[发明专利]用于柴油发动机的燃料处理器设备和方法

说明书

背景技术

鲁道夫·狄赛尔(Rudolf Diesel)在1892年开发了第一台柴油发动机并且为此获得了德国专利。他的目标是构造具有高效率的发动机。在1876年已经发明汽油发动机，但特别在那个时候不是非常有效。

与以火花点燃汽油和空气的混合物的汽油发动机不同，柴油发动机吸入空气，将空气压缩并且将燃料喷射到已压缩的空气中，以致已压缩的空气的热量和压力自发地点燃燃料。柴油发动机不具有火花塞或其他点火源。一些旧式柴油发动机包括加热塞以在寒冷情况中预热气缸，但加热塞不是点火源，而它们是耐热元件。

通常的汽油发动机的活塞以8:1至12:1之间的比例进行压缩，而柴油发动机通常以14:1至25:1之间的比例进行压缩。柴油发动机的较高的压缩比导致更大的扭矩和更好的燃料效率。使用柴油燃料允许柴油发动机的压缩比远高于汽油发动机的压缩比。汽油在比柴油燃料低的温度和压力下自燃，并且自燃导致汽油发动机中的敲缸。

柴油燃料具有高于汽油的自燃温度，并且比汽油更重和更具有润滑性。柴油燃料比汽油挥发缓慢得多——柴油的沸点实际上高于水的沸点。柴油燃料比汽油包括更多较长链的碳原子(汽油通常主要为C₉H₂₀，而柴油通常主要为C₁₄H₃₀)。对于原油也要求较少的精炼用于产生柴油燃料，这是柴油一般比汽油廉价的原因。

柴油也具有比汽油更高的能量密度。平均地，一加仑(3.8L)柴油燃料包含大约155×10⁶焦耳(147,000BTU)的能量，而一加仑(3.8L)汽油包含了132×10⁶焦耳(125,000BTU)的能量。这种较高的能量密度结合高压缩柴油发动机的改进的效率解释了为何柴油发动机比等价的汽油发动机具有更好的燃料经济性。

柴油发动机的燃料喷射器通常是其最复杂的部件，并且已经成为大量实验的对象，在任何特定的发动机中，它可以位于多种位置处。喷射器必须承受气缸内部的温度和压力并且仍输送以细雾状态的燃料。在气缸内循环雾化的燃料以使其均匀分布也是普遍的问题。

柴油燃料在气缸内的均匀分布和燃料与空气的混合促成柴油燃料的完全燃烧。为使在发动机的燃烧室内的燃料氧化达到最佳，燃料/空气混合物被理想地气化或均质化，以获得具有化学计量的气相混合物。理想的燃料氧化导致较完全的燃烧和较低的污染。

相对于内燃机，计量化学法是其中为完全燃烧给定量的燃料所需的氧气量被供给在均质混合物中从而导致最佳正确燃烧而没有未完全或不充分氧化所剩余的残余物的情况。理想地，燃料在进入到燃烧室内前应完全气化，与空气相互混合且均质化，以用于合适的氧化。未气化的燃料滴一般在传统的柴油发动机中不会点燃和完全燃烧，这出现了与燃料效率和污染有关的问题。

柴油燃料的不完全或不充分的氧化导致从柴油发动机排放残余物而成为污染物，例如未燃烧的碳氢化合物，一氧化碳和醛，同时伴随有氮氧化物的产生。为满足排放标准，这些残余物必须被处理，通常要求在催化转换器或气涤器内的进一步处理。对这些残余物的这种处理导致为运行催化转换器或气涤器的附加的燃料成本。因此，任何对于由不完全燃烧所导致的残余物的减少将在经济上和环境上是有利的。

除以上所述的问题外，不完全气化和不具有化学计量比的燃料—空气混合物导致内燃机低于峰值效率运行。当燃料不完全燃烧时，燃料化学能的较少部分被转化为机械能。燃料能量被浪费并且产生了不必要的污染。因此，通过进一步打碎并且更完全地气化燃料—空气混合物，可以获得较高的压缩比和较好的燃料效率。

已进行了许多尝试来减轻上述的关于燃料气化和不完全燃料燃烧的问题。柴油燃料喷射器将相当细微的燃料雾直接喷射到发动机的气缸内并且通过电控制。然而，燃料喷射器喷射物的燃料滴尺寸不是最佳，并且在点燃前几乎没有时间使燃料与空气混合。即使当前的燃料喷射器系统也不能将燃料与所需的空气充分混合。

此外，近来已发现，燃料喷射器喷射物在其内伴随有冲击波。冲击波可能妨碍了燃料与空气的充分混合。冲击波表现为将燃料团限制到活塞的一定区域，因此限制燃料滴接近空气。

发明内容

在此描述的原理可以解决一些上述的缺陷和其他缺陷。特别地，在此所述的一些原理涉及液体处理器设备和方法。