CN103670819A

CN103670819A - 尾气低排放内燃机原理结构与工艺技术

Info

Publication number: CN103670819A
Application number: CN201310193568.5A
Authority: CN
Inventors: 辛永传; 辛乐; 辛永舰; 路明杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明采用空气压力分解有害混合汽来提纯氧气向气缸压入的方式杜绝内燃机缺氧燃烧形成污染废气，使用控制器程序、根据传感器采集汽车道路通行状况、运行速度、负载大小、气缸温度、压力的瞬间信息变化，将燃油、曲轴箱窜汽、氧汽、氢汽由各自电磁阀控制输入的时间，数量，相互比例；与火花塞的点火时间形成联动，让燃烧室每一次燃烧：控制在氧气充足燃料无剩余的可靠全部燃净，来完成汽车尾气净化的低排放任务。

Description

尾气低排放内燃机原理结构与工艺技术

技术领域：本发明属于为解决内燃机尾气排放污染控制范畴；现实状况是汽车制造业的高速蓬勃发展，狭小城市空间汽车拥有量的翻倍剧增，内燃机设计技术没法改变油箱排放6％、化油器排放9％、曲轴箱排放20％、尾气排放65％造成一百四十多种PM2.5、PM1.0有害物质的严重环境污染问题。

背景技术：由于人们对于内燃机设计认识的局限性，尽管减少汽车尾气污染的努力始终没有放弃，在安装废气处理装置上：曲轴箱与进气管密闭，把窜入曲轴箱的烃类可燃气体重新输送回气缸燃烧；将尾气部分输送进进气管，降低碳氢化合物、氮氧化合物的生成；应用金属氧化物(氧化锰与氧化铜、氧化铬与氧化铜、氧化镍与氧化铜等)与铂、鈀等贵金属一起作催化剂，对于排气管中的碳氢化合物(致癌物)、氮氧化合物(刺激鼻眼喉、造成肺气肿、)、一氧化碳通过二次通风加氧进行还原；对排气门进行空气喷射与热交换、使高温废气没有燃尽的一氧化碳、碳氢化合物、甲醛、二氧化硫与空气在排气管内发生氧化反应；碳烟微粒PM2.5、PM1.其内含燃料油添加剂、携出剂(溴乙烷)：铅、锂、铁、镍、铬等漂浮物；推迟点火或者喷油时间，使气缸内氮和氧在高温条件下来不及形成氮化物；使用燃油稀薄混合汽，分层燃烧，让碳氢化合物、一氧化碳在膨胀过程增加燃烧时间和机会；使用无铅汽油、用甲醇作为汽油抗爆剂，瑞典用铁化合物替代铅作为汽油抗暴剂，探索研究乙醇(酒精)、甲醇、氢气、天然气、页岩汽、电能、太阳能替代燃料油。对于汽车加强维修保养提高性能(降低污染30-40％)、让汽车尽可能等速运行，来减少怠速、加速、超速、减速、大负荷、超负荷的运行使用状况。作为有潜力的治理尾气方法成为现代汽车使用的各项总和未能发挥实效。客观上尾气污染依旧有增无减，日趋恶劣强化的雾霾威胁着人们的生存。

四行程内燃机燃烧室的瞬间高温可达2200-2700℃的热平衡：由可燃气体爆发产生热量作用活塞、推动曲轴有效运转输出的功占20-30％，由排放废气带走的热量占20-30％，由冷却液介质带走热量占20-25％，由燃料不完全燃烧炭粒、非燃气体带走热量占6-13％，其他辐射、对流、风冷交换带走的热量占7-16％。

内燃机完全燃烧汽油与空气的体积比例約为1∶10000；柴油燃烧需要的比例更大些。四行程内燃机换汽从排气门开启至进气门关闭約占曲轴转角380°-450°；排气压力汽油机为850-1200KPa，柴油机为700-1000KPa；废气排放流速500-600米/秒；废气排出量中占总燃烧气体的60％，排气门提前角40°-80°；残余废气系数汽油机为0.06-0.16，柴油机为0.03-0.06；进气门提前角10°-30°；排气门迟闭与进汽门早开的重叠角20°-60°；曲轴有效做功角度約为60°-80°，充气系数汽油机为0.70-0.80。柴油机为0.80-0.88；内燃机平均指示压力汽油机为700-1200KPa，柴油机为700-1000KPa；过量空气系数为0.35-1.40(柴油机为2)；指示热效率汽油机为0.28-0.35，柴油机为0.42-0.48；曲轴输出单位功燃烧燃料汽油机为245-300g/KW.h，柴油机为175-205g/KW.h；气缸内燃料燃烧损失理论计算循环热效率61％、实际循环热效率仅为45％(减少26％)；空气过滤器增加进气阻力降低充气系数导致内燃机功率下降2-4.5％；1千克柴油完全燃烧所能释放出的热量为42500KJ，1千克汽油完全燃烧所能释放出的热量为38000KJ，柴油中含碳量88％、含氢量为12％，汽油中含碳量85％、含氢量15％；汽油的低燃烧值44×10-6kj/kg，酒精的低燃烧值25×10-6kj/kg，柴油的低燃烧值41×10-6kj/kg，汽油混合气和酒精热值大约为3.85×10-6j/mm²，空气中氮气約占78.09％，氧气約占20.95％；氩气占0.95％、其它氡、氦、氖、氪、氙、等微量气体及其杂质約占0.03％。内燃机燃烧排放尾气污染的根本原因是：怠速、加速、超速、减速、大负荷、超负荷的运行使用状况频繁更迭、导致燃烧室燃料由于缺氧燃烧不完全，设计的内燃机技术没有完全跟随汽车的工作状况条件变更、而变化提供可燃气体混合汽中的氧汽、燃料的适合比例、造成的尾气污染成为不可扭转。

发明内容：给予空气压力使用分子筛分离氧气与氮气、用内燃机上部高温控制水分离氧气与氢气，通过调频调速氧气泵供给气缸内(氢气提供给油箱通气孔满足抽油泵造成的负压)，来解决空气中有害混合汽(氮、铅、锂、铁、镍、铬等微粒漂浮物)不加选择的输送进气缸内，让控制器根据发动机的怠速、加速、超速、减速、大负荷、超负荷、山坡、下坡的运行使用状况，用程序控制提供内燃机最佳燃烧条件需要的氧汽、燃料各项中的数量及其混合比例，用传感器检测气缸的温度、压力、存氧量由控制器直接控制到：每一个气缸需要提供的曲轴箱窜汽量、燃料油量、氧气量、氢气量分项数量和比例；完成由排放废气带走的热量占20-30％，由冷却液介质带走热量占20-25％，由燃料不完全燃烧可燃气体、微粒、烟雾带走热量占6-13％，其他辐射、对流、风冷交换带走的热量占7-16％达到最小化。

附图说明：图1尾气低排放内燃机结构原理与工艺技术的附图；本发明：由调频调速空气风扇、分子筛氮氧分离器、氧输送汽路单向阀(三个)、供氧电磁阀形成氧气控制提供回路；由水箱、滴水控制电磁阀、氢氧分子筛分离器、氢气回路单向阀(两个)、供氢电磁阀控制回路；由燃油泵、燃油控制回路单向阀(两个)、供油电磁阀控制回路；由曲轴箱窜汽供碳氢混合汽输送泵、单向阀、碳氢控制供给电磁阀回路；以及汽车电子控制器、各种传感器、执行器组成；共同完成汽车尾气低排放的内燃机工作任务。

具体实施方式：选择最适合汽车运行的道路条件，让优秀驾驶员操作控制汽车行驶，用传感器采集汽车内燃机气缸温度、压力、燃料油、氧气、曲轴箱窜汽等等项目的使用消耗数量指标，作为控制器程序设计的依靠标本；分别计算汽车怠速、加速、超速、匀速、减速、大负荷、超负荷、山坡、下坡运行道路条件下的燃油空气需求供应的物理数值，作为本发明内燃机运行的修正参数提供给各个气缸控制器，让内燃机工作在最佳燃料油、氧气、曲轴箱窜汽提供的可靠保证条件。使燃料油、曲轴箱窜汽、在氧混合汽大于1的燃烧条件下进行燃烧。使内燃机气缸内形成无废气，来降低尾气的有害排放。

Claims

1.本发明由调频输气扇加压空气给予分子筛进行氮气与氧气分离器；水的控制阀(根据燃油箱压力)采用内燃机热蒸发氢与氧分离器组成由调频输氧泵把氧汽供应气缸燃烧室使用；氢汽供给燃油箱完成填充燃油泵抽取油料形成的负压；剩余氢汽提供给气缸燃烧室做燃烧功能使用。

2.本发明由单片机控制程序根据从汽车传感器采集汽车道路通行状况、运行速度、负载大小、气缸温度、压力的瞬间信息变化，将燃油、曲轴箱窜汽、氧汽、氢汽由各自电磁阀控制输入的时间，数量，相互比例；与火花塞的点火时间形成联动，让燃烧室每一次燃烧：控制在氧气充足燃料无剩余的可靠全部燃净的完成。

3.本发明内燃机采取无排气孔汽缸盖的技术措施，让内燃机燃烧室形成高压的完全燃烧氧与碳反应形成甲醛瞬间急促爆发热量；驱动活塞带动曲轴做功达到最大化的效果；对于燃油、曲轴窜气碳氢混合可燃气、氧气、氢气，实行充足氧供应条件下的节要燃料供给方法，控制火花塞点火、使内燃机做功后燃烧室只有高温水蒸发气体，为下一步的每一次燃烧爆发做功提供可靠的气缸燃烧室混合气的有效条件；来防止气缸缺火、叠加供油爆震、爆燃的发生，以此提高内燃机的机械工作效率，延长内燃机的有效工作使用寿命。

4.本发明由内燃机的四行程转变为二行程燃烧工作形式减少活塞两次行程：从混合可燃汽燃烧爆发、膨胀、推动活塞驱动曲轴输出做功；到将燃油、曲轴箱窜汽、氢汽、氧汽、分时、分段强制供给、强制压缩；火花塞点火的循环工作模式。来消除原来四行程活塞环与气缸壁的(二次)摩擦消耗的无效工作循环，减少、活塞、连杆、曲轴机构机械往返运行消耗一半的无效工作量，及其摩擦发热所造成的内燃机热效率转换机械摩擦发热损失、活塞与气缸壁、曲轴与连杆的空耗摩擦损失，由活塞四行程到活塞二行程的内燃机工作模式转变，从机械运动消耗来衡量、完成燃油燃烧热效率提高50％的有效转变，来提高汽车燃油的可靠性、动力学、经济性、减少尾气排污性。

5.本发明采用氢汽注入燃油箱量方式来满足燃油泵抽取燃油造成储油箱负压，消除原来内燃机设计的燃油箱通气孔与大气相通，造成燃油蒸发排放6％的燃油无效消耗量、从氢气输送内燃机的油箱连接方法上，等于消除每一辆汽车耗油6％的节约功效。

6.本发明采用先选择氧气直接供给内燃机燃烧、排除空气氮气約占78.09％的成分进入气缸内，采取消除排出废汽、造成尾气排放65％带走的热量，带来内燃机燃烧热效率至少提高45％以上的经济效益。

7.本发明采用先选择氧气直接供给内燃机燃烧、排除空气碳烟微粒PM2.5、PM1.其内含燃料油添加剂、携出剂(溴乙烷)：铅、锂、铁、镍、铬等漂浮物重复进入气缸内燃烧室燃烧加热；从空气碳烟微粒PM2.5、PM1的角度衡量，由燃料不完全燃烧炭粒、非燃气体带走热量占6-13％的消耗，可以被节约下来，作为节能环保的措施值得实施。

8.本发明采用先选择氧气直接供给内燃机燃烧、排除空气氮气約占78.09％的成分进入气缸内，排除空气碳烟微粒PM2.5、PM1.其内含燃料油添加剂、携出剂(溴乙烷)：铅、锂、铁、镍、铬等漂浮物重新进入气缸内燃烧室；氮气作为非可燃气燃烧消耗氧气燃料；燃油添加剂、携出剂(溴乙烷)：铅、锂、铁、镍、铬，作为有害成分消耗内燃机燃烧能量，经过改进内燃机原来结构、功能、原理：使原来相同的气缸设计尺寸，应用在现在氧气直接供给的内燃发动机尾气低排放设计上，为汽车内燃机输出有效可靠功率，扭矩增长数倍，打下了燃油内燃机汽车科学技术进步的基础。

9.本发明经过改进原有内燃机混合汽供应原理使曲轴输出有效可靠功率，扭矩增长数倍。欲使汽车内燃机保持原有的功率，可以缩小气缸尺寸，总体降低内燃机的金属消耗量，减少内燃机重量，对于提高汽车的经济性指标具有现实意义。

10.本发明经过改进原有内燃机混合汽供应原理，采取从汽车传感器采集汽车道路通行状况、运行速度、负载大小、气缸温度、压力的瞬间信息变化，将燃油、曲轴箱窜汽、氧汽、氢汽由各自电磁阀控制输入的时间，数量，相互比例；与火花塞的点火时间形成联动，对于燃油、曲轴箱窜汽、氢汽、氧气其中的各项即可以单项单独供应，采取一至二、一至三分项选择供应，四项联合供应；让内燃机从怠速、起步、加速、匀速、超速、减速、轻负荷、大负荷、超负荷、道路的上坡、下坡、平行，由多种输送混合汽的组合方法和形式，使内燃机满足汽车动力学的基础上，让燃油消耗大幅度的降低，来提高汽车运行的综合经济性目的，完成内燃机在汽车使用上节能减排、降低环境污染的任务。