專利名稱：用于柴油發(fā)動機的燃料處理器設備和方法
用于柴油發(fā)動機的燃料處理器設備和方法
背景技術：
魯?shù)婪?，狄賽?Rudolf Diesel)在1892年開發(fā)了第一臺柴油發(fā)動 機并且為此獲得了德國專利。他的目標是構造具有高效率的發(fā)動機。 在1876年已經(jīng)發(fā)明汽油發(fā)動機，但特別在那個時候不是非常有效。
與以火花點燃汽油和空氣的混合物的汽油發(fā)動機不同，柴油發(fā)動 機吸入空氣，將空氣壓縮并且將燃料噴射到已壓縮的空氣中，以致已 壓縮的空氣的熱量和壓力自發(fā)地點燃燃料。柴油發(fā)動機不具有火花塞 或其他點火源。 一些舊式柴油發(fā)動機包括加熱塞以在寒冷情況中預熱 氣缸，但加熱塞不是點火源，而它們是耐熱元件。
通常的汽油發(fā)動機的活塞以8:1至12:1之間的比例進行壓縮，而柴 油發(fā)動機通常以14:1至25:1之間的比例進行壓縮。柴油發(fā)動機的較高的 壓縮比導致更大的扭矩和更好的燃料效率。使用柴油燃料允許柴油發(fā) 動機的壓縮比遠高于汽油發(fā)動機的壓縮比。汽油在比柴油燃料低的溫 度和壓力下自燃，并且自燃導致汽油發(fā)動機中的敲缸。
柴油燃料具有高于汽油的自燃溫度，并且比汽油更重和更具有潤 滑性。柴油燃料比汽油揮發(fā)緩慢得多一一柴油的沸點實際上高于水的 沸點。柴油燃料比汽油包括更多較長鏈的碳原子(汽油通常主要為 C9H2Q，而柴油通常主要為<:14113())。對于原油也要求較少的精煉用于 產(chǎn)生柴油燃料，這是柴油一般比汽油廉價的原因。
柴油也具有比汽油更高的能量密度。平均地， 一加侖(3.8 L)柴 油燃料包含大約155xl(^焦耳(147,000 BTU)的能量，而一加侖(3.8 L) 汽油包含了132><106焦耳(125,000 BTU)的能量。這種較高的能量密度結合高壓縮柴油發(fā)動機的改進的效率解釋了為何柴油發(fā)動機比等價的 汽油發(fā)動機具有更好的燃料經(jīng)濟性。
柴油發(fā)動機的燃料噴射器通常是其最復雜的部件，并且已經(jīng)成為 大量實驗的對象，在任何特定的發(fā)動機中，它可以位于多種位置處。 噴射器必須承受氣缸內(nèi)部的溫度和壓力并且仍輸送以細霧狀態(tài)的燃 料。在氣缸內(nèi)循環(huán)霧化的燃料以使其均勻分布也是普遍的問題。
柴油燃料在氣缸內(nèi)的均勻分布和燃料與空氣的混合促成柴油燃料 的完全燃燒。為使在發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的燃料氧化達到最佳，燃料/空 氣混合物被理想地氣化或均質化，以獲得具有化學計量的氣相混合物。 理想的燃料氧化導致較完全的燃燒和較低的污染。
相對于內(nèi)燃機，計量化學法是其中為完全燃燒給定量的燃料所需 的氧氣量被供給在均質混合物中從而導致最佳正確燃燒而沒有未完全 或不充分氧化所剩余的殘余物的情況。理想地，燃料在進入到燃燒室 內(nèi)前應完全氣化，與空氣相互混合且均質化，以用于合適的氧化。未 氣化的燃料滴一般在傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機中不會點燃和完全燃燒，這出 現(xiàn)了與燃料效率和污染有關的問題。
柴油燃料的不完全或不充分的氧化導致從柴油發(fā)動機排放殘余物 而成為污染物，例如未燃燒的碳氫化合物， 一氧化碳和醛，同時伴隨 有氮氧化物的產(chǎn)生。為滿足排放標準，這些殘余物必須被處理，通常 要求在催化轉換器或氣滌器內(nèi)的進一步處理。對這些殘余物的這種處 理導致為運行催化轉換器或氣滌器的附加的燃料成本。因此，任何對 于由不完全燃燒所導致的殘余物的減少將在經(jīng)濟上和環(huán)境上是有利 的。
除以上所述的問題外，不完全氣化和不具有化學計量比的燃料一 空氣混合物導致內(nèi)燃機低于峰值效率運行。當燃料不完全燃燒時，燃料化學能的較少部分被轉化為機械能。燃料能量被浪費并且產(chǎn)生了不 必要的污染。因此，通過進一步打碎并且更完全地氣化燃料一空氣混 合物，可以獲得較高的壓縮比和較好的燃料效率。
已進行了許多嘗試來減輕上述的關于燃料氣化和不完全燃料燃燒 的問題。柴油燃料噴射器將相當細微的燃料霧直接噴射到發(fā)動機的氣 缸內(nèi)并且通過電控制。然而，燃料噴射器噴射物的燃料滴尺寸不是最 佳，并且在點燃前幾乎沒有時間使燃料與空氣混合。即使當前的燃料 噴射器系統(tǒng)也不能將燃料與所需的空氣充分混合。
此外，近來已發(fā)現(xiàn)，燃料噴射器噴射物在其內(nèi)伴隨有沖擊波。沖 擊波可能妨礙了燃料與空氣的充分混合。沖擊波表現(xiàn)為將燃料團限制 到活塞的一定區(qū)域，因此限制燃料滴接近空氣。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述的原理可以解決一些上述的缺陷和其他缺陷。特別地， 在此所述的一些原理涉及液體處理器設備和方法。
本發(fā)明一方面提供了包括向柴油發(fā)動機供給燃料的方法。所述供 給燃料包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑 的預混合物，并且將氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物從第一 預燃燒渦流室引入燃燒室內(nèi)。根據(jù)一個方面，所述方法進一步包括防 止燃燒室內(nèi)的沖擊波或者使其最小化。 一方面包括用點火源點燃氣態(tài) 均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物。
根據(jù)所述方法的一個方面，產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的 預混合物包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氧化劑渦流，在氧化劑渦 流的軸線處引入柴油燃料，和將柴油燃料霧化并且將柴油燃料和氧化 劑在第一預燃燒渦流室的軸向區(qū)內(nèi)混合。根據(jù)一個方面，產(chǎn)生氣態(tài)均 質的柴油燃料和氧化劑的預混合物包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氧化劑渦流，在氧化劑渦流的軸線處引入柴油燃料，將柴油燃料霧化 并且將柴油燃料和氧化劑混合，其中，產(chǎn)生氧化劑渦流包括將氧化劑 通過多個流體通路在非切向并且非徑向的角度上引入第一預燃燒渦流 室。
根據(jù)所述方法的一個方面，產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的 預混合物包括提供初級氧化劑引入路徑，提供次級氧化劑引入路徑， 當達到預定的氧化劑要求閾值時開啟次級氧化劑引入路徑中的閥，在 第二預燃燒渦流室內(nèi)以來自次級氧化劑引入路徑的流體流產(chǎn)生氧化劑 渦流，在氧化劑渦流的軸線處引入柴油燃料，將柴油燃料霧化并且將 柴油燃料與氧化劑混合。根據(jù)一個方面，在次級氧化劑引入路徑中的
閥開啟時初級氧化劑引入路徑中的閥保持開啟。
一個實施例包括柴油發(fā)動機。柴油發(fā)動機包括氣缸體，布置在氣 缸體內(nèi)的一個或多個燃燒室或氣缸，布置在一個或多個燃燒室的每個 內(nèi)的往復構件，和流體連接到一個或多個燃燒室的預燃燒柴油燃料混 合裝置。根據(jù)一個實施例，預燃燒柴油燃料混合裝置包括殼體，由殼 體封閉的第一預燃燒渦流室，多個通向第一預燃燒渦流室內(nèi)用于產(chǎn)生 渦流的成角度通道，和與第一預燃燒渦流室流體連通的第一氧化劑流 體流動路徑。 一個實施例進一步包括延伸到一個或多個燃燒室的每個 內(nèi)的點火裝置。該點火裝置可以包括火花塞。
根據(jù)柴油發(fā)動機的一個實施例，預燃燒柴油燃料混合裝置包括 由殼體封閉的、并且與第一預燃燒渦流室軸向對準的第二預燃燒渦流 室，該第二預燃燒渦流室大于第一預燃燒渦流室；多個通向第二預燃 燒渦流室內(nèi)以用于產(chǎn)生渦流的成角度通道，和與第二預燃燒渦流室流 體連通的第二氧化劑流體流動路徑。根據(jù)一個實施例，成角度通路是 非切向且非徑向的。
柴油發(fā)動機的一個實施例，進一步包括從第一預燃燒渦流室引出的第一擴散噴嘴，第一擴散噴嘴包括多個橫向通道，所述多個橫向通 道與多個通向第一預燃燒渦流室內(nèi)的成角度通道反向成角度。根據(jù)一 個實施例，柴油發(fā)動機進一步包括鄰近預燃燒柴油燃料混合裝置的出 口的圓錐形柱狀物。
根據(jù)柴油發(fā)動機的一個實施例，預燃燒柴油燃料混合裝置包括由 殼體封閉的、并且與第一預燃燒渦流室軸向對準的第二預燃燒渦流室。 第二預燃燒渦流室可以大于第一預燃燒渦流室。根據(jù)一個實施例，多 個成角度通道通到第二預燃燒渦流室內(nèi)以用于產(chǎn)生渦流。在一個實施 例中，柴油發(fā)動機也可以包括與第二預燃燒渦流室流體連通的第二氧 化劑流體流動路徑和容置一個閥的節(jié)氣門主體。在一個實施例中，所 述閥控制通過第二氧化劑流體流動路徑的流體流動。
柴油發(fā)動機的一個實施例進一步包括與第一和第二預燃燒渦流室 大致軸向對準的燃料噴射器。所述燃料噴射器包括軸向流動通道和多 個徑向流動通道。
柴油發(fā)動機的一個實施例進一步包括渦輪增壓器。在一個實施例 中，預燃燒柴油燃料混合裝置流體連接在渦輪增壓器和一個或多個燃 燒室之間。根據(jù)一個實施例，預燃燒柴油燃料混合裝置進一步包括布 置在殼體的圓柱形腔內(nèi)并且與第一和第二預燃燒渦流室流體連通的燃 料噴射器，燃料噴射器包括液體流動通道和在液體流動通道和氧化劑 流動引入路徑之間流體連通的通氣孔。
本發(fā)明一方面提供了包括運行柴油發(fā)動機的方法。運行柴油發(fā)動 機包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的 預混合物，使氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物流入到柴油發(fā) 動機氣缸內(nèi)，以至少大約15:1的壓縮比由活塞壓縮氣缸內(nèi)氣態(tài)均質的柴
油燃料和氧化劑的預混合物而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的 預混合物的自燃，和點燃氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物。根據(jù)一個方面，點燃包括使用火花塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生火花。在一個方面，
所述方法進一步包括以大于21:1的壓縮比由活塞壓縮在氣缸內(nèi)氣態(tài)均
質的柴油燃料和氧化劑的預混合物而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧 化劑的預混合物的自燃。根據(jù)一個方面，產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和
氧化劑的預混合物包括維持可燃混合物同時將柴油燃料減小到平均
微粒尺寸，以致以至少25:1的壓縮比在氣缸內(nèi)由活塞壓縮氣態(tài)均質的柴 油燃料和氧化劑的預混合物，而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑 的預混合物自燃。根據(jù)一個方面，所述方法進一步包括以至少30:1或 40:1的壓縮比由活塞壓縮氣缸內(nèi)氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混 合物而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物自燃。
一個實施例提供了包括柴油發(fā)動機燃料預混合裝置的設備。所述 裝置包括兩級渦流室。第一級與第一氧化劑流動路徑流體連通，并且 第二級與分開的第二氧化劑流動路徑流體連通。所述裝置包括圓周向 地布置在第一級和第二級內(nèi)部的燃料噴射器，以及流體連接到柴油發(fā) 動機預混合裝置的柴油發(fā)動機。在一個實施例中，柴油發(fā)動機包括火 花塞。根據(jù)一個實施例，第一級、第二級和燃料噴射器大致共軸。根 據(jù)一個實施例，第一級包括高真空、低流速渦流室，并且第二級包括 比第一級更大的容積而且包括低真空、高流速渦流室。在一個實施例 中，第一級和第二級分別包括低流速渦流室和高流速渦流室，它們可 以承受正壓以及真空壓力。
所述設備的一個實施例進一步包括布置在通到第一級出口的第一 噴嘴。第一噴嘴可以包括布置在渦流方向和與渦流方向相反的方向上 的若干流體通道。流體通道在第一噴嘴內(nèi)的相對布置可以將由第一級 霧化的流體軸向地以一般非旋轉的流動來引導。所述設備的一個實施 例進一步包括在第二級出口處的擴散噴嘴。
一個實施例包括鄰近柴油發(fā)動機預混合裝置布置的柱狀物以用于 將第一級或第二級內(nèi)產(chǎn)生的渦流居中。在一個實施例中，燃料噴射器包括軸向口和徑向口用于將燃料噴射到第一級和第二級內(nèi)。根據(jù)一個 實施例，所述裝置在引向第一級和第二級的氧化劑流體流動之間可無 限地調節(jié)。根據(jù)一個實施例，僅第一氧化劑源向第一級打開，直至達 到預定的流速，并且當達到預定的流速時第二氧化劑源也打開。 一個 實施例進一步包括布置在雙級渦流室的第一級周圍的水套。
本發(fā)明一方面提供了包括為柴油發(fā)動機供給燃料的方法。所述方 法包括將柴油燃料與氧化劑預混合。預混合包括將柴油燃料引入到氧 化劑渦流中以產(chǎn)生預混合的柴油燃料和氧化劑混合物，并且將預混合 的柴油燃料和氧化劑混合物引入到汽車的燃燒室內(nèi)而不促使另外的柴 油燃料進到燃燒室內(nèi)。根據(jù)一個方面，預混合包括提供串聯(lián)的第一 渦流室和第二渦流室，以使僅第一渦流室或第一渦流室和第二渦流室 二者都接收氧化劑供應。氧化劑可以以一定角度進入第一渦流室或第 二渦流室并且產(chǎn)生氧化劑渦流。根據(jù)一個方面，所述方法包括提供燃 料噴射器并且軸向噴射燃料。所述噴射可以包括將柴油燃料軸向噴射 到由第一渦流室或第二渦流室的任一個產(chǎn)生的氧化劑渦流內(nèi)。根據(jù)一 個方面，預混合包括使氧化劑渦流居中和保持氧化劑渦流。根據(jù)一個 方面，吸入包括將預混合的柴油燃料和氧化劑均勻地分布到歧管內(nèi)。


附圖示出了在下文中討論的某些實施例并且附圖是說明書的一部分。
圖l是根據(jù)一個實施例的帶有燃料混合設備的柴油發(fā)動機的截面圖。
圖2是根據(jù)一個實施例的圖1中示出的柴油發(fā)動機和燃料混合設備 的截面圖，其活塞壓縮空氣/燃料混合物。
圖3是根據(jù)一個實施例的關于柴油發(fā)動機的進氣歧管的混合設備 的放大的截面圖4是圖3中示出的一組渦流產(chǎn)生部件在封閉在殼體內(nèi)之前的透視 總圖。圖5是在圖4中示出部件組裝后的透視圖。
圖6A是根據(jù)一個實施例的在混合設備中使用的噴嘴的透視圖。
圖6B是在圖6A中示出的噴嘴的截面圖。
圖7是圖3的混合設備的透視圖。
在所有附圖中，相同的附圖符號和描述表示類似的但不必須相同 的元件。
具體實施例方式
下面描述說明性的實施例和方面。當然將理解在任何這種實際實 施例的開發(fā)中，必須進行多種特定實施的決定，以實現(xiàn)開發(fā)者的特定 目的，例如依從于系統(tǒng)相關的和業(yè)務相關的約束，這些目的由一種實 施到另一種實施將會改變。此外，將理解這種開發(fā)努力可能復雜并且 費時，但是，雖然如此其應對于受益于此公開的本領域普通技術人員 是常規(guī)任務。
如在整篇說明書和權利要求中所使用的，術語"預燃燒室"指不 是燃燒區(qū)的區(qū)域。如在說明書(包括權利要求)中所使用的詞語"包 括"和"具有"具有與"包含"相同的含義。
現(xiàn)在轉向附圖，并且具體參考圖l-2，它們示出了柴油發(fā)動機10的 一個實施例。如受益于這種公開的本領域普通技術人員已知，柴油發(fā) 動機10可以包括多個標準部件。例如，圖1-2的柴油發(fā)動機10包括氣缸 體12。在氣缸體12內(nèi)的至少一個氣缸筒可以包括一個或多個燃燒室， 例如一個或多個氣缸14。例如活塞16的往復構件布置在一個或多個氣 缸14的每個內(nèi)。活塞16通過連桿20連接到曲軸18。 一個或多個閥20、 22在柴油機循環(huán)期間的一定時刻開啟和關閉，以引入空氣和燃料，并 且排放燃燒產(chǎn)物。新鮮空氣和燃料可以通過第一通路26經(jīng)過第一閥20 進入氣缸14，并且廢氣可以通過通向排氣通路28的第二閥22離開氣缸 14。柴油發(fā)動機可以通常根據(jù)在上文中描述的已公知的原理運行，以 通過在氣缸14內(nèi)燃燒柴油燃料而基于柴油燃料做功。然而，雖然標準柴油發(fā)動機不包括火花塞，但根據(jù)一個實施例，例如火花塞24的點火
源可以延伸到每個氣缸14內(nèi)或者與每個氣缸14相關聯(lián)。包括火花塞24
或其他點火源的一些原因被在下文中討論。其他已知的部件也可以包 括柴油發(fā)動機10的零件。
圖1示出了柴油發(fā)動機10的進氣沖程。第一閥20向第一通路26打 開。當活塞16縮回時，柴油燃料和空氣的預混合物被吸入到氣缸14內(nèi)。 圖2示出了柴油發(fā)動機10的壓縮沖程。閥20、 22關閉，并且活塞16壓縮 氣缸14內(nèi)的空氣和燃料混合物。在通常的柴油發(fā)動機中，活塞16僅壓 縮在氣缸14內(nèi)的空氣，并且被加壓的柴油燃料通過燃料噴射器直接噴 射到氣缸內(nèi)。另外，壓縮趨向于產(chǎn)生足夠的熱量和壓力，以使氣缸內(nèi) 柴油燃料和空氣的標準混合物自燃。但是，根據(jù)在此討論的一個實施 例，柴油燃料不是被噴射的燃料，而是，柴油燃料和氧化劑在進入氣 缸14或其他燃燒室前被預混合。此外，根據(jù)一些實施例，期望的是， 高達大約15:1，超過大約21:1，高達25:1，甚至達到40:1或更高的壓縮 比不引起預混合的柴油燃料和氧化劑自燃。因此，根據(jù)一個實施例， 火花塞24或其他點火源與氣缸14相關聯(lián)以使燃燒開始。
像40:1這樣高或更高的發(fā)動機的壓縮比不會導致自燃的一個原因 是將柴油燃料和氧化劑的非常細微的均質混合物供給到發(fā)動機IO。根 據(jù)一個實施例，柴油發(fā)動機10包括混合設備并且通過該混合設備供應 燃料，該混合設備可以將柴油燃料的大多數(shù)的微粒尺寸減小到50jLim或 更小。根據(jù)一個實施例，混合設備可以將柴油燃料的大多數(shù)的微粒尺 寸減小到20pm或更小，例如，混合設備可以將柴油燃料的至少80%-95 ^霧化成大致l至3^im或更小尺寸的微粒?；旌显O備例如可以包括預燃 燒柴油燃料混合裝置IOO。預燃燒柴油燃料混合裝置100可以向內(nèi)燃機 或其他裝置提供預混合的柴油燃料和氧化劑的供給。圖l-3圖示了完全 組裝的預燃燒柴油燃料混合裝置100的截面圖。圖3是預燃燒柴油燃料 混合裝置100的放大圖，下文中主要參考該圖以便清楚地識別所描述的 元件。如在圖3中示出，根據(jù)一個實施例，預燃燒柴油燃料混合裝置IOO
包括殼體102。殼體102大致剛性結構，它可以由金屬、陶瓷、復合材 料、塑料或其他材料制成。殼體102封閉多個內(nèi)部部件，下文中描述這 些部件。圖7中示出殼體102的透視圖。殼體102可以包括任何尺寸或形 狀，但是如在圖7中所示，殼體102的一些實施例包括氧化劑入口部分 104和渦流部分106。氧化劑入口部分104可以包括如在圖7中示出的節(jié) 氣門主體。
回到圖3，殼體102封閉第一預燃燒渦流室或第一級108。第一預燃 燒渦流室108包括第一軸線109。多個成角度的通道110通向第一預燃燒 渦流室108內(nèi)。多個成角度的通道110便于在第一預燃燒渦流室108內(nèi)產(chǎn) 生渦流或渦漩。布置在殼體102內(nèi)的第一氧化劑流引入路徑112與第一 預燃燒渦流室108流體連通。第一氧化劑流引入路徑112向第一預燃燒 渦流室108提供初級空氣或氧化劑源。 一組箭頭114表示了空氣或其他 氧化劑流動通過第一氧化劑流動引入路徑112進入到第一預燃燒渦流 室108的方向。布置在第一氧化劑流動路徑112中的第一閥116可以包括 電控閥，以基于需求來調節(jié)進入第一預燃燒渦流室108內(nèi)的空氣的流量 或流速。
通向到第一預燃燒渦流室108內(nèi)的多個成角度通道110可以包括狹 槽，它們形成在例如第一渦流輪118的輪上并且圍繞輪的周邊間隔開。 圖4的透視圖中最清晰示出第一渦流輪118。第一渦流輪118可以包括大 致剛性的結構并且可以由金屬、塑料、陶瓷、復合材料或其他材料制 成。第一渦流輪118與第一軸線109共軸。第一渦流輪118的成角度的通 道110可以是非切向的并且非徑向的。即，成角度的通道110包括與切 線成大于零度并小于九十度(九十度是完全的徑向或被居中的角度) 的角。成角度通道110可以成大約十度到七十度之間的角度。成角度通 道110可以在大約五度到五十度之間范圍內(nèi)。成角度通道110可以與切 線成至少大約三十度。因此，成角度通道110趨向便于當空氣引入到其中時在第一預燃燒渦流室108內(nèi)產(chǎn)生渦流。當成角度通道110為非切向
時渦流趨向于在第一輪118內(nèi)部隔開。
根據(jù)一個實施例，第一渦流輪118鄰近并且接觸帽形件120。帽形 件120—般為圓形并且連接到殼體102。帽形件120可以是半球形或盤形 形狀，并且部分地延伸到第一渦流輪118內(nèi)。例如，帽形件120的球形 部分122可以延伸到第一渦流輪118中央大致一半。帽形件120可以包括 金屬、塑料、陶瓷、復合材料或其他材料。如在圖3-5中最好地示出， 帽形件120可以與第一渦流輪118共軸。帽形件120也包括中心孔124， 該中心孔124可以限定圓柱形腔。帽形件120的中心孔124可容納例如燃 料噴射器126的噴嘴。
根據(jù)一個實施例，燃料噴射器126可以與第一輪和帽形件120共軸。 燃料噴射器126可以包括凸緣128，凸緣128將燃料噴射器126連接到帽 形件120且形成密封。然而，燃料噴射器126的頭部130插入帽形件120 的中心孔124。中心孔124的直徑和燃料噴射器126的頭部130的直徑具 有在中心孔124的內(nèi)表面和頭部130的外表面之間留下環(huán)形間隙132的 尺寸。燃料噴射器126也包括尾部134，該尾部134可以延伸到殼體102 的外部。燃料噴射器126與燃料源流體連通。
根據(jù)一個實施例，燃料噴射器126可以包括入口135和多個流體或 液體端口。例如，根據(jù)圖6A-6B的實施例，燃料噴射器126包括軸向流 動通道136和多個徑向流動通道138，每個通道與入口135流體連通。根 據(jù)圖6A-6B的實施例，設有四個等距隔開的徑向流動通道138。另外， 燃料噴射器126可以包括一個或多個均壓通氣孔，例如通氣孔140。通 氣孔140可以通過管道113 (圖3)與第一氧化劑流引入路徑112流體連 通，并且可以是一個與徑向流動通道138的每個流體連通的通氣孔140。 因此，根據(jù)圖6A-6B，設有四個通氣孔140。大氣通氣孔140防止在徑向 流動通道138處產(chǎn)生壓力差并因此防止在軸向流動通道136處產(chǎn)生壓力 差。通氣孔140即使在正壓情況(例如由于渦輪增壓)中也在流動通道136、 138處均衡壓力。
回到圖3-4，根據(jù)一個實施例，環(huán)形間隙132可以提供足夠大的間 隙，以消除對通過徑向流動通道138 (圖6B)徑向地離開頭部130的流 體的任何限制。S卩，徑向流動通道138的尺寸或直徑趨向于限制流量而 非環(huán)形間隙132限制流量。燃料噴射器126徑向布置在第一預燃燒渦流 室108的圓周內(nèi)部，并且在軸線109處將燃料引入到第一預燃燒渦流室 108，而不是橫向通過成角度通道110引入。
根據(jù)圖l-7的實施例，第一渦流輪118布置為鄰近第一輸出噴嘴142 并且可以接觸它。第一輸出噴嘴142與第一渦流輪118同軸地布置并且 可以包括由金屬、塑料、陶瓷、復合材料或其他材料制成的擴散噴嘴。 第一輸出噴嘴142可以包括半球形帽形件144，該帽形件144部分地延伸 到第一渦流輪118內(nèi)。圍繞半球形帽形件144的唇部146可以提供用于第 一渦流輪118的接觸或安放表面。唇部146可以擱置在殼體102的內(nèi)部突 出部147上。因此，第一輸出噴嘴142可以懸在殼體102內(nèi)，如在圖3中 所示。
根據(jù)一個實施例，第一輸出噴嘴142包括中心孔148，中心孔148 向第一預燃燒渦流室108敞開。另外，第一輸出噴嘴142包括多個以不 同角度橫向延伸通過其中的成角度的小通道。例如，根據(jù)圖4的實施例， 第一輸出噴嘴142包括半球形帽形件144內(nèi)的第一組成角度的通道150 和在錐形尾部部分154內(nèi)的第二組成角度的通道150， 152。第一組和第 二組成角度的通道150， 152可以包括在順時針和逆時針方向上引導流 體的通道。在順時針和逆時針兩個方向上可以設置任何數(shù)量的通道， 并且可以在每個方向上設置大致相等數(shù)量的通道，以便引起通過第一 輸出噴嘴142的非渦流或非旋轉的流動。
根據(jù)一個實施例，第一輸出噴嘴142通向第二預燃燒渦流室或第二 級158。第二預燃燒渦流室與第一預燃燒渦流室108—起形成了兩級渦流室。第二預燃燒渦流室158可以與第一軸線109同軸。第二預燃燒渦 流室158大于第一預燃燒渦流室108，并且其半徑可以至少為第一預燃 燒渦流室108的半徑的二倍大。第二多個成角度通道160通向第二預燃 燒渦流室158內(nèi)。第二多個成角度通道160便于在第二預燃燒渦流室158 內(nèi)產(chǎn)生渦流或渦漩。第二或次級氧化劑流引入路徑162布置在殼體102 內(nèi)，并且與第二預燃燒渦流室158流體連通。次級氧化劑流引入路徑162 大于第一氧化劑流引入路徑112。次級氧化劑流動路徑162向第二預燃 燒渦流室158提供空氣或另一個氧化劑源。箭頭164指示了空氣或其他 氧化劑到第二預燃燒渦流室158內(nèi)的流動方向，以及通過第一輸出噴嘴 142內(nèi)的圓錐形尾部部分154上的第二組成角度通道152的流動方向。布 置在第二氧化劑流動路徑162內(nèi)的例如第二閥或蝶形閥166的閥可以包 括電控或機械控制的閥，以基于需要調節(jié)進入第二預燃燒渦流室158內(nèi) 的空氣流速。較大的次級氧化劑流動路徑162和第二預燃燒渦流室158 按需要容納高流體流速。如果是機械控制的，則蝶形閥166可以通過線 纜168連接到踏板或節(jié)氣門，例如汽車的油門踏板170上。
根據(jù)一個實施例，通向第二預燃燒渦流室158內(nèi)的多個成角度通道 160可以包括狹槽，所述狹槽形成在另一個輪例如第二渦流輪172上， 并且圍繞該輪周邊隔開。圖4中最清晰地示出第二渦流輪172的透視圖。 第二渦流輪172可以是較大的輪，并且根據(jù)一些實施例至少為第一渦流 輪118的二倍大。第二渦流輪172可以包括大致剛性的結構而且可以由 金屬、塑料、陶瓷、復合材料或其他材料制成。第二渦流輪172與第一 軸線109共軸。第二渦流輪172的成角度通道160可以是非切向并且非徑 向的。成角度通道160包括與切線成大于零度并小于九十度的角。成角 度通道160可以成大約十度到七十度之間的角度。成角度通道160可以 在大約五度到五十度之間范圍內(nèi)。成角度通道160可以與切線成至少大 約三十度。因此，成角度通道160趨向于便于當空氣引入到其內(nèi)時在第 二預燃燒渦流室158內(nèi)產(chǎn)生渦流。當成角度通道160為非切向時，渦流 趨向于在第二輪172內(nèi)部隔開。第二渦流輪172可以包括唇部174，唇部 174帶有向第一輸出噴嘴142敞開的中心孔176，和多個較小的孔178。限制器板156可以布置在中心孔176內(nèi)。限制器板156可以是彎曲的或漏 斗形的，如在圖4的實施例中示出。成角度通道160可以形成在從唇部 174延伸出的懸臂形突出部175之間。
根據(jù)一個實施例，第二渦流輪172可以擱置在并且可以連接到封閉 板180上。封閉板180可以與殼體102大致齊平并且包括與第一軸線109 共軸的中心孔182。封閉板180的內(nèi)環(huán)184可以支承第二或最后輸出噴嘴 186。第二輸出噴嘴186和封閉板180可以包括大致剛性的結構，并且可 以由金屬、塑料、陶瓷、復合材料或其他材料制成。第二輸出噴嘴186 可以包括內(nèi)部擴散噴嘴，如在圖3中最佳地示出。第二輸出噴嘴186可 以包括大致圓柱形的外部部分188和外部唇部190，外部唇部190具有大 于大致圓柱形部分188的直徑的直徑。大致圓柱形的外部部分188具有 可滑入封閉板180的中心孔182內(nèi)的尺寸，但外部唇部190限制了插入深 度。外部唇部190包括大于中心孔182的直徑的直徑。根據(jù)一個實施例， 第二輸出噴嘴186橫跨封閉板180并且部分地延伸到第二渦流輪172的 內(nèi)部內(nèi)。根據(jù)一個實施例，第一和第二渦流室和以上描述的其他部件 的一個或多個可以包括軸向對準的渦流組件。
根據(jù)一個實施例，第二輸出噴嘴186通向預燃燒燃料混合裝置100 外，并且可以向燃燒室，例如氣缸14，提供氣態(tài)均質的柴油燃料和氧 化劑的混合物。根據(jù)一個實施例，預燃燒柴油燃料混合裝置100布置為 鄰近進氣歧管194,該進氣歧管將氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混 合物分送到幾個燃燒室，例如柴油發(fā)動機10的氣缸14 (圖l)。另外， 一些實施例包括在第二輸出噴嘴186處的進氣柱狀物，例如圓錐形柱狀 物196。圓錐形柱狀物196可以是進氣歧管194的部分。然而，根據(jù)一些 實施例，圓錐形柱狀物196也可以是預燃燒柴油燃料混合裝置100的部 分并且連接到該裝置100上。
根據(jù)一個實施例，圓錐形柱狀物196與第一軸線109共軸。圓錐形 柱狀物196可以由金屬、塑料、陶瓷、復合材料或其他材料制成。圓錐形柱狀物196可以趨向于使在第一或第二預燃燒渦流室108或158內(nèi)形 成的渦流居中或保持該渦流。形成在第一或第二預燃燒渦流室108或 158內(nèi)的渦流的居中和保持可以有助于將燃料霧化并混合到氣態(tài)均質 燃料和氧化劑的預混合物內(nèi)。通過圓錐形柱狀物196居中的渦流也趨向 于均勻地將氣態(tài)均質的燃料和氧化劑的預混合物分送到通向燃燒室的 進氣歧管194的各個進氣通路(例如在圖1一2中示出的通向氣缸14的第 一通路26)的每個內(nèi)。
圓錐形柱狀物196可以呈現(xiàn)為許多形式。根據(jù)一個實施例，圓錐形 柱狀物196包括至少兩個不同的坡度。例如，第一圓錐形表面198可以 具有第一坡度，并且第二圓錐形表面200可以具有第二坡度，該第二坡 度比第一坡度更陡。然而，根據(jù)一個實施例，圓錐形柱狀物196可以具 有單一的坡度，并且根據(jù)一些實施例第二圓錐形表面200可以由圓柱形 表面替代。如在圖1一7的實施例中示出，圓錐形柱狀物196在第一和第 二圓錐形表面198、 200之間可以包括外圍唇部202。外圍唇部202可以 提供用于從由渦流造成的氣態(tài)均質柴油燃料和氧化劑的預混合物落下 的任何液體的收集區(qū)。當氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑流經(jīng)過圓錐形 柱狀物196時，它趨向于自身"拉動" 一些在外圍唇部202處收集的液體。
根據(jù)一個實施例，殼體102可以限定例如水冷套103的換熱器。水 冷套103與柴油發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)流體連通，并且布置在第一預燃燒渦 流室108周圍。水冷套103包括殼體102的內(nèi)部流體通路，并且可以加熱 流過第一氧化劑流引入路徑112的氧化劑。水冷套103主要冷卻發(fā)動機 并且在大約190至212。 F的溫度下以穩(wěn)態(tài)狀態(tài)運行。
根據(jù)一些方面，預燃燒柴油燃料混合裝置100使柴油燃料與氧化劑 混合的方法更容易。例如， 一些方面提供了為柴油發(fā)動機供給燃料的 方法。根據(jù)一個方面，通過軸向引入燃料到氧化劑渦流中而將柴油燃 料與氧化劑混合。例如，柴油燃料可以通過燃料噴射器126而軸向地引入到第一和第二預燃燒渦流室108、 158的任一個內(nèi)或兩者內(nèi)。在一些
情況中，發(fā)動機作用引起真空以將空氣或其他氧化劑吸入到第一和第
二預燃燒渦流室108、 158的一個或兩個內(nèi)。在一些情況下，例如當使 用渦輪增壓器時，發(fā)動機作用產(chǎn)生正壓以將空氣或氧化劑推入到第一 和第二預燃燒渦流室108、 158中的一個或兩個內(nèi)。在空氣被吸出或推 入第一和第二預燃燒渦流室內(nèi)時，成角度通道110、 160在第一和第二 預燃燒渦流室108、 158的每個內(nèi)的布置產(chǎn)生渦流。此外，根據(jù)一個實 施例，在第一和第二預燃燒渦流室108、 158的任一個內(nèi)產(chǎn)生的渦流通 過自然連接到圓錐形柱狀物196而被保持和居中。
根據(jù)一個實施例，柴油燃料被軸向地(與切向地或徑向地或橫向 地通過圓周向的狹槽相對，例如成角度通道110、 160)引入到第一和 第二預燃燒渦流室108、 158內(nèi)，以打碎或霧化燃料并且產(chǎn)生氣態(tài)均質 的柴油燃料和氧化劑的預混合物。根據(jù)一個實施例，霧化作用是在與 外壁隔開的軸向區(qū)域內(nèi)(在成角度通道110、 160處)。
根據(jù)一些實施例，氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物從第 一和/或第二渦流室108、 158吸入燃燒室，例如氣缸14內(nèi)。根據(jù)一個實 施例，燃料或氧化劑都不被噴射或不受壓噴射到氣缸14內(nèi)。相反，根 據(jù)一個實施例，燃料和氧化劑的預混合物通過真空(例如，通過活塞 16在氣缸14內(nèi)的往復而產(chǎn)生)吸入到氣缸14內(nèi)。因此，在氣缸14內(nèi)可 以防止通常伴隨柴油燃料噴射系統(tǒng)的沖擊波。此外，通過真空吸入到 氣缸14內(nèi)的柴油燃料和氧化劑的預混合物可以更可能均勻地在氣缸14 內(nèi)分布以填充真空。然而，根據(jù)一個實施例，柴油燃料和氧化劑的預 混合物可被加壓并且噴射到氣缸14內(nèi)，特別是通過渦輪增壓器或增壓 器進行。然而，甚至省略了在氣缸14處的燃料噴射器的正壓力實施例 也繼續(xù)使氣缸14內(nèi)的沖擊波的發(fā)生最小化。
根據(jù)一些實施例，第一渦流室108或單獨地或與第二渦流室158結 合運行。例如，布置在第二氧化劑流動路徑162中的蝶形閥166通常可以是關閉的(但可以允許小量的氧化劑由此浸出和進入，例如，通過
第一輸出噴嘴142的成角度通道152)。閥116和燃料噴射器126可以通 過電或機械協(xié)調來運行，以基于需要和/或發(fā)動機速度提供燃料和氧化 劑的可燃比。根據(jù)一個實施例，第一渦流室108包括高真空、低流速的 渦流室，并且因此當發(fā)動機需要低流速的氣態(tài)均質柴油燃料和氧化劑 時閥116通常開啟。第一渦流室108也可以包括正壓力、低流速渦流室， 因為大多數(shù)柴油發(fā)動機包括渦輪增壓器或增壓器。閥116可以無限地可 調節(jié)，以提供對于引入的燃料合適量的氧化劑。
根據(jù)一個實施例，當燃燒需要要求可以合理地提供比第一氧化劑 流動路徑112更高流速的氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物時， 蝶形閥166也可以開啟。例如，在一個實施例中，第一氧化劑流動路徑 112可以提供其范圍在大約0至262 lbm/hr的氣團流速。與第一氧化劑流 動路徑112可以提供到第一預燃燒渦流室108內(nèi)的氧化劑的流速相比， 第二氧化劑流動路徑162可以提供流速更高的氧化劑進入到第二預燃 燒渦流室158。因此，第二預燃燒渦流室158可以包括低真空、高流速 的渦流室。而作為渦輪增壓或增壓的結果，第二預燃燒渦流室158也可 以包括正壓力、高流速渦流室。在一個實施例中，第二氧化劑流動路 徑162可以提供其范圍在0至14001bm/hr的氣團流速。在其他實施例中， 第二氧化劑流動路徑162可以提供大于1400 1bm/hr的氣團流速。"低" 流速指低于大約262 lbm/hr的質量流速度。"高"流速指高于大約262 lbm/hr的質量流速度。蝶形閥166也可以被無限地調節(jié)，以提供對于引 入的燃料的合適量的氧化劑。在一個實施例中，蝶形閥166僅在閥116 完全開啟后才開啟。因為在一些實施例中第一和第二預燃燒渦流室 108、 158軸向對準，所以相同的燃料噴射器126可以提供燃料到兩個室。 然而，受益于公開的本領域普通技術人員將理解，以上所述的流速范 圍在本質上是示例的，并且流動路徑112、 162也可以被改變?yōu)樘峁┢?他流動范圍。
根據(jù)一個實施例，通過第一和第二氧化劑流動路徑112、 162的流動是加和性的。即，當閥116完全開啟并且需要附加的流動容量時，蝶 形閥166也開啟。例如，在一個實施例中，閥116可以調節(jié)流速在大約0
至262 lbm/hr之間，蝶形閥166可以開啟以將流速容量從262 lbm/hr增加 到14001bm/hr或更高。根據(jù)一個實施例，蝶形閥166機械地連接到汽車 的油門踏板170，使得當油門踏板被壓下到預定的水平或滿足預定的氧 化劑要求閾值時，閥116完全地開啟并且蝶形閥166開啟。然而，根據(jù) 一個實施例，閥116和蝶形閥166可以每個僅部分地開啟。
根據(jù)一個方面，預燃燒柴油燃料混合裝置100在運行中，處于第一 氧化劑流動引入路徑或源112內(nèi)的閥116開啟。氧化劑進入第一預燃燒 渦流室108并且產(chǎn)生渦流。柴油燃料被引入到第一預燃燒渦流室108的 渦流中心內(nèi)，這將霧化燃料并且產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的 預混合物。氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑預混合物通過第一出口噴嘴 142、通過第二預燃燒渦流室108、并且從第二出口噴嘴186出去。根據(jù) 一些可包括圓錐形柱狀物196的實施例，氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑 的預混合物流均勻分布通過進氣歧管194，并且在真空下被抽吸或在正 壓下被引入到一個或多個氣缸14或其他燃燒室內(nèi)。
根據(jù)一個方面，預燃燒柴油燃料混合裝置100在運行中，處于第二 氧化劑流動引入路徑或源162內(nèi)的蝶形閥166開啟。氧化劑進入第二預 燃燒渦流室158并且產(chǎn)生渦流。柴油燃料被引入到第二預燃燒渦流室 158的渦流中心內(nèi)，這將霧化燃料并且產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化 劑的預混合物。氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑預混合物通過第二出口 噴嘴1S6，并且均勻分布通過在進氣歧管194，并且在真空下被抽吸或 在正壓下被噴射到一個或多個燃燒室內(nèi)，例如氣缸14。
根據(jù)一個方面，預燃燒柴油燃料混合裝置100運行以向汽車供給燃 料并且改變空燃比。例如，在一個實施例中，閥116、 166自動地(電 子程序或機械控制地)操作，以基于發(fā)動機速度和發(fā)動機負荷而改變 空燃比。在一個實施例中，監(jiān)測進氣歧管絕對壓力，該絕對壓力表示發(fā)動機的負荷。
在一個實施例中，空燃比的自動變化可以遵循査表的參數(shù)、公式 或其他特征。在一些情況中，化學計量空燃比被認為是理想的。然而， 在非化學計量空燃比下， 一些發(fā)動機狀況可能導致更好的燃料效率， 更大的功率或其他理想的操作特性。對于柴油，化學計量空燃比大約
為14.3至14.5:1。即，取決于柴油燃料的成分，柴油和空氣的化學計量 混合物對于每一份柴油包括14.3至14.5份的空氣。然而，根據(jù)一些實施 例，運行預燃燒柴油燃料混合裝置100以改變空燃比。 一般地，根據(jù)一 些方面，在可能包括怠速或公路巡航狀況的減少負荷時，空燃比趨向 于增加，在一些狀況中，增加到遠高于化學計量比的空燃比。另一方 面，在較高的負荷下，空燃比可以降低，有時降低到化學計量比以下。
已呈現(xiàn)的前述的描述僅用于示例和說明以下要求的原理的某些方 面、實施例和例子。不可認為其論述詳盡或者將已描述的原理限定到 任何公開的精確形式。根據(jù)上述的教示可進行許多修改和改變。這些 修改由發(fā)明人構思并且在權利要求的范圍內(nèi)。通過下述的權利要求限 定所描述的原理的范圍。應將理解，附圖和隨附正文本質上為示例性 而非限定性。例如，預燃燒柴油燃料混合裝置可以與任何柴油發(fā)動機 配合使用，其不限于與圖1-2中示出的發(fā)動機10—起使用。
權利要求
1. 一種向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，包括向柴油發(fā)動機供給燃料，該供給燃料包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物；將氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物從第一預燃燒渦流室引入到燃燒室內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，進一步 包括使燃燒室內(nèi)的沖擊波最小化。
3. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，進一步 包括防止燃燒室內(nèi)的沖擊波。
4. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，進一步包括用點火源點燃氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物。
5. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中，產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氧化劑渦流； 在氧化劑渦流的軸線處將柴油燃料引入；將柴油燃料霧化并且在第一預燃燒渦流室的軸向區(qū)將柴油燃料和 氧化劑混合。
6. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中， 產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氧化劑渦流； 在氧化劑渦流的軸線處將柴油燃料引入； 將柴油燃料霧化并且將柴油燃料和氧化劑混合；其中，產(chǎn)生氧化劑渦流包括將氧化劑通過多個流體通路、成非切 向、非徑向的角度引入到第一預燃燒渦流室內(nèi)。
7. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中， 產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物包括提供初級氧化劑引入路徑； 提供次級氧化劑引入路徑；當達到預定的氧化劑要求閾值時，將次級氧化劑引入路徑中的闊開啟；在第二預燃燒渦流室內(nèi)以來自次級氧化劑引入路徑的流體流產(chǎn)生 氧化劑渦流；在氧化劑渦流的軸線處將柴油燃料引入； 將柴油燃料霧化并且將柴油燃料與氧化劑混合。
8. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中， 產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物包括提供初級氧化劑引入路徑； 提供次級氧化劑引入路徑；當達到預定的氧化劑要求閾值時，將次級氧化劑引入路徑中的閥 開啟，并且使初級氧化劑引入路徑中的閥保持開啟；在第二預燃燒渦流室內(nèi)以來自次級氧化劑引入路徑的流體流產(chǎn)生 氧化劑渦流；在氧化劑渦流的軸線處引入柴油燃料；將柴油燃料霧化并且將柴油燃料與氧化劑混合。
9. 根據(jù)權利要求l所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，進一步 包括基于發(fā)動機速度和發(fā)動機負荷改變氣態(tài)均質的柴油燃料的預混合 物的空燃比。
10. —種柴油發(fā)動機設備，包括柴油發(fā)動機，所述柴油發(fā)動機包括 氣缸體；布置在氣缸體內(nèi)的一個或多個燃燒室；布置在所述一個或多個燃燒室的每個內(nèi)的往復構件；流體連接到所述一個或多個燃燒室的預燃燒柴油燃料混合裝置；其中，所述預燃燒柴油燃料混合裝置包括殼體；由殼體封閉的第一預燃燒渦流室；多個通向到第一預燃燒渦流室內(nèi)以用于產(chǎn)生渦流的成角度通道； 與第一預燃燒渦流室流體連通的第一氧化劑流體流動路徑。
11. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，進一步包括延伸到 所述一個或多個燃燒室的每個內(nèi)的點火裝置。
12. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，進一步包括與所述 一個或多個燃燒室的每個相關聯(lián)的火花塞。
13. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，其中，預燃燒柴油 燃料混合裝置包括由殼體封閉的并且與第一預燃燒渦流室軸向對準的第二預燃燒渦 流室，所述第二預燃燒渦流室大于第一預燃燒渦流室；多個通向到第二預燃燒渦流室內(nèi)以用于產(chǎn)生渦流的成角度通道； 與第二預燃燒渦流室流體連通的第二氧化劑流體流動路徑。
14. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，其中，所述成角度 通路為非切向并且非徑向。
15. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，進一步包括從第一 預燃燒渦流室引出的第一擴散噴嘴，該第一擴散噴嘴包括多個通道， 所述多個通道與所述多個通向到第一預燃燒渦流室內(nèi)的成角度通道反向成角度。
16. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，進一步包括鄰近預 燃燒柴油燃料混合裝置的出口的圓錐形柱狀物。
17. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，其中，預燃燒柴油燃料混合裝置包括-由殼體封閉的并且與第一預燃燒渦流室軸向對準的第二預燃燒渦流室，該第二預燃燒渦流室大于第一預燃燒渦流室；通向第二預燃燒渦流室內(nèi)以用于產(chǎn)生渦流的多個成角度通道； 與第二預燃燒渦流室流體連通的第二氧化劑流體流動路徑；容置閥的節(jié)氣門主體，其中，所述閥控制通過第二氧化劑流體流 動路徑的流體流動。
18. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，進一步包括與第一 預燃燒渦流室和第二預燃燒渦流室大致軸向對準的燃料噴射器，所述 燃料噴射器包括軸向流動通道和多個徑向流動通道。
19. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，進一步包括渦輪增 壓器，其中，預燃燒柴油燃料混合裝置流體地連接在該渦輪增壓器和 所述一個或多個燃燒室之間。
20. 根據(jù)權利要求10所述的柴油發(fā)動機設備，其中，預燃燒柴油 燃料混合裝置進一步包括布置在殼體的圓柱形腔內(nèi)并且與第一和第二 預燃燒渦流室流體連通的燃料噴射器，所述燃料噴射器包括液體流動 通道和在液體流動通道和第一氧化劑流體流動路徑之間流體連通的均 壓通氣孔。
21. —種用于運行發(fā)動機的方法，包括-運轉柴油發(fā)動機，該運轉柴油發(fā)動機包括在第一預燃燒渦流室內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混 合物；使該氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物流入到柴油發(fā)動機氣缸內(nèi)；將該氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物在氣缸內(nèi)以至少大 約15:1的壓縮比由活塞壓縮，而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的 預混合物的自燃；點燃氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物。
22. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，其中，所述 點燃包括使用火花塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生火花。
23. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，進一步包括 在氣缸內(nèi)以大于21:1的壓縮比由活塞壓縮氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化 劑的預混合物，而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物的 自燃。
24. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，進一步包括 在氣缸內(nèi)以至少25:1的壓縮比由活塞壓縮氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化 劑的預混合物，而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物的 自燃。
25. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，其中，產(chǎn)生 氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物包括維持可燃混合物同時 將柴油燃料減小到平均微粒尺寸，使得在氣缸內(nèi)以至少25:1的壓縮比由 活塞壓縮氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物而不引起氣態(tài)均質 的柴油燃料和氧化劑的預混合物自燃。
26. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，進一步包括 在氣缸內(nèi)以至少30:1的壓縮比由活塞壓縮氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物自 燃。
27. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，進一步包括在氣缸內(nèi)以至少40:1的壓縮比由活塞壓縮氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化 劑的預混合物而不引起氣態(tài)均質的柴油燃料和氧化劑的預混合物自 燃。
28. 根據(jù)權利要求21所述的用于運行發(fā)動機的方法，進一步包括 基于發(fā)動機速度和發(fā)動機負荷改變氣態(tài)均質的柴油燃料的預混合物的 空燃比。
29. —種設備，包括柴油發(fā)動機燃料預混合裝置，所述裝置包括兩級渦流室，其中，第一級與第一氧化劑流動路徑流體連通，并 且第二級與分開的第二氧化劑流動路徑流體連通；圓周向地布置在第一級和第二級內(nèi)部的燃料噴射器； 流體連接到柴油發(fā)動機預混合裝置的柴油發(fā)動機。
30. 根據(jù)權利要求29所述的設備，其中，柴油發(fā)動機包括火花塞。
31. 根據(jù)權利要求29所述的設備，其中，第一級、第二級和燃料 噴射器大致共軸。
32. 根據(jù)權利要求29所述的設備，其中 第一級包括低流速渦流室；第二級包括比第一級更大的容積并且包括高流速的渦流室。
33. 根據(jù)權利要求29所述的設備，進一步包括布置在通到第一級 的出口處的第一噴嘴，該第一噴嘴包括布置在渦流方向和與渦流方向相對的方向上的若干流體通道，用于將由第一級霧化的流體以一般非 旋轉的流動引導。
34. 根據(jù)權利要求29所述的設備，進一步包括在第二級的出口處 的擴散噴嘴。
35. 根據(jù)權利要求29所述的設備，進一步包括鄰近柴油發(fā)動機預 混合裝置布置的柱狀物，用于使在第一級或第二級內(nèi)產(chǎn)生的渦流居中。
36. 根據(jù)權利要求29所述的設備，其中，燃料噴射器包括軸向口 和徑向口，用于將燃料噴射到第一級和第二級內(nèi)。
37. 根據(jù)權利要求29所述的設備，其中，所述裝置在導向第一級 和第二級的氧化劑流體流動之間可無限地調節(jié)。
38. 根據(jù)權利要求29所述的設備，其中，第一氧化劑源向第一級 打開，直至達到預定的流速，并且當達到所述預定的流速時打開第二 氧化劑源。
39. 根據(jù)權利要求29所述的設備，進一步包括在兩級渦流室的第 一級周圍布置的水套。
40. —種向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，包括 向柴油汽車供給燃料，所述方法還包括將柴油燃料與氧化劑預混合，所述預混合包括將柴油燃料引入氧 化劑渦流中以產(chǎn)生預混合的柴油燃料和氧化劑混合物；將該預混合的柴油燃料和氧化劑混合物輸入到所述汽車的燃燒室 內(nèi)而不促使另外的柴油燃料進入燃燒室內(nèi)。
41. 根據(jù)權利要求40所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中，所述預混合包括提供串聯(lián)的第一渦流室和第二渦流室，其中，使僅第一渦流室、 或第一渦流室和第二渦流室二者都接收氧化劑的供應，其中，該氧化 劑以一定角度進入所述第一渦流室和第二渦流室并且產(chǎn)生氧化劑渦 流；提供燃料噴射器并且軸向地噴射柴油燃料，其中，所述噴射將柴 油燃料軸向噴射入由第一渦流室或第二渦流室的任一個產(chǎn)生的氧化劑 渦流。
42. 根據(jù)權利要求40所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中， 預混合包括使氧化劑渦流居中和保持氧化劑渦流。
43. 根據(jù)權利要求40所述的向柴油發(fā)動機供給燃料的方法，其中， 所述吸入包括將預混合的柴油燃料和氧化劑均勻地分布到歧管內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了柴油發(fā)動機和用于將用于燃燒的柴油燃料和氧化劑預混合的方法和設備。所述方法和設備可以包括兩級渦流，每級渦流容許不同的流速范圍。渦流將柴油燃料霧化并且在引入到燃燒室前將柴油燃料與氧化劑進行最佳混合。該預混合導致更完全的燃燒，因此增加了燃料效率而且降低了污染。
文檔編號F02B19/08GK101473120SQ200780008234
公開日2009年7月1日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權日2006年3月6日
發(fā)明者凱利·P·羅克, 小布魯斯·E·納度 申請人:萊特塞德股份有限公司