CN102606351A - 一种发动机自动制氢制氧方法及其节能设备 - Google Patents
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Abstract
一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置：采用化学催化和高温气体电解裂化制氢制氧的综合方法，在参与燃烧的水中添加总重量1-5％的催化剂和3-8％的消烟剂，利用发动机排气余热加热水分子，使蒸汽态的水分子变成高能气态，把高能气态的水分子在电解裂化器内电解裂化为富含氢、氧原子的可燃气体，再把可燃气体和燃油混合气或空气混合后一同送入汽缸燃烧作功。其特征是在发动机的排气管上安装水分蒸发器和电解裂化器，在水分蒸发器上安装热电传感器，在供水箱上安装小水泵，在发动机进气歧管节气门的后方安装喷射喉管，电子控制器和节气门联动。可实现节油28％、减排60％。
Description
所述技术领域
本发明涉及一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置，属于机动车节能减排技术领域。
背景技术
目前我国已经成为汽车大国，降低汽车的燃料消耗更是国人观注的焦点，各种节能技术不断出现，但是真正成熟实用的技术确是了了无几。就目前推宠的氢能源汽车或者机动车发动机制氢燃氢的醇类混合(双燃料)燃烧节能技术，也还算不上是成熟技术。例如专利号为200510011068.0的(氢混合动力电动汽车)，这类技术是用含水甲醇、乙醇做燃料，用贵金属钯、铂、钛等作为催化剂制造氢气供给发动机燃烧，但是在实际使用过程中要经常清除催化剂裂解后产生的废料和及时添加催化剂原料，而且所制造的氢气是随着催化剂的消耗而减少，所述的贵金属价格也很高，这就给具体的实施和推广造成了诸多困难，该专利设计有燃氢发动机和电动机两套动力装置，创意虽然不错，但是制造成本很高，燃氢技术不成熟，缺乏具体可靠的实施方案，很难被制造商和市场所接受。又如专利号为94112213.1的(氢气发动机)，其裂解氢的发生器是用氧化(海绵铁)铁作催化剂，也会产生反应废料，需要用氢气进行还原反应或者清除废料重新添加新的氧化铁才能使发动机继续工作，而且发动机冷启动要用工厂制造的氢气作燃料，这类设计很不现实，具体实施的难度也很大，不能与现有的机动车发动机相匹配。现代人用惯了日行千里的传统燃料(汽油、柴油)汽车，有多少人愿意去开中途停车更换催化原料而且存在技术缺陷的所谓新能源汽车呢？近十年来也有人公开过有关发动机掺水油水混合燃烧的节能技术，例如专利号为00206907.5的(发动机增氧节能器)和专利申请号为200410026306.0的(发动机汽油、水混合燃烧)的技术方案，由于存在较大的设计缺陷而无法进行实施，更谈不上和目前先进的燃油电子喷射技术相配合。就汽车产业而言，急需解决的是尽快把传统汽车的油耗降下来，为此，首先要在传统燃油发动机上作文章，在替代传统燃料的实用节能技术和方法上下功夫。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明现提供一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置。
本发明实施例之发动机自动制氢制氧方法是：采用化学催化和高温气体解裂化制氢制氧的综合方法，在参与燃烧的水中添加总重量1-5％的催化(添加剂)剂和3-8％的消烟剂，利用发动机排气余热加热水分子，使蒸汽态的水分子变成高能(374.2摄氏度以上)气态，把高能气态的水分子在电解裂化器内电解裂化为富含氢、氧原子的可燃气体，再把富含氢、氧原子的可燃气体和碳氢化合物(消烟剂所含)的可燃气体和燃油混合(或者空气)气扰动混合后一同送入燃烧室燃烧作功，从而达到节油和减排的目的。
本发明实施例之节能装置的技术方案是：在传统内燃燃油发动机的排气管上安装水分蒸发器，在水分蒸发器上安装热电传感器，在排气管上安装电解裂化器，在供水箱上安装小水泵，在小水泵的一端安装塑胶水管，在塑胶水管的另一端安装供水量孔，电磁开关的一端用塑胶水管和小水泵连接，电磁开关的另一端用金属管和水分蒸发器连接，水分蒸发器用金属 管和电解裂化器连接，在发动机进气歧管节气门的后方安装喷射喉管，电解裂化器用金属管和喷射喉管连接。
长久以来，让水变成可利用的能源一直是人们的梦想。我们知道，水分子是由H2O构成，每公斤水含氢11％、含氧89％，氢可燃烧，氧能助燃。使水分解的方法大致有两种，一种是化学分解，另一种是电解分解，电解裂化水分子的方程式是：2H2O——2H2+20，阴极析出氢原子，阳极析出氧原子，本发明应用的属于电解分解法和化学分解法的综合。
柴油的成分是由9至18个碳原子的链烷、环烷构成，汽油的成分是由4至10个碳原子的各族烷属、烯属、环烷氢类组成。水参与柴油发动机燃烧的反应方程式是：C+H2O——CO+H2。汽油燃烧时的方程式为：C8H18+12.5O2——8CO2+9H2O，水参与汽油发动机燃烧的反应方程式为：H2O+C8H18+12.5O2——8CO2+10H2O。众所周知，常压下水的沸点是100摄氏度，水(分子)蒸汽在374.2摄氏度以上时可变为高能气态，水分子在1000摄氏度以上时既可裂化为氢和氧。发动机爆发冲程时燃烧室混合气燃烧的火焰传播速度为10-70米/秒，可产生2000-2500摄氏度的高温、30-50公斤/平方厘米的压力。即便是没有电解分解裂化，高温高压下气态的水分子也可在三万至十万分之一秒内裂化为氢和氧参与燃烧室混合气的燃烧，由于气态水分子是在燃烧室的混合气燃烧的过程中受热爆炸裂化，裂化后产生的氢可为发动机提供能量、氧为混合气的充分燃烧提供可靠保障，催化(添加剂)剂和消烟剂所含的碳氢化合物也会一并参与分解燃烧并产生能量。
本发明的有益效果是：
1、首创了发动机自动化学催化法和气体电解裂化法制氢制氧的综合利用，提高了制氢制氧的效率。本实施例的催化(添加剂)剂和消烟剂是直接按比例添加在水中，而不是象其他技术方案一样另设催化器清除废料或者进行还原反应、添加催化剂，可在加水的同时一并添加，使用起来非常方便有效。
2、水分蒸发器和电解裂化器直接套装在发动机排气管上，不象其他技术方案一样需要把排气管或者消声器进行改装才行，只要和各车型的排气管直径相配合安装即可。裂化气喷射喉管采用外部旋入设计，适用于燃油电子喷射发动机以及化油器等各式汽油、柴油发动机，使本发明的实施推广更加方便。
3、本实施例实现了发动机自动制氢制氧的目的，水分子进入水分蒸发器和电解裂化器后，在280摄氏度以上的高温和催化剂以及电解裂化器阳极阴极正负电场的作用下，分解裂化为富含氢、氧原子和碳氢化合物的气体与空气(电子喷射发动机、柴油发动机)或者燃油混合气(传统化油器发动机)扰动混合进入汽缸，相当于增加了发动机的压缩比，从而增加了发动机的输出扭矩。可使传统发动机的输出功率提高3-8％，碳氢化合物有害排放降低30％以上，一氧化碳降低40％以上，柴油发动机排放碳烟微粒降低60％以上。发明人在自家车北京现代伊兰特1.6升电喷发动机上配套安装使用本发明的节能装置之后，经过在杭金衢高速公路上来回1890公里的对比试验，可节汽油15-28％，尤其以每小时90公里速度时节能效果最好、节能率达28％，汽车加速时感到发动机动力有较明显的增加。
4、本实施例和以往的发动机喷水、蒸汽喷射技术不同，发动机喷水和蒸汽喷射可引起汽缸缸壁与活塞、活塞环的过早磨损，降低发动机的使用寿命。而本发明的水分子是以已被裂 化为富含氢、氧原子气体和少量高能气体进入汽缸的，在参与燃烧反应之后以CO2和H2O气态的气体被排出汽缸，因此不会产生酸性物质或硫化物质使机件早期磨损，长期使用对发动机没有损坏。
附图说明
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例的整体结构图。
图2是本发明实施例的水分蒸发器结构图。
图3是本发明实施例的电解裂化器结构图。
图4是本发明实施例的第二种非平衡低温等离子体发生装置结构图。
图中所示：1.内燃发动机进气歧管，2.内燃发动机排气管，3.水分蒸发器，4.电解裂化器，5.热电传感器，6.电磁开关，7.电子控制器，8.水泵电机，9.水泵，10.水箱，11.电解裂化器出气孔，12.电解裂化器进气孔，13.水分蒸发器出气孔，14.水分蒸发器进水孔，15.阳极陶瓷隔离网，16.阳极极板，17.阳极固定锣栓，18.镍金属催化板，19.喷射喉管，20.金属管，21.供水量孔，22.节气门，23.塑胶水管，24.电压调节器，JK1.继电器，K.点火开关。
具体实施方式
本发明的技术特征是；在发动机排气管(2)上安装着水分蒸发器(3)和电解裂化器(4)，在发动机进气歧管(1)上安装着喷射喉管(19)，在水分蒸发器(3)上安装着热电传感器(5)和进水孔(14)、出气孔(13)，在水分蒸发器(3)内还安装着镍金属催化板(18)，在电解裂化器(4)内安装着阳极极板(16)和阳极陶瓷隔离网(15)，阳极极板(16)用固定锣栓(17)固定在电解裂化器(4)的外壳上，用不锈钢制成的电解裂化器(4)的外壳也是电解裂化工作时的阴极，在电解裂化器(4)上还设有进气孔(12)、出气孔(11)。水泵(9)和水泵电机(8)安装在水箱(10)上，电磁开关(6)的一端用塑胶水管(23)连接水泵(9)、另一端用金属管(20)连接水分蒸发器(3)的进水孔(14)，在水泵塑胶管(23)的另一端安装着供水量孔(21)。水分蒸发器的出气孔(13)用金属管(20)连接电解裂化器(4)的进气孔(12)，电解裂化器的出气孔(11)用金属管(20)连接喷射喉管(19)。喷射喉管(19)安装在进气歧管(1)节气门(22)的后方，节气门(22)的开闭和电子控制器(7)联动，电子控制器(7)和电压调节器(24)连接。
本发明的电连接特征是：点火开关(K)的一端连接蓄电池(E)的正极，(K)的另一端连接着(JK1)继电器(K1)的一端和热电传感器(5)的一端，电子控制器(7)的一端连接着水泵电机(8)的一端、水泵电机(8)的另一端接地。(JK1)继电器(K1)的另一端连接着电压调节器(24)和电子控制器(7)，电压调节器(24)的另一端连接着阳极固定锣栓(17)，电子控制器(7)的另一端连接着电压调节器(24)，热电传感器(5)的另一端连接电磁开关(6)的一端和(JK1)继电器(J)的一端，电磁开关(6)的另一端接地、(JK1)继电器(J)的另一端接地。
本发明实施例的工作情况是这样的：打开点火开关(K)启动发动机，当发动机未达到正常温度、即水分蒸发器(3)的温度底于180摄氏度时，热电传感器(5)不动作。当发动机达到正常温度、水分蒸发器(3)的温度达到或者超过180摄氏度时，热电传感器(5)自动接通电源、电磁开关(6)打开让水流通、继电器(JK1)接通电源，电子控制器(7)得电控 制水泵电机(9)工作、电解裂化器(4)工作，液体水经供水量孔(21)、塑胶水管(23)、水泵(9)、塑胶水管(23)、电磁开关(6)、金属管(20)流进水分蒸发器(3)，由于水分蒸发器(3)内温度高达180-420摄氏度，流进的水马上变为蒸汽、气态，随着蒸汽和气态的变化流动，部分水分子被高温镍金属板(18)催化为氢，由于水分的不断进入不断被加热汽化，水分蒸发器(3)的内压上升为0.01-1兆帕，在此压力和喷射喉管(19)的负压下，高能气态的水分子通过金属管(20)进入电解裂化器(4)，在阳极极板(16)和阴极(4的外壳)正负电场(电流)与高温裂化作用下，水分子被电解裂化为氢原子和氧原子，随后通过金属管(20)、喷射喉管(19)进入进气歧管(1)和空气(或者混合气)混合进入发动机汽缸参与爆发燃烧作功。
当发动机以怠速运转、节气门(22)近似于关闭低速运转时，由于电子控制器(7)和节气门(22)联动、和电压调节器(24)连接，水泵电机(9)低速转动、水泵(8)的供水量最少，随着节气门(22)的开大水泵电机(9)的转速也相应提高、水泵(8)的供水量相应增加，当发动机转速接近或者达到额定转速时，水泵电机(9)的转速最高水泵(8)的供水量也最大。同理、电子调节器(24)的输出电流也随着节气门(22)的开闭大小而改变，以达到调整氢、氧原子输出量的目的。供水量孔(21)的孔经可根据发动机排量和功率来调整定制，例如：1-1.4升的孔经为0.1毫米，1.5-1.8升的孔经为0.15毫米，2.0-2.4升的孔经为0.18毫米，3.0-3.6升的孔经为0.25毫米。水分蒸发器和电解裂化器的功率大小可根据发动机的排量而定。
本发明实施例加入水中的催化(添加剂)剂占水总重量的1-5％。它们是：
1、乙二醇单丁醚20-40％。
2、2-甲基-2-丙醇20-40％。
3、甲醇(或者乙醇)20-40％。在冬季，北方寒冷地区可将甲醇的添加比例提高到水总重量的10-30％。
4、在参与燃烧的水中加入水总重量的3-8％的碳酸氢氨(或者碳酸氨)为消烟剂。
由于本发明采用了化学分解和高温气体电解裂化综合制氢制氧的方法，电解裂化所消耗的电能要比传统电解方法低50％，大约80瓦的电能，相当于增加了一只80瓦的大灯灯泡，可考虑用增加发电机功率的方法来解决。一般情况下发电机的设计都留有设计余量，不增加功率也不会烧坏发电机。
本发明实施例设计新颖，创造独特，实用性强，节能减排效果明显。广泛适用于汽车、机车、轮船、农用机械、工程机械的汽油柴油发动机，是目前特别是机动车行业理想的节能减排项目，市场前景十分广阔。
Claims (4)
1.一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置：采用化学催化和高温气体电解裂化制氢制氧的综合方法，在参与燃烧的水中添加总重量1-5％的催化剂和3-8％的消烟剂，利用发动机排气余热加热水分子，使蒸汽态的水分子变成高能气态，把高能气态的水分子在电解裂化器内电解裂化为富含氢、氧原子的可燃气体，再把富含氢、氧原子的可燃气体和燃油混合气(或者空气)扰动混合后一同送入汽缸燃烧做功，其特征是、在发动机排气管(2)上安装着水分蒸发器(3)和电解裂化器(4)，在发动机进气歧管(1)上安装着喷射喉管(19)，在水分蒸发器(3)上安装着热电传感器(5)，在水分蒸发器(3)内还安装着镍金属催化板(18)，在电解裂化器(4)内安装着阳极极板(16)和阳极陶瓷隔离网(15)，水泵(9)和水泵电机(8)安装在水箱(10)上，电解裂化器的出气孔(11)用金属管(20)连接喷射喉管(19)，喷射喉管(19)安装在进气歧管(1)节气门(22)的后方，节气门(22)的开闭和电子控制器(7)联动，电子控制器(7)和电压调节器(24)连接。
2.根据权利要求(1)所述一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置，其特征是：电子控制器(7)的一端连接着水泵电机(8)的一端，(JK1)继电器(K1)的另一端连接着电压调节器(24)和电子控制器(7)，电压调节器(24)的另一端连接着阳极固定锣栓(17)，热电传感器(5)的另一端连接着电磁开关(6)的一端和(JK1)继电器(J)的一端。
3.根据权利要求(1)所述一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置，其特征是：在参与燃烧的水中加入占水总重量1-5％的催化剂，它们是：(1)、乙二醇单丁醚20-40％。(2)、2-甲基-2-丙醇20-40％。(3)、甲醇(或者乙醇)20-40％。
4.根据权利要求(1)所述内燃发动机自动制氢制氧方法及其机能装置，其特征是：在参与燃烧的水中加入水总重量3-8％的碳酸氢氨(或者碳酸氨)为消烟剂。
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