[發(fā)明專利]可提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率并減少有害氣體排放的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310072743.5
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN103133124A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖文瑜;陳友明;魯紀(jì)鳴;黃建中;劉軍安;劉祿江;劉偉;徐雨林;劉小江;劉赟
• 申請（專利權(quán)）人: 劉小江
• 主分類號(hào): F02B29/04
• 分類號(hào): F02B29/04;F01N3/04
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 寧星耀;舒欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率并減少有害氣體排放的裝置及方法，尤其是涉及一種使用渦流增壓以提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率并減少有害氣體排放的裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著汽車數(shù)量的不斷增長和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，加劇了礦物能源的消耗和枯竭，同時(shí)給環(huán)境也帶來了較嚴(yán)重污染和破壞。近年來，霧霾天氣一直困擾著我國大中城市，一方面易造成車輛交通事故，另一方面對(duì)人們身體健康易造成極大危害。此外，若霧霾天氣蔓延下去必定會(huì)使農(nóng)作物接收光照的時(shí)間大大縮短，從而影響農(nóng)作物生長，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。研究表明，產(chǎn)生霧霾天氣的主要原因之一是汽車尾氣的大量排放，尤其是尾氣中的NO_X微粒在大氣中含量的增加，這對(duì)人類身體健康極為不利。尋找解決霧霾天氣之路，其中主要包括以下三個(gè)方面：一是采用高效汽車馬達(dá)以節(jié)約能源，二是開發(fā)新能源汽車，三是對(duì)汽車馬達(dá)增加裝置或在汽車排氣管安裝尾氣凈化器，但這一切都不能有效遏制霧霾天氣的蔓延。

研究表明，汽車采用渦流增壓技術(shù)能減少有害氣體的排放，而想達(dá)到預(yù)期效果需對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行降溫，而擔(dān)此重任的就是中冷器（是渦流增壓器的配套件），其作用在于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣效率。渦流增壓發(fā)動(dòng)機(jī)比普通發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更大的動(dòng)力，其原因之一就是其換氣效率高。當(dāng)空氣經(jīng)渦流增壓后，其溫度會(huì)大幅升高，密度也相應(yīng)升高，需經(jīng)中冷器的冷卻而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中；如果缺少中冷器而讓增壓后的高溫空氣直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，則會(huì)因空氣溫度過高導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞甚至死火的現(xiàn)象。其中，中冷器的作用是降低發(fā)動(dòng)機(jī)中空氣的進(jìn)氣溫度，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的溫度非常高，通過增壓器的熱傳導(dǎo)會(huì)提高進(jìn)氣的溫度，此外，空氣在被壓縮的過程中密度會(huì)升高，這必然也會(huì)導(dǎo)致空氣溫度的升高，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣效率。如果想要進(jìn)一步提高換氣效率，就要降低進(jìn)氣溫度。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降10℃，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可提高3%-5%；另一方面，增壓空氣若未經(jīng)冷卻而直接進(jìn)入燃燒室，很容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NO_X的含量，造成空氣污染。

渦流增壓就是為了使內(nèi)燃機(jī)達(dá)到合理的空燃比。汽油機(jī)的空燃比一般是在12～13時(shí)功率最大，在16時(shí)油耗最低，在18左右污染物濃度最低。因此，為了降低油耗和減少污染，應(yīng)當(dāng)盡量使用空燃比大的稀混合氣，只在需要時(shí)才提供濃混合氣。這種做法，叫做稀薄燃燒，已為當(dāng)今多數(shù)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用。

影響汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氣體排放的最主要因素是混合氣的空燃比，理論上一公斤燃料完全燃燒時(shí)需要14.7公斤的空氣。這種空氣和燃料的比例稱為化學(xué)當(dāng)量比。空燃比小于化學(xué)當(dāng)量比時(shí)供給濃混合氣，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率大，但燃燒不完全，生成的CO多；當(dāng)混合氣略大于化學(xué)當(dāng)量比時(shí)，燃燒效率最高，燃油消耗量低，但生成的NO_X也最多；所以采用中冷器降低進(jìn)氣溫度來減少NO_X的排放就顯得尤為重要。據(jù)國外文獻(xiàn)資料介紹：內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣溫度從60℃降低到30℃，標(biāo)準(zhǔn)工況燃油耗率下降1%以上，NO_X排放下降24%，煙度基本不變，最大扭矩工況下，燃油耗率下降3%，NO_X下降6%，煙度下降13%。然而，現(xiàn)有的中冷器的換熱方式為錯(cuò)流換熱，且采用空氣對(duì)空氣進(jìn)行換熱，其換熱效果相對(duì)較差，難以使進(jìn)氣溫度做到近似值最小化（中冷器增壓了的空氣出口溫度和外界溫度的差值稱作近似值，現(xiàn)有中冷器可以實(shí)現(xiàn)的近似值是25℃-30℃），因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率及減少尾氣排放方面還有待進(jìn)一步改善。

此外，現(xiàn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)增壓方式還存在一些缺陷，如布局及流程不合理，造成增壓的空氣流經(jīng)的管道長、彎道多，而且新鮮空氣在中冷器細(xì)小通道流過會(huì)使其流動(dòng)阻力變得很大，致使渦流增壓裝置負(fù)荷增大，而且增加一套渦流增壓器同樣也會(huì)造成內(nèi)燃機(jī)背壓增大，這樣就影響內(nèi)燃機(jī)的做功效率。為此，科研工作者做出了許多努力，如中國專利申請201110047946.X公開的雙真空層排氣管結(jié)合混流降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度的裝置，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)背壓來提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率；中國專利申請201120177758.4公開的汽車排出氣體冷卻裝置，采用在尾氣管上增加換熱器方式來達(dá)到降低尾氣目的，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)背壓減小。盡管如此，諸如此類的降溫方法基本都是采用錯(cuò)流換熱方式，其換熱效率不高，而且換熱器體積過大，這不僅占用汽車有限空間，而且增大汽車運(yùn)行負(fù)荷和生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率并減少有害氣體排放的裝置及方法。