[实用新型]可提高发动机工作效率并减少有害气体排放的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可提高发动机工作效率并减少有害气体排放的装置，尤其是涉及一种使用涡流增压以提高发动机工作效率并减少有害气体排放的装置。

背景技术

随着汽车数量的不断增长和经济的迅速发展，加剧了矿物能源的消耗和枯竭，同时给环境也带来了较严重污染和破坏。近年来，雾霾天气一直困扰着我国大中城市，一方面易造成车辆交通事故，另一方面对人们身体健康易造成极大危害。此外，若雾霾天气蔓延下去必定会使农作物接收光照的时间大大缩短，从而影响农作物生长，造成农作物减产。研究表明，产生雾霾天气的主要原因之一是汽车尾气的大量排放，尤其是尾气中的NO_X微粒在大气中含量的增加，这对人类身体健康极为不利。寻找解决雾霾天气之路，其中主要包括以下三个方面：一是采用高效汽车马达以节约能源，二是开发新能源汽车，三是对汽车马达增加装置或在汽车排气管安装尾气净化器，但这一切都不能有效遏制雾霾天气的蔓延。

研究表明，汽车采用涡流增压技术能减少有害气体的排放，而想达到预期效果需对增压后的空气进行降温，而担此重任的就是中冷器（是涡流增压器的配套件），其作用在于提高发动机的换气效率。涡流增压发动机比普通发动机拥有更大的动力，其原因之一就是其换气效率高。当空气经涡流增压后，其温度会大幅升高，密度也相应升高，需经中冷器的冷却而进入发动机中；如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机，则会因空气温度过高导致发动机损坏甚至死火的现象。其中，中冷器的作用是降低发动机中空气的进气温度，因为发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度，此外，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的换气效率。如果想要进一步提高换气效率，就要降低进气温度。相关数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降10℃，发动机功率可提高3%-5%；另一方面，增压空气若未经冷却而直接进入燃烧室，很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的NO_X的含量，造成空气污染。

涡流增压就是为了使内燃机达到合理的空燃比。汽油机的空燃比一般是在12～13时功率最大，在16时油耗最低，在18左右污染物浓度最低。因此，为了降低油耗和减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。这种做法，叫做稀薄燃烧，已为当今多数汽油发动机采用。

影响汽油发动机气体排放的最主要因素是混合气的空燃比，理论上一公斤燃料完全燃烧时需要14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。空燃比小于化学当量比时供给浓混合气，此时发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的CO多；当混合气略大于化学当量比时，燃烧效率最高，燃油消耗量低，但生成的NO_X也最多；所以采用中冷器降低进气温度来减少NO_X的排放就显得尤为重要。据国外文献资料介绍：内燃机进气温度从60℃降低到30℃，标准工况燃油耗率下降1%以上，NO_X排放下降24%，烟度基本不变，最大扭矩工况下，燃油耗率下降3%，NO_X下降6%，烟度下降13%。然而，现有的中冷器的换热方式为错流换热，且采用空气对空气进行换热，其换热效果相对较差，难以使进气温度做到近似值最小化（中冷器增压了的空气出口温度和外界温度的差值称作近似值，现有中冷器可以实现的近似值是25℃-30℃），因此，在发动机工作效率及减少尾气排放方面还有待进一步改善。

此外，现行的发动机增压方式还存在一些缺陷，如布局及流程不合理，造成增压的空气流经的管道长、弯道多，而且新鲜空气在中冷器细小通道流过会使其流动阻力变得很大，致使涡流增压装置负荷增大，而且增加一套涡流增压器同样也会造成内燃机背压增大，这样就影响内燃机的做功效率。为此，科研工作者做出了许多努力，如中国专利申请201110047946.X公开的双真空层排气管结合混流降低发动机排气温度的装置，可以降低发动机背压来提高发动机效率；中国专利申请201120177758.4公开的汽车排出气体冷却装置，采用在尾气管上增加换热器方式来达到降低尾气目的，从而使发动机背压减小。尽管如此，诸如此类的降温方法基本都是采用错流换热方式，其换热效率不高，而且换热器体积过大，这不仅占用汽车有限空间，而且增大汽车运行负荷和生产成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可提高发动机工作效率并减少有害气体排放的装置。