CN108223202A - 内燃式发动机系统及内燃机节能减排系统 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及的是针对内燃式发动机及节能减排系统的一项发明。其特征是带有给发动机燃烧室供给臭氧的臭氧供给系统，并通过在冷却液中添加正离子添加剂来激活臭氧。
Description
【技术领域】
此发明是关于内燃式发动机系统及内燃机节能减排系统的发明，展示了以前处理的方式在内燃式发动机系统内燃料燃烧时提高燃烧率，从而达到节能减排效果；同时以后处理的方式在排气系统内处理燃烧时产生的尾气，从而把节能减排标准提高到一个新高度的内燃式发动机系统及内燃机节能减排系统。
【发明的技术背景】
通常所说的汽车尾气是在发动机工作时产生的混合气体，通过排气系统排放到大气中的气体。此气体含有大量的一氧化碳(CO)，未燃烧的碳氢化合物(HC)，氮氧化合物(NOx)等有害气体。
特别是近几年对柴油车辆有害气体排放的相关环保法规日益严格，但是目前还没有可以实现商业化的经济有效的技术方案，所以该技术的发明迫在眉睫。对尾气处理的技术可以说是五花八门，但大体非为两种：一种为提高发动机燃烧性能或使用燃料添加剂减少颗粒物排放的前处理方式，另一种是利用过滤装置减少废气中颗粒物排出的后处理方式。
在前处理方式中，现有的发动机技术还不能达到令人满意的效果，燃料添加剂的使用不具经济性，而且添加剂的成分排放到大气中可能对大气造成二次污染。
后处理方式是对废气中的颗粒物进行过滤，并对过滤后的颗粒物进行燃烧，从而恢复滤料本身过滤性能的一种再生技术。但是在使用这种后处理方式的过程里，如果颗粒物的过滤与再生无法连续性地顺利运转，那么排气就会产生阻力，引起压力上升，导致发动机性能降低，甚至出现发动机受损现象。
【先行技术资料】
【专利文献】
(专利文献0001)大韩民国注册实用新型专利20-0451102
【发明内容】
【要解决的课题】
此发明的目的在于解决上述问题，通过向内燃式发动机燃烧室内注入臭氧在内燃机冷却系统添加正离子添加剂，使臭氧更加活跃，从而提高燃烧率达到节能减排的目的。
另外，在上述前处理系统与内燃系统发动机燃烧生成的气体排放系统中，同时安装氧化催化装置、负离子发生装置、尾气过滤装置等后处理系统，从而使节能减排效果达到一个新的高度。
此发明所要解决的课题不只局限于上述内容，本领域技术人员可通过以下说明对未提及的部分有更清晰的理解。
【对课题的解决方案】
向内燃式发动机的燃烧室内注入臭氧，并在内燃机的冷却系统内注入带有阳极添加剂的冷却液并使其充分循环，从而激活注入到燃烧室的臭氧，可加速燃烧反应。
上述添加剂为RnSi(OR’)4-n，这里的R是碳原子数量1-6的烷基，R’则是碳原子数量1-5的烷基或碳原子数量1-4的酰基，它的构成有可能包含对具有代表性的烷氧基硅烷进行水解或用缩合物进行换算时的1.0-35.0重量％；将水或有机溶剂作为有机溶剂的0.1-200nm粒子大小的纳米二氧化硅胶体换算成固型粉末时的0.5-35.0重量％；低级脂肪族酒精0.1-45.0重量％；有机酸或无机酸0.1-3.5重量％；无机填充剂0.1-60.0重量％以及无机颜料0.1-43.0重量％。
可把上述臭氧发生系统连接到内燃发动机进气口，使臭氧通过进气通道进入到燃烧室。
另外，还可以加装氢气发生装置，把电解装置产生的氢气注入到内燃式发动机。
向内燃式发动机的燃烧室内注入臭氧，并在内燃机的冷却系统内注入带有正离子冷却液的环境下进行燃烧的前处理系统，以及燃烧废气的氧化催化装置，利用负离子氧化氮气的负离子发生装置，尾气过滤装置(PDF：diesel particulate filter trap)所构成的后处理系统，共同配合使用达到节能减排目的。
可通过将含有白金或钯成分的物质涂层到排气系统内的方式形成氧化催化装置。
可通过把产生负离子的物质涂层到排气系统内的方式形成负离子发生装置。
可以用堇青石制造废气过滤装置的过滤介质。
综上所述，此发明可通过内燃式发动机进气系统的进气口注入臭氧，并通过冷却系统加入带有正离子的冷却液后在相互作用下激活臭氧，从而提高燃烧率达到节能减排的目的。
另外，通过装有氧化催化装置、负离子发生装置、尾气过滤装置的排气系统后处理排放系统，可以将发动机产生的废气减少到95％。
【图纸简单说明】
图1为本发明实例一中包括冷却系统在内的内燃式发动机系统。图2为本发明实例一中内燃式发动机臭氧供给装置。图3为本发明实例一中臭氧发生装置略图。图4为向内燃式发动机的冷却系统注入带有正离子的添加剂后，向燃烧室注入臭氧的状态下的前后节能对比曲线图。图5为向内燃式发动机的冷却系统注入带有正离子的添加剂后，向燃烧室注入臭氧的状态下的前后尾气排放减少对比曲线图。图6为向内燃式发动机的冷却系统注入带有正离子的添加剂后，向燃烧室注入臭氧的状态下的前后HC浓度降低对比曲线图。图7为向内燃式发动机的冷却系统注入带有正离子的添加剂后，向燃烧室注入臭氧的状态下的前后CO浓度降低对比曲线图。图8为向内燃式发动机的冷却系统注入带有正离子的添加剂后，向燃烧室注入臭氧的状态下的前后NOx浓度降低对比曲线图。图9为此发明实例一中，内燃式发动机节能减排后处理系统略图。图10为图9中的尾气过滤装置。
【发明的具体内容】
实例的具体实施事项在详细说明及图纸中有体现。
此发明的优势、特征及方法可参照实例中的图纸和详细说明，但此发明不只局限于下面的实例展示，可体现为其他多种多样的形式，这里的实施例子目的在于使本实例体现得更加淋漓尽致，并向所属领域的技术人员更加完整地陈述发明范畴，确定专利权利范围。明细内相同的参照符号所指的是相同的构成要素。
接下来，将根据实例并参照图纸对内燃式发动机系统及节能减排发明进行详细说明。
图1为实例一中包括冷却系统在内的内燃式发动机系统；图2说明了实例一中向发动机燃烧室供给臭氧的臭氧供给装置；图3为实例一中臭氧发生装置的略图；图4为向内燃机冷却系统注入带有正离子的添加剂，并向燃烧室注入臭氧的状态下，体现节约燃料的实验对比曲线图；图5为向内燃机冷却系统注入带有正离子的添加剂，并向燃烧室注入臭氧的状态下，体现减少尾气排放的实验对比曲线图；图6为向内燃机冷却系统注入带有正离子的添加剂，并向燃烧室注入臭氧的状态下，HC浓度明显减少的实验曲线图；图7为向内燃机冷却系统注入带有正离子的添加剂，并向燃烧室注入臭氧的状态下，CO浓度明显减少的实验曲线图；图8为向内燃机冷却系统注入带有正离子的添加剂，并向燃烧室注入臭氧的状态下，HOx浓度明显减少的实验曲线图；图9为此发明实例一中内燃式发动机节能减排后处理系统略图；图10为图9中的尾气过滤装置。
首先，如图1所示，由4个气缸(120)组成的发动机(110)燃烧室(120)内部产生的燃烧气体温度为2000摄氏度以上，气缸(120)、汽缸盖、活塞的变形，机油油膜被破坏等因素可能导致发动机受损(110)。所以，为了防止高温导致发动机(110)受损，必须释放发动机(110)的温度，使其保持正常的温度。为此，可使冷却液通过水箱进入发动机(110)气缸(120)的周围进行循环释放发动机(110)产生的热量。
此时，如图1所示，可以向发动机(110)各气缸(120)的燃烧室(125)注入燃料。如图2所示，可在燃烧室供给空气的进气口连接臭氧供给装置(200)。因此，燃烧室内布满燃料、空气、臭氧微粒。在此状态下也可以安装电解氢气供给装置，与连接抽样供给装置一样，通过进气口链接氢气供给装置后，将氢气注入到燃烧室(没有附图)内。
另外，如图1所示，在发动机冷却系统的冷却液中加入正离子添加剂后使其一起循环，此时气缸周围产生正电荷。向燃烧室注入的臭氧与3个氧分子相互结合，在气缸周围正电荷的作用下燃料和臭氧结合体会迅速分散，均匀地分布在燃烧室的每一个角落后燃烧爆炸。
臭氧是氧气的同素异构体，常温下它的氧化能力强于氧气，号称强氧化剂。当温度高于473K时，臭氧会立即分解为氧气和氧原子。这种新生态氧原子除具有极强的氧化能力外，还是引发燃油进行链式反应的新生态活动中心。
臭氧分子冲击燃料分子，从而产生初始游离子，而离子与离子之间的化学反应是较易进行的。臭氧热分解出来的氧原子冲击燃料分子，主要是冲击燃料分子中的CO、HC、Nox，从而使环状结构的芳香烃氧化成直链烃，使直链烃从双键部位断开，变成易于分解的小分子烃，从而达到提高燃烧率，减少排放的目的。
正如本发明所陈述的内容，在气缸周围的冷却系统中加入正离子添加剂，使气缸周围产生正电荷，在正电荷的作用下燃烧室内的臭氧分子和燃料均匀分布到每一个角落后燃烧爆炸。此时臭氧的注入效果发挥得更为淋漓尽致。
冷却系统内冷却水中混入的添加剂为RnSi(OR’)4-n，这里的R是碳原子数量1-6的烷基，R’则是碳原子数量1-5的烷基或碳原子数量1-4的酰基，它的构成有可能包含对具有代表性的烷氧基硅烷进行水解或用缩合物进行换算时的1.0-35.0重量％；将水或有机溶剂作为有机溶剂的0.1-200nm粒子大小的纳米二氧化硅胶体换算成固型粉末时的0.5-35.0重量％；低级脂肪族酒精0.1-45.0重量％；有机酸或无机酸0.1-3.5重量％；无机填充剂0.1-60.0重量％以及无机颜料0.1-43.0重量％。
进而，对导热性优秀的金属纳米粒子0.1-45.0重量％进行分散处理后，对散热器等冷却配件或组成内燃机的零部件表面进行20-50μm左右的涂层。
图3为本发明中的臭氧供给装置(200)。此发明采用最新高频脉冲沿面放电(电压4000V，频率5000Hz)臭氧发生技术。电介质(210)由92％的高纯度氧化铝烧结而成，其厚度为0.5mm，用于岩面放电的电晕极采用钨金属材料，极板厚度为0.2m，宽度为1mm，烧结在电介质基体上，接地极(230)为i0^m厚的钨金属，将其烧结在电介质的另一表面上，接地极(230)的表面上还烧结了一层与电介质同厚度的氧化铝绝缘层(240)。此发明采用上述高频脉冲沿面放电臭氧发生装置，向燃烧室(125)供给臭氧。
图4至图8为在内燃式发动机燃烧室内注入燃料和空气之外，另注入臭氧，并向冷却系统中添加正离子催化添加剂后的燃烧结果；以及常用方式只注入燃料和空气后燃烧时的各种实验结果。实验时注入的臭氧浓度为500ppm以上。
图4显示此发明与常用方式相比较时，节约燃料率达到了10％～22％(平均提升13％)。图5显示此发明与常用方式相比较时，平均减排效果达到了40％。图6显示此发明与常用方式相比较时，HC化合物的排放平均减少了42％。图7显示此发明与常用方式相比较时，CO排放平均减少了40％。图8显示此发明与常用方式相比较时，NOx排放平均减少了35％。
正如此发明所陈述的内容，通过内燃式发动机的前处理系统(100)达到节能减排目的的同时，燃烧室所产生的废气通过排气系统的后处理系统(300)可进一步实现减少排放。
如图9所示，此发明后处理装置安装在排气系统内，由氧化催化装置(310)、负离子发生装置(320)和废气过滤装置(330)组成。
氧化催化装置(310)是在后处理系统的装置中最接近内燃发动机(110)的一个装置。通过在内部进行氧化催化剂涂层，以快3倍的速度，在短时间内对内燃发动机(110)排出的热量进行瞬间升温，把一部分废气直接燃烧掉。氧化催化剂可含有白金或钯等贵金属成分。
氧化催化装置(310)后端是负离子发生装置(320)，此装置可有效抑制氮气的氧化。在氧化催化装置的后端内，将100～400摄氏度的环境下可发生负离子的物质进行涂层，即为负离子发生装置。此物质有可能是纳米化陶瓷。
负离子发生装置后端为废气过滤装置(330)(PDF：diesel particulate filtertrap)。如图10所示，废气过滤装置的过滤体为壁流式蜂窝状，入口(333)和出口(334)以之字形排列，两端为封闭式构造。此构造已被普遍使用，在此不做过多说明。
用上述方法过滤，过滤介质的选择非常重要，要满足强度高、抗震性能好、耐热冲击性好、过滤效果好、耐高温能力强等条件，并且材质还要满足热容量低、有利于热再生等性能指标。而此发明所使用的堇青石材质，可以满足上述指标。
如上所述，后处理系统通过安装氧化催化装置、负离子发生装置、废气过滤装置，可以将发动机产生的尾气减少到95％，可达到欧5-6排放标准(EURO5-6)。
此发明的权力范围，不仅仅局限于上述实例，在专利的权利范围内，可以多种多样的形式体现。在专利申请范围内，只要没有脱离本发明的要点，在该发明所属技术领域内具备一般知识的任何人对发明做出改变或以其他形式进行模仿和复制的实例及技术，都属于此发明的专利权所属范围。
【符号说明】
100：内燃式发动机系统，前处理系统 110：内燃式发动机
120：气缸 125：燃烧室
200：臭氧发生装置 210：电介质
220：放电电晕极 230：接地极
240：绝缘层 300：后处理系统
310：氧化催化装置 320：负离子发生装置
330：废气过滤装置。
Claims (8)
1.针对内燃式发动机及循环冷却液的冷却内燃式发动机的系统；包括向燃烧室供给臭氧的臭氧供给装置；特点是通过为上述冷却液添加正离子添加剂，从而激活臭氧的内燃式发动机系统。
2.在第一项中上述添加剂为RnSi(OR’)4-n，这里的R是碳原子数量1-6的烷基，R’则是碳原子数量1-5的烷基或碳原子数量1-4的酰基，有可能包含对具有代表性的烷氧基硅烷进行水解处理或用缩合物进行换算时的1.0-35.0重量％；将水或有机溶剂作为有机溶剂的0.1-200nm粒子大小的纳米二氧化硅胶体换算成固型粉末时的0.5-35.0重量％；低级脂肪族酒精0.1-45.0重量％；有机酸或无机酸0.1-3.5重量％；无机填充剂0.1-60.0重量％以及无机颜料0.1-43.0重量％的内燃式发动机系统。
3.在第一项中，臭氧供给系统连接到向发动机提供燃烧燃料所需空气的进气口，从而向发动机供给臭氧的内燃式发动机系统。
4.在第一项中，可加装电解氢气供给装置(把通过电分解形式产生的氢气注入到燃烧室)的内燃式发动机系统。
5.通过向内燃式发动机注入臭氧并向冷却发动机的冷却系统中添加正离子添加剂的前处理系统；在排放发动机产生废气的排气系统中加装以氧化催化方式燃烧废气的氧化催化装置；用负离子氧化氮气的负离子发生装置以及由废气过滤装置(PDF：dieselparticulate filter trap)组成的后处理系统，实现节能减排的系统。
6.在第五项中，氧化催化装置可能含有白金或钯中任何一种成分，并被涂层到排气系统内部的节能减排系统。
7.在第五项中，负离子发生装置把负离子发生物质涂层到排气系统内的节能减排系统。
8.在第五项中，废气过滤装置的过滤介质由堇青石制成的节能减排系统。
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