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    重庆时时彩定会下注: 一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统.pdf

    关 键 词:
    一种 基于 热流 效应 内燃机 燃烧 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610894925.4

    申请日:

    2016.10.13

    公开号:

    CN106401814A

    公开日:

    2017.02.15

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F02M 35/10申请日:20161013|||公开
    IPC分类号: F02M35/10; F02M27/00; F02M26/07(2016.01)I; F02M26/19(2016.01)I; F01N5/02 主分类号: F02M35/10
    申请人: 广西大学
    发明人: 卢苇; 谢超许; 王南; 王博韬; 徐昆; 许浩; 刘进阳
    地址: 530004 广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号
    优先权:
    专利代理机构: 北京中誉威圣知识产权代理有限公司 11279 代理人: 卢岳锋;王正茂
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610894925.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.10.09|||2017.03.15|||2017.02.15

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其包括:氧气富集室,其内腔分隔成热腔和冷腔;热腔和冷腔通过微通道组连通,微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程;冷腔设置有冷腔进气口和冷腔排气口,热腔设置有热腔排气口;导热管,其穿过热腔;导热管内流动有热介质;空气输送管,其一端与冷腔进气口连接,以向冷腔输送空气;冷腔排气管,其一端与冷腔排气口连接;以及热腔排气管,其一端与热腔排气口连接,且另一端与内燃机的气缸连接。本发明通过把氧气富集室制得的富氧空气输送给内燃机的气缸,使得燃料燃烧更加充分,从而降低燃料消耗和减少污染物排放。

    权利要求书

    1.一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,包括:
    氧气富集室,其内腔被分隔成一热腔和一冷腔;所述热腔和所述冷腔通过微通道组连
    通,所述微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子
    的平均自由程;所述冷腔设置有一冷腔进气口和一冷腔排气口,所述热腔设置有一热腔排
    气口;
    导热管,其穿过所述热腔,且该导热管位于所述热腔内的管壁的材质为导热材料;该导
    热管内流动有热介质,以提高所述热腔内的温度;
    空气输送管,其一端与所述冷腔进气口连接,以向所述冷腔输送空气;
    冷腔排气管,其一端与所述冷腔排气口连接;以及
    热腔排气管,其一端与所述热腔排气口连接,且该热腔排气管的另一端与内燃机的气
    缸连接。
    2.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述氧气富集室的壁体上设置有保温层。
    3.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述导热管的一端与内燃机的排气管连接,且所述导热管的另一端设置有一废气流量调节
    阀。
    4.根据权利要求3所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述热腔排气管的另一端通过一气体混合室与内燃机的气缸连接;所述气体混合室设置有
    第一混合室进气口、第二混合室进气口和混合室排气口,所述第一混合室进气口与所述热
    腔排气管的另一端连接,且所述混合室排气口通过一混合室排气管与内燃机的气缸连接;
    所述第二混合室进气口通过一废气管与所述导热管连接,所述废气管与所述导热管的连接
    处位于所述热腔与所述废气流量调节阀之间。
    5.根据权利要求4所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述混合室排气管上设置有一混合气流量调节阀。
    6.根据权利要求4所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述导热管的一端通过一涡轮增压器的涡轮机与内燃机的排气管连接;所述空气输送管的
    另一端与所述涡轮增压器的压气机的出口连接,所述涡轮增压器的压气机的进口与一压气
    机进气管连接。
    7.根据权利要求6所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述空气输送管上设置有一中冷器。
    8.根据权利要求6所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其特征在于,
    所述压气机进气管上设置有一空气滤清器。

    说明书

    一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统

    技术领域

    本发明涉及动力机械工程领域,特别涉及一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧
    的进气系统。

    背景技术

    内燃机可将液态或气态化石燃料燃烧产生的热能转换为机械能,多用于汽车、中
    小型船舶等交通工具。随着汽车保有量迅猛增长,内燃机的节能减排压力日益紧迫。为了解
    决这些问题,现有方案多采用涡轮增压来提高内燃机的功率,并采用催化转化装置对尾气
    进行处理。但是,一方面空气中氧气含量只有20.946%,氮气含量却高达78.084%,利用涡
    轮增压在增加氧气进气量的同时,氮气增加量更大,但氮气并不燃烧,相反还会带走燃烧产
    生的热量,造成能量浪费,还会在高温下生成NOX;另一方面,催化转化装置处理尾气有使用
    限制,并不能很好地解决尾气污染问题。富氧燃烧技术是一种节能环保的先进燃烧技术;由
    于供给燃烧的空气含氧量增多,含氮量相对减少,燃烧所需空气量及产生的烟气量均相应
    减少,进而可获得更高的燃烧温度和更低的排烟热损失,使燃烧更充分,实现节能;虽然燃
    烧温度升高,但因进入燃烧系统的氮气量减少且回收利用了部分排放废气,抑制了燃烧过
    程中NOX的生成,可有效降低NOX的排放量。但是,现有的内燃机富氧燃烧技术,例如公开号为
    CN103291505A的中国发明专利,需要消耗额外的动力来向内燃机供给富氧空气,其结构复
    杂且成本较高。若能开发一种结构简单紧凑、且仅由内燃机排气废热驱动制取富氧空气的
    进气系统,将有助于普及富氧燃烧技术在内燃机上的应用。

    公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应
    当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

    发明内容

    本发明的目的在于提供一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统,其体
    积紧凑、重量轻、成本低且可方便地与现有内燃机组合使用,从而克服:(1)现有的内燃机利
    用涡轮增压在增加氧气进气量的同时,氮气增加量更多,从而造成氮气带走热量和增加NOX
    生成的缺点;(2)现有内燃机富氧燃烧技术需额外消耗动力来制取富氧空气的缺点。

    为实现上述目的,本发明提供了一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系
    统,其中,包括:氧气富集室,其内腔被分隔成一热腔和一冷腔;所述热腔和所述冷腔通过微
    通道组连通,所述微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于
    氮气分子的平均自由程;所述冷腔设置有一冷腔进气口和一冷腔排气口,所述热腔设置有
    一热腔排气口;导热管,其穿过所述热腔,且该导热管位于所述热腔内的管壁的材质为导热
    材料;该导热管内流动有热介质,以提高所述热腔内的温度;空气输送管,其一端与所述冷
    腔进气口连接,以向所述冷腔输送空气;冷腔排气管,其一端与所述冷腔排气口连接;以及
    热腔排气管,其一端与所述热腔排气口连接,且该热腔排气管的另一端与内燃机的气缸连
    接。

    优选地,上述技术方案中,所述氧气富集室的壁体上设置有保温层。

    优选地,上述技术方案中,所述导热管的一端与内燃机的排气管连接,且所述导热
    管的另一端设置有一废气流量调节阀。

    优选地,上述技术方案中,所述热腔排气管的另一端通过一气体混合室与内燃机
    的气缸连接;所述气体混合室设置有第一混合室进气口、第二混合室进气口和混合室排气
    口,所述第一混合室进气口与所述热腔排气管的另一端连接,且所述混合室排气口通过一
    混合室排气管与内燃机的气缸连接;所述第二混合室进气口通过一废气管与所述导热管连
    接,所述废气管与所述导热管的连接处位于所述热腔与所述废气流量调节阀之间。

    优选地,上述技术方案中,所述混合室排气管上设置有一混合气流量调节阀。

    优选地,上述技术方案中,所述导热管的一端通过一涡轮增压器的涡轮机与内燃
    机的排气管连接;所述空气输送管的另一端与所述涡轮增压器的压气机的出口连接,所述
    涡轮增压器的压气机的进口与一压气机进气管连接。

    优选地,上述技术方案中,所述空气输送管上设置有一中冷器。

    优选地,上述技术方案中,所述压气机进气管上设置有一空气滤清器。

    与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

    1、本发明的氧气富集室的热腔由导热管进行加热,以使热腔与冷腔之间具有温
    差,从而在微通道组中产生热流逸效应,空气中的氧气和少量氮气从冷腔经过微通道组进
    入热腔,以在热腔内聚集富氧空气,富氧空气再通过热腔排气管输送给内燃机的气缸,未能
    通过微通道组进入热腔的富氮空气在冷腔中聚集并最终从冷腔排气口排出。本发明通过把
    氧气富集室制得的去除大部分氮气后的富氧空气输送给内燃机的气缸,使得燃料燃烧更加
    充分,从而降低油耗,提高内燃机的输出功率和扭矩,并减少CO、NOX等大气污染物的排放。

    2、本发明的导热管与内燃机的排气管连接,导热管通过引入内燃机排出的高温废
    气来加热热腔,以回收利用废气能量,不需额外能量即可制取富氧空气,并降低废气排放的
    温度。

    3、本发明通过设置气体混合室使富氧空气与一定量的废气混合后再一起输送给
    内燃机的气缸,以使本发明与内燃机的废气再循环系统结合,进一步提高内燃机的性能和
    降低污染物的排放。

    4、本发明的导热管和空气输送管与涡轮增压器连接,以进一步提高对废气能量的
    利用。

    附图说明

    图1是根据本发明基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统的结构示意图。

    图2是根据本发明的氧气富集室的立体半剖结构示意图。

    图3是根据本发明的氧气富集室的对热腔进行局部剖的结构示意图

    主要附图标记说明:

    1-氧气富集室,2-微通道组,3-热腔,4-冷腔,5-冷腔进气口,6-冷腔排气口,7-热
    腔排气口,8-导热管,9-空气输送管,10-冷腔排气管,11-热腔排气管,12-内燃机,13-燃料
    输送管,14-燃料流量调节阀,15-排气管,16-排气流量调节阀,17-废气流量调节阀,18-气
    体混合室,19-第一混合室进气口,20-第二混合室进气口,21-混合室出气口,22-混合室排
    气管,23-废气管,24-混合气流量调节阀,25-涡轮增压器,26-涡轮机,27-压气机,28-压气
    机进气管,29-中冷器,30-空气滤清器;31-微通道。

    具体实施方式

    下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保
    护范围并不受具体实施方式的限制。

    除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变
    换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元
    件或其它组成部分。

    图1至图3显示了根据本发明优选实施方式的一种基于热流逸效应的内燃机富氧
    燃烧的进气系统的结构示意图,该基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统包括氧气
    富集室1、导热管8、空气输送管9、冷腔排气管10以及热腔排气管11,参考图2和图3,氧气富
    集室1为中空体结构,且其内腔被分隔成一热腔3和一冷腔4,热腔3和冷腔4之间通过微通道
    组2连通,微通道组2中每个微通道31的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气
    分子的平均自由程。由于空气中氮气含量为78.084%,氧气含量为20.946%,二氧化碳、稀
    有气体、水蒸气等含量只有约0.97%,所以分离的重点在于主体成分氧气、氮气的分离,鉴
    于在相同温度、压力条件下,氧气分子平均自由程大于氮气分子平均自由程,在设计工况及
    常规变工况范围内,当热腔3的温度高于冷腔4的时,由于热流逸效应的作用,冷腔4内空气
    中的氧气分子始终可以通过微通道组2进入到热腔3中,氮气分子却不能通过微通道组2,只
    有当压力、温度等变化至较极端的区间时,氮气分子才有可能从微通道组2进入到热腔3,因
    此,本发明的整体效果体现为在氧气富集室1制得富氧空气。冷腔4设置有一冷腔进气口5和
    一冷腔排气口6,热腔3设置有一热腔排气口7。导热管8穿过热腔3,且导热管8位于热腔3内
    的管壁的材质为导热材料,导热材料可以为铜合金或铝合金等,导热管8内流动有热介质,
    以提高热腔3内的温度。导热管8也可以整体采用相同的导热材料制作。优选地,氧气富集室
    1的壁体上设置有保温层,以有效维持氧气富集室1的工作温度??掌渌凸?的一端与冷腔
    进气口5连接,以向冷腔4输送空气,冷腔排气管10的一端与冷腔排气口6连接。热腔排气管
    11的一端与热腔排气口7连接,且热腔排气管11的另一端与内燃机12的气缸连接。内燃机12
    的燃料输送管13把燃料输送到气缸与富氧空气进行混合后燃烧,燃料输送管13设置有燃料
    流量调节阀14以调节进入气缸内的燃料量。

    本发明的导流管8中流动的热介质流经导流管8位于热腔3内的部分时,通过导流
    管8的侧壁把热量传递给热腔3,从而使热腔3内的温度高于冷腔4的温度,当空气输送管9把
    空气输送入冷腔4中时,由于热腔3与冷腔4之间具有温度差,从而在微通道组2中产生热流
    逸效应,空气中的氧气和少量氮气从冷腔4经过微通道组2进入热腔3,以在热腔3中聚集成
    富氧空气,热腔3中的富氧空气再通过热腔排气管11输送给内燃机12的气缸,而冷腔4内聚
    集的富氮空气直接从冷腔排气口6通过冷腔排气管10向外排出。本发明通过把氧气富集室1
    制得的去除大部分氮气后的富氧空气输送给内燃机12的气缸,使得燃料燃烧更加充分,从
    而降低燃料消耗,提高内燃机12的输出功率和扭矩,并减少CO、NOX等大气污染物的排放。

    进一步地,参考图1,导热管8的一端与内燃机12的排气管15连接,且导热管8的另
    一端设置有一废气流量调节阀17,导热管8通过流动内燃机12排出的高温废气来对热腔3进
    行加热,以提高对废气能量的利用,并降低废气排放的温度。废气流量调节阀17用于控制导
    流管8内的废气流量,以控制热腔3内的温度。另外,还可在内燃机12的排气管15上设置排气
    流量调节阀16,以综合控制导流管8内的废气流量。进一步优选地,继续参考图1,热腔排气
    管11的另一端通过一气体混合室18与内燃机12的气缸连接,气体混合室18设置有第一混合
    室进气口19、第二混合室进气口20和混合室排气口21,第一混合室进气口19与热腔排气管
    11的另一端连接,且混合室排气口21通过一混合室排气管22与内燃机12的气缸连接。第二
    混合室进气口20通过一废气管23与导热管8连接,废气管23与导热管8的连接处位于热腔3
    与废气流量调节阀17之间。本发明通过设置气体混合室18使富氧空气与一定量的废气混合
    后再一起输送给内燃机12的气缸,以使本发明与内燃机12的废气再循环系统结合,其不需
    要额外能量,以进一步提高内燃机12的性能和降低污染物的排放。进入气体混合室18内的
    废气也可以通过排气流量调节阀16和废气流量调节阀17进行控制。排气流量调节阀16和废
    气流量调节阀17调节加热热腔3后的再循环废气直接排入大气的排放量,进而控制进入气
    体混合室18的再循环废气流量,以满足所述内燃机12在不同工作负荷下的要求。优选地,混
    合室排气管22上设置有一混合气流量调节阀24,以根据内燃机12的功率调节进入内燃机12
    的气缸内的富氧空气和废气混合物的总量。

    进一步地,继续参考图1,导热管8的一端通过一涡轮增压器25的涡轮机26与内燃
    机12的排气管15连接,空气输送管9的另一端与涡轮增压器25的压气机27的出口连接,涡轮
    增压器25的压气机27的进口与一压气机进气管28连接。排气管15的高温废气流经涡轮机26
    后再进入导热管8,高温废气依靠惯性冲力推动涡轮机26的叶轮旋转,并通过增压器轴带动
    压气机27的叶轮旋转,以驱动涡轮增压器25工作,使压气机27把空气进行压缩后再通过空
    气输送管9输送给冷腔4。本发明的导热管8和空气输送管9与涡轮增压器25连接,以进一步
    提高对废气的能量的利用,从而在减少废气能量浪费的同时,增加空气的进气量,提高内燃
    机的动力性能。排气流量调节阀16能够调节排气管15排入大气的废气流量,进而控制推动
    涡轮机26的叶轮和进入导热管8的废气流量。优选地,空气输送管上设置有一中冷器29,中
    冷器29用于降低经涡轮增压器25压缩处理后的空气的温度。进一步优选地,压气机进气管
    28上设置有一空气滤清器30,空气滤清器30用于消除空气中的微粒杂质,最终为内燃机12
    中燃料燃烧提供清洁的富氧空气,避免微粒杂质对气缸壁、活塞等部件的磨损。

    前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述
    并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变
    和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应
    用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及
    各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

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