[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1221853A
[43]公开日1999年7月7日
[21]申请号98125840.9[21]申请号98125840.9[22]申请日98.12.18[71]申请人刘海鹏
地址100026北京市团结湖北三条12楼4门101号
共同申请人刘海波 刘恢
[72]发明人刘海鹏
[51]Int.CI 6F02M 25/022
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页
[54]发明名称
[57]摘要
气管内加入可控温度和数量的水蒸汽，改善其燃烧
条件，降低废气排放污染、节约燃油的环保装置。
器将水雾化，再利用排气管余热加温成水蒸汽并与
另一部分水雾混合，达到设定的最佳温度后，自动按
发动机的不同工况要求，进入内燃发动机的气缸内
燃烧。
98125840.9权 利 要 求 书第1/1页 1、一种在内燃发动机内能方便的加入可控温度和数量的水蒸汽，改善内燃发动机的燃烧条件，降低废气排放污染、节约燃油的环保装置。由产生水蒸汽并能控制温度与数量的装置、真空度控制阀、温控器、电位器等组成。其特征是：在内燃发动机的燃烧过程中根据转速、负荷变化，自动加入适量、适温的水蒸汽。
2、根据权利要求1，所述的环保装置，其特征是：进入内燃发动机进气管的水蒸汽是利用超声波水雾发生器产生，利用发动机排气管余热将水雾加热成水蒸汽，并再次与水雾混合来达到所需水蒸汽的温度。
3、根据权利要求1，所述的真空度控制阀，其特征是：通过发动机进气管真空度变化，使阀中的膜片运动，控制阀门开度而自动增减进入进气管的水蒸汽量。
4、根据权利要求1，利用内燃发动机油门控制的改变超声波水雾发生器输出量的电位器，其特征是：油门加大时水蒸汽发生量增大，油门减小时水蒸汽发生量减小。
5、根据权利要求4，利用内燃发动机油门控制的超声波水雾发生器输出量的电位器的特征还可以是：电位器也可以与脚踏油门脱离，固定在一个点上而只由真空度控制阀与化油器的真空吸力自动调节进入进气管的水蒸汽量。
6、根据权利要求2，利用发动机排气管余热，将水雾加热成水蒸汽并再次与水雾混合，其特征是：从排气管加热套输出的水蒸汽再与从超声波水雾发生器直接输出的水雾，经过温控器控制的混合阀而混合后，将输入到进气管中的水蒸汽温度控制在最佳状态。
7、根据权利要求1，在内燃发动机内能方便的加入可控温度和数量的水蒸汽，改善内燃发动机的燃烧条件的方法其特征是：这种以加入可控温度和数量的水蒸汽改善燃烧条件的方法，可以用于备种燃烧设备，均可获得使燃料更加充分燃烧减少排放污染的效果。
98125840.9说 明 书第1/4页
用水蒸气使燃料充分燃烧的方法
本发明是一种用于内燃发动机，能方便的加入可控温度和数量的水蒸汽，改善其燃烧条件，节约燃油，
降低废气排放污染，使排放符合国家关于燃气排放标准的环保装置。
为解决内燃发动机的排气造成的环境污染问题，世界各国都采用过各种方法治理，其中较为有效果、有规模的主要有这样一些方法：
采用微型计算机控制的电子喷射式发动机，控制内燃发动机有关燃烧诸元，根据负荷变化，追求燃油燃烧的最佳状态，使尾气排放降低。这类内燃发动机燃烧条件有所改进，但距离燃油充分燃烧尚有一段距离。因为汽缸内仍存在积碳，而且此类内燃发动机结构复杂，造价昂贵，故障修理难度大，且修理费用高，传统的燃烧模式来做改变。尤其值得注意的是，汽油电喷发动机对燃油的质量要求很高，燃油价格相应高，否则将会损坏电喷装置，环保效果会更差。
利用废气再循环(E G R)控制排放污染(为电子喷射式发动机专为解决排放污染的装置)将一部分废气引入气缸中参与燃烧，重点是针对于氮氧化物NOx 的有害排放，着重以抑制NOx生成的一种方法。排气再循环对发动机性能有影响，是以对于内燃发动机部分性能的降低为代价的。并且在怠速、启动、低速、低负荷、高速、大负荷、水温低、环境温度低等条件较差的工况时，不得不降低或关闭EGR，使其性能降低。
“三元催化剂法”废气催化、转化、过滤与吸附的方法可以降低废气排放，但并未根本改变燃烧过程中的不良状态，使用寿命短，还会造成排气阻力增大，损失发动机功率，只宜用于排放的辅助净化。
降低排气污染的方法很多不再一一赘述。
发动机排气后处理决不如干之前处理，最好是燃料燃烧充分，尽可能少产生污染物。
燃料掺水方法是至令为止所能到的，使燃料燃烧充分的最好方法，但油与水的混合，掺水过程中的自动控制问题，一直是制约这一方式推行并走上实用化的巨大障碍，各国研究了几十年，距形成实用规模还有一定距离。曾采用的进气管喷水法、气缸内喷水法、化油器喷水法等就是利用相应的传动装置喷
射出雾状的水助燃，缺点是消耗内燃发动机的能量，结构复杂，高速适应性差，对发动机系统内润滑、锈蚀有较大影响，始终难于应用。
乳化油法：又细分为机械法、气动法、超声波法、乳化剂法等。是将水与油交融为悬浊液体，再进入汽缸内燃烧。其中乳化剂法又分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型等等。但共同的缺点是耗能较大、成本高、尤其稳定性差、不易保存、搁置时间长会造成分解，发动机冷启动困难。乳化剂本身价格高，添加成本大。其次是在使用中，水分解吸热量大，过分降低燃烧温度，使燃烧效率下降，不易控制，难于适应各种工况频繁转换的现实应用，是开发推广的巨大阻力。因此长期以来始终未能扩大推广使用。
本发明的目的，就是要提供一种在内燃发动机吸气过程中方便的加入可控的调节到合适温度的水蒸汽，与燃油一齐燃烧的方法。达到使燃料充分燃烧，既能节油又能使排放污染降低到最低限度。
本发明的目的是以如下方式完成的：
利用超声波水雾发生器将纯净的水雾化，利用内燃发动机的排气余热加温水雾使之形成水蒸汽后，送入内燃发动机进气道，与燃料充分混合，在汽缸内燃烧作功。对柴油机是将水蒸汽送入进气管；对汽油机则是送入化油器的阻风门前和进气管，电喷发动机可修改程序、可替代EGR。由于在燃料燃烧前掺入适量、适温的水蒸汽后可以改善燃烧条件，使燃油充分燃烧，能够做到使排气污染降低到现行标准以下。
本发明对内燃发动机只作小的改动(见附图)。如空气滤清器[15]与进气管[17]上各增加两根管；更换一节带加热套[3]的排气管[18]；汽油发动机的化油器[16]不动，油门上增加控制电位器[9]等，再附带一套水雾发生与控制装置。
本发明是这样实现的：接通电源，电磁阀[14]延时后将管路接通。燃料水箱[2]中的水经过软化装置[4]，用水泵[5]送入超声波水雾发生器，浮子开关[6]保证超声波水雾发生器的供水水位；超声波水雾发生器[7]的水雾发生量与油门联合控制，油门大对，水雾发生量也大，反之就小。超声波水雾发生器的进气，来源于空气过滤器[15]，吸进干净的新鲜空气。
从超声波水雾发生器中产生的水雾分成两路；
1、进入排气管[18]上的加热套[3]，利用余热使水雾加热为水蒸汽后进
入蒸汽混合阀[8]；
2、直接进入蒸汽混合阀[8]。
直接进入蒸汽混合阀的水雾与被排气管加热的水蒸气的混合比用蒸汽混合阀控制，蒸汽混合阀则由温控器控制[10]，(也可手动微调[11])自动调节进入发动机的水蒸气温度维持在最佳状态，再与新鲜空气混合进入燃烧室内燃烧。
还设立一个真空度控制阀[13]，利用发动机进气管的真空度变化，根据内燃发动机在减速、加速、怠速等不断变化的工况下自动随时增减吸入的水蒸汽数量(也可手动微调[12])，以满足不同工况的需要，适当增减空燃比，并保证水蒸气浓度维持在合理的水平上。断电后电磁阀[14]关闭，切断水蒸汽进入发动机的通路。
本发明所能达到的效果：
1、水蒸汽与汽油混合气或柴油机高压喷嘴喷出的雾化柴油混合后，会产生“微爆”现象，使得雾化更好，并增强了混合程度，加快燃烧速度，促进油雾的燃烧过程。微爆的理论是获得公认的。
2、由于水的比热大，掺水蒸汽后，降低了燃烧室与燃烧室壁面温度，有效的抑制了氮氧化物NOx生成；并抑制爆燃，可以适当提高内燃发动机的压缩比，选用最佳的点火提前角，并非常有利于使用无铅汽油。
3、提高混合气的导电率。在汽油机汽缸内，掺入水蒸汽后的混合气体导电率提高，发动机在大空燃比、稀混合气的条件下也不易“断火”，火花塞电极间隙可调大到1.2～2.0MM，大大提高点火能力，使燃烧更强劲。在空燃比较大的情况下，CO、HC排放量都会显著降低，NOx下降二分之一强，燃油消耗也会降低。
4、水蒸汽参与燃烧后，火焰最高温度降低，最高温度持续时间缩短，氧与水反应而生成的H、H2、OH等抢先化学反应(它们的活性比N2大)，所以，NOx 的生成率下降。水蒸气分解能参与燃烧。水在高温下会有一部分分解为氢H和氧O，重新参与碳氢化合物的燃烧反应。
H2O≌H2+1/2 O2
还存在水煤气反应，促进了C和CO的完善燃烧，因而CO和碳粒的排放降低；
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