專利名稱：一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機(jī)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)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(guó)對(duì)內(nèi)燃機(jī)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(shí)降低內(nèi)燃機(jī)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?xì)浠?HC)的排放量，還能提高內(nèi)燃機(jī)的燃燒效率。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1103560.5“內(nèi)燃機(jī)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(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4120151.1“內(nèi)燃機(jī)使用燃油、水混合液的實(shí)施方法”，提出在水油混燒時(shí)，水油配比與燃油的平均分子式有關(guān)，若簡(jiǎn)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(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0120786.5“柴油機(jī)中同時(shí)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(guó)專利號(hào)96106233.9“混合和輸送用于柴油機(jī)的乳化液的方法和設(shè)備”，提出一種混合和輸送用于柴油機(jī)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(shí)質(zhì)性的進(jìn)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(dǎo)致這項(xiàng)既能提高內(nèi)燃機(jī)燃燒效率又能降低內(nèi)燃機(jī)有害物排放的水油混燒技術(shù)仍然沒在內(nèi)燃機(jī)中推廣應(yīng)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(xué)依據(jù)，獲得內(nèi)燃機(jī)水油混燒最佳模式和具有最佳水油配比的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)方案。
本發(fā)明提出一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機(jī)，兩沖程或四沖程機(jī)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(dòng)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?？梢垣@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(jī)物等，但限制不得含有對(duì)設(shè)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(shè)計(jì)工作參數(shù)水油配比的調(diào)節(jié)值或控制值，一般隨設(shè)備工況變化，本發(fā)明狹義指設(shè)備的最幾概率工況下的整定值，不包括啟動(dòng)、怠速及停車工況等。
所述平均分子式含義指，對(duì)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(duì)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(xué)分析實(shí)驗(yàn)檢測(cè)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(duì)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(yīng)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(jī)汽缸中，水油混燒時(shí)具有近似于甲烷或天然氣燃燒時(shí)的化學(xué)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(jī)汽缸中，水油混燒時(shí)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(dú)立的噴射系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)備的燃燒場(chǎng)，例如中國(guó)專利號(hào)89101351.2所代表；另一種是以乳化燃油形態(tài)被應(yīng)用，特別是油或燃油或燃料生產(chǎn)制造廠商，按M值進(jìn)行分段系列化開發(fā)生產(chǎn)，根據(jù)用戶設(shè)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(dāng)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(fù)配方法經(jīng)過有限次優(yōu)選試驗(yàn)即可向社會(huì)供應(yīng)系列化，以至標(biāo)準(zhǔn)化甲烷化模式燃油產(chǎn)品。
其根據(jù)如下1、甲烷燃燒時(shí)，完全化學(xué)反應(yīng)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(shí)，完全化學(xué)反應(yīng)方程式為CnHmOy+4n+m-2y4O2→nCO2+m2H2O---(2)]]>將(2)式兩端同時(shí)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(shí)乘上一個(gè)系數(shù)n，有(4)設(shè)(3)式和(4)式的右端反應(yīng)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(yīng)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(shí)的主要生成物和燃燒甲烷時(shí)的主要生成物相同，于是創(chuàng)造了一個(gè)理想的甲烷化模式燃燒的化學(xué)環(huán)境。
2、根據(jù)科學(xué)出版社1983年出版的由[美]歐文·格拉斯曼著的《燃燒學(xué)》一書中第57至61頁，介紹了甲烷燃燒氧化機(jī)理，可以認(rèn)為通常，甲烷在燃燒氧化時(shí)，先脫掉一個(gè)H，接著脫掉第二個(gè)H，爾后脫掉第三個(gè)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(shí)又參與燃燒反應(yīng)，尤其是生成的H2O又參與重整反應(yīng)，然后HCO被氧化成CO，CO最后被氧化成CO2。對(duì)于烴類在燃燒氧化時(shí)，根據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社1990年出版的由何學(xué)良等編著的《內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)》一書中第249至253頁，介紹了烴油在內(nèi)燃機(jī)中經(jīng)歷的三個(gè)階段和高溫單階段著火過程，可以認(rèn)為通常，烴類在內(nèi)燃機(jī)中首先是斷碳鏈、脫氫，變成較低級(jí)的烴，較低級(jí)的烴接著繼續(xù)斷碳鏈、脫氫，變成更低級(jí)的烴，如此重復(fù)，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(dāng)于甲烷脫掉一個(gè)H，它最終也被氧化成HCO，其余的中間產(chǎn)物同時(shí)也參與燃燒氧化反應(yīng)，尤其是H2O參與重整反應(yīng)，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(jí)的烴，并伴隨有碳連鏈裂，再后重復(fù)類似上述的過程。因此可以認(rèn)為，油燃燒時(shí)，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(yīng)，其生成物又參與燃燒氧化反應(yīng)，水在整個(gè)燃燒反應(yīng)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(gè)理想的甲烷化模式的化學(xué)環(huán)境。
3、當(dāng)所述油/或燃油定量配水燃燒時(shí)，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(gè)燃燒場(chǎng)的還原性增強(qiáng)。因?yàn)榕渌趦?nèi)燃機(jī)汽缸燃燒場(chǎng)中發(fā)生下列凈化反應(yīng)(5)由此減少了氧基的濃度，使整個(gè)燃燒場(chǎng)的相對(duì)氧化性降低，相對(duì)還原性增強(qiáng)，在很大程度上抑制了氮氧化物的生成。當(dāng)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(xué)反應(yīng)方程式(3)和(4)，由于右端反應(yīng)生成物中的H2O相等，所以，水油在內(nèi)燃機(jī)汽缸燃燒場(chǎng)中相對(duì)還原性，近似于甲烷燃燒場(chǎng)的相對(duì)還原性。
現(xiàn)以柴油內(nèi)燃機(jī)燃料對(duì)比為例說明。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0120786.5指出，當(dāng)水油配比達(dá)到1∶1時(shí)，柴油內(nèi)燃機(jī)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(jī)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(shí)低近40％。當(dāng)水與油的質(zhì)量比達(dá)到1∶1進(jìn)行燃燒時(shí)，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(shí)有大幅度的下降，主要原因是它們的燃燒場(chǎng)的相對(duì)還原性比燃燒純柴油時(shí)的燃燒場(chǎng)的相對(duì)還原性強(qiáng)，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(jìn)行燃燒時(shí)，其排放的氮氧化物遠(yuǎn)低于燃燒天然氣時(shí)排放的氮氧化物的主要原因是，由于柴油配水燃燒時(shí)使整個(gè)燃燒場(chǎng)的溫度比天然氣燃燒時(shí)整個(gè)燃燒場(chǎng)時(shí)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(chǎng)的相對(duì)還原性角度而言，按M0配水燃燒，其整個(gè)燃燒場(chǎng)的相對(duì)還原性近似于甲烷燃燒時(shí)整個(gè)燃燒場(chǎng)的相對(duì)還原性，再次說明所述油配水M0燃燒創(chuàng)造了一個(gè)理想的甲烷化模式燃燒的化學(xué)環(huán)境。
4、從燃燒的化學(xué)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(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)特性目標(biāo)、運(yùn)行工況、進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)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(jìn)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?dāng)水以液態(tài)進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)汽缸時(shí)要吸收一定的熱量，使甲烷化模式燃油內(nèi)燃機(jī)汽缸燃燒場(chǎng)的溫度，比燃燒甲烷或天然氣時(shí)的整個(gè)燃燒場(chǎng)的溫度低，在一定程度上影響內(nèi)燃機(jī)的甲烷化模式燃燒；水和油/或燃油可能同時(shí)進(jìn)入汽缸，也可能在不同的時(shí)刻進(jìn)入汽缸，不為固定模模式，而甲烷通常是以氣態(tài)進(jìn)入汽缸的，所以，按甲烷化模式燃油內(nèi)燃機(jī)，實(shí)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(gè)燃燒狀態(tài)因子α來對(duì)油/或燃油的理論甲烷化燃燒模數(shù)M0進(jìn)行修正，推薦α取0.5≤α≤1.2。考慮到內(nèi)燃機(jī)水油混燒，一定程度上汽缸內(nèi)燃燒場(chǎng)比熱容有所增加，限值所述α不致影響效率和動(dòng)力性能下降為準(zhǔn)。另外，也可以從M0出發(fā)，結(jié)合噴油定時(shí)和負(fù)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(jī)傳統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)，確定α和M。
以上分析了油/或燃油按M0配水燃燒的化學(xué)環(huán)境，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)水油混燒的實(shí)際狀況，給出了內(nèi)燃機(jī)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(jī)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(jìn)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(yùn)作，就可以造成一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機(jī)。其效果可使燃油內(nèi)燃機(jī)排放有害物降低到燃用甲烷或天然氣時(shí)排放有害物的相當(dāng)水平。
當(dāng)然，內(nèi)燃機(jī)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(jī)效率和動(dòng)力性能下降為準(zhǔn)。
為了更有利于營(yíng)造甲烷化模式燃燒的化學(xué)環(huán)境，本發(fā)明進(jìn)一步在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)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(dú)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(gè)噴嘴。
所述噴水系統(tǒng)，四沖程機(jī)型，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在進(jìn)氣閥關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點(diǎn)，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
所述噴水系統(tǒng)，二沖程機(jī)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(shí)段，其中開始噴水的時(shí)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(diǎn)，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
所述噴水系統(tǒng)，二沖程機(jī)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(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在掃氣孔關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點(diǎn)，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
在所述噴水時(shí)段噴水，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的換氣影響很小或者沒有影響，而且可使內(nèi)燃機(jī)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(jī)有害排放物，整個(gè)噴水系統(tǒng)的壓力相對(duì)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(jī)，作為原動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用配裝于發(fā)電設(shè)備；或者配裝于機(jī)動(dòng)車輛，譬如汽車、卡車、摩托車、坦克、裝甲車、鐵路牽引機(jī)車、軌道車；或者配裝于機(jī)動(dòng)船舶，譬如輪船、油輪、漁輪、艦艇、潛艇；或者配裝于機(jī)械設(shè)備，譬如挖掘機(jī)、推土機(jī)、鋪路機(jī)、鋪管機(jī)、破碎機(jī)、粉碎機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、拖拉機(jī)、收割機(jī)、水泵、壓氣機(jī)、壓縮機(jī)、排水設(shè)備、農(nóng)副產(chǎn)品加工設(shè)備等。這樣可使所述配裝的各種車輛、船舶、機(jī)械設(shè)備等的應(yīng)用領(lǐng)域或場(chǎng)合排放有害物降低到與燃用甲烷或天然氣時(shí)排放有害物的相當(dāng)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(jī)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(diǎn)長(zhǎng)處，找到一種有充分科學(xué)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(jī)，優(yōu)取噴水系統(tǒng)開始噴水的時(shí)刻，整定在內(nèi)燃機(jī)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(jī)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(jī)代用燃料，特別是植物油、含氧燃油的開發(fā)，提供了科學(xué)根據(jù)和現(xiàn)實(shí)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(jī)配氣相位定時(shí)方案示意圖；圖2是一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機(jī)配氣相位定時(shí)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(jī)配氣相位定時(shí)方案之二示意圖。
圖1中橫坐標(biāo)是曲軸轉(zhuǎn)角(度)，其中TDC指上止點(diǎn)，BDC指下止點(diǎn)，C點(diǎn)指排氣閥打開時(shí)刻，B點(diǎn)指排氣閥關(guān)閉了時(shí)刻，CB網(wǎng)紋段指排氣閥打開時(shí)段，A點(diǎn)指進(jìn)氣閥打開時(shí)刻，D點(diǎn)指進(jìn)氣閥關(guān)閉了時(shí)刻，AD空白段指進(jìn)氣閥打開時(shí)段。
圖2中橫坐標(biāo)是曲軸轉(zhuǎn)角(度)，其中TDC指上止點(diǎn)，BDC指下止點(diǎn)，E點(diǎn)指排氣門(或者排氣孔)打開時(shí)刻，F(xiàn)點(diǎn)指排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻，EF網(wǎng)紋段指排氣門(或者排氣孔)打開時(shí)段，G點(diǎn)指掃氣孔打開時(shí)刻，H點(diǎn)指掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻，GH空白段指掃氣孔打開時(shí)段。
圖3中橫坐標(biāo)是曲軸轉(zhuǎn)角(度)，其中TDC指上止點(diǎn)，BDC指下止點(diǎn)，E點(diǎn)指排門(或者排氣孔)打開時(shí)刻，F(xiàn)點(diǎn)指排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻，EF網(wǎng)紋段指排氣門(或者排氣孔)打開時(shí)段，G點(diǎn)指掃氣孔打開時(shí)刻，H′點(diǎn)指掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻，GH′空白段指掃氣孔打開時(shí)段。
所述噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段，整定在內(nèi)燃機(jī)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(jī)型，對(duì)照?qǐng)D1，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在進(jìn)氣閥關(guān)閉了D點(diǎn)前20°至D點(diǎn)后50°之間某一點(diǎn)，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)；二沖程機(jī)型，對(duì)照?qǐng)D2，掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻H點(diǎn)早于排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻F點(diǎn)，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻F點(diǎn)前20°至F點(diǎn)后50°之間某一點(diǎn)，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)；二沖程機(jī)型，對(duì)照?qǐng)D3，排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻F點(diǎn)早于掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻H′點(diǎn)，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻H′點(diǎn)前20°至H′點(diǎn)后50°之間某一點(diǎn)，噴水持續(xù)角控制在30°以內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種甲烷化模式燃油四沖程柴油機(jī)，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(yùn)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(jì)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(jī)制造廠家也可以從M0diesel oil出發(fā)，結(jié)合噴油定時(shí)和負(fù)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(jī)傳統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)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(jī)的基本特性參數(shù)之一。有利于用戶在更廣泛的現(xiàn)實(shí)能源條件下，有效運(yùn)行使用設(shè)備。相應(yīng)內(nèi)燃機(jī)燃料生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)廠商，則應(yīng)按M值分段系列化，生產(chǎn)提供具有不同Mdiesel oil具體牌號(hào)的乳化形態(tài)的甲烷化模式柴油，配套市場(chǎng)消費(fèi)。
本實(shí)施例的效果是，可以使四沖程柴油在內(nèi)燃機(jī)中基本上實(shí)現(xiàn)接近甲烷化模式燃燒效果。
實(shí)施例2按實(shí)施例1所述四沖程柴油機(jī)，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(yùn)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(guó)專利號(hào)96106233.9所述)。
本實(shí)施例的效果是，可以使在線乳化柴油在內(nèi)燃機(jī)中基本上實(shí)現(xiàn)甲烷化模式燃燒效果。
實(shí)施例3一種甲烷化模式燃油四沖程柴油機(jī)，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(shí)施例1但按水油分道類型運(yùn)作，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨(dú)立的噴射系統(tǒng)，即噴油系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)，為簡(jiǎn)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(gè)噴嘴。
對(duì)照?qǐng)D1，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段整定在進(jìn)氣閥關(guān)閉了時(shí)刻D點(diǎn)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(huì)影響內(nèi)燃機(jī)的換氣，而且加入內(nèi)燃機(jī)的水與進(jìn)氣的混合時(shí)間相對(duì)最可能長(zhǎng)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(shí)施例的效果是，使具有獨(dú)立噴水系統(tǒng)的四沖程柴油機(jī)，不但實(shí)現(xiàn)了甲烷化模式燃燒，而且給出了最佳噴水時(shí)段，從而可使四沖程柴油機(jī)的燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低。
實(shí)施例4將實(shí)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(jī)余熱利用裝置取得。
本實(shí)施例4就是本發(fā)明四沖程柴油機(jī)的最佳實(shí)施方式。其效果是，使甲烷化模式燃油四沖程柴油機(jī)，熱效率更高，特別是增壓四沖程柴油機(jī)型。
實(shí)施例5一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機(jī)，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(shí)施例1但按水油分道類型運(yùn)作，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨(dú)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(gè)噴嘴。
對(duì)照?qǐng)D2，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段整定在進(jìn)氣閥關(guān)閉了時(shí)刻F點(diǎn)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(huì)影響內(nèi)燃機(jī)的換氣，而且加入內(nèi)燃機(jī)的水與進(jìn)氣的混合時(shí)間相對(duì)最可能長(zhǎng)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(shí)施例的效果是，使具有獨(dú)立噴水系統(tǒng)的二沖程柴油機(jī)，其掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻H點(diǎn)早于排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻F點(diǎn)，不但實(shí)現(xiàn)了甲烷化模式燃燒，而且給出了最佳噴水時(shí)段，從而可使二沖程柴油機(jī)的燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低。
實(shí)施例6一種甲烷化模式燃油二沖程柴油機(jī)，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(shí)施例1但按水油分道類型運(yùn)作，在水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨(dú)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(gè)噴嘴。
對(duì)照?qǐng)D3，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段整定在進(jìn)氣閥關(guān)閉了時(shí)刻H′點(diǎn)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(huì)影響內(nèi)燃機(jī)大案換氣，而且加入內(nèi)燃機(jī)的水與進(jìn)氣的混合時(shí)間相對(duì)最可能長(zhǎng)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(shí)施例的效果是，使具有獨(dú)立噴水系統(tǒng)的二沖程柴油機(jī)，其排氣門(或者排氣孔)關(guān)閉了時(shí)刻F點(diǎn)早于掃氣孔關(guān)閉了時(shí)刻H′點(diǎn)，不但實(shí)現(xiàn)了甲烷化模式燃燒，而且給出了最佳噴水時(shí)段，從而可使二沖程柴油機(jī)的燃燒效率更高，燃燒有害排放物更低。
實(shí)施例7將實(shí)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(jī)余熱利用裝置取得。
本實(shí)施例7就是本發(fā)明二沖程柴油機(jī)的最佳實(shí)施方式。其效果是，使甲烷化模式燃油二沖程柴油機(jī)，熱效率更高，特別是增壓二沖程柴油機(jī)型。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)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(yīng)用于汽油機(jī)、柴油機(jī)，包括單缸和多缸、兩沖程和四沖程、增壓機(jī)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(dòng)物油等為燃料的內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明應(yīng)用所述內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)，廣泛配裝于發(fā)電設(shè)備、機(jī)動(dòng)車輛、機(jī)動(dòng)船舶、機(jī)械設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.一種甲烷化模式燃油內(nèi)燃機(jī)，兩沖程或四沖程機(jī)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(dòng)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(jī)，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(jī)，其特征在于水和油燃料供給系統(tǒng)中，水油分道相互獨(dú)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(jī)，其特征在于四沖程機(jī)型，噴水系統(tǒng)的噴水時(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在進(jìn)氣閥關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點(diǎn)，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(jī)，其特征在于二沖程機(jī)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(shí)段，其中開始噴水的時(shí)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(diǎn)，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(jī)，其特征在于二沖程機(jī)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(shí)段，其中開始噴水的時(shí)刻整定在掃氣孔關(guān)閉前20°至關(guān)閉后50°之間某一點(diǎn)，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(jī)，以其作為原動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)而所配裝的發(fā)電設(shè)備或汽車或卡車或摩托車或坦克或裝甲車或鐵路牽引機(jī)車或軌道車或輪船或油輪或漁輪或艦艇或潛艇或挖掘機(jī)或推土機(jī)或鋪路機(jī)或鋪管機(jī)或破碎機(jī)或粉碎機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)或拖拉機(jī)或收割機(jī)或水泵或壓氣機(jī)或壓縮機(jī)或排水設(shè)備或農(nóng)副產(chǎn)品加工設(shè)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(xué)地給出了內(nèi)燃機(jī)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(hào)F02M25/03GK1500986SQ0214521
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:趙晴, 趙 晴