[发明专利]用于均质充量压缩点火内燃机的燃料

说明书

技术领域

本发明涉及用于均质充量压缩点火发动机的燃料，更具体地是涉及 能够在均质充量压缩燃烧过程中控制燃烧反应来改进发动机热效率的燃料。

背景技术

目前，两种类型的发动机已被广泛地使用，其中一种为火花点火汽 油发动机和另一种为压缩点火发动机(柴油发动机)。

对于火花点火汽油发动机来说，燃料被注入进入口或者燃烧室，并 且形成空气燃料混合物的预混气体。而后预混气体被火花塞点燃并燃烧。燃料 需具有高的汽化和低的自燃特性。由于火花点火汽油发动机排放出氮的氧化物 (NOx)，烃(HC)和一氧化碳，因此三用催化剂被广泛使用来净化这些排放物。 但是，例如三用催化剂的排气净化系统只适用于这样的范围，其中空气-燃料比 率为在非常窄的化学计量的空气-燃料比率的范围内并且其是与压缩点火柴油 发动机相比低热效率和低放的燃料消耗的原因。

对于柴油发动机来说，柴油燃料被直接注入汽缸中并在压缩冲程中 与空气混合。通过活塞压缩来增加温度和压力，使空气-燃料混合物自燃。柴油 燃料需具有高的可燃性特性。压缩自动点火柴油发动机在燃料消耗和热效率方 面优异，但具有由多相空气燃料混合物导致的NOx和烟灰排放的缺点。此外， 需要对后处理系统，如氧化催化剂，NOx捕捉器，柴油颗粒过滤器或SCR系统 的严格控制，来降低NOx和烟灰以符合政府规定。

因此，常规的火花点火汽油发动机能够净化排放气体到一定程度， 但是在燃料消耗和热效率方面有问题。与之相对比，柴油发动机在燃料消耗方 面优异并具有高的热效率，但其有NOx的排放问题。因此，已研究均质充量压 缩点火发动机来实现低NOx排放气体，优异的燃料消耗和高的热效率。

对于均质充量压缩点火发动机来说，燃料在20MPa或更低的注入压 力下被注入进入口或者燃烧室，该压力大大低于柴油发动机，并且燃料注入在 上止点之前以60度的曲柄转角完成，使得预混空气-燃料混合物通过自动点火 燃烧，而不是通过火花点火。均质充量压缩点火发动机与柴油发动机相比花费 较长的时间来在汽缸中制备充分混合的空气-燃料混合物。因此，对于均质充量 压缩点火发动机来说，高温燃烧区域，其中的温度高于2200K，没有在汽缸中 局部形成，这是在没有还原催化剂的情况下导致低NOx排放特性(以质量计低 于10ppm)的原因。均质充量压缩点火发动机的热效率和燃料消耗与柴油发动 机的那些是相当的。

已经提出关注各种指标例如可燃性，挥发性，十六烷值和辛烷值(例 如，见下面的专利文件1到13)的用于均质充量压缩自动点火内燃机的各种燃 料。但是，从发动机性能着眼，已需要用于均质充量压缩点火的更优化和合适 的燃料。 专利文件1：日本专利公开 公开号：2004-919657 专利文件2：日本专利公开 公开号：2004-919658 专利文件3：日本专利公开 公开号：2004-919659 专利文件4：日本专利公开 公开号：2004-919660 专利文件5：日本专利公开 公开号：2004-919661 专利文件6：日本专利公开 公开号：2004-919662 专利文件7：日本专利公开 公开号：2004-919663 专利文件8：日本专利公开 公开号：2004-919664 专利文件9：日本专利公开 公开号：2004-919665 专利文件10：日本专利公开 公开号：2004-919666 专利文件11：日本专利公开 公开号：2004-919667 专利文件12：日本专利公开 公开号：2004-919668 专利文件13：日本专利公开 公开号：2004-315604

发明内容

本发明的简要概述

对于均质充量压缩点火发动机(下文称为“HCCI燃烧”)来说，一 种充分混合的空气-燃料混合物被活塞压缩，这提高温度和压力，并且自动点火 被启动。对于HCCI发动机来说，发动机的操作被限制在低载荷范围，原因在于 超过发动机载荷的中间范围的巨大的发动机噪音(高的最大压力提升率)。

本发明的目的是为HCCI发动机提供一种燃料，其将HCCI的操作范 围提高到一个较高的载荷范围。

本发明可以通过混合高可燃性烃(主要是C5到C10的正链烷烃)和 C6-C11的芳香族化合物来得到实现，该芳香烃的苯环在1100K或更高下开始断 裂，其中热焰反应开始。本发明的燃料可以延长燃烧时间，降低最大压力提升 率，并能够使HCCI发动机在一个较高的载荷范围内进行操作。