CN108150313A - 一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，特别涉及一种利用低压纯水电解臭氧和氢气作为发动机进气添加物的辅助氢化臭氧化工艺；本发明利用纯水电解装置产生臭氧和氢气，分别经过液封和气水分离处理，然后分别与发动机进气混合，实现对发动机进气的辅助氢化和臭氧化，以提高发动机的工作效率，减少其内部积碳和油耗，提高燃油燃烧的充分程度，避免排放尾气的黑烟和高浓度的VOCs物质，保证发动机运行的高效清洁环保，实现良好的经济效益和社会效益。

Description

一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺

技术领域

本发明涉及一种用于燃油发动机进气的辅助氢化臭氧化工艺，特别涉及一 种利用低压纯水电解臭氧和氢气作为燃油发动机进气添加物的辅助氢化臭氧化 工艺。

背景技术

近年来随着经济的快速发展，车辆的使用量快速增长，但是油耗过高、发 动机积碳、尾气有害物的排放等问题日益受到人们的重视，车辆燃油的使用成 本也正在快速上升中。因此，如何提高发动机燃油效率、减少尾气污染物排放 的问题，日益受到了人们的关注。

目前提高发动机燃油效率和发动机性能、减少尾气污染物排放的方法主要 有三种：第一种是机械方法，通过改进发动机结构及压缩比等运行参数，优化 燃油在发动机气缸中的燃烧过程，提高发动机性能；第二种是改善燃油组成的 方法，如在燃油中加入改进剂，改善燃油的燃烧过程和最终产物；第三种是改 善发动机进气组成，例如混合燃气、供氧等，通过调节发动机内气体的组成， 实现改善燃油燃烧效果、提高发动机性能的目的。

其中改善发动机进气组成，是提高发动机性能、改善燃油燃烧效果的一个 新兴且有效的方法。在进气中添加臭氧，有利于燃油的充分燃烧，改善发动机 的燃油效率和燃烧效果。目前有节油器采用高压电晕法发生臭氧的报道，该装 置需要将车载电源的低压直流电转换为高压高频电，这带来了电磁辐射和高电 压的问题，影响到了设备仪表的正常稳定运行和人员的安全。此外，以空气为 气源的电晕法还存在另一个严重的问题，在氧气转化为臭氧的同时，空气中更 多的氮气也转化为了对环境损害作用极大的氮氧化物(NOx)。电解水产生臭 氧，能够避免产生NOx的问题，但由于在电解水过程中会同时产生氢气，臭氧和氢气直接混合存在爆炸危险。此外，逸出的气体还会夹带大量水汽和液滴， 如果液体水进入发动机，将会导致发动机不正常工作甚至损坏，进而带来安全 隐患。

改善发动机进气组成，需要解决上述问题，而这需要一个包括臭氧发生、 气体处理和气体引入等环节的系统工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种用于燃油发动机进气的辅助氢化臭 氧化工艺，特别提出一种利用低压纯水电解臭氧和氢气作为发动机进气添加物 的辅助氢化臭氧化工艺。

本发明所采用的技术方案为：利用纯水电解装置产生臭氧和氢气，分别经 过液封和气水分离处理，然后分别与发动机进气混合，实现对发动机进气的辅 助氢化和臭氧化，具体包括如下步骤：

a、利用低压纯水电解装置产生臭氧和氢气，两类气体分别经集气装置被收 集于集气箱；

b、所收集的臭氧和氢气分别经过液封后排出，以避免集气箱内气体与外部 气体的扩散和反混；

c、排出后的臭氧和氢气分别经气水分离和干燥处理，以避免水气夹带；

d、得到的干燥臭氧和氢气分别与发动机进气混合，实现对发动机进气的辅 助氢化和臭氧化。

所述的低压纯水电解装置可采用可控内压式电氧化臭氧发生器，低压为低 电压，可控内压指内部压力可控。发生器使用直流电源，槽电压为直流3-6V。 应用中可据实际电源的电压范围及可调控情况进行多槽串联，但应避免操作电 压高于安全电压。在运行过程中可根据发动机功率调节电解电流，以控制臭氧 和氢气的产生量。电解装置使用纯水为电解原水，所消耗的纯水可由供水箱提 供，一般可使用反渗透(RO)纯水(电导率〈10μΩ/cm)为电解原水。发生器 工作温度通常控制在25-40℃之间，或根据实际发生器工作要求进行控制。发生 器浸没于供水箱内，或通过管路与供水箱连接。在工作过程中，发生器内充满原水，电极与原水充分接触，电解过程中产生的热量可通过风冷、水冷等方式 进行降温，装置上可附加管路、风扇、换热片、保温层等进行控温。

低压纯水电解装置电解得到氢气和臭氧，其中臭氧为臭氧和氧气的混合物， 臭氧含量为5～30％。氢气和臭氧两类气体分别从发生器的阴极侧和阳极侧的水 中逸出，然后进入集气箱进行收集。集气箱为具有密闭储气空间的设备，可以 是单独的集气箱，也可以是与供水箱集成的设备(例如利用供水箱上端未充满 水的部分空间作为集气箱，或将水相内部分空间分割，形成集气箱)。集气箱 内的物料能够通过管道进行传输。在整个过程中，需保持氢气和臭氧两者相互 隔离。

集气箱中的氢气和臭氧，在经管路向外输送时，通常采用液封手段与外界 气体进行隔离，以避免因为扩散和反混导致氢气与氧气或臭氧混合，产生着火 或爆炸危险。此外，该隔离也可以避免意外的传质和产热问题，防止电解水系 统受到污染物污染或发生异常温度变化。采用液封手段进行隔离时，可使用纯 水做为液封介质。

氢气和臭氧经水电解得到，后期还经过液封，因此往往会含有较多的水汽 和液滴。如果不经处理，与发动机进气混合后，这些水也会被带入发动机。这 将导致发动机不能正常工作或发动机损坏。为此，氢气和臭氧在与发动机进气 混合前，需经气水分离和干燥处理，例如采用降温冷凝、丝网捕集和吸附等手 段对气体进行处理。臭氧和氢气分别经气水分离和干燥处理后，气体中水汽及 夹带水的总水含量应低于发动机进气温度下气体饱和湿度对应的水含量值。

由于电解产生的氢气和臭氧纯度很高且二者氢和氧的原子比为2：1，不当 的接触和混合很容易引起着火或爆炸。因此，为保证安全，臭氧和氢气需分别 与发动机进气混合以实现发动机进气的辅助氢化和臭氧化。臭氧和氢气进口分 别设置在发动机进气管路或其附件上(管口间距>1cm)，在与发动机进气混合 前二者不得混合。氢气和臭氧进入发动机进气管后，与进气空气迅速混合并被 稀释。氢气和臭氧的进气口应设置再接近发动机吸气口部分的进气管路上，以 避免氢气和臭氧在管路内积聚和长时间停留。此外，氢气在经过液封后，在与 发动机进气混合的进口前应设置止回阀，或液封后各部件及管路能够保证气体 持续正向流动，以避免空气返混引起的起火或爆炸等问题。

本发明工艺所采用的设备及部件，其耐压性能能够满足氢气及臭氧所进入 的发动机进气管的压力要求。工艺设备及各管路密封，自身耐压要求可据气体 接入发动机进气管路的类型和部位确定。特别当接入带有涡轮增压部件的发动 机进气管路时，如果本工艺气体(臭氧及氢气)的入口如果位于涡轮后的高压 段，则需要注意本发明工艺设备管路等均需符合相应的耐压要求。

在应用中，该用于燃油发动机进气的辅助氢化臭氧化的工艺，相关运行程 序及运行参数可用车载控制系统设定，也可加入到车辆自身控制系统中。

本发明的有益效果是：

1)、使用本工艺及相应设备装置，在降低气体发生能耗同时，能够避免臭 氧发生环节氮氧化物(NOx)的产生，降低发动机尾气中污染物的浓度。

2)、使用本工艺及相应设备装置，能够实现在低压直流条件下运行，避免 了高频高压转换等复杂电气电路设计，特别还避免了高频高压电流对车载仪表 设备产生的电磁干扰和对周边人员、动物及设备等产生的电击安全隐患。

3)、使用本工艺及相应设备装置，避免了臭氧和氢气混合导致的着火和爆 炸等危险，同时也避免了水被引入发动机。

4)、使用本工艺将臭氧加入发动机进气中实现进气的臭氧化，能够在提高 进气氧含量同时提高其氧化活性，从而使得燃料在发动机内燃烧得更充分，从 而提高燃油燃烧的效率，在获得更大动能同时避免不完全燃烧导致的积碳、尾 气黑烟及尾气中高VOCs浓度，实现发动机运行的高效清洁环保。。

5)、使用本工艺将氢气加入发动机进气中实现进气的氢化，能够在提高进 气中高能易燃物氢气的浓度，从而增加发动机的能量输出或降低其油耗，充分 利用了能量。

具体实施方式

现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施实例1

使用可控内压式低压纯水电氧化臭氧发生器产生臭氧(其中臭氧含量15％) 和氢气，槽电压4.5V，6个发生器串联，电流12A，控制发生器运行温度35℃。 两类气体被分别收集于单独设置的集气箱，然后分别经纯水液封后进入不锈钢 丝网气液分离器进行气液分离和除湿处理。净化后的臭氧和氢气分别经输气管 路连接到发动机进气管路与发动机进口空气混合，其中氢气进气口前安装单向 阀，两类气体的进气口间距5cm。将辅助氢化臭氧化工艺和装备用于0.6P燃油 发动机进气，油耗减少了10％，汽车尾气中CO和VOCs减少了10％。

实施实例2

使用双向透过性膜渗透电极低压纯水电氧化臭氧发生器产生臭氧(其中臭 氧含量20％)和氢气，槽电压3.8V，9个发生器串联，电流10A，控制发生器 运行温度30℃。两类气体被分别收集于在水箱内隔离出的集气箱，然后分别经 纯水液封后进入不锈钢冷凝器和不锈钢旋液气液分离器进行除湿和气液分离处 理。净化后的臭氧和氢气分别经输气管路连接到发动机进气管路与发动机进口 空气混合，其中氢气进气口前安装单向阀，两类气体的进气口间距1cm。将辅 助氢化臭氧化工艺和装备用于1.4P燃油发动机进气，油耗减少了20％，汽车尾 气中CO和VOCs减少了15％。

实施实例3

使用双向透过性膜渗透电极低压纯水电氧化臭氧发生器产生臭氧(其中臭 氧含量20％)和氢气，槽电压3.8V，6个发生器串联，电流20A，控制发生器 运行温度30℃。两类气体被分别收集于在水箱内未充满水的部分，然后分别经 纯水液封后进入不锈钢旋液气液分离器和硅胶吸附器进行气液分离和除湿处理。 净化后的臭氧和氢气分别经输气管路连接到发动机进气管路与发动机进口空气 混合，其中氢气进气口前安装单向阀，两类气体的进气口间距10cm。将辅助氢 化臭氧化工艺和装备用于2.0P燃油发动机进气，油耗减少了25％，汽车尾气中 CO和VOCs减少了15％。

实施实例4

使用可控内压式低压纯水电氧化臭氧发生器产生臭氧(其中臭氧含量20％) 和氢气，槽电压4.6V，9个发生器串联，电流20A，控制发生器运行温度40℃。 两类气体被分别收集于在水箱内未充满水的部分，然后分别经纯水液封+不锈钢 丝网气液分离+不锈钢丝网捕集三合一装置进行液封和气液分离、除湿处理。净 化后的臭氧和氢气分别经输气管路连接到吹扫旁路与发动机进口空气混合，然 后连通至发动机主进气管路进入发动机，两类气体的进气口间距1cm。将辅助 氢化臭氧化工艺和装备用于3.0P燃油发动机进气，油耗减少了35％，汽车尾气 中CO和VOCs减少了40％。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发 明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以 对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，包括如下步骤：

a、利用低压纯水电解装置产生臭氧和氢气，两类气体分别经集气装置被收集于集气箱中；

b、所收集的臭氧和氢气分别经过液封后排出；

c、排出后的臭氧和氢气分别经气水分离和干燥处理；

d、得到的干燥臭氧和氢气分别与发动机进气混合，实现对发动机进气的辅助氢化和臭氧化。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的低压纯水电解装置的槽电压为直流3-6V。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的低压纯水电解装置以纯水为原料电解产生氢气和臭氧。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的臭氧为臭氧和氧气的混合物，其中臭氧含量为5～30％。

5.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的集气箱为具有密闭储气空间的设备，该设备能够通过管道进行物料传输。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的工艺所采用的设备及部件，其耐压性能满足氢气及臭氧所进入的发动机进气管的压力要求。

7.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的液封分别设置在臭氧和氢气的集气箱后，以纯水作为液封介质。

8.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的臭氧和氢气分别经气水分离和干燥处理后，气体中水汽及夹带水的总水含量值低于发动机进气温度下气体饱和湿度对应的水含量值。

9.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的干燥臭氧和氢气分别与发动机进气混合，臭氧和氢气进口分别设置在发动机进气管路或其附件上，臭氧和氢气在与发动机进气混合前不混合。

10.根据权利要求1所述的一种用于燃油发动机节油的进气辅助氢化臭氧化工艺，其特征是，所述的工艺通过车载控制系统设定，或加入到车辆自身控制系统中。