[發(fā)明專(zhuān)利]燃燒方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980117655.4
• 申請(qǐng)日: 2009-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102027225A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約翰·麥克尼爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 阿克菲爾研究有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F02M31/02
• 分類(lèi)號(hào): F02M31/02;F02M31/04;F02M13/02;F02M13/04;F02M25/10
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 吳小瑛;呂俊清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃燒方法，特別是非均質(zhì)充量壓燃式內(nèi)燃機(jī)中的燃燒方法，本發(fā)明還涉及用于所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

本文使用的術(shù)語(yǔ)“柴油發(fā)動(dòng)機(jī)”是指注入燃料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮引發(fā)燃燒的壓燃式內(nèi)燃機(jī)。燃燒室內(nèi)非均質(zhì)充量的燃料和空氣由于快速壓縮過(guò)程中產(chǎn)生熱而被點(diǎn)燃。這與奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)不同，在奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料和空氣在通過(guò)火花塞點(diǎn)燃之前被混合在一起。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與均質(zhì)充量壓燃式(HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)不同，后者使用預(yù)混合的燃料和空氣的壓縮點(diǎn)火產(chǎn)生均質(zhì)充量。當(dāng)燃料/空氣混合物被充分壓縮時(shí)，其自發(fā)點(diǎn)燃。HCCI適合稀燃運(yùn)轉(zhuǎn)并由此可具有比傳統(tǒng)奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)更高的效率，且峰溫度較低，從而減少了NO_x的形成。然而，HCCI比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒更難以控制，從而可能引起定時(shí)問(wèn)題(timing?problem)。與由向壓縮空氣中注入燃料的時(shí)間控制點(diǎn)火的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，或者由產(chǎn)生火花的時(shí)間控制點(diǎn)火的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，HCCI沒(méi)有可被直接控制的明確的引燃物(combustion?initiator)。此外，為了實(shí)現(xiàn)具有可變功率輸出的動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)必須能夠改變運(yùn)轉(zhuǎn)條件，例如壓縮比、引入氣體的溫度和壓力以及燃料-空氣比，這樣可能增加復(fù)雜性和成本。為了確保點(diǎn)火并避免燃料小滴冷凝而弄濕氣缸壁，HCCI中使用的燃料的沸點(diǎn)應(yīng)相對(duì)地低。

US?5,117,800公開(kāi)了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的操作方法，其包括使所供應(yīng)的助燃空氣富含氧氣，同時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料注入或點(diǎn)火正時(shí)，以彌補(bǔ)由于助燃空氣中的氧含量增加而引起的提前燃燒(advanced?combustion)。該方法使用渦輪增壓器作為泵，通過(guò)氧氣產(chǎn)生膜分離空氣。與常規(guī)渦輪增壓的助燃空氣相比，富含氧的空氣處于較低壓力，并因此比常規(guī)渦輪增壓的助燃空氣冷，從而降低或消除了對(duì)中冷器的需求。

US?3,794,007公開(kāi)了使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)源的燃料加熱用于冷啟動(dòng)的助燃空氣。當(dāng)使用可燃性差的燃料(例如汽油)時(shí)，在荷載發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中通過(guò)燃燒火焰吸入空氣加熱器(flame-suction-air-heater)中的燃料來(lái)加熱吸入管路(suction?line)或吸入歧管(intake?manifold)中的空氣。該發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比相對(duì)較低。以這種方式燃燒燃料降低了燃料的效率，而吸入空氣密度的下降降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。

US?4,333,424公開(kāi)了燃燒過(guò)程需要最少兩個(gè)氣缸的等溫發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮空氣的壓縮氣缸，該壓縮空氣經(jīng)過(guò)熱交換器遞送至膨脹氣缸。膨脹氣缸接收該壓縮空氣和燃料，在動(dòng)力沖程(power?stroke)過(guò)程發(fā)生燃燒的同時(shí)，膨脹氣缸中的氣壓降低至大氣壓，膨脹氣缸推動(dòng)曲軸。該過(guò)程是等溫的，而非絕熱的，從而使膨脹氣缸的內(nèi)部溫度在動(dòng)力沖程的膨脹階段保持恒定或僅有少量上升。額外的氣缸提高摩擦損失。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的燃燒品質(zhì)特性用十六烷值(CN)表示，其中，將十六烷值定義為正常十六烷和1-甲基萘的混合物中正常十六烷(正十六烷)的體積百分比，在特定測(cè)試條件下的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)進(jìn)行燃燒時(shí)，該混合物與測(cè)試燃料具有相同的點(diǎn)火性質(zhì)(點(diǎn)火延遲)。CN值高的燃料的點(diǎn)火延遲低，適合用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中。商業(yè)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的CN值通常在40-55的范圍內(nèi)。CN值高的燃料通常不適合用于需要具有自動(dòng)點(diǎn)火阻性的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。

用辛烷值(ON)表示奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的燃燒品質(zhì)性能，高ON的燃料是合適的。通常，高CN的燃料的ON值低，反之低CN的燃料的ON值高，因此向汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中加入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(或向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中加入汽油)可能是個(gè)高代價(jià)的錯(cuò)誤。