專利名稱：用于壓縮點火發(fā)動機的液化石油氣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可運行現(xiàn)時使用的壓縮點火發(fā)動機的液化石油氣燃料。
壓縮點火發(fā)動機由于其高熱效通常被用作大功率的工業(yè)機器的動力源，或者用作卡車和工業(yè)運輸工具的驅(qū)動源。壓縮點火發(fā)動機使用柴油，例如輕和重油，作為燃料。
另一方面，液化石油氣基本上是由丙烷和丁烷組成的，并且具有低的十六烷值和低的點火性能。因而，當(dāng)液化石油氣被用作壓縮點火發(fā)動機的燃料時，需要將壓縮比提高至26或更高。但是，在這樣高的壓縮比下，不可能得到高的熱效率，而這一點是壓縮點火發(fā)動機的主要優(yōu)點。此外，噪音和震動提高。因而，截至目前液化石油氣無法實用于壓縮點火發(fā)動機的燃料。
使用常規(guī)柴油例如輕和重油作為燃料的壓縮點火發(fā)動機所產(chǎn)生的問題是它們排放出大量的黑煙。
T.Imonata等，“作為敏感劑的添加劑對烴類的同時點火的作用”[第23屆內(nèi)燃機討論會(國際)，The Combustion Institute,1990]公開了它們對混合有少量的異丙基硝酸鹽和二叔丁基過氧化物的正丁烷的同時點火的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，在壓縮至765K(492℃)的氣體中當(dāng)該過氧化物或硝酸鹽的存在量為至少是該混合物的5％(體積)時，點火延遲變得很短。作為上述常規(guī)技術(shù)和實驗結(jié)果的研究結(jié)果，本發(fā)明提供了一種特定的用于壓縮點火發(fā)動機的液化石油氣燃料。
本發(fā)明的一個目的是提供一種技術(shù)，從而使被稱作清潔燃料的液化石油氣能夠用作壓縮點火發(fā)動機的燃料。
為達到上述的目的，本發(fā)明提供了一種液化石油氣燃料，它在提供給壓縮點火發(fā)動機的燃燒室時的壓縮比被設(shè)定在11至23的范圍內(nèi)，這等于目前使用柴油，例如輕和重油，的壓縮點火發(fā)動機的壓縮比范圍。液化石油氣燃料基本上是由液化石油氣和自由基產(chǎn)生劑(十六烷值改進劑)組成的，自由基產(chǎn)生劑的量不少于燃料的0.1％，優(yōu)選從0.1％至15％(體積)。自由基產(chǎn)生劑是例如一種有機過氧化物或一種硝酸鹽化合物。
按照本發(fā)明，一種液化石油氣燃料含有液化石油氣和自由基產(chǎn)生劑，自由基產(chǎn)生劑的量不少于燃料的0.1％，優(yōu)選從0.1％至15％(體積)。該液化石油氣燃料在提供給壓縮點火發(fā)動機的燃燒室時的壓縮比為11至23。在壓縮點火發(fā)動機的燃燒室中的點火延遲不高于3毫秒(millisecond)。
使用液化石油氣燃料使功率和熱效率保持在基本上等于在使用柴油例如輕和重油的情況下的水平，并且同時可能大大降低黑煙的排放并降低二氧化碳的排放。
液化石油氣基本上是由碳和氫組成。因而，當(dāng)液化石油氣被用作壓縮點火發(fā)動機的燃料時，它不排放SOx和其他的空氣污染物，而這些在柴油的燃燒過程中是不可避免的。此外，由于如上所述基本上沒有黑煙的排放，NOX和HC可容易地使用簡單的污染物清除劑，例如催化轉(zhuǎn)化劑來清除。
本發(fā)明的上述和其他的目的，特征和優(yōu)點將通過對下述優(yōu)選實施方案的描述并參照附圖顯而易見。
圖2是顯示黑煙排放的圖。
圖3是顯示排氣中二氧化碳的量的圖。
圖4是顯示自由基產(chǎn)生劑濃度和點火延遲之間的關(guān)系的圖。
本發(fā)明使使用柴油作為燃料并顯示高的熱效率的壓縮點火發(fā)動機能夠使用液化石油氣燃料運行，這種液化石油氣燃料含有液化石油氣和一種自由基產(chǎn)生劑。自由基產(chǎn)生劑的濃度是燃料的0.1％至15％(體積)。該自由基產(chǎn)生劑是選自硝酸鹽，亞硝酸鹽，有機過氧化物，和一種疊氮化合物中選出的至少一種，它們是截至目前已知的自由基產(chǎn)生劑。
按照本發(fā)明，壓縮點火發(fā)動機的壓縮比被設(shè)定在11至23。其原因如下所述。壓縮比越高，需要添加到液化石油氣中的自由基產(chǎn)生劑的量越小。但是，在具有高壓縮比的發(fā)動機中，振動和噪音提高。此外，在缸體和活塞之間和在閥門操作系統(tǒng)中的摩擦阻力提高，從而降低功效。另一方面，如果壓縮比過低，在壓縮過程中產(chǎn)生的熱量不足。因而，壓縮點火發(fā)動機的壓縮比被設(shè)定在11至23，從而使液化石油氣燃料可被用于現(xiàn)在廣泛使用的壓縮點火發(fā)動機的壓縮比范圍內(nèi)。
自由基產(chǎn)生劑的加入量被設(shè)定在燃料的0.1％至15％(體積)的原因如下所述。如果自由基產(chǎn)生劑的加入量低于0.1％，而壓縮比是在上述的范圍內(nèi)，點火延遲提高。也就述說在液化石油氣在壓力下向燃燒室中的噴射和燃燒之間的時間滯后提高。這樣會惡化發(fā)動機的運行條件。當(dāng)自由基產(chǎn)生劑的量超過15％時，即使自由基產(chǎn)生劑的加入量提高點火延遲基本上保持恒定。而且，在日本，當(dāng)使用輕油時，就燃料來說費用提高20％或更多。這樣，液化石油氣燃料替代柴油例如輕和重油用作燃料就變得不利。
作為例子，用3％(體積)的二叔丁基過氧化物(一種有機過氧化物)作為自由基產(chǎn)生劑混合的正丁烷被用做一個的壓縮點火發(fā)動機的燃料，排氣量為1800cc，壓縮比為17，發(fā)動機速度為1800rpm，活塞直徑為13mm，燃料噴射時間被設(shè)定在頂死中心(top dead center)前26度，并對熱效率，黑煙排放和二氧化碳排放進行測量。作為對比實施例，使用輕油作為燃料，并測定熱效率，黑煙排放和二氧化碳排放量。測定結(jié)果示于

圖1至3。
圖1是顯示熱效率的圖。從圖1可以看出，使用混合了自由基產(chǎn)生劑的液化石油氣顯示了與使用輕油的情況下大致相等的熱效率。
圖2是顯示黑煙排放的圖。從圖2可以清楚看出，在制動平均有效壓力的整個范圍內(nèi)都會排放黑煙，并且，當(dāng)輕油被用作燃料時，當(dāng)制動平均有效壓力(brake mean effective pressure)超過0.5Mpa時，黑煙排放快速升高。另一方面，當(dāng)混合了自由基產(chǎn)生劑的液化石油氣被用作燃料時，在整個制動平均有效壓力(brake mean effective pressure)范圍內(nèi)基本上沒有檢測到黑煙。
圖3是顯示在排氣中二氧化碳的量。從圖3可以看出，使用混合了自由基產(chǎn)生劑的液化石油氣與使用輕油的情況相比使二氧化碳的排放降低13％。
雖然在上述的實施例中，正丁烷被用作替代柴油例如輕和重油的燃料，應(yīng)當(dāng)指出的是該燃料替代物可以是一種液化丁烷和液化丙烷的混合物，或者液化丙烷。在使用液化丁烷和液化丙烷的混合物的情況下，從與十六烷值的關(guān)系來看，該混合氣體最好是主要由丁烷組成的液化氣，含有50％或更多的液化丁烷。
可加入該液化石油氣的用作自由基產(chǎn)生劑的物質(zhì)的例子除了上述的二叔丁基過氧化物外，還包括有機過氧化物，例如甲基異丁基酮過氧化物，三-叔丁基過氧三嗪，2,5-二甲基-2,5-二叔丁基過氧己烷，1,1-二叔丁基過氧環(huán)己烷，和2,2-二丁基過氧丁烷，硝酸鹽，例如異辛基硝酸鹽，異戊基硝酸鹽，正戊基硝酸鹽，和異丙基硝酸鹽，亞硝酸鹽，例如正丙基亞硝酸鹽，和正丁基亞硝酸鹽，和疊氮化合物。
圖4是顯示當(dāng)混合了自由基產(chǎn)生基(二叔丁基過氧化物)的液化石油氣(丁烷)被用作壓縮點火發(fā)動機的燃料時，壓縮比被設(shè)定在11至23中的一個值(17)，自由基產(chǎn)生劑的濃度(燃料的％體積；橫軸)變化時，點火延遲的變化(毫秒；縱軸)。在正常的運行條件下，在壓縮點火發(fā)動機中點火延遲最好不超過3毫秒。
因而，在圖4中，自由基產(chǎn)生劑濃度的低限由L表示。高限由濃度H表示，在此之外點火延遲大致保持恒定，而不依賴于自由基產(chǎn)生劑濃度。在圖4中，壓縮比小于23，因而L大于0.1％(體積)。當(dāng)壓縮比是23時，底限濃度L0是通過基于實驗數(shù)據(jù)的校正確定為0.1％(體積)。當(dāng)壓縮比是11時高限濃度H0是15％(體積)，它被認為與壓縮比不直接相關(guān)。
按照本發(fā)明，通過將液化石油氣與0.1％至15％(體積)的自由基產(chǎn)生劑混合形成的液化石油氣燃料被提供給壓縮比被設(shè)定在11至23的范圍內(nèi)的壓縮點火發(fā)動機的燃燒室，從而使功率和熱效保持在基本上相等于在使用柴油例如輕和重油的情況下的水平，同時可大大降低黑煙排放也降低二氧化碳排放。
而且，當(dāng)液化石油氣被用作壓縮點火發(fā)動機的燃料時，由于液化石油氣基本上是由碳和氫組成，它不排放SOx和其他的空氣污染物，而這些在柴油的燃燒過程中是不可避免的。此外，由于基本上沒有黑煙排放，如上文所述，NOx和HC可容易地用簡單的污染物清除劑，例如催化轉(zhuǎn)化劑，來清除。
由于上述原因，當(dāng)本發(fā)明的燃料被提供給壓縮點火發(fā)動機時，可降低環(huán)境污染。同時，可保持基本上等于常規(guī)的柴油燃料使用時高水平的功率和熱效。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于上述的實施方案，可以進行各種變化而不脫離本發(fā)明的宗旨和精神。
權(quán)利要求
1．一種供壓縮比為11至23的壓縮點火發(fā)動機的燃燒室使用的液化石油氣燃料，所說的液化石油氣燃料含有液化石油氣和一種自由基產(chǎn)生劑，該自由基產(chǎn)生劑的含量不低于燃料的0.1％(體積)。
2．按照權(quán)利要求1的液化石油氣燃料，其中，所說的自由基產(chǎn)生劑的體積為燃料體積的0.1％至15％。
3．按照權(quán)利要求1的液化石油氣燃料，其中，所說的自由基產(chǎn)生劑選自硝酸鹽，亞硝酸鹽，有機過氧化物，和疊氮化合物。
4．一種供壓縮比為11至23的壓縮點火發(fā)動機的燃燒室使用的液化石油氣燃料，所說的液化石油氣燃料含有一種基本上由丙烷和丁烷組成的液化石油氣，和一種自由基產(chǎn)生劑，其含量為燃料的0.1％至15％(體積)，所說的自由基產(chǎn)生劑選自硝酸鹽，亞硝酸鹽，有機過氧化物，和疊氮化合物，其中，所說的壓縮點火發(fā)動機的燃燒室的點火延遲不高于3毫秒。
全文摘要
一種可用作壓縮點火發(fā)動機的燃料的清潔的液化石油氣燃料,以替代柴油,例如輕和重油。這種燃料被提供給壓縮比被設(shè)定在11至23的壓縮點火發(fā)動機的燃燒室,并含有液化石油氣和一種自由基產(chǎn)生劑,該自由產(chǎn)生劑的含量不低于燃料的0.1%(體積)。
文檔編號C10L3/12GK1304441SQ99806579
公開日2001年7月18日 申請日期1999年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月26日
發(fā)明者田村昌三, 后藤新一, 豆田武士, 若尾佳孝 申請人:巖谷產(chǎn)業(yè)株式會社, 田村昌三, 后藤新一