用于内燃机操作的系统、装置和方法 背景技术
内燃机为人所知已有很长时间。一直以来,人们尝试提高燃料中的能量变成机械能的转换效率,并减少在其操作期间产生的污染量。尽管这么多年来有了很大进展,但转换效率和污染量仍需要改进。如图1所示意性地描绘的,内燃机包括几个主要单元,图1是内燃机系统的示意图。空气可通过供气单元12提供;燃料可通过燃料供给单元14提供。所述空气和燃料可在混合单元16中混合并供给动力单元18,在该单元中,所述混合物被点燃或引起爆炸,由此将内能转化成机械能,机械能可从发动机输出到任何所需的功率消耗者。另外,废气从发动机排出。
【附图说明】
本发明的主题内容在说明书的总结部分特别指出并清楚主张。然而,通过参考下列详细说明,并结合附图阅读,可以最好地理解本发明,包括构造和操作方法,及其目的、特征和优势。
图1是内燃机系统的示意图;
图2是根据本发明一些实施方案的内燃机系统的示意性框图;
图3是根据本发明一些实施方案的向内燃机中的燃烧供给空气的供气组件的打开位置的示意图;
图4是可包括在根据本发明一些实施方案的供气组件中的金属元件的示例性示意图;和
图5是根据本发明一些实施方案的用于减少内燃机产生的空气污染和/或减少内燃机的燃料消耗的操作内燃机的方法的示意性流程图。
可以理解,为了示意图的简明和清晰,在附图中显示的元件未必按比例描绘。例如,为了清晰,一些元件的尺寸相对于其他元件可能被夸大了。此外,当认为合适时,附图间的附图标记可能重复,以表示相应或类似的元件。
发明详述
在下面详细描述中,阐述了众多细节,以提供对本发明的充分理解。然而,本领域技术人员理解,本发明可在没有这些细节的条件下实施。在其他情况下,未对公知方法、过程和组分作详细描述,以免模糊本发明。
本发明的发明人在改进内燃机操作的新系统和方法的研究期间发现,通过在空气进入内燃机的过程中放置金属元件,使得空气流过所述金属元件的材料,发动机的效率和发动机的输出功率显著增大,同时从发动机排出的污染量显著减小。金属元件200(显示于图3中)或其等同替换可由有或者没有其他材料(比如银、金等)的薄涂层的多种金属(比如铜)制成。现在注意图2,图2是根据本发明一些实施方案的内燃机系统100的示意性框图。内燃机系统100可包括空气供给组件20、燃料供给单元14和混合单元16,所述混合单元16可接收空气和燃料,以将它们混合并向动力单元18供给空气-燃料混合物。空气供给组件20可包括进气部分24、出气部分26和金属元件22。金属元件22可位于进气部分24和出气部分26之间的气流路径中。进气部分24和/或出气部分26可包括空气管道、具有空气过滤器的空气管道等。金属元件22可包括,例如,金属网(metal mesh)和/或金属线和/或金属层,使得空气可流过和/或通过金属元件22。
燃料供给单元14可以是有或没有燃料泵和/或有或没有燃料流量调节器等的燃料箱。混合单元16可以是例如汽化器、空气-燃料雾化器等。空气可流过和/或通过空气供给组件20进入混合单元16。混合单元16可将例如分别从空气供给组件20和燃料供给单元14接收的空气和燃料混合。混合单元16可向动力单元18供给空气和燃料的混合物,所述动力单元18根据一些实施方案可以是内燃机。动力单元18可使用所述空气和燃料的混合物产生能量,例如,通过所述混合物的燃烧。得到的能量可以是例如用于车辆的机械动力。由于该能量产生过程,产生的污染气体(例如废气)可从内燃机系统100排出至环境。当流过和/或通过金属元件22的空气通过混合单元16和燃料混合,并用于通过动力单元18在例如燃烧过程中产生能量时,废气的污染程度可减少。另外,动力单元18产生相同的能量可需要较少的燃料,例如,燃料消耗可减少。
现在注意图3,图3是内燃机的空气过滤组件150的示意图,根据本发明的一些实施方案,所述空气过滤组件150包括金属元件200。为了示意图的清晰,空气过滤组件150以“打开”的位置绘制。一般地,空气过滤组件150关闭,使得金属元件200被包围在所述组件内。空气过滤组件150可包括具有进气口153地进气部分152和具有出气口155的出气部分154。根据本发明实施方案制造并安装的金属元件200可如图3所示位于空气过滤组件150内,使得流过和/或通过空气过滤组件150的空气基本上垂直地流过金属元件200。对于本领域技术人员,显而易见的,所述金属元件200可以一种或多种不同方式和相对于气流方向的不同角度放入所述气流路径。金属元件200可以任何合适的设置方式包括金属网和/或金属线和/或金属层,使得空气可流过和/或通过金属元件200。例如,金属元件200可包括一个或多个薄板,所述薄板适当地放入气流路径中,基本上平行于气流方向,使其表面以对气流的干扰最小的方式暴露于空气流中。尽管本发明不受限于这方面,但在本发明的一些实施方案中,可制成金属元件200的材料或材料组合可包括富有氧分子的表面,所述氧分子可容易地被朝向发动机的空气流带走。这可使被系统100(显示于图2)用于燃烧的空气富含氧,这有助于减少在燃烧过程中由系统100产生的空气污染。它也有助于例如减少系统100的燃烧消耗。
现在注意图4,图4是金属元件200的详细示意图。尽管本发明不限于该实例,金属元件200可以是由图4所示的交叉金属线制成的网,在它们之间形成具有第一尺寸“h”和第二尺寸“w”的一般形式的矩形。所述第一和第二尺寸“h”和“w”有时可相等,在线之间形成正方形空间。应当说明,线之间的空间的形式可以是任何所需形式,比如六边形、七边形、八边形、圆形等。然后,形成这些空间的网的形式可以是任意的,只要对空气流产生的防碍可忽略,且足够大量的流动空气和该金属网接触。因此,图3和4的金属元件200仅是示意性的,并出于示例的目的。
金属元件200可由多种材料或材料组合制成,且可制成网或,例如穿孔板的形式,以扩大金属元件的表面积,增大对空气流的影响。金属元件200可包括例如固体铜、层叠了厚度例如为80微米的金的固体铜、存在固体金块的固体铜、或上面所述的所有类似于网的其他物理形式。
本发明的发明人发现,当金属元件插入内燃机的气流路径中,使得发动机消耗的空气流过和/或通过所述金属元件时,当所述金属元件使用特定的金属或特定的金属的组合时,就燃料储存的化学内能到机械能的转换效率而言,发动机的性能提高且废气中的污染气体量减小。在不同的条件下针对不同的发动机种类(例如汽油或柴油燃料)、变速箱种类(例如手动或自动)、和多种发动机体积(例如1896cc、2446cc、2300cc、3136cc、1868cc和1597cc)测量根据本发明实施方案的内燃机的性能。测量的参数包括单位行驶距离的平均燃料消耗、发动机输出的有效功率的变化和在空转和每分钟2500转(RPM)时的废气量。根据本发明的一些实施方案的内燃机系统100的性能的测量结果示例于下表1、2和3中。
表1显示了本发明的发明人完成的实验的结果。
表1比较了有和没有金属元件200时的燃料消耗、发动机的有效功率和污染,并说明当金属元件200安装于车辆中时这些参数的改进。
燃料消耗以500km旅程内的平均值测量。发动机功率通过发动机功率计测量。污染通过对柴油发动机和对汽油发动机两种不同方法测量。对于柴油发动机,污染通过检验废气的浑浊度测量。表1显示的结果是表示气体浑浊度的数字。气体浑浊度通过测量废气中的烟含量从0到100哈特里奇烟单位(Hartridge smoke unit)(“HSU”)的密度或不透明性的装置检验。以色列的“Hartridge Smokemeter Standard”对重型车辆允许最多30HSU,对轻型车辆允许最多40HSU。对汽油发动机,污染通过测量废气中的污染气体的百分比测量。表1表示的结果是废气中的CO百分比。根据依赖于欧洲标准Euro 4的所述以色列标准,在2300-2800 RPM时,废气中最多允许0.3%的CO。表1表示的结果表明了燃料消耗、发动机功率和污染这三个参数的大幅改进。在表1中,以消耗一升燃料行驶的公里数计,平均燃料消耗的改进在约28%到约50.6%的范围内,有效功率的增大在约28.9%到约34.8%的范围内,在2500RPM时,污染的改进对于汽油燃料发动机在约65%及以上,对于柴油燃料发动机在约45%到约62.5%的范围内。
应当说明,表1表示的性能反映使用安装在空气过滤器舱内或接近它的金属网实现的结果,所述金属网的外部尺寸基本上等于所述空气过滤器舱的截面,基本上垂直于气流方向,如图3所示。
表2显示了本发明的发明人完成的实验的结果。表2比较在不同的汽车模型中有和没有金属元件200的燃料消耗,并说明当金属元件200安装在车辆中时燃料消耗的改进。如表2所示,在该实验中,发明人使用不同的铜元件(例如不同种类的网和穿孔板)作为金属元件200。表2表示的结果表明以消耗一升燃料行驶的公里数计,提高了约百分之34。
表3表示本发明的发明人完成的实验的结果。表3比较在不同的摩托车模型中有和没有金属元件300的燃料消耗,并说明当金属元件300安装在摩托车中时燃料消耗的改进。如表3所示,在该实验中,发明人使用尺寸约为8cm×10cm,重约11gr的铜网作为金属元件200。表3表示的结果表明以消耗一升燃料行驶的公里数计,提高了约百分之32。
根据本发明,以消耗一升燃料行驶的公里数计,所述减少的测量值可在约25%到约50.6%的范围内。
在使用计算机控制对发动机的燃料/空气供给的车中,可在例如安装金属元件200时重置计算机,使得本发明的效果(例如空气消耗减少和/或污染减少)可在根据本发明的金属元件200安装后更快地感受到。若不重置计算机,计算机可能需要时间在行驶几公里,例如行驶数百公里后,去调整发动机所需的燃料量。
现在注意图5,图5是根据本发明一些实施方案的用于减少内燃机产生的空气污染和/或减少内燃机的燃料消耗的操作内燃机的方法的示意性流程图。供给内燃机的空气供给至根据本发明的一些实施方案运行的系统(502块)。使供给的空气流过和/或通过金属元件(504块),并由此和金属元件的外表面接触。然后,流过金属元件的空气用于内燃机中的燃烧(506块)。
这里已说明并描述了本发明的某些特征,但本领域普通技术人员将可想到许多改进、替换、改变和等同替换。因此,应理解所附权利要求意在覆盖落入本发明实质范围内的所有这样的改进和改变。