CN103775171A

CN103775171A - 微排放内燃机燃烧方法

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Publication number: CN103775171A
Application number: CN201410046031.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡苏卫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: CN103775171B

Abstract

本发明公开了一种经济实用的燃烧方法。(微排放内燃机燃烧方法)能够方便的实现节能环保目标，具体做法：把燃烧后的废气全部排入汽车肺，通过汽车肺的处理后，输入内燃机进气口，进入下一次燃烧，重复循环使用。给汽车安装一个汽车肺就能实现以下目标：1、节油。节油率约20％。2、环保。废气排放量减少90％以上。3、经济、环保、安全，可靠。本发明具有节能和环保双重优点，有较好的经济效益和社会效益。本发明已经在1.6升排量的轿车上安装完成，已累计运行100多小时，运转正常，数据在继续累计。系统如右图：排气管(1)与储水箱(2)连接，经过管道(3)与过滤器(4)连接，过滤器上的增压泵(5)，经管道(6)连接汽车肺(7)，其出口经管道(9)与发动机(10)进气口连接，形成封闭的环路。(11)是汽车。(8)是储气罐。

Description

微排放内燃机燃烧方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域

背景技术

自从1860年内燃机问世以来，1876年四冲程的原型机投入运行，由于所具备的优越性能，内燃机得到了越来越广泛的应用，使用面不断扩大，数量迅速增加，尤其是轿车，已经成为大多数人不可或缺的交通工具。但是，随着内燃机数量的增加，它的危害性逐渐显现，内燃机排放的尾气已经威胁到了人类健康生存，内燃机把燃烧后的尾气到处随车排放，尾气里面含有的一氧化碳、氮氧化物，碳氢化物和PM2.5微粒等各种有害气体给大气造成了越来越大的污染。

汽车尾气是由汽车的内燃机燃烧做功时排放的燃烧产物，汽车尾气有害物主要包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒(某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾)、臭气(甲醛等)。据统计，每千辆汽车每天排出一氧化碳约3000kg，碳氢化合物200-400kg，氮氧化合物50-150kg；美国洛杉矶市汽车等流动污染源排放的污染物已占大气污染物总量的90％。汽车尾气可谓大气污染的“元凶”。

汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾。汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光作用下发生化学反应，生成臭氧，它和大气中的其它成份结合就形成光化学烟雾。其对健康的危害主要表现为刺激眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、气管和肺部，引起慢性呼吸系统疾病。光化学烟雾能使树木枯死，农作物大量减产；能降低大气的能见度，妨碍交通。

汽车尾气中一氧化碳的含量最高，它可经呼吸道进入肺泡，被血液吸收，与血红蛋白相结合，形成碳氧血红蛋白，降低血液的载氧能力，削弱血液对人体组织的供氧量，导致组织缺氧，从而引起头痛等症状，重者窒息死亡。

汽车尾气中的氮氧化合物含量较少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。氮氧化合物进入肺泡后，能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用，增加肺毛细管的通透性，最后造成肺气肿。亚硝酸盐则与血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。

汽车尾气中的碳氢化合物有200多种，其中C2H4在大气中的浓度达0.5ppm(十万分之一)时，能使一些植物发育异常。汽车尾气中还发现有32种多环芳烃，包括3，4-苯并芘等致癌物质。当苯并芘在空气中的浓度达到0.012ug/m3时，居民中得肺癌的人数会明显增加。离公路越近，公路上汽车流量越大，肺癌死亡率越高。

汽车尾气中的二氧化硫和悬浮颗粒物，会增加慢性呼吸道疾病的发病率，损害肺功能。二氧化硫在大气中含量过高时，会随降水形成“酸雨”。汽车尾气中的铅化合物可随呼吸进入血液，并迅速地蓄积到人体的骨骼和牙齿中，它们干扰血红素的合成、侵袭红细胞，引起贫血；损害神经系统，严重时损害脑细胞，引起脑损伤。当儿童血中铅浓度达0.6-0.8ppm时，会影响儿童的生长和智力发育，甚至出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘，危及胎儿。

汽车尾气的毒害性在我国早期的驾驶员手册上就有说明，“在路堵的涵洞里，要熄火，要迅速离开涵洞，防止尾气中毒。”。汽车尾气达到一定浓度时会导致人员死亡。

内燃机是燃料在机器内部燃烧的热机，将燃料中的化学能转变为机械功的热力发动机。燃烧是一种伴随着发光发热的氧化反应，只要为内燃机提供燃料，氧气和点火，这种氧化反应就能发生。依据内燃机燃烧做功的原理，现有内燃机存在以下主要缺点：

1.气体利用率低

现有的内燃机都使用空气里的氧气作为燃烧用氧，空气中氧气含量约21％，78.5％是氮气，还有0.5％其他气体。有约79％与燃烧无关的其他气体被内燃机作为陪烧的惰性气体吸入了，内燃机只利用其中(18-19)％的氧气，其余全部污染排放，包括没有用完(2-3)％的氧气。气体的利用率只有19％。

2.制造有毒气体，污染大气.

汽车内燃机吸入的空气，把为吸入氧气而同时被迫吸入的与燃烧无关的3.7619倍的氮气等气体，与汽油一起混合燃烧，燃烧后它们中大部分变成为多种有害气体。例如：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒(某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾)、臭气(甲醛等)，对人体有剧毒的铅化合物。这些有毒、有害气体，都是内燃机的燃烧造成的，随意排放在我们身边大气，正在污染着我们赖以生存的空气。随着有害气体数量的增加，现在已经达到明显的影响人类生活的程度。

目前，我们尚未找到某种植物或某种方法可以降解弥散在空气里的内燃机车尾气的有害成分，也没有发现能够帮助人类具备有分辨能力的呼吸设备，只吸入无害和有用的气体，不吸入有害气体。当下唯一可以期盼是刮风，靠西北风来驱赶，吹散，弥漫在城市里的污染空气和阴蒙的霾。可以设想，今后的有一天，盼来的风里也充满了霾和有害气体，我们又该如何呢？不可以再过多的依赖这种无奈的降解办法。人类离开了空气活不了，离开了清洁的空气，不可能健康的活着。

上述的道理，已经大家共识，上街戴口罩，戴防MP2.5的好口罩，国家正在大力治理尾气。应该给汽车戴口罩，让人类去享受大自然的美。

目前机动车有如下治理尾气办法：

1.控制空气与燃料的混合比

2.控制燃烧过程

3.减少排放污染气体

●在排气系统中导入空气，以提供CO.HC再氧化所需氧气。

●使用三元转换器，先把NO_x还原成N₂及O₂，再与CO，HC氧化成CO₂和H₂O。

●使用排气再循环(E.G.R)装置，使一定量的尾气返回进气口，以降低最高燃烧温度，减少NO_x的产生。

●改变气门正时(增加气门重叠角度)，使具有EGR效果。

●采用废气蒸发控制系统(EEC)，减少HC的产生。

上述3类方法的效果都不大，作用都只是减低有害气体的浓度，没有减少有害气体的数量，吸入内燃机的空气数量基本没变，排到大气里的尾气数量没变，尤其是可吸入颗粒物MP2.5和胶悬状细小微粒，没有得到治理。因此，随着汽车数量的增加，霾的天气警报天数也在增加。

2014年1月6日蔡苏卫申请的发明专利“内燃机清洁燃烧方法”，实现了内燃机无排放燃烧，实现了0排放。从汽车排气管口到内燃机进气口全部刚性的密闭连接，加入纯氧，汽车的内燃机可以连续运转。他提供了解决尾气污染大气的一种方法，一种思路。由于该方法中纯氧的成本较高，安全上不把握，该项目的研究暂时没有继续进行下去。

发明内容

为了经济可行的解决尾气污染难题，在原有基础上，我又研究发明了(微排放内燃机燃烧方法)，该方法不用纯氧，降低了成本，保持了内燃机清洁燃烧的基本优点，采用本方法后，即治理了污染，又节省了开车费用，将具有较好的推广应用前景。

具体做法是：采用全软封闭气体循环的燃烧方法进行封闭燃烧，把燃烧过的全部废气，经过过滤器过滤，当作下次燃烧用的惰性气体排入汽车肺，排入时的氧含量约2％，通过汽车肺，利用大自然气体扩散法则，从大气里扩散吸入氧气，在汽车肺的出口，肺里气体的氧含量达到(20-21)％，具有这个氧气含量的气体，进入内燃机和新加入的燃料混合，完全可以再次点火，实现一次发光、发热的氧化反应。

汽车肺由多个微孔呼吸袋构成，利用汽车运动时的速度在袋子外侧产生的气流，吸入气流中的氧气，补充给肺里缺氧的尾气。汽车肺里的压力与大气的压力相等，尾气没有溢出呼吸袋的条件，不会进入大气，从而达到吸入氧气和我住尾气的目的。对几种主要有害气体治理分析如下：

1、氮氧化物-达到完全治理程度

没有吸入氮气作为陪烧的惰性气体，气缸里没有氮气，就不会产生氮氧化物，采用本方法，氮氧化物的危害被完全治理了。

2、碳氢和一氧化碳-达到基本治理程度

引擎无法完全避免CO及HC有害气体的排出，采用本方法，可以变害为宝，进入下次燃烧时它们是燃料，根据初步的数百小时怠速测试记录显示，同比之下节省汽油平均在36％。

36％=(原车怠速油耗-改后怠速油耗)÷原车怠速油耗×100％这证实CO和HC参与了燃烧。

可吸入颗粒物-达到基本治理程度

MP2.5的大颗粒，经过过滤器时被吸附了，过滤器里的颗粒滤料，有千千万万个微孔足以应对颗粒物，MP2.5以下的颗粒，会再次进气缸燃烧长大，其运动方向与吸氧微孔相互垂直，不易逸出，今后可以通过检查，确定数值多少。

二氧化碳-达到基本治理程度

目前现场测试，每燃烧1公斤汽油可以产生1.1公斤的液体。(水

和颗粒物混合的液体)

燃烧热化学的化学反应方程式：

现有内燃机(不治理)：

C_c H_h Oo+(c+h/4-o/2)(O₂+3.773N₂)

尾气全部循环：

C_c H_h Oo+(c+h/4-o/2)(O₂+CO₂+CO+CH)其余气体忽略未计

吸入的CO2气体，在经过下一个燃烧过程中，会伴随出现CO₂还原反应过程

CO₂=高温燃烧=C+20

解出的氧与氢

O+2H→降温→H₂O

这种氧出现在燃烧后的气体里，在降温中的排气管里与H生成水。

循环以后汽车的物质方程式：

1kg汽油+氧气+残气=>>燃烧=>>1.1kg液体+0.015kg碳颗粒+残气

残气---循环使用的惰性气体(老名-尾气)

CO₂的裂解，会给内燃机的工况带来原理性的影响，因为工质变了，内燃机燃烧所遵循的氧化反应没有变化，所以与这个反应相关联的其他反应一定在发生着变化。有待下一步研究。

采用本发明，治理尾气效果很显著。现在一间不足100平米房间，1.6排量汽车，连续怠速运行24小时，屋里空气给人的感觉：改与不改差距巨大。

附图说明：

微排放内燃机燃烧系统图。

排气管(1)与储水箱(2)连接，经过管道(3)与过滤器(4)连接，过滤器上的增压泵(5)，经管道(6)连接汽车肺(7)，其出口经管道(9)与发动机(10)进气口连接，形成封闭的循环通道。(11)是汽车。(8)是储气罐。

具体实施方式：

在现有的汽车，按照汽车排量的大小，购买汽车肺过滤器和储水罐，按照附图所示，用管子将各件连接在一起，经过专业调试，可以实现本发明。

Claims

1.一种新的燃烧方法，“微排放内燃机燃烧方法”。采用全软封闭气体循环的方法进行燃烧，把汽车尾气全部输入汽车肺，其在汽车肺里吸好大气中氧气后，进入内燃机和新加入的燃料再次点火燃烧。采用尾气作为惰性气体，利用氧气分压力的作用原理，通过汽车肺从大气中给缺氧的尾气置入氧气，把氧含量从大约2％恢复到21％，在置入氧分子时，可能有些渗漏，有时会有微量尾气渗出。但是，这种方法减少内燃机对大气用量的81％，只用了大气里的氧气，用的少了，排的也少了，内燃机的排放量减低约90％以上。

2.根据权利要求1所述，燃烧后的尾气作为下次燃烧的惰性气体，保持了内燃机空燃比不变，尾气里的未燃尽的可燃物CO.HC，作为下次燃烧的燃料，使内燃机节省燃料约20％。

3.根据权利要求1所述，汽车装有一个汽车肺.负责从空气里吸入氧气，阻止尾气渗漏，扩散到大气.汽车肺吸入氧气通道的孔径(0.001-100)微米。空气利用率从现有燃烧技术的19％提高到99％，去掉81％氮气用量。

4.根据权利要求1所述，汽车肺给输入的尾气吸入大气中氧气，使其含氧量恢复到21％，不需其他制氧或供氧设备。

5.根据权利要求1所述，过滤器由颗粒物组成，作为首级处理器件，吸附尾气中的颗粒和水分等杂质。里面的颗粒物由0.5-10O毫米粒度的改性油系石油焦组成。

6.根据权利要求1所述，增压泵是增压气泵，是风扇或涡轮形式的管道风机，能够产生0-1O00毫米水柱动态压力，保持气体在管道里的流速、压力。

7.根据权利要求1所述，整个系统是低压运行系统，经济、安全、稳定。

8.根据权利要求1所述，全软封闭气体循环燃烧系统中，安装有一个蓄水的储水罐。收集废水，集中排放。

9.汽车肺可以安装在汽车的顶部、尾部、前部或后备箱里任何部位，也可以在设计新车时安装在专用的夹层里。