專利名稱：提高內燃機燃料燃燒效率的方法以及實施該方法的設備的制作方法
技術領域：
本項發(fā)明涉及機械工程領域，并可以用于一臺移動車輛的內燃機廢氣排放系統(tǒng)中以及固 定的機械傳動裝置中。
背景技術：
目前，有多種不同的方法和設備用于提高內燃機內的燃料燃燒效率，其目的是為了減少 有害氣體的排放。
目前所知的第RU 2133350號設備專利(MPK6 F 01 N7 / 20，發(fā)布于1999年7月20
日)是用于排放內燃機的廢氣，它在提高內燃機的工作運行效率的同時，通過旋動強化確保 了進一步的凈化，從而導致了螺旋槽室內固體顆粒和滴狀顆粒的排出。本發(fā)明通過在管狀構 件的擴展部分旋動廢氣，對從抑制器中排放的廢氣進行凈化，從而有助于改善所存在的環(huán)境 狀況。
上述設備的缺點在于內燃機中燃料的不完全燃燒，從而造成了環(huán)境污染。 目前所知的一種內燃機(第RU 2033539， MPK6 F 02 B 23/06號專利，發(fā)布于1995年4 月20日)，其發(fā)動機包括了一個其中配有一個活塞的汽缸和一個汽缸蓋，二者形成了一個 可以當作共鳴器的燃燒室，在活塞頂部和汽缸蓋表面有彼此相對設置的凹陷與凸起。在燃燒 室內所產(chǎn)生的駐波可以加強充氣燃燒。使用該項發(fā)明可以提高發(fā)動機的經(jīng)濟效益，但是它也 會由于黑色物質和吉他有害物質而污染環(huán)境。
目前還有一種內燃機排氣噪聲抑制器(第RU 2116468， MPK^F01Nl/08號專利，發(fā)布 于1998年7月27日)。該項發(fā)明有助于提高噪聲抑制效率，并通過旋動和分隔氣體提高抑 制器的氣體凈化效率。通過所提出的結構可以交替進行氣流分隔以及進一步推動和沖擊氣 流，從而造成了對峰值壓力旋轉噪聲能量的抑制，以確保氣體的順利上升和有效的噪聲抑 制。
上述設備的缺點是廢氣中的一氧化碳和甲垸含量相當?shù)母摺?br> 目前還有一種用于內燃機排氣系統(tǒng)的設備(專利申請?zhí)朢U95107772， A1，MPK6F01N 3/00，發(fā)布于1997年2月10日)。當一臺內燃機在運行時，廢氣在旋流器中旋動。旋動流會導致在其中央部分內的排氣，從而確保來自機身的額外氣體流入。由于旋動流的離心力， 較重的未燃盡燃料蒸氣會在其火力衰退的蓄能器離心閥處停留。 該設備的缺點是有時候黑色物質會燃燒起來。
目前還有一種用于內燃機排氣系統(tǒng)的設備(第RU 2064052 MPK6 F 01 N 3/00號專利， 發(fā)布于1996年7月20日)，它是由一個配有輸入和輸出支管的熱封體、 一個用于氣體供應 的收集器、以及一個旋流器(安放在通過分隔桿與蓄能器相連接的室內)所組成。渦流室由
隔膜分割成若干區(qū)段。旋流器、渦流室和蓄能器為多節(jié)的。該設備可以捕捉并燒掉未燃盡的 液體和蒸汽燃料殘余物。
該設備的復雜性被認為是其缺點。
目前還有一種用于內燃機排氣系統(tǒng)的設備(第RU2136907， MPK6F 01 N3/08號專利， 發(fā)布于1999年9月IO日)，它可以用在內燃機中以捕捉、凈化和燃燒掉內燃機未燃盡的液 體和蒸汽燃料殘余物，并抑制排氣噪聲。用于內燃機排氣系統(tǒng)的設備包括了一個機身、輸入 與輸出支管、 一個收集器、 一個多節(jié)旋流器、 一個多節(jié)蓄能器、若干隔膜、 一個綴體整流 片、 一個作為蓄能器蓋的外殼、以及若干葉片。錐體整流片的截頭頂端正對著輸入支管。葉 片與輸出支管的外徑成切向放置。整流片有一個中央開口，其直徑不超過輸出支管直徑的一 半。旋流器和蓄能器包含由隔膜所形成的若干區(qū)段。旋流器和蓄能器區(qū)段同軸放置，并以層 狀彼此交替放置在機身內。區(qū)段隔膜用作中空多層面墩的側壁。在蓄能器區(qū)段內，這些多層 面墩的側壁頂部彼此面面相對，而其底部則通過一個圓柱形外殼彼此相連。該項發(fā)明可以提 高內燃機廢氣凈化效率，并可以全面考慮將發(fā)動機燃料的化學能量轉化為機械功的工藝。
同上文所提到的其中一種設備一樣，這種設備的缺點是較高的制造復雜性以及較高的金 屬消耗量。
目前還有一種提高內燃機燃料燃燒效率的方法以及實施該方法的設備(第RU 2156363 MPK7 F 01 N 7/00, F 02 B 17/00號專利，發(fā)布于2000年9月20日)。將所需含量的燃料與 空氣混合物充填到一臺內燃機的工作汽缸當中，并開始進行燃燒，然后打開排氣閥，并通過 排氣系統(tǒng)將廢氣排放。充填到抑制器內的廢氣會造成抑制器排氣系統(tǒng)內的背壓，從而延遲了 廢氣從發(fā)動機工作汽缸中的排放，因而可以確保在工作汽缸內更加完全的燃燒，這樣就可以 加快抑制器和發(fā)動機工作汽缸內廢氣的排放。
所提出的發(fā)明可以實現(xiàn)內燃機內更加完全的燃燒；但是，該發(fā)明不會將廢氣內有害物質 的含量降低到最低限度。
因此，需要幵發(fā)提高燃燒效率的方法以及用于廢氣排放系統(tǒng)的設備。所提出發(fā)明的任務是設計出可以提高內燃機燃料燃燒效率的方法和實施該方法的設備。

發(fā)明內容
在廢氣排放系統(tǒng)中使用一種設備，將其中相互作用的廢氣流組織起來，產(chǎn)生與內燃機汽 缸內的燃燒過程振動相協(xié)調的駐波，以提高內燃機中的燃料燃燒效率，從而完成任務。
該方法在于在廢氣排放系統(tǒng)的設備中形成駐波，以便通過將設備內的廢氣移動組成兩個 相互作用的氣流而保持內燃機內的振動燃燒模式。
相互作用的氣流分別為一個旋流(周邊流)和一個中心流，可以形成在內燃機活塞的燃 燒沖程內與內燃機汽缸內的振動燃料混合物燃燒方式相協(xié)調的駐波。
所提出的內燃機廢氣排放系統(tǒng)中的設備包括一個配有輸入與輸出開口的機身、用于旋動 廢氣流的導葉、 一個生成室和一個擴散器。
機身形式為普通圓柱形管，配備有用于旋動廢氣流的導葉。導葉形式為固定設置在管道 內表面、并與中軸線成一定角度的扁平偏離板，在廢氣流方向可變表面會增加，構成了一個 沒有偏離板、并將導葉連接到生成室的軸旁區(qū)域。
生成室被同軸連接到擴散器上，而擴散器的形式為一個中空的圓錐臺。該圓錐臺及其較 小的底座放置在生成室的內容積中，并通過圓錐臺的較大底座密封連接到生成室上，從而關 閉了該生成室。
有利的是，用于旋動廢氣流的導葉內的偏離板是中心線平面投影上具有自由旁軸區(qū)域的 半斷片。
有利的是，用于旋動廢氣流的導葉自由旁軸區(qū)域有效直徑為放置在生成室內容積中的圓 錐臺小底座直徑的一半。
有利的是，用于旋動廢氣流的導葉、生成室以及擴散器是以對稱于中心軸的方式放置的。
所申請方案的技術成果是提高了內燃機燃料燃燒的效率，并減少了對于大氣的有害物質 排放。
在下文中說明了所申請方法的一種可能的替代表現(xiàn)形式以及在設備運行過程中形成駐波 的方法。


圖1顯示所申請設備的主視圖。 圖2顯示設備的A-A截面圖。該設備包括(圖l，圖2) —個機身l，其形式為配有輸入口2和輸出口3的普通圓柱形 管。該設備包括用于旋動廢氣流的導葉4。導葉4的形式為固定設置在管道內表面、并與中 軸線6成一定角度的扁平偏離板5。導葉4具有一個環(huán)繞中軸線6的自由旁軸區(qū)域，它將導 葉軸向連接到生成室7上。生成室7與擴散器8相連接。擴散器8的形式為一個中空的圓錐 臺。該圓錐臺及其較小的底座放置在生成室的內容積中，并通過圓錐臺的較大底座密封連接 到生成室7上。
導葉4將廢氣流分隔成兩股氣流， 一個是中央軸旁流9， 一個是旋流(周邊流)10。旋 流10從自由軸旁區(qū)域將中央流9注入(吸入)。 該設備的運行情況如下。
當通過可變表面在廢氣流方向會增加的偏離板5以及自由旁軸區(qū)域時，內燃機活塞所排 出的連續(xù)湍流具有組織性。當沿著偏離板5的表面移動時， 一部分的氣流被旋動，并對著機 身l圓柱形管的內表面擠緊。當進入生成室7時，來自于偏離板5的氣流使橫跨擴散器8外 表面的密度增加，并在設備6的中軸線方向排水(輻射形排水)。通過擴散器8中空圓錐臺 的較小底座，氣流進入到其擴展部分，然后通過開口3、由廢氣排放系統(tǒng)排放到大氣當中。
同時，在旁軸區(qū)域內的部分中央流9在沒有任何阻礙的情況下通過生成室7，并通過擴 散器8中空圓錐臺的較小底座進入到廢氣排放系統(tǒng)中。
但是，在生成室7中旋動周邊流IO不斷提高的周邊速度會導致旁軸區(qū)域內的低壓，從 而加快設備旁軸區(qū)域內的流動速度，因此會造成低壓波。目前己經(jīng)知曉了旋流的注入(吸 入)效果。旋動周邊流10不斷提高的速度以及中央旁軸流9的吸入部分提高了其體積，并 由于角動量守恒定律而降低了速度，也就是說減緩了速度。
沿著自由旁軸區(qū)域行進的直接中央流9減緩了速度，從而造成了壓力波。加快旋動周邊 流IO釋放過多體積的速度，旁軸區(qū)域內的低壓增加，從而產(chǎn)生了低壓波。這樣就出現(xiàn)了有 助于內燃機汽缸內(而不是廢氣排放系統(tǒng)設備內)振動燃燒模式的駐波。
所產(chǎn)生的脈沖頻率取決于通過廢氣的密度與溫度，以及生成室7和輸出擴散器8的配置。
駐波的動力(振動幅度)取決于廢氣流的速度及其體積。
由內燃機的活塞所排出的連續(xù)廢氣流通過生成室7內的偏離板5，產(chǎn)生兩股相互作用的 氣流。這兩股氣流沿著廢氣排放系統(tǒng)軸、以駐波一氣流振動一的形式分布到所有側面上。駐波通過打開的輸出閥進入到內燃機汽缸中(并未在圖1中顯示)。由于汽缸內持續(xù)空 氣的振動，在汽缸筒冷卻壁上凝結的燃料被吹掉，燃料與空氣的混合物在汽缸中，而不是在 廢氣排放系統(tǒng)及其設備內，混合并燃燒。
在氣閥重疊時(當輸入閥和輸出閥同時打開時)，燃料與空氣的混合物在汽油內燃機中 制備，而空氣則由于連續(xù)氣態(tài)大氣的振動而以振動燃燒模式在柴油發(fā)動機內制備。
在內燃機內，燃料與空氣的混合物以脈動方式燃燒(振動燃燒存在)，因此造成了燃燒 速度的提高，并從而造成了工藝過程能量的提高。
在廢氣排放系統(tǒng)中形成駐波，可以保持內燃機中的振動燃燒模式，從而提高了內燃機內 的燃料燃燒效率，并減少了排放到大氣中的有害物質量。
最佳實施例
在圖1和圖2中顯示了最佳的發(fā)明表現(xiàn)形式。
在用于旋動廢氣流的導葉4內的偏離板5是中心線平面投影上具有自由旁軸區(qū)域的半斷 片，有助于對廢氣流進行更好的旋動。
用于旋動廢氣流的導葉4的自由旁軸區(qū)域有效直徑為放置在生成室7內容積中的圓錐臺 小底座直徑的一半。
用于旋動廢氣流的導葉4、生成室7以及擴散器8是以對稱于中心軸6的方式放置的。 這種設備表現(xiàn)形式可以減少其金屬消耗量，簡化其結構而不會削弱設備的技術性能。這
種設備表現(xiàn)形式可以實現(xiàn)內燃機汽缸內的完全燃燒，并將排放到大氣中的有害物質減少到最
低限度。
工業(yè)實用性
所提出的設備可以用于一臺移動車輛的內燃機廢氣排放系統(tǒng)中以及固定的機械傳動裝置中。
所提出的設備可以用于有液體和多相流的制造系統(tǒng)中。
權利要求
1.利用在廢氣排放系統(tǒng)中的一件設備來提高內燃機燃料燃燒效率的方法，其特征在于在設備內形成了駐波，以便通過將設備內的廢氣移動組成兩個相互作用的氣流(一個旋流和一個中央流)而保持內燃機內的振動燃燒模式，它們可以形成在內燃機活塞的燃燒沖程內與內燃機汽缸內的振動燃料混合物燃燒方式相協(xié)調的駐波。
2. 在內燃機廢氣排放系統(tǒng)中的設備，它包含了配有輸入口和輸出口的機身和用于廢氣流 的導葉，其特征在于機身的形式為普通的圓柱形管，配有用于廢氣流的導葉，導葉形式為固 定設置在管道內表面、并與中軸線成一定角度的扁平偏離板，在廢氣流方向可變表面會增 加，構成了一個沒有偏離板、并將用于廢氣流的導葉軸向連接到生成室的軸旁區(qū)域，生成室 被同軸連接到擴散器上，而擴散器的形式為一個中空的圓錐臺，該圓錐臺及其較小的底座放 置在生成室的內容積中，并通過圓錐臺的較大底座密封連接到生成室上。
3. 如權利要求2所述的設備，其特征在于用于廢氣流的導葉內的偏離板是中心線平面投 影上的半斷片。
4. 如權利要求2所述的設備，其特征在于用于旋動廢氣流的導葉自由旁軸區(qū)域有效直徑 為放置在生成室內容積中的圓錐臺小底座直徑的一半。
5. 如權利要求2、 3和4所述的任何一項設備，其特征在于用于旋動廢氣流的導葉、生 成室以及擴散器是以對稱于中心軸的方式放置的。
全文摘要
本發(fā)明方法在于形成定態(tài)波，其方式是通過在某個設施中的兩個相互作用的渦流和中心流動來排放廢氣，從而在內燃機中保持一種振動燃燒模式。該發(fā)明設備包括一個配備有輸入(2)和輸出(3)口的普通圓柱管形主體機構(1)，一個用于旋動廢氣流的導葉(4)，其形式為兩個固定設置在管道內表面、并于中軸線(6)成一定角度的扁平偏離板(5)。導葉(4)包括一個在中軸線(6)周圍形成的自由軸旁區(qū)域，該中軸線將導葉(4)軸向連接到發(fā)電室(7)和擴散器(8)。導葉(4)將廢氣流分成兩個流，即中央軸旁流(9)和旋渦(周邊)流(10)。旋渦流(10)從自由軸旁區(qū)域將中央流(9)注入(吸入)，從而形成了發(fā)電室(7)內的定態(tài)波。通過該發(fā)明設備，可以實現(xiàn)燃料在內燃機汽缸內的完全燃燒。
文檔編號F02B27/06GK101641501SQ200780052092
公開日2010年2月3日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權日2007年1月9日
發(fā)明者列昂尼德茹里耶維奇·沃羅比約夫, 尤里費杜洛維奇·沃羅比約夫 申請人:列昂尼德茹里耶維奇·沃羅比約夫