專利名稱：一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機可燃混合物的供給及其組成，特別涉及向燃燒空氣、燃料或燃料空氣混合氣中加水。
背景技術(shù)：
各國對內(nèi)燃機有害排放物日益重視，但是到目前為止，只有水油混燒的典型技術(shù)，能同時降低內(nèi)燃機排放的氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)，而且還能降低一氧化碳(CO)、碳氫化物(HC)的排放量，還能提高內(nèi)燃機的燃燒效率。中國專利申請?zhí)?1103560.5“內(nèi)燃機含水燃燒和燃燒方法”，提出了燃料含水燃燒的水油配比約20％到約80％(體積，以所述燃料總體積為基)；中國專利申請?zhí)?4120151.1“內(nèi)燃機使用燃油、水混合液的實施方法”，提出在水油混燒時，水油配比與燃油的平均分子式有關(guān)，若簡記燃油平均分子式為CnH2n+2，則水在混合液中的比例極限為18n/(32n+2)×100％，即水在混合液中的含量可小于或等于該值；中國專利申請?zhí)?0120786.5“柴油機中同時降低氧化氮及碳黑微粒排放的清潔燃燒方法”，提出一套在線配置乳化油系統(tǒng)，乳化油配比為水∶油＝0.15～1；中國專利號96106233.9“混合和輸送用于柴油機的乳化液的方法和設備”，提出一種混合和輸送用于柴油機的由水和燃料組成的乳化液的方法。然而他們都沒有深入取得實質(zhì)性的進展，一直沒有找到一種合適的水油混燒模式，不能確定水油混燒的最佳水油配比，不能確定水油混燒的最佳方案，導致這項既能提高內(nèi)燃機燃燒效率又能降低內(nèi)燃機有害物排放的水油混燒技術(shù)仍然沒在內(nèi)燃機中推廣應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)水油混燒的盲目性，按照水油混燒的科學依據(jù)，獲得內(nèi)燃機水油混燒最佳模式和具有最佳水油配比的內(nèi)燃機技術(shù)方案。
本發(fā)明提出一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機，兩沖程或四沖程機型，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，其特征在于水和油燃料供給系統(tǒng)中的水油配比整定值，至少包含水∶油＝M＝αM0，其中M-油/或燃油甲烷化模數(shù)，即最佳水油配比α-燃燒狀態(tài)因子(0.5≤α≤1.2)M0-油/或燃油理論甲烷化模數(shù)M0=4n-m2(molH2O/moloil)=9(4n-m)12n+m+16y(KgH2O/Kgoil)----(*)]]>所述油/或燃油，至少包含汽油或柴油或煤油或重油或渣油或煤焦油或二甲醚、或常溫下為液態(tài)的醇類或植物油或動物油、或其幾種混合物，略去自由水的平均分子式記為CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)，它們有或沒有添加劑，常溫下為液態(tài)。在本發(fā)中，術(shù)語油和燃油同義。
所述水指，日常可以獲得的清潔水，例如去離子水、蒸餾水、純凈水或自來水等，也包含空氣濕度水分，可以含有或不含有添加劑和/或有機物等，但限制不得含有對設備系統(tǒng)產(chǎn)生額外磨損或腐蝕的成分。
所述整定值含義指，所述水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計工作參數(shù)水油配比的調(diào)節(jié)值或控制值，一般隨設備工況變化，本發(fā)明狹義指設備的最幾概率工況下的整定值，不包括啟動、怠速及停車工況等。
所述平均分子式含義指，對油或燃料系混合物而言，僅表示其中C、H、O三元素成分相對比例組成。可以由組成物的單質(zhì)分子式或者由本領(lǐng)域技術(shù)人員按傳統(tǒng)的燃料化學分析實驗檢測而得到。該分子式可以比較不同油或燃油在本發(fā)明中的可甲烷化屬性。對于具體具有相同平均分子式的所述油或燃油，不論其具體成分各異，它們的可甲烷化屬性在本發(fā)明相同的條件下應該是表現(xiàn)一致的。
所述甲烷化模式含義指，在本發(fā)明提出的內(nèi)燃機汽缸中，水油混燒時具有近似于甲烷或天然氣燃燒時的化學環(huán)境。
所述甲烷化模式燃油含義指，在本發(fā)明提出的內(nèi)燃機汽缸中，水油混燒時具有所述甲烷化模式。通常，水油混燒主要有兩種類型，一種是按M水油分道相互獨立的噴射系統(tǒng)進入設備的燃燒場，例如中國專利號89101351.2所代表；另一種是以乳化燃油形態(tài)被應用，特別是油或燃油或燃料生產(chǎn)制造廠商，按M值進行分段系列化開發(fā)生產(chǎn)，根據(jù)用戶設備的不同要求，普通技術(shù)人員采用一般現(xiàn)有技術(shù)，他們可以適當加入相關(guān)的乳化劑、促燃劑、穩(wěn)定劑、十六烷值增值劑、抗凝劑、減磨劑或消煙劑等之類的助劑或添加劑，采用復配方法經(jīng)過有限次優(yōu)選試驗即可向社會供應系列化，以至標準化甲烷化模式燃油產(chǎn)品。
其根據(jù)如下1、甲烷燃燒時，完全化學反應方程式為(1)平均分子式為CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)的油/或燃油燃燒時，完全化學反應方程式為CnHmOy+4n+m-2y4O2→nCO2+m2H2O---(2)]]>將(2)式兩端同時加上MH2O，根據(jù)物質(zhì)不滅定律，有CnHmOy+4n+m-2y4O2+MH2O→nCO2+M2H2O+MH2O---(3)]]>將(1)式兩端同時乘上一個系數(shù)n，有(4)設(3)式和(4)式的右端反應生成物相等，從而可以求出油/或燃油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M0，其數(shù)值為(*)式。
油/或燃油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M0的意含義指按(3)式油/或燃油CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)，1摩爾油/或燃油添加相應的 摩爾水，即每千克所述油/或燃油配水 千克，就可以使油配水燃燒時的主要生成物和燃燒甲烷時的主要生成物相同，于是創(chuàng)造了一個理想的甲烷化模式燃燒的化學環(huán)境。
2、根據(jù)科學出版社1983年出版的由[美]歐文·格拉斯曼著的《燃燒學》一書中第57至61頁，介紹了甲烷燃燒氧化機理，可以認為通常，甲烷在燃燒氧化時，先脫掉一個H，接著脫掉第二個H，爾后脫掉第三個H，于是變成HCO，脫掉的H生成諸如H2、HO2、OH和H2O等中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物同時又參與燃燒反應，尤其是生成的H2O又參與重整反應，然后HCO被氧化成CO，CO最后被氧化成CO2。對于烴類在燃燒氧化時，根據(jù)機械工業(yè)出版社1990年出版的由何學良等編著的《內(nèi)燃機燃燒學》一書中第249至253頁，介紹了烴油在內(nèi)燃機中經(jīng)歷的三個階段和高溫單階段著火過程，可以認為通常，烴類在內(nèi)燃機中首先是斷碳鏈、脫氫，變成較低級的烴，較低級的烴接著繼續(xù)斷碳鏈、脫氫，變成更低級的烴，如此重復，直至產(chǎn)生大量的HCHO，并產(chǎn)生一系列中間產(chǎn)物，諸如CH3、H、H2、OH、H2O等等，產(chǎn)生的CH3即相當于甲烷脫掉一個H，它最終也被氧化成HCO，其余的中間產(chǎn)物同時也參與燃燒氧化反應，尤其是H2O參與重整反應，然后HCHO、HCO被氧化成CO，CO最后被氧化成CO2。至于含氧油，在燃燒過程中，必然先脫水和熱解為較低級的烴，并伴隨有碳連鏈裂，再后重復類似上述的過程。因此可以認為，油燃燒時，根據(jù)其不同的種類CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)，按M0配水燃燒，水則與所述油發(fā)生重整反應，其生成物又參與燃燒氧化反應，水在整個燃燒反應過程中參與燃燒，尤其是燃燒的最后階段，與甲烷燃燒過程極其相似，再次說明所述油配水M0燃燒創(chuàng)造了一個理想的甲烷化模式的化學環(huán)境。
3、當所述油/或燃油定量配水燃燒時，排放的氮氧化物(NOX)大幅度降低，主要原因是定量配水燃燒使整個燃燒場的還原性增強。因為配水在內(nèi)燃機汽缸燃燒場中發(fā)生下列凈化反應(5)由此減少了氧基的濃度，使整個燃燒場的相對氧化性降低，相對還原性增強，在很大程度上抑制了氮氧化物的生成。當根據(jù)油的不同種類CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)，按M0配水燃燒，比較上述化學反應方程式(3)和(4)，由于右端反應生成物中的H2O相等，所以，水油在內(nèi)燃機汽缸燃燒場中相對還原性，近似于甲烷燃燒場的相對還原性。
現(xiàn)以柴油內(nèi)燃機燃料對比為例說明。中國專利申請?zhí)?0120786.5指出，當水油配比達到1∶1時，柴油內(nèi)燃機燃燒排放氮氧化物可以降低85％左右；也有資料(http//www.hncd.gov.cn/zazhi/jiaotongshehui/dibaqi/p41.htm)表明，柴油內(nèi)燃機換用主要成分為甲烷的天然氣，其排放的NOX將比其使用柴油時低近40％。當水與油的質(zhì)量比達到1∶1進行燃燒時，柴油基本上接近理想的甲烷化模式燃燒。兩者排放的NOX都比使用純柴油時有大幅度的下降，主要原因是它們的燃燒場的相對還原性比燃燒純柴油時的燃燒場的相對還原性強，從而在很大程度上抑制了NOX的生成。至于柴油和水以質(zhì)量之比1∶1進行燃燒時，其排放的氮氧化物遠低于燃燒天然氣時排放的氮氧化物的主要原因是，由于柴油配水燃燒時使整個燃燒場的溫度比天然氣燃燒時整個燃燒場時低，從而使得生成氮氧化物敏感的高溫條件有所緩和。所以，從燃燒場的相對還原性角度而言，按M0配水燃燒，其整個燃燒場的相對還原性近似于甲烷燃燒時整個燃燒場的相對還原性，再次說明所述油配水M0燃燒創(chuàng)造了一個理想的甲烷化模式燃燒的化學環(huán)境。
4、從燃燒的化學環(huán)境來看，不同種類的油/或燃油CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)，按M0配水燃燒，僅僅形成油配水甲烷化模式燃燒的必要條件。然而，所述內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)特性目標、運行工況、進入內(nèi)燃機汽缸內(nèi)的油/或燃油自身的氫碳原子數(shù)之比(H/C)a、芬烴含量A、油/或燃油物理狀態(tài)、粘度、汽化潛熱、配水和進氣物理狀態(tài)、過量或過?？諝庀禂?shù)或空燃比、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊雀鞑幌嗤?，尤其是當水以液態(tài)進入內(nèi)燃機汽缸時要吸收一定的熱量，使甲烷化模式燃油內(nèi)燃機汽缸燃燒場的溫度，比燃燒甲烷或天然氣時的整個燃燒場的溫度低，在一定程度上影響內(nèi)燃機的甲烷化模式燃燒；水和油/或燃油可能同時進入汽缸，也可能在不同的時刻進入汽缸，不為固定模模式，而甲烷通常是以氣態(tài)進入汽缸的，所以，按甲烷化模式燃油內(nèi)燃機，實際最佳水油配比可能和油/或燃油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M0不一致。故本發(fā)明引入一個燃燒狀態(tài)因子α來對油/或燃油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M0進行修正，推薦α取0.5≤α≤1.2?？紤]到內(nèi)燃機水油混燒，一定程度上汽缸內(nèi)燃燒場比熱容有所增加，限值所述α不致影響效率和動力性能下降為準。另外，也可以從M0出發(fā)，結(jié)合噴油定時和負荷工況參數(shù)，采用優(yōu)選法，通過現(xiàn)有技術(shù)公知的有限次內(nèi)燃機傳統(tǒng)臺架試驗檢測，確定α和M。
以上分析了油/或燃油按M0配水燃燒的化學環(huán)境，結(jié)合內(nèi)燃機水油混燒的實際狀況，給出了內(nèi)燃機的水和油燃料供給系統(tǒng)所要求的最佳水油配比M，即在內(nèi)燃機水和油燃料供給系統(tǒng)中，按油/或燃油的不同種類CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)，1摩爾油/或燃油添加 α摩爾水，或則每千克油/或燃油配水 α千克(包含進氣濕度水分)。所述油/或燃油定量配水按乳化或水油分道類型運作，就可以造成一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機。其效果可使燃油內(nèi)燃機排放有害物降低到燃用甲烷或天然氣時排放有害物的相當水平。
當然，內(nèi)燃機水油混燒，一定程度上汽缸內(nèi)比熱容有所增加，故所述M限值不致影響內(nèi)燃機效率和動力性能下降為準。
為了更有利于營造甲烷化模式燃燒的化學環(huán)境，本發(fā)明進一步在設計內(nèi)燃機水和油燃料供給系統(tǒng)中，使水油同經(jīng)噴射系統(tǒng)或者水油分道相互獨立的噴射系統(tǒng)，即噴油系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)。噴水系統(tǒng)噴射液態(tài)水或氣態(tài)水。噴射系統(tǒng)可有一至多個噴嘴。
所述噴水系統(tǒng)，四沖程機型，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在進氣閥關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
所述噴水系統(tǒng)，二沖程機型，掃氣孔早于排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
所述噴水系統(tǒng)，二沖程機型，排氣門(或者排氣孔)早于掃氣孔關(guān)閉，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在掃氣孔關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
在所述噴水時段噴水，對內(nèi)燃機的換氣影響很小或者沒有影響，而且可使內(nèi)燃機汽缸內(nèi)工質(zhì)量或分子數(shù)明顯增加，利于壓力增加，從而可以使燃燒介質(zhì)混合得更充分均勻，燃燒更平穩(wěn)、完全、徹底，效率提高，抗爆震性能改善，大幅度降低內(nèi)燃機有害排放物，整個噴水系統(tǒng)的壓力相對較低，可靠性大大提高。
本發(fā)明提出的上述甲烷化模式燃油內(nèi)燃機，作為原動機或發(fā)動機，廣泛應用配裝于發(fā)電設備；或者配裝于機動車輛，譬如汽車、卡車、摩托車、坦克、裝甲車、鐵路牽引機車、軌道車；或者配裝于機動船舶，譬如輪船、油輪、漁輪、艦艇、潛艇；或者配裝于機械設備，譬如挖掘機、推土機、鋪路機、鋪管機、破碎機、粉碎機、卷揚機、拖拉機、收割機、水泵、壓氣機、壓縮機、排水設備、農(nóng)副產(chǎn)品加工設備等。這樣可使所述配裝的各種車輛、船舶、機械設備等的應用領(lǐng)域或場合排放有害物降低到與燃用甲烷或天然氣時排放有害物的相當水平。具體的配裝方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知了解，也可以從公開的現(xiàn)有技術(shù)資料中查到。
本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有的水油混燒內(nèi)燃機相比，綜合了液體油燃料和氣態(tài)燃料或天然氣兩方面的優(yōu)點長處，找到一種有充分科學依據(jù)的理想的水油混燒模式和最佳水油配比，有重大環(huán)保和節(jié)能意義。本發(fā)明提出甲烷化模式燃油內(nèi)燃機，優(yōu)取噴水系統(tǒng)開始噴水的時刻，整定在內(nèi)燃機排氣基本結(jié)束至吸氣剛開始之間，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)，可使內(nèi)燃機燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低，次可靠性大大提高；本發(fā)明為解決資源短缺日趨枯竭問題，為尋求和拓寬內(nèi)燃機代用燃料，特別是植物油、含氧燃油的開發(fā)，提供了科學根據(jù)和現(xiàn)實工具手段。


本發(fā)明說明書包括三幅附圖，這些附圖的圖面說明如下圖1是一種甲烷化模式燃油四沖程柴油機配氣相位定時方案示意圖；圖2是一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機配氣相位定時方案之一示意圖；圖3是一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機配氣相位定時方案之二示意圖。
圖1中橫坐標是曲軸轉(zhuǎn)角(度)，其中TDC指上止點，BDC指下止點，C點指排氣閥打開時刻，B點指排氣閥關(guān)閉了時刻，CB網(wǎng)紋段指排氣閥打開時段，A點指進氣閥打開時刻，D點指進氣閥關(guān)閉了時刻，AD空白段指進氣閥打開時段。
圖2中橫坐標是曲軸轉(zhuǎn)角(度)，其中TDC指上止點，BDC指下止點，E點指排氣門(或者排氣孔)打開時刻，F(xiàn)點指排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻，EF網(wǎng)紋段指排氣門(或者排氣孔)打開時段，G點指掃氣孔打開時刻，H點指掃氣孔關(guān)閉了時刻，GH空白段指掃氣孔打開時段。
圖3中橫坐標是曲軸轉(zhuǎn)角(度)，其中TDC指上止點，BDC指下止點，E點指排門(或者排氣孔)打開時刻，F(xiàn)點指排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻，EF網(wǎng)紋段指排氣門(或者排氣孔)打開時段，G點指掃氣孔打開時刻，H′點指掃氣孔關(guān)閉了時刻，GH′空白段指掃氣孔打開時段。
所述噴水系統(tǒng)的噴水時段，整定在內(nèi)燃機排氣基本結(jié)束或者吸氣剛開始，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。四沖程機型，對照圖1，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在進氣閥關(guān)閉了D點前20°至D點后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)；二沖程機型，對照圖2，掃氣孔關(guān)閉了時刻H點早于排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻F點，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻F點前20°至F點后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)；二沖程機型，對照圖3，排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻F點早于掃氣孔關(guān)閉了時刻H′點，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在掃氣孔關(guān)閉了時刻H′點前20°至H′點后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
具體實施例方式
實施例1一種甲烷化模式燃油四沖程柴油機，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，按現(xiàn)有公知的技術(shù)使水油同經(jīng)噴射系統(tǒng)，油定量配水乳化類型運作，本發(fā)明特取的水油配比是水∶油＝Mduesek oil＝αM0diesek oil，所述油為柴油。一般柴油含碳約為C10～C26，略去自由水，其平均分子式可以記為C18H38Oy(n＝18，m＝38，y＝0)，水用去離子水，于是根據(jù)(*)式計算出柴油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M0dieseloil=17(molH2O/moldieseloil)≈1.2(KgH2O/Kgdieseloil)]]>根據(jù)水∶油＝Mdiesel oil＝αM0diesel oil這里包含空氣濕度水分，推薦α＝0.8～1.2，則可得出柴油甲烷化模式燃燒的最佳水油配比Mdieseloil=13.6~20.4(molH2O/moldieseloil)=0.96~]]>1.44(KgH2O/Kgdieseloil)]]>內(nèi)燃機制造廠家也可以從M0diesel oil出發(fā)，結(jié)合噴油定時和負荷工況參數(shù)，采用優(yōu)選法，通過現(xiàn)有技術(shù)公知的有限次內(nèi)燃機傳統(tǒng)臺架試驗檢測得到α或Mdiesel oil，并將其確定為水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定值之一，可將其規(guī)范為內(nèi)燃機的基本特性參數(shù)之一。有利于用戶在更廣泛的現(xiàn)實能源條件下，有效運行使用設備。相應內(nèi)燃機燃料生產(chǎn)經(jīng)營廠商，則應按M值分段系列化，生產(chǎn)提供具有不同Mdiesel oil具體牌號的乳化形態(tài)的甲烷化模式柴油，配套市場消費。
本實施例的效果是，可以使四沖程柴油在內(nèi)燃機中基本上實現(xiàn)接近甲烷化模式燃燒效果。
實施例2按實施例1所述四沖程柴油機，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，按M油定量配水在線乳化類型運作，使用同一套噴射系統(tǒng)供給水和油燃料(具體硬件部分是現(xiàn)有公知技術(shù)，如中國專利號96106233.9所述)。
本實施例的效果是，可以使在線乳化柴油在內(nèi)燃機中基本上實現(xiàn)甲烷化模式燃燒效果。
實施例3一種甲烷化模式燃油四沖程柴油機，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，油定量配水同實施例1但按水油分道類型運作，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨立的噴射系統(tǒng)，即噴油系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)，為簡便，優(yōu)取一套噴油系統(tǒng)和一套噴水系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)可有一至多個噴嘴。
對照圖1，噴水系統(tǒng)的噴水時段整定在進氣閥關(guān)閉了時刻D點噴水開始，且噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。這樣加入汽缸水不但不會影響內(nèi)燃機的換氣，而且加入內(nèi)燃機的水與進氣的混合時間相對最可能長久，氣水均質(zhì)化程度最高最充分、工質(zhì)分子數(shù)明顯增加。
本實施例的效果是，使具有獨立噴水系統(tǒng)的四沖程柴油機，不但實現(xiàn)了甲烷化模式燃燒，而且給出了最佳噴水時段，從而可使四沖程柴油機的燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低。
實施例4將實施例3中噴水系統(tǒng)所噴射的水定為氣態(tài)水，所述氣態(tài)水從內(nèi)燃機余熱利用裝置取得。
本實施例4就是本發(fā)明四沖程柴油機的最佳實施方式。其效果是，使甲烷化模式燃油四沖程柴油機，熱效率更高，特別是增壓四沖程柴油機型。
實施例5一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，油定量配水同實施例1但按水油分道類型運作，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨立的噴射系統(tǒng)，即噴油系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)，可以一套噴油系統(tǒng)，另一套噴水系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)可有一至多個噴嘴。
對照圖2，噴水系統(tǒng)的噴水時段整定在進氣閥關(guān)閉了時刻F點噴水開始，且噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。這樣加入汽缸水不但不會影響內(nèi)燃機的換氣，而且加入內(nèi)燃機的水與進氣的混合時間相對最可能長久，氣水均質(zhì)化程度最高最充分、工質(zhì)分子數(shù)明顯增加。
本實施例的效果是，使具有獨立噴水系統(tǒng)的二沖程柴油機，其掃氣孔關(guān)閉了時刻H點早于排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻F點，不但實現(xiàn)了甲烷化模式燃燒，而且給出了最佳噴水時段，從而可使二沖程柴油機的燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低。
實施例6一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，油定量配水同實施例1但按水油分道類型運作，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨立的噴射系統(tǒng)，即噴油系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)，可以一套噴油系統(tǒng)，另一套噴水系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)可有一至多個噴嘴。
對照圖3，噴水系統(tǒng)的噴水時段整定在進氣閥關(guān)閉了時刻H′點噴水開始，且噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。這樣加入汽缸水不但不會影響內(nèi)燃機大案換氣，而且加入內(nèi)燃機的水與進氣的混合時間相對最可能長久，氣水均質(zhì)化程度最高最充分、工質(zhì)分子數(shù)明顯增加。
本實施例的效果是，使具有獨立噴水系統(tǒng)的二沖程柴油機，其排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時刻F點早于掃氣孔關(guān)閉了時刻H′點，不但實現(xiàn)了甲烷化模式燃燒，而且給出了最佳噴水時段，從而可使二沖程柴油機的燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低。
實施例7將實施例6中噴水系統(tǒng)所噴射的水定為氣態(tài)水，所述氣態(tài)水從內(nèi)燃機余熱利用裝置取得。
本實施例7就是本發(fā)明二沖程柴油機的最佳實施方式。其效果是，使甲烷化模式燃油二沖程柴油機，熱效率更高，特別是增壓二沖程柴油機型。
本發(fā)明并不局限于上述實施例。本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明和廣泛應用于汽油機、柴油機，包括單缸和多缸、兩沖程和四沖程、增壓機型等；本發(fā)明廣泛適用以汽油、柴油、煤油、二甲醚、醇類、植物油、動物油等為燃料的內(nèi)燃機。本發(fā)明應用所述內(nèi)燃機作為原動機或發(fā)動機，廣泛配裝于發(fā)電設備、機動車輛、機動船舶、機械設備等。
權(quán)利要求
1.一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機，兩沖程或四沖程機型，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，其特征在于水和油燃料供給系統(tǒng)中的水油配比整定值，至少包含水∶油＝M＝αM0，其中M-油/或燃油甲烷化模數(shù)，即最佳水油配比α-燃燒狀態(tài)因子(0.5≤α≤1.2)M0-油/或燃油理論甲烷化模數(shù)M0=4n-m2(molH2O/moloil)=9(4n-m)12n+m+16y(KgH2O/Kgoil)]]>所述油/或燃油至少包含汽油或柴油或煤油或重油或渣油或煤焦油或二甲醚、或常溫下為液態(tài)的醇類或植物油或動物油、或其幾種混合物，略去自由水的平均分子式記為CnHmOy(n≥2，m≥2，y≥0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，其特征在于水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油同經(jīng)噴射系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機，其特征在于水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨立的噴射系統(tǒng)，噴水系統(tǒng)噴射液態(tài)水或氣態(tài)水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述內(nèi)燃機，其特征在于四沖程機型，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在進氣閥關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述內(nèi)燃機，其特征在于二沖程機型，掃氣孔早于排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述內(nèi)燃機，其特征在于二沖程機型，排氣門(或者排氣孔)早于掃氣孔關(guān)閉，噴水系統(tǒng)的噴水時段，其中開始噴水的時刻整定在掃氣孔關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述內(nèi)燃機，以其作為原動機或發(fā)動機而所配裝的發(fā)電設備或汽車或卡車或摩托車或坦克或裝甲車或鐵路牽引機車或軌道車或輪船或油輪或漁輪或艦艇或潛艇或挖掘機或推土機或鋪路機或鋪管機或破碎機或粉碎機或卷揚機或拖拉機或收割機或水泵或壓氣機或壓縮機或排水設備或農(nóng)副產(chǎn)品加工設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及向燃燒空氣、燃料或燃料空氣混合氣中加水，主要包括燃燒室、配氣系統(tǒng)、水和油燃料供給系統(tǒng)及其控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，科學地給出了內(nèi)燃機水油混燒之甲烷化模數(shù)M，即最佳水油配比，由油或燃油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M
文檔編號F02M25/03GK1500986SQ0214521
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月12日
發(fā)明者肖尤明, 趙晴, 徐烈 申請人:趙晴, 趙 晴