专利摘要

本发明公开了一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其包括：氧气富集室，其内腔分隔成热腔和冷腔；热腔和冷腔通过微通道组连通，微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程；冷腔设置有冷腔进气口和冷腔排气口，热腔设置有热腔排气口；导热管，其穿过热腔；导热管内流动有热介质；空气输送管，其一端与冷腔进气口连接，以向冷腔输送空气；冷腔排气管，其一端与冷腔排气口连接；以及热腔排气管，其一端与热腔排气口连接，且另一端与内燃机的气缸连接。本发明通过把氧气富集室制得的富氧空气输送给内燃机的气缸，使得燃料燃烧更加充分，从而降低燃料消耗和减少污染物排放。

权利要求

1.一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其包括：

氧气富集室，其内腔被分隔成一热腔和一冷腔；其特征在于，

所述热腔和所述冷腔通过微通道组连通，所述微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程；所述冷腔设置有一冷腔进气口和一冷腔排气口，所述热腔设置有一热腔排气口；

该进气系统还包括：

导热管，其穿过所述热腔，且该导热管位于所述热腔内的管壁的材质为导热材料；该导热管内流动有热介质，以提高所述热腔内的温度；

空气输送管，其一端与所述冷腔进气口连接，以向所述冷腔输送空气；

冷腔排气管，其一端与所述冷腔排气口连接；以及

热腔排气管，其一端与所述热腔排气口连接，且该热腔排气管的另一端与内燃机的气缸连接。

2.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述氧气富集室的壁体上设置有保温层。

3.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述导热管的一端与内燃机的排气管连接，且所述导热管的另一端设置有一废气流量调节阀。

4.根据权利要求3所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述热腔排气管的另一端通过一气体混合室与内燃机的气缸连接；所述气体混合室设置有第一混合室进气口、第二混合室进气口和混合室排气口，所述第一混合室进气口与所述热腔排气管的另一端连接，且所述混合室排气口通过一混合室排气管与内燃机的气缸连接；所述第二混合室进气口通过一废气管与所述导热管连接，所述废气管与所述导热管的连接处位于所述热腔与所述废气流量调节阀之间。

5.根据权利要求4所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述混合室排气管上设置有一混合气流量调节阀。

6.根据权利要求4所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述导热管的一端通过一涡轮增压器的涡轮机与内燃机的排气管连接；所述空气输送管的另一端与所述涡轮增压器的压气机的出口连接，所述涡轮增压器的压气机的进口与一压气机进气管连接。

7.根据权利要求6所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述空气输送管上设置有一中冷器。

8.根据权利要求6所述的基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其特征在于，所述压气机进气管上设置有一空气滤清器。

说明书

技术领域

本发明涉及动力机械工程领域，特别涉及一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统。

背景技术

内燃机可将液态或气态化石燃料燃烧产生的热能转换为机械能，多用于汽车、中小型船舶等交通工具。随着汽车保有量迅猛增长，内燃机的节能减排压力日益紧迫。为了解决这些问题，现有方案多采用涡轮增压来提高内燃机的功率，并采用催化转化装置对尾气进行处理。但是，一方面空气中氧气含量只有20.946％，氮气含量却高达78.084％，利用涡轮增压在增加氧气进气量的同时，氮气增加量更大，但氮气并不燃烧，相反还会带走燃烧产生的热量，造成能量浪费，还会在高温下生成NOX；另一方面，催化转化装置处理尾气有使用限制，并不能很好地解决尾气污染问题。富氧燃烧技术是一种节能环保的先进燃烧技术；由于供给燃烧的空气含氧量增多，含氮量相对减少，燃烧所需空气量及产生的烟气量均相应减少，进而可获得更高的燃烧温度和更低的排烟热损失，使燃烧更充分，实现节能；虽然燃烧温度升高，但因进入燃烧系统的氮气量减少且回收利用了部分排放废气，抑制了燃烧过程中NOX的生成，可有效降低NOX的排放量。但是，现有的内燃机富氧燃烧技术，例如公开号为CN103291505A的中国发明专利，需要消耗额外的动力来向内燃机供给富氧空气，其结构复杂且成本较高。若能开发一种结构简单紧凑、且仅由内燃机排气废热驱动制取富氧空气的进气系统，将有助于普及富氧燃烧技术在内燃机上的应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其体积紧凑、重量轻、成本低且可方便地与现有内燃机组合使用，从而克服：(1)现有的内燃机利用涡轮增压在增加氧气进气量的同时，氮气增加量更多，从而造成氮气带走热量和增加NOX生成的缺点；(2)现有内燃机富氧燃烧技术需额外消耗动力来制取富氧空气的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统，其中，包括：氧气富集室，其内腔被分隔成一热腔和一冷腔；所述热腔和所述冷腔通过微通道组连通，所述微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程；所述冷腔设置有一冷腔进气口和一冷腔排气口，所述热腔设置有一热腔排气口；导热管，其穿过所述热腔，且该导热管位于所述热腔内的管壁的材质为导热材料；该导热管内流动有热介质，以提高所述热腔内的温度；空气输送管，其一端与所述冷腔进气口连接，以向所述冷腔输送空气；冷腔排气管，其一端与所述冷腔排气口连接；以及热腔排气管，其一端与所述热腔排气口连接，且该热腔排气管的另一端与内燃机的气缸连接。

优选地，上述技术方案中，所述氧气富集室的壁体上设置有保温层。

优选地，上述技术方案中，所述导热管的一端与内燃机的排气管连接，且所述导热管的另一端设置有一废气流量调节阀。

优选地，上述技术方案中，所述热腔排气管的另一端通过一气体混合室与内燃机的气缸连接；所述气体混合室设置有第一混合室进气口、第二混合室进气口和混合室排气口，所述第一混合室进气口与所述热腔排气管的另一端连接，且所述混合室排气口通过一混合室排气管与内燃机的气缸连接；所述第二混合室进气口通过一废气管与所述导热管连接，所述废气管与所述导热管的连接处位于所述热腔与所述废气流量调节阀之间。

优选地，上述技术方案中，所述混合室排气管上设置有一混合气流量调节阀。

优选地，上述技术方案中，所述导热管的一端通过一涡轮增压器的涡轮机与内燃机的排气管连接；所述空气输送管的另一端与所述涡轮增压器的压气机的出口连接，所述涡轮增压器的压气机的进口与一压气机进气管连接。

优选地，上述技术方案中，所述空气输送管上设置有一中冷器。

优选地，上述技术方案中，所述压气机进气管上设置有一空气滤清器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的氧气富集室的热腔由导热管进行加热，以使热腔与冷腔之间具有温差，从而在微通道组中产生热流逸效应，空气中的氧气和少量氮气从冷腔经过微通道组进入热腔，以在热腔内聚集富氧空气，富氧空气再通过热腔排气管输送给内燃机的气缸，未能通过微通道组进入热腔的富氮空气在冷腔中聚集并最终从冷腔排气口排出。本发明通过把氧气富集室制得的去除大部分氮气后的富氧空气输送给内燃机的气缸，使得燃料燃烧更加充分，从而降低油耗，提高内燃机的输出功率和扭矩，并减少CO、NOX等大气污染物的排放。

2、本发明的导热管与内燃机的排气管连接，导热管通过引入内燃机排出的高温废气来加热热腔，以回收利用废气能量，不需额外能量即可制取富氧空气，并降低废气排放的温度。

3、本发明通过设置气体混合室使富氧空气与一定量的废气混合后再一起输送给内燃机的气缸，以使本发明与内燃机的废气再循环系统结合，进一步提高内燃机的性能和降低污染物的排放。

4、本发明的导热管和空气输送管与涡轮增压器连接，以进一步提高对废气能量的利用。

附图说明

图1是根据本发明基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统的结构示意图。

图2是根据本发明的氧气富集室的立体半剖结构示意图。

图3是根据本发明的氧气富集室的对热腔进行局部剖的结构示意图

主要附图标记说明：

1-氧气富集室，2-微通道组，3-热腔，4-冷腔，5-冷腔进气口，6-冷腔排气口，7-热腔排气口，8-导热管，9-空气输送管，10-冷腔排气管，11-热腔排气管，12-内燃机，13-燃料输送管，14-燃料流量调节阀，15-排气管，16-排气流量调节阀，17-废气流量调节阀，18-气体混合室，19-第一混合室进气口，20-第二混合室进气口，21-混合室出气口，22-混合室排气管，23-废气管，24-混合气流量调节阀，25-涡轮增压器，26-涡轮机，27-压气机，28-压气机进气管，29-中冷器，30-空气滤清器；31-微通道。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图3显示了根据本发明优选实施方式的一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统的结构示意图，该基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统包括氧气富集室1、导热管8、空气输送管9、冷腔排气管10以及热腔排气管11，参考图2和图3，氧气富集室1为中空体结构，且其内腔被分隔成一热腔3和一冷腔4，热腔3和冷腔4之间通过微通道组2连通，微通道组2中每个微通道31的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程。由于空气中氮气含量为78.084％，氧气含量为20.946％，二氧化碳、稀有气体、水蒸气等含量只有约0.97％，所以分离的重点在于主体成分氧气、氮气的分离，鉴于在相同温度、压力条件下，氧气分子平均自由程大于氮气分子平均自由程，在设计工况及常规变工况范围内，当热腔3的温度高于冷腔4的时，由于热流逸效应的作用，冷腔4内空气中的氧气分子始终可以通过微通道组2进入到热腔3中，氮气分子却不能通过微通道组2，只有当压力、温度等变化至较极端的区间时，氮气分子才有可能从微通道组2进入到热腔3，因此，本发明的整体效果体现为在氧气富集室1制得富氧空气。冷腔4设置有一冷腔进气口5和一冷腔排气口6，热腔3设置有一热腔排气口7。导热管8穿过热腔3，且导热管8位于热腔3内的管壁的材质为导热材料，导热材料可以为铜合金或铝合金等，导热管8内流动有热介质，以提高热腔3内的温度。导热管8也可以整体采用相同的导热材料制作。优选地，氧气富集室1的壁体上设置有保温层，以有效维持氧气富集室1的工作温度。空气输送管9的一端与冷腔进气口5连接，以向冷腔4输送空气，冷腔排气管10的一端与冷腔排气口6连接。热腔排气管11的一端与热腔排气口7连接，且热腔排气管11的另一端与内燃机12的气缸连接。内燃机12的燃料输送管13把燃料输送到气缸与富氧空气进行混合后燃烧，燃料输送管13设置有燃料流量调节阀14以调节进入气缸内的燃料量。

本发明的导流管8中流动的热介质流经导流管8位于热腔3内的部分时，通过导流管8的侧壁把热量传递给热腔3，从而使热腔3内的温度高于冷腔4的温度，当空气输送管9把空气输送入冷腔4中时，由于热腔3与冷腔4之间具有温度差，从而在微通道组2中产生热流逸效应，空气中的氧气和少量氮气从冷腔4经过微通道组2进入热腔3，以在热腔3中聚集成富氧空气，热腔3中的富氧空气再通过热腔排气管11输送给内燃机12的气缸，而冷腔4内聚集的富氮空气直接从冷腔排气口6通过冷腔排气管10向外排出。本发明通过把氧气富集室1制得的去除大部分氮气后的富氧空气输送给内燃机12的气缸，使得燃料燃烧更加充分，从而降低燃料消耗，提高内燃机12的输出功率和扭矩，并减少CO、NOX等大气污染物的排放。

进一步地，参考图1，导热管8的一端与内燃机12的排气管15连接，且导热管8的另一端设置有一废气流量调节阀17，导热管8通过流动内燃机12排出的高温废气来对热腔3进行加热，以提高对废气能量的利用，并降低废气排放的温度。废气流量调节阀17用于控制导流管8内的废气流量，以控制热腔3内的温度。另外，还可在内燃机12的排气管15上设置排气流量调节阀16，以综合控制导流管8内的废气流量。进一步优选地，继续参考图1，热腔排气管11的另一端通过一气体混合室18与内燃机12的气缸连接，气体混合室18设置有第一混合室进气口19、第二混合室进气口20和混合室排气口21，第一混合室进气口19与热腔排气管11的另一端连接，且混合室排气口21通过一混合室排气管22与内燃机12的气缸连接。第二混合室进气口20通过一废气管23与导热管8连接，废气管23与导热管8的连接处位于热腔3与废气流量调节阀17之间。本发明通过设置气体混合室18使富氧空气与一定量的废气混合后再一起输送给内燃机12的气缸，以使本发明与内燃机12的废气再循环系统结合，其不需要额外能量，以进一步提高内燃机12的性能和降低污染物的排放。进入气体混合室18内的废气也可以通过排气流量调节阀16和废气流量调节阀17进行控制。排气流量调节阀16和废气流量调节阀17调节加热热腔3后的再循环废气直接排入大气的排放量，进而控制进入气体混合室18的再循环废气流量，以满足所述内燃机12在不同工作负荷下的要求。优选地，混合室排气管22上设置有一混合气流量调节阀24，以根据内燃机12的功率调节进入内燃机12的气缸内的富氧空气和废气混合物的总量。

进一步地，继续参考图1，导热管8的一端通过一涡轮增压器25的涡轮机26与内燃机12的排气管15连接，空气输送管9的另一端与涡轮增压器25的压气机27的出口连接，涡轮增压器25的压气机27的进口与一压气机进气管28连接。排气管15的高温废气流经涡轮机26后再进入导热管8，高温废气依靠惯性冲力推动涡轮机26的叶轮旋转，并通过增压器轴带动压气机27的叶轮旋转，以驱动涡轮增压器25工作，使压气机27把空气进行压缩后再通过空气输送管9输送给冷腔4。本发明的导热管8和空气输送管9与涡轮增压器25连接，以进一步提高对废气的能量的利用，从而在减少废气能量浪费的同时，增加空气的进气量，提高内燃机的动力性能。排气流量调节阀16能够调节排气管15排入大气的废气流量，进而控制推动涡轮机26的叶轮和进入导热管8的废气流量。优选地，空气输送管上设置有一中冷器29，中冷器29用于降低经涡轮增压器25压缩处理后的空气的温度。进一步优选地，压气机进气管28上设置有一空气滤清器30，空气滤清器30用于消除空气中的微粒杂质，最终为内燃机12中燃料燃烧提供清洁的富氧空气，避免微粒杂质对气缸壁、活塞等部件的磨损。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

一种基于热流逸效应的内燃机富氧燃烧的进气系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。