[发明专利]用于内燃机中燃料的富氧燃烧的设备和方法

权利要求书

1.一种内燃机，其所产生的废气流具有来自于燃料与富氧大气流燃烧的减少的氮和NO_x排放物，氮已从所述富氧大气流分离，

所述内燃机具有发动机体，该发动机体具有多个气缸和一个或多个通道，所述气缸具有形成燃烧室的壁，所述通道与气缸流体连通以输送用于燃料燃烧的富氧空气，

其特征在于：

一个或多个空气分离装置与所述内燃机的操作集成并且与内燃机的进气和燃烧室流体连通，所述一个或多个空气分离装置适配和构造成从大气分离氧分子以与燃料混合并且使氮分子返回至大气；

其中，所述一个或多个空气分离装置是膜，并且所述膜位于所述多个气缸中的一个或多个的壁中，一个或多个所述膜提供用于氧分子从空气通道输送到燃烧室中的流体连通。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，在所述多个气缸中的每个的壁中定位有至少一个膜。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，一个或多个所述膜位移远离在所述一个或多个气缸中相应的压缩和膨胀冲程期间产生的最大压力的区域。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述通道的至少一部分是歧管的形式，并且一个或多个空气分离装置位于所述歧管中。

5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，多个空气分离装置串联定位并且气流的比例氧含量在串联的空气分离装置中的每个的下游较大。

6.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述空气分离装置是陶瓷膜。

7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述膜使氧穿过并且保留物是富氮气体。

8.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述膜通过与来自内燃机的热废气进行热交换而保持在大约800℉的温度。

9.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述膜是具有能透过氧的多孔电极的固体陶瓷电解质，并且该固体陶瓷电解质在电势下使氧离子穿过。

10.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，来自所述内燃机的废气流的一部分被再循环并且与进气混合。

11.根据权利要求1所述的内燃机，包括涡轮增压器，该涡轮增压器由废气流驱动并且与大气流体连通以加压所述一个或多个空气分离装置上游的空气。

12.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述膜限制来自燃烧室的NO_x、CO₂和氮的通过。

13.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述一个或多个空气分离装置包括含有吸附材料的两个或更多个固定的床，所述吸附材料从空气可释放地吸附氧并且使未吸附的气体穿过以排放到大气中，所述床每个都具有用于接收氧耗尽清扫气体以释放吸附的氧的入口和与所述多个气缸中的一个或多个流体连通以输送富氧气流与燃料混合的出口。

14.根据权利要求13所述的内燃机，其特征在于，所述清扫气体是来自所述内燃机的热废气的一部分。

15.根据权利要求13所述的内燃机，包括处理器/控制器和至少一个阀，所述处理器/控制器操作地连接至位于所述两个或更多个固定的床中的每个的氧耗尽气流出口中的至少一个氧传感器，所述至少一个阀与每个床的所述入口和出口相连并且响应于氧耗尽气流中的氧的量由所述处理器/控制器控制，以将空气从一个床转移到至少另一个床并且引入清扫气体以释放所吸附的氧，以作为富氧流而从床出口排出。

16.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机的进气歧管包括能响应于内燃机的性能要求而操作的阀，以当内燃机对氧的要求不能通过穿过所述一个或多个空气分离装置的氧所满足时打开并且引入大气。

17.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述一个或多个空气分离装置是变压吸附氮发生器。

18.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述一个或多个空气分离装置是变真空吸附系统。

19.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述一个或多个空气分离装置是混合真空变压吸附系统。

20.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，来自废气流的CO₂被捕集并且经过浓缩处理以临时存储在由所述内燃机驱动的车辆上。