CN104929830A - 用于内燃发动机的过冷却空气和燃料的引入*** - Google Patents

用于内燃发动机的过冷却空气和燃料的引入*** Download PDF

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Abstract

一种用于冷却内燃发动机的进气以增加功率输出并减小发动机排放的装置和***。***采用作为液体存储的气态燃料，其中液化的气态燃料至少部分地通过从供应至发动机的进入的进气中移除的热量而被蒸发和加热。在优选实施方式中，经压缩的进入燃烧空气首先在后冷器中通过经环境冷却的冷却剂被冷却，随后被本发明的冷却器进一步冷却，本发明的冷却器采用可替代燃料在液相与气相之间的改变来冷却进入的进气。然后，气相燃料以受控的方式供应给发电机以由发动机进行燃烧。该***的运转由安装在发动机舱中的控制箱测量和控制。

Description

用于内燃发动机的过冷却空气和燃料的引入***
本案是中国专利申请号为200880122707.2的分案申请。
技术领域
本发明通常涉及内燃发动机，更具体地涉及对内燃发动机的进气进行过冷却(super cooling)的装置和方法。
背景技术
一个多世纪以来，内燃发动机一直作为各种应用中主要的动力源而被依赖。在这种发动机中，使用最为广泛的是往复活塞式发动机，这种发动机用于汽车或其它形式的交通工具中，并用于各种工业和消费应用中。可以根据具体应用的动力需求将这种发动机制造成为具有各种尺寸、类型和配置。
在这些变体中，柴油发动机相比汽油发动机而言具有大量的优点。柴油发动机提供可靠性、长久寿命、和良好的燃料经济性，并且被期待保持多年来作为主要的重型运输动力源的地位。通常，当柴油发动机燃烧室的活塞接近压缩冲程结束点时，柴油发动机将柴油喷射到该燃烧室中。燃烧室中存在的高压点燃柴油。由于柴油与空气的混合物在燃烧过程中具有非可控性，因此大部分燃料都具有非常富燃料当量比。也就是说，燃烧室中的燃料与空气并不一定是均匀的混合物。这样通常导致柴油的不完全燃烧，从而趋于导致高的颗粒排放。此外，富燃料当量比还可能在燃烧过程中产生高的火焰温度，从而产生增加的NOx排放。随着对于柴油源颁布了更加严格的环境标准，柴油发动机的使用者正在寻求较低排放的解决方案。
一个解决方案是减小喷射到燃烧室中的柴油量，这会使当量比减小并起到减少颗粒和NOx排放的作用。然而，这也减小了发动机功率。
另一个解决方案是将发动机部分或全部转变为使用替代燃料，如压缩天然气(CNG)、液态天然燃料(LNF)(例如，乙醇)、以及液态或液化石油气(LPG)(例如，丙烷)。通过使柴油发动机采用这种替代燃料不仅提供了更完全的燃烧从而导致提高的燃料经济性，通常还导致较低的发动机排放。然而，更具体为气态燃料的替代燃料通常不具有允许通过压缩来使该燃料燃烧所需的十六烷(centane)值。因此，必须将柴油发动机改造为使用这种燃料。用于将柴油发动机转变为使用替代燃料的方法通常分为3类。第一类是将发动机转变为火花点火发动机；第二类是将发动机转变为允许将气态燃料直接喷射到燃烧室中；第三类是将气态燃料与进入发动机的进气的全部或一部分进行“雾化”或“薰蒸”。可以理解，第二和第三类方法采用被喷射的柴油(即，引燃柴油)来点燃气态燃料。在此，气态燃料燃烧导致柴油更加完全的燃烧。此外，气态燃料与柴油的组合允许发动机产生附加的动力并且较少的柴油被喷射到气缸中。
然而，转变为火花点火***和/或直接气态燃料喷射***以通过柴油发动机采用气态燃料通常都需要对柴油发动机进行实质性改造。这种改造包括更换气缸盖、活塞、燃料喷射***和/或准备双份许多发动机部件(例如，喷射***)。因此，这些***通常是昂贵的且常常很不可靠。
另一方面，雾化或薰蒸式双燃料***几乎不需要对现存的发动机进行改造。在进气冲程期间气态燃料和进气的混合物被引入发动机的每个气缸中。在活塞的压缩冲程期间，混合物的压力和温度以常规的方式增加。在接近压缩冲程结束时，将少量的来自发动机的现有柴油喷射***的引燃柴油喷射到气缸中。引燃柴油在压缩作用下点火，接着点燃气态燃料和进气的混合物，从而提高了混合物的燃烧。可以理解，可在对现有发动机几乎不进行改造或不进行改造的情况下，将这种薰蒸式***改装到现有的柴油发动机上。此外，使用这种薰蒸式***的发动机通常可以在双燃料模式下或在严格的柴油模式下(例如，当无法获得气态燃料时)运转。例如参见本发明人的题为“Propane InjectionControl System and Apparatus for Vehicles(用于车辆的丙烷喷射控制***和装置)”的第7,100,582号美国专利，该专利的内容以引用方式并入本文。
导致低效和增加排放的柴油发动机的另一缺点涉及增压，例如涡轮增压，其中，以机械方式驱动或通过来自发动机的排气驱动进气压缩机，其中排气通过高速旋转式膨胀器膨胀从而驱动旋转式离心压缩机以将进入的进气压缩到燃烧气缸中。对进气进行增压或涡轮增压提高了进入的进气的温度。这种受热的空气因降低进气密度而对发动机的性能产生了负面影响，从而对于给定发动机排量限制了可获得的进气质量。此外，热的进气使气缸中的进入燃料发生过早爆震的可能性增加，这可能会损坏发动机的部件。
目前，现有技术中公知的是，通过在增压器或涡轮增压器之后甚至在增压器或涡轮增压器阶段之间对经压缩的进气进行冷却，提高增压或涡轮增压内燃发动机的性能。大多数情况下该冷却通过与循环的冷却介质(例如，水)进行热交换而实现，然后该冷却介质与外部冷却介质(例如，陆基固定发电设备情况下的空气、船载发电设备情况下的海水或具有充足冷却水供给的发电设备)进行热交换，例如“进气冷却”。在其它情况下，进气是通过散热器(例如，肋片和管式热交换器)，以例如中冷或后冷方式与周围空气进行热交换。在这两个过程中，经冷却的进气的温度仍高于环境冷却介质的温度，除非采用附加的能量和制冷设备。在使用环境空气冷却的货车、客车、铁路机车或固定发动机的情况下，该经冷却的进气一般比环境空气温度高10F°至20F°(约5C°至10C°)。在夏季条件下，这可能会导致甚至在冷却后进气的温度为100F°至120F°(约38C°至49C°)或更高。在其它情况下，已经采用机械制冷***以实现在基本独立于环境温度条件的情况下将进气以受控的方式冷却到所需温度。第3,306,032号和第3,141,293号美国专利公开了用于对压缩的进气进行冷却的机械制冷***。然而，这种***复杂且需要大量功率以使冷却***运转。
第4,742,801号美国专利描述了一种装置，其用于泵送和蒸发冷的液化气以向双燃料内燃发动机、特别向柴油发动机供应燃料。然而，其并未教导使用冷的液化气来冷却进入的燃烧进气的优点。
第6,901,889号和第7,225,763号美国专利、第2005/0199224号和第2007/0125321号美国公开专利申请公开了在柴油发动机中使用辅助(secondary)燃料。然而，这些公开文本均未公开通过使用辅助燃料对供应给柴油发动机的空气进行冷却。
“The LNG Observer(LNG观察家)”的1990年春季刊，卷1，第1号中Thomas Joyce的文章描述了将LNG或液化天然气用作汽车的燃料，以及安装在汽车发动机舱中的LNG蒸发器采用发动机冷却剂来加热和蒸发LNG。其还表明，可以采用对LNG进行制冷来冷却进入的空气并因此“实质上对发动机进行了增压以提高其功率”。然而，尽管该文章提及了在提供增压的等同效果时的冷却作用，但是其并未涉及通过使用涡轮增压器或增压器对经压缩和受热的进气进行冷却，也未教导对经压缩的进气进行受控后冷以实现蒸发器与后冷器的平衡运转。
因此，现有技术中需要的是用于通过液化燃料对内燃发动机的进气进行冷却的***和方法，其中该液化燃料可在蒸发或膨胀后被供应至发动机用于燃烧。该***和方法可适合与增压式和非增压式柴油发动机一起使用，并可改善柴油在发动机的燃烧室内的燃烧以改善排气排放和降低燃料消耗。更具体地，本发明可通过使柴油进行更均匀的燃烧来减少从排气中排出的颗粒和NOx排放。该***还基于发动机的变化的要求和需求，向柴油发动机提供气态燃料。该***还对发动机的进气进行充分冷却以提高发动机的容积效率。
发明内容
简而言之，本发明涉及用于向柴油发动机喷射辅助燃料的***，其中，辅助燃料还用于冷却或过冷却进入发动机的进气。丙烷喷射器***的优选实施方式包括将液态丙烷引入“冷却器组件”，由此进入的进气经过冷却器组件以加热液态丙烷，在进入的进气被冷却时将液态丙烷转换为气态。然后，将气态丙烷引导至黑箱，该黑箱包括减压阀以在丙烷初始从冷却器组件开始并流过受到电子控制的开/关阀时降低丙烷的压力。气态丙烷进入喷射器歧管，在该喷射器歧管处，气态丙烷被分配至至少一个、更优选地为两个但是可如所需的数量的专门设计的气体处理燃料喷射器，燃料喷射器作为由可编程微处理器控制的可变流速喷射器，针对具体的车辆对可编程微处理器进行预先编程或以由车辆所有者确定的改进的性能编程对可编程微处理器进行定制。燃料喷射器的数量取决于发动机和燃料***的不同尺寸。关于所采用的燃料喷射器的数量的唯一限制在于存在提供充分的燃料计量所必需数量的燃料喷射器。压力反馈***感应发动机增压器何时在其向气缸给送的高侧引起压力升高。位于歧管绝对压力(MAP)传感器内的换能器检测到该压力升高并与微处理器通信。进气歧管压力感应向处理器提供反馈，处理器控制燃料喷射器以通过“按需”的方式对给送至发动机的丙烷的量进行定制。关于发动机性能的信息被编程到计算机控制器中、即微处理器中，以提供添加的丙烷或其它可替代燃料的流速。这种布置使燃料效率最大化并使可替代燃料的使用最小化。还应该注意，还可以单独或结合采用其它传感器如爆震传感器、氧传感器、节气门位置传感器、空气流量传感器等等来向微处理器供应数据，可以采用微处理器来决定向发电机供应可替代燃料。
可以以套件的形式提供部件，可将套件添加至车辆以对进入的进气进行冷却并将气态丙烷熏蒸到柴油发动机的进入的进气中。经冷却的丙烷-燃料-空气混合物燃烧的较慢，从而增加了功率而不提高价格或不增加排放到环境中的排出产物。此外，通过本文所提供的***可以允许柴油发动机在停车灯或其它停车指示处怠速(idle)并同时几乎完全依靠丙烷运转，因而消除了不希望的且总是令人不悦的柴油废气排放。
因此，本发明的目的在于提供一种冷却器组件，该冷却器组件用于采用液化的气态燃料对内燃发动机的进入的进气进行冷却。
本发明的另一目的在于提供一种冷却器组件，该冷却器组件被构造和布置为接纳液相的丙烷以转换为气相的丙烷，由此利用该相变来对进入的进气进行冷却，并且气态丙烷被供应至内燃发动机用于燃烧。
本发明的又一目的在于提供包括空气孔口的冷却器组件，该空气孔口穿过冷却器的本体部分以使进入的空气流到内燃发动机。
本发明的再一目的在于提供包括沸腾腔室和蒸气腔室的冷却器组件，沸腾腔室用于将液化的丙烷转换为气态丙烷，蒸气腔室用于收集气态丙烷。
本发明的再一目的在于提供包括至少一个管和肋片的冷却器组件，至少一个管和肋片用于将热量从进入的空气转移至冷却器组件内的液态燃料。
本发明的再一目的在于提供一种方法和冷却器组件，其用于对内燃发动机的进入的进气进行冷却以改善内燃发动机的效率和性能。
本发明的再一目的在于提供用于对内燃发动机的排气进行处理的***。
通过以下结合附图所进行的描述，本发明的其它目的和优点将变得显而易见，其中，以说明和示例的方式记载了本发明的某些实施方式。附图构成该说明书的一部分，包括本发明的示例性实施方式并说明了本发明的各个目标和特征。
附图说明
图1是包含在双燃料熏蒸式***中的冷却器组件的示意图；
图2是图1所示的控制器的框图；
图3是包含在可选双燃料熏蒸式***中的冷却器组件的示意图；
图4是适合与本发明一起使用的燃料环和气态燃料喷射器的立体图；
图5是图示本发明的冷却器组件的一个实施方式的立体图；
图6是图5的冷却器的剖视图；
图7是冷却器的另一实施方式；
图8是用于对内燃发动机的排气进行处理的补充燃料***的第一实施方式；
图9是用于对内燃发动机的排气进行处理的补充燃料***的另一实施方式；以及
图10是用于对内燃发动机的排气进行处理的补充燃料***的另一实施方式。
具体实施方式
尽管本发明容许各种形式的实施方式，但是在附图中示出并在下文中描述了目前优选的实施方式，并且可以理解，本公开应被认为是本发明的示例并不趋向于将本发明限制于所述的具体实施方式。
可与补充燃料***相结合使用的不同类型的内燃发动机包括但不限于柴油发动机、车辆的内燃发动机、固定内燃发动机、机车的内燃发动机、船舶的内燃发动机、和飞机的内燃发动机。与该***相结合使用的补充燃料包括但不限于液态丙烷、丙烷、液化天然气、天然气、液态丁烷、丁烷、和MAP气体。
一般地参照图1和3，其中示出了包含在各种双燃料熏蒸(fumigation)式***中的冷却器组件。参照图1，优选的***包括进气道(air intake)10和相关联的空气过滤器12以将环境空气给送至涡轮增压器14。来自涡轮增压器的压缩空气被引导至进气歧管16以进行分流并分配至发动机18的不同气缸。在发动机内，空气与柴油燃料混合并燃烧。之后，经燃烧的燃料/空气被推入排气歧管20中以排到环境中。本公开的主要特点在于示出了一种部件组合，其可以以套件的形式供应以方便适合和连接于现有的车辆，如货车、校车、或者甚至例如用于向发电机或泵提供动力的固定柴油发动机。应当注意，尽管图1和图3所示的***都是涡轮增压***，但是可在不偏离本发明范围的情况下将本发明与采用熏蒸的其它类型的增压和非增压发动机一起使用。
参照图5，其中图示了冷却器组件100的一个实施方式的立体图。该冷却器组件通常被构造和布置为放置于沿发动机的进气室(intakeplenum)的任何位置，这里进入的进气在进入发动机之前可被引导穿过冷却器的至少一部分。冷却器100一般被构造为细长的双壁管状组件，其具有密封的端部102以形成内部中空腔室104。内壁106由可传热材料(例如，铝)构造而成，而外壁108可由包括隔热材料的任何适当材料构造而成或者可覆盖有隔热材料。中空腔室104的外壁108被图示为透明的以使得可以示出液态燃料转变为气态燃料。液态燃料经过管口(nozzle)110进入中空的腔室104，在腔室104处，液态燃料停留在腔室的沸腾部112中。流过冷却器孔口114的空气使液态燃料变热，从而使燃料转变为气态，这样如箭头所示，燃料上升至腔室104的蒸气(vapor)部116。空气通过孔口115离开冷却器。然后，气态燃料被引导经过接头118到达控制器32(图1)中的调节器(未示出)。腔室104和/或孔口114还可以包括管和肋片，例如通常用于热交换器中的管和肋片，以有助于热量从进入的空气传递至液态燃料。
在优选实施方式中，冷却器100的直径为6英寸，并具有大约2英寸的热交换管(表面区域带有突出的肋片)。依据具体应用，端盖可以是3英寸、3.5英寸、4英寸或5英寸。
参照图1，丙烷管路30从罐28延伸到冷却器100以将燃料从液态转变为气态。此外，管路30优选地包括关闭/分流阀70。关闭/分流阀被构造和布置为切断丙烷的流动或者将丙烷在冷却器与控制箱之间进行分流。由此，可以使用设置在进气歧管中的温度传感器(未示出)来向控制器箱提供反馈以对燃料向冷却器的流动进行控制，从而对进入发动机的进气的温度进行控制。管路31以及管路71延伸至控制器箱32，在燃料经过管路72被引导至接合环22之前，在控制器箱32处燃料的压力被调节。接合环22(图4)通常是包含至少一个燃料管口44的环形构件，至少一个燃料管口44被构造和布置为将气态燃料散布到进入的进气中。压力管路34连接至压力传感器36以监控进气歧管16中的压力，从而当由于发动机18加速或作用在发动机18上的负载增加因而涡轮增压器14增加压力时给送丙烷。温度传感器38位于排气歧管20中以监控作为安全特征的排气温度，并且当温度超过预设水平时关闭***。指示器40位于这样的位置，使得驾驶员或操作者可以容易得知内燃发动机的运转状况。在优选实施方式中，指示器是灯并且其连接至温度传感器38，以甚至在***自动关闭之前可视地指示何时达到预定温度。手动控制或关闭开关42位于驾驶员或操作者的方便触及的范围内，以被方便触及从而当灯40指示存在问题时手动地关闭***。在另一实施方式中，指示器40可被包含在开关42中。
参照图2，其中图示了控制器箱或黑箱32的示意图。该箱是容纳调节器阀、温度传感器43和微处理器50的牢固构件。所有反馈温度和压力的感应线路(sensing lines)优选地位于控制箱32中并向微处理器提供数据，评估该数据并基于由每一车辆所确定的编程极限使用该数据。例如，基于从在车辆上进行的实际测试中所获得测试数据，将信息编程到微处理器中。如果对带有标准发动机的普通类型的校车进行评估，那么数据可被存储并用于对将在具有相同发动机配置的相同类型校车中安装的其它套件进行编程。由于套件提供适配器或普通连接器52以连接至用于编程和评估的膝上型电脑，因此可以快速、可靠且不必拆解燃料***的情况下进行现场工作。***优选地工作在标准的12V的DC上。
此外，控制器32可以在***的部件发生故障的情况下关闭整个发动机。除了关闭***之外，控制器32还在发动机控制模块(ECM)存储器中生成代码，该代码可随后通过扫描工具或类似装置下载和读取。故障指示灯(MIL)可被包含在关闭开关42中或者独立地位于车辆上，优选地在车辆驾驶室内。可还将控制器箱或黑箱32中的调节器阀与控制器32相分离地安装在车辆上。
参照图3，其中图示了冷却器组件100的可选实施方式。在该实施方式中，冷却器组件安装在位于增压器14之前的进气室中。冷却器组件被构造为与图5所示的实施方式基本相同，除了在冷却器内安装有气态燃料喷射器44以使得当进气经过冷却器时将气态燃料喷射到经过的空气中。
该套件形式允许以简单和经济的方式完成转换。可以通过简单地将其中安装有喷射器并与丙烷管路连接的短的管状构件连接至向增压器提供空气的柔性软管，在增压器的低压侧或高压侧进行丙烷喷射。通过在排气歧管中钻孔和凿孔，将温度传感器连接至排气歧管。黑箱(控制器)32连接在发动机舱内，或者甚至连接在驾驶室中，并且适当尺寸的丙烷罐在适当尺寸的空间内连接至车辆。
控制箱32优选地包括连接装置52(图2)以与进行***诊断的膝上型电脑通信。在发动机启动之后，通过测量丙烷流量、发动机排气温度、进气歧管压力、进气歧管的绝对压力(采用真空信号)、空气流量、节气门位置和空气温度的软件对***进行监控。冷却器100包括用于空气压力、入口温度和出口温度的传感器。采用安装在发动机的排气中的传感器来测量发动机的排气温度。从而，对***进行监控以获得发动机运转过程中的性能。一旦将该数据装载到膝上型电脑中，那么可以对其它***进行预编程以匹配初始原型机的性能特征或设定发动机。如果现场测试确定可以对发动机和***进行改进，那么可以实时的运转条件下监控***以定制***的设定，从而对用户说明优化性能或运转。除了位于控制箱上的连接装置52，可以使用车辆数据连接器(例如，OBD II连接器)来下载和获取车辆发动机数据。发动机数据可以是实时数据和/或存储在存储器中的数据。该数据可用于校准控制器32和写燃料图(fuelmap)。实时数据可以包括实时燃料消耗、进气温度(用于冷却器调整或冷却器自动校准或连续学习模式)、用于最佳排放控制的温度调整、氧传感器数据、排气温度(用于参考和比较)、车辆速度、加速器命令信号和可用于对流向冷却器的辅助燃料(例如，丙烷)的流量进行校准的附加数据。
从不同的发动机传感器获取的数据使得能够对发动机进行编程以获得最佳的效率、最佳排放控制和发动机保护。来自发动机的实时数据流能够通过控制冷却器100，使得发动机被控制以提供最有效的fluke经济性、最低的排气温度、和最佳的进气温度。除了用于控制发动机的数据以外，蜂窝电话或卫星电话也可以包含在***中并用于与发动机通信。这种类型的通信可使得能够将实时数据从位于世界任何位置的车辆发送至补充燃料引入***和过冷却空气引入***的工厂/制造商。这可以使得制造商能够对***的自动校准和***问题的诊断进行辅助。还可以使用排气温度传感器以在循环完成和已达到合适的排气温度之后关闭柴油发动机上的排气再生(regeneration)循环。
可在车辆驾驶室中放置模块以取代关闭开关42。该模块可以通过开/关模式、手动调整模式、自动校准模式、和连续自我学***、和***的运转模式，即正常运转、手动调整、自动校准、连续学习和进行中的工厂访问(factoryaccess)。由工厂/制造商提供的调整和图文件是与发动机、车辆和应用相关的。相比目前消费者可获得的其它***，工厂/制造商提供的调整和图文件提供了巨大优势。对辅助燃料和其它参数的控制由只能从工厂/制造商获得的专有软件提供。这种类型的控制使得***能够在不超出OEM功率和扭矩的情况下增加功率和扭矩或对***进行编程以获得经济性，并因此保持发动机/车辆的质量保证。
图6图示了冷却器100的第一实施方式。图6是图5所示的冷却器100的剖视图。冷却器100通常被构造为细长的双壁管状组件，其具有密封的端部102以形成内部中空腔室104。内壁106由可传热材料(例如，铝)构造而成，而外壁108可由包括隔热材料的任何适当材料构造而成或可覆盖有隔热材料。中空腔室104的外壁108被图示为透明的以使得可以示出液态燃料转变为气态燃料。液态燃料经过第一入口或管口110进入中空腔室104，在中空腔室104处，液态燃料停留在腔室的沸腾部中。流过冷却器孔口114或第二入口的空气使液态燃料变热，从而使燃料转变为气态，这样如箭头所示，燃料上升至腔室104的蒸气部。空气经孔口115或第一出口离开冷却器。然后，气态燃料被引导经过接头118到达控制器32(图1)中的调节器(未示出)。位于空气入口中的偏转器120确保进入空气的均匀分配以对空气进行均匀冷却。腔室104和/或孔口114还可以包括管和肋片，例如通常用于热交换器中的管和肋片，以有助于热量从进入的空气传递至液态燃料。
图7图示了冷却器100的另一实施方式。在该实施方式中，空气在122处进入冷却器并在124处离开冷却器。离开冷却器的空气的温度低于进入冷却器的空气的温度。空气通过通道或管126而经过冷却器。空气偏转器123将进入的空气均匀地分布在通道126中。这些通道可选地设置有肋片128以助于热量从空气传递至补充燃料。
补充燃料通过管路130供应至冷却器。液体流量计132位于管路130中以测量液态燃料的流速。开/关开关134也位于管路130中以允许或阻止液态燃料流到冷却器中。旁通阀136位于管路130中以排出额外的液态燃料或将额外的液态燃料通过管路138送回液态燃料供应处。可选的歧管140将液态燃料分配到冷却器中。管口142位于歧管140的出口处以将液态燃料均匀地分配到冷却器中。液态燃料在冷却器中受热。液态燃料通过与进入的空气非直接接触以将其状态改变为气态或蒸气。进入的空气被冷却或变冷至比进入的空气的温度低的温度。
气态燃料在出口144处离开冷却器。压力调节器146控制气态燃料的压力。然后气态燃料流进管路148中。压力传感器150对管路148中的气态燃料的压力进行测量。压力传感器可控制压力调节器146。可选地，管路152可将液态燃料从旁通管路138或液态燃料的供应处供应至压力调节器。
气态燃料从管路148被送至喷射器环154。喷射器环包含一个或多个喷射器156。这些喷射器将气态补充燃料引入到空气中，然后空气被供应至内燃发动机中。温度传感器158对进入冷却器的空气的温度进行测量。温度传感器160对离开冷却器的空气的温度进行测量。温度传感器162对冷却器中的空气的温度进行测量。压力传感器164对冷却器中的燃料的压力进行测量。
图8图示了通过补充燃料对内燃发动机的排气进行处理。液态或气态的补充燃料在170处被引入排气***中。催化转化器172位于燃料引入点170的下游。补充燃料与催化剂在173处发生化学反应以产生热量。热量被传递至颗粒排放过滤器174，其有助于对在颗粒过滤器174中捕获的额外颗粒进行燃烧。
图9图示了对内燃发动机的排气进行处理的另一实施方式。在排气***中设有旁通管176。液态或气态的补充燃料在178处被引入排气中。另一催化剂180位于旁通管176中。催化剂产生热量，该热量用于对颗粒过滤器174中的额外颗粒进行燃烧。
图10图示了对内燃发动机的排气进行处理的另一实施方式。旁通管182为颗粒过滤器174设旁通管。排气通常是富氧的。液态或气态的补充燃料在186处被引入补充燃料加热器184。加热器184对颗粒过滤器174中的颗粒进行加热并使这些颗粒燃尽。补充燃料催化剂188位于加热器184的下游。该催化剂除去可能存在于排气中的任何额外的碳氢化合物。
现在对补充燃料***的一个实施方式的运转进行描述。该***被供能并通过油压、发动机转速(rpm)和/或来自发动机控制模块(ECM)的各种其它输入确定发动机是否正在运转。然后，***进行自检并且如果都令人满意那么进入功能模式。功能模式可以是自动校准、手动编程和/或***可操作。这些模式由经销商/安装者通过膝上型电脑在现场控制或由经授权的人员通过网站经经由卫星远程控制。
液态的补充燃料从供给罐经由液体管路进入脉冲涡轮液体流量计。流量计在＝或-0.5％的范围内精确地确定正在消耗的液态燃料量。该输入被发送至控制器，并且在发生外部或内部泄漏、或者喷射器一直打开或关闭、或者调节器发生故障的情况下用作失效保护。通过在不同的给定转速和发动机负载情况下监控流量，可以精确地预测应消耗的液态燃料量。可以将其输入软件的表格中。当流量超出表格中的参数时，单元关闭并在控制面板上显示。液体流量计也可用于对所消耗的精确液态燃料量进行监控从而为顾客确定精确的节省量计算。
燃料从液体流量计行进至循环开关组(bank)。多个循环开关用作另外的失效保护。***对开关(线圈电阻)进行监控，当这些开关发生故障时，辅助循环开关可以正常地发挥作用并且防止向冷却器单元的过流(over flow)且最终在需要的情况下切断燃料流。循环开关的主要功能在于保持冷却器单元中的一定压力。由于压力和温度在制冷过程中是相关的，因此允许控制器和传感器的完全可调整性，从而保持所要求的稳定空气温度以编程到软件中。
液态燃料从循环开关经由液态燃料歧管和喷孔进入冷却器单元。当液态燃料进入冷却器组件的压力容器时，出现潜在的蒸发热量。液态燃料在来自经过安装在冷却器中的热交换管的新鲜空气的热量的作用下蒸发。通过固件和软件，在冷却器中对压力和温度进行控制。这由来自冷却器上传感器的输入(温度和压力)以及进入空气和离开空气的温度传感器的输入确定。
蒸发的燃料离开冷却器并进入调节器。调节器确保液态燃料永远不会超过并保持以稳定的压力向喷射器环或喷射器块给送蒸发的燃料。采用压力传感器以确保调节器正在执行其功能以及保持所要求的经调节的压力。
现在，蒸发的燃料经由蒸气管路流到喷射器环或喷射器块。现在，在软件指示下，该加压的燃料被计量供给到进入的空气流中。所喷射的燃料量由传感器输入阵列决定，该输入包括但不限于涡轮增压的升压(turbo boost)、节气门位置、排气的温度、发动机的负载、氧传感器、瞬时燃料消耗(mpg或每小时加仑)、发动机转速等。
控制器可具有在各种应用中与数据链路连接器(data linkconnector)交互的功能，以向控制器提供有价值的输入，例如车辆速度、发动机转速、发动机负载、燃料消耗、冷却剂温度、车辆位置以及许多其它输入。控制器可将该信息与冷却器传感器相结合使用，以确定冷却器获得的空气温度以及待喷射的燃料量从而实现排放的经济性。
显示单元为操作者或驾驶员提供有用的信息，例如***功能、排气温度、停机故障代码信息、维修间隔期、存储罐中的补充燃料水平等。显示单元还可以是用于发动机的开/关开关。其可以是发光二极管(LED)显示传感器接触(铃铛和哨子)。在航运应用中可以采用碳氢化合物传感器来确定燃料是否以及何时泄漏并沉积在船舶的船体中。
用于柴油颗粒过滤器(DPF)的传统再生循环必须将排气温度升到足够高以充分地燃烧在DPF中捕获的颗粒。这可通过许多不同方式完成。最常用的是通过采用发动机控制。当使柴油发动机富燃料(较多的燃料，较少的氧)时，燃烧的温度增加，最终排气温度增加。这可以通过对柴油发动机上的节气门进行电子控制以及过度供应燃料来实现。通过限制空气量和喷射额外的燃料量，产生热量。这可以通过推迟喷射燃料以在排气中引发燃烧来实现。排气中的燃烧可以通过在供应燃料时接合发动机制动来实现。主要目的在于对DPF加热以燃尽排放颗粒。
一个实施方式涉及在上游催化剂之前喷射LPG或补充燃料以产生高的排气温度。现在将这些上游催化剂与柴油一起使用以实现该效果。如果***将补充的气体或LPG用尽，那么***将回到使用柴油以达到相同的结果。该***由OEM软件或售后市场的软件来监控。
另一实施方式采用严格用于LPG或补充燃料用途的单独排气回路以及单独的催化剂。通过旁通回路以液体或蒸气形式喷射LPG或补充燃料。然后，这种过热排气被引导至颗粒过滤器以进行再生循环。
另一实施方式采用安装并包含有颗粒过滤器的完全单独的加热装置。可以在再生循环过程中通过采用旁通排气来启动该加热器，如果需要，可将来自该加热器的排气引导穿过附加的催化剂以除去从燃烧过程产生的碳氢化合物或一氧化碳气体。
本说明书中提及的所有专利和出版物都指示本发明所述领域的技术人员的水平。所有专利和出版物都以相同程度的引用方式并入本文，如同具体且单独地指出每个单独的出版物都以引用的方式并入本文。
可以理解，尽管对本发明的某一形式进行了说明，但是本发明不应受限于该具体形式或布置。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明范围的情况下进行各种改变，并且不应认为本发明受限于在说明书中示出和描述的内容。
本领域技术人员容易理解，本发明非常适于实现目标以及获得所提到的目的和优点以及本发明所固有的目的和优点。本文所描述的实施方式、方法、过程和技术目前代表优选实施方式，倾向于是示例性的且不倾向于作为对范围的限制。本领域技术员可以想到包含在本发明的精神内且由所附权利要求的范围限定的对本发明进行的改变以及其它用途。尽管已经结合具体的优选实施方式对本发明进行了描述，但是应该理解，要求保护的本发明不应不适当地受限于这些具体实施方式。当然，对用于实施本发明的描述的模式所进行的对于本领域技术人员而言显而易见的各种修改倾向于落入随后的权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种用于内燃发动机的补充燃料喷射***，所述补充燃料喷射***包括：
主要燃料的供应处；
向内燃发动机供应所述主要燃料的装置；
空气压缩机，向所述内燃发动机供应空气；
压力监控器，位于所述空气压缩机的排气口侧，所述压力监控器对离开所述空气压缩机的空气的压力进行监控；
温度传感器，位于所述内燃发动机的排气中，所述温度传感器对所述内燃发动机的所述排气的温度进行测量；
在所述空气进入所述内燃发动机之前向所述空气供应补充燃料的装置；以及
控制装置，对供应补充燃料的装置进行控制，所述控制装置包括可编程微处理器，所述可编程微处理器连接至供应补充燃料的装置从而按照需要、以定制和预先编程的方式为所述内燃发动机改变补充燃料量；
其中，所述***还包括将补充燃料引入排气***来加热颗粒过滤器中的颗粒并使这些颗粒燃尽的装置。
2.如权利要求1所述的补充燃料喷射***，其中，向所述空气供应补充燃料的装置包括热交换器，所述热交换器具有：第一入口，向所述热交换器供应液体形式的补充燃料；第一出口，从所述热交换器移除气体形式的补充燃料；第二入口，向所述热交换器供应所述空气；以及第二出口，以比进入所述热交换器的所述空气的温度低的温度从所述热交换器移除所述空气，离开所述热交换器的所述空气进入所述内燃发动机。
3.如权利要求2所述的补充燃料喷射***，包括补充燃料喷射器，所述补充燃料喷射器定位在离开所述热交换器的所述空气的下游以及所述内燃发动机的上游。
4.如权利要求2所述的补充燃料喷射***，其中，所述热交换器位于所述空气压缩机的上游。
5.如权利要求2所述的补充燃料喷射***，其中，所述热交换器位于所述空气压缩机的下游。
6.如权利要求2所述的补充燃料喷射***，包括定位在车辆操作者的触及范围内的模块，所述模块与所述可编程微处理器通信以在一模式下改变所述补充燃料的量，所述模式基本上包括开/关模式、手动调整模式、自动校准模式和连续学习模式。
7.如权利要求6所述的补充燃料喷射***，包括邻近所述操作者的指示器，所述指示器指示所述内燃发动机运转的问题。
8.如权利要求6所述的补充燃料喷射***，其中，所述模块指示所述内燃发动机的各种运转参数。
9.一种用于向内燃发动机添加辅助燃料***的套件，所述套件包括：
空气压缩机，向所述内燃发动机供应空气；
压力监控器，位于所述空气压缩机的排气口侧，所述压力监控器对离开所述空气压缩机的空气的压力进行监控；
温度传感器，位于所述内燃发动机的排气中，所述温度传感器对所述内燃发动机的所述排气的温度进行测量；
在所述空气进入所述内燃发动机之前向所述空气供应补充燃料的装置；以及
控制装置，对供应补充燃料的装置进行控制，所述控制装置包括可编程微处理器，所述可编程微处理器连接至供应补充燃料的装置从而按照需要、以定制和预先编程的方式为所述内燃发动机改变补充燃料量；
其中，该套件还包括将补充燃料引入排气***的装置。
10.如权利要求9所述的套件，其中，向所述空气供应补充燃料的装置包括热交换器，所述热交换器具有：第一入口，向所述热交换器供应液体形式的补充燃料；第一出口，从所述热交换器移除气体形式的补充燃料；第二入口，向所述热交换器供应所述空气；以及第二出口，以比进入所述热交换器的所述空气的温度低的温度从所述热交换器移除所述空气，离开所述热交换器的所述空气进入所述内燃发动机。
11.如权利要求10所述的套件，包括补充燃料喷射器，所述补充燃料喷射器定位在离开所述热交换器的所述空气的下游以及所述内燃发动机的上游。
12.如权利要求10所述的套件，其中，所述热交换器位于所述空气压缩机的上游。
13.如权利要求10所述的套件，其中，所述热交换器位于所述空气压缩机的下游。
14.如权利要求10所述的套件，包括定位在车辆操作者的触及范围内的模块，所述模块与所述可编程微处理器通信以在一模式下改变所述补充燃料的量，所述模式基本上包括开/关模式、手动调整模式、自动校准模式和连续学习模式。
15.如权利要求14所述的套件，包括邻近所述操作者的指示器，所述指示器指示所述内燃发动机运转的问题。
16.如权利要求14所述的套件，其中，所述模块指示所述内燃发动机的各种运转参数。
17.一种补充燃料喷射装置，包括：
热交换器，所述热交换器具有：第一入口，向所述热交换器供应液体形式的补充燃料；第一出口，从所述热交换器移除气体形式的补充燃料；第二入口，向所述热交换器供应所述空气；以及第二出口，以比进入所述热交换器的所述空气的温度低的温度从所述热交换器移除所述空气，离开所述热交换器的所述空气进入所述内燃发动机；以及
至少一个喷射器，向离开所述热交换器的所述空气供应气态的补充燃料；
其中，该装置还包括将补充燃料引入排气***燃尽排放颗粒的装置。
18.如权利要求17所述的补充燃料喷射装置，包括定位在车辆操作者的触及范围内的模块，所述模块与所述可编程微处理器通信以在一模式下改变所述补充燃料的量，所述模式基本上包括开/关模式、手动调整模式、自动校准模式和连续学习模式。
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