[发明专利]使碳烟排放物减少的燃烧发动机和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及使碳烟排放物减少的燃烧发动机的领域。

背景技术

为了符合有关排放物(例如从燃烧发动机排放的碳烟)的法规性要求，提供排放流体处理装置以接收和处理由燃烧发动机排放的排放流体已为人们所熟知。这种装置具有例如在低成本发动机上可能不适合的相关的成本和复杂程度。

有关排放物的法规可指定允许排放的颗粒(即碳烟)的最大数量以及允许排放的颗粒的最大尺寸。

从燃烧发动机排放的碳烟的量会受到多个参数的影响，包括燃烧汽缸中燃料与氧化剂(例如，空气)的比例、燃料喷射到燃烧汽缸的喷射压力以及燃烧汽缸内的气体温度。可通过当量比来表示喷射到汽缸中的燃料与空气的比例，其中当量比被定义为燃料-氧化剂的比例与化学计量的燃料-氧化剂的比例的比值。对于燃料-氧化剂的化学计量比，当量比为1。

在该背景下，提供了一种压燃式发动机。

发明内容

压燃式发动机包括燃烧汽缸，燃烧汽缸包括喷射器，喷射器配置为将燃料喷射到汽缸中，用于在汽缸内与空气混合从而导致燃烧，所述燃烧从距离喷射器的浮起长度处开始，其中发动机配置为使得在浮起长度处的当量比的峰值小于4.0，从而使得燃烧产生少于1012颗粒数/kWh的颗粒排放物。

现在将参考附图仅以示例的方式来描述本发明的特定实施例，其中：

附图说明

图1示出了根据本发明产生的火焰与传统燃烧火焰的对比的示意图；

图2示出了用于证明根据本发明产生的火焰的燃烧装置的示意图；

图3a和图3b示出了使用图2的特定实施例获得的特定结果的数据；

图4示出了当在200Mpa对比240MPa条件下操作发动机时碳烟排放物的对比；以及

图5表示不同的喷射器尺寸和不同数量的喷射器喷嘴的碳烟排放物的对比。

具体实施方式

已经进行了实验以测定如何可以影响燃烧室中的燃烧火焰的性质，以设法减少从燃烧室排放的碳烟颗粒的数目。

图1示出了根据本发明产生的火焰10b与根据已知的燃烧状况产生的火焰10a的对比的示意图。

在这两种情况下，火焰10a、10b包括：第一区域1，其包括燃料液滴、燃料蒸汽和空气；第二区域2，其包括气化燃料和空气；浓预混燃烧的第三区域3；化学计量的扩散火焰的第四区域4；碳烟形成和生长的第五区域5以及燃烧产物的第六区域6。虽然两种火焰10a、10b具有这些共同的区域，但是区域的相对大小和位置在两种火焰10a、10b之间变化显著。

在传统燃烧火焰10a的情况下，第一区域1的长度，称为液体长度20a，明显地长于根据本发明的燃烧火焰10b的液体长度20b。气化燃料和空气所占的体积2在常规火焰10a中很小，并且在根据本发明的火焰10b中相当大。

喷射器喷嘴15和化学计量的扩散火焰4的起始部分(即，最接近喷嘴的火焰4的部分)之间的距离(称为浮起长度30)在传统火焰10a中比在根据本发明的火焰10b中短。

对于常规火焰10a，液体长度20a明显地长于浮起长度30a。相反，对于根据本发明的火焰，浮起长度30b明显地长于液体长度20b。

当燃料远离喷射器12a、12b时，其蒸发并与周围空气混合。在如燃烧汽缸之类的封闭空间内，对于特定的燃料(具有特定的热值)，可以有导致完全燃烧的燃料与空气的特定的比例。这被称为化学计量比。在燃料与空气的比例是化学计量的情况下，这被称为1.0的当量比，并且将不会产生碳烟。

火焰的性质可以在三个维度上变化。考虑到在距离喷射器喷嘴的特定长度处(例如，在浮起长度处)的火焰的横截面可以揭示火焰的组成在中心处(在此，喷射的燃料可以是最集中的)与边缘处(在此，空气的比例可以更高)不同。这样，燃料与空气的比例可随与火焰的中心处的径向距离而变化，并且因此，当量比可随与火焰的中心处的径向距离而变化。

此外，燃料与空气的比例可沿着火焰的长度而变化，并且因此，当量比可沿着火焰的长度而变化。换言之，在喷射点处可基本上全是燃料并且基本上没有空气。因此，当量比可接近无限大。当量比可随着与喷射器12a、12b的距离增加，这是因为更多的空气被夹带在燃料中。在距离喷射器的每个特定距离处，当量比可能并不是恒定的。例如，即使距离喷射器相同的距离，在燃料射流的中心处的当量比也可具有比在燃料射流的周边处的当量比更大的燃料比例。因此，均在距离喷射器相同的距离处测量，射流中心处的当量比可以高于在射流边缘处的当量比。在距离喷射器任一特定距离处，峰值当量比可在燃料射流的中心处。