CN101473120B - 用于柴油发动机的燃料处理器设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了柴油发动机和用于将用于燃烧的柴油燃料和氧化剂预混合的方法和设备。所述方法和设备可以包括两级涡流，每级涡流容许不同的流速范围。涡流将柴油燃料雾化并且在引入到燃烧室前将柴油燃料与氧化剂进行最佳混合。该预混合导致更完全的燃烧，因此增加了燃料效率而且降低了污染。

Description

用于柴油发动机的燃料处理器设备和方法

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。

本发明一方面提供了包括向柴油发动机供给燃料的方法。所述供给燃料包括在第一预燃烧涡流室内产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物，并且将气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物从第一预燃烧涡流室引入燃烧室内。根据一个方面，所述方法进一步包括防止燃烧室内的冲击波或者使其最小化。一方面包括用点火源点燃气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物。

根据所述方法的一个方面，产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物包括：在第一预燃烧涡流室内产生氧化剂涡流，在氧化剂涡流的轴线处引入柴油燃料，和将柴油燃料雾化并且将柴油燃料和氧化剂在第一预燃烧涡流室的轴向区内混合。根据一个方面，产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物包括：在第一预燃烧涡流室内产生氧化剂涡流，在氧化剂涡流的轴线处引入柴油燃料，将柴油燃料雾化并且将柴油燃料和氧化剂混合，其中，产生氧化剂涡流包括将氧化剂通过多个流体通路在非切向并且非径向的角度上引入第一预燃烧涡流室。

根据所述方法的一个方面，产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物包括：提供初级氧化剂引入路径，提供次级氧化剂引入路径，当达到预定的氧化剂要求阈值时开启次级氧化剂引入路径中的阀，在第二预燃烧涡流室内以来自次级氧化剂引入路径的流体流产生氧化剂涡流，在氧化剂涡流的轴线处引入柴油燃料，将柴油燃料雾化并且将柴油燃料与氧化剂混合。根据一个方面，在次级氧化剂引入路径中的阀开启时初级氧化剂引入路径中的阀保持开启。

一个实施例包括柴油发动机。柴油发动机包括气缸体，布置在气缸体内的一个或多个燃烧室或气缸，布置在一个或多个燃烧室的每个内的往复构件，和流体连接到一个或多个燃烧室的预燃烧柴油燃料混合装置。根据一个实施例，预燃烧柴油燃料混合装置包括壳体，由壳体封闭的第一预燃烧涡流室，多个通向第一预燃烧涡流室内用于产生涡流的成角度通道，和与第一预燃烧涡流室流体连通的第一氧化剂流体流动路径。一个实施例进一步包括延伸到一个或多个燃烧室的每个内的点火装置。该点火装置可以包括火花塞。

根据柴油发动机的一个实施例，预燃烧柴油燃料混合装置包括：由壳体封闭的、并且与第一预燃烧涡流室轴向对准的第二预燃烧涡流室，该第二预燃烧涡流室大于第一预燃烧涡流室；多个通向第二预燃烧涡流室内以用于产生涡流的成角度通道，和与第二预燃烧涡流室流体连通的第二氧化剂流体流动路径。根据一个实施例，成角度通路是非切向且非径向的。

柴油发动机的一个实施例，进一步包括从第一预燃烧涡流室引出的第一扩散喷嘴，第一扩散喷嘴包括多个横向通道，所述多个横向通道与多个通向第一预燃烧涡流室内的成角度通道反向成角度。根据一个实施例，柴油发动机进一步包括邻近预燃烧柴油燃料混合装置的出口的圆锥形柱状物。

根据柴油发动机的一个实施例，预燃烧柴油燃料混合装置包括由壳体封闭的、并且与第一预燃烧涡流室轴向对准的第二预燃烧涡流室。第二预燃烧涡流室可以大于第一预燃烧涡流室。根据一个实施例，多个成角度通道通到第二预燃烧涡流室内以用于产生涡流。在一个实施例中，柴油发动机也可以包括与第二预燃烧涡流室流体连通的第二氧化剂流体流动路径和容置一个阀的节气门主体。在一个实施例中，所述阀控制通过第二氧化剂流体流动路径的流体流动。

柴油发动机的一个实施例进一步包括与第一和第二预燃烧涡流室大致轴向对准的燃料喷射器。所述燃料喷射器包括轴向流动通道和多个径向流动通道。

柴油发动机的一个实施例进一步包括涡轮增压器。在一个实施例中，预燃烧柴油燃料混合装置流体连接在涡轮增压器和一个或多个燃烧室之间。根据一个实施例，预燃烧柴油燃料混合装置进一步包括布置在壳体的圆柱形腔内并且与第一和第二预燃烧涡流室流体连通的燃料喷射器，燃料喷射器包括液体流动通道和在液体流动通道和氧化剂流动引入路径之间流体连通的通气孔。

本发明一方面提供了包括运行柴油发动机的方法。运行柴油发动机包括：在第一预燃烧涡流室内产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物，使气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物流入到柴油发动机气缸内，以至少大约15:1的压缩比由活塞压缩气缸内气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物而不引起气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物的自燃，和点燃气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物。根据一个方面，点燃包括使用火花塞在气缸内产生火花。在一个方面，所述方法进一步包括以大于21:1的压缩比由活塞压缩在气缸内气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物而不引起气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物的自燃。根据一个方面，产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物包括：维持可燃混合物同时将柴油燃料减小到平均微粒尺寸，以致以至少25:1的压缩比在气缸内由活塞压缩气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物，而不引起气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物自燃。根据一个方面，所述方法进一步包括以至少30:1或40:1的压缩比由活塞压缩气缸内气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物而不引起气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物自燃。

一个实施例提供了包括柴油发动机燃料预混合装置的设备。所述装置包括两级涡流室。第一级与第一氧化剂流动路径流体连通，并且第二级与分开的第二氧化剂流动路径流体连通。所述装置包括圆周向地布置在第一级和第二级内部的燃料喷射器，以及流体连接到柴油发动机预混合装置的柴油发动机。在一个实施例中，柴油发动机包括火花塞。根据一个实施例，第一级、第二级和燃料喷射器大致共轴。根据一个实施例，第一级包括高真空、低流速涡流室，并且第二级包括比第一级更大的容积而且包括低真空、高流速涡流室。在一个实施例中，第一级和第二级分别包括低流速涡流室和高流速涡流室，它们可以承受正压以及真空压力。

所述设备的一个实施例进一步包括布置在通到第一级出口的第一喷嘴。第一喷嘴可以包括布置在涡流方向和与涡流方向相反的方向上的若干流体通道。流体通道在第一喷嘴内的相对布置可以将由第一级雾化的流体轴向地以一般非旋转的流动来引导。所述设备的一个实施例进一步包括在第二级出口处的扩散喷嘴。

一个实施例包括邻近柴油发动机预混合装置布置的柱状物以用于将第一级或第二级内产生的涡流居中。在一个实施例中，燃料喷射器包括轴向口和径向口用于将燃料喷射到第一级和第二级内。根据一个实施例，所述装置在引向第一级和第二级的氧化剂流体流动之间可无限地调节。根据一个实施例，仅第一氧化剂源向第一级打开，直至达到预定的流速，并且当达到预定的流速时第二氧化剂源也打开。一个实施例进一步包括布置在双级涡流室的第一级周围的水套。

本发明一方面提供了包括为柴油发动机供给燃料的方法。所述方法包括将柴油燃料与氧化剂预混合。预混合包括将柴油燃料引入到氧化剂涡流中以产生预混合的柴油燃料和氧化剂混合物，并且将预混合的柴油燃料和氧化剂混合物引入到汽车的燃烧室内而不促使另外的柴油燃料进到燃烧室内。根据一个方面，预混合包括：提供串联的第一涡流室和第二涡流室，以使仅第一涡流室或第一涡流室和第二涡流室二者都接收氧化剂供应。氧化剂可以以一定角度进入第一涡流室或第二涡流室并且产生氧化剂涡流。根据一个方面，所述方法包括提供燃料喷射器并且轴向喷射燃料。所述喷射可以包括将柴油燃料轴向喷射到由第一涡流室或第二涡流室的任一个产生的氧化剂涡流内。根据一个方面，预混合包括使氧化剂涡流居中和保持氧化剂涡流。根据一个方面，吸入包括将预混合的柴油燃料和氧化剂均匀地分布到歧管内。

附图说明

附图示出了在下文中讨论的某些实施例并且附图是说明书的一部分。

图1是根据一个实施例的带有燃料混合设备的柴油发动机的截面图。

图2是根据一个实施例的图1中示出的柴油发动机和燃料混合设备的截面图，其活塞压缩空气/燃料混合物。

图3是根据一个实施例的关于柴油发动机的进气歧管的混合设备的放大的截面图；

图4是图3中示出的一组涡流产生部件在封闭在壳体内之前的透视总图。

图5是在图4中示出部件组装后的透视图。

图6A是根据一个实施例的在混合设备中使用的喷嘴的透视图。

图6B是在图6A中示出的喷嘴的截面图。

图7是图3的混合设备的透视图。

在所有附图中，相同的附图符号和描述表示类似的但不必须相同的元件。

具体实施方式

下面描述说明性的实施例和方面。当然将理解在任何这种实际实施例的开发中，必须进行多种特定实施的决定，以实现开发者的特定目的，例如依从于系统相关的和业务相关的约束，这些目的由一种实施到另一种实施将会改变。此外，将理解这种开发努力可能复杂并且费时，但是，虽然如此其应对于受益于此公开的本领域普通技术人员是常规任务。

如在整篇说明书和权利要求中所使用的，术语“预燃烧室”指不是燃烧区的区域。如在说明书(包括权利要求)中所使用的词语“包括”和“具有”具有与“包含”相同的含义。

现在转向附图，并且具体参考图1-2，它们示出了柴油发动机10的一个实施例。如受益于这种公开的本领域普通技术人员已知，柴油发动机10可以包括多个标准部件。例如，图1-2的柴油发动机10包括气缸体12。在气缸体12内的至少一个气缸筒可以包括一个或多个燃烧室，例如一个或多个气缸14。例如活塞16的往复构件布置在一个或多个气缸14的每个内。活塞16通过连杆20连接到曲轴18。一个或多个阀20、22在柴油机循环期间的一定时刻开启和关闭，以引入空气和燃料，并且排放燃烧产物。新鲜空气和燃料可以通过第一通路26经过第一阀20进入气缸14，并且废气可以通过通向排气通路28的第二阀22离开气缸14。柴油发动机可以通常根据在上文中描述的已公知的原理运行，以通过在气缸14内燃烧柴油燃料而基于柴油燃料做功。然而，虽然标准柴油发动机不包括火花塞，但根据一个实施例，例如火花塞24的点火源可以延伸到每个气缸14内或者与每个气缸14相关联。包括火花塞24或其他点火源的一些原因被在下文中讨论。其他已知的部件也可以包括柴油发动机10的零件。

图1示出了柴油发动机10的进气冲程。第一阀20向第一通路26打开。当活塞16缩回时，柴油燃料和空气的预混合物被吸入到气缸14内。图2示出了柴油发动机10的压缩冲程。阀20、22关闭，并且活塞16压缩气缸14内的空气和燃料混合物。在通常的柴油发动机中，活塞16仅压缩在气缸14内的空气，并且被加压的柴油燃料通过燃料喷射器直接喷射到气缸内。另外，压缩趋向于产生足够的热量和压力，以使气缸内柴油燃料和空气的标准混合物自燃。但是，根据在此讨论的一个实施例，柴油燃料不是被喷射的燃料，而是，柴油燃料和氧化剂在进入气缸14或其他燃烧室前被预混合。此外，根据一些实施例，期望的是，高达大约15:1，超过大约21:1，高达25:1，甚至达到40:1或更高的压缩比不引起预混合的柴油燃料和氧化剂自燃。因此，根据一个实施例，火花塞24或其他点火源与气缸14相关联以使燃烧开始。

像40:1这样高或更高的发动机的压缩比不会导致自燃的一个原因是将柴油燃料和氧化剂的非常细微的均质混合物供给到发动机10。根据一个实施例，柴油发动机10包括混合设备并且通过该混合设备供应燃料，该混合设备可以将柴油燃料的大多数的微粒尺寸减小到50μm或更小。根据一个实施例，混合设备可以将柴油燃料的大多数的微粒尺寸减小到20μm或更小，例如，混合设备可以将柴油燃料的至少80％-95％雾化成大致1至3μm或更小尺寸的微粒。混合设备例如可以包括预燃烧柴油燃料混合装置100。预燃烧柴油燃料混合装置100可以向内燃机或其他装置提供预混合的柴油燃料和氧化剂的供给。图1-3图示了完全组装的预燃烧柴油燃料混合装置100的截面图。图3是预燃烧柴油燃料混合装置100的放大图，下文中主要参考该图以便清楚地识别所描述的元件。

如在图3中示出，根据一个实施例，预燃烧柴油燃料混合装置100包括壳体102。壳体102大致刚性结构，它可以由金属、陶瓷、复合材料、塑料或其他材料制成。壳体102封闭多个内部部件，下文中描述这些部件。图7中示出壳体102的透视图。壳体102可以包括任何尺寸或形状，但是如在图7中所示，壳体102的一些实施例包括氧化剂入口部分104和涡流部分106。氧化剂入口部分104可以包括如在图7中示出的节气门主体。

回到图3，壳体102封闭第一预燃烧涡流室或第一级108。第一预燃烧涡流室108包括第一轴线109。多个成角度的通道110通向第一预燃烧涡流室108内。多个成角度的通道110便于在第一预燃烧涡流室108内产生涡流或涡漩。布置在壳体102内的第一氧化剂流引入路径112与第一预燃烧涡流室108流体连通。第一氧化剂流引入路径112向第一预燃烧涡流室108提供初级空气或氧化剂源。一组箭头114表示了空气或其他氧化剂流动通过第一氧化剂流动引入路径112进入到第一预燃烧涡流室108的方向。布置在第一氧化剂流动路径112中的第一阀116可以包括电控阀，以基于需求来调节进入第一预燃烧涡流室108内的空气的流量或流速。

通向到第一预燃烧涡流室108内的多个成角度通道110可以包括狭槽，它们形成在例如第一涡流轮118的轮上并且围绕轮的周边间隔开。图4的透视图中最清晰示出第一涡流轮118。第一涡流轮118可以包括大致刚性的结构并且可以由金属、塑料、陶瓷、复合材料或其他材料制成。第一涡流轮118与第一轴线109共轴。第一涡流轮118的成角度的通道110可以是非切向的并且非径向的。即，成角度的通道110包括与切线成大于零度并小于九十度(九十度是完全的径向或被居中的角度)的角。成角度通道110可以成大约十度到七十度之间的角度。成角度通道110可以在大约五度到五十度之间范围内。成角度通道110可以与切线成至少大约三十度。因此，成角度通道110趋向便于当空气引入到其中时在第一预燃烧涡流室108内产生涡流。当成角度通道110为非切向时涡流趋向于在第一轮118内部隔开。

根据一个实施例，第一涡流轮118邻近并且接触帽形件120。帽形件120一般为圆形并且连接到壳体102。帽形件120可以是半球形或盘形形状，并且部分地延伸到第一涡流轮118内。例如，帽形件120的球形部分122可以延伸到第一涡流轮118中央大致一半。帽形件120可以包括金属、塑料、陶瓷、复合材料或其他材料。如在图3-5中最好地示出，帽形件120可以与第一涡流轮118共轴。帽形件120也包括中心孔124，该中心孔124可以限定圆柱形腔。帽形件120的中心孔124可容纳例如燃料喷射器126的喷嘴。

根据一个实施例，燃料喷射器126可以与第一轮和帽形件120共轴。燃料喷射器126可以包括凸缘128，凸缘128将燃料喷射器126连接到帽形件120且形成密封。然而，燃料喷射器126的头部130插入帽形件120的中心孔124。中心孔124的直径和燃料喷射器126的头部130的直径具有在中心孔124的内表面和头部130的外表面之间留下环形间隙132的尺寸。燃料喷射器126也包括尾部134，该尾部134可以延伸到壳体102的外部。燃料喷射器126与燃料源流体连通。

根据一个实施例，燃料喷射器126可以包括入口135和多个流体或液体端口。例如，根据图6A-6B的实施例，燃料喷射器126包括轴向流动通道136和多个径向流动通道138，每个通道与入口135流体连通。根据图6A-6B的实施例，设有四个等距隔开的径向流动通道138。另外，燃料喷射器126可以包括一个或多个均压通气孔，例如通气孔140。通气孔140可以通过管道113(图3)与第一氧化剂流引入路径112流体连通，并且可以是一个与径向流动通道138的每个流体连通的通气孔140。因此，根据图6A-6B，设有四个通气孔140。大气通气孔140防止在径向流动通道138处产生压力差并因此防止在轴向流动通道136处产生压力差。通气孔140即使在正压情况(例如由于涡轮增压)中也在流动通道136、138处均衡压力。

回到图3-4，根据一个实施例，环形间隙132可以提供足够大的间隙，以消除对通过径向流动通道138(图6B)径向地离开头部130的流体的任何限制。即，径向流动通道138的尺寸或直径趋向于限制流量而非环形间隙132限制流量。燃料喷射器126径向布置在第一预燃烧涡流室108的圆周内部，并且在轴线109处将燃料引入到第一预燃烧涡流室108，而不是横向通过成角度通道110引入。

根据图1-7的实施例，第一涡流轮118布置为邻近第一输出喷嘴142并且可以接触它。第一输出喷嘴142与第一涡流轮118同轴地布置并且可以包括由金属、塑料、陶瓷、复合材料或其他材料制成的扩散喷嘴。第一输出喷嘴142可以包括半球形帽形件144，该帽形件144部分地延伸到第一涡流轮118内。围绕半球形帽形件144的唇部146可以提供用于第一涡流轮118的接触或安放表面。唇部146可以搁置在壳体102的内部突出部147上。因此，第一输出喷嘴142可以悬在壳体102内，如在图3中所示。

根据一个实施例，第一输出喷嘴142包括中心孔148，中心孔148向第一预燃烧涡流室108敞开。另外，第一输出喷嘴142包括多个以不同角度横向延伸通过其中的成角度的小通道。例如，根据图4的实施例，第一输出喷嘴142包括半球形帽形件144内的第一组成角度的通道150和在锥形尾部部分154内的第二组成角度的通道150，152。第一组和第二组成角度的通道150，152可以包括在顺时针和逆时针方向上引导流体的通道。在顺时针和逆时针两个方向上可以设置任何数量的通道，并且可以在每个方向上设置大致相等数量的通道，以便引起通过第一输出喷嘴142的非涡流或非旋转的流动。

根据一个实施例，第一输出喷嘴142通向第二预燃烧涡流室或第二级158。第二预燃烧涡流室与第一预燃烧涡流室108一起形成了两级涡流室。第二预燃烧涡流室158可以与第一轴线109同轴。第二预燃烧涡流室158大于第一预燃烧涡流室108，并且其半径可以至少为第一预燃烧涡流室108的半径的二倍大。第二多个成角度通道160通向第二预燃烧涡流室158内。第二多个成角度通道160便于在第二预燃烧涡流室158内产生涡流或涡漩。第二或次级氧化剂流引入路径162布置在壳体102内，并且与第二预燃烧涡流室158流体连通。次级氧化剂流引入路径162大于第一氧化剂流引入路径112。次级氧化剂流动路径162向第二预燃烧涡流室158提供空气或另一个氧化剂源。箭头164指示了空气或其他氧化剂到第二预燃烧涡流室158内的流动方向，以及通过第一输出喷嘴142内的圆锥形尾部部分154上的第二组成角度通道152的流动方向。布置在第二氧化剂流动路径162内的例如第二阀或蝶形阀166的阀可以包括电控或机械控制的阀，以基于需要调节进入第二预燃烧涡流室158内的空气流速。较大的次级氧化剂流动路径162和第二预燃烧涡流室158按需要容纳高流体流速。如果是机械控制的，则蝶形阀166可以通过线缆168连接到踏板或节气门，例如汽车的油门踏板170上。

根据一个实施例，通向第二预燃烧涡流室158内的多个成角度通道160可以包括狭槽，所述狭槽形成在另一个轮例如第二涡流轮172上，并且围绕该轮周边隔开。图4中最清晰地示出第二涡流轮172的透视图。第二涡流轮172可以是较大的轮，并且根据一些实施例至少为第一涡流轮118的二倍大。第二涡流轮172可以包括大致刚性的结构而且可以由金属、塑料、陶瓷、复合材料或其他材料制成。第二涡流轮172与第一轴线109共轴。第二涡流轮172的成角度通道160可以是非切向并且非径向的。成角度通道160包括与切线成大于零度并小于九十度的角。成角度通道160可以成大约十度到七十度之间的角度。成角度通道160可以在大约五度到五十度之间范围内。成角度通道160可以与切线成至少大约三十度。因此，成角度通道160趋向于便于当空气引入到其内时在第二预燃烧涡流室158内产生涡流。当成角度通道160为非切向时，涡流趋向于在第二轮172内部隔开。第二涡流轮172可以包括唇部174，唇部174带有向第一输出喷嘴142敞开的中心孔176，和多个较小的孔178。限制器板156可以布置在中心孔176内。限制器板156可以是弯曲的或漏斗形的，如在图4的实施例中示出。成角度通道160可以形成在从唇部174延伸出的悬臂形突出部175之间。

根据一个实施例，第二涡流轮172可以搁置在并且可以连接到封闭板180上。封闭板180可以与壳体102大致齐平并且包括与第一轴线109共轴的中心孔182。封闭板180的内环184可以支承第二或最后输出喷嘴186。第二输出喷嘴186和封闭板180可以包括大致刚性的结构，并且可以由金属、塑料、陶瓷、复合材料或其他材料制成。第二输出喷嘴186可以包括内部扩散喷嘴，如在图3中最佳地示出。第二输出喷嘴186可以包括大致圆柱形的外部部分188和外部唇部190，外部唇部190具有大于大致圆柱形部分188的直径的直径。大致圆柱形的外部部分188具有可滑入封闭板180的中心孔182内的尺寸，但外部唇部190限制了插入深度。外部唇部190包括大于中心孔182的直径的直径。根据一个实施例，第二输出喷嘴186横跨封闭板180并且部分地延伸到第二涡流轮172的内部内。根据一个实施例，第一和第二涡流室和以上描述的其他部件的一个或多个可以包括轴向对准的涡流组件。

根据一个实施例，第二输出喷嘴186通向预燃烧燃料混合装置100外，并且可以向燃烧室，例如气缸14，提供气态均质的柴油燃料和氧化剂的混合物。根据一个实施例，预燃烧柴油燃料混合装置100布置为邻近进气歧管194，该进气歧管将气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物分送到几个燃烧室，例如柴油发动机10的气缸14(图1)。另外，一些实施例包括在第二输出喷嘴186处的进气柱状物，例如圆锥形柱状物196。圆锥形柱状物196可以是进气歧管194的部分。然而，根据一些实施例，圆锥形柱状物196也可以是预燃烧柴油燃料混合装置100的部分并且连接到该装置100上。

根据一个实施例，圆锥形柱状物196与第一轴线109共轴。圆锥形柱状物196可以由金属、塑料、陶瓷、复合材料或其他材料制成。圆锥形柱状物196可以趋向于使在第一或第二预燃烧涡流室108或158内形成的涡流居中或保持该涡流。形成在第一或第二预燃烧涡流室108或158内的涡流的居中和保持可以有助于将燃料雾化并混合到气态均质燃料和氧化剂的预混合物内。通过圆锥形柱状物196居中的涡流也趋向于均匀地将气态均质的燃料和氧化剂的预混合物分送到通向燃烧室的进气歧管194的各个进气通路(例如在图1—2中示出的通向气缸14的第一通路26)的每个内。

圆锥形柱状物196可以呈现为许多形式。根据一个实施例，圆锥形柱状物196包括至少两个不同的坡度。例如，第一圆锥形表面198可以具有第一坡度，并且第二圆锥形表面200可以具有第二坡度，该第二坡度比第一坡度更陡。然而，根据一个实施例，圆锥形柱状物196可以具有单一的坡度，并且根据一些实施例第二圆锥形表面200可以由圆柱形表面替代。如在图1—7的实施例中示出，圆锥形柱状物196在第一和第二圆锥形表面198、200之间可以包括外围唇部202。外围唇部202可以提供用于从由涡流造成的气态均质柴油燃料和氧化剂的预混合物落下的任何液体的收集区。当气态均质的柴油燃料和氧化剂流经过圆锥形柱状物196时，它趋向于自身“拉动”一些在外围唇部202处收集的液体。

根据一个实施例，壳体102可以限定例如水冷套103的换热器。水冷套103与柴油发动机的冷却系统流体连通，并且布置在第一预燃烧涡流室108周围。水冷套103包括壳体102的内部流体通路，并且可以加热流过第一氧化剂流引入路径112的氧化剂。水冷套103主要冷却发动机并且在大约190至212℉的温度下以稳态状态运行。

根据一些方面，预燃烧柴油燃料混合装置100使柴油燃料与氧化剂混合的方法更容易。例如，一些方面提供了为柴油发动机供给燃料的方法。根据一个方面，通过轴向引入燃料到氧化剂涡流中而将柴油燃料与氧化剂混合。例如，柴油燃料可以通过燃料喷射器126而轴向地引入到第一和第二预燃烧涡流室108、158的任一个内或两者内。在一些情况中，发动机作用引起真空以将空气或其他氧化剂吸入到第一和第二预燃烧涡流室108、158的一个或两个内。在一些情况下，例如当使用涡轮增压器时，发动机作用产生正压以将空气或氧化剂推入到第一和第二预燃烧涡流室108、158中的一个或两个内。在空气被吸出或推入第一和第二预燃烧涡流室内时，成角度通道110、160在第一和第二预燃烧涡流室108、158的每个内的布置产生涡流。此外，根据一个实施例，在第一和第二预燃烧涡流室108、158的任一个内产生的涡流通过自然连接到圆锥形柱状物196而被保持和居中。

根据一个实施例，柴油燃料被轴向地(与切向地或径向地或横向地通过圆周向的狭槽相对，例如成角度通道110、160)引入到第一和第二预燃烧涡流室108、158内，以打碎或雾化燃料并且产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物。根据一个实施例，雾化作用是在与外壁隔开的轴向区域内(在成角度通道110、160处)。

根据一些实施例，气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物从第一和/或第二涡流室108、158吸入燃烧室，例如气缸14内。根据一个实施例，燃料或氧化剂都不被喷射或不受压喷射到气缸14内。相反，根据一个实施例，燃料和氧化剂的预混合物通过真空(例如，通过活塞16在气缸14内的往复而产生)吸入到气缸14内。因此，在气缸14内可以防止通常伴随柴油燃料喷射系统的冲击波。此外，通过真空吸入到气缸14内的柴油燃料和氧化剂的预混合物可以更可能均匀地在气缸14内分布以填充真空。然而，根据一个实施例，柴油燃料和氧化剂的预混合物可被加压并且喷射到气缸14内，特别是通过涡轮增压器或增压器进行。然而，甚至省略了在气缸14处的燃料喷射器的正压力实施例也继续使气缸14内的冲击波的发生最小化。

根据一些实施例，第一涡流室108或单独地或与第二涡流室158结合运行。例如，布置在第二氧化剂流动路径162中的蝶形阀166通常可以是关闭的(但可以允许小量的氧化剂由此浸出和进入，例如，通过第一输出喷嘴142的成角度通道152)。阀116和燃料喷射器126可以通过电或机械协调来运行，以基于需要和/或发动机速度提供燃料和氧化剂的可燃比。根据一个实施例，第一涡流室108包括高真空、低流速的涡流室，并且因此当发动机需要低流速的气态均质柴油燃料和氧化剂时阀116通常开启。第一涡流室108也可以包括正压力、低流速涡流室，因为大多数柴油发动机包括涡轮增压器或增压器。阀116可以无限地可调节，以提供对于引入的燃料合适量的氧化剂。

根据一个实施例，当燃烧需要要求可以合理地提供比第一氧化剂流动路径112更高流速的气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物时，蝶形阀166也可以开启。例如，在一个实施例中，第一氧化剂流动路径112可以提供其范围在大约0至262lbm/hr的气团流速。与第一氧化剂流动路径112可以提供到第一预燃烧涡流室108内的氧化剂的流速相比，第二氧化剂流动路径162可以提供流速更高的氧化剂进入到第二预燃烧涡流室158。因此，第二预燃烧涡流室158可以包括低真空、高流速的涡流室。而作为涡轮增压或增压的结果，第二预燃烧涡流室158也可以包括正压力、高流速涡流室。在一个实施例中，第二氧化剂流动路径162可以提供其范围在0至1400lbm/hr的气团流速。在其他实施例中，第二氧化剂流动路径162可以提供大于1400lbm/hr的气团流速。“低”流速指低于大约262lbm/hr的质量流速度。“高”流速指高于大约262lbm/hr的质量流速度。蝶形阀166也可以被无限地调节，以提供对于引入的燃料的合适量的氧化剂。在一个实施例中，蝶形阀166仅在阀116完全开启后才开启。因为在一些实施例中第一和第二预燃烧涡流室108、158轴向对准，所以相同的燃料喷射器126可以提供燃料到两个室。然而，受益于公开的本领域普通技术人员将理解，以上所述的流速范围在本质上是示例的，并且流动路径112、162也可以被改变为提供其他流动范围。

根据一个实施例，通过第一和第二氧化剂流动路径112、162的流动是加和性的。即，当阀116完全开启并且需要附加的流动容量时，蝶形阀166也开启。例如，在一个实施例中，阀116可以调节流速在大约0至262lbm/hr之间，蝶形阀166可以开启以将流速容量从262lbm/hr增加到1400lbm/hr或更高。根据一个实施例，蝶形阀166机械地连接到汽车的油门踏板170，使得当油门踏板被压下到预定的水平或满足预定的氧化剂要求阈值时，阀116完全地开启并且蝶形阀166开启。然而，根据一个实施例，阀116和蝶形阀166可以每个仅部分地开启。

根据一个方面，预燃烧柴油燃料混合装置100在运行中，处于第一氧化剂流动引入路径或源112内的阀116开启。氧化剂进入第一预燃烧涡流室108并且产生涡流。柴油燃料被引入到第一预燃烧涡流室108的涡流中心内，这将雾化燃料并且产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物。气态均质的柴油燃料和氧化剂预混合物通过第一出口喷嘴142、通过第二预燃烧涡流室108、并且从第二出口喷嘴186出去。根据一些可包括圆锥形柱状物196的实施例，气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物流均匀分布通过进气歧管194，并且在真空下被抽吸或在正压下被引入到一个或多个气缸14或其他燃烧室内。

根据一个方面，预燃烧柴油燃料混合装置100在运行中，处于第二氧化剂流动引入路径或源162内的蝶形阀166开启。氧化剂进入第二预燃烧涡流室158并且产生涡流。柴油燃料被引入到第二预燃烧涡流室158的涡流中心内，这将雾化燃料并且产生气态均质的柴油燃料和氧化剂的预混合物。气态均质的柴油燃料和氧化剂预混合物通过第二出口喷嘴186，并且均匀分布通过在进气歧管194，并且在真空下被抽吸或在正压下被喷射到一个或多个燃烧室内，例如气缸14。

根据一个方面，预燃烧柴油燃料混合装置100运行以向汽车供给燃料并且改变空燃比。例如，在一个实施例中，阀116、166自动地(电子程序或机械控制地)操作，以基于发动机速度和发动机负荷而改变空燃比。在一个实施例中，监测进气歧管绝对压力，该绝对压力表示发动机的负荷。

在一个实施例中，空燃比的自动变化可以遵循查表的参数、公式或其他特征。在一些情况中，化学计量空燃比被认为是理想的。然而，在非化学计量空燃比下，一些发动机状况可能导致更好的燃料效率，更大的功率或其他理想的操作特性。对于柴油，化学计量空燃比大约为14.3至14.5:1。即，取决于柴油燃料的成分，柴油和空气的化学计量混合物对于每一份柴油包括14.3至14.5份的空气。然而，根据一些实施例，运行预燃烧柴油燃料混合装置100以改变空燃比。一般地，根据一些方面，在可能包括怠速或公路巡航状况的减少负荷时，空燃比趋向于增加，在一些状况中，增加到远高于化学计量比的空燃比。另一方面，在较高的负荷下，空燃比可以降低，有时降低到化学计量比以下。

已呈现的前述的描述仅用于示例和说明以下要求的原理的某些方面、实施例和例子。不可认为其论述详尽或者将已描述的原理限定到任何公开的精确形式。根据上述的教示可进行许多修改和改变。这些修改由发明人构思并且在权利要求的范围内。通过下述的权利要求限定所描述的原理的范围。应将理解，附图和随附正文本质上为示例性而非限定性。例如，预燃烧柴油燃料混合装置可以与任何柴油发动机配合使用，其不限于与图1-2中示出的发动机10一起使用。

Claims (43)

1.一种向柴油发动机供给燃料的方法，包括：

向柴油发动机供给燃料，该供给燃料包括：

在第一预燃烧涡流室内产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物，该第一预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线，其中产生所述气态均质的预混合物包括沿着所述周边供应所述氧化剂，和沿着所述中心轴线将所述柴油燃料供应到所述氧化剂中；

将柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物从所述第一预燃烧涡流室引入到燃烧室内。

2.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，进一步包括使燃烧室内的冲击波最小化。

3.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，进一步包括防止燃烧室内的冲击波。

4.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，进一步包括：在所述燃烧室中用点火源点燃柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物。

5.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，其中，产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物包括：

在第一预燃烧涡流室内绕着所述中心轴线产生氧化剂涡流；

将柴油燃料雾化并且在第一预燃烧涡流室的轴向区将柴油燃料和氧化剂混合。

6.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，其中，产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物包括：

在第一预燃烧涡流室内绕着所述中心轴线产生氧化剂涡流；

将柴油燃料雾化并且将柴油燃料和氧化剂混合；

其中，产生氧化剂涡流包括：将氧化剂沿着第一预燃烧涡流室的周边通过多个流体通路、成非切向、非径向的角度引入到第一预燃烧涡流室内。

7.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，其中，产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物包括：

提供初级氧化剂引入路径；

提供次级氧化剂引入路径；

当达到预定的氧化剂要求阈值时，将次级氧化剂引入路径中的阀开启；

在第二预燃烧涡流室内以来自次级氧化剂引入路径的流体流产生氧化剂涡流；

在氧化剂涡流的轴线处将柴油燃料引入；

将柴油燃料雾化并且将柴油燃料与氧化剂混合。

8.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，其中，产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物包括：

提供初级氧化剂引入路径；

提供次级氧化剂引入路径；

当达到预定的氧化剂要求阈值时，将次级氧化剂引入路径中的阀开启，并且使初级氧化剂引入路径中的阀保持开启；

在第二预燃烧涡流室内以来自次级氧化剂引入路径的流体流产生氧化剂涡流；

在氧化剂涡流的轴线处引入柴油燃料；

将柴油燃料雾化并且将柴油燃料与氧化剂混合。

9.根据权利要求1所述的向柴油发动机供给燃料的方法，进一步包括：基于发动机速度和发动机负荷改变柴油燃料的气态均质的预混合物的空燃比。

10.一种柴油发动机设备，包括：

柴油发动机，所述柴油发动机包括：

气缸体；

布置在气缸体内的一个或多个燃烧室；

布置在所述一个或多个燃烧室的每个内的往复构件；

流体连接到所述一个或多个燃烧室的预燃烧柴油燃料混合装置；

其中，所述预燃烧柴油燃料混合装置包括：

壳体；

由壳体封闭的第一预燃烧涡流室，该第一预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线；

围绕第一预燃烧涡流室的周边通向到第一预燃烧涡流室内以用于产生氧化剂涡流的多个成角度通道；

与第一预燃烧涡流室流体连通、沿着所述中心轴线进入氧化剂涡流中的第一氧化剂流体流动路径。

11.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，进一步包括延伸到所述一个或多个燃烧室的每个内的点火装置。

12.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，进一步包括与所述一个或多个燃烧室的每个相关联的火花塞。

13.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，其中，预燃烧柴油燃料混合装置包括：

由壳体封闭的并且与第一预燃烧涡流室轴向对准的第二预燃烧涡流室，所述第二预燃烧涡流室大于第一预燃烧涡流室，该第二预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线；

围绕第二预燃烧涡流室的周边通向到第二预燃烧涡流室内以用于产生氧化剂涡流的多个成角度通道；

与第二预燃烧涡流室流体连通、沿着所述中心轴线进入氧化剂涡流中的第二氧化剂流体流动路径。

14.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，其中，所述成角度通路为非切向并且非径向。

15.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，进一步包括从第一预燃烧涡流室引出的第一扩散喷嘴，该第一扩散喷嘴包括多个通道，所述多个通道与所述多个通向到第一预燃烧涡流室内的成角度通道反向成角度。

16.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，进一步包括邻近预燃烧柴油燃料混合装置的出口的圆锥形柱状物。

17.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，其中，预燃烧柴油燃料混合装置包括：

由壳体封闭的并且与第一预燃烧涡流室轴向对准的第二预燃烧涡流室，该第二预燃烧涡流室大于第一预燃烧涡流室，该第二预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线；

围绕第二预燃烧涡流室的周边通向第二预燃烧涡流室内以用于产生氧化剂涡流的多个成角度通道；

与第二预燃烧涡流室流体连通、沿着所述中心轴线进入氧化剂涡流中的第二氧化剂流体流动路径；

容置阀的节气门主体，其中，所述阀控制通过第二氧化剂流体流动路径的流体流动。

18.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，进一步包括与第一预燃烧涡流室和第二预燃烧涡流室大致轴向对准的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括轴向流动通道和多个径向流动通道。

19.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，进一步包括涡轮增压器，其中，预燃烧柴油燃料混合装置流体地连接在该涡轮增压器和所述一个或多个燃烧室之间。

20.根据权利要求10所述的柴油发动机设备，其中，预燃烧柴油燃料混合装置进一步包括布置在壳体的圆柱形腔内并且与第一和第二预燃烧涡流室流体连通的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括液体流动通道和在液体流动通道和第一氧化剂流体流动路径之间流体连通的均压通气孔。

21.一种用于运行发动机的方法，包括：

运转柴油发动机，该运转柴油发动机包括：

在第一预燃烧涡流室内产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物，该第一预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线，其中产生所述气态均质的预混合物包括沿着所述周边供应所述氧化剂以产生氧化剂涡流，和沿着所述中心轴线将所述柴油燃料供应到所述氧化剂涡流中；

使该柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物流入到柴油发动机的燃烧气缸内；

将该柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物在燃烧气缸内以至少大约15∶1的压缩比由活塞压缩，而不引起柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物的自燃；

利用花火产生构件点燃压缩的柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物。

22.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，其中，所述点燃包括使用火花塞在气缸内产生火花。

23.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，进一步包括：在气缸内以大于21∶1的压缩比由活塞压缩柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物，而不引起柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物的自燃。

24.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，进一步包括：在气缸内以至少25∶1的压缩比由活塞压缩柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物，而不引起柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物的自燃。

25.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，其中，产生柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物包括：维持可燃混合物同时将柴油燃料减小到平均微粒尺寸，使得在气缸内以至少25∶1的压缩比由活塞压缩柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物而不引起柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物自燃。

26.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，进一步包括：在气缸内以至少30∶1的压缩比由活塞压缩柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物而不引起柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物自燃。

27.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，进一步包括：在气缸内以至少40∶1的压缩比由活塞压缩柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物而不引起柴油燃料和氧化剂的气态均质的预混合物自燃。

28.根据权利要求21所述的用于运行发动机的方法，进一步包括：基于发动机速度和发动机负荷改变柴油燃料的气态均质的预混合物的空燃比。

29.一种设备，包括：

柴油发动机燃料预混合装置，所述柴油发动机燃料预混合装置包括：

两级涡流室，其中，第一级与第一氧化剂流动路径流体连通，并且第二级与分开的第二氧化剂流动路径流体连通，其中所述第一级包括第一预燃烧涡流室，该第一预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线，其中来自第一氧化剂流动路径的氧化剂沿着所述周边引入到第一预燃烧涡流室以产生氧化剂涡流；

圆周向地布置在第一级和第二级内部的燃料喷射器，该燃料喷射器沿着所述中心轴线将柴油燃料供应到氧化剂涡流中；

流体连接到柴油发动机预混合装置的柴油发动机。

30.根据权利要求29所述的设备，其中，柴油发动机包括火花塞。

31.根据权利要求29所述的设备，其中，第一级、第二级和燃料喷射器大致共轴。

32.根据权利要求29所述的设备，其中：

第一预燃烧涡流室包括低流速涡流室；

第二级包括比第一级更大的容积并且包括高流速的涡流室。

33.根据权利要求29所述的设备，进一步包括布置在通到第一级的出口处的第一喷嘴，该第一喷嘴包括布置在涡流方向和与涡流方向相对的方向上的若干流体通道，用于将由第一级雾化的流体以一般非旋转的流动引导。

34.根据权利要求29所述的设备，进一步包括在第二级的出口处的扩散喷嘴。

35.根据权利要求29所述的设备，进一步包括邻近柴油发动机预混合装置布置的柱状物，用于使在第一级或第二级内产生的涡流居中。

36.根据权利要求29所述的设备，其中，燃料喷射器包括轴向口和径向口，用于将燃料喷射到第一级和第二级内。

37.根据权利要求29所述的设备，其中，所述装置在导向第一级和第二级的氧化剂流体流动之间可无限地调节。

38.根据权利要求29所述的设备，其中，第一氧化剂源向第一级打开，直至达到预定的流速，并且当达到所述预定的流速时打开第二氧化剂源。

39.根据权利要求29所述的设备，进一步包括在两级涡流室的第一级周围布置的水套。

40.一种向柴油发动机供给燃料的方法，包括：

向柴油汽车供给燃料，

所述方法还包括：

在预燃烧涡流室中将柴油燃料与氧化剂预混合，该预燃烧涡流室具有大致圆柱形的形状，该形状带有周边和中心轴线，所述预混合包括将氧化剂沿着所述周边通过多个开口供应到预燃烧涡流室以产生氧化剂涡流，和将柴油燃料沿着所述中心轴线引入氧化剂涡流中以产生预混合的柴油燃料和氧化剂混合物；

将该预混合的柴油燃料和氧化剂混合物输入到所述汽车的燃烧室内而不促使另外的柴油燃料进入燃烧室内。

41.根据权利要求40所述的向柴油发动机供给燃料的方法，其中，所述预混合包括：

提供串联的第一涡流室和第二涡流室，其中，使仅第一涡流室、或第一涡流室和第二涡流室二者都接收氧化剂的供应，其中，该氧化剂以一定角度进入所述第一涡流室和第二涡流室并且产生氧化剂涡流；

提供燃料喷射器并且沿着所述中心轴线将柴油燃料轴向地喷射入由第一涡流室或第二涡流室的任一个涡流室产生的氧化剂涡流中。

42.根据权利要求40所述的向柴油发动机供给燃料的方法，其中，所述预混合包括：使氧化剂涡流绕着所述中心轴线居中和保持氧化剂涡流。

43.根据权利要求40所述的向柴油发动机供给燃料的方法，还包括：在将预混合的柴油燃料和氧化剂混合物输入到所述燃烧室内之前，将预混合的柴油燃料和氧化剂均匀地分布到歧管内。

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