[发明专利]用于内燃发动机的燃料裂解

说明书

背景技术

在内燃发动机中，在气缸中的活塞的向上冲程期间燃料和空气的混合物被压缩后发生燃烧。火花点燃了火焰前缘，其行进通过该混合物，使得温度和压力升高，这驱动活塞向下。在冲程的顶部，燃料和空气被压缩到预定体积以为发动机提供最优的功率和效率。压缩得越大，则从给定质量的燃料获得越多的能量和功率。

行进通过燃料/空气混合物的火焰前缘并不总是均匀且平稳地前进。在一些情况中，混合物的一个或多个小块（pocket）在火焰前缘到达其之前爆破，中止了最优燃烧过程并产生冲击波，该冲击波急剧地增大了气缸内的压力。这种现象称为“爆震”或“爆发”。发动机爆震可导致发动机磨损和损坏。为了减少发动机爆震，发动机设计者通常对发动机变量进行修正，所述变量包括压缩比、燃料辛烷值和点火正时。

降低发动机的压缩比可以减少发动机爆震。压缩比是燃烧室从其最大容量到其最小容量的体积比。然而，通常在设计过程的早期基于效率目标和经验来确定发动机的压缩比。降低压缩比通常减低了发动机效率和燃料经济性。增大发动机所使用的燃料的辛烷值可以减少发动机爆震。美国所售的大多数燃料具有87和93之间的辛烷值。可通过使用更高辛烷值的燃料来减小发动机爆震的可能性。然而，从辛烷值为89或93的燃料转变到更高辛烷值的燃料（例如100辛烷的航空燃料）是昂贵的。更高辛烷的燃料也不总是易于获得的。延迟燃烧期间所用的火花触发也可以减少发动机爆震。然而，这种延迟的代价是损失了从向下冲程获得的功率。

本发明提供一种具有高压缩比的内燃发动机，其在不采取高辛烷燃料或延迟点火的情况下减少爆震的可能性。

发明内容

一种燃料调节系统包括燃料源、裂解容器、热源和燃料输送线路。裂解容器从燃料源接收燃料并且破坏存在于所述燃料中的碳氢化合物的碳－碳键。热源向裂解容器提供热能，以便破坏燃料碳氢化合物的碳－碳键。燃料输送线路将经裂解的燃料输送到内燃发动机。

一种内燃发动机系统包括发动机、燃料源、燃料调节系统和燃料输送线路。发动机具有燃烧室和燃料喷射系统，燃烧室用于燃烧燃料以提取功，燃料喷射系统用于将燃料和空气的混合物输送到燃烧室。燃料调节系统包括热环路和裂解容器，热环路接收热能，裂解容器从燃料源接收燃料并且使用由热环路接收的热能破坏燃料碳氢化合物的碳－碳键。燃料输送线路将经裂解的燃料输送到发动机。

一种用于操作内燃发动机的方法包括将燃料输送到裂解容器，在裂解容器中通过热的方式裂解燃料，将经裂解的燃料输送到发动机，以及燃烧经裂解的燃料。

附图说明

图1示出了内燃发动机系统的简化示意图。

图2示出了另一个内燃发动机系统的简化示意图。

图3示出了用于操作内燃发动机的方法。

具体实施方式

本发明描述了燃烧前的燃料裂解。在燃烧之前使燃料裂解降低了发动机爆震的可能性并且允许发动机以增加的压缩比操作。当经裂解的燃料在燃烧室中燃烧时，火焰前缘在燃烧室中燃烧得更快且更均匀，从而防止燃料/空气混合物的小块爆炸。

图1示出了内燃发动机系统的简化示意图。内燃发动机系统10包括发动机12、燃料调节系统14和燃料源16。发动机12是任何内燃发动机，包括两冲程、四冲程和六冲程往复式发动机和旋转发动机。发动机12包括燃料喷射系统18和燃烧室20。燃料喷射系统18接收燃料并且将燃料分布到燃烧室20以形成在燃烧室20中燃烧的燃料/空气混合物。

燃料源16将未裂解的燃料（例如汽油）输送到燃料调节系统14。未裂解燃料通常包含具有数个碳原子的碳氢化合物成分。例如，存在于汽油中的大多数碳氢化合物包含大约四个和十二个之间的碳原子。燃料调节系统14通过使燃料在燃烧室20中燃烧之前裂解来调节未裂解燃料。燃料调节系统14包括燃料入口线路22、裂解容器24、燃料输送线路26和热环路28。来自燃料源16的未裂解燃料通过燃料入口线路22流到裂解容器24。燃料在裂解容器24中裂解。经裂解的燃料离开裂解容器24并流动通过燃料输送线路26。热环路28在裂解容器24和热源之间传输换热流体。

在裂解容器24内，燃料暴露于热能以促进燃料的裂解。热源加热换热流体。经加热的流体从热源通过热环路28行进到裂解容器24。在示例性实施例中，热源所产生的经加热的流体处于约370 ℃（700 ℉）和约815 ℃（1500 ℉）之间的温度。