CN1098974C

CN1098974C - 内燃机供气方法和供气装置及其内燃机动力设备

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Publication number: CN1098974C
Application number: CN99101230A
Authority: CN
Inventors: 孙祺
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Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: CN1260446A

Abstract

本发明属内燃机供气方法和供气装置及其内燃机动力设备，本供气方法是将液氧气化后的纯氧气与内燃机排出的部分废气按流量以1∶3至1∶4的比例混合，输入内燃机。本供气装置包括以次联接的进气管接口、氧气容器、气化器、液氧容器和联接在一起的排气管接口、废气容器及能控制气体流量的阀门，阀门控制废气的分流。本内燃机供气装置与内燃机安装在一起联接通组成本内燃机动力设备。本发明的方法和装置及其设备减少内燃机废气中有害气体，并降低内燃机废气排放量。

Description

内燃机供气方法和供气装置及其内燃机动力设备

本发明属内燃机供气方法和供气装置及其内燃机动力设备。

现有的内燃机动力设备采用的供气装置都是空气滤清器，现有的内燃机供气方法是由空气滤清器将滤去灰尘的空气输入内燃机气缸供内燃机使用，由于没有滤去空气中对发动机无用的氮气，将约五分之四的氮气不仅不能助燃还带起大量的热量，影响到发动机的燃烧效率。采用上述方法有内燃机和装有空气滤清器的动力设备，空气经空气滤清器进内燃机燃烧室助燃油燃烧后，排出CH、NO_X、CO为主的有害气体，带到空气中，不仅造成环境污染而且限制了内燃机效率的提高。

本发明的目的是提供一种减少内燃机废气中有害气体、并降低内燃机废气排放量的内燃机供气方法和供气装置及其内燃机动力设备。

本发明的内燃机供气方法是将内燃机排出的废气分流一部分与液氧气化后的纯氧气混合，将混合气体从内燃机的进气口输入内燃机，循环工作。为便于废气分流，将内燃机排出的废气收集在废气容器。为便于内燃机启动，在内燃机启动时，将液氧气化后的纯氧气从内燃机的进气口输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功产生的废气输入废气容器，内燃机启动后，把1份的纯氧气与3至4份废气按流量的比例混合，其余废气排出，混合气体从内燃机的进气口输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功后的废气输入废气容器，将1份的纯氧气与3至4份的废气按流量的比例混合输入内燃机进气口将部分废气与纯氧气混合输入内燃机进气口，进入循环工作。

实现上述供气方法的内燃机供气装置包括使用时与内燃机进气口相联接的进气管接口、与内燃机排气口相联接的排气管接口、氧气容器、气化器、液氧容器、废气容器及控制气体流量的阀门，其特征是：控制气体流量的阀门是四通阀，四通阀是将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积逐渐改变，进气管接口的一端与四通阀混合气输出口A口联接通，四通阀与该输出口A口相对应的气源口P口与氧气容器的出口联接通，废气容器的出口与四通阀的另一进气口P₀口即废气进气口联接通，四通阀的与该进气口P₀口相对应的排气口O口与末端排气管联接通。在阀体混合出口A口与另一进气口P₀口即废气进口之间有与混合气出口相通的分流槽，分流槽与废气进口之间由隔板隔开；在阀芯有与废气进口相通的凹槽。

在阀芯设有伸出阀体的移动标尺。四通阀的阀芯在滑动过程中两通气口的流通面积相等并逐渐减小或增大，阀芯两通道的横截面积相等。在阀芯滑动的一个极限位置两通气口的流通面积将等于另一个极限位置通气口流通面积的四分之一。

实现上述供气方法的内燃机动力设备包括内燃机、内燃机供气装置，内燃机供气设备主要由与内燃机进气口相联接的进气管接口、与内燃机排气口相联接的排气管接口、氧气容器、气化器、液氧容器、废气容器及控制气体流量的阀门，其特征是：控制气体流量的阀门是四通阀，四通阀是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积逐渐改变，进气管接口的一端与四通阀混合气输出口A口联接通，四通阀与该输出口A口相对应的气源口P口与氧气容器的出口联接通，废气容器的出口与四通阀的另一进气口P₀口即废气进气口联接通，四通阀的与该进气口P₀口相对应的排气口O口与末端排气管联接通。在阀体混合出口A口与另一进气口P₀口即废气进口之间有与混合气出口相通的分流槽，分流槽与废气进口之间由隔板隔开；在阀芯有与废气进口相通的凹槽。

四通阀的阀芯有滑动过程中两通气口的流通面积相等并逐渐减小或增大，阀芯两通道的横截面积相等。在阀芯滑动的一个极限位置两通气口的流通面积将等于另一个极限位置通气口流通面积的四分之一。

上述的内燃机动力设备，其特征是：进气管接口是经二位三通电磁阀与内燃机的进气口相联接通的，进气管接口与二位三通电磁阀的两气口侧的一气口相联接通，另一气口与空气滤清器相联接通，内燃机的进气口与二位三通电磁阀单气口侧的气口相联接。

由于本发明采用纯氧气与排出的一部分废气混合后再输入内燃机的供气方法和内燃机供气装置及其内燃机动力设备，大部分废气循环使用，降低了废气排放量，减少了废气中有害气体，如将内燃机排放的废气分流70％至80％时，与纯氧气混合再进入内燃机利用时，排到大气中的废气量也减少70％至80％，只20％至30％的废气排放到大气中，废气的排放量明显减少，而且所排入的废气基本上是水气与二氧化碳，因大部分废气进行二次燃烧，使残存的CH和CO基本燃尽，根本上杜绝了NO_x的产生，基本上除尽CO与CH化合物，减少了内燃机产生的大气污染；进入内燃机气缸的是纯氧和部分废气的混合气体，所排放到大气中的废气也比较洁净，内燃机的工作比用纯氧气容易控制，特别适于高原氧气稀薄地区使用，采用专用的四通阀，能可靠地控制氧气和废气的混合比例，在进气管接口采用二位三通电磁阀的内燃机动力设备可实现普通供气与氧气废气混合气供气的相互交替使用。

下面结合实施例及其附图详细说明本发明的内燃机供气方法和内燃机供气装置及其内燃机动力设备的结构。

图1是本发明的内燃机供气装置实施例一的组装图。

图2是本发明的内燃机供气装置实施例二、三的组装图。

图3是本内燃机供气装置实施例二的四通阀的轴向剖视图。

图4是沿图3中A-A线的剖面图。

图5是沿图3中B-B线的剖面图。

图6是相对图2的俯视图。

图7是图3的四通阀的阀芯向左滑动后的轴向剖视图。

图8是沿图7中的A向视图。

图3至图8相对图1放大。

图9是本内燃机供气装置实施例四的组装图。

图10是本内燃机供气装置实施例四的废气容器剖面图。

图11是本内燃机动力设备实施例一的组装图。

图12是本内燃机动力设备实施例二的组装图。

图13是本内燃机动力设备实施例三的组装图

图14是本内燃机动力设备实施例四的组装图。

零件目录表如下：1、液氧容器 2、加液氧阀 3、液氧入口 4、安全阀 5、低温阀门6、液氧出口 7、液氧输送管 8、进口 9、气化器 10、换热片11、出口 12、氧气输气管 13、气压表 14、蝶阀 15、混合气输气管16、废气输气管 17、气压表 18、废气容器 19、进口 20、排气管接口21、进气管接口 22、进气管 23、排气管 24、三通 25、排气管26、出口 27、蝶阀 28、三通 29、节流阀 30、氧气输气管31、出口 32、氧气容器 33、进口 34、混合气输出口A口35、进气口P₀口 36、四通阀 37、排气口O口 38、气源口P口39、后盖 40、螺旋压缩弹簧 41、尾杆 42、分流槽 43、隔板44、凹槽 45、前盖 46、手轮 47、标尺 48、螺杆49、阀芯 50、阀体 51、键 52、键槽 53、通道54、通道 55、密封圈 56、螺孔 57、氧气通口58、具有水冷却套的废气容器 59、气口 60、三位三通电磁阀61、气口 62、气口 63、散热片 64、容气腔 65、水冷却套66、柴油内燃机动性 67、空气滤清器 68、化油器 69、汽油内燃机70、节流阀 71、具有汽油喷射系统的汽油内燃机 72、进气管口

本发明的内燃机供气方法实施例一用以说明本燃机供气方法的基本原理，参见图1，是在内燃机启动时，打开低温阀门5将液氧容器1中的液氧经液输送管7输入气化器9与外界进行热交换吸热气化，将气化后的纯氧气输入氧气容器32，再经氧气输气管30和节流阀29及混合气输气管15从内燃机的进气管22输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功产生的废气从排气管23排出输入废气容器18，废气从废气容器18、废气输气管16分流一部分经蝶阀14再经纯氧气混合经混合气输气管15输入内燃机进入循环工作，其余的废气经蝶阀27从末端排气管25排出。调节蝶阀14和蝶阀27的流通面积，控制废气与纯氧气的混合比例，必要时调节节流阀29的流通面积。

本发明的内燃机供气方法实施例二参见图2，是在内燃机启动时，打开低温阀门5将液氧容器1中的液氧经液输送管7输入气化器9与外界进行热交换吸热气化，将气化后的纯氧气输入氧气容器9，再经氧气输气管12和四通阀36的气源口38即P口、混合气输出口34即A口及混合气输气管15从内燃机的进气管22输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功产生的废气从排气管23排出的废气输入废气容器18，废气从废气容器18、废气输气管16流入四通阀36进气口即P₀口，推动四通阀36的阀芯49，由分流槽42将废气通路与氧气通路联通分流部分废气与纯氧气混合，参见图7，图中箭头表示分流气体的流向，其余废气经废气排气口37即O口从末端排气管25排出，混合气体经混合气输出口34即A口从内燃机的进气管22输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功后的废气从排气管23输入废气容器18，废气从废气容器18由进气口35即P₀口进入四通阀36，经四通阀36的分流槽42分流部分废气与纯氧气混合后再输入内燃机的进气管20输入内燃机气缸，进入循环工作。本实施例废气与氧气和混合比例是逐渐推阀芯49，调节废气与氧气的流量比例关系，使内燃机的工作达最佳。

上述两个实施例在进入循环工作后，从氧气容器32的气压表13和废气容器18气压表17观察两容器的气压，调节低温阀门5，使氧气容器32的气压小于或等于废气容器18内的气压，便于氧气和废气混合比例的调节，废气容器18内的气压大于外界大气压，废气容器18、氧气容器32内气压的大小以废气能进入混合气输气管15并能排出排气管25为宜。

本内燃机供气方法实施例三参见图2，本实施例的纯氧气与废气的流量比例是1∶4；混合气体中氧气与废气的比例由四通阀36控制，推动阀芯49，使阀芯49推至另一极限位置，在该位置，氧气流通面积为启动时流通面积的四分之一，即氧气通道54或废气通道53面积的四分之一。当通径D不500mm时，阀芯49在图3向左滑移40mm。

本发明的内燃机供气方法实施例四参见图9，本实施例是实施例二的特例它的纯氧气与废气的流量比例为1∶3，降低内燃机的燃点，提高内燃机的效率；混合气体中氧气与废气的比例由四通代36控制，推动阀芯49，使氧气流通面积为启动时流通面积的三分之一，从四通阀36的标尺47标出阀芯49由图3右极限位置向左滑动行程约34mm，由行程知氧气流通面积与四通阀36的通道面积比为1∶3即33％，所说的废气容器具有水冷却套废气容器58，该废气容器能将废气冷却降温，所混合的废气和从排气管25排出的废气温度明显降低。

本内燃机供气方法实施例五参见图9，它与方法实施例四的不同之处是废气与氧气混合比例是逐渐推阀芯49，调节废气流通面积与氧气流通面积的比例关系，即调节废气与氧气流量比例关系，使内燃机的工作达最佳。

方法实施例四、实施例五的四通阀36的通径为50mm，即通道54、53的通径为50mm，标尺47在图3中向左滑动行程为L，氧气流通面积与通径面积的比为N，则由平面几何与平面三角可求得L与N的数值关系为：

L(mm) N(％)

45 16

42.5 21

40 25.6

37.5 30

35 34.7

32.5 39

30 43

27.5 48

25 52

22.5 57

20 62

17.5 67

15 71

12.5 76

10 81

7.5 86

5 90

本明的内燃机供气装置实施例一见图1，用以说明本内燃机供气装置的工作原理，它包括使用时与内燃机进气口22相联接的进气管接口21、与内燃机排气管23相联接的排气管接口20，其特征是：设置着氧气容器32、气化器9、液氧容器1、废气容器18及能控制气体流量的阀门，进气管接口21的一端由混合气输气管15与蝶阀14和节流阀29联接，节流阀29的另一口用氧气输气管30与氧气容器32的出口31联接通，氧气容器32的进口33用氧气输气管12与气化器9的出口11联接通，气化器9的进口8用液氧输送管7与液氧容器1的出口6的低温阀门5联接通；排气管接口20的另一端用管道与废气容器18的进口19联接通，废气容器18的出口26由三通28联接两个支管，其中一个支管经蝶阀14与混合气输气管15联接通，另一支管经蝶阀27末端排气管25联接，在氧气容器安装气压表13，在废气容器18安装气压表17。

本发明的内燃机供气装置实施例二见图2，其特征是：采用一个四通阀36取代供气装置实施例一的三个能控制气体流量的阀门，四通阀36的进气口35即P₀口与排气口O口37组成的阀取代实施例一中的蝶阀27，气源口P口38与混合气输出口A口37组成的阀取代节流阀29，阀体50的分流槽42与隔板43及阀芯49的通道53取代蝶阀14。四通阀36是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯49滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体的流通面积改变，参见图3、图7、图8，进气管接口21的一端经混合气输气管15与四通阀36混合气输出口34即A口相联接通，四通阀36与该输出口相对应的气源口38即P口用氧气输气管30与氧气容器32的出口31联接通，废气容器18的出口26与四通阀36的废气进气口35即P₀口联接通，四通阀36的与进气口35即相对应的废气排气口37即O口与末端排气管25联接通。

本内燃机供气装置实施例中，四通阀36的结构见图3、图、4、图5、图6、图7，阀体50混合气输出口34与进气口35之间有与混合气输出口34相通的分流槽42，分流槽42与进气口35之间由隔板43隔开；在阀芯49有与进气进口35相通的凹槽44；阀芯49的通道54、通道53、混合气输出口34、进气口35、气源口38、废气排气口37均为直径相等的圆孔，在阀芯滑动的过程中，被分流所剩废气的流通面积与氧气的流通面积逐渐改变；在阀芯49设有伸出阀体50的移动标尺47，由标尺可看阀芯49的通道如通道54与混合气输出口34的相互位置，用于控制氧气流通面积与氧气通道54面积的比例关系，以控制氧气与废气的比例关系。

本内燃机供气装置实施例三见图2，它是供气装置实施例二的特殊情况，氧气通道54与废气通道53的槽截面积相等，四个气口的槽截面积相等，在阀芯49的滑移过程中被分流所剩废气的流通面积与氧气的流通面积相等。

为调节方便，或在本实施例的四通阀36的阀芯49与阀体50位置之间设两个极限位置，在图3中为阀芯49处于左极限位置，阀芯处于左极限位置时，氧气的流通面积、废气分流后的流通面积为左极限位置的四分之一。

本内燃机供气装置实施例四见图9，它与供气装置实施例二的不同之处是在所说的废气容器是具有水冷却套的废气容器58，该废气容器的结构见图10，废气容器腔64在水冷却套65之间，用于冷却排放到该废气容器中废气；在进气管接口21联接二位三通电磁阀60，与该阀的双气口侧的气口62联接通。

本内燃机动力设备实施例一见图11，它包括柴油内燃机66，它设置着本发明的供气装置实施例一的内燃机供气装置，该供气装置包括与柴油机内燃机66进气管22相联接的进气管接口21、与内燃机排气管23相联接的排气管接口20、氧气容器32、气化器9、液氧容器1、废气容器18及能控制气体流量的阀门，进气管接口21的一端由混合气输气管15与蝶阀14和节流阀29联接，节流阀29的另一口用氧气输气管30与氧气容器32的出口31联接通，氧气容器32的进口33用氧气输气管12与气化器9的出口11联接通，气化器9的进口8用液氧输送管7与液氧容器1的出口6的低温阀门5联接通；排气管接口20的另一端用管道与废气容器18的进口19联接通，废气容器18的出口26由三通28联接两个支管，其中一个支管经蝶阀14与混合气输气管15联接通，另一支管经蝶阀27末端排气管25联接，在氧气容器安装气压表13，在废气容器18安装气压表17。

本发明的内燃机动力设备实施例二见图12，它是将本发明的供气装置实施例二的内燃机供气装置与柴油机66安装在一起，进气管接口21与该内燃机的进气管22联接，排气管接口20与该内燃机的排气管23联接，它与本动力设备实施例一的不同之处是采用四通阀36取代动力设备实施例一的三个能控制气体流量的阀门，四通阀36的进气口35与排气口37组成的阀取代动力设备实施例一中的蝶阀27，气源口38与混合气输出口34组成的阀取代节流阀29，阀体50的分流槽42与隔板43及阀芯49的通道53取代蝶阀14。四通阀36是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯49滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体的流通而积改变，参见图3、图7、图8，进气管接口21的一端经混合气输气管15与四通阀36混合气输出口34即A口相联接通，四通阀36与该输出口相对应的气源口38即P口用氧气输气管30与氧气容器32的出口31联接通，废气容器18的出口26与四通阀36的废气进气口35即P₀口联接通，四通阀36的与进气口35即相对应的废气排气口37即O口与末端排气管25联接通。

本内燃机动力设备实施例中，四通阀36的结构见图3、图4、图5、图6、图7。

为便于加工，或使四通阀36的氧气通道54与废气通道53横截面积相等，四个气口的横截面积相等，在阀芯49的滑动过程中被分流所被分流所剩的气体流通面积与氧气的流通面积相等。为便于调节，或在四通阀36的阀芯49与阀体50位置之间设置两个极限位置，在图3中为阀芯49处于右极限位置，阀芯处于左极限位置时，氧气的流通面积、废气分流后的流通面积为右极限位置的四分之一。

本内燃机动力设备实施例三见图13，它是将本发明的供气装置实施例四的内燃机供气装置与汽油内燃机69安装在一起，它与本内燃机动力设备实施例一的不同之处是所说的废气容器是具有水冷却套的废气容器58，该废气容器的结构见图10，废气容气腔64在水冷却套65之间，用于冷却排放该废气容器中废气；在进气管接口21联接二位三通电磁阀60，该电磁阀安装在空气滤清器67与化油器68之间，化油器67的进气口与二位三通电磁阀60的单口侧气口61联接通，空气滤清器67与双口侧的气口59联接，便于与普通空气滤清器67交替使用，将气口62与气口61之间的气路关闭，将气口59与气口61之间的气路开通，将四通阀36的阀芯49推向左极限位置，便将废气通道与氧气通道由隔板43切断，便用空气滤清器67供气，在四通阀36与氧气容器32之间设置节流阀70，更可靠地关闭氧气通道；将气口62与气口61之间的通路开通，将气口59与气口61之间的气路关闭，将四通阀36的阀芯49推向左，用本发明的供气装置供气。

本内燃机动力设备实施例四见图14，它是将本发明的供气装置实施例四的内燃机供气装置与具有汽油喷射系统的汽油内燃机71安装在一起，它与本内燃机动力设备实施例三的不同之处是由汽油喷射系统的汽油内燃机71取代实施例三中的汽油内燃机69，供气装置施例三的二位三通电磁阀60的气口61与该内燃机的进气管口72联接通。

上述实施例中：

四通阀36阀芯49的通道54、通道53、混合气输出口34、进气口35、气源口38、废气排气口37或为直径不等的圆孔，或为边长相等的方孔，或为边长不等的方孔。通道54和通道53或为环形。氧气流通面积、废气流通面积，可另由平面几何、平面三角求得。液氧容器1容积10升用四川活力气体工业公司的医用液氧容器取掉医用配件或用该公司的粉末绝热低温液体贮槽参见深冷技术1977第6期广告页气化器9 600 800 板式气化器氧气容器32 容积 10升废气容器18、废气容器58 容积 10升蝶阀14、27 D71J-10型手动衬胶蝶阀节流阀29、70 L44Y-160型节流阀二位三通电磁阀60 结构参照威海气动元件厂

23JD-L40型二位三通电磁阀

或上海阀门厂A21F-16二位三通电磁阀柴油内燃机66 b120Q-1型柴油发动机汽油内燃机69 CA6102型汽油发动机

Claims

1、一种内燃机供气方法，本方法是将内燃机排出的废气分流一部分与液化氧气化后的纯氧气混合，将混合气体从内燃机的进气口输入内燃机；在内燃机启动时，将液氧气化后的纯氧气从内燃机的进气口输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功产生的废气输入废气容器，其特征是：内燃机启动后，把1份的纯氧气与3份至4份的废气按流量的比例混合，其余废气排出，混合气体从内燃机的进气口输入内燃机，将压缩燃烧膨胀作功后的废气输入废气容器，将1份的纯氧气与3至4份的废气按流量的比例混合输入内燃机进气口，进入循环工作。

2、一种内燃机供气装置，它包括使用时与内燃机进气口相联接的进气管接口、与内燃机排气口相联接的排气管接口、氧气容器、气化器、液氧容器、废气容器及控制气体流量的阀门，其特征是：控制气体流量的阀门是四通阀，四通阀是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积逐渐改变，进气管接口的一端与四通阀混合气输出口A口联接通，四通阀与该输出口A口相对应的气源口P口与氧气容器的出口联接通，废气容器的出口与四通阀的另一进气口P₀口即废气进气口联接通，四通阀的与该进气口P₀口相对应的排气口O口与末端排气管联接通；在阀体混合气输出口A口与另一进气口P₀口即废气进口之间有与混合气出口相通的分流槽，分流槽与进气口P₀口之间由隔板隔开；在阀芯有与废气进口相通的凹槽；在阀芯设有伸出阀体的标尺；四通阀的阀芯在滑动过程中两通气口的流通面积相等并逐渐减小或增大，阀芯两通道的横截面积相等，排气口O口与气源口P口的横截面积相等。

3、一种内燃机动力设备，它包括内燃机、内燃机供气装置，内燃机供气设备主要由与内燃机进气口相联接的进气管接口、与内燃机排气口相联接的排气管接口、氧气容器、气化器、液氧容器、废气容器及控制气体流量的阀门，其特征是：控制气体流量的阀门是四通阀，四通阀是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积逐渐改变，进气管接口的一端与四通阀混合气输出口A口联接通，四通阀与该输出口A口相对应的气源口P口与氧气容器的出口联接通，废气容器的出口与四通阀的另一进气口P₀口即废气进气口联接通，四通阀的与该进气口P₀口相对应的排气口O口与末端排气管联接通；四通阀阀体混合出口A口与另一进气口P₀口即废气进口之间有与混合气出口相通的分流槽，分流槽与废气进口之间由隔板隔开；在阀芯有与废气进口相通的凹槽；四通阀的阀芯在滑动过程中两通气口的流通面积相等并逐渐减小或增大，阀芯两通道的横截面积相等。

4、根据权利要求3所述的内燃机动力设备，其特征是：进气管接口是经二位三通电磁阀与内燃机的进气口相联接通的，进气管接口与二位三通电磁阀的两气口侧的一气口相联接通，另一气口与空气滤清器相联接通，内燃机的进气口与二位三通电磁阀单气口侧的气口相联接。