燃料不限定压燃发动机的制作方法

本文描述的实施例涉及燃料不限定压燃发动机及其操作方法。

背景技术：

1、柴油发动机是一种耐用可靠的发动机架构，因燃烧过程基本上是非预混合性质而能够具有高扭矩/效率和简单着火控制。标准柴油发动机操作取决于燃料在空气中充分可着火，这需要至少～850k的喷射前温度。此温度通常是通过以约17:1的几何体积比压缩空气来实现的。在操作过程中，这种空气压缩是在燃料从燃料喷射器高压直喷(即，在燃料喷射的时间点燃料喷射器中压力大于800巴)而喷入之前在气缸中完成的。柴油燃料本身符合这一着火标准(即在850k的空气中着火，滞燃期足够短)，而许多其他燃料则不符合。该着火标准导致排除了具有其他理想属性的燃料，例如成本、区域可用性或与燃烧方式相关的其他性质。目前，只有可符合柴油着火标准的燃料才能用于狄塞尔循环(即非预混、混合受控的压燃)。该着火标准是通过测量燃料的滞燃期来定义的(短的滞燃期-短是指与发动机循环中诸如活塞运动和进气事件或排气事件的持续时间等其他时间尺度相比-是非预混燃烧过程希望的)，并被报告为称为十六烷值的值。标准柴油发动机的可供燃料在柴油发动机中适当燃烧的十六烷值范围很窄。

技术实现思路

1、本文描述的实施例涉及可在狄塞尔循环中使用不管是何十六烷值的任何燃料操作的发动机以及操作该发动机的方法。本文描述的一些实施例涉及操作压燃(ci)发动机的方法。ci发动机可以包括燃烧室。操作ci发动机的方法包括在燃烧室中接收一定量进气充量，压缩进气充量，将一定量燃料喷射到燃烧室中，燃料具有小于约40的十六烷值，并且燃烧基本上所有所述一定量燃料。将所述一定量燃料喷射到燃烧室中和开始燃烧之间的延迟小于约2毫秒。ci发动机至少包括二冲程发动机、对置活塞发动机、二冲程对置活塞发动机、五冲程发动机、六冲程发动机、自由活塞发动机、自由活塞发动机线性发电机、旋转发动机和/或汪克尔旋转发动机。

技术特征：

1.一种操作压燃发动机的方法，压燃发动机包括燃烧室，方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对进气充量进行操控以帮助在燃烧室中产生足以把在将所述一定量燃料喷射到燃烧室中与燃烧开始之间的延迟限制为小于约2毫秒的温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，燃烧开始时，所述一定量燃料的至多约50％与所述一定量进气充量预混合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，燃烧开始时，所述一定量燃料的至多约20％与所述一定量进气充量预混合。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，燃烧所述一定量燃料所产生的能量的至少40％是在将所述一定量燃料喷射到燃烧室中的同时产生的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，有效压缩比在约15:1和约25:1之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，有效压缩比大于约15:1。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料是第一燃料，所述一定量进气充量是第一量进气充量，并且燃料喷射的正时是相对于发动机循环的各事件而言的第一正时，方法还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，第二燃料的十六烷值低于第一燃料的十六烷值。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述一定量燃料和所述一定量进气充量以非化学计量的燃料-空气比引入燃烧室。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：在燃料喷射之前的任何时点将温度控制策略应用于所述一定量进气充量。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，温度控制策略包括将所述一定量进气充量暴露于电加热器。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一定量进气充量在进入燃烧室之前具有至少约80℃的温度。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其中，温度控制策略包括将所述一定量进气充量暴露于火焰稳定的燃烧器和/或催化燃烧器。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，压燃发动机包括将空气从大气压力加压到高于大气压力的压力的强制进气装置，强制进气装置包括但不限于涡轮增压器和/或机械增压器、压缩机和/或鼓风机，方法还包括：基本上消除强制进气装置上的后冷。

17.根据权利要求11-16中任一项所述的方法，其中，温度控制策略包括将热量从排气传递到所述一定量进气充量。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，温度控制策略包括排气的至少部分保留、再吸入和/或再循环。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，排气被截留、再吸入或操控，以帮助在燃烧室中产生足以把在将所述一定量燃料喷射到燃烧室中与燃烧开始之间的延迟限制为小于约2毫秒的温度。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，在燃烧室中接收进气充量之前，排气至少部分地与进气充量中的一定量空气混合。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，持续喷射时，所述一定量燃料产生混合受限的羽流，从而使所述一定量燃料和所述一定量进气充量发生反应。

22.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一燃料的十六烷值小于约10。

23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在刚要燃料喷射之前发动机气缸中所述一定量进气充量的平均温度在约1000k和约1250k之间的范围内。

24.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一定量燃料包括小于约3％重量百分比的导致十六烷值显著变化的添加剂。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述一定量燃料包括小于约1％重量百分比的导致十六烷值显著变化的添加剂。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述一定量燃料包括小于1000ppm的导致十六烷值显著变化的添加剂。

27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一定量进气充量包括大气空气、潮湿空气、富氧空气、用排气稀释的空气和/或用惰性气体稀释的空气。

28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，燃料包括以下物质或以下物质的混合物：石脑油、汽油、醇类、丁醇、丙醇、乙醇、甲醇、气态烃、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、己烷、替代燃料、氢、氨、合成气和/或co。

29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一定量燃料在至少约800巴绝对压力下喷射到燃烧室中。

30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，压燃发动机包括传感器，传感器配置为检测燃料性质并基于燃料性质控制温度控制策略或发动机操作的其他方面。

31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，压燃发动机包括隔热，以帮助在燃烧室中产生足以把在将所述一定量燃料喷射到燃烧室中与燃烧开始之间的延迟限制为小于约2毫秒的温度。

32.一种操作压燃发动机的方法，压燃发动机包括燃烧室，方法包括以下步骤：

33.根据权利要求32所述的方法，其中，燃烧室包括局部当量比至少约2的点。

34.根据权利要求32或33所述的方法，其中，在燃料喷射时燃烧室内的温度和压力创造了使得在燃料喷射开始和所述一定量燃料着火之间经时至多约2毫秒的条件。

35.根据权利要求32或33所述的方法，其中，喷射正时在压缩过程中足够晚，使得在燃烧开始时所述一定量燃料的至多约50％与所述一定量进气充量预混合。

36.根据权利要求32-35中任一项所述的方法，其中，在燃料喷射时燃烧室内的温度和压力创造了使得在燃烧开始时所述一定量燃料的至多约50％与所述一定量进气充量预混合的条件。

37.根据权利要求32-35中任一项所述的方法，其中，燃料是第一燃料，所述一定量进气充量是第一量进气充量，并且喷射正时是相对于发动机循环中其它事件而言的第一正时，方法还包括：

38.根据权利要求37所述的方法，其中，第二燃料的十六烷值低于第一燃料的十六烷值。

39.根据权利要求32-38中任一项所述的方法，还包括：

40.根据权利要求39所述的方法，其中，温度控制策略包括将所述一定量进气充量暴露于火焰稳定的燃烧器和/或催化燃烧器。

41.根据权利要求39-40中任一项所述的方法，其中，温度控制策略包括将热量从排气传递到所述一定量进气充量。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，温度控制策略包括排气的至少部分保留、再吸入和/或再循环。

43.根据权利要求32-42中任一项所述的方法，其中，在刚要燃料喷射之前燃烧室中所述一定量进气充量的平均温度在约1000k和约1250k之间的范围内。

44.根据权利要求32-43中任一项所述的方法，其中，所述一定量燃料包括小于约3％重量百分比的导致十六烷值显著变化的添加剂。

45.一种操作压燃发动机的方法，压燃发动机包括燃烧室，方法包括以下步骤：

46.根据权利要求45所述的方法，其中，仅通过改变所述一定量燃料的喷射正时来控制燃烧室的压力升高率。

47.根据权利要求45或46所述的方法，其中，喷射正时在压缩过程中足够晚，使得在燃烧开始时所述一定量燃料的至多约50％与所述一定量进气充量预混合。

48.根据权利要求45-47中任一项所述的方法，其中，在燃料喷射时燃烧室内的温度和压力创造了使得在燃烧开始时所述一定量燃料的至多约50％与所述一定量进气充量预混合。

49.根据权利要求45-48中任一项所述的方法，其中，燃料是第一燃料，所述一定量进气充量是第一量进气充量，并且喷射正时是第一喷射正时，方法还包括：

50.根据权利要求49所述的方法，其中，第二燃料的十六烷值低于第一燃料的十六烷值。

51.根据权利要求45-50中任一项所述的方法，还包括：

52.一种操作压燃发动机的方法，压燃发动机包括燃烧室，方法包括以下步骤：

53.根据权利要求52所述的方法，其中，压燃发动机包括机载燃料传感器。

54.根据权利要求53所述的方法，还包括：

55.根据权利要求52-54中任一项所述的方法，其中，第一燃料的十六烷值在约30和约40之间，并且第一温度为至少约900k。

56.根据权利要求52-54中任一项所述的方法，其中，第一燃料的十六烷值在约20和约30之间，并且第一温度为至少约1000k。

57.根据权利要求52-54中任一项所述的方法，其中，第一燃料的十六烷值在约10和约20之间，并且第一温度为至少约1050k。

58.根据权利要求52-54中任一项所述的方法，其中，第一燃料的十六烷值在约0和约10之间，并且第一温度为至少约1150k。

59.根据权利要求52-54中任一项所述的方法，其中，第一燃料的十六烷值小于约0，并且第一温度为至少约1250k。

技术总结
本文描述的一些实施例涉及操作压燃(CI)发动机的方法。CI发动机可以包括燃烧室。操作CI发动机的方法包括：在燃烧室中接收一定量进气充量，压缩进气充量，将一定量燃料喷射到燃烧室中，燃料具有小于约40的十六烷值，并且燃烧基本上所有所述一定量燃料。将所述一定量燃料喷射到燃烧室中与燃烧开始之间的延迟小于约2毫秒。CI发动机至少包括二冲程发动机、对置活塞发动机、二冲程对置活塞发动机、五冲程发动机、六冲程发动机、自由活塞发动机、自由活塞发动机线性发电机、旋转发动机和/或汪克尔旋转发动机。

技术研发人员：J·布鲁姆雷特,B·约翰逊,R·尚茨,M·维塔尔
受保护的技术使用者：清焰发动机公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19