超臨界的柴油燃燒用的方法
【專利摘要】一種超臨界的柴油燃燒用的方法組合了熏蒸和超臨界的柴油燃料燃燒，以實現(xiàn)更高的燃料效率并減少來自壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的廢氣污染物。本發(fā)明通過組合在噴射液態(tài)柴油燃料之前自動點(diǎn)火的兩種氣體（DME和甲烷）來利用熏蒸方法。管理與燃燒室氣體的發(fā)動機(jī)壓縮組合的熏蒸氣體的該預(yù)燃燒，以獲得將噴入液態(tài)柴油燃料的超臨界燃燒室環(huán)境。該目標(biāo)超臨界燃燒室環(huán)境使柴油燃料在燃燒之前變成超臨界流體，使得柴油燃料的燃燒效率明顯提高并且由柴油燃料的燃燒產(chǎn)生的廢氣污染物可以忽略。
【專利說明】超臨界的柴油燃燒用的方法
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請要求2011年6月14日提交的美國臨時專利申請N0.61/496，887的申請日的權(quán)益。如在這里完全地闡述的那樣，前述美國臨時申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦贊助的研究或開發(fā)的聲明
[0004]不適用。
_5]對縮微膠片附件的引用
[0006]不適用。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0007]本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機(jī)，更具體地涉及產(chǎn)生用于壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的超臨界的燃燒室環(huán)境用的改進(jìn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0008]柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)明人，魯?shù)婪?狄塞爾(Rudolph Diesel)-1897，使用“天然氣”作為柴油發(fā)動機(jī)熏蒸燃料充填物(fumigant fuel charge)。柴油發(fā)動機(jī)的熏蒸是向柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣充填物中添加氣態(tài)燃料。柴油發(fā)動機(jī)熏蒸技術(shù)的發(fā)展在持續(xù)，諸如公開于里特(Ritter)等的美國專利N0.6,901,889中的技術(shù)。
`[0009]柴油燃料的預(yù)加熱提高燃燒效率并減少廢氣污染物，這從二十世紀(jì)三十年代開始就已被開發(fā)。自行著火的柴油燃燒在二十世紀(jì)八十年代得到了廣泛關(guān)注。近期，Tavlarides等的美國專利N0.7，488，357等公開了使柴油燃料在噴射到燃燒室之前變成超臨界的方法和設(shè)備。
[0010]Levine的美國專利4，892，561公開了包含至少50重量％的甲醚的內(nèi)燃機(jī)用燃料。
[0011]Basu等的美國專利5，632，786描述了用于操作火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的方法，該內(nèi)燃機(jī)使用包含二甲醚和丙烷的改進(jìn)的成分作為燃料。
[0012]Willi等的美國專利6,095,102教示了一種雙燃料發(fā)動機(jī)(dual fuel engine),其在壓縮沖程中產(chǎn)生了氣態(tài)燃料、空氣和引燃燃料(pilot fuel)的實質(zhì)均勻的混合物。
[0013]Whitcome的美國專利6，145，495公開了柴油發(fā)動機(jī)用的丙烷噴射系統(tǒng)。
[0014]Ouellette等的美國專利6，202，601描述了用于向內(nèi)燃機(jī)中噴射雙燃料的方法和設(shè)備。由比主燃料更易燃的引燃燃料來對主燃料進(jìn)行點(diǎn)火。
[0015]Weissman等的美國專利6, 206,940教示了一種用于延長稀燃極限(lean limit)的燃料公式。
[0016]Ishikiriyama等的美國專利6, 213,104公開了通過將燃料的壓力和溫度升高到臨界壓力和臨界溫度之上來將燃料以超臨界狀態(tài)供給到內(nèi)燃機(jī)。
[0017]Flynn等的美國專利6,286,482描述了帶燃燒控制的預(yù)混合充填壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。
[0018]Basu等的美國專利6，324，827教示了在干燥的低NOx燃燒系統(tǒng)中產(chǎn)生動力的方法。
[0019]Towfighi的美國專利6，607，567公開了用于由燃燒動力操作的工具的推進(jìn)氣體，
其基于包含如下混合物的可燃?xì)怏w:40重量％至70重量％的二甲醚、一氧化二氮和/或硝基甲烷，8重量％至20重量％的丙烯、丙炔、丙烷和/或丙二烯，以及20重量％至45重量％的異丁烷和/或正丁烷。
[0020]Ritter等的美國專利6，901，889和7，225，763描述了通過使用雙燃料熏蒸系統(tǒng)來減少來自柴油發(fā)動機(jī)的顆粒和NOx排放物的系統(tǒng)和方法。
[0021]Tavlarides等的美國專利7，488，357教示了柴油、生物柴油或具有廢氣混合物或液態(tài)C02的混合燃料的復(fù)合物。該復(fù)合物在超臨界區(qū)或超臨界流體混合物附近是液體狀態(tài)，使得在噴射進(jìn)燃燒室時該復(fù)合物作為單一和均勻的超臨界相準(zhǔn)瞬時地擴(kuò)散到被加壓的熱空氣中。
[0022]前述專利反映了本發(fā)明人已知的現(xiàn)有技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)。希望對這些專利的引用和討論有助于 申請人:坦誠地履行可能與本發(fā)明的權(quán)利要求的審查有關(guān)的信息公開的已知義務(wù)。然而， 申請人:謙恭地認(rèn)為，上述專利單獨(dú)地或者組合考慮都沒有公開、教示、建議、示出或明顯地呈現(xiàn)這里公開和要求保護(hù)的本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的超臨界的柴油燃燒用的方法組合了熏蒸和超臨界的柴油燃料燃燒，以實現(xiàn)更高的燃料效率并減少來自諸如柴油發(fā)動機(jī)的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的廢氣污染物。本發(fā)明通過組合在噴射液態(tài)柴油燃料之前自動點(diǎn)火的兩種氣體(DME和甲烷)來利用熏蒸方法。管理與燃燒室氣體的發(fā)動機(jī)壓縮組合的熏蒸氣體的該預(yù)燃燒，以獲得將噴入液態(tài)柴油燃料的超臨界燃燒室環(huán)境。該目標(biāo)超臨界燃燒室環(huán)境使柴油燃料在燃燒之前變成超臨界流體，使得柴油燃料的燃燒效率明顯提高并且由柴油燃料的燃燒產(chǎn)生的廢氣污染物可以忽略。
[0024]具有可燃?xì)鈶B(tài)燃料的柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)氣充填物的熏蒸總是需要噴射的液態(tài)柴油燃料是引發(fā)燃燒事件的引燃點(diǎn)火源。這允許燃燒事件的精確定時，降低消耗的總柴油燃料，并且減少廢氣污染物，這是因為氣態(tài)燃料比液態(tài)柴油燃料燃燒地更完全。
[0025]作為超臨界流體的柴油燃料的燃燒使得燃燒事件類似于氣態(tài)燃料燃燒事件。作為超臨界流體，柴油燃料不會展現(xiàn)出表面張力，且其擴(kuò)散性比為液態(tài)的情況大兩個數(shù)量級。這是超臨界流體的兩個主要特性，這兩個特性有助于更高的燃燒效率和更少的廢氣污染物。
[0026]以非常高的壓力將液態(tài)柴油燃料噴射到燃燒室中，以實現(xiàn)該液態(tài)燃料的霧化。這導(dǎo)致由滴(droplet)和絲(ligament)構(gòu)成的噴霧進(jìn)入到燃燒室環(huán)境中。由于液態(tài)燃料滴和絲從燃燒室氣體獲取熱并且開始蒸發(fā)，所以有點(diǎn)火延遲時間段。該柴油燃料蒸氣燃燒。柴油燃燒通常被認(rèn)為是稀燃燃燒事件，但是只有在考慮燃料和氧化劑的體積數(shù)量關(guān)系時這才是成立的。每個滴和絲都在它們的表面周圍產(chǎn)生極富燃料的燃燒區(qū)域。該富燃料的燃燒區(qū)域產(chǎn)生“即時的”NOx (在升高溫度燃燒事件期間及富燃料燃燒期間形成的氮化物)，并且將滴或絲內(nèi)的剩余液體封裝入極熱的區(qū)域，該極熱的區(qū)域產(chǎn)生剩余流體的熱解和焦化。廢氣中的顆粒源和溫度產(chǎn)生NOx。
[0027]由于超臨界流體柴油燃料不會展現(xiàn)出表面張力，所以不能形成滴和絲，或者，即使形成也不能保持。這排除了富燃料燃燒區(qū)域的可能性，減少即時的和熱的NOx產(chǎn)生以及柴油燃料的熱解和焦化。
[0028]表面張力的損失伴隨的效果是，柴油燃料現(xiàn)在具有是液滴或絲的100倍的擴(kuò)散性。燃燒效果是，柴油燃料現(xiàn)在至少100倍地與氧化劑接觸。結(jié)果發(fā)生如下的燃燒事件:與典型的柴油燃燒相比，在短時間段內(nèi)釋放更多熱能，而不會形成即時NOx和顆粒。
[0029]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是為諸如柴油發(fā)動機(jī)的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)提供新的和改進(jìn)的超臨界燃燒室環(huán)境。
[0030]本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供具有改進(jìn)的燃料效率的柴油發(fā)動機(jī)燃燒室環(huán)境。
[0031]本發(fā)明的再一目標(biāo)或特征是減少了 NOx和煙灰排放物的柴油發(fā)動機(jī)燃燒室環(huán)境。
[0032]從下面的描述中，并結(jié)合對以示例的形式例示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的附圖的考慮，將更容易地理解作為本發(fā)明的特點(diǎn)的關(guān)于操作的組織和方法的其它新穎的特征以及其進(jìn)一步的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)當(dāng)清楚地理解，附圖僅用于例示和描述而不是要限定對本發(fā)明的限制。表征本發(fā)明的各創(chuàng)新特征在所附的權(quán)利要求書中具體指出，該權(quán)利要求書形成本公開的一部分。本發(fā)明不在于這些特征中的任何單獨(dú)的一個，而在于其用于指定功能的所有特定結(jié)構(gòu)組合。
[0033]因此已寬泛地給出本發(fā)明的更重要的特征，以便后面的詳細(xì)說明可以更好地被理解，并且以便可以更好地理解本公開對現(xiàn)有技術(shù)做出的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，本發(fā)明的附加的特征將在下面被描述，其將形成所附的權(quán)利要求書的附加的主題事項。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，作為本公開的基礎(chǔ)的概念可以容易地用作用于實現(xiàn)本發(fā)明的若干個目的的其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被理解為包括這種等同構(gòu)成，只要它們不脫離本發(fā)明的精神和范圍即可。
[0034]此外，摘要的目的是使得美國專利商標(biāo)局和不熟悉專利或法律術(shù)語或措詞的一般公眾，以及特別是科學(xué)家、工程師和本領(lǐng)域的從業(yè)者通過粗略地檢視即可快速地確定本申請的技術(shù)公開的特性和實質(zhì)。摘要即不是要限定本申請的由權(quán)利要求限定的發(fā)明，也不是要以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0035]僅是為了方便說明的目的，在下面的描述中可能使用特定術(shù)語及派生詞，這將不是限制性的。例如，諸如“上”、“下”、“左”和“右”等詞語將指示所參照的附圖中的方向，除非另有說明。類似地，諸如“內(nèi)”和“外”等詞語將分別地指示朝向和遠(yuǎn)離裝置或區(qū)域及其指定部件的幾何中心。單數(shù)時態(tài)表示包括多個，反之亦然，除非另有說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]考慮到下面給出的詳細(xì)說明，將更好地理解本發(fā)明，上面闡述的目的之外的目的將變得明顯。參照附圖給出下面的說明，其中:
[0037]圖1是二沖程柴油發(fā)動機(jī)的截面圖，其中活塞處于中立的排氣/進(jìn)氣位置；
[0038]圖2是壓縮沖程開始時發(fā)動機(jī)的截面圖；
[0039]圖3是作功沖程(power stroke)開始時發(fā)動機(jī)的截面圖。
【具體實施方式】
[0040]本發(fā)明適用于所有壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(CIE)，這種發(fā)動機(jī)使用2號柴油燃料、輕燃料油(light fuel oil)、生物柴油(biodiesel)、水乳化柴油燃料(water emulsified dieselfuel)或者輕燃料油乳液(light fuel oil emulsion)、柴油替代品(diesel surrogate)的混合物或者這些燃料的混合物來運(yùn)行。本發(fā)明可以容易地改型到已有的CIE上，其中在二沖程和四沖程CIE上的安裝之間僅需稍許變型。本發(fā)明還可以容易地實施為新的CIE設(shè)計和構(gòu)造。設(shè)備和方法將根據(jù)所適用的“CIE家族”而改變。“CIE家族”旨在包括與CIE在功能上相似的單元。最大的分類是二沖程CIE和四沖程CIE。當(dāng)適于在CIE的不同家族上使用時，方法和設(shè)備將不同。轉(zhuǎn)速的低、中、高將是子家族，燃燒室的排量也是一樣。
[0041]該新穎的燃燒方法的原理將保持不變。該原理就是，在噴射液態(tài)柴油燃料之前，使用熏蒸燃料混合物(fumigant fuel blend)在CIE的燃燒室中建立超臨界流體/氣體環(huán)境。該超臨界流體/氣體環(huán)境具有在噴射液態(tài)柴油燃料之前在燃燒室的恒定容積空間(CVS)中得到的不小于800psi的目標(biāo)壓力。CVS—般被認(rèn)為是由從10° BTDC(上死點(diǎn)之前，活塞到達(dá)TDC之前的位置)開始并終止于10° ATDC (上死點(diǎn)之后，活塞經(jīng)過TDC之后的位置)的活塞壓縮的燃燒空間。為了獲得該壓力和對應(yīng)溫度(1200° F至1400° F)，本創(chuàng)新的方法和設(shè)備的構(gòu)成將適用于CIE的各家族來執(zhí)行。下面的詳細(xì)說明是應(yīng)用于每汽缸的排量大于500立方英寸的二沖程單向流動中速(unifiow medium speed) CIE的本發(fā)明的實施方式。通過機(jī)械單元噴射器噴射柴油燃料。
[0042]該類型的CIE利用Roots送風(fēng)機(jī)(Roots blower)或潤輪增壓器來將進(jìn)氣壓縮到包圍汽缸組件的下部的氣室中，該汽缸組件包括這些發(fā)動機(jī)動力組件。這些氣箱具有通道門(access door)，熏蒸燃料噴射器將固定到該通道門，并且該通道門指向向汽缸供給空氣的最近的進(jìn)氣口。該噴射器將噴射由壓力容器燃料箱供給來的液態(tài)熏蒸燃料，該壓力容器燃料箱具有內(nèi)部燃料泵以提高燃料箱壓力，使得燃料將在通往噴射器的整個路徑中保持液態(tài)。噴射器的脈沖將由一控制器(device)控制，該控制器至少總是監(jiān)測下述發(fā)動機(jī)參數(shù):發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)，以建立每次噴射脈沖用的時序，其被定時為正好在活塞使進(jìn)氣口露出并且空氣充填物開始進(jìn)入燃燒室時脈沖；以及持續(xù)地讀取在整個發(fā)動機(jī)周期中出現(xiàn)的各壓力(例如，每第四個汽缸的壓力)。將由控制器解釋該精確的壓力信息，這進(jìn)而將改變熏蒸燃料噴射器脈沖持續(xù)時間，以向燃燒室提供較多或較少的熏蒸燃料。目標(biāo)是在噴射柴油燃料之前在CVS中得到的800psi。在800psi和1200° F至1400° F的相關(guān)溫度的情況下，CVS中的超過90%的氣體是超臨界的。H2O和CO2將不是超臨界的，但是Ν2、02、0Η、Η202和CO將全部是超臨界的。
[0043]柴油燃料用的單元噴射器將被改變成在TDC之后，例如5°至10° ATDC，噴射柴油燃料。還將縮短單元噴射器的脈沖持續(xù)時間。因為柴油燃料的霧化噴霧將遭遇明顯更大的燃燒室壓力，其將受到更大的剪切力，這大大減小了柴油燃料滴和絲的尺寸。同時，這些滴和絲將受到超臨界流體/氣體的刺激，該流體/氣體構(gòu)成超臨界的燃燒室環(huán)境。由于超臨界流體/氣體，這些物質(zhì)成為超溶劑(hyper-solvent)。
[0044]高度霧化的柴油燃料滴和絲不僅從外部而且還從內(nèi)部通過傳導(dǎo)和輻射兩者被加熱。超臨界的物質(zhì)將其熱能的超過60%以福射能的形式釋放。在800psi,蒸發(fā)被充分地延遲，以允許燃燒室超臨界環(huán)境將足夠的熱能賦予柴油燃料，這樣柴油燃料在明顯燃燒開始之前躍過其臨界溫度點(diǎn)。柴油燃料已經(jīng)被噴射器推過其臨界壓力點(diǎn)，而由于在燃燒室中遭遇的壓力而保持超過該臨界壓力點(diǎn)。該躍過臨界溫度點(diǎn)和臨界壓力點(diǎn)已經(jīng)使柴油燃料變成超臨界流體，沒有表面張力并且100倍地分散到超臨界燃燒室環(huán)境中。柴油燃料的燃燒比典型柴油燃料燃燒進(jìn)行的更強(qiáng)烈并且在CIE的轉(zhuǎn)動周期中稍晚。
[0045]典型的柴油燃料燃燒被定時為在CVS中發(fā)生最大熱釋放。燃燒事件典型地在活塞即將達(dá)到10° BTDC時開始，并且持續(xù)到經(jīng)過10° ATDC的最高熱釋放。功能地從燃燒的觀點(diǎn)出發(fā)，該序列允許柴油燃料在燃燒室中保持的熱降低到低于支持燃燒所需的溫度(約60° ATDC)之前合乎邏輯地燃燒。從機(jī)械和熱管理觀點(diǎn)出發(fā)，該定時是浪費(fèi)的，并且使得形成較多的NOxK合物。在機(jī)械方面，當(dāng)活塞與曲軸的關(guān)系實質(zhì)上是豎線時，高熱釋放定時是最小機(jī)械優(yōu)勢和最少能量傳遞可能以幫助曲軸轉(zhuǎn)動的時間。該高熱釋放在其活動的燃燒序列的至多1/3實質(zhì)上停頓。該停頓的作用是允許熱散發(fā)到最容易接近的散熱器中，N2和02，分別為燃燒氣體的75%和15%。燃燒事件的該停頓機(jī)械地轉(zhuǎn)移并且伴隨著熱散發(fā)到N2，這使得CIE的效率變低并且增加廢氣中的NOx的量。
[0046]在本創(chuàng)新的方法中，燃燒氣體是超臨界的，這允許柴油燃料燃燒事件的定時延遲到20° ATDC處的高熱釋放的目標(biāo)。在該曲柄角度處，能量傳遞機(jī)械地更有利，這允許燃燒室空間比傳統(tǒng)CIE燃燒更快地增長，由此緩解峰值熱散發(fā)和明顯的NOx化合物生成。
[0047]通過組合燃燒室氣體壓縮和柴油燃料噴射燃燒事件之前的序列，來創(chuàng)建該超臨界燃燒室環(huán)境。噴射到進(jìn)氣中的熏蒸燃料是混合物，優(yōu)選地是為各CIE家族而混合的丙烷和二甲醚(DME)的傳統(tǒng)混合物。這些燃料是在單個壓力容器中易混合和組合的，特別地為所服務(wù)的CIE家族而混合，但是已經(jīng)確定在1-20% 二甲醚和80-99%丙烷的范圍。在該示例中，熏蒸燃料以液體的形式噴射。在發(fā)動機(jī)的高轉(zhuǎn)速CIE家族的情況下，對于二沖程或四沖程發(fā)動機(jī)，熏蒸燃料將以氣體的形式噴射。由于熏蒸燃料成分的低沸點(diǎn)(丙烷為-44° F，二甲醚為-11° F)，這些液態(tài)燃料將在壓縮沖程的早期階段蒸發(fā)并且隨著充填氣體的壓縮的增加而與空氣充填物快速地均質(zhì)化。在大約20° BTDC，二甲醚將自動點(diǎn)火。該自動點(diǎn)火觸發(fā)丙烷的點(diǎn)火。熏蒸燃料燃燒是兩階段燃燒，使得燃燒事件的較大者，丙烷燃燒，正好在進(jìn)入CVS中時發(fā)生。這樣做將減小活塞上的背壓。二甲醚燃燒原則上是觸發(fā)丙烷燃燒的手段。
[0048]可以由汽缸內(nèi)的壓力傳感器來連續(xù)地讀取燃燒室壓力，例如每四個汽缸用一個壓力傳感器。由控制器解釋傳感器輸出，這將增加或減小熏蒸燃料噴射器的脈沖持續(xù)時間，以最佳地管理流到燃燒室中的熏蒸燃料，以在柴油燃料噴射之前獲得目標(biāo)超臨界壓力。
[0049]參照圖1-3，其中，在多幅圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的部件，這里示出了一種用于超臨界的柴油燃燒的改進(jìn)的新方法。
[0050]附圖示出了單向流動的二沖程柴油發(fā)動機(jī)的截面圖。運(yùn)行原理也適用于四沖程柴油發(fā)動機(jī)，區(qū)別在于熏蒸燃料噴射器將以盡可能靠近每個汽缸的進(jìn)氣閥的方式安裝在四沖程發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管上。所繪示的熏蒸燃料噴射器用于將本創(chuàng)新的系統(tǒng)應(yīng)用于已有柴油發(fā)動機(jī)。新構(gòu)造的發(fā)動機(jī)可以實施為系統(tǒng)，優(yōu)選地，通過將熏蒸燃料噴射器布置成直接噴射部件，脈沖地直接噴入燃燒室。
[0051]圖1繪示出二沖程柴油發(fā)動機(jī)10，活塞12處于中立的排氣/進(jìn)氣位置。排氣閥14已經(jīng)在活塞即將下降時打開，以允許來自之前燃燒的廢氣開始經(jīng)過排氣口 18排出，其中該活塞下降將使進(jìn)氣口 16露出。隨著活塞的持續(xù)下降，其使進(jìn)氣口 16露出，該進(jìn)氣口已經(jīng)被空氣壓縮器20加壓。所有使用柴油燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油發(fā)動機(jī)都使用某種形式的空氣壓縮器，諸如送風(fēng)機(jī)或渦輪增壓器，以強(qiáng)制使空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃燒室。新鮮進(jìn)氣流入燃燒室有助于將來自之前燃燒的廢氣通過排氣口推出。正好隨著新鮮空氣開始進(jìn)入燃燒室，安裝并直接指向多個進(jìn)氣口中的一個進(jìn)氣口的熏蒸燃料噴射器22脈沖，以釋放由熏蒸燃料箱24供給的一定體積的混合熏蒸燃料。
[0052]在低速和中速(例如，在1200rpm以下的)柴油發(fā)動機(jī)中，將以液體的形式噴射熏蒸燃料。高速柴油發(fā)動機(jī)將使熏蒸燃料以氣體的形式噴射，以確保在熏蒸燃料自動點(diǎn)火之前發(fā)生完全蒸發(fā)和均質(zhì)化。熏蒸燃料是在同一壓力箱24中保持的丙烷和二甲醚的混合物。丙烷在-44° F蒸發(fā)，二甲醚在-11° F蒸發(fā)，在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，實質(zhì)上兩者都永遠(yuǎn)是氣體。
[0053]圖2是壓縮沖程開始時發(fā)動機(jī)的截面圖?；钊?2持續(xù)上升，關(guān)閉進(jìn)氣口 16，排氣閥14已關(guān)閉，壓縮沖程開始。隨著活塞朝向排氣閥滑動，燃燒室內(nèi)的氣體被壓縮并且溫度開始升高。所有柴油發(fā)動機(jī)都被設(shè)計成使得，在活塞進(jìn)入CVS之前，這些氣體的壓縮將使溫度升高到充分地高于柴油燃料的自動點(diǎn)火溫度。典型的柴油燃料壓縮點(diǎn)火在柴油燃料被噴射到燃燒室中時發(fā)生，從大約16° BTDC開始點(diǎn)火。在本創(chuàng)新的系統(tǒng)運(yùn)行中，活塞壓縮熏蒸燃料空氣混合物26使得熏蒸燃料蒸發(fā)并且與空氣充填物均質(zhì)化。在大約20° BTDC，二甲醚將達(dá)到自動點(diǎn)火溫度并燃燒。該燃燒將引起丙烷的燃燒，這與通過活塞使氣體的壓縮組合，將導(dǎo)致超臨界燃燒室環(huán)境。
[0054]圖3是作功沖程開始時發(fā)動機(jī)的截面圖，超臨界燃燒室環(huán)境32具有大約800psi的CVS壓力。在該壓力和對應(yīng)溫度(1200° F至1400° F)的情況下，燃燒室中的所有氣體(除了 H2O和CO2)都是超臨界流體。在5° ATDC和10° ATDC之間，來自柴油燃料箱28的柴油燃料通過柴油燃料噴射器30被噴射到該超臨界環(huán)境中。
[0055]所有柴油發(fā)動機(jī)都在柴油燃料臨界壓力點(diǎn)之上的IOOOpsi的壓力噴射柴油燃料。因為CVS壓力為大約800psi (柴油燃料的臨界壓力點(diǎn)的大約2.5倍)，所噴射的柴油燃料很好地保持在其臨界壓力點(diǎn)之上。因為CVS的增加的壓力，所噴射的柴油燃料受到非常高的剪切力，這增加了柴油燃料滴和絲的霧化。CVS中的主要的超臨界氣體是N2和O2，該超臨界氣體作為超臨界流體用作超溶劑，刺激柴油燃料滴和絲，從而從柴油燃料滴和絲的內(nèi)部以及從外部賦予熱能，超過60%為輻射能。由超臨界超溶劑向柴油燃料賦予熱能的該動作使得柴油燃料在燃燒之前轉(zhuǎn)變成超臨界狀態(tài)。
[0056]由于超臨界流體柴油燃料不具有表面張力，超臨界流體柴油燃料以液體的100倍分散在超臨界燃燒室環(huán)境中。該超臨界的柴油燃料的燃燒開始的目標(biāo)是在20° ATDC時發(fā)生，以在最大機(jī)械滑塊/曲柄杠桿的時間獲得最大外力的優(yōu)勢。因為柴油燃料的最大熱釋放現(xiàn)在定時為獲得更大的活塞速度的優(yōu)勢，熱保留將最小化，NOx化合物的形成將明顯地減少。
[0057]上述公開足以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員得以實施本發(fā)明，上述公開提供了發(fā)明人目前認(rèn)為是實施本發(fā)明的最佳模式。雖然這里提供了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的全部完整公開，但是這不是要將本發(fā)明限制于所示出和描述的精確的結(jié)構(gòu)、尺寸關(guān)系和操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地了解各種變型、替代結(jié)構(gòu)、改變和等同，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)精神和范圍的情況下，可以適當(dāng)?shù)夭捎眠@些變型、替代結(jié)構(gòu)、改變和等同。這些改變可能會涉及替代材料、組件、結(jié)構(gòu)配置、尺寸、形狀、形式、功能、操作特征等。
[0058]因此，上述描述和例示不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種超臨界的柴油燃燒用的方法，其包括: 提供具有燃燒室的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)； 向被調(diào)節(jié)成自動點(diǎn)火的所述燃燒室中提供熏蒸燃料充填物，以在噴射柴油燃料之前在所述燃燒室中產(chǎn)生超臨界環(huán)境； 向所述燃燒室中噴射柴油燃料，其中，所述柴油燃料在燃燒之前變成超臨界流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述熏蒸燃料充填物包括二甲醚和丙烷的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述熏蒸燃料充填物包括1-20%的二甲醚和80-99%的丙烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，提供熏蒸燃料充填物的步驟包括向發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口噴射熏蒸燃料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述熏蒸燃料充填物以液體的形式被噴射。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述熏蒸燃料充填物以氣體的形式被噴射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，在TDC之后將所述柴油燃料噴射到所述燃燒室中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，在5°至10° ATDC將所述柴油燃料噴射到所述燃燒室中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，在噴射所述柴油燃料之前，所述超臨界環(huán)境具有至少SOOpsi的恒定容積空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述超臨界環(huán)境的溫度為1200° F至1400° F。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述柴油燃料在大約20° ATDC燃燒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界的柴油燃燒用的方法，其特征在于，所述柴油燃料包括2號柴油燃料、輕燃料油、生物柴油、水乳化柴油燃料、輕燃料油乳液、柴油替代品的混合物和這些燃料的混合物中的一者。
【文檔編號】F02M43/00GK103732904SQ201280039661
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月14日
【發(fā)明者】C·S·斯托內(nèi) 申請人:Wsc 斯利有限公司