混合动力发动机说明.doc

水蒸汽、柴油、空气混合燃烧的发动机排放机理说明书 一、汽车排放污染生产的原因和机理 汽车问世100多年以来，内燃机一直是主要配套动力。内燃机是一种利用燃油与空气二相燃烧膨胀做功的机器，其动力来自于化学能转变为热能过程中释放的能量，其排放生成物主要是水和二氧化碳。但由于内燃机存在设计缺陷和燃烧反应过程中的二相不完全燃烧，致使其在氧化反应过程中还会附生HC、CO、NOx、PM等有害生成物，这种有害生成物不仅会造成环境严重污染，同时也造成能源浪费。 有害排放物是氧化反应过程中的中间产物，主要通过以下几种途径产生： 活塞受热产生金属膨胀，俗称“胀缸”，“胀缸”会使汽缸和活塞环形成无间隙过盈磨损，造成汽缸密封不严，压力下降，润滑油窜缸，冷隙增大，这种情况会产生严重的HC、CO、颗粒物（PM）和兰烟。 排气门受热产生热疲劳和蠕变，会使膨胀过程中密闭不严，造成可燃气提前泄露，是产生HC、CO的另一原因。 燃烧过程中的结焦积炭，对油雾形成吸附，使部分燃油无法参与反应，是产生HC、CO的又一因素。 油雾与空气混合不匀，造成局部富氧、局部供氧量相对不足，油雾颗粒过大，这种情况是造成碳烟（PM）、NOx和CO的主要原因之一。 初燃期过长，初燃温度不匀，形成多个着火点是产生NOx的主要原因，因为N2是一种不易于与O2发生反应的物质，只有在富氧条件下的初燃期和不正常燃烧才会产生。 汽油发动机人为的控制空燃比（F=14.7）是产生CO和NOx的主要原因，当空燃比达到F=22时，CO和NOx是几乎不会产生的。 为了限制汽车排放过程中的有害排放物，美国、欧洲、日本和我国等发达国家政府，相继制订了越来越严格的排放法规，汽车生产厂商为了应对政府的排放法规，采取了一系列技术改进措施，使发动机的结构越来越复杂，为了满足排放要求，不惜以牺牲油耗和动力为代价，甚至采用污染后果更大的“油改气”。因此，近20年，世界各国汽车发动机污染油耗有增无减，特别是当使用过低的空燃比（F=14.7）、EGR、三元催化、颗粒捕捉器等技术手段后，其低污染只保持在新车出厂环节的短时间内有效，缺乏长效机制。 国外的这些治理方案，无一例外的增加了用户成本，浪费了社会资源，其思维模式是简单问题复杂化，无论是国外还是中国，对于以汽车营运收入为主的汽车业主，在新车使用一段时间后，都会自行拆除上述装置，以达到省油和增加动力的目的。于是国外又开始设计防止拆除的BOD监控系统，使结构更加复杂化。“油改气”则成为NOx超标排放又一技术公害。 国外的这种治标不治本的治理方式却无一例外的被我国汽车生产厂商照抄照搬，并奉为经典，不惜花重金从国外引进，致使我国汽车制造长期缺乏自己的核心技术，中国要想实现世界汽车生产强国之梦遥遥无期。 二、正确的治理策略——利用第三种介质，形成三相燃烧。 治理汽车排放污染中国必须另找捷径，中国人有能力治理汽车排放污染这一环境公害，中国人有思维慎密，实事求是，化腐朽为神奇的科学头脑，特别是中国本土人士，他们一般不轻易盲从老外，有自己的独立思维能力。找到了有害排放物形成的机理，治理也就并不困难，对症下药是解决问题的根本，寻找一种既能实现缸内冷却，又能促进燃烧的物质参与实现三相燃烧是关键之所在。经长期研究发现，水蒸汽具有燃烧过程中所需要的一切必要条件，是一种很好的燃烧促进剂，完全可有效参与三相燃烧。水蒸汽有下列特性： 水蒸汽是已知物质中比热最大的物质，它可大量吸收燃烧室内的余热，使活塞、汽门得到充分内部冷却，延长零部件使用寿命，做功时的漏气现象将不易产生。 水蒸汽在高温下与油雾接触，会产生剧烈的微爆作用，使油雾与空气产生二次雾化，与空气充分混合，特别是对非匀质燃烧的柴油发动机减少有害排放物效果显著。在现有低排放的基础上，可进一步削减NOx和PM80%、CO、HC削减50%以上。微爆作用同时可消除燃烧形成的积炭，使燃烧进行得更完全。 水蒸汽的吸热作用能有效控制燃烧时各种工况条件下的燃烧温度，排除了NOx的生成条件，即使汽油发动机的空燃比提高到F=22左右，实现稀薄燃烧、早燃、早爆现象也不会产生。燃油经济性明显。 水蒸汽富含OH活性基团，能与部分高温（1200度）脱氧形成的碳粒产生水煤气反应(C+H2O——CO+H2，H2+O2——H2O),所形成的CO又可和燃烧初期形成的NOx产生氧化还原反应，即2NOx+2CO=N2+2CO2，通过一系列反应，使排放过程中不产生黑烟和具有刺激气味的NOx，实现洁净排放。对增大油耗和降低功率输出的EGR、三元催化、颗粒捕捉器均可去除，从而降低汽车的制造和使用成本，社会资源得到合理利用。 水蒸汽较空气有更大的密度，受热后能产生更大的膨胀力，可在一定程度上提高发动机动力，功率可提升15%左右。 利用水蒸汽参与发动机燃烧后，由于燃烧不产生积炭和颗粒物，喷油咀，火花