內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的制作方法
【專利摘要】內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10包括燃燒室12。室包括可在室中移動以改變室的容積的主體18并且含有催化劑50。第一閥組件24可操作以準(zhǔn)許進(jìn)氣進(jìn)入室，與含水流體供應(yīng)系統(tǒng)32連接的第二閥組件30可操作以準(zhǔn)許含水流體和蒸汽重整燃料進(jìn)入室?？刂破?8被構(gòu)造成使第二閥組件30準(zhǔn)許含水流體和一定量的蒸汽重整燃料進(jìn)入燃燒室并且當(dāng)在進(jìn)氣的壓縮期間預(yù)定的條件在室中出現(xiàn)時(shí)，在催化劑存在下吸收由進(jìn)氣壓縮產(chǎn)生的熱量以促進(jìn)蒸汽重整過程以使氫氣從蒸汽重整燃料或所述含水流體分離。
【專利說明】
內(nèi)燃發(fā)動機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，具體地但不完全地涉及一種為機(jī)動車輛供電的內(nèi)燃 發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 往復(fù)式活塞火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)是用于為機(jī)動車供電的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一種熟知形式。 往復(fù)活塞式火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)包括在各個(gè)缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的一些活塞，每個(gè)活塞被連接至曲 軸。缸體中的每個(gè)設(shè)有用于控制空氣和燃料流入的入口閥組件、控制燃燒產(chǎn)物排出的排氣 閥組件以及用于將空氣燃料混合物點(diǎn)火的火花塞。其中，燃料至發(fā)動機(jī)的供應(yīng)由汽化器控 制，空氣和燃料在位于缸體的進(jìn)氣歧管上游中混合，入口閥組件包括控制燃料-空氣混合物 進(jìn)入缸體的進(jìn)氣閥。當(dāng)至缸體的燃料供給是通過燃料噴射時(shí)，入口閥組件包括兩個(gè)閥。閥中 的一個(gè)是燃料噴射器，另一個(gè)是進(jìn)氣閥。燃料噴射器可被布置以將燃料直接噴射至缸體中 或可將其噴射至剛在進(jìn)氣閥上游處的進(jìn)氣管道中。
[0003] 通常，往復(fù)式火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)以四沖程循環(huán)工作?；钊蛏匣蛳蛳乱苿悠涓左w包 含四沖程循環(huán)中的一個(gè)沖程。四沖程循環(huán)包括：
[0004] 進(jìn)氣沖程，在此期間，入口閥組件打開并且空氣和燃料隨著活塞向曲軸移動進(jìn)入 發(fā)動機(jī)；
[0005] 壓縮沖程，在此期間，入口閥組件和排氣閥組件關(guān)閉，空氣和燃料混合物隨著活塞 遠(yuǎn)離曲軸被壓縮；
[0006] 供電沖程或工作沖程，在此期間，壓縮的混合物被點(diǎn)火，由混合物的燃燒產(chǎn)生的快 速膨脹迫使活塞朝曲軸后退；以及
[0007] 排氣沖程，在此期間，排氣閥組件打開，廢氣隨著活塞再次遠(yuǎn)離曲軸被迫離開缸 體。
[0008] -些往復(fù)式活塞火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)以是四沖程循環(huán)的變體的兩沖程循環(huán)工作。這種 發(fā)動機(jī)通常比四沖程發(fā)動機(jī)的容量小，對客運(yùn)車輛而言，兩輪車輛往往使用兩沖程發(fā)動機(jī)。 兩沖程發(fā)動機(jī)使用位于沿缸體的側(cè)部的口（port)代替閥。當(dāng)活塞在缸體內(nèi)上、下移動時(shí)，口 是否被覆蓋取決于活塞在缸體中的位置。本質(zhì)上，在兩沖程發(fā)動機(jī)中，吸入和壓縮過程發(fā)生 在第一沖程期間，燃燒和排氣過程發(fā)生在第二沖程期間。
[0009] 往復(fù)式活塞壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是通常用于為機(jī)動車供電的另一種形式的發(fā)動 機(jī)。往復(fù)活塞式壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)使用自動點(diǎn)火溫度比由火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)使用的燃料的自動 點(diǎn)火溫度更高的燃料并且以上述四沖程循環(huán)的改進(jìn)版本工作。具體地，在進(jìn)氣沖程期間，空 氣被吸入至缸體中并且空氣在壓縮沖程期間被壓縮至高壓高溫。然后，燃料被直接噴射至 缸體(或?qū)氲礁左w的混合室）中，當(dāng)燃料與缸體中的高溫壓縮空氣混合時(shí)，燃燒發(fā)生。歷史 上，往復(fù)式活塞壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)被認(rèn)為噪聲大而且緩慢，在汽車領(lǐng)域主要用于卡車和諸如 公共汽車等其它商用車輛。然而，在較近時(shí)期，已開發(fā)高性能往復(fù)式活塞壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)而 現(xiàn)在往復(fù)式活塞壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)通常在諸如轎車(箱式轎車)等小客車中使用。
[0010] 汪克爾發(fā)動機(jī)(Wankel engine)是已經(jīng)用于為機(jī)動車輛供電的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的 另一種形式。汪克爾發(fā)動機(jī)采用與往復(fù)式活塞式火花點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)相似的四沖程循環(huán)。 然而，代替往復(fù)式活塞，汪克爾發(fā)動機(jī)具有安裝在偏心軸上并且在近似于橢圓形(外旋輪線 形)的室中旋轉(zhuǎn)的大致三角形轉(zhuǎn)子。"四沖程"在轉(zhuǎn)子和室壁之間的空間中發(fā)生。
[0011] 這些熟知的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的共同特征是，燃料空氣混合物被輸入至它在其中燃燒的 室使得由燃燒引起的混合物的快速膨脹直接作用在被連接至輸出軸的主體(活塞或轉(zhuǎn)子） 上，從而導(dǎo)致軸旋轉(zhuǎn);發(fā)動機(jī)的輸出是軸的旋轉(zhuǎn)。
[0012] 已經(jīng)提出在其中液體充當(dāng)往復(fù)式活塞的發(fā)動機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供如權(quán)利要求1中指定的一種操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法。
[0014] 本發(fā)明還包括如權(quán)利要求13中指定的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
[0015 ]本發(fā)明還包括如權(quán)利要求14中指定的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
【附圖說明】
[0016]在隨后的公開中，將參照附圖，其中 [0017]圖1是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示意圖；
[0018] 圖2是用于圖1的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥組件的示例的示意圖；
[0019] 圖3是用于圖1的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥組件的另一示例的示意圖；
[0020] 圖4是用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的控制器的示例的示意圖；
[0021] 圖5是說明圖1的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的循環(huán)的壓力-容積圖；
[0022]圖6是說明圖4的循環(huán)的溫度-熵圖；
[0023]圖7是圖1的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一部分的變型的不意圖；
[0024]圖8是另一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的不意圖；
[0025]圖9是圖8的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的噴射器閥的示意圖；以及
[0026] 圖10是圖1-圖4、圖7和圖8的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒點(diǎn)火器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 參照圖1，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10包括由殼體或缸體限定并且具有壁14、16的容積可變的燃 燒室12和可在室中移動的主體。在說明的示例中，主體是通過連接桿22與曲軸20連接的往 復(fù)式活塞18。
[0028]內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10包括可操作以準(zhǔn)許包含吸氣(aspirant)的進(jìn)氣進(jìn)入燃燒室12的第 一閥組件24。在說明的示例中，進(jìn)氣是從與第一閥組件24連接的空氣供應(yīng)系統(tǒng)26接收的空 氣?？諝夤?yīng)系統(tǒng)26可包括被構(gòu)造成接收周圍空氣并且將空氣引導(dǎo)至第一閥組件24的歧 管。第一閥組件24可包括與空氣供應(yīng)系統(tǒng)26連接的一個(gè)或多個(gè)閥?？諝夤?yīng)系統(tǒng)26可包括 清潔空氣的合適過濾器。
[0029]內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10包括與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)32和包含用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料的儲藏器34 連接的第二閥組件30。第二閥組件30可操作以準(zhǔn)許來自蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)32的蒸汽和來自儲藏 器34的燃料作為混合物進(jìn)入燃燒室12。如圖2中示出，第二閥組件30可包括通向燃燒室12的 一個(gè)或多個(gè)第一閥36和被設(shè)置蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)32和第一閥36之間以便將第一閥與蒸汽供應(yīng) 系統(tǒng)隔離從而允許它/它們準(zhǔn)許燃料單獨(dú)進(jìn)入燃燒室的一個(gè)或多個(gè)第二閥38。在圖3中示出 的另一個(gè)示例中，第二閥組件30包括通向燃燒室12并且與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)32和儲藏器34相連 接以準(zhǔn)許燃料-蒸汽混合物進(jìn)入燃燒室的一個(gè)或多個(gè)第一閥36和通向燃燒室12、分別連接 至儲藏器34并且與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)隔離從而允許它/它們準(zhǔn)許燃料獨(dú)立于第一閥進(jìn)入燃燒室 的一個(gè)或多個(gè)第二閥38。
[0030] 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10設(shè)有排氣系統(tǒng)40和包含可操作以將來自燃燒室12的廢氣排放至排 氣系統(tǒng)的至少一個(gè)排氣閥的排氣閥組件42。在說明的示例中，排氣系統(tǒng)40可與蒸汽供應(yīng)系 統(tǒng)32配合以從在排氣系統(tǒng)中流動的廢氣中提取熱量以便提供用于產(chǎn)生蒸汽的至少一部分 熱量。例如，這可通過具有管道或使廢氣流經(jīng)含有一根或多根蒸汽管實(shí)現(xiàn)，通過管道，廢氣 繞一根產(chǎn)生蒸汽的管或?qū)Ч苤車鲃印?br>[0031] 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10包括控制第一閥組件24、第二閥組件30和排氣閥組件42的操作的控 制器48。在說明的示例中，第一閥組件24、第二閥組件30和排氣閥組件42包括響應(yīng)于由控制 器49發(fā)出的電指令信號打開和關(guān)閉的電致動閥例如電磁閥。在其它示例中，第一閥組件24、 第二閥組件30和排氣閥組件42中的至少一個(gè)可包括一個(gè)或多個(gè)閥，其響應(yīng)于由控制器48發(fā) 出給水力或氣動致動流體的電指令信號被水力或氣動致動。
[0032]內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10進(jìn)一步包括與控制器48連接以向控制器提供指示燃燒室12中的壓 力/溫度的信號的一個(gè)或多個(gè)傳感器50。傳感器50可以是壓力傳感器或溫度傳感器。傳感器 可以是能夠在使用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)時(shí)遇到的相對較高的溫度下操作的任意適合類型的傳感器。 為了控制內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的操作的目的，至少在其操作的一些階段期間，溫度傳感器需要對 在燃燒室10內(nèi)發(fā)生的溫度改變具有高度響應(yīng)能力。溫度傳感器可以是通過透明窗口（未示 出）感測燃燒室中的溫度的紅外溫度傳感器?？蛇x地，例如，可使用諸如在US5659133(其內(nèi) 容通過引用并入于此)中公開的嵌入式高溫光電二極管。
[0033]內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10可設(shè)有幫助在燃燒室12中引發(fā)燃燒事件的引燃器52。引燃器52可以 是諸如電熱塞、熱金屬線、火花塞等電燃器。
[0034]催化劑54通過任意傳統(tǒng)方法安裝在燃燒室12中。例如，催化劑54可被安裝在包括 在壁14中設(shè)置的合適凹陷部的安裝部中使得它不會影響燃燒室12的容積?？蛇x地或另外 地，催化劑54可被安裝在活塞18的冠部上，優(yōu)選安裝在如圖1所示的包括合適凹陷部的安裝 部上。將催化劑54安裝在活塞上不是目前優(yōu)選的，因?yàn)樗黾踊钊膽T性。在另一個(gè)示例 中，可選地或另外地，催化劑可被安裝在第一閥36上。下面參照圖8和圖9描述安裝在噴射器 上的催化劑的示例。在另一個(gè)實(shí)施例中，可選地或另外地，催化劑可安裝在引燃器52上。下 面參照圖10描述安裝在引燃器上的催化劑的示例。
[0035] 在圖1中，控制器48和閥組件24、30、42以及傳感器50之間的連接未示出。這只是為 了清晰說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員想象用于連接的合適的方法和裝置并不困難。
[0036]在圖1中，示出僅包括一個(gè)燃燒室12的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10。雖然這可適于一些應(yīng)用，但 是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10通常將包括多個(gè)燃燒室12,每個(gè)具有連接至曲軸20的活塞。在多個(gè)室或缸 體、發(fā)動機(jī)中，室可以諸如線形、平面形或V形等任意合適的熟知構(gòu)造布置。
[0037] 參照圖4,用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的合適控制器包括一個(gè)或多個(gè)處理器1600和信號調(diào) 節(jié)組件1602例如，其用于放大信號并且將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號、將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模 擬信號以準(zhǔn)許控制器接收和使用來自傳感器54的信號并且將有用的信號輸出至閥組件24、 30、42和可由控制器控制的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的其它內(nèi)燃發(fā)動機(jī)組件。另外地，控制器48可包括 用于存儲在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)工作期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)隨機(jī)存取存儲器(RAM)1604和在 采集來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的輸入信號中使用以為處理器提供有用輸入的電路1606。另外 地，控制單元728可包括形式為永久存儲器1606的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲組件，永久存儲器可 以是只讀存儲器(ROM)，在其中永久存儲一個(gè)或多個(gè)軟件部1608。當(dāng)然，對于一些應(yīng)用，不需 要永久存儲器。例如，控制器可與在其中存儲控制算法并且在控制器啟動時(shí)將控制算法上 傳至控制器的RAM的主計(jì)算機(jī)連接。針對控制器，另一替代方案是從屬于主控制器或主計(jì)算 機(jī)。針對控制器，另一替代方案是包括一個(gè)或多個(gè)硬線連接的控制電路。
[0038] 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10可以改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)(diesel cycle)工作?，F(xiàn)在將參照圖5和圖6 描述使用改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的工作。
[0039] 參照圖5和圖6,點(diǎn)1表示內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的工作循環(huán)的開始。在點(diǎn)1處，活塞18處于其 往復(fù)沖程的一端(如圖1中觀察到的最下方位置）。即使在發(fā)動機(jī)缸體是水平取向，例如水平 式四缸發(fā)動機(jī)的情況下，這通常被稱為下止點(diǎn)(BDC)位置。在該階段，來自前一循環(huán)的廢氣 已經(jīng)基本上從燃燒室12移除，在常壓常溫下進(jìn)氣的新鮮充量已經(jīng)由排氣閥組件42和第一閥 組件24的操作分別完成。關(guān)閉第一閥組件24和排氣閥組件40。進(jìn)氣的壓力為第一壓力？:，溫 度為第一溫度T:。然后，活塞18從BDC朝壁14移動。當(dāng)活塞朝壁14移動時(shí)，它減小燃燒室12的 容積，這樣的話，它壓縮進(jìn)氣。進(jìn)氣的壓縮使進(jìn)氣的壓力和溫度從丹和!^升高。構(gòu)造內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)10使得當(dāng)活塞18到達(dá)最靠近壁14并且通常被稱為上止點(diǎn)（TDC)位置的活塞沖程的相對端 時(shí)，燃燒室12的容積減小足以使進(jìn)氣被壓縮至預(yù)定的壓力P^TDC位置被指示在位置2b處。
[0040] 如圖5和6中示出，因?yàn)檫M(jìn)氣的壓力從在點(diǎn)1處的Pi上升，所以進(jìn)氣的溫度首先相應(yīng) 地從溫度!^可通常大約為293°K)上升。當(dāng)達(dá)到在點(diǎn)2a處指示的預(yù)定壓力/溫度P 2a/T2^，控 制器48發(fā)出使第二閥組件30打開并且準(zhǔn)許燃料和蒸汽的計(jì)量混合物進(jìn)入燃燒室12的信號。 在催化劑的存在下，準(zhǔn)許燃料和蒸汽混合物進(jìn)入熱進(jìn)氣中促進(jìn)蒸汽重整過程，通過蒸汽重 整過程使氫氣從燃料或蒸汽分離。在循環(huán)的后期，氫氣在燃燒室12中燃燒。由于蒸汽重整過 程，蒸汽和燃料吸收來自壓縮的進(jìn)氣的熱量，從而使進(jìn)氣冷卻。在說明的示例中，隨著進(jìn)氣 的壓縮從點(diǎn)2a持續(xù)至點(diǎn)2b，燃料和蒸汽混合物被準(zhǔn)許以使進(jìn)氣冷卻足以維持基本恒溫的計(jì) 量速率進(jìn)入，如圖6所示，溫度T 2a和T2b至少基本相等。點(diǎn)2b指示活塞已經(jīng)到達(dá)TDC并且為其 返回到BDC的膨脹沖程做準(zhǔn)備的點(diǎn)。在點(diǎn)2b處，控制器40發(fā)出使第二閥組件30停止準(zhǔn)許蒸汽 進(jìn)入燃燒室12并且準(zhǔn)許用于燃燒過程的計(jì)量充量的燃料進(jìn)入燃燒室的信號。
[0041 ]在點(diǎn)2b處，燃燒室12中的壓力P2b和溫度T2b使得氫氣和燃料應(yīng)自燃。在提供電熱 塞、熱金屬絲52等以幫助引發(fā)氫氣和燃料的燃燒的情況下，當(dāng)發(fā)出使第二閥組件30停止準(zhǔn) 許蒸汽進(jìn)入并且準(zhǔn)許計(jì)量充量的燃料進(jìn)入燃燒室12的信號時(shí)或之后不久，控制器48被構(gòu)造 成向電源(未示出）發(fā)出使電熱塞、熱金屬絲等同時(shí)供電的信號。燃料和氫氣在燃燒室12中 的燃燒驅(qū)動活塞18從TDC位置返回至BDC位置。活塞的移動通過連接桿22被傳輸至曲軸20以 轉(zhuǎn)動曲軸并且提供來自內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的功率輸出W。在說明的示例中，燃料被準(zhǔn)許以選定的 計(jì)量速率進(jìn)入燃燒室12使得燃料和氫氣的燃燒在基本恒定的壓力條件下發(fā)生。在圖5和圖6 中的點(diǎn)2b和3之間的時(shí)間段內(nèi)準(zhǔn)許計(jì)量的燃料進(jìn)入。
[0042]在可被確定為從點(diǎn)2b開始的預(yù)定經(jīng)過時(shí)間的點(diǎn)3處或當(dāng)預(yù)定壓力/溫度被傳感器 54檢測時(shí)，控制器發(fā)送使第二閥組件30停止準(zhǔn)許燃料進(jìn)入燃燒室12的信號。因?yàn)榛钊疊DC 位置移動，所以燃燒氣體繼續(xù)膨脹，燃燒室中的壓力和溫度朝向表示BDC位置的點(diǎn)4下降。在 可由被傳感器54檢測的壓力/溫度P 4/T4指示的點(diǎn)4處，控制器48發(fā)出打開排氣閥組件42以將 燃燒氣體(廢氣)釋放至廢氣系統(tǒng)40中的信號。當(dāng)廢氣從燃燒室12中釋放時(shí)，室中的壓力迅 速向常壓下降。在該階段中，打開第一閥組件24以準(zhǔn)許進(jìn)氣的新鮮充量進(jìn)入，操作循環(huán)回到 點(diǎn)1并且為下一個(gè)循環(huán)做準(zhǔn)備。在打開第一閥組件24以允許進(jìn)來的進(jìn)氣打掃燃燒室后，排氣 閥組件42至少在最初階段保持打開。
[0043] 上述循環(huán)收獲在壓縮沖程期間產(chǎn)生的熱量以生成通過蒸汽重整產(chǎn)生的氫氣形式 的附加燃料。這種附加燃料提高循環(huán)性能。在圖5和圖6中的點(diǎn)2b和點(diǎn)3之間燃燒的燃料的總 量為在點(diǎn)2a和點(diǎn)2b之間的壓縮沖程期間噴射的燃料量，加上由蒸汽重整過程產(chǎn)生的氫氣燃 料以及準(zhǔn)許進(jìn)入在點(diǎn)2b和點(diǎn)3之間燃燒室的燃料，其小于在蒸汽重整過程中消耗的燃料?？?之，因?yàn)樯蓺錃獾姆磻?yīng)總體為吸熱反應(yīng)，所以組合應(yīng)具有比在點(diǎn)2b和點(diǎn)3之間準(zhǔn)許進(jìn)入的 燃料高的熱值。如果為標(biāo)準(zhǔn)狄塞爾循環(huán)供應(yīng)相同量的供應(yīng)燃料，則燃料將被準(zhǔn)許進(jìn)入在圖5 和圖6中點(diǎn)2和點(diǎn)3之間的燃燒室。可以看出，像在可比較的標(biāo)準(zhǔn)狄塞爾循環(huán)（點(diǎn)1 -點(diǎn)2-點(diǎn)3-點(diǎn)4-點(diǎn)1)中，改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)（點(diǎn)1-點(diǎn)2-點(diǎn)3-點(diǎn)4-點(diǎn)1)的指示功（圖5所示的P-V圖的區(qū) 域)比相同量的準(zhǔn)許進(jìn)入的燃料大，因此改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)效率高。
[0044] 下面可通過考慮每個(gè)階段的功和熱評價(jià)由圖5和圖6中說明的改進(jìn)的狄塞爾循環(huán) 提供的效率提尚：
[0045]熵壓縮(點(diǎn)1-點(diǎn)2a):
[0046] lff2a = mCv(T2a-Tl)lQ2a = 0 (3)
[0047] 等溫壓縮（點(diǎn)2a_點(diǎn)2b):
[0049] 2aQ2b = 2aW2b(熱由蒸汽重整吸收）（4)
[0050] 等壓燃燒(點(diǎn)2b-點(diǎn)3):
[0051] 2bff3 = P2b, 3 (V3-V2b) 2bQ3=mcP (T3-T2b) (5)
[0052]熵膨脹（點(diǎn)3-點(diǎn)4):
[0053] 3W4=mcv(TrT3)3Q4=0 (6)
[0054] 打掃（4->l):
[0055] 4Wi = 〇4Qi=mcv(Ti_T4) (7)
[0056] 然后，效率被評價(jià)為廢熱下的凈功：
(8)
[0058](請注意，2aQ2b為負(fù)）。
[0059](相同最大壓力和體積的)可比較的標(biāo)準(zhǔn)狄塞爾循環(huán)將具有效率：
稱
[0061 ]針對1:25的壓縮比、環(huán)境STP條件、點(diǎn)2a的（催化)溫度為700K、甲烷作為燃料、化學(xué) 計(jì)量燃燒，理論循環(huán)效率從66%提高至75%。將理解的是，甲烷僅僅是給出作為合適燃料的 示例并且原則上何合適的烴類可與都被認(rèn)為是用于蒸汽重整的好燃料的丁烷、乙醇、甲醇 和丙烷(沒有特定的順序)一起使用。也可使用諸如柴油和汽油等傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)燃料。
[0062] 在壓縮沖程過程中準(zhǔn)許燃料進(jìn)入燃燒室的點(diǎn)2a處的溫度T2a被選為足以使顯著量 的蒸汽重整發(fā)生的最小溫度。期望使溫度T 2a最小，因?yàn)檫@允許來自壓縮沖程的更多熱量吸 收，其允許在相同的最大壓力p2b下獲得更高的壓縮比?？蓱{經(jīng)驗(yàn)找到選擇的溫度T 2a，溫度 T2a可代表得到合理量的蒸汽重整與吸收附加熱之間的折衷。在確定溫度T2a時(shí)考慮的另一 因子是催化反應(yīng)的速率，其隨著溫度升高，并且如果要發(fā)生大量的蒸汽重整，則其可對溫度 T2a可多低設(shè)定限制。通常，可期望在較低速下工作的大型發(fā)動機(jī)能夠容納較寬選擇的催化 劑或更低的點(diǎn)2a溫度。
[0063] 圖5或圖6中說明的改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)的另一潛在優(yōu)點(diǎn)在于:在不提高內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 10的最大工作溫度的情況下，獲得較高的效率，其實(shí)際上降低了功率輸出的污染。另外，因 為涉及氫燃燒，將期望的是，一氧化碳(C0)和碳?xì)浠衔?HC)的排放水平會比傳統(tǒng)柴油發(fā) 動機(jī)低的多。
[0064] 圖5和圖6中說明的改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)的另一優(yōu)點(diǎn)在于:通過蒸汽重整過程的熱吸 收可導(dǎo)致在壓縮沖程結(jié)束時(shí)燃燒室中的溫度T2b比在可比較的傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)（圖6中的比 較點(diǎn)2b和點(diǎn)2)中的溫度!^低。因?yàn)榈趸?NOx)的產(chǎn)生與溫度呈指數(shù)關(guān)系，所以至少與在 傳統(tǒng)狄塞爾循環(huán)工作的發(fā)動機(jī)相比，以改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)工作的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的NOx的排 放水平應(yīng)非常低。
[0065] 圖7示出圖1-圖4的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的改進(jìn)形式。在圖7中，與圖1中示出的組件相同或 相似的組件由相同參考數(shù)字增加100指示并且可不再描述。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)110和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10 之間的區(qū)別在于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)110具有第二儲藏器170。第一儲藏器134用于容納在蒸汽重整 過程中消耗的在壓縮沖程的點(diǎn)2a和點(diǎn)2b(圖5和圖6)之間準(zhǔn)許進(jìn)入燃燒室112的用于蒸汽重 整過程的蒸汽重整燃料。第二儲藏器170容納在點(diǎn)2b和點(diǎn)3(圖5和圖6)之間的燃燒階段期間 準(zhǔn)許進(jìn)入燃燒室112的可燃燃料。在該示例中，第二閥組件130包括與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)132和第 一儲藏器134連接以準(zhǔn)許燃料-蒸汽混合物進(jìn)入燃燒室的至少一個(gè)第一閥136和與第二儲藏 器170連接以準(zhǔn)許燃料進(jìn)入燃燒室的至少一個(gè)第二閥138。例如，如下面將參照圖8和圖9說 明，第一閥136可包括與催化劑配合的噴射器閥。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10可設(shè)有承載用于蒸汽重整過 程的催化劑的引燃器，例如如下面將參照圖10描述的電熱塞。
[0066] 由在圖7中示出的示例說明的構(gòu)造允許產(chǎn)生供應(yīng)用于蒸汽重整過程的一種燃料和 用于燃燒過程的不同燃料的可能性，使得可選擇預(yù)計(jì)在重整過程中獲得更好氫產(chǎn)量的燃 料，而例如由于效率或可用性原因，在燃燒過程可使用不同燃料。因此，例如，在一些示例 中，諸如相對便宜的生物廢物燃料等具有有限利用率的燃料可用作針對蒸汽重整過程的蒸 汽重整燃料，而諸如柴油或汽油等更容易獲得的燃料可用作針對燃燒過程的可燃燃料。類 似地，諸如甲醇或甲烷等"輕"燃料可用作針對蒸汽重整過程的蒸汽重整燃料，因?yàn)樗僧a(chǎn) 生更大的效率，諸如柴油或汽油等更容易獲得的較重化石燃料可用作針對燃燒過程的可燃 燃料。
[0067] 圖8和圖9不出另一內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210的特征。與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的部件相似或相同的 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210的部件由相同參考數(shù)字增加200指示并且可不再描述。
[0068] 參照圖8,內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210包括由壁214、216限定的燃燒室212。燃燒室212容納通過 連接桿(也未示出）與曲軸(未示出)連接的往復(fù)活塞218。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210進(jìn)一步包括準(zhǔn)許包 含吸氣的進(jìn)氣進(jìn)入燃燒室的第一閥組件224。第一閥組件224可被連接至空氣供應(yīng)系統(tǒng)226。 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210進(jìn)一步包括具有至少一個(gè)噴射器閥236的第二閥組件230。僅僅為了便于描 述，在下面的說明中，將引用單數(shù)噴射器閥236。因?yàn)榭稍O(shè)置多個(gè)噴射器閥236,所以這不被 認(rèn)為是限制。
[0069]噴射器閥236通過燃料栗254與儲藏器連接。儲藏器252用于容納可燃燃料，燃料栗 254可操作將燃料栗入噴射器閥。儲藏器252和燃料栗254可以是供給給內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210的標(biāo) 準(zhǔn)儲藏器和標(biāo)準(zhǔn)燃料栗。噴射器閥236也通過栗258與第二儲藏器256連接。栗258可操作將 含水流體或包括含水流體和蒸汽重整燃料的混合物栗入噴射器閥236。
[0070]參照圖9，噴射閥236包括被構(gòu)造成插入至由壁214限定的噴射器口 272中的閥體 270。閥體270具有設(shè)有多個(gè)出口孔274的第一端或出口端和設(shè)有凸緣276的第二端。保持部 板278可通過螺釘、螺栓等被固定至壁214。第一噴射器閥236被構(gòu)造成通過保持部板278接 合使得它通過由保持部板施加的按壓力固定至壁214。合適的密封件282可被設(shè)置在凸緣 276和壁214之間以便在它們之間壓縮和密封。
[0071] 噴射器閥236具有從與閥體270延伸側(cè)相對的凸緣276的側(cè)延伸的入口頭284。入口 頭284具有用于連接到使噴射器閥236與栗254、258連接的各自管道290、292(圖8)的連接器 部件 286、288。
[0072] 當(dāng)以合并蒸汽重整過程、諸如與上面參照圖5和圖6描述的改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)相同 或相似的改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)等循環(huán)工作時(shí)，噴射器閥236承載用于在燃燒室212中發(fā)生的蒸 汽重整過程的催化劑254。催化劑254可以固定至閥體270的出口端的套筒290的形式提供。 套筒290可以是限定從閥體270的出口端延伸的完全封閉的流道的圓筒形構(gòu)件?？蛇x地，例 如，套筒290可以是設(shè)有側(cè)開口的部分套筒，例如，側(cè)開口可以是縱向延伸的狹縫。出口孔 274的至少一些可被構(gòu)造成將輸出流體的噴霧直接引入至催化劑254上。
[0073] 例如如圖9中說明的承載催化劑的噴射器閥可被設(shè)置在新建的發(fā)動機(jī)中。這提供 構(gòu)造發(fā)動機(jī)以諸如上面參照圖5和圖6描述的改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)等并入蒸汽重整過程的循 環(huán)工作的可能性，而無需重新構(gòu)造或特殊構(gòu)造燃燒室容納用于催化劑的安裝部。這種噴射 器閥也可用來提供使現(xiàn)有的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)適應(yīng)以改進(jìn)的狄塞爾循環(huán)工作的相對簡單的方法。 例如，承載催化劑的一個(gè)或多個(gè)噴射器閥可作為代替一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴射器閥用于改造現(xiàn) 有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的套件供應(yīng)。這種套件可包括帶有將噴射器閥連接至栗的適合的管道的諸如 儲藏器256和栗258等儲藏器或栗。
[0074]在圖8和圖9的示例中，在燃燒循環(huán)的壓縮階段期間，催化劑被設(shè)置在被操作以準(zhǔn) 許含水流體、蒸汽重整燃料或包含含水流體和蒸汽重整燃料的混合物進(jìn)入燃燒室中的噴射 器閥上。這不是必須的。在循環(huán)的燃燒階段期間，催化劑可被設(shè)置在可操作以準(zhǔn)許吸氣或燃 料進(jìn)入的噴射器閥上。在每種情況下，可構(gòu)造閥使得閥承載的催化劑暴露在燃燒室中的含 水流體、蒸汽重整燃料和熱量中使得它在蒸汽重整過程中發(fā)揮催化劑的功能。
[0075]在上面說明的示例中，噴射器閥具有用于單獨(dú)管道的各自連接器部件，噴射器閥 通過單獨(dú)管道經(jīng)兩個(gè)栗被連接至儲藏器。在另一示例中，歧管等可被設(shè)置在噴射器閥的上 游以通過它們的栗接收來自儲藏器的供應(yīng)物使得噴射器閥可具有單個(gè)連接器部件，噴射器 閥可由單個(gè)管道通過單個(gè)連接器部件連接到歧管等。
[0076] 在其它示例中，諸如圖1-圖4、圖8和圖9中示出的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃發(fā)動機(jī)內(nèi)燃發(fā) 動機(jī)可設(shè)有承載催化劑的引燃器，引燃器的形式可以是諸如電熱塞、熱金屬線或火花塞等 電引燃器。參照圖10,電熱塞452形式的電引燃器可包括被構(gòu)造成準(zhǔn)許引燃器擰入由燃燒室 的壁限定的合適螺紋口中的螺紋主體部分490。電熱塞452可包括被構(gòu)造成通過諸如套筒扳 手等擰緊工具接合以準(zhǔn)許引燃器牢固地?cái)Q入這種口的凸緣492。電熱塞452可包括被構(gòu)造成 準(zhǔn)許電熱塞45 2與合適的電源(未不出）電連接的電輸入端子494。電源和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的這 種電源和引燃器之間的連接對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都很熟悉，因此在本文中將不再描 述。電熱塞452可進(jìn)一步包括與輸入端子494電連接的中心電極496以及加熱和調(diào)節(jié)線圈 498、500。加熱和調(diào)節(jié)線圈498、500裝在護(hù)套或管504中包含的絕緣粉末502中，護(hù)套或管504 被設(shè)置在與輸入端子494所處的端相反的電熱塞452的端。護(hù)套504從主體部分490的端同軸 延伸。護(hù)套504用作能量輸出構(gòu)件并且在使用時(shí)被設(shè)置在燃燒室中使得它被暴露于燃燒室 中的燃料、氫氣和空氣的混合物中，并且可將能量以熱量的形式加至混合物上。在當(dāng)壁214、 216相對冷時(shí)至少在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)210啟動期間，電熱塞452可至少幫助引發(fā)燃燒內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 并且可吸收在進(jìn)氣壓縮期間產(chǎn)生的大量熱。
[0077] 電熱塞452進(jìn)一步包括用于在進(jìn)氣的壓縮期間當(dāng)蒸汽重整燃料和含水流體被準(zhǔn)許 進(jìn)入燃燒室中時(shí)在燃燒室發(fā)生的蒸汽重整過程的催化劑454。在說明的示例中，催化劑454 是固定到電熱塞452的主體部分的構(gòu)件506。構(gòu)件506可與主體部分490和護(hù)套504同軸延伸 并且被定位使得當(dāng)安裝電熱塞452時(shí)，催化劑被暴露于燃燒室212中的含水流體、熱量和蒸 汽重整燃料中。構(gòu)件506可以是在其一部分長度上圍繞護(hù)套504的套筒?？蛇x地，例如構(gòu)件 506可以是設(shè)有側(cè)開口以確保護(hù)套504不過度地屏蔽燃燒室212中的流體的部分套筒。在另 一示例中，催化劑可以固定至電熱塞452的多個(gè)構(gòu)件的形式提供或可被鍍覆在電熱塞452的 部分上。
[0078] 與包括催化劑的噴射器閥的示例一樣，提供帶有催化劑的引燃器提供使現(xiàn)有的內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)適應(yīng)將蒸汽重整過程并入它們的工作循環(huán)的相對簡單的方法。當(dāng)然，設(shè)有催化劑 的引燃器可在旨在蒸汽重整過程并入它們的工作循環(huán)的新建發(fā)動機(jī)中使用。
[0079] 設(shè)有催化劑的引燃器可與設(shè)有可以是相同或不同的催化劑并且被供應(yīng)在帶有如 前所述的儲藏器和栗的套件中的噴射器閥聯(lián)合使用。類似地，設(shè)有催化劑的噴射器閥或引 燃器可與在燃燒室中安裝并且可以相同或不同的催化劑聯(lián)合使用。
[0080] 另外地，用于改造現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的套件可包括控制電路或指令，其改進(jìn)發(fā)動機(jī) 的發(fā)動機(jī)控制器的工作以將其配置以并入蒸汽重整過程的新循環(huán)工作。例如，控制電路的 形式可以是插入到控制器的附加電路板、加載有指令的替換電路板或的處理器裝置?？蛇x 地，在其它示例中，套件可包括數(shù)據(jù)載體，其可與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)控制器暫時(shí)連接以準(zhǔn)許新指令 通過防火墻升級或軟件更新到存儲器的方式加載在控制器上。
[0081] 在一些示例中，可期望在催化劑表面上提供間斷點(diǎn)作為增大暴露在燃燒室中的蒸 汽的催化劑物質(zhì)的表面積的手段。例如，催化劑可設(shè)有表面凹槽或褶皺或諸如具有圓形、不 規(guī)則或其它形狀的橫截面的離散突出部或凹陷部等其它間斷點(diǎn)。
[0082] 將理解的是，在引燃器或噴射器閥上提供用于蒸汽重整過程的催化劑會是有利 的，因?yàn)樗ㄟ^將替換部件簡單地固定在燃燒室壁內(nèi)設(shè)置的現(xiàn)有口中產(chǎn)生提供催化劑的可 能性。因此，現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)可被轉(zhuǎn)換以將蒸汽重整循環(huán)并入至其工作循環(huán)中，而無需對內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)體或缸體頭做任意變化?？蛇x地，通過在燃燒室壁中一個(gè)或多個(gè)凹陷部、在噴射器 閥或引燃器上提供催化劑使催化劑表面積最大化可能是有利的。
[0083]在說明的示例中，蒸汽和蒸汽重整燃料通過單獨(dú)閥被準(zhǔn)許進(jìn)入燃燒室中，并且在 燃燒室的噴射區(qū)中混合或者通過公用噴射器噴射使得一定量的混合在燃燒室的上游發(fā)生。 在一些示例中，混合室被設(shè)置在第二閥組件的上游使得蒸汽和蒸汽重整燃料作為混合物被 供應(yīng)至第二閥組件。
[0084]在說明的示例中，在壓縮沖程期間，含水流體或蒸汽重整燃料被準(zhǔn)許進(jìn)入燃燒室 中以促進(jìn)蒸汽重整過程使氫氣從燃燒室中燃燒的蒸汽重整燃料或蒸汽分離。在其它示例 中，含水流體的形式可以水霧或水霧和蒸汽的組合。
[0085] 在說明的示例中，用于蒸汽重整過程的蒸汽重整燃料可以是包含化合物、碳?xì)浠?合物或礦石燃料的不含水的氫。相同的燃料可用作蒸汽重整燃料和可燃燃料?？蛇x地，蒸汽 重整燃料和可燃燃料可以不同。通常，蒸汽重整燃料可以是可在發(fā)動機(jī)的壓縮階段或沖程 期間噴射至燃燒室中以與氧氣進(jìn)行放熱反應(yīng)即在被氧化時(shí)釋放能量的任意流體。在蒸汽重 整中，蒸汽重整燃料可被水(蒸汽）中的氧氣氧化，從而從水(蒸汽)或蒸汽重整燃料中釋放 氫氣，理解的是，氫氣可從二者中釋放出來。除了前面提到的燃料之外，可用于蒸汽重整燃 料的其它燃料包括自燃燃料、氫過氧化物和諸如乙硼烷、戊硼烷和癸硼烷等硼烷。
[0086] 將理解的是，蒸汽重整燃料未必可燃。然而，如果蒸汽重整燃料是可燃的，則來自 蒸汽重整過程中的任意殘留物可在燃燒過程中燃燒。
[0087]將理解的是，雖然蒸汽重整是在燃燒室中發(fā)生的主要?dú)錃夥蛛x過程，但是也可存 在通過解離從水(水蒸汽)分離的一些氫氣。
[0088] 由于在燃燒過程期間在燃燒室內(nèi)存在相對高水平的水蒸氣，所以從燃燒室釋放的 廢氣將含有大量的水蒸氣。在一些示例中，一個(gè)或多個(gè)冷凝器可被設(shè)置在廢氣系統(tǒng)中以將 水蒸氣冷凝成在隨后發(fā)動機(jī)循環(huán)中重復(fù)要使用的含水流體。
[0089] 將理解的是，用于特定內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的最好的催化劑和蒸汽重整燃料可通過測試確 定。目前設(shè)想的是，Cu/Zn0、Pd/Zn0、CuZr02或它們的復(fù)合合金將是合適的催化劑。選擇的催 化劑需要具有足夠的耐熱性以能夠承受在燃燒環(huán)境中使用。
[0090] 在說明的示例中，部分限定容積可變的燃燒室的主體是往復(fù)式活塞。在其它示例 中，主體可以是旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。在進(jìn)一步示例中，活塞可以是如W02009/101420中公開的液體主 體，其內(nèi)容通過引用并入本文。
[0091] 說明的實(shí)施例的描述涉及使用壓力/溫度傳感器以提供壓力/溫度指示，壓力/溫 度指示使得控制器發(fā)出在壓縮沖程期間噴射含水流體和含有化合物的不含水氫氣的信號。 在一些示例中，特別是在較慢移動的發(fā)動機(jī)中，可使用檢測燃燒室中的主體例如活塞18的 位置的位置傳感器。因此，例如可使用在活塞移動方向間隔開的兩個(gè)位置傳感器來提供活 塞的移動方向的指示，第二個(gè)傳感器指示活塞已經(jīng)達(dá)到燃燒室的容積的位置，即壓力/溫度 是應(yīng)發(fā)生噴射的期望的壓力/溫度。
[0092] 雖然不局限于這些應(yīng)用，但是設(shè)想的是，以如圖5和圖6中示出的改進(jìn)的狄塞爾循 環(huán)工作的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)將適合在汽車行業(yè)中應(yīng)用。雖然上述的結(jié)構(gòu)和工作原理可有利地應(yīng)用 于新建內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，但是將理解的是，可改進(jìn)現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)以獲得本發(fā)明的益處。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種操作包括含有催化劑的容積可變的燃燒室的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，包括： 準(zhǔn)許包括吸氣的進(jìn)氣進(jìn)入所述燃燒室； 減小所述燃燒室的容積以壓縮所述進(jìn)氣使所述燃燒室內(nèi)的壓力從第一壓力上升至第 二壓力； 當(dāng)在所述燃燒室中的壓力達(dá)到在所述第一壓力和所述第二壓力之間的預(yù)定壓力時(shí)，準(zhǔn) 許含水流體和蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒室，使得所述含水流體和所述蒸汽重整燃料在催 化劑的存在下吸收由所述進(jìn)氣的壓縮產(chǎn)生的熱量，以便促進(jìn)蒸汽重整過程，通過所述蒸汽 重整過程使氫氣從所述蒸汽重整燃料或所述含水流體分離；以及 當(dāng)在所述燃燒室中的壓力至少為所述第二壓力時(shí)，準(zhǔn)許可燃燃料進(jìn)入所述燃燒室并且 使所述可燃燃料和所述氫氣燃燒。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其包括準(zhǔn)許所述含水流體和所述蒸 汽重整燃料作為混合物進(jìn)入所述燃燒室中。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其包括控制所述含水流體或所述 含水流體和蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒腔室使得所述燃燒室中的溫度保持基本恒定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其包括準(zhǔn)許所述含水流體作為 水霧、水蒸汽或水霧和水蒸氣的組合進(jìn)入所述燃燒室。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)方法，其包括:在所述含水流體 進(jìn)入所述燃燒室之前，將由所述可燃燃料和氫氣的燃燒產(chǎn)生的廢氣從所述燃燒室中釋放并 且從所釋放的廢氣中提取熱量以加熱所述含水流體。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其包括控制所述可 燃燃料準(zhǔn)許進(jìn)入所述燃燒腔室使得在至少所述可燃燃料和氫氣的燃燒的第一階段維持基 本恒定的壓力。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其中，所述燃燒室 的容積通過所述燃燒室中移動主體改變，所述燃料和氫氣的燃燒使所述主體移動以增大所 述燃燒室的容積，所述主體的移動提供所述燃燒室的能量輸出。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其中所述主體包括： i)往復(fù)式活塞； ? )旋轉(zhuǎn)構(gòu)件； m)設(shè)置在所述燃燒室中的液體。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述主體是往復(fù)式活塞或旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，所述催化劑被 所述往復(fù)式活塞或旋轉(zhuǎn)構(gòu)件承載。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述催化劑被設(shè)置在所述燃燒 室的壁上。11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述催化劑被設(shè)置在下述中的 至少一個(gè)上： i)噴射器，通過所述噴射器使所述蒸汽重整燃料或可燃燃料準(zhǔn)許進(jìn)入所述燃燒室；以 及 ?)引燃器，其被設(shè)置以引發(fā)所述可燃燃料和所述氫氣的燃燒。12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述蒸汽重整燃料和所述可燃 燃料相同。13. -種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其包括： 殼體和主體，其可在所述殼體內(nèi)移動以限定容積可變的燃燒室； 催化劑，其在所述燃燒室中； 第一閥組件，其準(zhǔn)許進(jìn)氣進(jìn)入所述燃燒室； 含水流體供應(yīng)系統(tǒng)； 第二閥組件，其與所述含水流體供應(yīng)系統(tǒng)連接并且可操作以準(zhǔn)許來自所述含水流體供 應(yīng)系統(tǒng)的含水流體和蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒室； 控制器，其被構(gòu)造成使所述第一閥組件準(zhǔn)許進(jìn)氣充入所述燃燒室，并且在所述主體的 移動期間當(dāng)所述燃燒室中存在預(yù)定條件時(shí)，減少所述燃燒室的容積，以便壓縮所述進(jìn)氣使 所述進(jìn)氣的壓力從第一壓力上升至第二壓力，并使所述第二閥組件準(zhǔn)許來自所述含水流體 供應(yīng)系統(tǒng)的含水流體和一定量的所述蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒室，使得所述含水流體和 蒸汽重整燃料在催化劑存在下吸收由所述進(jìn)氣的壓縮產(chǎn)生的熱量，以促進(jìn)蒸汽重整過程， 通過所述蒸汽重整過程氫氣從所述蒸汽重整燃料或所述含水流體分離。14. 一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其包括： 殼體和主體，其可在所述殼體內(nèi)移動以限定容積可變的燃燒室； 至少一個(gè)安裝部，其將催化劑安裝在所述燃燒室中； 第一閥組件，其準(zhǔn)許進(jìn)氣進(jìn)入所述燃燒室； 含水流體供應(yīng)系統(tǒng)； 第二閥組件，其與所述含水流體供應(yīng)系統(tǒng)連接并且可操作以準(zhǔn)許來自所述含水流體供 應(yīng)系統(tǒng)的含水流體和蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒室； 控制器，其被構(gòu)造成使所述第一閥組件準(zhǔn)許進(jìn)氣充入所述燃燒室，并且在所述主體的 移動期間當(dāng)所述燃燒室中存在預(yù)定條件時(shí)，減少所述燃燒室的容積，以便壓縮所述進(jìn)氣使 所述進(jìn)氣的壓力從第一壓力上升至第二壓力，并使所述第二閥組件準(zhǔn)許來自所述含水流體 供應(yīng)系統(tǒng)的含水流體和一定量的所述蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒室，使得所述含水流體和 蒸汽重整燃料在催化劑的存在下吸收由所述進(jìn)氣的壓縮產(chǎn)生的熱量，以促進(jìn)蒸汽重整過 程，通過蒸汽重整過程氫氣從所述蒸汽重整燃料和所述含水流體分離，所述催化劑通過所 述至少一個(gè)安裝部安裝在所述燃燒室中。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其進(jìn)一步包括:包含所述蒸汽重整燃料的 第一儲藏器，其中所述第二閥組件與所述第一儲藏器連接以準(zhǔn)許所述蒸汽重整儲藏器進(jìn)入 所述燃燒室。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述第一儲藏器、所述第一閥組件和所述 含水流體供應(yīng)系統(tǒng)被構(gòu)造使得所述蒸汽重整燃料和所述含水流體作為混合物準(zhǔn)許進(jìn)入所 述燃燒室。17. 根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述蒸汽重整燃料是 可燃燃料，當(dāng)所述燃燒室中的壓力至少為第二壓力時(shí)，所述控制器被構(gòu)造成使所述第二閥 組件準(zhǔn)許第二量的所述蒸汽重整燃料進(jìn)入所述燃燒室與所述氫氣一起燃燒。18. 根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其進(jìn)一步包括包含與所述 蒸汽重整燃料不同的可燃燃料的第二儲藏器，其中所述第二閥組件與所述第二儲藏器連 接，當(dāng)所述燃燒室中的壓力至少為第二壓力時(shí)，所述控制器被構(gòu)造成使所述第二閥組件準(zhǔn) 許所述可燃燃料進(jìn)入所述燃燒室與所述氫氣一起燃燒。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述第二閥組件包括準(zhǔn)許所述含水流體 和所述蒸汽重整燃料中的至少一種進(jìn)入所述燃燒室的第一閥和準(zhǔn)許所述可燃燃料進(jìn)入所 述燃燒室的第二閥。20. 根據(jù)權(quán)利要求13至19中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其進(jìn)一步包括用于提供指 示所述燃燒室中的溫度的信號的傳感器，其中所述控制器被構(gòu)造成控制所述含水流體或所 述蒸汽重整燃料和含水流體進(jìn)入所述燃燒室以便使所述燃燒室中的溫度基本維持恒定。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述傳感器是光學(xué)溫度傳感器。22. 根據(jù)權(quán)利要求13至21中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其進(jìn)一步包括廢氣系統(tǒng)，其 接收來自所述燃燒室的廢氣并且可與所述含水流體供應(yīng)系統(tǒng)配合以從在所述廢氣系統(tǒng)中 流動的廢氣中提取熱量以加熱所述含水流體供應(yīng)系統(tǒng)中的所述含水流體。23. 根據(jù)權(quán)利要求13至22中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述含水流體供應(yīng)系 統(tǒng)和所述第二閥組件被構(gòu)造使得所述含水流體作為水霧，水蒸氣或水霧和水蒸氣的組合進(jìn) 入所述燃燒室。24. 根據(jù)權(quán)利要求13至23中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述催化劑被設(shè)置在 所述第二閥組件上。25. 根據(jù)權(quán)利要求13至24中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述催化劑被設(shè)置在 可操作以在所述燃燒室中引發(fā)燃燒的引燃器上。26. 根據(jù)權(quán)利要求13至25中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中所述主體包括： i)往復(fù)式活塞； ? )旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；以及 m)液體，其被設(shè)置在所述燃燒室中。27. -種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括當(dāng)在執(zhí)行環(huán)境中執(zhí)行時(shí)可操作以控制如權(quán)利要求1至 11中的任意一項(xiàng)所述的方法的至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序軟件部分任意一項(xiàng)。28. -種數(shù)據(jù)存儲組件，其具有在其中存儲的根據(jù)權(quán)利要求27所述的至少一個(gè)計(jì)算機(jī) 軟件部分。29. -種處理器，其設(shè)有根據(jù)權(quán)利要求28所述的數(shù)據(jù)存儲組件。30. -種控制設(shè)備，其被構(gòu)造成控制根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任意一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號】F02M25/022GK106068370SQ201480063427
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2014年9月22日 公開號201480063427.4, CN 106068370 A, CN 106068370A, CN 201480063427, CN-A-106068370, CN106068370 A, CN106068370A, CN201480063427, CN201480063427.4, PCT/2014/52879, PCT/GB/14/052879, PCT/GB/14/52879, PCT/GB/2014/052879, PCT/GB/2014/52879, PCT/GB14/052879, PCT/GB14/52879, PCT/GB14052879, PCT/GB1452879, PCT/GB2014/052879, PCT/GB2014/52879, PCT/GB2014052879, PCT/GB201452879
【發(fā)明人】伊恩·羅森, 歐蘭·謝爾
【申請人】伊恩·羅森