用于内燃式引擎的按需供氢燃料系统的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明一般关于内燃式引擎。尤其，本发明关于整合至标准内燃式引擎的燃料供给系统的按需供给(on-demand)电解产生的氧-氢(oxy-hydrogen)燃料系统。
[0002]习知的活塞式内燃式引擎(internal combust1n engines，ICE)的基本运作依据内燃程序的功能类型、汽缸数量及所需的使用而改变。例如，在传统的二循环引擎中，在机油一燃料一空气混合物注入汽缸内以在该汽缸内点燃该机油/燃料/空气混合物之前，机油是与燃料及空气预先混合。在典型的四循环汽油引擎中，雾化燃料与空气预先混合、通过该活塞靠向汽缸头的移动而被压缩及通过造成该燃料燃烧的火星塞而被点燃。在柴油引擎中，燃料及空气是预先混合、雾化及注入该汽缸内。然而，在柴油引擎中没有火星塞提供点火。相反地，该燃料/空气混合物藉由该汽缸头的质量所累积的热及藉由该活塞的压缩的组合而点火。在每一个类型的内燃式引擎中，该活塞藉由爆炸的燃料及空气的膨胀所产生的压力而受推向下靠向该曲柄轴。当该曲柄轴及凸轮轴旋转而打开该排气阀门时，使得排放废气排出该汽缸。该活塞在接下来的振动的移动于该汽缸中建立真空状态，该真空引入额外新鲜的机油/燃料/空气进入该汽缸内，从而同时推挤剩余的废气离开该废气排出孔并且驱动旁通油气通过该曲轴箱强制通风(Positive Crankcase Ventilat1n，PVC)阀门离开该曲轴箱。当该程序本身重复时，动量驱动该活塞回到该压缩行程内。
[0003]在柴油或汽油动力引擎中，相对于二行程引擎，该曲柄轴及连杆轴承的机油润滑是由机油分配系统所支援，该机油分配系统与该燃料/空气混合物分离。在柴油或汽油动力引擎中，在该吸入歧管内的该燃料/空气混合物被引入该燃烧室内，以在该燃烧室中藉由火星塞(在汽油引擎中)或压缩而点燃该燃料/空气混合物。在汽油及柴油引擎两者中的燃烧室主要藉由配置在围绕着每一个活塞汽缸内的每一个活塞的外径的一组活塞环而与该曲轴箱隔离。该密封是包含在该引擎的设计内，以作为保持由每次点火事件所产生的压力及强制该排放废气经由该废气排出孔排出而非允许该热的、加压的油气逃离而进入曲轴箱内。
[0004]遗憾的是，该活塞环无法完全隔离及保有该加压的排放废气。因此，原本意在润滑汽缸的小量的曲轴箱机油反而被吸引进入该燃烧室内并且在该燃烧过程期间烧结。这在汽油及柴油动力引擎两者中是真实发生的。此外，在燃烧室内包括未烧结的燃料及排放废气的燃烧废气同时地通过该活塞环并且进入该曲轴箱。进入该曲轴箱的废气通常称为"吹漏丨丨(丨丨blow-by丨丨)或"吹漏气丨丨(丨丨blow-by gas丨丨)。吹漏气主要由诸如碳氢化合物(未烧结完全的燃料)、二氧化碳及/或水蒸气的污染物所组成，所有污染物足以污染在该引擎曲轴箱内所含有的机油。泄漏至该曲轴箱内部的吹漏气的量可以是在该吸入歧管内的碳氢化合物的浓度的数倍。单纯地排放这些气体至该大气增加了空气污染。
[0005]另外，捕捉在该曲轴箱内的该吹漏气会使得该污染物凝结及随着时间累积在该引擎曲轴箱内。凝结的污染物形成腐蚀的酸性物质及烂泥于该组件的内部。这情况降低了在该曲轴箱内的该引擎机油润滑该汽缸及曲柄轴的能力。无法适当地润滑该曲柄轴组件(例如该曲柄轴及连杆)的劣化的机油可能促使该引擎内的加速磨耗及撕裂，造成衰退的引擎效能。不充分的曲轴箱润滑造成该活塞环的劣化，该劣化降低在该燃烧室及该曲轴箱之间的气密的有效性。
[0006]当该引擎老化时，在该活塞环及汽缸壁面之间的间隙将增加，造成更大量的吹漏气进入该曲轴箱。在该曲轴箱内的过量的吹漏气造成动力损失及最终的引擎失效。由该吹漏气所携带的凝结的水蒸气可能凝结于该引擎内部，造成引擎零件生锈。在1970年，美国国家环境保护局奉命引入曲轴箱通风系统以减轻允许在该曲轴箱中增加的吹漏气的体积。通常，曲轴箱通风系统从经由称之为曲轴箱强制通风(Positive Crankcase Ventilat1n，PCV)阀门的装置的该曲轴箱而排空吹漏气。在现代的引擎中，吹漏气是从该曲轴箱清除并且重新按路线回到该吸入歧管内部以待重新烧结。
[0007]该曲轴箱强制通风阀门将吹漏气从该曲轴箱重新循环(意即排气孔)进入该吸入歧管内以与在后续燃烧循环期间的空气/燃料的新鲜供给而再次烧结。由于有害的吹漏气不仅仅是排放至大气，这种方法是需要的。
[0008]作为反对烟雾在洛杉矶盆地内的努力的一方，加州开始于I960年代要求在所有类型的汽车上具有排放控制系统。联邦政府于1968年延伸排放控制法规至全国范围。在1970年美国国会通过该空气清洁法规并且建立环境保护局(Environmental Protect1nAgency,EPA)。从那时起，运输工具制造商已经面对一系列用于运输工具的生产及维护的分级的排放控制标准。这标准包含实现装置以控制引擎功能及诊断引擎问题。尤其，汽车制造商开始整合电气控制组件，诸如电子燃油输送及点火系统。感测器亦加入以量测引擎效率、系统效能及污染。这些感测器能够经由存取而用于早期诊断的辅助。
[0009]车载诊断(On-Board Diagnostics，OBD)意指由制造商在车辆中所开发及建立的早期运输工具自我诊断系统及回复能力。车载诊断系统提供目前的状态资讯给各种运输工具次系统。由于在1980年代早期车载电脑至车辆中的导入，经由车载诊断可获得的诊断资讯的数量已经有重大变化。车载诊断初始显示用于侦测问题的故障指示灯(malfunct1nindicator light，MIL)，但是并未提供关于该问题的本质的资讯。现代车载诊断实现使用标准化高速数位数位通讯总线以提供结合标准化系列的诊断故障代码(diagnostictrouble codes,DTCs)的即时资料以促进故障的快速鉴别及从该运输工具的内部的相对修复。
[0010]加州空气资源局(California Air Resources Board, CARB或简称)发展法规以强制车载诊断的第一个具体化(现在已知为丨丨第一阶段车载诊断(OBD -1)")应用。加州空气资源局的目标在于鼓励车辆制造商设计可靠的排放控制系统。加州空气资源局藉由拒绝未通过该加州空气资源局运输工具排放标准的车辆登记而期望降低在加州的运输工具排放。遗憾的是，第一阶段车载诊断在当时并没有成功，因为用于测试及回复特定排放诊断资讯的硬体架构尚未标准化或广泛地被接受。在从所有运输工具中取得标准化及可靠的排放资讯的技术困难点对于有效地实现年度排放测试计画造成系统上的不稳定。
[0011]车载诊断在该最初的第一阶段车载诊断的实现后变得较为复杂。第二阶段车载诊断是在1990年代中叶所导入的新标准，该标准实现一系列藉由车辆工程师协会(Societyof Automotive Engineers，SAE)所发展的标准及实施。这些标准最终由环境保护局及加州空气资源局所采用。第二阶段车载诊断并入提供较佳的引擎侦测技术的强化的特征。第二阶段车载诊断亦侦测底盘零件、车体及配件装置，并且包含车辆诊断控制网路。第二阶段车载诊断改善在第一阶段车载诊断上的能力及标准化两者。第二阶段车载诊断规范诊断连接器、针脚配置、电气讯号协定、信息格式的类型并且提供诊断故障代码(diagnostictrouble codes，DRCs)的可扩充的清单。第二阶段车载诊断亦侦测运输工具参数的特定清单并且编码用于每一个该参数的效能资料。因此，单一装置可以询问在任何运输工具中的车载电脑。这种回复诊断资料的简化导