CN1156645C - 用水蒸气使燃料充分燃烧的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能方便的，在内燃发动机的气缸内加入可控温度和数量的水蒸气，改善其燃烧条件，降低废气排放污染、节约燃油的环保装置。它具有以下特征：利用油门控制的超声波水雾发生器将水雾化，再利用发动机的余热加温成水蒸气并与另一部分水雾混合，达到设定的最佳温度后，自动按发动机的不同工况要求，进入内燃发动机的气缸内燃烧。

Description

用水蒸气使燃料充分燃烧的装置

             技术领域：

本发明涉及一种用水蒸汽使燃料充分燃烧的装置

             背景技术：

为解决内燃机的排气造成的环境污染问题，世界各国都采用过各种方法治理，其中较为有效果、有规模的主要有这样一些方法：

a：采用微型计算机控制的电子喷射式发动机，控制内燃机有关燃烧诸元，为了配合三元催化器起作用，根据负荷变化把空气与燃油的比例严格的控制在14.7∶1，使尾气排放降低。这类内燃机燃烧条件有所改进，但距离燃油充分燃烧尚有一段距离，因为汽缸内仍存在积碳。而且此类内燃发动机结构复杂，造价昂贵，故障修理难度大，且修理费用高，传统的燃烧模式未做改变。尤其值得注意的是，汽油电喷发动机对燃油的质量要求很高，否则将会损坏电喷装置，环保效果会更差。

b：利用废气再循环(EGR)控制排放污染是将一部分废气引入气缸中参与燃烧，重点是针对降低氮氧化物NOx的有害排放，着重以抑制NOx生成的一种方法。废气再循环对内燃机性能有影响，是以对于内燃机部分性能的降低为代价的。并且在怠速、启动、低速、低负荷、高速、大负荷、水温低、环境温度低等条件较差的工况时，不得不降低或关闭EGR，使其性能降低。

c：″三元催化器″虽然具有使废气催化、转化、过滤与吸附的作用，可以降低废气排放，但并未根本改变燃烧过程中的不良状态，使用寿命短，还会造成排气阻力增大，损失内燃机功率，只宜用于排放的辅助净化。

d：燃料掺水方法是至今为止所能找到的，使燃料燃烧充分的最好方法，但油与水的混合、掺水过程中的自动控制问题，一直是制约这一方式推行并走上实用化的巨大障碍。各国研究了几十年，距形成实用规模还有一定距离。曾采用的进气管喷水法、汽缸内喷水法、化油器喷水法等就是利用相应的传动装置喷射出雾状的水助燃，缺点是消耗内燃发动机的能量，结构复杂，高速适应性差，对发动机系统内润滑、锈蚀有较大的影响，始终难以应用。

e：乳化油法：又细分为机械法、气动法、超声波法、乳化剂法等。是将水与油交融为悬浊液体，再进入汽缸内燃烧。其中乳化剂法又分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型等等。但共同的缺点是耗能较大、成本高、尤其是稳定性差、不易保存、搁置时间长会造成分解，发动机冷启动困难；乳化剂本身价格高，添加成本大。其次是在使用中，水分解吸热量大，过分降低燃烧温度，使燃烧效率下降，不易控制，难于适应各种工况频繁转换的现实应用，是开发推广的巨大阻力。因此长期以来始终未能扩大推广使用。

          发明内容：

一种用水蒸汽使燃料充分燃烧的装置，该装置是一种在内燃机的工作过程中方便地加入可控温度和数量的水蒸汽、改善内燃机的燃烧条件、降低废气排放污染、节约燃油的装置，该装置由超声波水雾发生器、蒸汽混合阀、排气管上的加热套、真空度控制阀、电磁阀等组成，其特征在于，水由水箱经水泵等进入超声波发生器产生水雾，所产生的水雾一部分直接送入蒸汽混合阀，而另一部分送入排气管上的加热套中从而利用内燃机余热将该部分水雾加热成水蒸汽，并且将这些水蒸气送入蒸汽混合阀中再次与水雾进行混合，从而使之达到所需水蒸汽的温度，并且把他们送入发动机的进气管中与燃料进行混合，其中真空度控制阀控制内燃机工况变化的补气量，油门控制的电位器控制水雾发生量。

本发明是一种在内燃发动机吸气过程中方便的加入可控的调节到所需水蒸汽的温度，与燃油一起燃烧的方法。达到使燃料充分燃烧，即能节油又能使排放污染降低的方法。

本发明利用超声波水雾发生器将纯净的水雾化，利用内燃机的余热加温水雾使之形成水蒸汽送入蒸汽混合阀后再次与水雾混合使之达到所需水蒸汽的温度，然后再送入内燃机进气道，与燃料充分混合，在汽缸内辅助燃烧做功。对柴油机是将水蒸汽送入进气管；对汽油机则是送入化油器的阻风门前，本装置可替代EGR装置。由于在燃料燃烧前掺入适量、适温的水蒸汽后可以改善燃烧条件，使燃油充分燃烧，能够做到使排气污染降低。

           本发明所能达到的效果：

1、水蒸汽与汽油混合气或柴油机高压喷嘴喷出的雾化柴油混合后，会产生″微爆″现象，使得雾化更好，并增强了混合程度，加快燃烧速度，促进油雾的燃烧过程。微爆的理论是获得公认的。

2、由于水的比热大，掺水蒸汽后，降低了燃烧室与燃烧室壁面温度，有效的抑制了氮氧化物NOx生成；并抑制爆燃，还可以适当提高内燃机的压缩比，选用最佳的点火提前角，并非常有利于使用无铅汽油。

3、提高混合气的导电率。在汽油机汽缸内，掺入水蒸汽后的混合气体导电率提高，内燃机在大空燃比、稀混合气的条件下也不易″断火″，火花塞电极间隙可以调大，以提高点火能力，使燃烧更强劲。在空燃比较大的情况下，CO、HC排放量都会显著降低，NOx下降二分之一强，燃油消耗也会降低。

4、水蒸汽参与燃烧后，火焰最高温度降低，最高温度持续时间缩短，氧与水反应而生成的H、H2、OH等会优先产生化学反应(它们的活性比N2大)，所以，NOx的生成率下降。水蒸气分解能参与燃烧，水在高温下会有一部分分解为氢H和氧O，重新参与碳氢化合物的燃烧反应。

还存在水煤气反应，促进了C和CO的燃烧，因而会使CO和碳粒的排放降低：

    又

水的另一反应是生成过氧化氢，并最后生成OH：

水与CO反应：

水在高温和第三体催化作用条件下，参与烃类燃烧是十分活跃的，特别是促进碳和一氧化碳的燃烧。当水参与燃烧反应后生成H、OH、H2和O等后，使整个燃烧活化起来，加速和完善整个燃烧过程，使燃烧更充分。

5、本装置可以节约燃油3％～8％。并可以使用牌号较低的燃油，节约效果显著。试验证明：经过一段时间后，燃烧室内的积碳烧除达98％，火花塞中心瓷体洁白如新，形成最理想的无积碳式充分燃烧，废气排放降低。

6、掺水蒸汽的方法对在柴油机上使用更方便。对于柴油机来说HC和NOx的排放量虽然比汽油机少，但也远远达不到充分燃烧的程度，并且由于过量空气系数大，也无法采用三元催化器，汽缸内的柴油在局部高温缺氧环境中，产生热分解，出现游离碳。当加入水蒸汽后，通过上述的化学反应，会起到同样的减少污染的效果，降低有害气体的排放。此法还可很方便的用于其它以油料做燃料的设备中，以及其它燃烧场合。

               附图说明

附图为本发明的结构示意图

             具体实施方式

利用超声波水雾发生器将纯净的水雾化，利用内燃机的排气余热加温水雾使之形成水蒸汽后，送入内燃机进气道，与燃料充分混合，在汽缸内燃烧作功。对柴油机是将水蒸汽送入进气管；对汽油机则是送入化油器的阻风门前和进气管，电喷发动机可修改程序、可替代EGR。由于在燃料燃烧前掺入适量、适温的水蒸汽后可以改善燃烧条件，使燃油充分燃烧，能够做到使排气污染降低到现行标准以下。

本发明对内燃机只作小的改动(见附图)。如空气滤清器[15]与进气管[17]上各增加两根管；更换一节带加热套[3]的排气管[18]；汽油发动机的化油器[16]不动，油门上增加控制电位器[9]等，再附带一套水雾发生与控制装置。

本发明是这样实现的：接通电源，电磁阀[14]延时后将管路接通。燃料水箱[2]中的水经过软化装置[4]，用水泵[5]送入超声波水雾发生器，浮子开关[6]保证超声波水雾发生器的供水水位；超声波水雾发生器[7]的水雾发生量与油门联合控制，油门大时，水雾发生量也大，反之就小。超声波水雾发生器的进气，来源于空气过滤器[15]，吸进干净的新鲜空气。

从超声波水雾发生器中产生的水雾分成两路：

1、进入排气管[18]上的加热套[3]，利用余热使水雾加热为水蒸汽后进入蒸汽混合阀[8]；

2、直接进入蒸汽混合阀[8]。

直接进入蒸汽混合阀的水雾与被排气管加热的水蒸气的混合比用蒸汽混合阀控制，蒸汽混合阀则由温控器控制[10]，(也可手动微调[11])自动调节进入发动机的水蒸气温度维持在最佳状态，再与新鲜空气混合进入燃烧室内燃烧。

还设立一个真空度控制阀[13]，利用内燃机进气管的真空度变化，根据内燃机在减速、加速、怠速等不断变化的工况下自动随时增减吸入的水蒸汽数量(也可手动微调[12])，以满足不同工况的需要，适当增减空燃比，并保证水蒸气浓度维持在合理的水平上。断电后电磁阀[14]关闭，切断水蒸汽进入内燃机的通路。

Claims (1)

1.一种用水蒸汽使燃料充分燃烧的装置，该装置是一种在内燃机的工作过程中方便地加入可控温度和数量的水蒸汽、改善内燃机的燃烧条件、降低废气排放污染、节约燃油的装置，该装置由超声波水雾发生器、蒸汽混合阀、排气管上的加热套、真空度控制阀、电磁阀等组成，其特征在于，水由水箱(2)经水泵(5)等进入超声波发生器(7)产生水雾，所产生的水雾一部分直接送入蒸汽混合阀(8)，而另一部分送入排气管(18)上的加热套(3)中从而利用内燃机余热将该部分水雾加热成水蒸汽，并且将这些水蒸气送入蒸汽混合阀(8)中再次与水雾进行混合，从而使之达到所需水蒸汽的温度，并且把他们送入发动机的进气管(16)中与燃料进行混合，其中真空度控制阀(13)控制内燃机工况变化的补气量，油门控制的电位器(9)控制水雾发生量。

Images