CN108443031A - 基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置 - Google Patents

基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置，主要解决现有技术中存在内燃机燃烧排放大量一氧化碳、碳化氢等有毒气体，增加设备投入成本，以及燃油经济性差等问题。包括第一进风口、第二进风口、第一空气滤清器、第二空气滤清器、进气活塞、驱动电机、氮氧分离罐、氧气回流收集装置、比例电磁阀、比例混合器、臭氧发生器、控制器、臭氧传感器和一氧化碳传感器。通过上述方案，本发明具有结构简单、控制简便、设备投入成本低廉、节约能源、降低有毒气体排放等优点，在内燃机助燃研发技术具有很高的实用价值和推广价值。

Description

基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置
技术领域
本发明涉及内燃机助燃研发技术领域，尤其是基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置。
背景技术
随着节能减排的提出，大力倡导建设资源节约型、环境友好型的社会，降低污染物的排放，实现经济可持续发展。在污染物排放中，汽车尾气污染已经成为我国空气污染的重要来源。具不完全统计，截止2016年底，我们机动车保有量达到2.95亿辆，汽车排放污染物初步核算为4472.5万吨，其中，一氧化碳超过汽车排放总量的80％，产生一氧化碳的主要原因是燃油燃烧不充分。内燃机包括活塞油缸、进气系统、排气系统、蓄电池、连杆机构、配气系统、润滑系统和点火系统等。目前，以汽油为燃料的汽车按进气方式分为自然吸气和涡轮增压，其中，自然吸气是在不通过任何增压器的情况下，大气压将空气压入燃烧室的一种形式，自然吸气发动机其优点在于动力输出平顺、响应直接，但是燃油经济性明显不如涡轮增压的发动机，并且燃油燃烧比较低，相同体积的燃料产生的一氧化碳较涡轮增压高。另外，涡轮增加是一种利用内燃机运转产生的排气驱动空气压缩机的技术，其主要作用是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。在相同排量情况下，涡轮增压发动机提升最大功率40％以上，但是，涡轮增压的发动机增设了涡轮增压部件，增加了汽车生产、维护成本，并且汽车涡轮增压器在低速时处于停止运行状态，当汽车达到一定速度时，涡轮增压才工作。在拥堵的城市道路行驶，汽车车速一般较低，涡轮增压绝大多数时间并未工作，涡轮增压的发动机也无法起到真正的减排作用。另外，无论是自吸式还是涡轮增压式内燃机，吸入空气中的氧气比例依然是总空气 21％左右，因此，并未真正改善燃料燃烧环境，燃烧后的尾气中依然存在大量一氧化碳、碳化氢等有害气体。
因此，急需对现有的内燃机进气进行改进，在降低汽车生产、维护成本的同时，大大降低一氧化碳排放量，使内燃机燃烧更充分，与此同时，也能提高内燃机输出功率，并且也能适用于低速行驶的情况。
发明内容
针对上述不足之处，本发明的目的在于提供基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置，主要解决现有技术中存在内燃机燃烧排放大量一氧化碳、碳化氢等有毒气体，增加设备投入成本，以及燃油经济性差等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置，包括第一进风口、第二进风口、第一空气滤清器、第二空气滤清器、进气活塞、驱动电机、氮氧分离罐、氧气回流收集装置、比例电磁阀、比例混合器、臭氧发生器、控制器、臭氧传感器和一氧化碳传感器。
所述第一进风口与第二进风口均固定安装在内燃机上，并且第一进风口与第一空气滤清器之间、第二进风口与第二空气滤清器之间、第一空气滤清器与进气活塞之间、第二空气滤清器与比例混合器之间均采用波纹减震管连接。
所述进气活塞分别与驱动电机和氮氧分离罐连接，并且该进气活塞在驱动电机驱动下往复运动、将经第一空气滤清器过滤的空气推入存满碳分子筛的氮氧分离罐中。
所述氧气回流收集装置分别氮氧分离罐与比例电磁阀连接，用于存放经氮氧分离罐分离的氧气。
所述比例混合器分别与比例电磁阀、第二空气滤清器和臭氧发生器连接，并且该比例电磁阀与控制器连接，通过控制器驱动控制比例电磁阀的开度，改变比例混合器中的氧气含量。
所述控制器分别与驱动电机、比例电磁阀、臭氧发生器、臭氧传感器和一氧化碳传感器连接，用于接收臭氧传感器采集的经臭氧发生器转换后的空气中的臭氧含量和一氧化碳传感器采集的内燃机尾气中一氧化碳含量，并控制驱动电机运转和比例电磁阀开度；所述臭氧发生器11和控制器均为直流供电，并且均与内燃机蓄电池连接。
优选地，所述氮氧分离罐存放的碳分子筛的孔径在0.28～0.36nm之间。
进一步地，所述氧气回流收集装置上还设置有一数字式压力传感器，并且该数字式压力传感器与控制器连接，用于采集氧气回流收集装置内存储氧气的压力值。
进一步地，所述驱动电机为绕线式电机，并且控制器内设有用于线性调节该驱动电机旋转速度的直流电机调速器；所述直流电机调速器与内燃机蓄电池电气连接。
进一步地，所述控制器还包括与直流电机调速器连接的8位的单片机，分别与单片机连接的晶振电路、DA转换器和直流电压转换电路；所述直流电压转换电路与内燃机蓄电池连接；所述DA转换器与比例电磁阀连接，并将单片机发送的数字信号转换成控制比例电磁阀开度的4～20mA的模拟信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明巧妙设置两个进风口，一个作为自然吸气的主供气，并且另一进风口作为分离空气中的氮氧使用，本发明保留了原内燃机进风口和空气滤清器(即第二进风口和第二空气滤清器)，既能保证内燃机进气量，也能混入足够的氧气，使内燃机燃料燃烧更充分。另外，通过比例混合器混合内燃机燃烧所需的气体，在臭氧发生器的作用下，将混合后气体中的氧气转换成臭氧；在相同体积下，混合后的空气中的氧含量较混合前明显增加。在比例混合器混合中增加氧气作为第一重助燃，并且将混合后气体中的氧气进一步转换成臭氧作为第二重助燃，采用双重助燃使内燃机的燃料得到更充分燃烧，有效地降低尾气中有毒气体排放。
(2)本发明通过设置控制器，采集的臭氧、一氧化碳含量为依据，实现驱动电机、比例电磁阀可靠控制，并且实时采集氧气回流收集装置的压力值，使该节油装置实时在控监管，保证了内燃机助燃节油装置的安全运行。不仅如此，本发明在氮氧分离罐存放氮氧分离的碳分子筛，其市场成本低廉，并且该助燃节油装置增设部分的成本远低于内燃机涡轮增压设备的投入成本。因此，在保证设备投入成本的基础上，也能改善内燃机燃料燃烧的环境，使燃料燃烧更充分，降低有毒气体的排放，并且内燃机获得充足的动力输出。综上所述，本发明具有结构简单、控制简便、设备投入成本低廉、节约能源、降低有毒气体排放等优点，在内燃机助燃研发技术具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的控制器的原理框图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-第一进风口，2-第二进风口，3-第一空气滤清器，4-第二空气滤清器，5- 进气活塞，6-驱动电机，7-氮氧分离罐，8-氧气回流收集装置，9-比例电磁阀， 10-比例混合器，11-臭氧发生器，12-控制器，13-臭氧传感器，14-一氧化碳传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图2所示，本实施例的基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置，既能降低一氧化碳、碳化氢等有害气体排放，实现节能减排，又能节省涡轮增压设备投入、维护的成本。具体地，该装置包括原内燃机的第二进风口2，与第二进风口2连接的第二空气滤清器4，依次连接的第一进风口1、第一空气滤清器3、进气活塞5、氮氧分离罐7、氧气回流收集装置8、比例电磁阀9、比例混合器10和臭氧发生器11，与比例电磁阀9连接的控制器12，分别与控制器12连接的臭氧传感器13、一氧化碳传感器14和驱动电机6。其中，所述第一进风口1与第二进风口2均固定安装在内燃机上，并且第一进风口1 与第一空气滤清器3之间、第二进风口2与第二空气滤清器4之间、第一空气滤清器3与进气活塞5之间、第二空气滤清器4与比例混合器10之间均采用波纹减震管连接。另外，所述进气活塞5分别与驱动电机6和氮氧分离罐7连接，并且该进气活塞5在驱动电机6驱动下往复运动、将经第一空气滤清器3过滤的空气推入存满孔径为0.28～0.36nm的碳分子筛的氮氧分离罐7中。氧气回流收集装置8分别氮氧分离罐7与比例电磁阀9连接，用于存放经氮氧分离罐7分离的氧气，并且在氧气回流收集装置8上还设置有一数字式压力传感器，并且该数字式压力传感器与控制器12连接，用于采集氧气回流收集装置8内存储氧气的压力值。与此同时，所述比例混合器10分别与比例电磁阀9、第二空气滤清器4和臭氧发生器11连接，并且该比例电磁阀9与控制器12连接，通过控制器12驱动控制比例电磁阀9的开度，改变比例混合器10中的氧气含量。
在本实施例中，所述控制器12接收臭氧传感器13采集的经臭氧发生器11 转换后的空气中的臭氧含量和一氧化碳传感器14采集的内燃机尾气中一氧化碳含量，并控制驱动电机6运转和比例电磁阀9开度，并且该臭氧发生器11和控制器12均为直流供电，并且均与内燃机蓄电池连接。所述驱动电机6为绕线式电机，并且控制器12内设有用于线性调节该驱动电机6旋转速度的直流电机调速器；所述直流电机调速器与内燃机蓄电池电气连接。需要说明的是，本发明是基于结构的改进，其中，直流电机调速器、DA转换器、直流电压转换电路、晶振振荡电路、数字式压力传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器均为现有技术，可直接通过采购获得，在此对其具体构造不再赘述，并且其控制的逻辑程序也是常规的程序片段。本领域的技术人员根据本发明记载的内容就能得知控制器的结构和连接关系，并且采用常规的编程即可实现，在此不予赘述其程序片段和电路连接。另外，本实施例中使用的“第一”、“第二”、“第三”等术语，仅用于区分同一类部件，不能理解成对保护范围的限定。
更进一步地，所述控制器12还包括与直流电机调速器连接的8位的单片机，分别与单片机连接的晶振电路、DA转换器和直流电压转换电路；所述直流电压转换电路与内燃机蓄电池连接，该DA转换器与比例电磁阀9连接，并将单片机发送的数字信号转换成控制比例电磁阀开度的4～20mA的模拟信号。
在内燃机启动时，通过第二进风口、第二空气滤清器、比例混合器和臭氧发生器向内燃机的气缸供应空气，当一氧化碳传感器检测到尾气中一氧化碳含量超出预设值时，控制器控制臭氧发生器工作，再进行臭氧含量检测；当且仅当，一氧化碳含量超过预设值和臭氧含量低于预设值时，控制器控制驱动电机运转，在驱动电机驱动下进气活塞将空气推入氮氧分离罐，该氮氧分离罐将空气中氧气分离出来并存储在氧气回流收集装置，控制器通过比例电磁阀开启，将氧气回流收集装置的空气汇集在比例混合器中，增加混合气体中的氧含量，进一步地，由臭氧发生器将混合后的气体中的氧气转换成臭氧，实现双重助燃。
本发明巧妙的设置了臭氧发生器，将空气中的氧气转换成臭氧，增加相同体积内养的含量，使内燃机燃烧更充分，并且无需增设涡轮增压设备，免去涡轮增压设备的投入和维护成本，同样地，也无需检测汽车行驶速度，该助燃节油装置在拥堵的城市道路中效果最为明显。综上所述，与现有技术相比，本发明具有实质性的特点和进步，在内燃机助燃节油行业具有广阔是市场前景。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于智能控制的氮氧分离式内燃机助燃节油装置，其特征在于，包括第一进风口(1)、第二进风口(2)、第一空气滤清器(3)、第二空气滤清器(4)、进气活塞(5)、驱动电机(6)、氮氧分离罐(7)、氧气回流收集装置(8)、比例电磁阀(9)、比例混合器(10)、臭氧发生器(11)、控制器(12)、臭氧传感器(13)和一氧化碳传感器(14)；
所述第一进风口(1)与第二进风口(2)均固定安装在内燃机上，并且第一进风口(1)与第一空气滤清器(3)之间、第二进风口(2)与第二空气滤清器(4)之间、第一空气滤清器(3)与进气活塞(5)之间、第二空气滤清器(4)与比例混合器(10)之间均采用波纹减震管连接；
所述进气活塞(5)分别与驱动电机(6)和氮氧分离罐(7)连接，并且该进气活塞(5)在驱动电机(6)驱动下往复运动、将经第一空气滤清器(3)过滤的空气推入存满碳分子筛的氮氧分离罐(7)中；
所述氧气回流收集装置(8)分别氮氧分离罐(7)与比例电磁阀(9)连接，用于存放经氮氧分离罐(7)分离的氧气；
所述比例混合器(10)分别与比例电磁阀(9)、第二空气滤清器(4)和臭氧发生器(11)连接，并且该比例电磁阀(9)与控制器(12)连接，通过控制器(12)驱动控制比例电磁阀(9)的开度，改变比例混合器(10)中的氧气含量；
所述控制器(12)分别与驱动电机(6)、比例电磁阀(9)、臭氧发生器(11)、臭氧传感器(13)和一氧化碳传感器(14)连接，用于接收臭氧传感器(13)采集的经臭氧发生器(11)转换后的空气中的臭氧含量和一氧化碳传感器(14)采集的内燃机尾气中一氧化碳含量，并控制驱动电机(6)运转和比例电磁阀(9)开度；所述驱动电机(6)、臭氧发生器(11)和控制器(12)均为直流供电，并且均与内燃机蓄电池连接。
2.根据权利要求1所述的内燃机助燃节油装置，其特征在于，所述氮氧分离罐(7)存放的碳分子筛的孔径在0.28～0.36nm之间。
3.根据权利要求1所述的内燃机助燃节油装置，其特征在于，所述氧气回流收集装置(8)上还设置有一数字式压力传感器，并且该数字式压力传感器与控制器(12)连接，用于采集氧气回流收集装置(8)内存储氧气的压力值。
4.根据权利要求3所述的内燃机助燃节油装置，其特征在于，所述驱动电机(6)为绕线式电机，并且控制器(12)内设有用于线性调节该驱动电机(6)旋转速度的直流电机调速器；所述直流电机调速器与内燃机蓄电池电气连接。
5.根据权利要求4所述的内燃机助燃节油装置，其特征在于，所述控制器(12)还包括与直流电机调速器连接的8位的单片机，分别与单片机连接的晶振电路、DA转换器和直流电压转换电路；所述直流电压转换电路与内燃机蓄电池连接；所述DA转换器与比例电磁阀(9)连接，并将单片机发送的数字信号转换成控制比例电磁阀开度的4～20mA的模拟信号。
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