CN101787943B - 高效节能环保内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明高效节能环保内燃机主要涉及内燃机节油、环保装置，尤其是汽油机节油、环保装置。包括空气滤清器(1)，燃油空气混合装置(2)，以及连接所述空气滤清器(1)和燃油空气混合装置(2)的进气通道(12)，发动机(4)，以及连接所述发动机(4)与燃油空气混合装置(2)的进气通道(24)，进气谐振器(3)以及连通管(324)，排气管(5)，所述进气谐振器(3)为一密闭耐负压容器，其为层状壳体结构，该容器壳体包含部分弹性材料制做。以上结构，可以增强燃油、空气的混合，使大直径液滴高速雾化、汽化，成为有利于点燃并快速充分燃烧的混合气，增加了发动机的实用空燃比，最高燃烧温度下降，大大减少了氮氧化物生成量，节能环保，易于启动，增加最大功率。

Description

高效节能环保内燃机

技术领域

本发明高效节能环保内燃机主要涉及内燃机节油、环保装置，尤其是汽油机节油、环保装置。 

背景技术

现有汽油机，燃油空气混合装置(化油器或电控燃油喷射系统等)对燃油的雾化不良，出口处还有大量不利于充分燃烧的大直径液滴。其进气系统没有运用流体力学优化气流运动模式的结构，燃油雾滴与空气基本为同步层状流动，相对速度很低，无法进一步雾化和汽化燃油。因此，现有汽油机燃烧难以充分，废气中一氧化碳、碳氢化合物含量较高。而且，由于进气雾化和汽化燃油不良，现有汽油机只能在空燃比接近或低于理论值的较狭窄范围内运转，燃烧温度较高，故此生成大量氮氧化物，污染环境。同时也造成了现有汽油机设计压缩比难以提升，热效率较低，油耗较高。 

现有汽油机处理废气中一氧化碳、碳氢化合物含量较高的问题，是采取催化器来催化氧化。由于催化器结构中含有贵重稀有金属，故此使用成本很高，并且其使用寿命也较短，不利于推广应用。 

发明内容

本发明提供了一种高效节能环保内燃机，其技术方案实施于汽油机时有利于汽油机的稀薄燃烧和强化燃烧、提高空燃比，降低燃烧温度，减少有害废气排放、提高设计压缩比，提高内燃机部分负荷下的效率，节能环保，易于启动，增加最大功率。本发明应用于压燃式内燃机时，同样能够强化燃烧、提高充气系数，减少有害废气排放，提高实际压缩比，节能环保，易于启动，增加最大功率。 

本发明的技术方案是高效节能环保内燃机，包括空气滤清器1，燃油空气混合装置2，以及连接所述空气滤清器1和燃油空气混合装 置2的进气通道12，内燃机本体4，以及连接所述内燃机本体4与燃油空气混合装置2的油气通道24，进气谐振器3，以及连通管324，排气管5，其特征在于所述进气谐振器3为一密闭耐负压容器，其为层状壳体结构，该容器壳体包含部分弹性材料制做。 

上述的高效节能环保内燃机，还包括多功能增压涡轮122。 

上述的高效节能环保内燃机，所述进气通道12内安装有风扇形进气旋流装置121；在内燃机本体4与排气管5之间安装有有补气阀8及旋风排气补燃室6。 

上述的高效节能环保内燃机，所述谐振器3内固定有纤维制品。 

上述的高效节能环保内燃机，所述进气谐振器3通过弹性支架7与内燃机本体连接；所述连通管324有部分长度为软管。 

上述的高效节能环保内燃机，所述油气通道24内固定有纤维制品242，在油气通道24内、内燃机本体4进气门之前，安装有过滤网243。 

上述的高效节能环保内燃机，所述连通管324轴线与油气通道24轴线不相交；连通管24轴线与进气谐振器3轴线不相交；所述连通管324上设有节流阀3244，节流阀3244可与内燃机节气门联动。 

上述的高效节能环保内燃机，所述连通管324包含一段由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段构成的加速管3241。 

上述的高效节能环保内燃机，所述连通管324的内壁设有至少一道环形凹槽3242。 

上述的高效节能环保内燃机，所述连通管324内设有声波振动簧片3243；所述油气通道24内设有弹性扰流片241，其一端固定贴附于油气通道24管壁上。 

上述的高效节能环保内燃机，所述进气谐振器3内腔为旋转体形，其内腔容积是内燃机工作容积的0.5-3倍，其设有管道31连通空气滤清器1，在所述管道31上有调节阀311。 

上述的高效节能环保内燃机，所述进气谐振器3可以是内燃机本体4及其附件内部腔体的一部分。 

一种产生超声波的装置，其特征在于含有一段管道，管道包含一段由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段构成的加速管，管道内壁设有至少一道环形凹槽。当流体为液体时，环形凹槽位于由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段构成的加速管最小截面段。当流体为气体时，环形凹槽位于由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段构成的加速管段下游。 

采用以上的结构，进气谐振器利用不同冲程的进气压力变化呼吸气流，从而增强燃油、空气的混合，使大直径液滴在离心力作用下附壁形成油膜，油膜在连续旋转气流冲刷下高速雾化，并吸收内燃机进气道热量蒸发汽化，成为有利于点燃并快速充分燃烧的混合气，并提高空燃比，提高内燃机部分负荷下的效率和输出扭矩，由于增加了内燃机的实用空燃比，最高燃烧温度下降，大大减少了氮氧化物生成量，节能环保，易于启动，增加最大功率。 

本发明应用于压燃式内燃机时，能够强化燃烧、提高充气系数，减少有害废气排放，提高实际压缩比，节能环保，易于启动，增加最大功率。 

附图说明

图1是本发明高效节能环保内燃机工作示意图。 

图2是图1所示进气谐振器、连通管、弹性支架、进气通道、扰流片装配关系示意图。 

图3是本发明声波振动簧片结构主视图。 

图4是图3右视图。 

图5是风扇形进气旋流装置主视图。 

图6是多功能增压涡轮主视图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述： 

见图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，为本发明高效节能环保内燃机结构，包括空气滤清器1，燃油空气混合装置2，以及连接所述空气滤清器1和燃油空气混合装置2的进气通道12，此进气通道12是指燃油空气混合装置节气门与空气滤清器滤芯之间的气流通道，包含空气滤清器、进气总管、燃油空气混合装置的内部气流通道等连通部件的内腔；还包括进气谐振器3，以及用于连接所述进气谐振器3和所述油气通道24的连通管324。所述进气谐振器3为一密闭耐负压容器，容器壳体部分或者全部是弹性材料制作，最好形式是类似鼓状，两端为弹性材料，中部为刚性材料，其容积可随着油气通道24压力的变化而改变，如此，谐振器利用不同冲程的进气压力变化呼吸气流，从而增强燃油、空气的混合，并提高空燃比，降低泵气损失，其自振频率应高于内燃机最高转速下的进气频率；亦可在谐振器3内壁面固定纤维制品或进气谐振器3内腔填充纤维制品以扩大油膜面积强化气流冲刷汽化燃油效果。所述进气谐振器3可为单层或多层壳体结构，多层壳体时，各内层筒体为多孔筛板状，增加燃油挥发面积，各层之间的气流流动强化气流冲刷汽化燃油效果。所述进气谐振器3通过支架7与内燃机本体连接，最好的方式支架7为弹性支架，其沿长度方向的截面积为渐变，与内燃机本体4连接一端的截面积较大，如此可以放大内燃机本体的振动幅度，使进气谐振器3的壁面与内燃机本体4同步大幅度振动，可以促使燃油雾化汽化，支架7也可以是连通管，此时连通管充当了支架以固定进气谐振器。所述进气谐振器3内腔最好为旋转体形，其内腔容积是内燃机工作容积的0.5-3倍，其设有管道31连通空气滤清器1，在所述管道31上有调节阀311，如此可以引入新鲜空气，进一步提高空燃比，降低油耗，也可在连通管以三通管接管道和调节阀，连通空气滤清器引入新鲜空气。对于自然风冷和强制风冷内燃机，进气谐振器布置于被内燃机加热后的空气流下游，对 于液冷内燃机，进气谐振器布置于被内燃机散热器加热后的空气流下游，位于内燃机散热区域内，以利于燃油雾化汽化。 

进一步的形式，所述进气谐振器3也可以是内燃机本体4及其附件内部腔体的一部分，此种情况下就不需要支架了。 

所述连通管324可以是刚性直管，也可以全部或有部分长度为软管，当连通管324为软管时，其抗弯弹性系数低于上述弹性支架7；所述连通管324轴线与油气通道24轴线不相交，以获得进气旋流效果，连通管324轴线与进气谐振器3轴线不相交，最好是连通管324边缘与油气通道24内壁面、进气谐振器3相切时，可以获得最佳的进气旋流效果，以达到气流旋流冲刷壁面汽化燃油目的；所述连通管324上设有节流阀3244，节流阀3244可与内燃机节气门联动；所述连通管324包含一段由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段构成的加速管3241，以提高气流速度；所述连通管324的内壁设有至少一道环形凹槽3242，环形凹槽可在双向气流吹动下产生(超)声波；最好的方式是环形凹槽3242位于所述加速管3241的下游；(超)声波在连通管、油气通道24、化油器、谐振器、汽缸等连通部件内部传播和反射，促使燃油雾化汽化、增强燃油与空气的混合和燃烧。环形凹槽3242可由连通管本体加工形成，也可外加套管形成。连通管324两端出口位于油气通道24截面和进气谐振器截面的最低处或其轴线指向相应部件最低处，以便气流冲刷，防止积油。所述连通管324内设有(超)声波振动簧片3243，可以是双向的或两个反向安装的(超)声波振动簧片，或一个振动端向谐振器的(超)声波振动簧片，(超)声波振动簧片3243可在双向气流吹动下振动产生(超)声波，(超)声波在连通管、油气通道24、化油器、谐振器、汽缸等连通部件内部传播和反射，促使燃油雾化汽化、增强燃油与空气的混合和燃烧。所述连通管324可以是一个或多个，多个连通管时，各连通管轴线与油气通道24轴线偏向应一致；各连通管轴线与谐振器轴线偏向应一致， 以形成同一转向的旋流；并与风扇形进气旋流装置121、多功能增压涡轮122所产生的旋流方向一致；它们在油气通道24内共同形成进气冲程的螺旋形气流，非进气冲程的连续旋转气流，使大直径液滴在离心力作用下附壁形成油膜，油膜在连续旋转气流冲刷下高速雾化，并吸收内燃机进气道热量蒸发汽化，成为有利于点燃并快速充分燃烧的混合气，进气流的高速旋转状态保持至内燃机的进气、压缩、燃烧、做功、排气全过程，旋流、紊流混合和燃烧使气缸内火焰传播更快速，燃烧更完全，因此可以提高空燃比和设计压缩比，提高内燃机部分负荷下的效率和输出扭矩，节能环保，易于启动，增加最大功率。 

所述连通管324内设有隔板式防回火器3245，把连通管324分隔成为两个以上的独立通道。当内燃机为多缸内燃机时，进气谐振器和连通管可以连接于进气总管，或多个进气谐振器和连通管分别连接各汽缸的进气歧管。 

本发明内燃机还可以在进气通道12内安装有风扇形进气旋流装置121和多功能增压涡轮122，风扇形进气旋流装置121其叶片固定并可带有弯度，弯曲凹面向空气滤清器1方向，叶片数量高于2片，具体形状结构可为任意公知轴流风扇叶片或螺旋桨形式；多功能增压涡轮122的结构是公知设有转速传感器的轴流电风扇，电风扇叶片可带有弯度，弯曲凹面向空气滤清器方向，轴流电风扇筒形外壳与进气通道12内壁密封连接，电风扇在不通电状态下是惯性涡轮，在进气冲程由气流吹动，吸收部分曲轴功率提高转速，在非进气冲程依靠惯性转动，提高进气通道压力，增加充气系数，在内燃机转速较低时，进气流速低，气流作用于风扇叶片的转矩低于风扇轴系阻尼转矩时，风扇不转动，成为旋流叶片，使气流旋转，强化燃油、空气的混合和燃烧，电风扇可在需要时通电转动，成为电动增压涡轮，其转速可控，增加进气量，电风扇的转速传感器输出内燃机进气量讯号，可用作仪表显示、电控燃油喷射系统油量控制等。 

本发明内燃机还包括内燃机本体4，以及连接所述内燃机本体4与燃油空气混合装置2的油气通道24，此油气通道24是指燃油空气混合装置节气门与内燃机本体进气门之间的气流通道，包含内燃机进气道、进气歧管、进气总管、燃油空气混合装置的内部气流通道等连通部件的内腔；在所述油气通道24内设有弹性扰流片241，其一端固定贴附于油气通道24管壁上，另一端为自由端，自由端位于气流中心通道内，其为可自由振动的斜向弹性扰流片，扰流片241在气流吹动下振动产生(超)声波，(超)声波在连通管324、油气通道24、燃油空气混合装置2、谐振器3、汽缸等连通部件内部传播和反射，促使燃油雾化汽化、增强燃油与空气的混合和燃烧，并对主要分布在油雾气流中心的大液滴进行收集，通过振动和气流冲击二次雾化，扰流片241形状可为平直或弯曲，在所述扰流片241上可密布通孔，通孔直径优选范围是0.05-0.5毫米；在油气通道24内壁面固定纤维制品242或油气通道24内腔填充纤维制品以扩大油膜面积强化气流冲刷汽化燃油效果，同时在油气通道24内、内燃机本体4进气门之前固定有过滤网243以防止纤维进入气缸4。 

本发明还包括排气管5，以及在内燃机本体4与排气管5之间安装的补气阀8及旋风排气补燃室6。所述旋风排气补燃室6的结构为金属外壳内有保温材料衬里，优选形状为旋转体，内燃机本体4排出的废气与补气阀8进入的空气混合后沿圆周壁面切线方向进入，在其内部高温旋流补充燃烧，再由圆周壁面切线方向排出，由于反应时间比气缸内大大延长，所以氧化充分，可以降低CO、碳氢化合物含量，与现有废气催化器相比可以大大降低成本，提高可靠性，延长寿命。本旋风排气补燃室6可作为排气消声器的前段，并与排气消声器做成整体。 

本发明汽油机经过在多种型号的摩托车上不完全实施本发明测试，综合油耗降低20％以上，最大功率提高20％以上，并能在-20度 气温下顺利启动；排气中一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物含量下降70％以上，二氧化碳含量下降20％以上。其中CG125型摩托车最低等速油耗达1.2升/百公里，优于国家标准规定值50％。 

一种产生(超)声波的装置，如图1所示，包括连通管324以及连通的由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段组成的的加速管3241，在所述连通管324内有流动的气体，在所述连通管324内、由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段组成的的加速管3241后面有环形凹槽3242。当气流经过由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段组成的的加速管3241流出时，气流的速度因截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速，当高速的气体流过并冲击环形凹槽3242时，气流与环形凹槽所确定的腔体内气体产生共振，就会在连通管324内产生(超)声波，起到强化物理变化、化学反应、生命活动等过程的效果。若当所述连通管324内有流动的液体时，环形凹槽位于由逐渐收缩段--最小截面段---逐渐扩张段组成的的加速管最小截面段即窄喉处，亦会产生上述效果。 

Claims (12)

1.高效节能环保内燃机，包括空气滤清器(1)，燃油空气混合装置(2)，以及连接所述空气滤清器(1)和燃油空气混合装置(2)的进气通道(12)，内燃机本体(4)，以及连接所述内燃机本体(4)与燃油空气混合装置(2)的油气通道(24)，进气谐振器(3)，以及用于连接所述进气谐振器(3)和所述油气通道(24)的连通管(324)，排气管(5)，其特征在于所述进气谐振器(3)为一密闭耐负压容器，其为层状壳体结构，内层筒体为多孔筛板状，该容器壳体包含部分弹性材料制做；连通管(324)轴线与油气通道(24)轴线不相交；连通管(324)轴线与进气谐振器(3)轴线不相交；油气通道(24)是指燃油空气混合装置节气门与内燃机本体进气门之间的气流通道。

2.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于还包括多功能增压涡轮(122)，多功能增压涡轮(122)结构是设有转速传感器的轴流电风扇。

3.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述谐振器(3)内固定有纤维制品，所述油气通道(24)内固定有纤维制品(242)，在油气通道(24)内、内燃机本体(4)进气门之前，安装有过滤网(243)。

4.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述进气谐振器(3)通过支架(7)与内燃机本体连接；所述支架(7)为弹性支架，其沿长度方向的截面积为渐变，与内燃机本体(4)连接一端的截面积较大，所述连通管(324)部分长度为软管。

5.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述连通管(324)上设有节流阀(3244)，该节流阀(3244)与内燃机节气门联动。

6.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述连通管(324)包含一段由逐渐收缩段一最小截面段---逐渐扩张段组成的加速管(3241)。

7.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述连通管(324)的内壁设有至少一道环形凹槽(3242)。

8.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述连通管(324)内设有声波振动簧片(3243)。

9.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述油气通道(24)内设有弹性扰流片(241)，其一端固定贴附于油气通道(24)管壁上。

10.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述进气谐振器(3)内腔为旋转体形，其设有管道(31)连通空气滤清器(1)，在所述管道(31)上有调节阀(311)。

11.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于所述进气谐振器(3)是内燃机本体(4)及其附件内部腔体的一部分。

12.根据权利要求1所述的高效节能环保内燃机，其特征在于在内燃机本体(4)与排气管(5)之间安装有补气阀(8)及旋风排气补燃室(6)。