機(jī)的熱效率定義為：ηth＝Wout/Qtn＝1-Qout/Qin其中，ηth是無量綱的效率因素。這是使用熱能的裝置(例如內(nèi)燃機(jī))的性能指標(biāo)。用卡諾定理給出任何熱機(jī)的理論最大效率，其假設(shè)任何熱機(jī)的理論最大效率取決于理想熱力可逆發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱溫儲(chǔ)存器和冷溫儲(chǔ)存器之間的差異。將卡諾發(fā)動(dòng)機(jī)中的此最大效率定義為：ηth≤1-TC/TH其中，TC是冷儲(chǔ)存器的絕對(duì)溫度，TH是熱儲(chǔ)存器的絕對(duì)溫度。因此，卡諾發(fā)動(dòng)機(jī)中的效率是熱儲(chǔ)存器和冷儲(chǔ)存器之間的溫度梯度的因素。奧托循環(huán)是將火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率與壓縮比相關(guān)聯(lián)的另一理想熱力學(xué)循環(huán)。奧托循環(huán)的幾何學(xué)使用兩個(gè)絕熱和兩個(gè)恒容過程?？蓪⒉捎美硐霘怏w定律行為的奧托循環(huán)效率表達(dá)為：ηth＝1-1/rγ-1其中，r是體積壓縮比，γ＝CP/CV，是恒壓下的熱容量(CP)與恒容下的熱容量(CV)的比熱比。柴油機(jī)的類似公式將壓縮比(及燃燒膨脹比)與(壓縮點(diǎn)火)柴油機(jī)中的效率相關(guān)聯(lián)。該比熱比還叫做“等熵膨脹因素”?？諝?燃料混合物的比熱比γ隨著溫度和燃料蒸汽的熱容量而變化，但是，通常接近于1.4的空氣值。當(dāng)使用此標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，該循環(huán)叫做“空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)”。因?yàn)棣每偸谴笥?，所以，奧托循環(huán)中的發(fā)動(dòng)機(jī)效率與壓縮比直接相關(guān)。因此，在所有其他因素相等的情況下，高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)將比更低壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)更有效地運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)中的溫度控制也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)效率的重要因素。卡諾循環(huán)表明，在點(diǎn)火之后汽缸中的活塞的上死點(diǎn)(TDC)處的溫度(即，發(fā)動(dòng)機(jī)中的最高溫度)越高，溫差將越大，這導(dǎo)致更大的效率。然而，實(shí)際上的低效包括，缺少燃料與空氣的完全混合、燃燒速度、以及有效點(diǎn)火所需的空氣/燃料比。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)以接近化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比運(yùn)行。這些條件下的燃燒會(huì)產(chǎn)生無法轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的多余熱量。必須用散熱器或通過排氣裝置排出此多余熱量。所產(chǎn)生的高燃燒溫度還會(huì)產(chǎn)生不希望有的NOx排放物?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中的溫度控制通常通過冷卻套管來實(shí)現(xiàn)，所述冷卻套管環(huán)繞發(fā)動(dòng)機(jī)，將熱量傳遞至熱交換器(散熱器)，所述熱交換器將多余熱量排出至環(huán)境中并將發(fā)動(dòng)機(jī)保持在工作溫度范圍內(nèi)。以這種方式使用傳統(tǒng)的散熱器在這里叫做外部冷卻。大多數(shù)現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)是使用水或一些其他冷卻液的液體(或水)冷卻的(外部冷卻)，冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)，并通過熱交換器?；蛘?，一些發(fā)動(dòng)機(jī)的特征是“空氣冷卻的”，典型地，因?yàn)槠錄]有散熱器。替代地，大多數(shù)空氣冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)具有與發(fā)動(dòng)機(jī)本體或汽缸制成一體的輔助散熱片，以對(duì)流并輻射熱量，使其離開發(fā)動(dòng)機(jī)。即使在最有效的液體或空氣冷卻的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中，使熱量流過冷卻系統(tǒng)的需求需要會(huì)明顯地減小發(fā)動(dòng)機(jī)效率。發(fā)動(dòng)機(jī)熱量的大約40％消散在散熱器或散熱片中，這是損失的能量，其一部分理論上仍可用作機(jī)械能。因此，減小此熱損耗，并將多余熱量轉(zhuǎn)換成有用的機(jī)械能，是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的未能解決的需求。傳統(tǒng)的汽車在將汽油中的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)的效率僅是大約20％。燃料中的能量的其余大約80％通過冷卻系統(tǒng)和熱交換器(散熱器)作為廢熱損失至環(huán)境。因此，如果能大幅度減小通過散熱器(或以其他方式消散至環(huán)境)的熱損耗，那么，可大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。控制發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的需求會(huì)限制使用燃料(例如汽油或天然氣)的發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮比，該發(fā)動(dòng)機(jī)爆震是由于來自火花塞點(diǎn)火的理想點(diǎn)火之前的燃料的預(yù)先(自動(dòng))點(diǎn)火所導(dǎo)致。在預(yù)點(diǎn)火過程中，由于壓縮過程中在汽缸中產(chǎn)生的高溫，燃料以不可控的方式在壓縮沖程的過程中點(diǎn)火。這種預(yù)點(diǎn)火會(huì)浪費(fèi)能量，并且，如果不可控，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通常限制于大約10:1的有效壓縮比，對(duì)于更昂貴的高辛烷燃料，可能高達(dá)12:1。影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的另一因素是空氣(氧氣)與燃料比。在燃料中，化學(xué)計(jì)量空氣(stoichiometricair)給燃料中的每摩爾的碳提供1摩爾的分子氧(molecularoxygen)，并給每摩爾的氫提供0.5摩爾的分子氧。對(duì)于真正的化學(xué)計(jì)量氧來說，空氣的量取決于燃料的精確的化學(xué)組成，但是對(duì)于汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來說，大約是14.7:1重量/重量(w/w)(即，1g燃料比14.7g空氣)。典型地，發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)和高負(fù)載操作過程中運(yùn)行良好，但是，當(dāng)運(yùn)行良好時(shí)，將存在未燃燒的燃料，從而存在廢能量和額外的空氣污染。通常，發(fā)動(dòng)機(jī)在大約化學(xué)計(jì)量混合物時(shí)運(yùn)行最有效，但是，對(duì)于大于化學(xué)計(jì)量氧的貧(稀薄)條件下的有效的發(fā)動(dòng)機(jī)操作來說，存在理論基礎(chǔ)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在一個(gè)方面中，提供了一種與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，以升高的壓縮比操作火花或壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法，在壓縮和做功沖程的過程中，使用稀空燃比(leanairfuelratio，貧空燃比)和液態(tài)水注射來控制汽缸內(nèi)的溫度。根據(jù)奧托或壓縮點(diǎn)火(柴油機(jī))理想內(nèi)燃機(jī)循環(huán)，越高的壓縮比允許越高的熱效率，并且還允許越稀薄的燃料混合物的可靠點(diǎn)火。液態(tài)水注射通過減小壓力來減小壓縮過程中的功，控制爆震并提供溫度控制。液態(tài)水注射還減小了對(duì)外部冷卻的需求，導(dǎo)致對(duì)散熱器的更小的熱損耗，從而得到更高的效率。與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，液態(tài)水注射和其他熱管理特征(包括使用非常稀的空氣/燃料混合物)的組合可全部消除或大幅度減小對(duì)散熱器的需求(即，可使用更小的散熱器)，并且，對(duì)環(huán)境具有基本上更小的熱損耗。因此，與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這里描述的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高得多的熱效率，以及更低的排放。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種使用碳?xì)淙剂系膬?nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)汽缸和在汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，至少一個(gè)對(duì)該至少一個(gè)汽缸中提供空氣的進(jìn)氣閥，至少一個(gè)排氣閥，以及具有對(duì)該至少一個(gè)汽缸中提供燃料的燃料注射器的燃料處理系統(tǒng)，包括與液態(tài)水源接合的水注射器，其用于在活塞的壓縮沖程的過程中，在TDC之前從大約180°到大約30°的任何時(shí)候(通過直接注射)將液態(tài)水注入汽缸中，其中，所注入的液態(tài)水的量大于汽缸中的環(huán)境空氣中的水蒸汽的飽和點(diǎn)時(shí)的水的量?；蛘?，發(fā)動(dòng)機(jī)可能設(shè)置有與水注射器或燃料注射器或二者流體連通的進(jìn)口歧管，使得，將水或燃料或二者通過端口注射到進(jìn)口歧管中，而不是直接注射到汽缸中。在此端口注射實(shí)施方式中，將控制水注射器，以在循環(huán)中稍微更早的時(shí)間注射液態(tài)水，典型地，當(dāng)進(jìn)氣閥仍打開時(shí)，在TDC之前的從大約300°到大約180°。發(fā)動(dòng)機(jī)的提供給該至少一個(gè)汽缸的空燃比大于化學(xué)計(jì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于13:1的有效壓縮比。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于15:1的有效壓縮比。在一個(gè)實(shí)施方式中，壓縮比可高達(dá)20:1，或更高。例如，在典型地通過汽油(汽油)乙醇或天然氣運(yùn)行的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮比的范圍從大約13:1到大約25:1，在另一實(shí)施方式中，從大約13:1到大約20:1。在其他實(shí)施方式中，其是，大約16:1，或大約17:1，或大約18:1，或大約19:1，或大約20:1，或大約21:1，或大約22:1，或大約23:1，或大約24:1，或大約25:1。在柴油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，在一個(gè)實(shí)施方式中，壓縮比可能更低，例如，從大約12:1或大約13:1開始，包括所有上述范圍和值，但是，另外，在其他實(shí)施方式中，其更高，例如，其范圍可能一直到大約35:1或更高，例如，大約25:1，或大約26:1，或大約27:1，或大約28:1，或大約29:1，或大約30:1，或大約31:1，或大約32:1，或大約33:1，或大約34:1，或大約35:1。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)將液態(tài)水直接注入汽缸中時(shí)，在活塞的壓縮沖程的過程中，使注射的時(shí)間出現(xiàn)在TDC之前的從大約180°到大約30°的時(shí)候。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)包括用于直接注入汽缸中的水注射器，在另一實(shí)施方式中，包括用于通過端口注入汽缸中的水注射器，而在又一實(shí)施方式中，包括兩個(gè)水注射器，一個(gè)直接注入汽缸，另一個(gè)通過端口注入。應(yīng)理解，在活塞的壓縮沖程的過程中，直接水注射可出現(xiàn)在TDC之前的從大約180°到大約30°的循環(huán)的過程中的任何時(shí)候。此外，水注射可能在活塞的壓縮沖程中的相同或不同的位置處，從壓縮沖程的一個(gè)循環(huán)到另一個(gè)循環(huán)。例如，在一個(gè)沖程中，其可能處于TDC之前的大約60°的位置，在另一循環(huán)中，處于TDC之前的大約90°的位置，控制定時(shí)和量，如下所述。在一個(gè)實(shí)施方式中，水注射的范圍可能從TDC之前的大約90°到大約60°，例如，當(dāng)將水直接注入汽缸中時(shí)。當(dāng)通過端口注射液態(tài)水時(shí)，以上描述也可適用。然而，在通過端口注射的實(shí)施方式中，可將液態(tài)水通過端口以TDC之前的30°到180°之外的值注入，例如，在TDC之前的大約300°到大約180°。此外，在一個(gè)實(shí)施方式中，注入內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中的液態(tài)水的量的范圍是，大約是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05倍到大約10倍?；蛘?，在另一實(shí)施方式中，注入內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中的液態(tài)水的量是在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注入的燃料的量的大約20％到大約800％w/w。在一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)行控制，以使得壓縮比越高，此％差異越大。所進(jìn)行的控制將壓縮端溫度保持在特定值。當(dāng)不測(cè)量汽缸內(nèi)溫度時(shí)，可能通過環(huán)境壓力、溫度、濕度，以及與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)RPM(轉(zhuǎn)每分)相關(guān)的汽缸內(nèi)壓力，來進(jìn)行控制。根據(jù)另一方面，提供了一種操作使用碳?xì)淙剂系膬?nèi)燃機(jī)的方法，內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)汽缸和汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，至少一個(gè)對(duì)該至少一個(gè)汽缸中提供空氣的進(jìn)氣閥，至少一個(gè)排氣閥，以及具有對(duì)該至少一個(gè)汽缸中提供燃料的燃料注射器的燃料處理系統(tǒng)。該方法包括：在壓縮過程中，在活塞的TDC之前的從大約180°到大約30°的任何時(shí)候，將液態(tài)水注入汽缸中，其中，所注入的液態(tài)水的量大于汽缸中的環(huán)境空氣中的水蒸汽的飽和點(diǎn)時(shí)的水的量；其中，提供給該至少一個(gè)汽缸的空燃比大于化學(xué)計(jì)量；并且，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)在大于13:1的有效壓縮比下操作。除了此實(shí)施方式以外，該方法包括，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注入一定量的液態(tài)水，其是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管處25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05到大約10倍。除了此實(shí)施方式以外，該方法包括，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注入一定量的液態(tài)水，其是內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中的燃料的量的大約20％到大約800％w/w。如這里描述的，在一個(gè)實(shí)施方式中，在TDC之前的從大約180°到大約30°的任何時(shí)候，將液態(tài)水注入汽缸中。在另一實(shí)施方式中，在TDC之前的從大約45°到大約120°的任何時(shí)候，注入水，在另一實(shí)施方式中，在TDC之前的從大約60°到大約90°。應(yīng)理解，考慮TDC之前的從大約180°到大約30°的任何值或范圍，例如，TDC之前的180°，179°，178°，177°，176°，175°，174°，173°，172°，171°，170°，169°，168°，167°，166°，165°，164°，163°，162°，161°，160°，159°，158°，157°，156°，155°，154°，153°，152°，151°，150°，149°，148°，147°，146°，145°，144°，143°，142°，141°，140°，139°，138°，137°，136°，135°，134°，133°，132°，131°，130°，129°，128°，127°，126°，125°，124°，123°，122°，121°，120°，119°，118°，117°，116°，115°，114°，113°，112°，111°，110°，109°，108°，107°，106°，105°，104°，103°，102°，101°，100°，99°，98°，97°，96°，95°，94°，93°，92°，91°，90°，89°，88°，87°，86°，85°，84°，83°，82°，81°，80°，79°，78°，77°，76°，75°，74°，73°，72°，71°，70°，69°，68°，67°，66°，65°，64°，63°，62°，61°，60°，59°，58°，57°，56°，55°，54°，53°，52°，51°，50°，49°，48°，47°，46°，45°，44°，43°，42°，41°，40°，39°，38°，37°，36°，35°，34°，33°，32°，31°，30°。如果通過端口注入水，那么，注射可能出現(xiàn)在TDC之前的從大約300°到大約180°的時(shí)候，應(yīng)理解，考慮TDC之前的從大約180°到大約300°的任何值或范圍，例如，TDC之前的300°，299°，298°，297°，296°，295°，294°，293°，292°，291°，290°，289°，288°，287°，286°，285°，284°，283°，282°，281°，280°，279°，278°，277°，276°，275°，274°，273°，272°，271°，270°，269°，268°，267°，266°，265°，264°，263°，262°，261°，260°，259°，258°，257°，256°，255°，254°，253°，252°，251°，250°，249°，248°，247°，246°，245°，244°，243°，242°，241°，240°，239°，238°，237°，236°，235°，234°，233°，232°，231°，230°，229°，228°，227°，226°，225°，224°，223°，222°，221°，220°，219°，218°，217°，216°，215°，214°，213°，212°，211°，210°，209°，208°，207°，206°，205°，204°，203°，202°，201°，200°，199°，198°，197°，196°，195°，194°，193°，192°，191°，190°，189°，188°，187°，186°，185°，184°，183°，182°，181°，180°。如上面定義的，在一個(gè)實(shí)施方式中，所注射的液態(tài)水的量的范圍是，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05倍到大約10倍。因此，例如，在各種實(shí)施方式中，所注射的水的量可能是上述范圍中的任何值，或者，范圍可能是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05到大約10倍，例如，是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的1.25，1.50，1.75，2.00，2.25，2.50，2.75，3.00，3.25，3.50，3.75，4.00，4.25，4.50，4.75，5.00，5.25，5.50，5.75，6.00，6.25，6.50，6.75，7.00，7.25，7.50，7.75，8.00，8.25，8.50，8.75，9.00，9.25，9.50，9.75或10.00倍。在替代實(shí)施方式中，所注射的水的量的范圍是燃料的從大約20％到大約800％w/w。可使用從大約20％到大約800％w/w的任何范圍或值，例如，25％，30％，35％，40％，45％，50％，55％，60％，65％，70％，75％，80％，85％，90％，95％，100％，105％，110％，115％，120％，125％，130％，135％，140％，145％，150％，155％，160％，165％，170％，175％，180％，185％，190％，195％，200％，205％，210％，215％，220％，225％，230％，235％，240％，245％，250％，255％，260％，265％，270％，275％，280％，285％，290％，295％，300％，305％，310％，315％，320％，325％，330％，335％，340％，345％，350％，355％，360％，365％，370％，375％，380％，385％，390％，395％，400％，405％，410％，415％，420％，425％，430％，435％，440％，445％，450％，455％，460％，465％，470％，475％，480％，485％，490％，495％，500％，505％，510％，515％，520％，525％，530％，535％，540％，545％，550％，555％，560％，565％，570％，575％，580％，585％，590％，595％，600％，605％，610％，615％，620％，625％，630％，635％，640％，645％，650％，655％，660％，665％，670％，675％，680％，685％，690％，695％，700％，705％，710％，715％，720％，725％，730％，735％，740％，745％，750％，755％，760％，765％，770％，775％，780％，785％，790％，795％或800％。在另一實(shí)施方式中，所注射的水的量的范圍是，在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中注射的燃料的量的從大約40％到大約400％(w/w)。在另一實(shí)施方式中，所注射的水的量的范圍是，在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中注射的燃料的量的從大約50％到大約300％(w/w)。在又一實(shí)施方式中，量的范圍是，在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中注射的燃料的量的從大約60％到大約200％(w/w)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種使用碳?xì)淙剂系膬?nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括：至少一個(gè)汽缸及在所述汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、具有至少一個(gè)進(jìn)氣閥的進(jìn)口歧管、與排放歧管流體連通的至少一個(gè)排放閥、以及具有至少一個(gè)燃料注射器的燃料處理系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機(jī)包括：水注射器，與水源接合，用于在壓縮沖程期間在所述活塞的TDC之前從大約300°到大約180°在任何時(shí)候?qū)㈩A(yù)定量的液態(tài)水注射到所述進(jìn)口歧管的端口中，其中，所注射的水的量大于所述汽缸中的環(huán)境空氣中的水蒸汽飽和點(diǎn)時(shí)所存在的水的量；其中，提供給所述至少一個(gè)汽缸的空燃比大于化學(xué)計(jì)量，并且，所述內(nèi)燃機(jī)具有大于約13:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，所述燃料或水或兩者通過端口注射到與所述至少一個(gè)進(jìn)氣閥流體連通的所述進(jìn)口歧管中。進(jìn)一步地，其中，所述燃料直接注射到所述汽缸中。進(jìn)一步地，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射的液態(tài)水的量為在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)口處約25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05倍到大約10倍。進(jìn)一步地，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約20％到大約800％w/w。進(jìn)一步地，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約40％到大約400％w/w。進(jìn)一步地，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約50％到大約300％w/w。進(jìn)一步地，在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約60％到大約200％w/w。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括為所述汽缸中的燃燒提供點(diǎn)火的火花塞、或電熱塞、等離子體點(diǎn)火器，或激光點(diǎn)火器。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括燃料的壓縮點(diǎn)火。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括大于約15:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括大于約20:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括大于約25:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括大于約35:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括所述汽缸中的溫度傳感器、所述排放歧管中的溫度傳感器、所述進(jìn)口歧管中的傳感器、所述汽缸中的壓力傳感器、或其任何組合；其中，所述的一個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器接合到控制裝置，所述控制裝置接收所感測(cè)的溫度值和壓力傳感器值，并且調(diào)節(jié)所注射的水的量和提供給所述至少一個(gè)汽缸的空燃比。進(jìn)一步地，在TDC之前在從約300°到約180°范圍內(nèi)的時(shí)間處，所述液態(tài)水的至少一部分通過端口注射到所述進(jìn)口歧管中。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括接合到水源用于進(jìn)一步直接將液態(tài)水注射到所述汽缸的水注射器，其中，在TDC之前的從約180°到約300°，所述液態(tài)水的至少一部分直接注射到所述汽缸中。進(jìn)一步地，所述液態(tài)水進(jìn)一步以連續(xù)流、間歇注射或以霧化噴霧直接注射到所述汽缸中，所述霧化噴霧經(jīng)過精細(xì)地霧化或者粗略地霧化。進(jìn)一步地，所述液態(tài)水以注射到所述進(jìn)口歧管的端口內(nèi)的霧化噴霧的方式通過端口注射到所述進(jìn)口歧管中，所述霧化噴霧經(jīng)過精細(xì)地霧化或者粗略地霧化。進(jìn)一步地，在通過端口注射到所述歧管之前或直接注射到所述汽缸之前，對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所述注射的水的溫度的范圍介于大約40℃到大約80℃。進(jìn)一步地，在通過端口注射到所述歧管之前或直接注射到所述汽缸之前，對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約80℃。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)是空氣冷卻的。進(jìn)一步地，在175℃或低于該溫度的內(nèi)部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，在范圍從約85℃到約175℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括容納有流體冷卻劑的散熱器，其中，將足量的液態(tài)水注射到所述汽缸中，使得與在沒有水注射的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的所述內(nèi)燃機(jī)相比，由所述內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排出至冷卻劑的熱量減少至少20％。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括熱交換器，所述熱交換器用于傳遞來自所述排放歧管或汽缸或兩者的熱量，以對(duì)水、燃料以及進(jìn)入的空氣進(jìn)行預(yù)加熱。進(jìn)一步地，響應(yīng)于所感測(cè)到的溫度和壓力值以及所述內(nèi)燃機(jī)的能量輸出需求來調(diào)整所述燃料/空氣混合物。進(jìn)一步地，在通過端口注射之前通過混合燃料和空氣而以所述空燃比制造燃料/空氣混合物。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括能調(diào)整地調(diào)節(jié)推入到所述進(jìn)口歧管或汽缸中的空氣量的渦輪增壓器或超級(jí)增壓器。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約1.2。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約1.5。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約4.0。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約6.0。進(jìn)一步地，所述空燃比能夠在約1.2到約8.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，所述空燃比能夠在約2.5到約5.5的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，所述空燃比能夠在約3.5到約5.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，在注射水之前，燃料/空氣混合物被加熱到范圍在約30℃到約80℃之間的一數(shù)值。進(jìn)一步地，在注射水之前，燃料/空氣混合物被加熱到范圍在約40℃到約80℃之間的一數(shù)值。進(jìn)一步地，所述燃料為天然氣、甲烷、乙烷、n-丙烷、或異丙烷、或它們的混合物。進(jìn)一步地，所述燃料選自汽油、或汽油和醇的混合物。進(jìn)一步地，所述燃料混合物是基于柴油型燃料，選自由以下組成的組：煤油、ULSD(超低硫柴油)或JP8，并且所述內(nèi)燃機(jī)是壓縮點(diǎn)火的。進(jìn)一步地，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括具有用于從廢氣中提取水的裝置的水回收單元，其中，回收的水在所述內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)使用。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種操作使用碳?xì)淙剂系膬?nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括：至少一個(gè)汽缸和在所述汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、至少一個(gè)進(jìn)氣閥、至少一個(gè)排放閥、以及具有至少一個(gè)燃料注射器的燃料處理系統(tǒng)，所述方法包括，在每個(gè)內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中：在壓縮沖程期間，在所述活塞的TDC之前從大約180°到大約30°在任何時(shí)候從與水源接合的水注射器將液態(tài)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環(huán)境空氣中的水蒸汽飽和點(diǎn)時(shí)所存在的水的量；其中，提供給所述至少一個(gè)汽缸的空燃比大于化學(xué)計(jì)量，并且，所述內(nèi)燃機(jī)具有大于約13:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：直接將所述燃料或水或兩者注射到所述汽缸中。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：將所述燃料或水或兩者通過端口注射到與所述至少一個(gè)進(jìn)氣閥流體連通的進(jìn)口歧管中。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)口處約25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05倍到大約10倍。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約20％到大約800％w/w。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約40％到大約400％w/w。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約50％到大約300％w/w。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約60％到大約200％w/w。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)執(zhí)行所述燃料的壓縮點(diǎn)火。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約15:1。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約20:1。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約25:1。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約35:1。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：通過與控制裝置接合的所述汽缸中的溫度傳感器感測(cè)所述汽缸中的實(shí)時(shí)溫度值；通過與控制裝置接合的所述排放歧管中的溫度傳感器感測(cè)燃燒排放產(chǎn)物的實(shí)時(shí)溫度值；通過與控制裝置接合的所述進(jìn)口歧管中的溫度傳感器感測(cè)所述進(jìn)口歧管的實(shí)時(shí)溫度值；通過與控制裝置接合的所述進(jìn)口歧管中的壓力傳感器感測(cè)所述進(jìn)口歧管的實(shí)時(shí)壓力值；在所述控制裝置處從所述溫度傳感器和所述壓力傳感器接收一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)溫度值和實(shí)時(shí)壓力值；通過編程的控制裝置響應(yīng)性地調(diào)節(jié)所注射的水的量和提供給所述至少一個(gè)汽缸的所述空燃比。進(jìn)一步地，在TDC之前的范圍從約180°到30°的時(shí)間內(nèi)注射所述液態(tài)水的至少一部分。進(jìn)一步地，在TDC之前的范圍從約90°到60°的時(shí)間內(nèi)注射所述液態(tài)水的至少一部分。進(jìn)一步地，所述液態(tài)水以連續(xù)流、間歇注射或以霧化噴霧直接注射到所述汽缸中，所述霧化噴霧經(jīng)過精細(xì)地霧化或者粗略地霧化。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在TDC之前的范圍從約300°到約180°的時(shí)間內(nèi)，將所述液態(tài)水通過端口注射到所述進(jìn)口歧管中。進(jìn)一步地，所述液態(tài)水以注射到所述進(jìn)口歧管的端口中的霧化噴霧的方式通過端口注射到所述進(jìn)口歧管中，所述霧化噴霧經(jīng)過精細(xì)地霧化或者粗略地霧化。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度的范圍介于大約40℃到大約80℃。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約50℃。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約60℃。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約80℃。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)是空氣冷卻的。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在175℃溫度或低于該溫度的內(nèi)部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)而不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約175℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)而不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約100℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)，并且，所述內(nèi)燃機(jī)不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約120℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約140℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約150℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括容納有流體冷卻劑的散熱器，所述方法進(jìn)一步包括將足量的液態(tài)水注射到所述汽缸中，使得與在沒有注射水的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的所述內(nèi)燃機(jī)相比，由所述內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排出至冷卻劑的熱量減少至少20％。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括熱交換器，所述方法包括傳遞來自所述排放歧管或汽缸或兩者的熱量以對(duì)水、燃料以及進(jìn)入的空氣進(jìn)行預(yù)加熱。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：響應(yīng)于所感測(cè)到的溫度和壓力值以及所述內(nèi)燃機(jī)的能量輸出需求來調(diào)整燃料/空氣混合物。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射到所述汽缸之前，通過混合所述燃料和空氣而以所述空燃比制造燃料/空氣混合物。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括渦輪增壓器或超級(jí)增壓器，所述方法包括能調(diào)整地調(diào)節(jié)推入到所述進(jìn)口歧管或汽缸中的空氣的量。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約1.2。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約1.5。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約4.0。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約6.0。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在約1.2到約8.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述空燃比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在約2.5到約5.5的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述空燃比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在約3.5到約5.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述空燃比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射水之前，將燃料/空氣混合物加熱到范圍在約30℃到約80℃之間的一數(shù)值。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射水之前，將所述空燃比下的燃料/空氣混合物加熱到范圍在約40℃到約80℃之間的一數(shù)值。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射水之前，將所述空燃比下的燃料/空氣混合物加熱到范圍在約80℃以上的一數(shù)值。進(jìn)一步地，所述液態(tài)水混合有選自以下的醇：甲醇、乙醇、或異丙醇，以形成液態(tài)水-醇混合物，所述液態(tài)水-醇混合物按重量計(jì)算的比率在約0％到約50％的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種操作使用碳?xì)淙剂系膬?nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括：至少一個(gè)汽缸和在所述汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、具有至少一個(gè)進(jìn)氣閥的進(jìn)口歧管、與排放歧管流體連通的至少一個(gè)排放閥、以及具有至少一個(gè)燃料注射器的燃料處理系統(tǒng)，所述方法包括，在每個(gè)內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中：在壓縮沖程期間，在所述活塞的TDC之前的從大約300°到大約180°在任何時(shí)候從與水源接合的水注射器將預(yù)定量的液態(tài)水注射到所述進(jìn)口歧管的端口中，其中，所注射的水的量大于所述汽缸中的環(huán)境空氣中的水蒸汽飽和點(diǎn)時(shí)所存在的水的量；其中，提供給所述至少一個(gè)汽缸的空燃比大于化學(xué)計(jì)量，并且所述內(nèi)燃機(jī)具有大于約13:1的有效壓縮比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：將所述燃料或水或兩者通過端口注射到與所述至少一個(gè)進(jìn)氣閥流體連通的所述進(jìn)口歧管中。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：直接將所述燃料注射到所述汽缸中。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)口處約25℃的環(huán)境溫度下的飽含水蒸汽的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05倍到大約10倍。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約20％到大約800％w/w。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約40％到大約400％w/w。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約50％到大約300％w/w。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中注射液態(tài)水，所注射的液態(tài)水的量為在所述內(nèi)燃機(jī)汽缸中注射的燃料的量的大約60％到大約200％w/w。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)執(zhí)行所述燃料的壓縮點(diǎn)火。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約15:1。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約20:1。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約25:1。進(jìn)一步地，所述有效壓縮比大于約35:1。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：通過與控制裝置接合的所述汽缸中的溫度傳感器感測(cè)所述汽缸中的實(shí)時(shí)溫度值；通過與控制裝置接合的所述排放歧管中的溫度傳感器感測(cè)燃燒排放產(chǎn)物的實(shí)時(shí)溫度值；通過與控制裝置接合的所述進(jìn)口歧管中的溫度傳感器感測(cè)所述進(jìn)口歧管的實(shí)時(shí)溫度值；通過與控制裝置接合的所述進(jìn)口歧管中的壓力傳感器感測(cè)所述進(jìn)口歧管中的實(shí)時(shí)壓力值；在所述控制裝置處從所述溫度傳感器和所述壓力傳感器接收一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)溫度值和實(shí)時(shí)壓力值；通過編程的控制裝置響應(yīng)性地調(diào)節(jié)所注射的水的量和提供給所述至少一個(gè)汽缸的所述空燃比。進(jìn)一步地，在TDC之前從約300°到約180°，將所述液態(tài)水的至少一部分通過端口注射到所述進(jìn)口歧管中。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括接合到水源用于進(jìn)一步直接將液態(tài)水注射到所述汽缸中的水注射器，其中，在TDC之前的從約180°到約300°，將所述液態(tài)水的至少一部分直接注射所述汽缸中。進(jìn)一步地，在TDC之前的從約90°到約60°，將所述液態(tài)水的至少一部分直接注射到所述汽缸中。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：將所述液態(tài)水以連續(xù)流、間歇注射或以霧化噴霧直接注射到所述汽缸中，所述霧化噴霧經(jīng)過精細(xì)地霧化或者粗略地霧化。進(jìn)一步地，將所述液態(tài)水以注射到所述進(jìn)口歧管的端口的霧化噴霧的方式通過端口注射到所述進(jìn)口歧管中，所述霧化噴霧經(jīng)過精細(xì)地霧化或者粗略地霧化。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度的范圍介于大約40℃到大約80℃。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約50℃。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約60℃。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在直接注射到所述汽缸中或者通過端口注射到所述歧管中之前對(duì)所述液態(tài)水進(jìn)行加熱，使得所注射的水的溫度大于大約80℃。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)是空氣冷卻的。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在175℃溫度或低于該溫度的內(nèi)部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)而不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約175℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)而不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約100℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)，并且，所述內(nèi)燃機(jī)不需要外部冷卻裝置。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約120℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約140℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在范圍從約85℃到約150℃之間的外部溫度下運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括容納有流體冷卻劑的散熱器，所述方法進(jìn)一步包括將足量的液態(tài)水注射到所述進(jìn)口歧管的所述端口中，使得與在沒有注射水的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的所述內(nèi)燃機(jī)，由所述內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排出至冷卻劑的熱量減少至少20％。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括熱交換器，所述方法包括傳遞來自所述排放歧管或汽缸或兩者的熱量以對(duì)水、燃料以及進(jìn)入的空氣進(jìn)行預(yù)加熱。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：響應(yīng)于所感測(cè)到的溫度和壓力值以及所述內(nèi)燃機(jī)的能量輸出需求來調(diào)整燃料/空氣混合物。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射到所述汽缸之前，通過混合燃料和空氣而以所述空燃比制造燃料/空氣混合物。進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步包括渦輪增壓器或超級(jí)增壓器，所述方法包括能調(diào)整地調(diào)節(jié)推入到所述進(jìn)口歧管或汽缸中的空氣的量。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約1.2。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約1.5。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約4.0。進(jìn)一步地，所述空燃比大于約6.0。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在約1.2到約8.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述空燃比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在約2.5到約5.5的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述空燃比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在約3.5到約5.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述空燃比。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射水之前，將燃料/空氣混合物加熱到范圍在約30℃到約80℃之間的一數(shù)值。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射水之前，將處于所述空燃比下的燃料/空氣混合物加熱到范圍在約40℃到約80℃之間的一數(shù)值。進(jìn)一步地，該方法進(jìn)一步包括：在注射水之前，將處于所述空燃比下的燃料/空氣混合物加熱到范圍在約80℃以上的一數(shù)值。進(jìn)一步地，所述液態(tài)水混合有選自以下的醇：甲醇、乙醇、或異丙基，以形成液態(tài)水-醇混合物，所述液態(tài)水-醇混合物按重量計(jì)算的比率在約0％到約50％的范圍內(nèi)。通過使用注水(其中，所注射的液態(tài)水的量大于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī))，將在內(nèi)燃機(jī)消散的熱損耗減到最小。附圖說明對(duì)于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，結(jié)合附圖，考慮到以下詳細(xì)描述，目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中：圖1A示出了一個(gè)實(shí)施方式中的一個(gè)實(shí)例汽缸中的液態(tài)水注射器的結(jié)構(gòu)和液態(tài)水噴射圖案的剖視圖，圖1B是沿著圖1A的線A-A剖開的汽缸蓋或內(nèi)腔的下側(cè)視圖；圖2示出了矩陣500，其描述了用于提供如這里描述的液態(tài)水注射和熱管理特征的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)的替代組合；圖3示出了具有如這里描述的液態(tài)水注射特征的第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)50的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)；圖4示出了具有如這里描述的液態(tài)水注射特征的第二替代實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)150的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)；圖5示出了具有如這里描述的液態(tài)水注射特征的第三替代實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)250的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)；圖6示出了具有如這里描述的液態(tài)水注射特征的第四替代實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)350的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)；圖7示出了具有如這里描述的液態(tài)水注射特征的第四替代實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)450的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)；圖8示出了在一個(gè)實(shí)施方式中描述的各種替代內(nèi)燃機(jī)中執(zhí)行的傳感器控制系統(tǒng)100；圖9示出了由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元執(zhí)行的用于確定在一個(gè)實(shí)施方式中描述的各種替代內(nèi)燃機(jī)中每個(gè)循環(huán)注射的水的量的方法；圖10示出了在具有水注射和增壓空氣注射壓力條件下，各種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的圖；以及圖11示出了在具有和沒有水注射條件下，各種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和增壓空氣注射下的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。具體實(shí)施方式本公開提供了二沖程或四沖程或更高沖程的內(nèi)燃機(jī)，至少一個(gè)汽缸使用直接液態(tài)水汽缸注射和/或端口注射特征，以當(dāng)燃燒進(jìn)行時(shí)，調(diào)節(jié)燃燒過程的溫度。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)可包括火花塞、或電熱塞、等離子體點(diǎn)火器、或激光點(diǎn)火器，提供火花點(diǎn)火、等離子體點(diǎn)火、操縱點(diǎn)火、激光點(diǎn)火、自由徑向點(diǎn)火或火花輔助壓縮點(diǎn)火，并且所述發(fā)電機(jī)用汽油(汽油)、乙醇或其組合或天然氣作為燃料來操作?；蛘撸l(fā)動(dòng)機(jī)可能使用壓縮點(diǎn)火，例如，具有或沒有火花、等離子體或激光的額外輔助的柴油(煤油)動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2示出了包括如這里描述的直接液態(tài)水注射特征和其他熱管理技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)的各種實(shí)施方式的矩陣500。例如，每個(gè)十六(16)組合502示出了具有標(biāo)記(例如“X”)的各種發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，其表示：內(nèi)燃機(jī)505，例如，火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(或者，通過省略“X”標(biāo)記，表示壓縮型發(fā)動(dòng)機(jī))；存在渦輪增壓器元件508(表示使用渦輪增壓器裝置)；在汽缸512中執(zhí)行直接液態(tài)水注射或在入口522處執(zhí)行液態(tài)水注射(例如，通過抽吸)；在汽缸515中執(zhí)行直接燃料注射或在入口525處執(zhí)行燃料注射。列510示出了這里描述的代表性實(shí)施方式。例如，如將更詳細(xì)地描述的，圖3示出了表示為50的第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)組合，圖4示出了表示為150的替代實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)組合，圖5示出了表示為250的替代實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)組合，圖6示出了表示為350的替代實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)組合，圖7示出了表示為450的替代實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)組合。在各幅圖中，相似的參考數(shù)字表示相似的元件。圖3至圖7示出了圖2中描述的實(shí)施方式的一部分。然而，在本公開的范圍內(nèi)考慮了包括直接水注射和直接燃料注射的發(fā)動(dòng)機(jī)，在火花點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)中僅具有直接水注射和直接燃料注射或者組合有端口水注射器或端口燃料注射器。術(shù)語“直接注射”的意思是，所注射的燃料或水被直接注入汽缸。在直接燃料注射的情況中，所述燃料在沒有與空氣預(yù)混合的情況下被注射。術(shù)語“端口注射”的意思是，將燃料或水注入進(jìn)口歧管中，在那里，在空氣/蒸汽/水混合物進(jìn)入汽缸之前，發(fā)生與空氣的預(yù)混合。在一些實(shí)施方式中，使火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓或增壓。還考慮了包括直接水注射或直接燃料注射或二者的發(fā)動(dòng)機(jī)，和/或，替換地包括端口水或端口燃料注射或二者的發(fā)動(dòng)機(jī)，或其任何組合，只要發(fā)動(dòng)機(jī)具有至少一個(gè)用于注射水和注射燃料的裝置即可。參考圖3，第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)50包括燃料注射系統(tǒng)55，所述燃料注射系統(tǒng)包括對(duì)燃料泵53提供燃料的燃料儲(chǔ)存器57，所述燃料泵經(jīng)由流體管道或類似的傳送裝置將燃料供應(yīng)至安裝至汽缸蓋部分20的流體注射器裝置56，以在可控的溫度和壓力條件下提供用于在汽缸12中燃燒的燃料。燃料注射器56將燃料直接注入汽缸中，不與空氣預(yù)混合。燃料注射系統(tǒng)可包括用于控制燃料注射的定時(shí)的裝置。在定時(shí)計(jì)算機(jī)的控制下，可將燃料裝入汽缸中。在圖3中，第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)50包括液態(tài)水注射系統(tǒng)65，所述液態(tài)水注射系統(tǒng)包括對(duì)水泵63提供水的液態(tài)水儲(chǔ)存器67，所述水泵經(jīng)由流體管道或液體傳送裝置將液態(tài)水供應(yīng)至安裝至汽缸蓋部分20的液態(tài)水注射器裝置46，以在可控的定時(shí)和壓力(例如，可變或恒定的壓力)條件下，對(duì)汽缸12中提供直接液態(tài)水注射。圖3所示的注射器46將水直接注入汽缸中。下述控制系統(tǒng)可在每個(gè)壓縮循環(huán)中在一個(gè)或多個(gè)定時(shí)時(shí)刻控制對(duì)汽缸12注入液態(tài)水。如圖3所示，點(diǎn)火線圈37控制火花塞47的點(diǎn)火，在一個(gè)實(shí)施方式中，所述火花塞安裝在汽缸蓋部分的中心附近，位于安裝于汽缸蓋部分20中的液態(tài)水注射器46和燃料注射器裝置56之間。在圖3的實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口閥21與汽缸蓋部分20連通，該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口閥在每個(gè)循環(huán)中被定時(shí)地驅(qū)動(dòng)，以從進(jìn)口歧管25提供空氣，用于在汽缸蓋部分20內(nèi)與燃料燃燒。同樣地，與汽缸蓋部分20連通的是排放閥31，所述排放閥在每個(gè)循環(huán)中被定時(shí)地驅(qū)動(dòng)，以使得來自于燃燒的廢氣產(chǎn)物(二氧化碳、空氣或任何其他排放物)能夠離開汽缸而到達(dá)排放歧管35，在一個(gè)實(shí)施方式中，該廢氣產(chǎn)物在排放歧管處被捕獲，以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行進(jìn)一步做功，例如，加熱空氣。在另一實(shí)施方式中，如圖3所示，在進(jìn)氣口(例如，歧管入口24)處設(shè)置有渦輪增壓器子系統(tǒng)75，用于接收輸入的環(huán)境空氣11，并從排放歧管部分36處接收來自于燃燒產(chǎn)物的熱廢氣91，以形成用于燃燒的渦輪增壓的壓縮空氣混合物。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，可能改為使用超級(jí)增壓器(supercharger，機(jī)械增壓器)。在任一種情況中，渦輪增壓器或超級(jí)增壓器是可控制的，以調(diào)節(jié)強(qiáng)制進(jìn)入汽缸或進(jìn)口歧管的空氣的量。如圖3中的發(fā)動(dòng)機(jī)50的實(shí)施方式所示，提供了重新捕獲內(nèi)燃機(jī)的熱量副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和方法，該熱量副產(chǎn)物可用來進(jìn)一步加熱汽缸處的空氣或燃料或液態(tài)水。例如，渦輪增壓器75的出口處的渦輪壓縮的空氣混合物19受到熱調(diào)節(jié)，例如，經(jīng)由熱交換子系統(tǒng)70的熱量移除，所述熱交換子系統(tǒng)包括熱交換裝置71，所述熱交換裝置用于重新捕獲燃燒產(chǎn)生的廢熱的大部分，并將其轉(zhuǎn)換成有用的能量。在一個(gè)方面中，使加熱的廢氣91從排放歧管35經(jīng)由歧管延伸部36重新循環(huán)，以輸入至渦輪增壓器元件75并輸入至熱交換器71，用來預(yù)先加熱待注射的液態(tài)水，和/或用來預(yù)先加熱待注射的空氣/燃料。如圖3所示，在閥74的控制下，來自于重新循環(huán)的廢氣91的熱能例如經(jīng)由管道73被可控地添加到熱交換器71中，從而調(diào)節(jié)提供給汽缸蓋部分20的用于燃燒的入口空氣29的溫度。經(jīng)由熱交換器71，例如，經(jīng)由管道72，去除其他被加熱的廢氣。來自于廢氣91的可控地去除的熱量可用于預(yù)加熱水儲(chǔ)存器67中的液態(tài)水。此外，在圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)50的實(shí)施方式中，具有水回收單元66，即，從廢氣中提取水的單元，例如，通過用傳統(tǒng)裝置(例如，冷凝器)將廢氣冷卻至環(huán)境溫度，或者，通過使用納米孔薄膜(其中，通過毛細(xì)管作用而從廢氣流中冷凝出水)等等。因此，例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，提供將從來自廢氣91的任何水蒸汽副產(chǎn)物中捕獲水的冷凝器，水可能經(jīng)由流體管道或聯(lián)接器68輸入至水儲(chǔ)存器67。使用如這里描述的水回收裝置66還用于減小發(fā)動(dòng)機(jī)的水儲(chǔ)存需求的目的。例如，這在汽車應(yīng)用中可能是特別重要的，其中，需要車載的水量的大量減少可意味著在廢氣流中捕獲并回收水。在圖4中示出了另一實(shí)施方式，圖4示出了一個(gè)替代實(shí)施方式的非渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)150，其執(zhí)行經(jīng)由相應(yīng)的注射器46，56而在汽缸蓋部分20中的直接液態(tài)水和直接燃料注射。在圖4所示的實(shí)施方式中，環(huán)境空氣11經(jīng)由入口24輸入至熱交換器裝置71，并且熱廢氣91在閥裝置94的控制下循環(huán)至熱交換器裝置71。用來自熱廢氣的熱量預(yù)加熱輸入至汽缸以用于燃燒的空氣29。使冷卻氣體92經(jīng)由排放歧管部分36重新循環(huán)回至輸出排放歧管35，以用于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。提供如這里定義的水回收單元66，以從廢氣19中存在的任何水蒸汽中捕獲液態(tài)水，所述水可經(jīng)由流體管道或聯(lián)接器68輸入至水儲(chǔ)存器67。在另一實(shí)施方式中，圖5示出了渦輪增壓或增壓發(fā)動(dòng)機(jī)250，其經(jīng)由相應(yīng)的注射器46，56在形成于與汽缸12相連的進(jìn)口歧管25處的相應(yīng)端口38，39中執(zhí)行端口液態(tài)水注射和端口燃料注射。也就是說，相應(yīng)的液態(tài)水供應(yīng)系統(tǒng)65在可控的定時(shí)和(可變或恒定的)壓力條件下，在控制系統(tǒng)操作下對(duì)進(jìn)口閥21附近的進(jìn)口歧管25的端口處的端口液態(tài)水注射器46提供水。同樣地，燃料供應(yīng)系統(tǒng)55在定時(shí)控制和壓力條件下對(duì)進(jìn)口歧管25的進(jìn)氣閥附近的端口處的燃料注射器56提供燃料。其他方面，圖5的實(shí)施方式與圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)50相似。例如，圖5中的發(fā)動(dòng)機(jī)250也用于重新捕獲加熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物，該加熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物可用來進(jìn)一步加熱汽缸處的空氣或燃料或液態(tài)水。例如，渦輪增壓器75的出口處的渦輪壓縮的空氣混合物19受到熱調(diào)節(jié)，例如，經(jīng)由熱交換子系統(tǒng)70的熱量移除，所述熱交換子系統(tǒng)包括熱交換裝置71，所述熱交換裝置用于捕獲燃燒產(chǎn)生的大部分廢熱，并將其轉(zhuǎn)換成有用的能量，以控制空氣/燃料和水的預(yù)加熱。在一個(gè)方面中，使加熱的廢氣91從排放歧管35經(jīng)由歧管部分36重新循環(huán)，以輸入至渦輪增壓器元件75并輸入至熱交換器71，用來預(yù)先加熱待注射的液態(tài)水，和/或用來預(yù)先加熱待注射的空氣/燃料。如圖5所示，來自重新循環(huán)的廢氣91的熱在閥74的控制下例如經(jīng)由管道73被可控地添加到熱交換器71，從而調(diào)節(jié)提供給汽缸蓋部分20的用于燃燒的入口空氣29的溫度。其他加熱的廢氣經(jīng)由熱交換器71例如經(jīng)由管道72被去除?？捎脧膹U氣91中可控地去除的熱量來預(yù)加熱水儲(chǔ)存器67中的液態(tài)水。此外，在圖5的發(fā)動(dòng)機(jī)250的實(shí)施方式中，提供水回收單元66，其將從來自于廢氣91的任何水蒸汽產(chǎn)物中捕獲水，所述水可能經(jīng)由流體管道或聯(lián)接器68輸入至水儲(chǔ)存器67。在圖6中示出了另一實(shí)施方式，圖6示出了發(fā)動(dòng)機(jī)350，其經(jīng)由相應(yīng)的注射器46，56執(zhí)行在形成于與汽缸12相連的進(jìn)口歧管25處的相應(yīng)端口38，39中的端口液態(tài)水注射和端口燃料注射。其他方面，圖6的實(shí)施方式與圖4所示的發(fā)動(dòng)機(jī)150相似，其中，環(huán)境空氣11經(jīng)由入口24被輸入至熱交換器裝置71，并使熱廢氣91在閥裝置94的控制下循環(huán)回至熱交換器裝置71。用來自熱廢氣的熱量來預(yù)加熱輸入至汽缸以用于燃燒的空氣29。使冷卻氣體92經(jīng)由排放歧管部分36重新循環(huán)回至輸出排放歧管35，以用于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。提供如這里描述的水回收單元66，以從廢氣19中存在的任何水蒸汽中捕獲液態(tài)水，所述水可經(jīng)由流體管道或聯(lián)接器68輸入至水儲(chǔ)存器67。在圖7的發(fā)動(dòng)機(jī)450中，執(zhí)行雙液態(tài)水和燃料注射器59，以將燃料和液態(tài)水都直接注入汽缸蓋部分中以用于燃燒。也就是說，取代對(duì)獨(dú)立的相應(yīng)液態(tài)水向注射器和燃料注射器進(jìn)行供應(yīng)，液態(tài)水注射系統(tǒng)65和燃料注射系統(tǒng)55對(duì)組合的液態(tài)水和燃料注射器59進(jìn)行供應(yīng)。其他方面，圖7的實(shí)施方式與圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)50相似。例如，圖7中的發(fā)動(dòng)機(jī)450也用于重新捕獲加熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物，所述氣態(tài)燃燒產(chǎn)物可用來進(jìn)一步加熱汽缸處的空氣或燃料或液態(tài)水。例如，渦輪增壓器75的出口處的渦輪壓縮的空氣混合物19受到熱調(diào)節(jié)，例如，經(jīng)由熱交換子系統(tǒng)70的熱量移除，所述熱交換子系統(tǒng)包括熱交換裝置71，所述熱交換裝置用于捕獲燃燒產(chǎn)生的大部分廢熱，并將其轉(zhuǎn)換成有用的能量，以控制空氣/燃料和水的預(yù)加熱。在一個(gè)方面中，使加熱的廢氣91從排放歧管35經(jīng)由歧管部分36重新循環(huán)，以輸入至渦輪增壓器元件75，并輸入至熱交換器71，用來預(yù)加熱待注射的液態(tài)水和/或用來預(yù)加熱待注射的空氣/燃料。如圖7所示，來自重新循環(huán)的廢氣91的熱能在閥74的控制下例如經(jīng)由管道73被可控地添加到熱交換器71，從而調(diào)節(jié)提供給汽缸蓋部分20的用于燃燒的入口空氣29的溫度。其他加熱的廢氣經(jīng)由熱交換器71例如經(jīng)由管道72被去除?？赡軓膹U氣91中可控地去除的熱量可用來預(yù)先加熱水儲(chǔ)存器67中的液態(tài)水。此外，在圖7的發(fā)動(dòng)機(jī)450的實(shí)施方式中，提供如這里描述的水回收單元66等，其將從來自于廢氣91中的任何水蒸汽產(chǎn)物中捕獲水，所述水可能經(jīng)由流體管道或聯(lián)接器68輸入至水儲(chǔ)存器67。參考圖2的矩陣500，圖3至圖7中示出的內(nèi)燃機(jī)的其他實(shí)施方式考慮了，在壓縮沖程過程中的一個(gè)或多個(gè)定時(shí)時(shí)刻，在汽缸蓋部分20和進(jìn)口歧管25的端口38兩者處進(jìn)行直接液態(tài)水注射，以有效地降低空氣溫度并增加密度，從而增加氣團(tuán)流速和功率。圖1A和圖1B示出了汽缸中的直接液態(tài)水注射操作10，例如，所述汽缸具有分別在圖3，圖4和圖7的發(fā)動(dòng)機(jī)50，150，450中使用的位于TDC附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。如圖1A所示，汽缸12示出為具有位于汽缸12中的TDC處或其附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞15。進(jìn)口閥21與汽缸蓋部分20連通，該進(jìn)口閥在每個(gè)循環(huán)中被定時(shí)地驅(qū)動(dòng)，以從進(jìn)口歧管25提供用于在汽缸蓋部分20內(nèi)燃燒的空氣。同樣地，排放閥31與汽缸蓋部分20連通，所述排放閥在每個(gè)循環(huán)中被定時(shí)地驅(qū)動(dòng)，以使得來自于燃燒的廢氣產(chǎn)物(二氧化碳、空氣或任何其他排放物)能夠離開汽缸到達(dá)排放歧管35，在排放歧管處，所述廢氣產(chǎn)物可作為廢氣離開車輛，或者，被捕獲以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行進(jìn)一步做功，例如，用于加熱空氣，燃料和液態(tài)水。圖1A進(jìn)一步示出了離開直接水注射器46的水流45的實(shí)施方式，示出了所述水流沖擊汽缸的內(nèi)表面(其可能包括發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、閥、汽缸壁或活塞面的部分)。在其他實(shí)施方式中，從水注射器流出的水可在其他特定方向上被引導(dǎo)，或者，其可能是良好霧化的噴霧，其將對(duì)汽缸或汽缸蓋的內(nèi)表面具有最小沖擊。圖2的矩陣500的發(fā)動(dòng)機(jī)以及圖3至圖7的具體實(shí)施方式所示的發(fā)動(dòng)機(jī)以比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更高的壓縮比操作。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)的“有效”壓縮比大于13:1，并可能高達(dá)40:1，而沒有使用任何渦輪增壓等設(shè)法增壓的技術(shù)。因此，例如，可基于大約1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或更小的進(jìn)入氣壓，來確定這里描述的發(fā)動(dòng)機(jī)的有效壓縮比，而沒有使用額外的壓縮(例如，通過渦輪增壓提供的壓縮)。圖2的矩陣500的發(fā)動(dòng)機(jī)以及圖3至圖7的具體實(shí)施方式所示的發(fā)動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火之前使用液態(tài)水注射。注射的液態(tài)水在壓縮沖程的過程中冷卻充入的空氣，減小壓縮功，并吸收熱量(否則該熱量將損失至環(huán)境中)。在壓縮過程中增加的液態(tài)水和貧燃料混合物的效果允許發(fā)動(dòng)機(jī)以比傳統(tǒng)壓縮比高得多的壓縮比下不爆震地操作。此外，在圖2的矩陣500的發(fā)動(dòng)機(jī)以及圖3至圖7的具體實(shí)施方式所示的發(fā)動(dòng)機(jī)中，可在注射之前可控地加熱燃料、空氣或液態(tài)水中的一種或多種，例如，通過使用通過廢氣的熱交換器。液態(tài)水可被加熱，這會(huì)影響液態(tài)水的水蒸汽平衡、由液態(tài)水實(shí)現(xiàn)的冷卻的程度、以及水流形成的速度。在一個(gè)實(shí)施方式中，可能在注射前將液態(tài)水加熱至25℃的溫度，或一直加熱至大約80℃的溫度?；蛘?，加熱液態(tài)水，使得，所注射的水的溫度大于大約40℃，或者，大于大約50℃的溫度，或者，大于大約60℃的溫度，或者，大于大約80℃或更高的溫度。根據(jù)所注射的液態(tài)水的壓力，可將其加熱至甚至更高的溫度，在小于相應(yīng)的飽和溫度的幾度內(nèi)。例如，對(duì)于10、30或50巴的壓力，所注射的液態(tài)水的溫度可以分別是大約150℃、200℃或250℃。這些特征的總和導(dǎo)致圖3至圖7的發(fā)動(dòng)機(jī)50，150，250，350，450以比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)高得多的熱力學(xué)效率運(yùn)行。結(jié)果，散熱器將比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中所需的小得多，或者，甚至完全不需要散熱器，因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的特征可以比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)好得多地管理多余熱量，并將損失至環(huán)境中的不必要的熱量減到最小。通過因素的此組合，對(duì)于給定的位移和RPM，在功率系數(shù)和燃料經(jīng)濟(jì)性方面都出現(xiàn)轉(zhuǎn)換變化。此外，在圖2的矩陣500的發(fā)動(dòng)機(jī)以及圖3至圖7的具體實(shí)施方式所示的發(fā)動(dòng)機(jī)中，控制相應(yīng)的燃料注射器56，從而以大于化學(xué)計(jì)量的空燃比提供燃料，其中水注射器在壓縮過程中在TDC之前的從大約180°到大約30°的范圍的任何時(shí)間在一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻向汽缸中注入液態(tài)水，其中，所注射的液態(tài)水的量大于汽缸中的環(huán)境空氣中的水蒸汽的飽和點(diǎn)時(shí)的水的量；其中，發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于13:1的有效壓縮比。在一個(gè)實(shí)施方式中，相對(duì)于入口壓力、溫度、相對(duì)濕度和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)(例如，壓縮端壓力、負(fù)載和轉(zhuǎn)速)，控制每個(gè)循環(huán)注射的水的量。下面參照?qǐng)D8描述的微控制器可能具有作為查詢表儲(chǔ)存的必要的數(shù)據(jù)/功能，并可相對(duì)于感測(cè)到的輸入?yún)?shù)計(jì)算水量。例如，可通過使用理想氣體定律和用于每個(gè)循環(huán)注射的可用空氣飽和蒸汽表，來近似地計(jì)算液態(tài)水的量(飽和水蒸汽質(zhì)量)。例如，在這里描述的控制系統(tǒng)中，可基于環(huán)境溫度的當(dāng)前值(例如，在進(jìn)口歧管處感測(cè)到的溫度，或汽缸處的進(jìn)氣閥處的進(jìn)氣溫度)，和/或從表格濕度/氣候數(shù)據(jù)(可從該數(shù)據(jù)確定感測(cè)到的溫度下的水蒸汽的飽和點(diǎn))，來確定對(duì)當(dāng)前汽缸壓縮循環(huán)注射的液體的量?？刂葡到y(tǒng)增加額外的水量(按照重量或體積)，該水量將比使空氣在感測(cè)到的進(jìn)氣溫度下完全飽和所必需的最小量大。水注射在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式中允許更大壓縮的一個(gè)因素是，在壓縮周期過程中的通過在壓縮行程的過程中在發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中增加液態(tài)水來進(jìn)行的內(nèi)部冷卻。將液態(tài)水注入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中執(zhí)行多個(gè)重要功能。在壓縮過程中，液態(tài)水通過吸收在壓縮過程中產(chǎn)生的熱而在內(nèi)部對(duì)汽缸的內(nèi)部進(jìn)行冷卻。該內(nèi)部冷卻具有減小壓縮所需的功(work)的效果，并且還具有在不存在發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的情況下允許更大的壓縮比的效果。在壓縮周期過程中注入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的液態(tài)水的量依據(jù)周圍空氣的飽和水蒸汽容量而變化，或者以基于重量的方式依據(jù)燃料而變化。在實(shí)施方式中，每個(gè)周期所注入的液態(tài)水的量大于在20℃下使空氣飽和所需的量。可替換地，每個(gè)周期所注入的液態(tài)水的量可為發(fā)動(dòng)機(jī)入口中的周圍空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05倍至大約10倍?？商鎿Q地，液態(tài)水的量的范圍可為每個(gè)壓縮行程所注入的燃料的量的大約20％到大約800％w/w?？捎?jì)量所注入的液態(tài)水的量，以優(yōu)化內(nèi)部冷卻，將壓縮過程中所需的功減至最小，將發(fā)動(dòng)機(jī)爆震減至最小，并且在點(diǎn)火時(shí)提供或防止液態(tài)水液滴與氣體混合。液態(tài)水注入的控制可基于發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓力與溫度傳感器，所述傳感器與控制水注入系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)耦接，如在下文中參照?qǐng)D8和圖9描述的。直接液態(tài)水注射器46可將液態(tài)水作為液體液滴流連續(xù)地、間斷地、或者以脈沖流的方式注入汽缸中。在另一實(shí)施方式中，可將液態(tài)水作為“粗質(zhì)(coarse，或粗略)”噴霧或霧化流來注射。在另一實(shí)施方式中，可將液態(tài)水作為用來對(duì)汽缸蓋的內(nèi)表面和活塞頂部進(jìn)行冷卻的液流注射。在又一實(shí)施方式中，將液態(tài)水作為霧化噴霧而端口注入進(jìn)口歧管中。可使用這些實(shí)施方式的任意組合，并且在該概念的范圍內(nèi)，注射液態(tài)水的其他實(shí)施方式也是可能的。在一個(gè)方面，液滴的尺寸將決定熱傳遞的速率，這是因?yàn)榻缑婷娣e將隨著液滴尺寸的減小而增大。液滴的尺寸通過液態(tài)水注射器的設(shè)定(以及其他因素，諸如計(jì)時(shí)和計(jì)量)來控制，并且將根據(jù)如通過壓縮溫度上升(通過壓力來感測(cè))表示的熱吸收(蒸發(fā))的所需速率來控制。在一個(gè)實(shí)施方式中，熱吸收的所需速率越小，則所注射的水噴霧會(huì)越粗質(zhì)(越不呈霧化)。在一個(gè)實(shí)施方式中，平均液態(tài)水液滴的尺寸是具有“精細(xì)”尺寸的球形，直徑在大約0.5μm到大約25μm的范圍內(nèi)，而具有“粗質(zhì)”尺寸的平均液態(tài)水液滴的尺寸可在從大約25μm到大約100μm的范圍內(nèi)。在多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式中，在壓縮行程的介于大約下死點(diǎn)(BDC，bottomdeadcenter)(即，TDC之前的大約180°)與TDC之前的大約30°之間的第一部分過程中，將至少一部分液態(tài)水注入汽缸(通過直接在汽缸中或進(jìn)口口中的水注射)。在壓縮行程的過程中的液態(tài)水的存在將減小壓縮行程中所需的功，這是因?yàn)橐簯B(tài)水在壓縮過程中將從熱空氣吸收潛熱(latentheat)并且因此使其溫度降低。水在標(biāo)準(zhǔn)壓力下的蒸發(fā)焓(Δvap)是大約40.7kJ/mol，等同于大約2250J/g。這是將液態(tài)水轉(zhuǎn)換成蒸汽所需的能量。液態(tài)水的蒸發(fā)焓取決于壓力，并在臨界點(diǎn)降低至零，該臨界點(diǎn)在22242kPa(大約是222bar)下是374.4℃。對(duì)于10、30、50或100bar的壓力，蒸發(fā)焓分別是大約2015、1796、1640或1317J/g，這仍是很大的。因?yàn)閴毫εc溫度相關(guān)，因而即使質(zhì)量和氣體常數(shù)R小量增加，壓力仍將成比例地降低。壓縮過程中的壓力降低將因此減小實(shí)現(xiàn)壓縮所必需的功。壓縮所需的功僅取決于壓力，因?yàn)榻o定的體積是固定的(δW＝P·dV)，其中，W是功，P是壓力，dV是體積微分。壓縮行程過程中液態(tài)水的增加的另一效果是減小或消除對(duì)外部套管冷卻的需求。對(duì)外部冷卻的需求由于非常高的氣體溫度和對(duì)汽缸中的內(nèi)表面(特別是汽缸蓋，還有活塞面)的不可避免的熱傳遞而出現(xiàn)。所注射的液態(tài)水可能在汽缸中形成液滴，其在壓縮過程中冷卻汽缸中的氣體?？商鎿Q地，液態(tài)水注射可構(gòu)造為噴射(spray)并冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)表面(汽缸蓋和活塞頭)，而不是直接地冷卻汽缸中的氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，希望燃料主要在徑向方向上注射并且水主要在軸向方向上注射，使得，燃料和水可基本上不存在干擾。在圖1A中示出了該概念的實(shí)施方式，示出了將液態(tài)水注射器46居中地安裝在汽缸蓋20上。在編程邏輯或微處理器控制下，適時(shí)地使注射器致動(dòng)，以在汽缸蓋中引導(dǎo)液態(tài)水的水滴流(例如，連續(xù)流、間斷的或霧化的噴霧)。在圖1A中，以虛線45示出代表性水流。如在圖1B(圖示了具有進(jìn)口閥21和排放閥31的發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸)中進(jìn)一步示出的，這樣的液態(tài)水注射器46可偏心地安裝。在圖1B中還示出了火花塞47和燃料注射器56。在圖1A的實(shí)施方式中，可使注射器致動(dòng)，以提供計(jì)量體積的液態(tài)水噴霧，其包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的液態(tài)水液滴流45的圖案，這些液滴流瞄準(zhǔn)在一個(gè)或多個(gè)方向上并單獨(dú)計(jì)時(shí)以在壓縮過程中的各個(gè)時(shí)間將水注射在汽缸蓋部分20內(nèi)或注射在活塞頭處。在操作中，當(dāng)液滴在點(diǎn)火時(shí)與汽缸中的其他氣體混合時(shí)，注射的液態(tài)水中的一些可保持不蒸發(fā)。該液態(tài)水在點(diǎn)火之后轉(zhuǎn)變成流。因此，在點(diǎn)火之前提供更高密度的介質(zhì)，并且提供水滴的基本上更大的膨脹以帶來更高的效率。該實(shí)施方式基于這樣的原理：當(dāng)轉(zhuǎn)變成蒸汽時(shí)(在標(biāo)準(zhǔn)壓力和100℃下)，液態(tài)水膨脹大約1600倍的體積。此外，與燃燒過程中汽缸中的其他氣體相比，在燃燒過程中液態(tài)水的蒸發(fā)將通過水到蒸汽的更大的體積膨脹而提供更密集的介質(zhì)以及增大的膨脹壓力。由于水的高蒸發(fā)潛熱(蒸發(fā)焓)，該實(shí)施方式還可允許更冷的廢氣。在該情況下，將需要排出更少的熱來使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度保持在其工作限度內(nèi)。在可替換實(shí)施方式中，無論是否直接輸入至端口或汽缸，均對(duì)在壓縮行程過程中增加的液態(tài)水的量進(jìn)行計(jì)量，以使在開始燃燒時(shí)液態(tài)水的存在最少。這解決了點(diǎn)火開始時(shí)存在的液態(tài)水將從燃燒氣體吸收熱的問題，降低了動(dòng)力行程中的溫度和壓力兩者，由于當(dāng)存在液態(tài)水時(shí)在壓縮過程中所需的功將減小的相同的原因，因而在液態(tài)水蒸發(fā)時(shí)壓力和溫度通過蒸發(fā)的潛熱而降低。在另一實(shí)施方式中，無論是否直接輸入至端口或汽缸，均可在TDC之前的從大約180到大約30度的范圍內(nèi)的時(shí)間將計(jì)量的液態(tài)水的量注入汽缸中。在圖1A所示的實(shí)施方式中，液體被有意地引導(dǎo)至活塞面和汽缸蓋以及進(jìn)口和排放閥頭，以避免水與汽缸內(nèi)的燃料供送良好地混合。在圖1A中示出了該實(shí)施方式，示出了噴射圖案45的不與燃料供送(燃料/空氣混合物)良好混合的多個(gè)粗質(zhì)的液態(tài)水流。該實(shí)施方式解決了燃燒過程中存在的任何液態(tài)水將使動(dòng)力行程過程中的壓力和溫度降低的問題。該實(shí)施方式解決了策略地使用注射的液態(tài)水來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)而同時(shí)使液態(tài)水將冷卻燃燒過程并減小發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出的可能性最小的問題。在壓縮過程中，如果將液態(tài)水注入汽缸中并與汽缸中的氣體充分混合，則增加液態(tài)水以從熱空氣吸收熱將是最佳的。但是，在接近TDC處的壓縮行程的后期部分和動(dòng)力行程的早期部分的過程中，與活塞面和汽缸蓋(包括活塞)的組合面積相比，汽缸體積和汽缸壁面積非常小。通過在壓縮行程的后期部分的過程中注射被引導(dǎo)至汽缸蓋或活塞面的液態(tài)水，并且通過避免液態(tài)水與熱氣體的混合，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的基本上冷卻而不會(huì)冷卻點(diǎn)火后的燃燒過程。該方法可能能夠在內(nèi)部捕獲將到達(dá)冷卻劑和散熱器的幾乎所有的熱。此外，眾所周知的是，汽缸蓋是任何內(nèi)燃機(jī)的非常熱的部分。在該實(shí)施方式中，由液態(tài)水在內(nèi)部吸收的熱可被認(rèn)為是儲(chǔ)存在緩沖器中待在廢氣中回收，以加熱所注射的水、燃料以及如果必要的話加熱吸入的空氣。在另一實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)使用液態(tài)水與乙醇或添加至發(fā)動(dòng)機(jī)中的水用以降低液態(tài)水的凍結(jié)點(diǎn)的其他添加劑(諸如例如，甲醇、乙醇、異丙醇)的混合物。使用這樣的醇類添加劑防止液體在寒冷天氣下凍結(jié)，這在例如寒冷氣候下的汽車應(yīng)用中是一個(gè)重要的考慮因素。液態(tài)水-醇混合物比率可介于大約0％到大約50％重量百分比的范圍內(nèi)。如在此使用的，就水-醇混合物比率而言，應(yīng)當(dāng)理解的是，從大約0％開始的范圍意味著存在一定量的醇(或類似的添加劑)。貧乏燃料混合物貧乏空氣/燃料混合物以與如這里描述的發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)實(shí)施方式組合的方式來使用。也就是說，燃料利用燃料注射器注入入口空氣流中或者直接注入汽缸中。燃料的量調(diào)節(jié)為保持空氣/燃料混合物貧乏。這意味著，在發(fā)動(dòng)機(jī)中，在空氣中使用過量摩爾的氧?；瘜W(xué)計(jì)量空氣與汽油燃料的比為大約14.7:1(w/w)?？諝獾膶?shí)際量與用于所注射燃料的化學(xué)計(jì)量空氣的比例以λ(即相對(duì)空燃比)表示，其中，將λ＝1定義為化學(xué)計(jì)量空氣。這在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中稱為相對(duì)空燃比。如在此定義的，λ＞1是貧乏比率，λ＜1是濃稠(缺少氧氣)比率。燃燒效率可隨著貧乏混合物而增加，因?yàn)橄拗菩苑磻?yīng)物是空氣而不是燃料。在濃稠混合物中，在廢氣中將存在未燃燒的燃料，這是浪費(fèi)的能量。燃燒溫度還隨著貧乏混合物而降低，導(dǎo)致熱損耗減小。當(dāng)然，在點(diǎn)火時(shí)存在取決于燃料、溫度和壓力的最佳空燃比。在此描述的發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵特征是，λ可比傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)增加得多得多，因?yàn)楸景l(fā)動(dòng)機(jī)能夠在比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)高得多的壓縮比下工作。在一個(gè)方面，如在此描述的液態(tài)水注射在相對(duì)于TDC的量和計(jì)時(shí)上可實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更均勻的燃料和空氣的混合。在另一方面，高壓縮和過量氧氣(空氣)一起允許點(diǎn)火之前的更高的溫度和壓力，帶來更高的燃燒速率和程度以及因此更高的效率。因此，貧乏混合物預(yù)期為通過增加自動(dòng)點(diǎn)火的溫度而減小發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。常規(guī)地，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在λ＞1.5時(shí)將無法可靠地工作，但是在此描述的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)期在λ＞1.5時(shí)以致大約λ＝8時(shí)有效地工作。在實(shí)施方式中，在此描述的發(fā)動(dòng)機(jī)以大于大約1.2的空燃比工作；在另一實(shí)施方式中，空燃比大于大約1.5。在另一實(shí)施方式中，空燃比大于大約2.0。在另一實(shí)施方式中，空燃比大于大約4.0。在另一實(shí)施方式中，空燃比大于大約6.0。在實(shí)施方式中，空燃比在大約λ≥1.2到大約λ≤8.0的范圍內(nèi)；或大約λ≥2.5到大約λ≤5.5的范圍內(nèi)；或大約λ≥3.5到大約λ≤5.0的范圍內(nèi)。在注入或吸入汽缸中之前，入口空氣或燃料和/或空氣/燃料混合物可單獨(dú)或一起加熱。加熱空氣或燃料或空氣燃料混合物可將有用的能量從廢氣傳遞回至發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，加熱空氣/燃料混合物可提供空氣和燃料在汽缸中更好且更有效的混合，并且，處于臨界狀態(tài)或低于臨界狀態(tài)的加熱后的液體燃料預(yù)期更有效地蒸發(fā)并與空氣更好地混合。超臨界液體燃料將瞬間轉(zhuǎn)變(flash)成蒸汽，并與空氣非常容易地混合。在這樣的實(shí)施方式中，液體燃料可受到高于其臨界點(diǎn)的溫度和壓力條件，其中不存在明顯的液相和氣相。具有與燃燒和/或壓縮行程發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的氣體和液體之間的特性的超臨界流體包括但不限于：甲烷，乙烷，丙烷，乙烯，丙烯，甲醇，乙醇和丙酮。空氣或燃料(或兩者)因此可加熱至從大約30℃到大約150℃選出的溫度。在另一實(shí)施方式中，在注射水之前，將具有該空燃比的燃料/空氣混合物加熱至介于大約30℃到大約80℃范圍內(nèi)的值、或介于大約40℃到大約80℃范圍內(nèi)的值、或介于大約50℃到大約80℃范圍內(nèi)的值，或者在注射水之前加熱至大約80℃或更大的值。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制在空氣或燃料被加熱的實(shí)施方式中，同股溝熱交換器71或從廢氣捕獲熱并將一部分廢熱傳遞至空氣或燃料的類似的裝置來供應(yīng)熱。這是將否則會(huì)浪費(fèi)并損耗至環(huán)境的熱傳遞以用于有用功的方面。在冷啟動(dòng)條件下，入口空氣還可被預(yù)先加熱。為了控制通過受壓縮行程過程中液態(tài)水的增加影響的冷卻的量，發(fā)動(dòng)機(jī)可使用位于各個(gè)位置處的一個(gè)或多個(gè)溫度和壓力傳感器。如圖示了用于控制并監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)操作的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)100的圖8所示，溫度傳感器裝置110可例如位于進(jìn)口歧管/汽缸蓋中，第二溫度傳感器裝置111可位于排放歧管中，并且壓力傳感器裝置112可能位于汽缸/進(jìn)口歧管/排放歧管中或其任意組合中。同樣如在此描述的，溫度和壓力傳感器可位于發(fā)動(dòng)機(jī)中的其他位置中?？墒褂闷渌麥y(cè)量汽缸壓力的裝置，包括但不限于燃燒室等離子體監(jiān)測(cè)器、或曲柄角加速度監(jiān)測(cè)器。如圖8所示，包括汽缸蓋傳感器和壓力傳感器的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器耦接至使用適當(dāng)軟件的計(jì)算機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可根據(jù)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度或所需的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出/轉(zhuǎn)速的因素來改變空氣/燃料混合物、空氣或燃料(如果使用的話)的加熱、以及增加的液態(tài)水的量。例如，剛啟動(dòng)且冷運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)可具有略微更濃稠的混合物和更少的水，直到變暖為止。當(dāng)完全變暖時(shí)，可調(diào)制空氣/燃料混合物(以及可選地溫度)和增加的水，以調(diào)節(jié)功率輸出和發(fā)動(dòng)機(jī)效率。所需的冷卻的量基于發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件的最大工作溫度，在該最大工作溫度之上，特定部件將熔化或變形，或者潤滑可失效。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制的傳統(tǒng)解決方案是熱交換器(散熱器)，具有循環(huán)穿過發(fā)動(dòng)機(jī)且將過多的熱傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)之外并通過該散熱器傳遞到環(huán)境中的流體(發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液)。實(shí)際上，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中費(fèi)熱的量典型地是至少40％。通過卡諾定律，該費(fèi)熱的一些理論上在熱力學(xué)上可轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮行程過程中另外使用足夠的增加的液態(tài)水，以使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻至使得散熱器將不是必要的點(diǎn)。在另一實(shí)施方式中，在此描述的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種由于注入汽缸中的液態(tài)水而減小或消除需要排出至環(huán)境的廢熱的方法。液態(tài)水的量將根據(jù)溫度和壓力傳感器提供的數(shù)據(jù)來計(jì)量。在實(shí)施方式中，注入發(fā)動(dòng)機(jī)中的液態(tài)水可通過發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的周期來預(yù)加熱，從而減小向環(huán)境的熱損耗。如在其他地方指出的，在高壓力環(huán)境下液態(tài)水課加熱至大約80℃或甚至更高的溫度。預(yù)期幫助使內(nèi)部溫度更冷的其他特征是貧乏燃料混合物(λ＞1.5)以及高效壓縮比。術(shù)語“內(nèi)部溫度”的是指汽缸蓋處的溫度，汽缸蓋典型地是發(fā)動(dòng)機(jī)最熱的部分。該高效壓縮比預(yù)期由于汽缸在動(dòng)力行程過程中更大的體積膨脹(與傳統(tǒng)的更低壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)相比)而產(chǎn)生冷卻效果。在發(fā)動(dòng)機(jī)使用散熱器(例如熱交換器)和液體冷卻劑來進(jìn)行外部冷卻的情況下，與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，液態(tài)水注射的量和發(fā)動(dòng)機(jī)的其他冷卻特征預(yù)期減小所需冷卻的量(排出至冷卻劑的熱)的至少20％。在其他實(shí)施方式中，與沒有液態(tài)水注射的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，通過液態(tài)水注射，由冷卻劑排出的熱量減小至少40％。在其他實(shí)施方式中，與沒有液態(tài)水注射的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，通過液態(tài)水注射，由冷卻劑排出的熱量減小至少60％。在其他實(shí)施方式中，與沒有液態(tài)水注射的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，通過液態(tài)水注射，由冷卻劑排出的熱量減小至少80％。在另一實(shí)施方式中，使用具有更高沸點(diǎn)的冷卻劑(例如使用更大量的乙二醇)或者在更高的壓力下操作冷卻回路，以允許周期在更高的溫度下運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)可進(jìn)一步無需外部冷卻裝置。在另一實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)可為空冷的，完全不存在熱交換器?？諝饫鋮s的量可通過控制電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的速度或間歇或者通過諸如控制葉片(flap)的操作的手段來控制。例如，葉片可通過以下方式控制空氣流：使用葉片和風(fēng)扇主動(dòng)地控制；或者通過控制由于空氣和排氣的進(jìn)口的打開而被暴露的表面積和被控制的流來被動(dòng)地控制。另一種冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)和回收部分廢熱的方式是通過使入口空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)周圍循環(huán)。在可替換實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)可設(shè)計(jì)為在比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)高的溫度下工作。典型地，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定為在大約91℃(195°F)的內(nèi)部溫度下運(yùn)行，然而在此描述發(fā)動(dòng)機(jī)的矩陣500可設(shè)定為在100℃到175℃的內(nèi)部溫度下運(yùn)行，其中潤滑劑規(guī)格具有適當(dāng)?shù)母淖?。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)在介于大約85℃到大約175℃范圍內(nèi)的汽缸溫度(即，在使用冷卻系統(tǒng)時(shí)，冷卻劑或散熱器水將經(jīng)受的發(fā)動(dòng)機(jī)壁的外部溫度)下操作。與在此描述的附加的熱管理特征組合，發(fā)動(dòng)機(jī)無需外部冷卻裝置，但可選地可包括排氣散熱器。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)在介于大約85℃到大約100℃范圍內(nèi)、或介于大約85℃到大約120℃范圍內(nèi)、或介于大約85℃到大約140℃范圍內(nèi)、或介于大約85℃到大約150℃范圍內(nèi)的外部溫度下操作，并且發(fā)動(dòng)機(jī)無需外部冷卻裝置。在可替換實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)可為絕緣的以使環(huán)境熱損耗最小，其中冷卻僅來自所注射的水并且可選地來自在排氣中捕獲的用于加熱空氣和燃料的熱。在該實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)將為在比普通發(fā)動(dòng)機(jī)更高的內(nèi)部溫度下運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，燃燒室或汽缸、或者容納燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分、或者整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可選地通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的熱絕緣器90而為熱絕緣的。在可替換實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)通過熱交換器70回收排氣或發(fā)動(dòng)機(jī)蓋中的熱，該熱交換器從排氣或發(fā)動(dòng)機(jī)蓋或兩者中傳遞熱，以預(yù)加熱液態(tài)水、燃料和入口空氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)不具有其他外部冷卻設(shè)備(諸如散熱器)的情況下，或者在發(fā)動(dòng)機(jī)為絕緣的以使環(huán)境熱損耗最小的情況下，燃料和液態(tài)水的預(yù)加熱可為將否則通過排氣而損耗至環(huán)境的熱傳遞以用于有用的機(jī)械能的手段。由于在壓縮行程過程中控制汽缸中的溫度的冷卻措施(包括液態(tài)水注射和貧乏燃料混合物)的原因，比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更大的壓縮比是可能的。本公開的發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于13:1的有效壓縮比，但是更優(yōu)選地將具有大于15:1、或大于20:1或大于25:1、或大于30:1、并且可高達(dá)40:1的有效壓縮比。部分地由于該設(shè)備和方法可具有的更高的壓縮比，使得通過發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)的更高的壓縮比將比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更有效。根據(jù)奧拖循環(huán)(或者在壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)情況下的狄塞爾循環(huán))，更高的壓縮比在理論上將帶來更大的熱效率。發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料可為低烷烴(諸如天然氣、甲烷、乙烷、正丙烷、或異丙烷)、或者低烷基醛或低烷基酮(其中低烷基包含1-6個(gè)碳原子(例如丙酮))、或者其混合物?？商鎿Q地，燃料可能是可選地與醇(例如乙醇)混合的汽油(gasoline)(汽油(petrol))。可將其他碳?xì)浠衔镉米靼l(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料，諸如其他C4-C15烷烴或其混合物、或者柴油(煤油)燃料。通常，汽油和低烷烴燃料將可能需要火花點(diǎn)火。柴油燃料為壓縮點(diǎn)火，并且發(fā)動(dòng)機(jī)可使用基于柴油類燃料的燃料混合物，所述柴油類燃料例如為柴油、生物柴油、煤油、JP-8、JP-A以及其他煤油類型的燃料。兩種類型的燃料和點(diǎn)火方法均可與所描述的實(shí)施方式兼容。在一個(gè)實(shí)施方式中，該燃料可為天然氣與柴油類燃料的混合物，其中柴油類燃料通過壓縮來引起點(diǎn)火，但是裝料的大部分來自天然氣。發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)火來自火花塞、來自壓縮點(diǎn)火或其組合，或另一其他裝置，諸如等離子體放電或激光。在火花點(diǎn)火的情況下，計(jì)時(shí)可根據(jù)燃料、空燃比、以及所注射的液態(tài)水的量或其組合而改變。點(diǎn)火計(jì)時(shí)為在TDC之前開始，因?yàn)檎麄€(gè)燃料裝料不會(huì)立即點(diǎn)火。一旦點(diǎn)火開始時(shí)的燃燒過程會(huì)花費(fèi)一計(jì)時(shí)間，因?yàn)樵邳c(diǎn)火時(shí)形成的火焰會(huì)移動(dòng)通過汽缸。出于該原因，點(diǎn)火在開始時(shí)被計(jì)時(shí)(例如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下)，以確保來自燃燒的最大壓力出現(xiàn)在TDC時(shí)或略微出現(xiàn)在其之后。在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，調(diào)節(jié)“火花提前”(火花的計(jì)時(shí))，以優(yōu)化點(diǎn)火計(jì)時(shí)，從而使效率最大。由于燃料的更好且更均勻的混合以及更小的燃燒隔室的原因，在此描述的以貧乏燃料混合物和高壓縮比工作的發(fā)動(dòng)機(jī)可需要更小的火花提前，使得與傳統(tǒng)的更低壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，來自燃燒的最大壓力將更快地實(shí)現(xiàn)。由于在本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)中冷卻的水的原因，不具有火花點(diǎn)火的壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)將典型地需要調(diào)節(jié)注入汽缸中的燃料的計(jì)時(shí)。因此，使用更高的λ值和更多的水注射(其等同于更冷的內(nèi)部溫度)，在此描述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操作為在壓縮行程中的較早時(shí)候?qū)⒉裼皖惾剂献⑷雺嚎s發(fā)動(dòng)機(jī)中，以便得到適當(dāng)計(jì)時(shí)的點(diǎn)火和完全的燃燒。圖8進(jìn)一步示出了可在圖2至圖7的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的傳感器控制系統(tǒng)100。傳感器控制系統(tǒng)100通過控制器裝置105動(dòng)態(tài)地控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作，所述控制器裝置為在儲(chǔ)存于相關(guān)的記憶存儲(chǔ)裝置中的程序控制下操作的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或ECU(例如，微處理器或者可編程邏輯控制器或微控制器)。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)控制，使用傳感器裝置，所述傳感器裝置包括但不限于用于測(cè)量進(jìn)口處的空氣的質(zhì)量的MAF或(質(zhì)量氣流)傳感器；IAT(進(jìn)口空氣溫度)傳感器，例如位于汽缸蓋和/或進(jìn)口口中，或者位于汽缸蓋和/或進(jìn)口口處；EGT(廢氣溫度)傳感器，例如位于排放歧管中；MAP(歧管絕對(duì)壓力)傳感器，位于進(jìn)口/排放歧管中或進(jìn)口/排放歧管處，或其任意組合。傳感器裝置與控制器裝置105連通并與其耦接，控制器裝置105可為具有微處理器的計(jì)算機(jī)，所述微處理器發(fā)出控制信號(hào)，以響應(yīng)于各種發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和壓力測(cè)量以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載或外部空氣溫度和壓力)的方式可編程地控制和調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)。例如，操作發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率/速度輸出需求(例如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載)和溫度冷卻目標(biāo)來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)，其中編程微處理器或可編程邏輯控制器元件105響應(yīng)于動(dòng)力裝置(負(fù)載)113(例如諸如由發(fā)動(dòng)機(jī)RPM表示)以及一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件。例如，指示發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的消息或信息由傳感器裝置連續(xù)地感測(cè)，并且與輸入至可編程邏輯控制器元件105的實(shí)時(shí)的值(包括但不限于汽缸的第一溫度T1值、排放歧管處的汽缸的第二溫度T2、以及活塞汽缸壓力P)通信，以確定用于下一周期的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)，例如用于提供空氣進(jìn)口閥的控制和/或燃料注射器控制的參數(shù)、以及用于控制液態(tài)水注射器/可變泵控制的參數(shù)。如在此描述的，所注射的水的量是比存在于汽缸中的周圍空氣中的水蒸汽的飽和點(diǎn)下的水的量更大的量。該量可有本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)教科書包含濕空氣的章節(jié)。飽和蒸汽質(zhì)量可通過使用理想氣體定律和飽和蒸汽表來近似地計(jì)算。水蒸汽的量由分壓力和溫度的限制來約束。露點(diǎn)溫度和相對(duì)濕度用作水循環(huán)中水蒸汽的過程的準(zhǔn)則。冷凝和蒸發(fā)之間的平衡給出稱為蒸汽分壓的量?？諝庵械乃羝淖畲蠓謮毫?飽和壓力)隨著空氣與水蒸汽的混合物的溫度而改變。存在用于該量的許多經(jīng)驗(yàn)公式；最常使用的參考公式是戈夫-格雷奇方程式：其中，T為潮濕空氣的溫度，以開爾文的單位給出，“p”為水的分壓，以毫巴(百帕)的單位給出。因此，在各種溫度下，空氣完全飽和時(shí)的水的分壓可使用該公式確定。所注射的量大于用該方程式計(jì)算的量“p”。例如，在101.33kPa和20℃下，與大約6.8％的化學(xué)計(jì)量燃料質(zhì)量相比，空氣可具有大約1.5％蒸汽質(zhì)量的最大值。在25℃下，其為大約2％。在實(shí)施方式中，例如所注射的水的量介于在大約25℃的環(huán)境溫度下以水蒸汽飽和的空氣所攜帶的水蒸汽的量的大約1.05到大約10倍的范圍內(nèi)。因此，無論從諸如上述方程式中計(jì)算出“p”的值如何，在該實(shí)施方式中，所注射的水蒸汽的量均與該值的大約1.05到大約10倍。然后，可通過確定蒸汽中的該量從理想氣體定律方程式PV＝nRT得出的摩爾數(shù)將該量轉(zhuǎn)換成待增加的液態(tài)水的量，所述方程式中，P為待增加的水的分壓，V為汽缸的體積，T為溫度(單位是開爾文)，R為理想氣體常數(shù)，n為摩爾數(shù)?；谒?jì)算的水的摩爾數(shù)，可計(jì)算待注射的水的量(水的克數(shù))，因?yàn)樗哂?8克/摩爾的分子量。由于水具有大約1gm/mL的密度，因而然后可計(jì)算待增加的液態(tài)水的量(毫升)。如上所述，待注入發(fā)動(dòng)機(jī)中的水的最佳量例如經(jīng)由一張或多張當(dāng)量表(equivalencytable)通過ECU(發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元)來計(jì)算。所述當(dāng)量表包含與在不同操作條件下將多少水注入發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的信息。當(dāng)量表的一個(gè)實(shí)例是“水注射量VS進(jìn)口空氣溫度(IAT)乘數(shù)”。這與電控發(fā)動(dòng)機(jī)所具有的“點(diǎn)火計(jì)時(shí)延遲VSIAT乘數(shù)”表非常相似，其隨著進(jìn)口溫度的增加而延遲點(diǎn)火計(jì)時(shí)以抑制爆震，除了在本情況下以外，水注射量與隨著IAT的增大而增大的小正數(shù)相乘，以在考慮到各種參數(shù)(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載、溫度、壓力、燃料等)的情況下滿足較熱的進(jìn)口裝料對(duì)于增大的裝料冷卻的需求。對(duì)出現(xiàn)爆震的可能性產(chǎn)生影響的任何其他因素將在ECU中具有著眼于性能提升的表，并且通過延遲火花計(jì)時(shí)、增加燃料供應(yīng)、并增加/減小水的量來抵消所述影響。主要水注射當(dāng)量表使水、燃料的量、以及發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載相關(guān)聯(lián)。水注射當(dāng)量表通過運(yùn)行在各種速度和負(fù)載下進(jìn)行掃掠的注射(將發(fā)動(dòng)機(jī)保持在恒定速度和負(fù)載下并且使水注射的量從0變化至100％)而實(shí)驗(yàn)方法地產(chǎn)生，從而在大多數(shù)操作條件下確定水的最佳量。將數(shù)據(jù)寫入試驗(yàn)結(jié)果之間，以產(chǎn)生用于位于實(shí)際測(cè)試點(diǎn)之間的點(diǎn)的全矩陣，因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載和速度下運(yùn)行時(shí)，ECU準(zhǔn)確地知道其需要注射多少水來保持其最佳地運(yùn)行。更具體地，在圖9中描述了確定用于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)周期的每個(gè)活塞注射的水的最佳量的方法200。在圖9中的210中，示出了確定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件(包括例如發(fā)動(dòng)機(jī)的RPM、負(fù)載)的控制器。然后，在215中，氣流質(zhì)量(流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣的質(zhì)量)可例如通過MAF、或使歧管壓力(MAP)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)以確定氣流的當(dāng)量表(未示出)來確定。可替換地，氣流質(zhì)量可通過使MAF與發(fā)動(dòng)機(jī)速度和進(jìn)口空氣溫度相關(guān)聯(lián)的表來確定。通過該確定的氣流質(zhì)量的值，在給定所需的A/F(空氣/燃料)比的情況下，在220中計(jì)算燃料的量。然后，繼續(xù)至225，其中通過當(dāng)量查找表確定基于所確定的燃料質(zhì)量的待注射的基礎(chǔ)水注射量。如在此描述的，如上所述的水注射的基礎(chǔ)水量為所注射的比存在于汽缸中的周圍空氣中的水蒸汽的飽和點(diǎn)處的水量更大的水量。在上文中描述了計(jì)算水注射量的實(shí)例方法。在圖9中，在230繼續(xù)，在給定當(dāng)前進(jìn)口空氣溫度值傳感器的讀數(shù)的情況下，控制器執(zhí)行當(dāng)量表(未示出)查找，以確定水裝填乘數(shù)調(diào)節(jié)。乘數(shù)值實(shí)驗(yàn)地確定并且提供在當(dāng)量表中，以用于在給定當(dāng)前進(jìn)口溫度值傳感器的讀數(shù)的情況下實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)基礎(chǔ)注射量(例如增加或去除液態(tài)水的量)。同樣地，在235中，在給定當(dāng)前歧管絕對(duì)壓力值傳感器的讀數(shù)的情況下，控制器執(zhí)行當(dāng)量表(未示出)查找，以確定水裝填乘數(shù)調(diào)節(jié)。乘數(shù)值實(shí)驗(yàn)地確定并且提供在當(dāng)量表中，以用于在給定當(dāng)前歧管絕對(duì)壓力值傳感器的讀數(shù)的情況下實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)基礎(chǔ)注射量(例如增加或去除液態(tài)水的量)。應(yīng)當(dāng)理解的是，可執(zhí)行額外的當(dāng)量表查找，以基于其他感測(cè)到的參數(shù)(例如廢氣溫度傳感器的值)在每個(gè)周期的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)水注射量。繼續(xù)至圖9的240，其中通過對(duì)在225中獲得的基礎(chǔ)水注射量的值應(yīng)用每個(gè)所述乘數(shù)調(diào)節(jié)來計(jì)算最終調(diào)節(jié)的水注射量的值。然后在245中，控制器參考另一水當(dāng)量圖(未示出)，以確定用于待打開的水注射器裝置的觸發(fā)器(計(jì)時(shí))和停留時(shí)間，從而對(duì)該周期的其余部分提供最終調(diào)節(jié)的用于注射(端口或汽缸)的液態(tài)水的量。也即，返回參考圖8，在一個(gè)實(shí)施方式中，使用儲(chǔ)存于一個(gè)或多個(gè)當(dāng)量表120中的預(yù)定信息，邏輯控制器元件105將計(jì)算控制參數(shù)125，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出條件，諸如待注射的液態(tài)水的量。根據(jù)在此描述的實(shí)施方式，通過用于控制燃料注射器的致動(dòng)(例如停留時(shí)間)的控制器通信消息140以及用以控制液態(tài)水注射的計(jì)時(shí)和液態(tài)水注射的量(體積)(在TDC之前)的通信消息140來實(shí)現(xiàn)這些改變。在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)周期接一個(gè)周期的基礎(chǔ)上，在給定當(dāng)前感測(cè)到的條件值的情況下，并且以響應(yīng)于當(dāng)前溫度和壓力讀數(shù)、以及其他變量(例如環(huán)境條件，諸如環(huán)境溫度)，控制器105將通過發(fā)送用于改變空氣和燃料注射量及計(jì)時(shí)的控制消息140以及在壓縮行程過程中相對(duì)于汽缸處的火花點(diǎn)火(提前)的計(jì)時(shí)控制液態(tài)水注射(端口或汽缸直接注射)的量的控制消息130來協(xié)調(diào)系統(tǒng)的操作，以用于如在此描述的最大效率、壓縮以及冷卻。應(yīng)當(dāng)理解的是，處于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作的任何特定周期下的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的監(jiān)測(cè)和控制可基于之前周期(包括幾個(gè)之前周期的時(shí)間平均)的過程中的操作來調(diào)節(jié)，以確保點(diǎn)火和水注射以穩(wěn)定的方式通過適當(dāng)?shù)那S角度發(fā)生。除了別的益處以外，內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的液態(tài)水降低內(nèi)部溫度，這允許較高壓縮的發(fā)動(dòng)機(jī)以不存在爆震的方式操作，從而允許在較高壓縮和更有效的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用低辛烷燃料。較低的內(nèi)部溫度還可避免和/或減少NOx的排放，NOx的排放會(huì)隨著內(nèi)部溫度的提高而增加。另外，相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的一氧化碳的量，在此描述的發(fā)動(dòng)機(jī)呈現(xiàn)有減少的一氧化碳的量。如在此使用的，每個(gè)汽缸的上死點(diǎn)(TDC)對(duì)應(yīng)于活塞的處于汽缸內(nèi)離曲軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)的定向。以度數(shù)來衡量，位于其壓縮行程的上死點(diǎn)(TDC)處的活塞的曲柄角(是指發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在汽缸內(nèi)移動(dòng)時(shí)相對(duì)于活塞的位置)為零曲軸角的度數(shù)。如在此使用的，每個(gè)汽缸的下死點(diǎn)(BDC)對(duì)應(yīng)于離曲軸最近的活塞的定向。位于其壓縮行程的下死點(diǎn)(BDC)處的以度數(shù)衡量的曲柄角為180曲軸角的度數(shù)。除非指出與之相反，否則在此使用的溫度均為℃。如在此提到的，“周圍的”限定為處于能量儲(chǔ)存系統(tǒng)外部的溫度和壓力的條件，例如大約25℃和1atm。如在此使用的，術(shù)語“碳?xì)浠衔锶剂稀笔侵富旧习ㄌ細(xì)浠衔锏娜剂?碳?xì)浠衔锏闹亓堪俜直却笥?0％)，但可另外包括其他添加劑，諸如醇，例如乙醇。如在此使用的，復(fù)數(shù)包含單數(shù)，并且反之亦然，單數(shù)包含復(fù)數(shù)。以下非限制性實(shí)例是說明性的。實(shí)例1圖10示出了在各種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的圖，其中包括水注射和增壓空氣注射壓力。工作效率基于如在此描述的空氣/燃料和注射的水的輸入來計(jì)算。測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)是改進(jìn)的YanmarL100單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其與5KW發(fā)電機(jī)耦接，該發(fā)電機(jī)具有86mm×75mm的缸徑×行程、435cc的位移、以及發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比19:1。發(fā)動(dòng)機(jī)通過阻止氣流的可移除的板改進(jìn)，以便于研究內(nèi)部冷卻。在用于水注射器(例如通過商業(yè)上可獲得的適于以80psi注射水的燃料注射器)以及壓力和溫度儀器的各種位置中鉆取額外的孔。在所指示的壓力(例如5PSI(磅每平方英寸)、10PSI和15PSI)下用超級(jí)增壓器注射空氣。在TDC之前的300°，在80psi下以端口注射的方式進(jìn)行水注射3ms。發(fā)動(dòng)機(jī)速度為大約3600RPM。所示電輸出是發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工作參數(shù)下的效率的直接測(cè)量結(jié)果。通過將所測(cè)量的電輸出除以所注射的燃料的熱能容量(燃燒的熱量)，來計(jì)算效率。燃料是ULSD超低硫柴油。特別地，圖10繪出了發(fā)動(dòng)機(jī)在各種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和三個(gè)不同的增壓空氣注射壓力下的電效率。表1示出了圖10所示的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及水與燃料的百分比(按重量)和λ(空燃比)。在15PSI的增壓空氣壓力和5037瓦特的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下，表1和圖10中的最有效的數(shù)據(jù)點(diǎn)的電效率為55.3。水/燃料比為1.5，意味著比為150％w/w。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，λ為4.46。表1圖10所示的具有水注射和增壓的測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)圖10示出了，在具有內(nèi)部冷卻的10PSI和15PSI氣壓下，效率穩(wěn)定地增加至4KW發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。在15PSI下，輸出進(jìn)一步增加至55％效率的最大值。實(shí)例2圖11和表2示出了發(fā)動(dòng)機(jī)在各種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和10PSI增壓空氣注射壓力下的電效率，比較了水注射內(nèi)部冷卻和不存在水注射及空冷。在TDC之前的300°，在80psi下注射水3ms。發(fā)動(dòng)機(jī)速度為6000RPM。表2中的數(shù)據(jù)表明，在10psi空氣注射下，使用水注射內(nèi)部冷卻可極大地增加效率。在4KW發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下，效率從32％增加至46％。表2示出了圖11所示的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及水/燃料比和λ(空燃比)。表2在存在和不存在水注射的情況下(圖11)在各種負(fù)載和恒定氣壓下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試的數(shù)據(jù)由于在此描述的發(fā)動(dòng)機(jī)在不背離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征的情況下可體現(xiàn)為不同的形式，因而還應(yīng)當(dāng)理解的是，除非另有說明，否則上述實(shí)施方式并不限于以上描述的任一細(xì)節(jié)，而是應(yīng)當(dāng)在如由所附權(quán)利要求書所限定的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)寬泛地解釋。因此，所附權(quán)利要求旨在包含所有落在權(quán)利要求書的邊界和范圍內(nèi)或這樣的邊界和范圍的等同物內(nèi)的變化和改進(jìn)。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3