[发明专利]运行压燃式发动机的方法和系统

说明书

本发明涉及运行压燃式发动机的方法和特别是使用含醚燃料运行所述发动机。

本发明还提供用于应用本发明的系统。

压燃式发动机的最典型的例子是使用高十六烷值柴油燃料运行的柴油发动机。为减少由柴油燃料燃烧产生的环境污染，过去人们数次尝试了使用环境影响小的替代燃料来取代柴油燃料。

醚，特别是通过低级醇脱水制备的醚，如二甲醚和二乙醚，已被证明是出众的柴油燃料。

在许多出版物，例如美国专利4,892,561、5,906,664和7,449,034，中已经记述了使用低级醚作为柴油燃料。

尽管醚基燃料具有在柴油发动机中的高效率和清洁燃烧特性，但其主要缺陷在于难以在车上储存和处理。在环境条件下，二甲醚呈气态形式。为将二甲醚燃料转变成更方便的液态形式，必须在压力下储存和处理所述燃料。

尽管二乙醚在环境条件下呈液态形式，但此醚具有高蒸汽压且在与空气接触时有很高的爆炸危险。

现代的柴油发动机具备共轨燃料系统。该系统由高压泵和在大于2,000巴的高压下储存燃料的燃料蓄压室（accumulation chamber）组成。该蓄压室向多个燃料喷射器提供高压燃料。过剩的燃料被从该室取回，减压并再循环到燃料箱。

在美国专利6,340,003中记述了使用醚作为柴油发动机燃料的这种系统。通过该专利的方法，初级的甲醇燃料在被引入蓄压室之前被加压和转化成含醚的柴油燃料。该方法的缺陷出现在当必须从所述室中除去过剩的含醚燃料和再循环到燃料箱时，其需要两个油箱，一个用于醇燃料，一个用于转化的含醚燃料。

本发明的一般目的在于提供一种在车上将基于低级醇或多种低级醇的混合物的初级燃料转化成含醚的二级燃料以运行装备有共轨燃料系统的压燃式发动机而无特别是在车辆中处理和储存所述二次燃料的困难的方法。

根据上述目的，本发明为使用通过转化基于醇的初级燃料获得的含醚燃料运行压燃式发动机的方法，步骤包括：

（a）从燃料箱连续取出所述基于醇的初级燃料并在所述基于醇的初级燃料的液态形式下将其加压到最终的发动机喷射压力；

（b）将所述加压的基于醇的初级燃料连续引入燃料蓄压室；

（c）将所述加压的基于醇的初级燃料连续分配到连接所述蓄压室与发动机燃料喷射器的管中；

（d）在所述燃料喷射器之前通过与设置在所述燃料喷射器上游的每个管中的醇脱水催化剂接触将所述加压的基于醇的初级燃料连续转化成含醚燃料；

（e）在喷射压力下将所述含醚燃料连续喷射到所述发动机中；和

（f）从所述蓄压室中连续取出一部分所述引入的基于醇的初级燃料；和

（g）将所述取出的基于醇的初级燃料减压和再循环到所述燃料箱。

本发明还提供用于上述方法的系统，其包括：

压燃式发动机；

适于储存基于醇的初级燃料的燃料箱；

用于对所述基于醇的初级燃料加压的高压泵；

适于接收和储存所述加压的基于醇的初级燃料的蓄压室；

用于连接所述蓄压室与燃料喷射器的连接管，其中所述燃料喷射器用于将燃料喷射到所述压燃式发动机中；

设置在所述蓄压室与所述燃料喷射器之间的每个所述连接管内的醇脱水催化剂；和

用于将过剩的基于醇的初级燃料从所述蓄压室再循环到所述燃料箱的再循环管线。

本发明的方法和系统的优点在于所有形成的醚燃料都立即用于在发动机中燃烧并避免了过剩的醚燃料的储存。过剩的基于醇的初级燃料被再循环到燃料箱。

所述醚燃料的形成按照以下反应通过醇向其相应的醚的催化脱水实现：

2C_nH_(2n+2)O ? C_2nH_(4n+2) + H₂O

醇向醚的脱水由液体或固体酸催化，如硫酸、氧化铝、二氧化硅氧化铝、沸石、磺酸、二氧化锆-钨酸盐、氧化铝磷酸盐。

醇脱水是平衡反应。因此，平衡限制妨碍醇向醚和水的100%转化。

在例如由95w%乙醇和5w%水构成的基于乙醇的初级燃料的反应温度下，在150-350℃之间的脱水温度下平衡组成为9-21w%乙醇、19-22w%H₂O和59-71w%二乙醚。为确保所述组成保持均匀，有利的是或者在将所述初级燃料提供给所述蓄压室时作为添加剂，或者是在所述燃料箱中或在将所述初级燃料提供给所述车辆时作为所述初级燃料的添加剂加入基本上不被所述脱水催化剂转化的乳化剂。