CN101641501A - 提高内燃机燃料燃烧效率的方法以及实施该方法的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明方法在于形成定态波，其方式是通过在某个设施中的两个相互作用的涡流和中心流动来排放废气，从而在内燃机中保持一种振动燃烧模式。该发明设备包括一个配备有输入(2)和输出(3)口的普通圆柱管形主体机构(1)，一个用于旋动废气流的导叶(4)，其形式为两个固定设置在管道内表面、并于中轴线(6)成一定角度的扁平偏离板(5)。导叶(4)包括一个在中轴线(6)周围形成的自由轴旁区域，该中轴线将导叶(4)轴向连接到发电室(7)和扩散器(8)。导叶(4)将废气流分成两个流，即中央轴旁流(9)和旋涡(周边)流(10)。旋涡流(10)从自由轴旁区域将中央流(9)注入(吸入)，从而形成了发电室(7)内的定态波。通过该发明设备，可以实现燃料在内燃机汽缸内的完全燃烧。
Description
技术领域
本项发明涉及机械工程领域，并可以用于一台移动车辆的内燃机废气排放系统中以及固定的机械传动装置中。
背景技术
目前，有多种不同的方法和设备用于提高内燃机内的燃料燃烧效率，其目的是为了减少有害气体的排放。
目前所知的第RU 2133350号设备专利(MPK6F 01 N7/20，发布于1999年7月20日)是用于排放内燃机的废气，它在提高内燃机的工作运行效率的同时，通过旋动强化确保了进一步的净化，从而导致了螺旋槽室内固体颗粒和滴状颗粒的排出。本发明通过在管状构件的扩展部分旋动废气，对从抑制器中排放的废气进行净化，从而有助于改善所存在的环境状况。
上述设备的缺点在于内燃机中燃料的不完全燃烧，从而造成了环境污染。
目前所知的一种内燃机(第RU 2033539，MPK6F 02B 23/06号专利，发布于1995年4月20日)，其发动机包括了一个其中配有一个活塞的汽缸和一个汽缸盖，二者形成了一个可以当作共鸣器的燃烧室，在活塞顶部和汽缸盖表面有彼此相对设置的凹陷与凸起。在燃烧室内所产生的驻波可以加强充气燃烧。使用该项发明可以提高发动机的经济效益，但是它也会由于黑色物质和吉他有害物质而污染环境。
目前还有一种内燃机排气噪声抑制器(第RU 2116468，MPK6F 01 N 1/08号专利，发布于1998年7月27日)。该项发明有助于提高噪声抑制效率，并通过旋动和分隔气体提高抑制器的气体净化效率。通过所提出的结构可以交替进行气流分隔以及进一步推动和冲击气流，从而造成了对峰值压力旋转噪声能量的抑制，以确保气体的顺利上升和有效的噪声抑制。
上述设备的缺点是废气中的一氧化碳和甲烷含量相当的高。
目前还有一种用于内燃机排气系统的设备(专利申请号RU 95107772，A1，MPK6F 01N3/00，发布于1997年2月10日)。当一台内燃机在运行时，废气在旋流器中旋动。旋动流会导致在其中央部分内的排气，从而确保来自机身的额外气体流入。由于旋动流的离心力，较重的未燃尽燃料蒸气会在其火力衰退的蓄能器离心阀处停留。
该设备的缺点是有时候黑色物质会燃烧起来。
目前还有一种用于内燃机排气系统的设备(第RU 2064052MPK6F 01 N 3/00号专利，发布于1996年7月20日)，它是由一个配有输入和输出支管的热封体、一个用于气体供应的收集器、以及一个旋流器(安放在通过分隔杆与蓄能器相连接的室内)所组成。涡流室由隔膜分割成若干区段。旋流器、涡流室和蓄能器为多节的。该设备可以捕捉并烧掉未燃尽的液体和蒸汽燃料残余物。
该设备的复杂性被认为是其缺点。
目前还有一种用于内燃机排气系统的设备(第RU 2136907，MPK6F 01N 3/08号专利，发布于1999年9月10日)，它可以用在内燃机中以捕捉、净化和燃烧掉内燃机未燃尽的液体和蒸汽燃料残余物，并抑制排气噪声。用于内燃机排气系统的设备包括了一个机身、输入与输出支管、一个收集器、一个多节旋流器、一个多节蓄能器、若干隔膜、一个缀体整流片、一个作为蓄能器盖的外壳、以及若干叶片。锥体整流片的截头顶端正对着输入支管。叶片与输出支管的外径成切向放置。整流片有一个中央开口，其直径不超过输出支管直径的一半。旋流器和蓄能器包含由隔膜所形成的若干区段。旋流器和蓄能器区段同轴放置，并以层状彼此交替放置在机身内。区段隔膜用作中空多层面墩的侧壁。在蓄能器区段内，这些多层面墩的侧壁顶部彼此面面相对，而其底部则通过一个圆柱形外壳彼此相连。该项发明可以提高内燃机废气净化效率，并可以全面考虑将发动机燃料的化学能量转化为机械功的工艺。
同上文所提到的其中一种设备一样，这种设备的缺点是较高的制造复杂性以及较高的金属消耗量。
目前还有一种提高内燃机燃料燃烧效率的方法以及实施该方法的设备(第RU 2156363MPK7F 01N 7/00，F 02B 17/00号专利，发布于2000年9月20日)。将所需含量的燃料与空气混合物充填到一台内燃机的工作汽缸当中，并开始进行燃烧，然后打开排气阀，并通过排气系统将废气排放。充填到抑制器内的废气会造成抑制器排气系统内的背压，从而延迟了废气从发动机工作汽缸中的排放，因而可以确保在工作汽缸内更加完全的燃烧，这样就可以加快抑制器和发动机工作汽缸内废气的排放。
所提出的发明可以实现内燃机内更加完全的燃烧；但是，该发明不会将废气内有害物质的含量降低到最低限度。
因此，需要开发提高燃烧效率的方法以及用于废气排放系统的设备。
所提出发明的任务是设计出可以提高内燃机燃料燃烧效率的方法和实施该方法的设备。
发明内容
在废气排放系统中使用一种设备，将其中相互作用的废气流组织起来，产生与内燃机汽缸内的燃烧过程振动相协调的驻波，以提高内燃机中的燃料燃烧效率，从而完成任务。
该方法在于在废气排放系统的设备中形成驻波，以便通过将设备内的废气移动组成两个相互作用的气流而保持内燃机内的振动燃烧模式。
相互作用的气流分别为一个旋流(周边流)和一个中心流，可以形成在内燃机活塞的燃烧冲程内与内燃机汽缸内的振动燃料混合物燃烧方式相协调的驻波。
所提出的内燃机废气排放系统中的设备包括一个配有输入与输出开口的机身、用于旋动废气流的导叶、一个生成室和一个扩散器。
机身形式为普通圆柱形管，配备有用于旋动废气流的导叶。导叶形式为固定设置在管道内表面、并与中轴线成一定角度的扁平偏离板，在废气流方向可变表面会增加，构成了一个没有偏离板、并将导叶连接到生成室的轴旁区域。
生成室被同轴连接到扩散器上，而扩散器的形式为一个中空的圆锥台。该圆锥台及其较小的底座放置在生成室的内容积中，并通过圆锥台的较大底座密封连接到生成室上，从而关闭了该生成室。
有利的是，用于旋动废气流的导叶内的偏离板是中心线平面投影上具有自由旁轴区域的半断片。
有利的是，用于旋动废气流的导叶自由旁轴区域有效直径为放置在生成室内容积中的圆锥台小底座直径的一半。
有利的是，用于旋动废气流的导叶、生成室以及扩散器是以对称于中心轴的方式放置的。
所申请方案的技术成果是提高了内燃机燃料燃烧的效率，并减少了对于大气的有害物质排放。
在下文中说明了所申请方法的一种可能的替代表现形式以及在设备运行过程中形成驻波的方法。
附图说明
图1显示所申请设备的主视图。
图2显示设备的A-A截面图。
该设备包括(图1，图2)一个机身1，其形式为配有输入口2和输出口3的普通圆柱形管。该设备包括用于旋动废气流的导叶4。导叶4的形式为固定设置在管道内表面、并与中轴线6成一定角度的扁平偏离板5。导叶4具有一个环绕中轴线6的自由旁轴区域，它将导叶轴向连接到生成室7上。生成室7与扩散器8相连接。扩散器8的形式为一个中空的圆锥台。该圆锥台及其较小的底座放置在生成室的内容积中，并通过圆锥台的较大底座密封连接到生成室7上。
导叶4将废气流分隔成两股气流，一个是中央轴旁流9，一个是旋流(周边流)10。旋流10从自由轴旁区域将中央流9注入(吸入)。
该设备的运行情况如下。
当通过可变表面在废气流方向会增加的偏离板5以及自由旁轴区域时，内燃机活塞所排出的连续湍流具有组织性。当沿着偏离板5的表面移动时，一部分的气流被旋动，并对着机身1圆柱形管的内表面挤紧。当进入生成室7时，来自于偏离板5的气流使横跨扩散器8外表面的密度增加，并在设备6的中轴线方向排水(辐射形排水)。通过扩散器8中空圆锥台的较小底座，气流进入到其扩展部分，然后通过开口3、由废气排放系统排放到大气当中。
同时，在旁轴区域内的部分中央流9在没有任何阻碍的情况下通过生成室7，并通过扩散器8中空圆锥台的较小底座进入到废气排放系统中。
但是，在生成室7中旋动周边流10不断提高的周边速度会导致旁轴区域内的低压，从而加快设备旁轴区域内的流动速度，因此会造成低压波。目前已经知晓了旋流的注入(吸入)效果。旋动周边流10不断提高的速度以及中央旁轴流9的吸入部分提高了其体积，并由于角动量守恒定律而降低了速度，也就是说减缓了速度。
沿着自由旁轴区域行进的直接中央流9减缓了速度，从而造成了压力波。加快旋动周边流10释放过多体积的速度，旁轴区域内的低压增加，从而产生了低压波。这样就出现了有助于内燃机汽缸内(而不是废气排放系统设备内)振动燃烧模式的驻波。
所产生的脉冲频率取决于通过废气的密度与温度，以及生成室7和输出扩散器8的配置。
驻波的动力(振动幅度)取决于废气流的速度及其体积。
由内燃机的活塞所排出的连续废气流通过生成室7内的偏离板5，产生两股相互作用的气流。这两股气流沿着废气排放系统轴、以驻波-气流振动-的形式分布到所有侧面上。
驻波通过打开的输出阀进入到内燃机汽缸中(并未在图1中显示)。由于汽缸内持续空气的振动，在汽缸筒冷却壁上凝结的燃料被吹掉，燃料与空气的混合物在汽缸中，而不是在废气排放系统及其设备内，混合并燃烧。
在气阀重叠时(当输入阀和输出阀同时打开时)，燃料与空气的混合物在汽油内燃机中制备，而空气则由于连续气态大气的振动而以振动燃烧模式在柴油发动机内制备。
在内燃机内，燃料与空气的混合物以脉动方式燃烧(振动燃烧存在)，因此造成了燃烧速度的提高，并从而造成了工艺过程能量的提高。
在废气排放系统中形成驻波，可以保持内燃机中的振动燃烧模式，从而提高了内燃机内的燃料燃烧效率，并减少了排放到大气中的有害物质量。
最佳实施例
在图1和图2中显示了最佳的发明表现形式。
在用于旋动废气流的导叶4内的偏离板5是中心线平面投影上具有自由旁轴区域的半断片，有助于对废气流进行更好的旋动。
用于旋动废气流的导叶4的自由旁轴区域有效直径为放置在生成室7内容积中的圆锥台小底座直径的一半。
用于旋动废气流的导叶4、生成室7以及扩散器8是以对称于中心轴6的方式放置的。
这种设备表现形式可以减少其金属消耗量，简化其结构而不会削弱设备的技术性能。这种设备表现形式可以实现内燃机汽缸内的完全燃烧，并将排放到大气中的有害物质减少到最低限度。
工业实用性
所提出的设备可以用于一台移动车辆的内燃机废气排放系统中以及固定的机械传动装置中。
所提出的设备可以用于有液体和多相流的制造系统中。
Claims (5)
1.利用在废气排放系统中的一件设备来提高内燃机燃料燃烧效率的方法，其特征在于在设备内形成了驻波，以便通过将设备内的废气移动组成两个相互作用的气流(一个旋流和一个中央流)而保持内燃机内的振动燃烧模式，它们可以形成在内燃机活塞的燃烧冲程内与内燃机汽缸内的振动燃料混合物燃烧方式相协调的驻波。
2.在内燃机废气排放系统中的设备，它包含了配有输入口和输出口的机身和用于废气流的导叶，其特征在于机身的形式为普通的圆柱形管，配有用于废气流的导叶，导叶形式为固定设置在管道内表面、并与中轴线成一定角度的扁平偏离板，在废气流方向可变表面会增加，构成了一个没有偏离板、并将用于废气流的导叶轴向连接到生成室的轴旁区域，生成室被同轴连接到扩散器上，而扩散器的形式为一个中空的圆锥台，该圆锥台及其较小的底座放置在生成室的内容积中，并通过圆锥台的较大底座密封连接到生成室上。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于用于废气流的导叶内的偏离板是中心线平面投影上的半断片。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于用于旋动废气流的导叶自由旁轴区域有效直径为放置在生成室内容积中的圆锥台小底座直径的一半。
5.如权利要求2、3和4所述的任何一项设备，其特征在于用于旋动废气流的导叶、生成室以及扩散器是以对称于中心轴的方式放置的。
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