[发明专利]无火焰燃烧清洁型内燃机

说明书

本发明涉及一种清洁型内燃机，特别是一种无火焰催化燃烧的清洁型内燃机。

背景技术

现在国内外的内燃机都是采用火焰燃烧的传统燃烧方式把燃料的热力学化学热能转化为动力学机械功。火焰燃烧有两个主要缺点：1.火焰燃烧实质是燃烧物质的自由基参与下的氧化反应，其反应的机理涉及自由基(特别是氧自由基)的气相引发，在燃烧过程中会产生部分电子激发态产物，并以可见光形式释放能量，这部分能量无法利用而损失，从而造成能量利用率低；2.由于涉及自由基气相引发，空气中的N₂会参与燃烧反应生成NOx，而NOx是毒性很大的污染物，在以上燃烧过程中，产生的HC和CO，从而造成环境污染。

为了解决上述问题，二十世纪六十年代开始研究燃料油掺水技术，燃油掺水制得乳化油已被广泛用于工业炉燃烧，燃料油的乳化技术在一些发达国家得到推广应用。1981年国际燃烧协会第一届会议把燃油掺水作为三大节能环保措施之一。其节能减排的机理是水粒子微爆使混合燃料表面比增加10⁴倍，燃烧更完全，燃烧温度降低，抑制了NOx的生成，燃料裂解生成的碳PM与水汽发生水煤气反应使PM排放降低，但目前乳化油还不能做为内燃机的燃料使用，主要原因是它的稳定性和油性还不能满足内燃机的要求。随着纳米乳化油的研发，纳米乳化油的节能环保的优越性明显发挥出来，现已证明：有害气体排放显著降低，烟度下降40-77％、HC和CO排放量下降75％，排气温度降低20-60％，节油率为5-15％。

内燃机的混合气形成与燃烧：燃烧是一种剧烈的氧化反应，内燃机缸内的燃烧就是进入燃烧室内的燃料(主要是碳、氢元素)和进入气缸内的氧发生氧化放热反应的过程，在产生新的燃烧产物CO₂、H₂O的同时放出大量热量，从而将燃料中贮存的化学能以热能形式释放出来，使气体膨胀作功。但实际上内燃机的燃烧过程中的燃烧要复杂得多，这不仅是因为燃料中含有一些有害成份，更主要是由于燃烧系在很短时间内与有限空间内进行，要进行一系列化学反应过程，其中间与最终产物受到反应环境条件(温度、压力、空气运动情况等)的影响，因为燃料与空气混合不可能完全均匀、燃料的氧化不可能完全，甚至空气中的N₂在高温条件下也会发生氧化反应。因此，所有内燃机的燃烧都不可能完全彻底清洁的，最终必然产生CO、HE、NO_X和微粒PM等一系列有害物质，从而成为环境污染的重要来源。我国现时采用欧III、欧IV法规就是为限制这样有害物质排放而制定的，另外，从节能和减少CO₂排放对地球气候影响(温室效应)的角度出发，国际上也参照日本东京都环保会议上的要求，对内燃机CO₂排放(即节能指标的要求和限制)。

内燃机的燃烧模式：按照混合气形成与燃烧反应之间的关系可以分为预混合燃烧和扩散燃烧两类，汽油机和气体燃料发动机的燃烧属于预混合燃烧，柴油机属于扩散燃烧。一般柴油机燃烧室分直喷式如图2a、b、c、d、e、f所示和分隔式燃烧室如图2g、h所示，燃烧室分成两部分，活塞顶部空间为主燃烧室，位于气缸盖内的燃烧室为副燃烧室，燃油喷入后首先在副燃烧室着火，再经主副燃烧室的联接通道火焰扩散燃烧至主燃烧室。直喷式柴油机燃烧室容积全部集中在活塞顶部，依靠进气涡流和利用活塞顶部的挤压排流和缸内涡流来改善混合气的形成。