CN117295880A - 具有氧气浓缩设备的内燃发动机、用于对具有氧气浓缩设备的内燃发动机进行操作的方法、程序产品和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明的解决方案是一种具有氧气浓缩设备(80)的内燃发动机，其中，压缩冲程中所压缩的空气不是用于燃烧，而是从汽缸空间(15)中取出并且用于对氧气浓缩设备(80)进行操作。本发明的实质在于，在发动机的每个压缩冲程期间，汽缸空间(15)与氧气浓缩设备(80)的一个或更多个单元临时连接。在进气冲程期间进入汽缸空间(15)中并且在压缩冲程期间被活塞(5)推出的空气对氧气浓缩设备(80)的一个或更多个单元(41A至41Z、51A至51Z)进行填充，并且在将单元(41A至41Z、51A至51Z)中的大部分氮气分离之后，富氧空气在膨胀冲程开始时穿过压缩机(33)由喷射器(11)喷射到汽缸空间(15)中。燃料也在膨胀冲程开始时由喷射器(19)引入到汽缸空间(15)中。点火可以是火花点火、自点火(热点火)或者火花点火和自点火的与载荷相关、与速度相关或与功率需求相关的动态组合。本发明还涉及对具有氧气浓缩设备的内燃发动机进行操作的方法、计算机程序产品和计算机可读介质。

Description

具有氧气浓缩设备的内燃发动机、用于对具有氧气浓缩设备 的内燃发动机进行操作的方法、程序产品和计算机可读介质
技术领域
本发明的目的在于下述具有氧气浓缩设备的内燃发动机：该发动机通过使用该发动机的填充冲程对氧气浓缩设备进行操作来提高该发动机的效率以及减少污染物的排放。本发明的应用领域是使用内燃发动机的所有能量转换领域。本发明的目的还在于用于对具有氧气浓缩设备的内燃发动机进行操作的方法、程序产品和计算机可读介质。
背景技术
针对减少内燃发动机中污染物的排放，已知有多个解决方案。根据这些解决方案中的一个解决方案，用于使燃料燃烧的气体的氧气浓度高于环境空气的氧气浓度，从而提供更好的燃料燃烧以及更少的碳氢化合物和氮氧化物的排放。专利CN 1309237描述了这样的解决方案。该专利发明的实质在于使用对引入的气体的氮气成分的一部分进行分离的多孔、含沸石的膜或吸附式氧气浓缩设备，并且富氧气体产物被引入至发动机。燃料在发动机的燃烧室中与该气体产物一起燃烧。
所提及的专利申请中的两个氧气分离系统使用外部压缩机。在压缩机发生故障的情况下，发动机将无法操作，这是因为发动机没有使燃料燃烧所必须的含氧气体。
专利US 9149757 B2描述了一种膜型吸附式氧气分离系统。该系统描述了与前面提及的专利申请相类似的系统，但该系统具有旁通通路，以用于氧气分离系统无法操作时的情况。该系统的缺陷在于，如果氧气分离系统处于操作中，则压缩机的输出气流必须根据发动机的气体质量要求来进行动态地调整，这是麻烦的并且可能导致压缩机过早发生故障。
专利US 4240381 A示出了一种直接燃料喷射发动机，其中可选地，在功率需求高于巡航状态的情况下，在做功冲程之前将富氧气体喷射至燃烧室。该系统的不足之处在于，富氧压缩气体是在独立于发动机的设备中产生的，从而由于所述设备发生故障而降低了发动机的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低污染物排放的可靠、燃料效率高的内燃发动机。
本发明的解决方案是下述具有氧气浓缩设备的内燃发动机：在该内燃发动机中，填充冲程用于对氧气浓缩设备进行操作，而不是内燃发动机中通常使用的压缩冲程。本发明的实质在于，在发动机的每个填充冲程期间，使得汽缸空间和氧气浓缩设备的一个或更多个单元都是能够暂时渗透的。在进气冲程期间进入汽缸空间中并且在填充冲程期间被活塞推出的空气对氧气浓缩设备的一个或更多个单元进行填充，并且在将单元中的大部分氮气分离之后，穿过压缩机的富氧气体在做功冲程开始时由喷射器喷射至汽缸空间。燃料也在做功冲程开始时由喷射器引入汽缸空间中。点火可以是火花点火、自点火(热点火)或者火花点火和自点火的与载荷相关、与速度相关或与功率需求相关的动态组合。本发明的目的是通过如权利要求1中所限定的方法、如权利要求7中所限定的设备、根据权利要求11的计算机程序产品和根据权利要求12的计算机可读介质来实现的。本发明的优选实施方式是由从属权利要求限定的。
附图说明
将经由附图对具有氧气浓缩设备的内燃发动机的发明进行更详细地描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的内燃发动机的一个汽缸、氧气浓缩设备和压缩机的连接；
图2示出了根据本发明的内燃发动机的在进气冲程开始时(在排气冲程结束时)的一个汽缸；
图3示出了根据本发明的内燃发动机的在填充冲程开始时的一个汽缸；
图4示出了根据本发明的内燃发动机的在打开填充阀时的一个汽缸；
图5示出了根据本发明的内燃发动机的在做功冲程之前的一个汽缸；
图6示出了根据本发明的内燃发动机的在做功冲程开始时的一个汽缸；
图7示出了根据本发明的内燃发动机的在排气冲程开始时的一个汽缸；
图8示出了根据本发明的具有吸附式气体分离的多单元氧气浓缩设备；
图9示出了根据本发明的具有膜式气体分离的多单元氧气浓缩设备；
图10示出了根据本发明的具有氧气浓缩设备的内燃发动机的控制模块；
图11示出了根据本发明的具有吸附式气体分离的多单元氧气浓缩设备的循环操作。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的内燃发动机的一个汽缸70、氧气浓缩设备80和压缩机33的连接。汽缸70的填充歧管8连接至氧气浓缩设备80的输入部，氧气浓缩设备80的输出部连接至压缩机33的输入部，压缩机33的输出部连接至喷射器11。燃料通过喷射器19被输送至汽缸70。氧气浓缩设备80的输入物是由活塞从汽缸空间推出的填充气体，氧气浓缩设备80的输出部处的用于对发动机进行操作的氧气浓度高于空气的氧气浓度，并且排放到大气中的气体的氮气浓度高于空气的氮气浓度。
图2至图7示出了根据本发明的内燃发动机的一个汽缸70的缸壁1，该缸壁1与曲轴箱2连接，与内置在曲轴箱2中的曲轴3连接，通过曲轴3上的活塞杆4与活塞5连接。汽缸空间15从底部是由活塞5的顶部表面限界的，从侧部是由汽缸壁1限界的，从顶部是由汽缸盖17限界的。汽缸盖17包括：与曲轴3同步操作的进气阀7、排气阀14和填充阀9；富氧气体喷射器11；与富氧气体喷射器11连接的富氧气体供应器10；燃料喷射器19和与燃料喷射器19连接的燃料供应器18；以及在火花点火的情况下的火花塞12。
图8示出了根据本发明的通过吸附式气体分离来操作的多单元氧气浓缩设备81，其中，吸附式气体分离单元41A至41Z的材料对输送至这些吸附式气体分离单元的高于大气压的气体的氮气成分的吸附多于对氧气的吸附。吸附式气体分离单元的材料通常是沸石。吸附式气体分离单元41A至41Z的填充是通过由于内燃发动机的活塞5的运动而从汽缸空间15推出的气体从内燃发动机的填充歧管8穿过电磁阀23来完成的，该填充歧管8可选地插入有过滤器21和中间冷却器22，根据瞬时功率需求并且根据储存在贮存器40中的富氧气体的量和氧气浓度，每次填充对一个或更多个吸附式气体分离单元进行填充。在从填充开始经过一定时间后，吸附式气体分离单元的环境含有富氧气体，而氮气被吸附至吸附式气体分离单元的材料。然后用于富氧气体的电磁阀29打开，并且富氧气体通过吸附式气体分离多单元氧气浓缩设备81的第一输出部30和可选的过滤器31以及可选的中间冷却器32进入富氧气体的压缩机33，并且高压富氧气体被储存在贮存器40中直至使用。吸附式气体分离单元的材料的吸附能力与所吸附的氮气的量成反比。在已饱和的吸附式分离单元的再生期间，电磁阀37打开，并且真空泵38通过提供真空而将氮气经由吸附式气体分离多单元氧气浓缩设备81的第二输出部42从吸附式气体分离单元的材料中移除。即使在再生步骤结束之后，即电磁阀37关闭之后，当吸附式气体分离单元中的压力低于从单元中取出富氧气体之前的压力时，氮气仍将被释放。再生步骤之后，吸附式气体分离单元准备好提供富氧气体。吸附式气体分离单元41A至41Z可以可选地由氧气传感器26A至26Z、压力传感器27A至27Z和温度传感器28A至28Z进行监测。
图9示出了根据本发明的通过膜式气体分离来操作的一单元或多单元氧气浓缩设备82，其中，膜式气体分离单元51A至51Z使输送至这些膜式气体分离单元的高于大气压的气体中的氧气成分渗透，而所输送的氮气成分则停留在膜的端部处。膜式气体分离单元51A至51Z的材料通常是聚砜(PSO)、聚酰亚胺(PI)、聚(2,6-二甲基-1,4-苯基氧化物)(PPO)或沸石。吸附式气体分离单元51A至51Z的填充是通过由于内燃发动机的活塞5的向上止点的向上运动而从汽缸空间15推出的气体从内燃发动机的填充歧管8穿过电磁阀23来完成的，该填充歧管8可选地插入有过滤器21和中间冷却器22。通过膜式气体分离单元51渗透的富氧成分进入膜式气体分离单元51的富氧气体积聚输出部54，穿过管56进入膜式气体分离一单元或多单元氧气浓缩设备82的第一输出部30，可选地穿过滤器31以及可选地穿过中间冷却器32，并且高压富氧气体被储存在贮存器40中直至使用。膜式气体分离单元51A至51Z的富氮输出部55A至55Z通过管57A至57Z并且通过膜式气体分离一单元或多单元氧气浓缩设备82的第二输出部42连接至真空泵38。膜式气体分离单元51A至51Z可以可选地由氧气传感器26A至26Z、压力传感器27A至27Z和温度传感器28A至28Z进行监测。
图2示出了汽缸70的进气冲程的开始，其中，填充阀9关闭，排气阀14部分地打开，进气阀7完全打开，从而有利于对汽缸70进行填充。当活塞5开始从上止点朝向下止点移动时，排气阀14关闭，进气阀7保持打开，直至到达下止点为止。
图3示出的了汽缸70的填充冲程的开始，其中，排气阀14和填充阀9关闭，进气阀7完全打开。当活塞5开始从下止点朝向上止点移动时，进气阀7关闭。
图4示出了在排气阀14和进气阀7关闭的情况下填充阀9打开时的汽缸70，活塞5朝向上止点移动。在活塞5的特定位置处，或者当汽缸空间15的压力高于由氧气浓缩设备80的输入部58上的压力传感器66读取到的压力时，可以打开填充阀9。
图5示出了在排气阀14和进气阀7关闭的情况下填充阀9关闭时的汽缸70，并且填充阀9关闭。此时，活塞5仍在上止点之前。
图6示出了开始燃烧时的汽缸70。此时，排气阀14、进气阀7和填充阀9关闭，活塞5仍在上止点之前。加压富氧气体管线10的喷射器11根据所需的发动机功率将富氧压缩气体喷射至汽缸空间15。加压燃料管线18的喷射器19根据所需的发动机功率将燃料喷射至汽缸空间15。在火花点火的情况下，燃料和富氧压缩气体的混合物是由火花塞12点燃的。在自点火的情况下，燃料和富氧压缩气体的混合物在喷射燃料时被点燃。活塞5在汽缸70中从上止点朝向下止点移动，从而将燃烧燃料所产生的能量的一部分转化为机械能。
图7示出了排气冲程开始时的汽缸70。此时，排气阀14打开，进气阀7和填充阀9关闭。活塞5在汽缸70中从下止点朝向上止点移动，从而将大部分的废气通过排气阀14和排气歧管13移除。
汽缸70的排气冲程的终点与汽缸70的进气冲程的起点相同，如图2中所示。只要提供对发动机进行操作的条件(曲轴的旋转能量、燃料供给、氧气供给、火花点火情况下的点火、热和排放气体的移除)，汽缸70就可以通过重复图2至图7上所述的步骤来连续进行操作。
图10示出了根据本发明的具有氧气浓缩设备80的内燃发动机的控制模块50。控制模块50具有曲轴位置传感器16、凸轮轴位置传感器20、氧气传感器34、压力传感器35和温度传感器36、氧气传感器26A至26Z、压力传感器27A至26Z和温度传感器28A至28Z、压力传感器66、以及可选的载荷传感器61、转速传感器62和踏板位置传感器输入部63、输入电磁阀23A至23Z、输出电磁阀29A至29Z、电磁阀37A至37Z、真空泵38、压缩机控制器39、富氧气体喷射器11、与富氧气体喷射器11连接的富氧气体供应器10、燃料喷射器19和点火控制输出部64。点火控制输出部64连接至点火控制模块65，点火控制模块65连接至火花塞12。
具有控制模块50的内燃发动机的操作如下：
控制模块50对曲轴3和凸轮轴的位置进行检测，并且活塞5在进气冲程期间将空气吸入由汽缸壁1和汽缸盖17封围的汽缸空间15。在填充冲程期间，填充阀9在下止点位置之后的给定位置处打开。
在使用图8上所示的通过吸附式气体分离来操作的多单元氧气浓缩设备81的情况下，此时，属于最新使用和再生的吸附式气体分离单元41A至41Z的电磁阀23A至23Z打开，并且朝向上止点移动的活塞5用吸入汽缸空间15中的空气和进气冲程开始时残留在汽缸中的残余气体对最新使用和再生的吸附式气体分离单元41A至41Z进行填充。下一个最新使用和再生的吸附式气体分离单元41A至41Z在该填充冲程之后的下一个填充冲程中进行填充。在根据图11的单元的布置结构中，在单元的通过将第一单元41A依次放置在最后一个吸附式气体分离单元41Z旁边的环形布置结构的情况下，控制模块50将在从沿圆形的周长的两个方向上、通常从最新使用和再生的吸附式气体分离单元41A至41Z——从图11上的吸附式气体分离单元41B——最远定位的单元上、在吸附式气体分离单元41N上执行以下步骤：a)打开吸附式气体分离单元41N的电磁阀29，并且富氧气体从通过吸附式气体分离来操作的多单元氧气浓缩设备81的第一输出部30通过可选的过滤器31、可选的中间冷却器32以及通过用于富氧气体的压缩机33进入贮存器40；以及b)通过打开吸附式气体分离单元41N的电磁阀37N，吸附式气体分离41N进入再生阶段。控制模块50通常打开下述单元的电磁阀37C至37M，并使该单元处于再生阶段：在沿圆的周长的两个方向上从最远定位的单元41A至41Z朝向下一个最新使用和再生的单元41A至41Z的方向的最新使用和再生的单元41A至41Z中得到的单元。吸附式气体分离单元41C将在下一个填充冲程中被填充，并且通过打开及关闭电磁阀29O，所产生的富氧气体将被使用并且从吸附式气体分离单元41O中移除，并且电磁阀37O保持打开，直至对吸附式气体分离单元41O重复填充并且吸附式气体分离单元41O进入再生阶段为止。最新使用的吸附式气体分离单元与最早使用的吸附式气体分离单元之间的距离可以根据发动机所需的瞬时富氧气体量而改变，即在富氧气体需求较高的情况下，处于使用和再生阶段的单元数量可以增加，而在富氧气体需求较低的情况下，处于填充阶段的单元数量可以增加。在使用吸附式气体分离多单元氧气浓缩设备81的情况下，在下止点之后立即打开填充阀9和属于41A至41Z单元中的准备好进行下一填充的单元的电磁阀23A至23Z是有利的，这是因为准备好进行下一填充的单元41A至41Z中的压力小于大气压力，并且这种较低的压力有助于活塞5向上运动。当根据进入汽缸空间15中的空气的体积变化而计算出的瞬时压力等于或小于压力传感器66的压力读数时，该过程可以被进一步优化。
在使用通过膜式气体分离来操作的一单元或多单元氧气浓缩设备82的情况下，属于最新使用的膜式气体分离单元51的电磁阀23打开，并且朝向上止点移动的活塞5用汽缸空间15中吸入的空气和进气冲程开始时残留在汽缸中的残余气体对最新使用的膜式气体分离单元51进行填充。将在该填充冲程之后的下一个填充冲程中对下一个最新使用和再生的膜式气体分离单元51进行填充。在使用通过膜式气体分离来操作的一单元或多单元氧气浓缩设备82的情况下，再生步骤不是必须的；氧气从由活塞5推出的气体中分离出来是连续的。膜式气体分离单元51A至51Z的富氮输出部55A至55Z通过管57A至57Z和经膜式气体分离一单元或多单元氧气浓缩设备82的第二输出部42而连接至真空泵38。通过膜式气体分离单元51A至51Z渗透的富氧成分进入膜式气体分离单元51A至51Z的富氧气体积聚输出部54A至54Z，通过管56A至56Z进入膜式气体分离一单元或多单元氧气浓缩设备82的第一输出部30，可选地穿过滤器31和中间冷却器32并且穿过压缩机33，高压富氧气体进入贮存器40。
根据氧气传感器26A至26Z、氧气传感器34、压力传感器27A至26Z、压力传感器35、温度传感器28A至28Z、温度传感器36、载荷传感器61、转速传感器62和踏板位置传感器输入部63的读值，控制模块50对发动机的诸如预点火、富氧气体和燃料的量、富氧气体和燃料的喷射的量、定时和长度等的可调节参数进行控制。
控制模块50还根据氧气传感器26A至26Z、氧气传感器34、压力传感器27A至26Z、压力传感器35、温度传感器28A至28Z、温度传感器36、载荷传感器61、转速传感器62和踏板位置传感器输入部63的读值，决定是否需要为之前选定的同一个或更多个吸附单元41或下一个吸附单元41进行填充。
根据本发明的发动机的另外的优点是，在压缩机33发生故障的情况下，可以通过关闭填充阀9而在应急模式下进一步对发动机进行操作。
本发明的优点在于，在填充冲程期间，腔24A至24Z或53A至53Z的容积被增加至汽缸空间15，因此与阿特金森(Atkinson)发动机相比，根据本发明的发动机减少了压缩冲程期间造成的能量损失，这是因为根据本发明的发动机在使用通过吸附式气体分离来操作的多单元氧气浓缩设备81或使用通过膜式气体分离来操作的一单元或多单元氧气浓缩设备82的情况下使用填充冲程而不是压缩冲程。在填充冲程期间，压缩机33和真空泵38在吸附式气体分离单元41A至41Z或膜式气体分离单元51A至51Z中产生的低于大气压的压力还有助于活塞5向上运动。
本发明的另外的优点是，污染物排放、首先是NxOy排放与常规发动机相比更低。
本发明的另外的优点是，由于燃料燃烧得比通过空气燃烧燃料的发动机更完全，因此燃料消耗更低。
另外的优点是，因为活塞、活塞销、活塞杆和曲轴不会由于活塞缺少压缩而暴露于高扭矩，因此发动机的磨损与常规发动机相比更小。

Claims (12)

1.一种用于对内燃发动机进行操作的方法，所述内燃发动机包括由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的系统，其特征在于，
(a)由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统是通过进气冲程、填充冲程、做功冲程和排气冲程来操作的，
(b)由所述活塞(5)从由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统中推出的气体用于对氧气浓缩设备(80)进行操作，
(c)由所述氧气浓缩设备(80)提取的富氧气体穿过压缩机(33)而由喷射器(11)喷射至由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统，
(d)燃料由喷射器(19)喷射至由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷射至由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统的富氧气体和燃料的混合物是通过火花点火的方式被点燃的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷射至由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统的富氧气体和燃料的混合物是通过自点火的方式被点燃的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷射至由所述汽缸壁(1)、所述活塞(5)和所述汽缸盖(17)界定的所述系统的富氧气体和燃料的混合物是通过火花点火和自点火的与载荷相关、与速度相关和与功率相关的动态组合的方式被点燃的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述氧气浓缩设备(80)是双单元或多单元吸附式气体分离氧气浓缩设备(81)。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述氧气浓缩设备(80)是一单元或多单元膜式气体分离氧气浓缩设备(82)。
7.一种内燃发动机，所述内燃发动机应用根据权利要求1所述的方法，以及所述内燃发动机包括：由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的系统；与由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的所述系统连接的进气阀(7)和排气阀(14)，其特征在于，
由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的所述系统包括填充阀(9)，
所述填充阀(9)通过填充歧管(8)连接至氧气浓缩设备(80)的输入部(58)，
所述氧气浓缩设备(80)的第一输出部(30)连接至压缩机(33)的输入部，
所述压缩机(33)的输出部连接至富氧气体喷射器(11)的输入部，
所述富氧气体喷射器(11)的输出部位于由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的所述系统中，
燃料喷射器(19)的输出部位于由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的所述系统中，
所述氧气浓缩设备(80)的第二输出部(30)连接至真空泵(38)的输入部，
真空泵(38)的输出部处于开放大气中，
所述富氧气体喷射器(11)和所述燃料喷射器(19)是通过控制模块(50)来操作的。
8.根据权利要求7所述的内燃发动机，其特征在于，
火花塞(12)连接至由至少一个汽缸壁(1)、活塞(5)和汽缸盖(17)界定的所述系统，
所述火花塞连接至火花模块(65)的输出部，
火花模块(65)是通过所述控制模块(50)来操作的。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的内燃发动机，其特征在于，
所述氧气浓缩设备(80)是双单元或多单元吸附式气体分离氧气浓缩设备(81)。
10.根据权利要求7或权利要求8所述的内燃发动机，其特征在于，
所述氧气浓缩设备(80)是一单元或多单元膜式气体分离氧气浓缩设备(82)。
11.一种计算机程序产品，其特征在于，
所述计算机程序产品包括下述指令：该指令执行由计算机执行的根据权利要求1所述的方法的步骤。
12.一种计算机可读介质，其特征在于，
所述计算机可读介质包括下述指令：该指令执行由计算机执行的根据权利要求1所述的方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4240381A (en) 1979-05-08 1980-12-23 Purification Sciences Inc. Internal combustion engine system
US5051113A (en) * 1990-06-13 1991-09-24 Du Pont Canada Inc. Air-intake system for mobile engines
US5636619A (en) * 1993-02-18 1997-06-10 The University Of Chicago Method and apparatus for reducing cold-phase emissions by utilizing oxygen-enriched intake air
US5862790A (en) * 1997-09-10 1999-01-26 Ford Global Technologies, Inc. Method of generating turbulence with intra-cycle cooling for spark ignition engines
US6055808A (en) * 1998-06-22 2000-05-02 The University Of Chicago Method and apparatus for reducing particulates and NOX emissions from diesel engines utilizing oxygen enriched combustion air
CN1122756C (zh) 2001-03-29 2003-10-01 浙江日月科技贸易有限公司 内燃机配气安全增氧装置
US20030015185A1 (en) * 2001-07-18 2003-01-23 Dutart Charles H. Intake air separation system for an internal combustion engine
US6752131B2 (en) * 2002-07-11 2004-06-22 General Motors Corporation Electronically-controlled late cycle air injection to achieve simultaneous reduction of NOx and particulates emissions from a diesel engine
US7318858B2 (en) * 2002-07-12 2008-01-15 Parsa Investment, L.P. Gas separator for providing an oxygen-enriched stream
US8607769B2 (en) * 2006-11-16 2013-12-17 Siddhartha Gaur Combustion controlled NOx reduction method and device
US8657044B2 (en) * 2007-09-22 2014-02-25 Eth Zurich Pneumatic hybrid internal combustion engine on the basis of fixed camshafts
US7806966B2 (en) * 2007-12-27 2010-10-05 Bose Ranendra K Nitrogen inerting system for explosion prevention in aircraft fuel tank and oxygenating system for improving combustion efficiency of aerospace rockets/ aircraft engines
FR2926597A1 (fr) * 2008-01-18 2009-07-24 Renault Sas Systeme de traitement de gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile et procede associe
GB0912081D0 (en) * 2009-07-11 2009-08-19 Tonery David Combustion method and apparatus
US9149757B2 (en) 2012-11-14 2015-10-06 Oddomotive, Inc. Calcium LSX and lithium H-LSX zeolite oxygen enrichment system for an internal combustion engine
US20190211782A1 (en) * 2018-01-10 2019-07-11 Reliable Energy Group Corp. Internal combustion engine and system
US10655549B2 (en) * 2018-04-02 2020-05-19 Francisco Ruiz Engine configuration for performing compression and expansion in a single cylinder

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