CN1164268A - 缸内喷水发动机 - Google Patents

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Abstract

一种适应保护环境要求的、减少NOX的火花塞(18a)或等离子体点火往复多燃料发动机，利用直接在汽缸内喷水(17)和一供选择的富氧送气(10)，使之成为能够进行超稀薄燃烧并具有较高功率输出和提高效率的高压缩化的发动机。

Description

缸内喷水发动机
发明的领域
本发明普遍地涉及内燃机，特别涉及喷水发动机。极为特殊的是，本发明涉及具有在压缩冲程中向汽缸直接喷水，通过冷却压缩气体来提高效率的一种内燃机。
相关技术
为了改进发动机工作，种种流体，如水和水与其他物质形成的溶液，如酒精，业已普遍地被喷入到以碳氢化合物易燃料的发动机中，在压缩冲程当中，水滴汽化，吸收在燃烧室内产生的热能，防止过早点火。已汽化的水其后在动力冲程中被燃烧的燃料混合物加热并膨胀，提高了燃烧过程的机械效率。有益的辅助效果可以包括，防止在发动机汽缸壁上碳的积聚。喷水的有益作用的结果，使发动机可依靠较稀的燃料混合物，更平稳且有效地运行。而且，减低了燃烧的高峰温度，使氮的氧化物的形成减少并将在发动机组件上的热应力减至最低。
业已开发了许多种装置向内燃机的进气中引入流体。这些装置包括乳化液喷注系统，和一进气加湿器，在该加湿器中，空气在被引入到发动机之前穿过一容水的部分。直接向进气中喷入流体受到机械系统不能精确计量较小水量，以致不能获得水在最终燃料/空气进气中最佳的体积化的限制。因为水吸热的能力主要在于由液体到气体的相变，加湿的或直接喷水系体是不实用的。
相关的技术系统未能完全成功地满足发动机的要求，主要是由于单纯的机械装置不能适应宽范围的条件。在W.T.Crothers的美国专利4,031,864中介绍了一种向一普通燃烧室中输送两种不同流体的方法。甲醇和汽油储存在一共同的罐中，而由在该罐中不同的液面被抽出来，用水来实现相分离。该发明的主要目的是可以使用不同的燃料。
V.A.Renda的美国专利4,351,289介绍了在一内燃机高峰动力需求期间供水的方法。由一个喷射泵增压一个罐，用此罐的水进行水的喷射，该泵在一探测进气歧管真空度的真空开关控制下，仅在预定转矩水平以上通电。
M.Vinokur的美国专利4,461,245介绍一种向内燃机供水以达到能使用较稀燃料混合物运行的方法。利用进气歧管压力控制水泵的输出，从而使喷水率与发动机负荷相应。
转让给L.Sandbery的美国专利4,558,665介绍了一种向涡轮增压发动机的汽缸供水的方法。这个系统，在每一吸入阀之前向每一歧管涡轮喷水，并与燃料系统独立地工作。
J.O’Neill，E.Schisler和P.Kubo的美国专利4,960,080介绍一种应用于发电机的内燃机喷水系统。当发电机输出达到相应于驱动发动机开始放出NOX的预定水平时，该系统被启动。
G.Spears的美国专利4,096,829介绍一种向具有火花点火系统的内燃机喷水的系统。该系统以与发动机的转速(RPM)成比例的速度驱动一喷水泵，这里(RPM)是由点火电线中之一感应地探测出。通过一雾化器的空气流控制喷水率。
R.Miller的美国专利4,448,153介绍一种向汽化器喷水、以便可以用较稀燃料混合物的系统。一个喷水泵与发动机的参数，如温度、油压和歧管压力相应，进行开和关的循环。
M.J.Connor的美国专利5,148,776介绍了一在吸气歧管中水和燃料的配合喷入系统。该系统用一计算机计算发动机燃料/空气/水的需要量。
上面引用的技术没有一个是公开在压缩冲程当中直接向汽缸喷水的，也没有涉及与增加氧相结合的喷水技术。
本发明的优点
通常的火花点火涡轮增压发动机是燃料-空气奥托循环和空气布雷敦循环的结合。这一复式循环设置是基本的奥托循环的改进，即从汽缸中除去部分压缩(经由涡轮增压机)。同时质量流量和相伴的功率出力也被增加。但是，火花点火复式发动机仍由于在一个共同的汽缸中进行燃烧和压缩，在容积效率和燃烧效率方面存在问题。理想的是，这些过程象在布雷敦循环气体涡轮发动机中发生的那样单独地被优化并在分离的室中进行。该复式循环事实上是提供一定程度的分离和优化，但仍被限制在一种工程技术上的汽缸内热力学的折衷方案之中。本发明为了整体的效率和功率输出的增益，通过独立优化压缩和燃烧/膨胀热力学过程，来解决热力学上的不协调之处。是在一修改了的复式涡轮增压往复式发动机中完成这些过程的，在机械和热动力学方面有很大改善。
本发明的发动机循环事实上是一新型循环，是对常规复式循环的一种改进。它向循环中加水，并作为一供选择措施，还加氧，以改进质量流量、容积效率、燃烧效率、燃烧温度、火焰稳定性、可点火性以及减小燃料消耗和氦氧化物或NOX的生成。
常规的火花或等离子体点火发动机在效率上受到限制，这是由于：1)为了排除过早点火而采用低的压缩比；2)在压缩冲程内低效率的缓和升温；3)压缩功的低效率的减少；4)随着压缩时温度上升，进气阀关闭，在室中具有恒定的物质质量，5)空气中氧含量的限制。
常规火花或等离子体点火发动机存在着压缩比的限制，是由于空气或燃料-空气混合物在压缩冲程中温度上升，和热诱导发生过早点火的可能性，一个发动机的效率是受压缩比的强烈影响的函数。但是，因为过早点火的限制，常规的火花/等离子体点火发动机不能利用象在柴油机循环中发生的那样的高压缩比产生的高效率。在压缩冲程以前和/或当中向汽缸内喷注低温和/或雾化水，通过吸收周围热流量(水的汽化潜热)水相变成蒸气，排除了热诱发过早点火现象。
常规的火花/等离子体点火发动机本来就不具有在压缩冲程时减小热流升温的有效方法。在压缩冲程当中，在汽缸内的气体物质温度上升是由于1)由汽缸壁、盖和活塞顶、阀等来的对流和辐射加热；2)由于活塞压缩气体体积，发生绝热或多变加热。由于上述加热现象，普通的火花/等离子体点火发动机不具备有效的机制减小压缩冲程或循环时的升温。在压缩冲程以前和/或当中向缸内喷入低温和/或雾化水，会吸收汽缸源发出的热流量并吸收压缩功热。水会相变成蒸汽，缓和整个缸内的物质温升。换言之，由于喷入水，在压缩冲程终端被压缩物质(包括水/空气/燃料或水/加氧空气/燃料)的最终温度会大为降低。这最终压缩冲程温度会在被压缩的物质混合物的热点火点以下，从而排除过早点火现象。
一个直接或缸内喷射燃料并是火花/等离子体(或者说不是压燃式)的发动机也会通过在缸内压缩冲程喷水受益。在这循环中，喷入的水/空气物质被保持在点火温度以下，以致喷入的燃料不过早点火或发火。
常规的火花或等离子体点火发动机本身不具有减小在压缩循环当中压缩功的有效方法。在压缩冲程之前和/或当中，在汽缸内喷入低温和/或雾化水会使水相变，经过吸收周围热流量(水的汽化潜热)变成蒸汽，从而降低或缓和被压缩物质的温度。因汽缸内的物质的温度被下降或缓和，压缩功便以一定比例下降。
常规火花/等离子体(或非压燃式)发动机一般是恒质量循环。在进气阀关闭时，汽缸物质质量在压缩冲程中是恒定的。在压缩冲程中将稀释剂，如水加到整个物质通过量中，增加了功率输出。压缩冲程喷水使功率输出增加是由于，提高了增加功率输出和效率的膨胀冲程中相对于活塞的水的质量/动量。在压缩时喷入增压的或差压增压的水不仅会减小压缩冲程的温度，而且由于向发动机循环中有差别地增加物料通过量(通过物质的不均匀的喷入)，发动机的整个功率输出也增加。
常规火花或等离子体点火发动机，被空气中的含氧量很低地限制在它的燃料/空气比上。空气中含氧量的限制，在海平面公称为21％，最终固定了燃料-空气比的较低的稀薄极限。直到最近，在较高效率的静态膜氧发生器问世之前，使用补充的氧进行强化燃烧一直是不经济的。使用静态膜发生器、排气(废气)驱动涡轮增压机和一压力回收涡轮，才使产生加氧空气流的能量代价减至最小，同时燃料/空气比的稀薄极限增大，从而整个发动机效率提高。
与火花或等离子体点火发动机喷水有关的技术，虽然对循环的改进而值得关注，但有以下限制：1)绝对湿度水平，2)水的汽化率，3)容积效率。业已开发研究了种种类型的装置向内燃机进气引入流体，这些装置具有：乳化喷射系统、进气加湿器和进气歧管喷射器。
将水喷入到进气歧管的装置主要是影响在压缩冲程之前空气进气的湿度和增浓。这些系统在降低进口空气温度和增湿到接近100％相对湿度水平方面是显著的。但绝对温度是一温度函数。进气歧管增湿被限制在一个比在缸内低温和/或雾化喷水要低的绝对湿度水平上，因为前者是在较低温度情况下，而后者是在较高温度范围内，当压缩冲程增加了压缩比温度便上升。在压缩冲程内的较高温度使较多量的水(较高的绝对湿度)被带入到被压缩的物质中，不形成可能与汽缸壁上润滑油发生作用从而降低壁的润滑性能的水滴或较高湿度。本发明可用于用低温和/或雾化水向活塞以上的比较热的净空(freeboard space)的高压喷淋，以产生一适度的相对湿度，但与进气歧管增湿系统相比，产生一高得多的绝对湿度。
用雾化或直接射流或是夹带液滴向进气歧管喷水，最终进入汽缸，均要受与周围气体物质的温度和相对湿度成比例的汽化率的支配。进气歧管雾化，虽然具有最高的歧管汽化率，但有一个相对湿度100％最大值的限制，超过此值水不再汽化而被引入到汽缸中，带来与汽缸壁润滑剂发生作用的麻烦结果。进气歧管直接射流或夹带液滴可以喷入水，但也有4个不利作用：1)水-缸壁润滑剂作用，它损害润滑系统；2)主要由于热传导影响到进气阀和汽缸壁，而过早相变成蒸汽；3)主要是由活塞顶来的热传导影响，水被集中在活塞上，随后相变成蒸汽。(现在产生的蒸汽将会经受全部压缩功，将不能用来减小压缩温度或压缩功)；4)在汽缸中液体水取代了气体物质，这导致降低容积效率的进气量。与此相对照，本发明是用低温或雾化水注入到活塞之上的净空中去，由于较高的压缩冲程温度(与较低的进气歧管温度不同)，水较快地汽化。而且，被喷入到汽缸内水吸收的热几乎完全来自被压缩的气体物质，从而给循环的热力学和燃烧动力学以积极的影响。因为缸内喷水循环在汽缸中接受了最大密度的进气量，并且还向这汽缸进气量中加入了附加的水物质，进一步提高了进气量的密度，使发动机的容积效率，与歧管喷水相比较，达到最大。
在进气歧管中喷水增湿器降低歧管温度，并使气体流密度增加。但是，进气歧管增湿具有以下影响容积效率的限制：1)在一定温度下，干空气比在相同温度的空气和水份合成物具有较大密度；2)湿度系统具有温度限制，温度必须在进气凝固点或冰点以上，以避免将冰吸入到汽缸中。本发明使用冷却器(热交换器)中间冷却进气流，从而向汽缸室供给具有最高密度的进气。这个进气又被向活塞之上净空喷入低温和/或雾化水增浓，进气也被伴随的活塞压缩浓化。热交换器的净效果加上在汽缸内喷入低温和/或雾化水，提供了注水系统的迄今密度最高的进气，使容积效率大为提高。
发明的概述
本发明是一非恒定质量可选为加氧空气的高压缩火花/等离子体点火内然机循环。迄今实现这一循环尚不为人们所知。因此，该循环是一新型循环。
本发明包括至少一个汽缸的发动机，并在其中包括：进气/排气歧管和阀；一点燃燃料-空气或燃料-加氧空气混合物的方法；发放燃料的一个注入器/或多个喷射器；二个涡轮增加机；一氮气压力回收涡轮/压缩机；三个后冷却器；供给雾化或其他形式低温水的喷射器；和氧/氮分离膜。水喷射系统包括一增压的水供给装置和在精确的时间间隔和精确的压力下喷水的水量计量和计时装置。
本发明如下操作，进口的空气进气量由两个气源构成-一个过滤的环境空气流和一个高氧富化空气流。全部进口空气流被氮气压力回收涡轮/压缩机压缩，并被排到进气歧管的延伸导管上。因为空气流经过涡轮/压缩机做功被加压加热，所以必须冷却以增加进气密度，并减小后来涡轮压缩机的做功。为此，装有一后冷却热交换器，其目的也是提高进入发动机的进气流量。后面的涡轮增压机压力将空气流或加氧空气流增压，并通过一后冷却器排到一三通管。三通管之中一个口通向第二涡轮增压机/后冷却器组件，并继续到氮/氧分离器。在三通管另一口上，气体燃料被喷入并混合到进气歧管中。冷燃料气进一步降低进气温度并提高密度。燃料-空气或燃料-加氧空气混合物通过进气歧管和进气阀进入汽缸。在本发明中，进气阀是有高热阻涂层隔热的，减少到燃料-空气混合物去的热流量。其结果是，燃料-空气混合物以较高密度进入汽缸，从而使发动机容积效率提高。
一进入汽缸，燃料-空气或燃料-加氧空气混合物开始快速吸收热。混合物的这一升温是不希望有的。由于为了压缩较热的气体要提高活塞做功而牺牲了效率。因此，在压缩冲程当中，喷水系统向汽缸喷入高压低温雾化水，减少热流量。其结果是，由于燃料-空气或燃料-加氧空气混合物温度和压力降低，压缩功减少。而且，冷却水喷入起到将燃料-空气或燃料-加氧空气混合物的温度降到在压缩时过早点火的温度以下，从而可得到一较高而更有效的压缩比。由水的吸热能力而带来的较低压缩温度造成一个较低的燃烧温度。较低的燃烧温度又使有较少的NOX放出。
可供选择的氮/氧静态膜分离系统在较高压力下最佳地工作。为此，如果使用加氧空气流，用第二涡轮增压机和氮气压力回收涡轮/压缩机作为本循环的一部分。而且，膜的效率可通过加氧空气流的再循环而提高，即：向膜供给的气流的较高的氧含量增加了透过的流量，此时，在透过的流是富氧流，被加到由高压氮驱动的压力回收涡轮/压缩机的吸入侧。氮气压力回收压缩机的吸入侧是在部分真空状态下工作的，  因此减小了静态膜氮/氧分离器上的背压并极大地提高了氧发生的效率。
本发明的目的是通过提高压缩比和可选择地提高空气供给中含氧量，来增加操作上热力学效率并减少NOX的排放量。这一目的可通过以下方案取得：1)通过喷水减低伴随的高压缩温度，使得能够在较高压缩比下运行；2)可选择地利用氮/氧气分离膜提高供送空气中的氧含量。
对附图的简要说明
图1是带有可选用的加氧静态膜发生器的喷水系统整个运行的示意说明图。
优选实施例的说明
本发明是利用一缸内喷水系统和一可选择的加氧气静态膜系统来对内燃机效率进行改进的。本发明包括：
(a)一个内燃机，它具有至少一个燃烧室、至少一个固定在所述燃烧室的汽缸盖和至少一个位于所述燃烧室内的活塞；
(b)一个空气/燃料进气歧管，它与所述燃烧室通过所述汽缸盖流体连通；
(c)至少一个喷水器，它与所述燃烧室流体连通；
(d)一个恒压水源，它通过一导管与所述喷水器连接；
(e)一在所述导管中的阀门，它在所述活塞的压缩循环当中相应于一电子信号打开，让水流到所述喷水器；
(f)一空气进气导管，它与所述空气/燃料进气歧管连接；
(g)一排放歧管，它与所述燃烧室连接；
(h)一排放导管，它与所述排放歧管连接；
(i)至少一涡轮增压压缩机，它与所述排放导管和空气进气导管工作连接，在所述空气进气导管中压缩进气；
(j)氮/氧静态分离膜一组，它们通过一膜导管与所述空气进气导管连接，并通过一富化空气导管与空气/燃料进气歧管连接，以便在所述空气/燃料进气歧管之前在进气中除去一部分氮；
(k)一个第二涡轮增压压缩机，它与所述排放导管和膜导管工作连接，以压缩通入到所述氮/氧膜组的空气；
(l)一个第二涡轮增压压缩机后冷却器热交换器，它在所述第二涡轮增压机和所述氮/氧膜组之间；
(m)一氮气排放导管，它与所述氮/氧静态膜组连接；和
(n)一压力回收涡轮，它与所述排放导管和所述氮排放导管工作连接，以驱协一与所述空气进气导管和富化空气导管工作连接的压缩机，以压缩流入到所述空气/燃料进气歧管的空气。
如图1所示，本发明是用于二或四冲程内燃机的新的循环，该图是带有可供选择的加氧空气静态膜发生器的喷水系统的整个工作的示意性说明图。
发动机O包括至少一个经热处理的活塞22，该活塞有一减少向活塞顶传热的氧化钇-锆的涂层，该发动机还包括：至少一汽缸盖24，该盖带有至少一个装有多达两个火花塞18a和18b的燃烧室12；至少一个进气阀11；至少一个排气阀25和每一汽缸一个的喷水器17。面向每一汽缸燃烧室12的进气和排气阀11和25以及汽缸盖24上有氧化钇-锆涂层，12不包括阀座。进气歧管10装有一燃料喷射器21，而汽缸盖24要有一喷水器17。
本发明还包括：两个涡轮增压机7和30，一个压力回收涡轮3，三个后冷却器4、9和36，一个氮/氧气体分离膜38，一喷水泵和水罐13和一燃料箱19。每一涡轮增压机或压力回收涡轮分别有一压缩机和一涡轮。每一涡轮或以排放气体或以氮气驱气为动力运转，并用一共同的轴驱动压缩机。
环境空气进入压力回收压缩机进口1。低压富氧空气流进入压力回收入口40，在那里与环境空气按比例混合。环境空气和低压富氧空气在压力回收压缩机2中混合产生一增压的增氧空气流，该空气流由压力回收压缩机出口47出来并进入导管3。增氧空气流进入后冷却器4，在压力回收涡轮2的压缩功之后被冷却，出到导管5。为提高压缩机效率和提高压缩机的排气密度，后冷却是必需的。增氧空气流到达涡轮增压机7，由该机入口6进入被压缩，由出口8出来。涡轮增压机7的压缩机出口8经导管44与后冷却器9连接，以便在涡轮增压机7的压缩功之后进行冷却。后冷却器9的出口与涡轮增压机30的压缩机进口33经一三通管45和一导管32连接，并且经三通管45还与进气歧管10连接。为了氮/氧分离器38的有效工作，要求用涡轮增压机30进一步压缩到更高压力。涡轮增压机30的压缩机出口34经过导管35与后冷却器36连接，以便在涡轮增压机30的压缩功之后进行冷却。为了保护分离膜，必须除去压缩功产生的热。后冷却器36的出口经导管37连接氮/氧分离器38的进口，由导管41排出高压氮气。分离器38包括一组静态膜，该膜组包含进行氮氧分离的中空聚合物纤维。高压氮气进入压力回收涡轮入口42，成为压力回收涡轮2的驱动力。在氮气于机械压缩工作中消耗了它的压力和流动能量之后，由压力回收涡轮出口47作为排放气体(废气)43排出。由氮/氧分离器38出来的低压富氧空气流的出口，经导管39连接压力回收涡轮2的压缩机进口40。这高含氧的或富氧空气流就是上面提到的流经导管39与过滤的环境空气混合在压力回收压缩机出口产生进入到导管3的增氧空气流的气体。
气体燃料由喷射器喷射并在进气歧管10中与增压空气或增氧空气混合。冷的气体燃料还降低了进气的温度。被压缩的燃料-空气或燃料-增氧空气混合物，经过阀11进入燃烧室12。进气阀座用一有高热阻氧化钇-锆涂层隔热，以减少到燃料-空气混合物的热流量。涂层也保持在高温工作下的阀寿命。采取上述措施的结果是，燃料-空气混合物在一比正常温度低的温度下，因而以较高密度进入汽缸，从而提高了发动机的容积效率。
燃料-空气混合物-进入燃烧室12便开始快速升温。燃料-空气或燃料-增氧空气混合物的温度上升是由燃烧室壁来的对流和辐射热的合成产生的。当关闭进气阀11时，由于活塞向着上死点的冲程的压缩功，燃料-空气或燃料-增氧空气混合物的温度进一步上升。因此，在压缩冲程中，阀16打开，经过喷射器17向燃烧室12喷入高压雾化水。被喷入的水快速蒸发，并减缓了过度的温升。其结果，由于降低了的燃料-空气或燃料-增氧空气混合物的温度和压力，压缩功减小。而且，在压缩过程中，冷却水的喷入起到将燃料-空气或燃料-增氧空气混合物的温度保持在自燃点火(熄不了火)温度之下的作用，从而消灭了提前点火。由于注入的水量，在缸内的气体质量也增加，这转化成发动机的功率输出的提高。在压缩过程中，喷入增压的或差动增压的水会增加膨胀冲程中相对于活塞的质量/动量，以获得提高的功率输出和效率。而且，由于水的注入和由水作为一个组分的增加的惰性物质吸收更多的燃烧热量，使压缩冲程的终端被减小，往缸内喷入的水降低了绝热燃烧温度。
由于采取上述措施，本发明的压缩比可提高到普通柴油发动机的那么高。这是很有益的，因为内燃机的纯效率是受压缩比的影响的。与常规火花/等离子等点火发动机相比，在压缩冲程终端的燃料-空气混合物是高压、较低温度、富氧、较高水蒸汽含量、较低氮气含量的混合物。燃烧过程由点火火花塞18a和18b以高压脉冲群引发。这一过程使超稀薄燃料-空气混合物的点火得以强化，并排除了缺火的现象。
在燃烧过程中，缸内气体物质的较高含氧量提高火焰速度和稳定性，导致效率的提高。气体物质中水的含量提高造成较低的绝热火焰温度，这使受温度强烈影响的氮氧化物或NOX的生成减小，含水量的增加降低了缸内气体的相对含氮量，这又降低了发动机循环生成NOX的倾向。含氧量的增加会提高发动机循环的NOX；但因为上述水的影响，与具有较低压缩比和不在缸内喷水的相似结构的火花/等离子体点火发动机不同，整个循环NOX的排放是降低的。
在本发明中膨胀循环或动力冲程的改善部分是由于在隔热的室内减少了热流量。燃烧室盖24和活塞22，以及阀11和25均是有阻热的涂层的。通过活塞到汽缸盖中水套热流量减少，和通过燃烧室到阀热流量的减少改善了燃烧效率。较高压力是与较高压缩比相关连的，由较高压力可得到的能量的增加，和由于加水物质流量的增加，使膨胀循环或动力冲程比常规发动机大大改善。
排气冲程包含着高温、物质质量增加、和比常规火花/等离子体点火发动机有更高压力的排放气体。这具有较高能量的排放气体经由排放歧管26排出发动机，该歧管26被隔热以保存能量，并且排放气体分别经由导管26和28进入涡轮入口27和29，以分别驱动涡轮增加机7和30。较高能量排放气体对装着高温叶轮的涡轮增压机来说意味着提高了动力。利用高温排放气体维持了排放脉冲的高频分量，从而提高了涡轮增压机和发动机效率。

Claims (13)

1.一种缸内喷水发动机，它包括：
(a)一内燃机，它具有：至少一燃烧室、至少一固定在所述燃烧室上的汽缸盖，和至少一个设在所述燃烧室内的活塞；
(b)一空气/燃料进气歧管，它通过所述汽缸盖与所述燃烧室流体连通；
(c)至少一喷水器，它与所述燃烧室流体连通；
(d)一恒压水流，它与所述喷水器通过一水导管连接；和
(e)一在所述水导管中的阀，它在所述活塞压缩循环中响应于一电子信号而打开，并让水流到所述喷水器。
2.根据权利要求1所述的缸内喷水发动机，它还包括：一空气进气导管，它与所述空气/燃料进气歧管连接；一排气歧管，它与所述燃烧室连接；一排放导管，它与所述排气歧管连接；和至少一涡轮增压机压缩机，它与所述排放导管和所述空气进气导管工作连接，以压缩在所述空气进气导管中的吸入空气。
3.根据权利要求2所述的缸内喷水发动机，它还包括：一在所述涡轮增压机和所述空气/燃料进气歧管之间的涡轮增压机压缩机后冷却器热交换器。
4.根据权利要求1所述的缸内喷水发动机，它还包括：一氮/氧静态膜组，该膜组与所述空气进气导管通过一膜导管连接，并与空气/燃料进气歧管通过一富化空气导管连接，以便在所述空气/燃料进气歧管之前除去在吸入空气中的一部分氮。
5.根据权利要求4所述的缸内喷水发动机，它还包括：一与所述排放导管的所述膜导管工作连接的第二涡轮增压机压缩机，以压缩通到所述氮/氧膜组的空气。
6.根据权利要求5所述的缸内喷水发动机，它还包括：一在所述第二涡轮增压机和所述氮/氧膜组之间的第二涡轮增压机压缩机后冷却器热交换器。
7.根据权利要求6所述的缸内喷水发动机，它还包括：一氮排放导管和一与所述排放导管和所述氮排放导管工作连接的压力回收涡轮，用以驱动一与所述空气进气导管和富化空气导管工作连接的压缩机，以压缩流到所述空气/燃料进气歧管的空气。
8.在一内燃机中，其改进包括在压缩循环当中，直接向汽缸喷水，以通过降低压缩温度提高效率。
9.一种缸内喷水发动机，它包括：
(a)一内燃机，它具有：至少一个燃烧室、至少一个固定在所述燃烧室的汽缸盖和至少一个在所述燃烧室内的活塞；
(b)一空气/燃料进气歧管，它与所述燃烧室通过所述汽缸盖流体连通；
(c)至少一喷水器，它与所述燃烧室流体连通；
(d)一恒压水源，它与所述喷水器通过一导管连接；
(e)一在所述导管中的阀，它在所述活塞的压缩循环当中相应于一电子信号而打开，并让水流到所述喷水器；
(f)一空气进气导管，它与所述空气/燃料进气歧管连接；
(g)一排气歧管，它与所述燃烧室连接；
(h)一排放导管，它与所述排气歧管连接；
(i)至少一涡轮增压机压缩机，它与所述排放导管和所述空气进气导管工作连接，以压缩在所述空气进气导管中的吸入的空气；和
(j)一氮/氧静态膜组，该膜组与所述空气进气导管通过一膜导管连接，并与空气/燃料吸气歧管通过一富化空气导管连接，以便在所述空气/燃料进气歧管之前吸入的空气中除去一部分氮。
10.根据权利要求9所述的缸内喷水发动机，它还包括：一第二涡轮增压机压缩机，它与所述排放导管和所述膜导管工作连接，以压缩通到所述氮/氧膜组的空气。
11.根据权利要求10所述的缸内喷水发动机，它还包括，一在所述第二涡轮增压机和所述氮/氧膜组之间的第二涡轮增压机压缩机后冷却器热交换器。
12.根据权利要求11所述的缸内喷水发动机，它还包括，一氮排放导管，和一与所述排放导管和所述氮排放导管工作连接的压力回收涡轮，用于驱动一与所述空气进气导管和富化空气导管工作连接的压缩机，以压缩流到所述空气/燃料进气歧管的空气。
13.一种缸内喷水发动机，它包括：
(a)一内燃机，它具有：至少一个燃烧室、至少一个固定在所棕燃烧室的汽缸盖和至少一个在所述燃烧室内的活塞；
(b)一空气/燃料进气歧管，它与所述燃烧室通过所述汽缸盖流体连通；
(c)至少一喷水器，它与所述燃烧室流体连通；
(d)一恒压水源，它与所述喷水器通过一导管连接；
(e)一在所述导管中的阀，它在所述活塞的压缩循环当中相应于一电子信号而打开，并让水流到所述喷水器；
(f)一空气进气导管，它与所述空气/燃料进气歧管连接；
(g)一排气歧管，它与所述燃烧室连接；
(h)一排放导管，它与所述排气歧管连接；
(i)至少一涡轮增压机压缩机，它与所述排放导管和所述空气进气导管工作连接，以压缩在所述空气进气导管中的吸入的空气；
(j)一氮/氧静态膜组，它与所述空气进气导管通过一膜导管连接，并与空气/燃料进气歧管通过一富化空气导管连接，以便在所述空气/燃料进气歧管之前在吸入空气中除去一部分氮；
(k)一第二涡轮增压机压缩机，它与所述排放导管和所述膜导管工作连接，以压缩通到所述氮/氧膜组的空气；
(l)一在所述第二涡轮增压机和所述氮/氧膜组之间的第二涡轮增压机压缩机后冷却器热交换器；
(m)一氮排放导管，它与所述氮/氧静态膜组连接；和
(n)一压力回收涡轮，它与所述排放导管和所述氮排放导管工作连接，用于驱动一与所述空气进气导管和富化空气导管工作连接的压缩机，以压缩流入到所述空气/燃料进气歧管的空气。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1079894C (zh) * 1997-06-17 2002-02-27 王宝玉 双工质联合循环柴油发动机
CN100347424C (zh) * 2001-03-14 2007-11-07 迈瑞沃夫有限公司 用于降低燃烧发动机的排放的方法和装置
CN100557196C (zh) * 2006-12-25 2009-11-04 李全成 利用水微粒汽化膨胀做功的单缸发动机及多缸发动机
CN102137992A (zh) * 2008-06-26 2011-07-27 寒武纪能源发展公司 利用非燃料流体喷射操作发动机的设备和方法
CN101427019B (zh) * 2006-04-20 2012-08-08 斯德曼数字系统公司 低排放高性能发动机、多汽缸发动机及操作方法
CN102966975A (zh) * 2012-11-06 2013-03-13 通化师范学院 双工质联合循环透平机红外线低温燃烧装置及方法
CN108204274A (zh) * 2016-12-19 2018-06-26 福特环球技术公司 用于调节发动机水喷射的方法和系统
CN108490111A (zh) * 2018-05-21 2018-09-04 沈阳工程学院 定容管式火焰传播测定装置
CN108506122A (zh) * 2018-05-12 2018-09-07 陈向红 高压缩比点火式内燃机及其工作方法
CN111828169A (zh) * 2020-08-10 2020-10-27 田国庆 一种混合动力发动机
CN113565626A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 联合汽车电子有限公司 发动机系统以及发动机燃料喷射方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1079894C (zh) * 1997-06-17 2002-02-27 王宝玉 双工质联合循环柴油发动机
CN100347424C (zh) * 2001-03-14 2007-11-07 迈瑞沃夫有限公司 用于降低燃烧发动机的排放的方法和装置
CN101427019B (zh) * 2006-04-20 2012-08-08 斯德曼数字系统公司 低排放高性能发动机、多汽缸发动机及操作方法
CN100557196C (zh) * 2006-12-25 2009-11-04 李全成 利用水微粒汽化膨胀做功的单缸发动机及多缸发动机
CN102137992A (zh) * 2008-06-26 2011-07-27 寒武纪能源发展公司 利用非燃料流体喷射操作发动机的设备和方法
CN102966975B (zh) * 2012-11-06 2015-09-30 通化师范学院 双工质联合循环透平机红外线低温燃烧装置及方法
CN102966975A (zh) * 2012-11-06 2013-03-13 通化师范学院 双工质联合循环透平机红外线低温燃烧装置及方法
CN108204274A (zh) * 2016-12-19 2018-06-26 福特环球技术公司 用于调节发动机水喷射的方法和系统
CN108204274B (zh) * 2016-12-19 2021-09-10 福特环球技术公司 用于调节发动机水喷射的方法和系统
CN108506122A (zh) * 2018-05-12 2018-09-07 陈向红 高压缩比点火式内燃机及其工作方法
CN108490111A (zh) * 2018-05-21 2018-09-04 沈阳工程学院 定容管式火焰传播测定装置
CN108490111B (zh) * 2018-05-21 2023-09-01 沈阳工程学院 定容管式火焰传播测定装置
CN113565626A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 联合汽车电子有限公司 发动机系统以及发动机燃料喷射方法
CN111828169A (zh) * 2020-08-10 2020-10-27 田国庆 一种混合动力发动机

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