[发明专利]双燃料发动机的燃烧方法及使用此方法的发动机

说明书

本发明涉及一种将细小颗粒的煤与水混合喷入柴油机气缸中的系统。

柴油机能够有效地将碳氢化合物燃料的潜热转化为有用的机械功。在传统柴油机的操作中，一预定量的燃料在曲轴的旋转与往复活塞的空气压缩冲程相一致的重复的间隔喷入发动机的每个气缸中。在压力增加时，气缸中的压缩温度升高，且喷入的燃料不久便加热到足以起燃的程度。结果是燃料的燃烧迫使活塞向相反方向运动，从而为发动机曲轴提供力矩。

传统发动机燃料的品级较低。精炼的燃料，即柴油机燃油，具有所需的起燃和放热特性。柴油含有低的腐蚀性，磨蚀性和其他有害物质，而且目前供应充足。

近一个世纪以来，本领域的技术人员已经知道，不论煤是以干粉或液浆形式(即粉状煤或其他形式的碳粉与液态载体如油或水的混合物)，是另一种可供选择的柴油机燃料。对发展一种煤燃料占主要部分的柴油机的关注焦点越来越转向其成本，而非标准柴油的供给。见J.P.Davis,J.B.Dunlay,M.K.Eberle和H.A.Steiger所著“使用煤基燃料的低速两冲程柴油机试验”一文。美国机械工程学会1981年，第81-DGP-12文章。

向压燃式往复活塞内燃机(诸如大型中速多缸柴油机)中喷射煤水浆(以下有时简称为CWS)，会造成纯液体燃料喷射中不常遇到的问题。问题之一是由于CWS有较长的点火滞后期，因而不会象传统柴油机那样容易起燃，因为对所获得的CWS的雾化程度的实际的限制，并且与使用标准柴油作为主燃料的柴油机相比，对进气温度和发动机气缸中的压缩温度的增加量亦有实际的限制。

早在六十五年前，人们就知道少量的易燃辅助燃料喷入柴油机可改善其它不易起燃的“重”碳氢化合物燃料的燃烧。见英国专利第124,642号。其中所用的术语“辅助燃料”意思是较轻的碳氢化合物燃料(例如，甲醇、甚至标准柴油)，它们具有比喷射系统中的主燃料更为容易起燃的特性。

美国专利4,825,842号公开了一种内燃机的燃料喷射系统，其中柴油作为起始燃料喷射，而CWS则作为主燃料喷射。该专利公开了一台装置，它既可让柴油用作CWS的辅助燃料，又可作为内燃机的单一燃料。然而，该专利中既没有写明喷射CWS主燃料和起燃燃料的喷射定时，也没有写明对用这些燃料的燃料效率、排放控制及最大缸内压力进行优化。    

美国专利4,612,898号公开了一种活塞式内燃机的气缸盖，它具有两个燃料喷嘴：一个用来喷射起燃燃料，而另一个用来喷射主要的非自燃燃料。然而它也没有写出喷射CWS主燃料和起燃燃料的喷射定时，并且也未对使用这些燃料时的燃料效率、排放控制及最大缸内压力进行优化。

美国专利4,700,672公开了一种内燃机的双燃料喷射装置，其中可用液态或气态的燃料作为主燃料，还有辅助燃料。文中称，辅助燃料应与主燃料同时喷射。然而它也未对使用这些燃料时的燃料效率，排放控制及最大缸内压力进行优化。    

Hsu等人的美国专利4,782,794公开的是将少量易燃辅助燃料在喷射CWS之前喷入，以帮助煤燃料柴油机中的CWS的燃烧。它建议辅助燃料可与CWS在供油箱中混合喷射，或者可用分开的辅助燃料喷嘴(美国专利4,335,684)或者将辅助燃料及主燃料喷嘴合为一同轴的组件(见美国专利4,266,727)，它也提议通过喷射与CWS燃料适时的起燃相协调而喷入最少量的辅助燃料来节约成本(假定CWS燃料比辅助燃料便宜)。

Hsu的美国专利4,782,794号也公开了一种燃料喷射系统，它特别适用于在高压下喷射煤浆燃料，它包括一个蓄压式燃料喷射器，利用高压辅助燃料作为清洁液，以防止来自针阀将要打开和关闭时燃料中的大颗粒并作为液压媒介，以使针阀保持在关闭位置。一条在喷射器中的流体通道将少量的起燃助燃辅助燃料导至喷射器喷嘴处的腔室的一适当区域内，以便在每次喷射开始时让第一层主要由辅助燃料构成的燃料喷入，而后再喷主要的液浆燃料。

下面列出了几篇关于一般的柴油机或用CWS燃料的内燃机的文章：

W.J.D.Annand的“往复活塞式内燃机气缸中的热传导”，机械工程学报1963年第177期第36号。

J.A:Caton,K.D.Kihm,A.K.Sesadri和G.Zicterman的“容积式燃料喷射系统中喷雾微细煤水浆”，发表于燃烧学会，中部地区1991年春季技术会议，田纳西Nashville,1991年4月(后简称为“[Cafon 1991]”)。