CN106246415A - 具有氢氧混合气体添加装置的发动机及其制备工艺 - Google Patents

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CN106246415A CN201610765824.7A CN201610765824A CN106246415A CN 106246415 A CN106246415 A CN 106246415A CN 201610765824 A CN201610765824 A CN 201610765824A CN 106246415 A CN106246415 A CN 106246415A
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Abstract

本发明公开了一种具有氢氧混合气体添加装置的发动机及其制备工艺，其中：气缸盖的一端与飞轮壳的一侧相连，气缸盖的前端与进气管的一端相连，进气管的另一端与涡轮增压装置的一侧相连，进气管上安装有第二电动增压装置，进气管内安装有压力传感器，气缸盖的后端与排气管的一端相连，排气管的另一端与涡轮增压装置的一侧相连，涡轮增压装置的左端通过传动轴与发电机的一侧相连。该发明减少了设备的维护成本，与生产成本，使得发动机的操作更加的简便，同时耗费的电能相应的减少，减少了能量的浪费，同时提高了活塞的力学性能。

Description

具有氢氧混合气体添加装置的发动机及其制备工艺
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其是一种具有氢氧混合气体添加装置的发动机。
本发明同时还涉及一种具有氢氧混合气体添加装置的发动机的制作工艺。
背景技术
余热利用是提高内燃机燃油经济性和减少CO2排放的关键，涡轮发电机与涡轮增压器并联的电涡轮复合方案结构简单、效果明显，能使发动机设计工况点的燃油经济性提高6％，实际驾驶循环下的燃油经济性提高1～3％[诸葛伟林 魏玮 汪茂海 张扬军.内燃机余热利用涡轮发电技术方案研究. 中国工程热物理学会流体机械2009年学术会议论文集, 2009年10月1日]。
铝合金有重量轻，散热好的优点，很多发动机活塞开始使用铝合金材料，但由于铝合金热膨胀系数比较大，发动机工作后活塞摩擦比较大，另外铝合金最大的缺点是没有足够的高温强度。铝合金力学性能主要取决于热处理工艺，淬火速率如果太快，铝合金会出现淬裂，淬火速率如果太慢，又会使得铝合金烧伤。叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液作为淬火剂，能够很有效的改善，再通过特定的时效处理，就能使铝合金的力学性能有很大程度的提升，从而满足发动机的需求。
中国专利公开号CN 101975108 B,授权公告日 2012.11.07,发明专利的名称为一种混氢、氧气的高辛烷值燃料点燃式内燃机及控制方法，该申请公开了一种在高辛烷值燃料中混合氢气和氧气的点燃式内燃机及控制方法，具体内容涉及一种燃料中混合氢气和氧气的点燃式内燃机的燃料储存和供给系统、燃料比例分配及燃烧过程控制。该系统在保留原发动机主要机件及电子控制单元的基础上增加了一套氢、氧气随车制取、储存及供给装置。氢氧混合燃料电子控制单元可以根据传感器信号 c-h 控制氢、氧气喷嘴的开启和关闭，使发动机根据不同工况运行在纯氢氧混合气、氢-氧-高辛烷值燃料混合气及纯高辛烷值燃料三种燃烧模式，因而大幅降低了高辛烷值燃料内燃机冷起动及怠速时的HC和CO排放，并提高了高辛烷值内燃机中、低负荷阶段的热效率和排放水平。不足之处在于该装置需要耗费电能制取氢气与氧气，然后再混合，过程复杂，设备成本高昂，不利于维护。
中国专利公开号 CN 104863676 A,授权公告日 2015.08.26,发明专利的名称为一种内燃机尾气涡轮发电系统，该申请公开了一种内燃机尾气涡轮发电系统，包括内燃机，所述内燃机的进气口通接进气管，进气管的另一端通接氢氧机的出气口，氢氧机的电源端通过电线连接蓄电池，蓄电池通过电线连接涡轮发电机的电量输出端，内燃机的出气端通过连接管通接涡轮发电机的进气端，涡轮发电机的出气端通过主连接管通接消声器，消声器的出气端通接排气管。它将内燃机的废气再利用进行发电并为氢氧机提供电源从而产生氢气和氧气提供给内燃机，其废气得到再次利用，提高能量的使用率，节约能耗。其不足之处在于该装置需要耗费电能制取氢气与氧气，耗费电能，设备维护成本高，氢氧的长期使用会降低发动机的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的任务是提供一种具有氢氧混合气体添加装置的发动机从而使得含有氢氧混合气体的发动机易于操作，降低维护成本，本发明还要解决的任务是提供一种具有氢氧混合气体添加装置的发动机制备工艺，达到提高活塞的力学性能的目的。
为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
具有氢氧混合气体添加装置的发动机，包括第一高压喷嘴、第二高压喷嘴、第三高压喷嘴、第四高压喷嘴、第五高压喷嘴、高压气管、第六高压喷嘴、第一电磁阀、第一电动增压装置、气罐、控制器、压力传感器、进气管、涡轮增压装置、转速传感器、发电机、排气管、气缸盖、电加热装置、第二电动增压装置、第二电磁阀、氧气罐、氢气罐、第一气管、第三电磁阀、氧传感器、第二气管、发动机机体、气缸、活塞、罐体进气管、弹簧、外壳、罐体出气管、气囊、排气歧管、排气总管、第一排气总管、第二排气总管、陶瓷法兰盘、螺栓。
具有氢氧混合气体添加装置的发动机，包括第一高压喷嘴、第二高压喷嘴、第三高压喷嘴、第四高压喷嘴、第五高压喷嘴、高压气管、第六高压喷嘴、第一电磁阀、第一电动增压装置、气罐、控制器、压力传感器、进气管、涡轮增压装置、转速传感器、发电机、排气管、气缸盖、电加热装置、第二电动增压装置、第二电磁阀、氧气罐、氢气罐、第一气管、第三电磁阀、氧传感器、第二气管、发动机机体、气缸、活塞、罐体进气管、弹簧、外壳、罐体出气管、气囊、排气歧管、排气总管、第一排气总管、第二排气总管、陶瓷法兰盘、螺栓；其中：发动机机体的上端面上设置有气缸盖；发动机机体上均匀等距的设置有多个气缸；每一个气缸内都设置有一个活塞；气缸盖的一侧与进气管的一端相连，进气管的另一端与涡轮增压装置的一侧相连，进气管上安装有第二电动增压装置，进气管内安装有压力传感器，气缸盖剩下的一侧与排气管的一端相连，排气管的另一端与涡轮增压装置的一侧相连，涡轮增压装置的一端与发电机的一侧相连，高压气管的一侧从左往右依次与第一高压喷嘴的一端、第二高压喷嘴的一端、第三高压喷嘴的一端、第四高压喷嘴的一端、第五高压喷嘴的一端、第六高压喷嘴的一端相连，第一高压喷嘴剩下的一端穿过进气管的外壳置于进气管之内，第二高压喷嘴剩下的一端穿过进气管的外壳置于进气管之内，第三高压喷嘴剩下的一端穿过进气管的外壳置于进气管之内，第四高压喷嘴剩下的一端穿过进气管的外壳置于进气管之内，第五高压喷嘴剩下的一端穿过进气管的外壳置于进气管之内，第六高压喷嘴剩下的一端穿过进气管的外壳置于进气管之内；高压气管的一端与气罐的一侧相连，高压气管上从左往右依次安装有第一电磁阀、第一电动增压装置；涡轮增压装置的一侧安装有转速传感器，气罐的外壁上设置有电加热装置，气罐的内部设置有氧传感器，氧气罐通过第二气管与气罐相连；第二气管上设置有第二电磁阀；氢气罐通过第一气管与气罐相连；第一气管上设置有第三电磁阀；转速传感器、第一电动增压装置、第二电动增压装置、压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀分别与控制器相连；所述的排气管由排气歧管、排气总管相连构成；排气总管由第一排气总管、第二排气总管通过陶瓷法兰盘相连构成；第一排气总管、第二排气总管分别各自设置有一个陶瓷法兰盘，两个陶瓷法兰盘通过螺栓相连；气罐由进气管、弹簧、外壳、出气管、内胆组成，具体的结构为：外壳的内部设置有气囊；气囊通过弹簧与外壳的内壁相连；罐体进气管的一端、罐体出气管的一端分别穿过外壳与气囊相连；所述的罐体进气管同时与第二气管、第一气管相连；罐体出气管与高压气管相连；氧传感器设置在气囊内。
具有氢氧混合气体添加装置的发动机，其中：气囊内还设置有压力传感器；电加热装置的外壁、第二气管的外壁、第一气管的外壁均设置有温差发电片。
具有氢氧混合气体添加装置的发动机制备工艺，其中，活塞的热处理工艺如下：
1）按体积比1:3称取叔丁酚甲醛树脂与丙酮溶液进行混合，加热至60℃，待溶液变为透明状后，冷却，备用。
2）将甘油加入到上述叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液进行稀释，加热至50℃，磁力搅拌10min，冷却，得淬火液。
3）将铝合金活塞放热淬火炉中，升温至520℃，保温3小时后，取出快速放入上述淬火液中（15秒以内转移）。
4）将经过上述淬火液处理后的铝合金，3小时升温至300℃保温4小时后，空气冷却至室温，放置2小时后，1.5小时升温至180℃保温10小时，空气冷却至室温，放置2小时后，1小时升温至130℃，保温2小时，空气冷却至室温即得所需活塞。
其中叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液与甘油体积比优选4-5:10.
本发明的优点在于：通过气瓶提供混合气体，省去了氢氧制取与混合设备，减少了设备的维护成本，与生产成本，设置的陶瓷法兰盘即减轻了排气管的重量，同时由于陶瓷的热膨胀系数小，使得更加的容易拆卸，螺栓更易取下，此外通过本发明所述的热处理工艺使得活塞的力学性能大大提升。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明缸体的结构位置图。
图3为本发明的活塞的结构位置图。
图4为本发明的气罐的结构图。
图5为本发明的排气管的结构图。
图6为本发明的排气管的连接示意结构图。
附图标记：第一高压喷嘴1、第二高压喷嘴2、第三高压喷嘴3、第四高压喷嘴4、第五高压喷嘴5、高压气管6、第六高压喷嘴7、第一电磁阀8、第一电动增压装置9、气罐10、控制器11、压力传感器12、进气管13、涡轮增压装置14、转速传感器15、发电机16、排气管17、气缸盖18、电加热装置19、第二电动增压装置20、第二电磁阀21、氧气罐22、氢气罐23、第一气管24、第三电磁阀25、氧传感器26、第二气管27、发动机机体28、气缸29、活塞30、罐体进气管31、弹簧32、外壳33、罐体出气管34、气囊35、排气歧管36、排气总管37、第一排气总管38、第二排气总管39、陶瓷法兰盘40、螺栓41。
具体实施方式
实施例1、具有氢氧气体添加装置的发动机，包括第一高压喷嘴1、第二高压喷嘴2、第三高压喷嘴3、第四高压喷嘴4、第五高压喷嘴5、高压气管6、第六高压喷嘴7、第一电磁阀8、第一电动增压装置9、气罐10、控制器11、压力传感器12、进气管13、涡轮增压装置14、转速传感器15、发电机16、排气管17、气缸盖18、电加热装置19、第二电动增压装置20、第二电磁阀21、氧气罐22、氢气罐23、第一气管24、第三电磁阀25、氧传感器26、第二气管27、发动机机体28、气缸29、活塞30、罐体进气管31、弹簧32、外壳33、罐体出气管34、气囊35、排气歧管36、排气总管37、第一排气总管38、第二排气总管39、陶瓷法兰盘40、螺栓41。
实施例2、具有氢氧气体添加装置的发动机，包括第一高压喷嘴1、第二高压喷嘴2、第三高压喷嘴3、第四高压喷嘴4、第五高压喷嘴5、高压气管6、第六高压喷嘴7、第一电磁阀8、第一电动增压装置9、气罐10、控制器11、压力传感器12、进气管13、涡轮增压装置14、转速传感器15、发电机16、排气管17、气缸盖18、电加热装置19、第二电动增压装置20、第二电磁阀21、氧气罐22、氢气罐23、第一气管24、第三电磁阀25、氧传感器26、第二气管27、发动机机体28、气缸29、活塞30、罐体进气管31、弹簧32、外壳33、罐体出气管34、气囊35、排气歧管36、排气总管37、第一排气总管38、第二排气总管39、陶瓷法兰盘40、螺栓41；其中：发动机机体28的上端面上设置有气缸盖18；发动机机体28上均匀等距的设置有多个气缸29；每一个气缸29内都设置有一个活塞30；气缸盖18的一侧与进气管13的一端相连，进气管13的另一端与涡轮增压装置14的一侧相连，进气管13上安装有第二电动增压装置20，进气管13内安装有压力传感器12，气缸盖18剩下的一侧与排气管17的一端相连，排气管17的另一端与涡轮增压装置14的一侧相连，涡轮增压装置14的一端与发电机16的一侧相连，高压气管6的一侧从左往右依次与第一高压喷嘴1的一端、第二高压喷嘴2的一端、第三高压喷嘴3的一端、第四高压喷嘴4的一端、第五高压喷嘴5的一端、第六高压喷嘴7的一端相连，第一高压喷嘴1剩下的一端穿过进气管13的外壳置于进气管13之内，第二高压喷嘴2剩下的一端穿过进气管13的外壳置于进气管13之内，第三高压喷嘴3剩下的一端穿过进气管13的外壳置于进气管13之内，第四高压喷嘴4剩下的一端穿过进气管13的外壳置于进气管13之内，第五高压喷嘴5剩下的一端穿过进气管13的外壳置于进气管13之内，第六高压喷嘴7剩下的一端穿过进气管13的外壳置于进气管13之内；高压气管6的一端与气罐10的一侧相连，高压气管6上从左往右依次安装有第一电磁阀8、第一电动增压装置9；涡轮增压装置14的一侧安装有转速传感器15，气罐10的外壁上设置有电加热装置19，气罐10的内部设置有氧传感器26，氧气罐22通过第二气管27与气罐10相连；第二气管27上设置有第二电磁阀21；氢气罐23通过第一气管24与气罐10相连；第一气管24上设置有第三电磁阀25；转速传感器15、第一电动增压装置9、第二电动增压装置20、压力传感器12、第一电磁阀8、第二电磁阀21、第三电磁阀25分别与控制器11相连；所述的排气管17由排气歧管36、排气总管37相连构成；排气总管37由第一排气总管38、第二排气总管39通过陶瓷法兰盘40相连构成；第一排气总管38、第二排气总管39分别各自设置有一个陶瓷法兰盘40，两个陶瓷法兰盘40通过螺栓41相连；气罐10由进气管31、弹簧32、外壳33、出气管34、内胆35组成，具体的结构为：外壳33的内部设置有气囊35；气囊35通过弹簧32与外壳33的内壁相连；罐体进气管31的一端、罐体出气管34的一端分别穿过外壳33与气囊35相连；所述的罐体进气管31同时与第二气管27、第一气管24相连；罐体出气管34与高压气管6相连；氧传感器26设置在气囊35内。其余同实施例1。
实施例3、具有氢氧混合气体添加装置的发动机，其中：气囊35内还设置有压力传感器；电加热装置19的外壁、第二气管27的外壁、第一气管24的外壁均设置有温差发电片。其余同实施例1或2。
实施例4、具有氢氧气体添加装置的发动机活塞热处理工艺，其中，活塞30的热处理工艺如下：
1）按体积比1:3称取叔丁酚甲醛树脂与丙酮溶液进行混合，加热至60℃，待溶液变为透明状后，冷却，备用。
2）将甘油加入到上述叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液进行稀释，加热至50℃，磁力搅拌10min，冷却，得淬火液，其中叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液与甘油体积比分别为1:10，2:10,3:10,4:10，5:10,6:10,7:10,8:10.
3）将铝合金活塞放热淬火炉中，升温至520℃，保温3小时后，取出后15秒以内转移放入上述淬火液中。
4）将经过上述淬火液处理后的铝合金，3小时升温至300℃保温4小时后，空气冷却至室温，放置2小时后，1.5小时升温至180℃保温10小时，空气冷却至室温，放置2小时后，1小时升温至130℃，保温2小时，空气冷却至室温得本发明铝合金活塞。
各浓度下铝合金活塞的合格率：
经过本发明所述热处理工艺处理后的铝合金活塞与普通常用铝合金活塞的力学强度对比入下表所示：
由上述对比可知，经过本发明所述的热处理工艺处理后的铝合金活塞的力学性能与一般的常用铝合金活塞相比具有大幅提升。
工作原理：
开启发动机，废气通过排气管17推动涡轮增压装置14转动，与涡轮增压装置14相连的发电机16开始转动发电，空气通过涡轮增压装置14、第二电动增压装置20、进气管13进入发动机内，控制器11通过转速传感器15与压力传感器12监控涡轮增压装置14的转速与进气压力，当涡轮增压装置14的转速与进气管13的进气压力降低时，控制器11控制第二电动增压装置20工作，实现二次增压，同时控制第一电动增压装置9将气瓶10内氢氧混合气体进行二次增压，当控制器11检测到增压后的氢氧混合气体的压力与进气管13的压力相同时，控制器11控制电磁阀8开启，将氢氧混合气体注入进气管13内，最终进入发动机内，使得发动机的转速加快，最终提高涡轮增压装置14与发电机16的转速，进气管13的进气压力也得到相应的增加。

Claims (5)

1.具有氢氧混合气体添加装置的发动机，包括第一高压喷嘴（1）、第二高压喷嘴（2）、第三高压喷嘴（3）、第四高压喷嘴（4）、第五高压喷嘴（5）、高压气管（6）、第六高压喷嘴（7）、第一电磁阀（8）、第一电动增压装置（9）、气罐（10）、控制器（11）、压力传感器（12）、进气管（13）、涡轮增压装置（14）、转速传感器（15）、发电机（16）、排气管（17）、气缸盖（18）、电加热装置（19）、第二电动增压装置（20）、第二电磁阀（21）、氧气罐（22）、氢气罐（23）、第一气管（24）、第三电磁阀（25）、氧传感器（26）、第二气管（27）、发动机机体（28）、气缸（29）、活塞（30）、罐体进气管31、弹簧32、外壳33、罐体出气管34、气囊35、排气歧管36、排气总管37、第一排气总管38、第二排气总管39、陶瓷法兰盘40、螺栓41。
2.根据权利要求1所述的具有氢氧混合气体添加装置的发动机，包括第一高压喷嘴（1）、第二高压喷嘴（2）、第三高压喷嘴（3）、第四高压喷嘴（4）、第五高压喷嘴（5）、高压气管（6）、第六高压喷嘴（7）、第一电磁阀（8）、第一电动增压装置（9）、气罐（10）、控制器（11）、压力传感器（12）、进气管（13）、涡轮增压装置（14）、转速传感器（15）、发电机（16）、排气管（17）、气缸盖（18）、电加热装置（19）、第二电动增压装置（20）、第二电磁阀（21）、氧气罐（22）、氢气罐（23）、第一气管（24）、第三电磁阀（25）、氧传感器（26）、第二气管（27）、发动机机体（28）、气缸（29）、活塞（30）、罐体进气管（31）、弹簧(32)、外壳(33)、罐体出气管(34)、气囊(35)、排气歧管(36)、排气总管(37)、第一排气总管(38)、第二排气总管(39)、陶瓷法兰盘(40)、螺栓(41)；其特征在于：发动机机体（28）的上端面上设置有气缸盖（18）；发动机机体（28）上均匀等距的设置有多个气缸（29）；每一个气缸（29）内都设置有一个活塞（30）；气缸盖（18）的一侧与进气管（13）的一端相连，进气管（13）的另一端与涡轮增压装置（14）的一侧相连，进气管（13）上安装有第二电动增压装置（20），进气管（13）内安装有压力传感器（12），气缸盖（18）剩下的一侧与排气管（17）的一端相连，排气管（17）的另一端与涡轮增压装置（14）的一侧相连，涡轮增压装置（14）的一端与发电机（16）的一侧相连，高压气管（6）的一侧从左往右依次与第一高压喷嘴（1）的一端、第二高压喷嘴（2）的一端、第三高压喷嘴（3）的一端、第四高压喷嘴（4）的一端、第五高压喷嘴（5）的一端、第六高压喷嘴（7）的一端相连，第一高压喷嘴（1）剩下的一端穿过进气管（13）的外壳置于进气管（13）之内，第二高压喷嘴（2）剩下的一端穿过进气管（13）的外壳置于进气管（13）之内，第三高压喷嘴（3）剩下的一端穿过进气管（13）的外壳置于进气管（13）之内，第四高压喷嘴（4）剩下的一端穿过进气管（13）的外壳置于进气管（13）之内，第五高压喷嘴（5）剩下的一端穿过进气管（13）的外壳置于进气管（13）之内，第六高压喷嘴（7）剩下的一端穿过进气管（13）的外壳置于进气管（13）之内；高压气管（6）的一端与气罐（10）的一侧相连，高压气管（6）上从左往右依次安装有第一电磁阀（8）、第一电动增压装置（9）；涡轮增压装置（14）的一侧安装有转速传感器（15），气罐（10）的外壁上设置有电加热装置（19），气罐（10）的内部设置有氧传感器（26），氧气罐（22）通过第二气管（27）与气罐（10）相连；第二气管（27）上设置有第二电磁阀（21）；氢气罐（23）通过第一气管（24）与气罐（10）相连；第一气管（24）上设置有第三电磁阀（25）；转速传感器（15）、第一电动增压装置（9）、第二电动增压装置（20）、压力传感器（12）、第一电磁阀（8）、第二电磁阀（21）、第三电磁阀（25）分别与控制器（11）相连；所述的排气管（17）由排气歧管(36)、排气总管(37)相连构成；排气总管(37)由第一排气总管(38)、第二排气总管(39)通过陶瓷法兰盘(40)相连构成；第一排气总管(38)、第二排气总管(39)分别各自设置有一个陶瓷法兰盘(40)，两个陶瓷法兰盘(40)通过螺栓(41)相连；气罐（10）由进气管(31)、弹簧(32)、外壳(33)、出气管(34)、内胆(35)组成，具体的结构为：外壳(33)的内部设置有气囊(35)；气囊(35)通过弹簧(32)与外壳(33)的内壁相连；罐体进气管(31)的一端、罐体出气管(34)的一端分别穿过外壳(33)与气囊(35)相连；所述的罐体进气管(31)同时与第二气管(27)、第一气管(24)相连；罐体出气管(34)与高压气管(6)相连；氧传感器(26)设置在气囊(35)内。
3.根据权利要求1或2所述的具有氢氧混合气体添加装置的发动机，其特征在于：气囊(35)内还设置有压力传感器；电加热装置（19）的外壁、第二气管（27）的外壁、第一气管（24）的外壁均设置有温差发电片。
4.具有氢氧混合气体添加装置的发动机制作工艺，其特征在于：活塞（30）的热处理工艺如下：
1）按体积比1:3称取叔丁酚甲醛树脂与丙酮溶液进行混合，加热至60℃，待溶液变为透明状后，冷却，备用；
2）将甘油加入到上述叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液进行稀释，加热至50℃，磁力搅拌10min，冷却，得淬火液；
3）将铝合活塞放热淬火炉中，升温至520℃，保温3小时后，取出快速放入上述淬火液中（15秒以内转移）；
4）将经过上述淬火液处理后的铝合金，3小时升温至300℃保温4小时后，空气冷却至室温，放置2小时后，1.5小时升温至180℃保温10小时，空气冷却至室温，放置2小时后，1小时升温至130℃，保温2小时，空气冷却至室温即得所需活塞。
5.根据权利要求4所述的具有氢氧混合气体添加装置的发动机制作工艺，其特征在于：叔丁酚甲醛树脂丙酮溶液与甘油体积比优选4-5:10。
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