CN111852694A - 一种内燃机机内净化技术 - Google Patents

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郭学文
王斌
杨桂茂
李洪军
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Abstract

本发明公开了一种内燃机机内净化技术，采用水制氢助燃内燃机改善其燃烧环境、实现机内净化。将溶水剂利用内燃机做功吸入空气的过程，从内燃机进气道吸入气缸，以内燃机本机工况制取氢氧气燃烧助燃。溶水剂为硼与水的混合溶液，溶水剂中硼与水的质量比为0.1～0.3：1；溶水剂通过具有喷量控制功能的喷液设备喷入内燃机进气道；本发明可以利用内燃机做功，自制氢氧气以助燃，改善内燃机的燃烧环境，提升动力，降低燃料消耗，减少污染物生成量，突破了内燃机通过改善空燃比提升燃烧效率的原有工艺，这是内燃机提升经济性，减少燃烧排放的根本措施，并可以弥补涡轮增压、废气再循环技术的不足，使内燃机机内净化技术更加完善。

Description

一种内燃机机内净化技术
技术领域
本发明涉及一种内燃机机内净化技术，属于内燃机技术领域。
背景技术
内燃机作为机械动力，在百余年的发展中不断得以完善，但随着一次性能源不断枯竭，大气污染不断恶化，排放限制日趋严格，对内燃机的经济性、燃料燃烧排放提出了更高的要求。
所谓内燃机机内净化技术就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进内燃机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。如改进内燃机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电喷控制、采用废气再循环技术等，但燃料燃烧并不充分，燃烧排放依然较高，在现有技术中涡轮增压、废气再循环技术虽然能提升内燃机燃烧效率，降低燃料消耗，减少有害气体的生成量，但也存在一定的缺陷，比如增加NOX的生成、影响燃烧质量和机油性能、降低动力输出等问题。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不足与缺陷，所以有必要加以改进，从根本上解决内燃机燃烧排放高污染问题。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供一种内燃机机内净化技术，有效改善内燃机的燃烧环境，提升动力、降低燃料消耗、从根本上减少污染物生成量；可以弥补涡轮增压，废气再循环技术使用过程中存在的不足，使内燃机机内净化技术更加完善。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种内燃机机内净化技术，将溶水剂利用内燃机做功吸入空气的过程，从内燃机进气道吸入气缸，以内燃机本机做功工况制取氢氧气燃烧助燃。
进一步地，所述溶水剂为硼与水的混合溶液。
进一步地，所述溶水剂中硼与水的质量比为0.1～0.3：1。
进一步地，所述溶水剂中硼与水的质量比为0.25：1。
进一步地，所述溶水剂的吸入、氢氧气制取、燃烧助燃均在内燃机本机依次完成。
进一步地，所述溶水剂通过具有喷量控制功能的喷液设备喷入内燃机进气道；溶水剂喷入量随内燃机因转速变化所需燃料量不同而变化，使分解形成的氢氧气与内燃机缸内燃料燃烧所需相匹配。
进一步地，所述溶水剂的喷入过程要连续不断，以确保内燃机缸内制取氢氧气助燃的稳定。
进一步地，所述溶水剂喷入时无温度要求。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提供的一种内燃机机内净化技术，将溶水剂利用内燃机做功吸入空气的过程，从内燃机进气道吸入气缸，在气缸的高温环境中，溶水剂迅速分解为氢、氧离子，氢离子形成氢气，氧离子与燃料混合，燃烧助燃；有效改善内燃机燃烧环境，实现机内净化，使内燃机动力性、经济性大幅提升，尾气、污染物颗粒排放显著下降；同时，使用水制氢助燃成本低、便于取材，经济效益和社会效益显著；
本发明中氢气助燃内燃机燃烧，有效拓展了燃烧界限，在汽油发动机上表现为燃烧位置稳定，变动循环降低；在柴油机上表现为氢气被引燃后，瞬间形成多个燃烧中心，氢气理化特性消除了缸内局部缺氧与低温现象，燃烧更加充分稳定，爆震减少，噪音降低，弥补了涡轮增压、废气再循环技术在内燃机燃烧过程中存在的缺陷；
本发明利用内燃机本机自制氢、氧气，内燃机点火或压燃即可燃烧助燃；解决了现有技术中氢气制取、储存、喷入气缸各环节的技术难题；
本发明解决了纯氢气在内燃机气缸内燃烧，会影响机油性能的缺点；
本发明解决了内燃机因提升燃烧效率，伴随NOx大幅增加的问题；
本发明解决了使用涡轮增压技术，使内燃机燃烧温度大幅上升，NOx生成量急剧增加的技术难题；
本发明解决了使用废气再循环技术，会降低内燃机燃烧效率，影响动力输出与机油性能的问题；
本发明的使用，突破了内燃机通过改善空燃比提升燃烧效率的原有工艺,为汽油、柴油、燃气内燃机有害气体、污染物颗粒排放治理提供了一种新的技术手段，成为内燃机燃烧排放污染治理最直接、最有效的根本措施之一，对于大气环境的治理与保护具有非常大的积极作用；
本发明的使用，有效延长了内燃机的使用寿命。
下面结合附表和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是国三排放标准的汽油车和国四排放标准的柴油轻卡采用本发明后的排放测试结果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提供一种内燃机机内净化技术，是将溶水剂利用内燃机做功吸入空气的过程，从内燃机进气道吸入气缸，在气缸的高温环境中，溶水剂迅速分解为氢、氧离子，氢离子形成氢气，氧离子与燃料混合，燃烧助燃；有效改善内燃机燃烧环境，使动力提升，油耗减少，排放降低，实现机内净化。
所述溶水剂的吸入、氢氧气制取、燃烧助燃均在内燃机本机内依次完成。
所述溶水剂通过具有精确喷量控制功能的喷液设备喷入内燃机进气道；喷入量随内燃机因转速变化所需燃料不同而变化，使分解形成的氢氧气与内燃机缸内燃料燃烧所需相匹配；内燃机做功因转速的不同，燃料消耗是一个变量状态存在，技术上要求供应的助燃剂应与之匹配；溶水剂的喷入量要根据内燃机燃料燃烧所需变化及内燃机气缸排量的不同确定；汽油内燃机、柴油内燃机，喷入量不同，气缸排量不同，喷入量亦不同。试验表明喷量约占本机油耗10%时效果较佳。
所述溶水剂的喷入过程要连续不断，以确保内燃机缸内制取氢氧气助燃的稳定。
所述溶水剂喷入时无温度要求。
所述溶水剂被吸入气缸后，高温产生氢气与氧气；所述溶水剂为硼与水的混合溶液；所述溶水剂中硼与水的质量比为0.1～0.3：1。
作为一种优选，所述溶水剂中硼与水的质量比为0.25：1。
硼与水反应生成氢氧化硼和氢气，氢氧化硼生成氢气的方程式：
2B＋6H2O（高温）＝2B（OH）3＋3H2↑
4B（OH）3＝4B＋6H2O＋3O2↑
本发明提供的机内净化技术中，溶水剂利用内燃机做功吸入气缸，在气缸内的高温环境中，溶水剂迅速分解为氢、氧离子，氢离子生成氢气，氧离子与燃料混合，点火（压燃）后，缸内混合气迅速燃烧，氢气热值高，燃烧速度快，缸内燃料尽燃。污染物CO和HC因燃料燃烧充分而大幅减少。
本发明提供的机内净化技术，在改善内燃机燃烧环境的过程中，由于溶水剂的进入吸收缸内热量，使缸体工作温度始终处于相对低温状态，氢气的燃烧可使火焰散布到气缸的各个角落，清除原有积沉的同时，不再发生新的积沉，清洁的缸体降低了机油氧化的速度，使粘度指数得以延长。
本发明提供的机内净化技术，溶水剂随空气进入气缸时液体的比热容大，挤占了空气进入的空间，减少了空气进入气缸的体积；进入气缸的液体，吸收缸内热量，使缸内工作温度大幅降低，产生NOx的高温、富氧、燃烧滞留时间长三个条件，均得以大幅改善，使得NOx生成量大幅下降，排放减少。
本发明提供的机内净化技术用于柴油内燃机时，由于柴油内燃机喷入燃料后，有0.001-0.005秒的着火延迟期，使缸内氢气与燃料快速混合，由于氢气的理化特性，消除了缸内部分缺氧和低温的现象，压燃后，在缸内瞬间形成多个燃烧中心，氢气的火焰面推进速度快于柴油燃烧的扩散速度，燃烧期缩短。燃料燃烧快速充分，大幅减少CO、HC和PM的生成量，减少排放。
本发明中氢气助燃内燃机燃烧，有效拓展了燃烧界限，在汽油发动机上表现为燃烧位置稳定，变动循环降低；在柴油机上表现为氢气被引燃后，瞬间形成多个燃烧中心，氢气理化特性消除了缸内局部缺氧与低温现象，燃烧更加充分稳定，爆震减少，噪音降低，弥补了涡轮增压、废气再循环技术在内燃机燃烧过程中存在的缺陷，延长内燃机的使用寿命。
本发明利用内燃机本机自制氢、氧气，内燃机点火或压燃即可燃烧助燃；解决了现有技术中氢气制取、储存、喷入气缸各环节的技术难题。
本发明解决了纯氢气在内燃机气缸内燃烧，会影响机油性能的缺点。
本发明解决了使用涡轮增压技术，使内燃机燃烧温度大幅升高，伴随NOx生成量大幅上升这一内燃机固有的技术难题。
本发明解决了使用废气再循环技术，会降低内燃机燃烧效率，影响动力输出与机油性能的问题。
本发明以稳定溶水剂分解为氢氧离子的能力，为内燃机燃料燃烧提供相应的氢氧助燃剂。
本发明的应用，使用已经公开的设备可以实现该方法，但是不限定其他的设备结构也能实现该方法。
本发明的应用，突破了通过调整空燃比提升燃烧效率的原有工艺，为内燃机污染物排放治理，提供了较好的解决方法。
本发明的使用效果：
节油：经国家智能商用车质量监督检验中心，按照JT/T 719-2016《营运货车燃料消耗限制及测试方法》做的道路油耗测试：汽油车节油率达到11.6%，柴油车节油率达到12.6%。报告编号：ZZZTBG-2020041201-001。报告中的节油数据是80km/h等速油耗。（高速公路油耗测试、节油率为20%以上）
减排：测试执行标准：GB3847-2018，GB18285-2018，在现有正常运营的环保检测线，国三排放标准的汽油车、国四排放标准柴油轻卡尾气排放测试结果如附图1所示；
采用本发明后的排放数据，均大幅低于现行国家标准；在非道路机动车上表现为黑烟消失、动力提升；汽油轿车达到了尾气排放无异味。
本发明的具体工作原理：
将溶水剂用具有精确喷量功能的设备利用内燃机做功吸入空气的过程，从内燃机进气道吸入气缸，在气缸的高温环境中，溶水剂迅速分解为氢、氧离子，氢离子形成氢气，氧离子与燃料混合，燃烧助燃；有效改善内燃机燃烧环境，使内燃机动力性、经济性大幅提升，尾气、污染物颗粒排放显著下降；实现机内净化，达到节能减排的目的。
以上所述为本发明实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内燃机机内净化技术，其特征在于：将溶水剂利用内燃机做功吸入空气的过程，从内燃机进气道吸入气缸，以内燃机本机做功工况制取氢氧气燃烧助燃。
2.如权利要求1所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂为硼与水的混合溶液。
3.如权利要求2所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂中硼与水的质量比为0.1～0.3：1。
4.如权利要求2所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂中硼与水的质量比为0.25：1。
5.如权利要求1所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂的吸入、氢氧气制取、燃烧助燃均在内燃机本机内依次完成。
6.如权利要求1所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂通过具有喷量控制功能的喷液设备喷入内燃机进气道；溶水剂喷入量随内燃机因转速变化所需燃料量不同而变化，使分解形成的氢氧气与内燃机缸内燃料燃烧所需相匹配。
7.如权利要求1所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂的喷入过程要连续不断，以确保内燃机缸内制取氢氧气助燃的稳定。
8.如权利要求1所述的一种内燃机机内净化技术，其特征在于：所述溶水剂喷入时无温度要求。
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