CN202468073U - 一种发动机节能装置 - Google Patents

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Abstract

一种发动机节能装置：是由发动机排气管，发动机进气歧管、水分蒸发器，电磁开关、水量控制器、智能中央处理器、热电传感器、氧气传感器、空气流量传感器、非平衡低温等离子体发生装置、喷射喉管和电源等构成。其特征是：在发动机的排气管上安装水分蒸发器，在发动机机体上安装热电传感器，水分蒸发器用金属管和非平衡低温等离子体发生装置连接，非平衡低温等离子体发生装置用塑胶管和发动机进气歧管节气门后方的喷射喉管连接，智能中央处理器分别和水量控制器、电磁开关、热电传感器、氧气传感器、空气流量传感器连接。本实用新型可以把蒸汽态水分子的分子结构打开，迅速分解生成氢、氧分子，和空气或者燃油混合气混合后一起送入汽车发动机燃烧室燃烧作功，可节约燃油30％，是目前汽车行业理想的节能减排好项目。

Description

一种发动机节能装置
技术领域
本实用新型涉及一种发动机节能装置，属于汽车、机动车节能减排技术领域。 
背景技术
现在我国已经成为世界第一汽车大国，汽车的产销量仍在逐年增长，降低汽车燃料的消耗已成为世人所观注的热点。长久以来，让水变成可重复利用的替代能源一直是人们的愿望。我们知道：水分子是由氢和氧(H2O)构成，按实质重量每公斤水大约含氢11％、含氧89％，氢可以燃烧、氧能助燃，氢燃烧的热值是汽油的三倍，而且氢燃烧之后所生成的是水，不污染环境，是一种非常洁净的燃料。但是目前的制氢技术还不能实现大规模商业化制氢，因为现有制氢技术的能源消耗太大，制氢的成本也很高。传统分解水分子的方法大致有两种，一种是化学分解法，另一种是电解分解法，化学分解法目前还不适用于汽车、机动车随车制氢，电解分解法耗能很大、而且效率也不高。 
近十年来，等离子体技术在工业上的应用发展很快，例如：等离子体点火、等离子体喷涂、等离子体加热、等离子体切割、等离子体拉积焚化、废物处理等等。等离子体是在电离层或者放电现象下所形成的一种状态(俗称第四态)，伴随着放电现象将会生成激发原子、激发离子、离解原子、游离原子团、原子或者分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经过相互碰撞而产生高温，温度可达几万度以上，而离子的温度仅仅略高于常温，因此在放电场内的温度接近常温。 
目前等离子体技术也已应用于汽车的节能、减排领域，但是现有技术的实际效果很有限。例如专利号为200910310686.3所公开的技术方案，是在内燃机燃烧室和燃料喷嘴之间安装非平衡等离子体发生器以及在进气管路之间安装非平衡等离子体发生器，对燃料和空气进行等离子体活化处理，以期达到节能减排的目的。但是这类技术充其量也只能相应的提高部分排放指标和燃料的燃烧率，空气中的含氧量以及燃料的可燃物质并不会增加，对实际节能减排效果不会有较大的提高和改善，而对于采用多点电子喷射和缸内直接喷射技术的现代发动机来说是不能适用的，何况还要对内燃机进气歧管和电子喷嘴位置等进行改造、增大发动机的体积，这对于汽车发动机的整体设计也增加了难度，很难被制造商所接受。 
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术设备的缺点和不足，提供一种耗能低、效率高、分解速度快的以水为原料的汽车发动机(随车自动制氢制氧的)节能装置，以解决目前汽车、机动车发动机不能快速自动制氢制氧的难题，把水作为制氢、制氧、可重复使用的原料，从而达到大幅度节能减排的效果。 
本实用新型的一种发动机节能装置，是利用发动机排气余热把液态水加热为蒸汽态、在非平衡低温等离子体发生装置内把蒸汽态水分子的分子结构打开，形成等离子体状态，经过相互碰撞、震荡，迅速活化、裂化、分解生成氢气分子、氧气分子和氢离子、氧离子，再把分解后已经变成可低温燃烧、助燃的氢、氧分子以及氢、氧离子和空气(或者燃油混合气)混合后一起送入发动机燃烧室燃烧作功，从而达到了增加部分燃油和氧气或者替代部分燃油增加氧气，实现汽车发动机大幅度提高节能、减排指标的目的。 
本实用新型的一种发动机节能装置：是由发动机排气管，发动机进气歧管、水分蒸发器，电磁开关、供水水泵，水量控制器、智能中央处理器、热电传感器、氧气传感器、空气流量传感器、非平衡低温等离子体发生装置、喷射喉管和电源等构成，其特征是：在发动机的排气管(2)上安装水分蒸发器(3)，在发动机机体上安装热电传感器(9)，水泵电机(12)和水量控控制器(8)电连接，水分蒸发器(3)用金属管和非平衡低温等离子体发生装置(4)连接，非平衡低温等离子体发生装置(4)用塑胶管和发动机进 气歧管节气门(1)后方安装的喷射喉管(28)连接，非平衡低温等离子体发生装置(4)和电源(5)电连接，智能中央处理器(6)分别和水量控制器(8)、电磁开关(7)、热电传感器(9)、氧气传感器(10)、空气流量传感器(11)、电源(5)以及点火开关(K)电连接，水量控制器(8)和节气门(26)或者电子节气门联动。 
本实用新型的非平衡低温等离子体发生装置(4)的设计方案有两种：第一种是介质阻挡放电式非平衡低温等离子体发生装置，是由平板阴极极板(15)、平板阳极极板(16)、绝缘介质封装板(18)、阳极电极(17)、阴极电极(19)、水蒸气入口(22)、氧气出口(20)、氢气出口(21)、以及外壳(23)构成，与之相匹配的是专用高频高压电源，平板阳极极板(16)被绝缘介质封装板(18)封装在中间，绝缘介质封装板(18)用石英玻璃、环氧树脂绝缘材料制作。 
第二种是射频发射式非平衡低温等离子体发生装置，是由射频发射线圈(24)、射频电极(17b、19b)、水蒸气入口(22)、氧气出口(20)、氢气出口(21)、外壳(23)和电子屏蔽层(25)构成，与之相匹配的是专用射频电源，射频发射线圈(24)用塑胶绝缘铜线制成，射频发射线圈的绝缘层也可用环氧树脂绝缘材料封装制作，电子屏蔽层(25)可以用金属网或者金属箔、金属板制作。 
在非平衡等离子体的内部和表面都存在着强大的静电场，这种高能量的低温等离子体，使水分子很容易分解，而且所耗能量极低。为了更好的软化水分子使其分子结构更容易被打开，本实用新型的还在参与分解的液态水中添加总重量为1-5％的催化(添加剂)剂。它们(可任选其两种)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％。在冬季寒冷地区可将甲醇的添加比例提高到水总重量的10一30％。 
4、在参与燃烧的水中加入水总重量的3-8％的碳酸氢氨或碳酸氨(柴油机用)为消烟剂。 
本实用新型的有益效果是： 
1、首创了汽车发动机采用非平衡低温等离子体装置电化学裂化、分解水分子制氢制氧的技术方案，极大地提高了制氢制氧的效率。 
2、水分蒸发器直接套装在发动机排气管上，不象其他技术那样要把排气管、进气歧管或者消声器进行改装才行，只需和各车型的排气管直径相配合安装即可。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、本实用新型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被加热为水蒸汽后，在非平衡低温等离子体发生装置强电场的作用下，分解裂化为富含氢气、氧气分子和碳氢化合物(催化剂所含)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，相当于增加了一部分燃料和氧气(或者发动机的压缩比)，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5-18％，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，可节约汽油15-30％，尤其以每小时100--120公里速度时节能效果最好、节能率达30％，汽车加速时感到发动机动力有了明显的增加。 
4、本实用新型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、分解为富含氢气分子、氧气分子、氢离子、氧离子的气体和少量碳氢化合物气体进入汽缸的，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对本实用新型作详细： 
图1是本实用新型的一种发动机节能装置的整体结构图。 
图2是本实用新型第一种非平衡低温等离子体发生装置的结构图。 
图3是本实用新型第二种非平衡低温等离子体发生装置的结构图。 
图中所示：(1).发动机进气歧管，(2).发动机排气管，(3).水分蒸发器，(4)非平衡低温等离子体发生装置，(5).电源，(6).智能中央处理器，(7).电磁开关，(8).水量控制器，(9).热电传感器，(10).氧传感器，(11).空气流量传感器，(12).水泵电机，(13)..供水水泵，(14).供水量孔，(15).平版阴极极板，(16).平版阳极极板，(17).阳极电极，(18).绝缘介质封装板，(19).阴极电极，(17b、19b).射频电极，(20).氧气出口，(21).氢气出口，(22).水蒸气入口，(23).非平衡低温等离子体发生装置外壳，(24).射频发射线圈，(25).电子屏蔽层，(26).节气门，(26b).极板固定卡槽，(27).水箱，(28).喷射喉管，(K).点火开关，(E).汽车蓄电池。 
具体实施方式
图1所示：本实用新型的一种发动机节能装置的技术方案是：在发动机的排气管(2)上安装水分蒸发器(3)，在发动机机体上安装热电传感器(9)，在适当的位置安装非平衡等离子体发生装置(4)，在供水箱(27)上安装供水水泵(13)和水泵电机(12)，水泵电机(12)和水量控控制器(8)电连接，在水泵进水管的另一端安装供水量孔(14)，电磁开关(7)的一端用塑胶管和供水水泵(13)连接，电磁开关(7)的另一端用金属管和水分蒸发器(3)连接，水分蒸发器(3)用金属管和非平衡低温等离子体发生装置(4)连接，非平衡低温等离子体发生装置(4)用塑胶管和发动机进气歧管节气门(1)后方安装的喷射喉管(28)连接，非平衡低温等离子体发生装置(4)和电源(5)电连接。智能中央处理器(6)分别和水量控制器(8)、电磁开关(7)、热电传感器(9)、氧气传感器(10)、空气流量传感器(11)、电源(5)以及点火开关(K)连接，点火开关(K)和汽车蓄电池(E)的正极连接，水量控制器(8)和节气门(26)(或者电子节气门)联动。R和LED组成智能中央处理器(6)工作指示电路。 
图2所示：平板阴极极板(15)、平板阳极极板(16)、阳极电极(17)、绝缘介质封装板(18)、阴极电极(19)安装在非平衡低温等离子体发生装置(4)的外壳(23)内，水蒸气入口(22)设在外壳(23)的中间并在阴极、阳极极板相对应处设计有多个出气孔，使水蒸气能均匀喷入到阴、阳极板之间的工作空问。平板阳极极板(16)被绝缘介质封装板(18)封装在中间，绝缘介质封装板(18)平板阳极极板(16)和平板阴极极板(15)分别由阳极电极(17)、阴极电极(19)以及极板固定卡槽(26b)固定在外壳(23)中，氢气出口(21)设在外壳(23)的上方，氧气出口设在外壳(23)的下方。绝缘介质封装板(18)可以用石英玻璃、环氧树脂等绝缘材料制作。 
图3所示：射频发射线圈(24)安装在外壳(23)的中间位置，由射频电极(17b、19b)固定在外壳(23)的上方，氢气出口(21)设在外壳(23)的上方，氧气出口设在外壳(23)的下方，水蒸气入口(22)设在外壳(23)的中间位置，电子屏蔽层(25)设在外壳(23)的外层。射频发射线圈(24)用塑胶绝缘铜线制成，射频发射线圈的绝缘层也可用环氧树脂等绝缘材料封装制作，电子屏蔽层(25)可以用金属网或者金属箔、金属板制作。 
本实用新型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105摄氏度时，热电传感器(9)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105摄氏度时，热电传感器(9)向智能中央处理器(6)发出信号，智能中央处理器(6)开始工作、接通电源、打开电磁开关(7)让水流通、电子控制器(8)得电控制水泵电机(12)的工作、非平衡低温等离子体发生装置(4)工作。液体水可以经供水量孔(14)、塑胶管和水泵(13)、 电磁开关(7)顺着金属管流进水分蒸发器(3)，由于水分蒸发器(3)内温度高达105-380摄氏度，流进的水马上变为蒸汽态，随着水分子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(28)的负压下，水蒸汽通过金属管进入到非平衡低温等离子体发生装置(4)内，在平板阳极极板(16)和平板阴极极板(15)或者射频发射线圈(24)高强度非平衡低温等离子体电场作用下，水分子被迅速分解、裂化为氢气分子和氧气分子以及少量氢离子、氧离子，根据动力学原理，所分解的氢气向上运动由氢气出口(21)输出到氢气喷嘴(28)进入进气歧管(1)、氧气向下运动由氧气出口(20)输出到氧气喷嘴(28)进入进气歧管(1)，和空气(或者混合气)混合后一同进入发动机汽缸参与爆发燃烧作功。因为有了氢气分子和氧气分子以及氢离子、氧离子的加入，也就等于给发动机增加了一部分燃料和充足的氧气，可以使进入发动机燃烧室的燃油混合气燃烧的更完全，从而提高发动机的输出功率和节能减排的指标。 
根据调查，目前轿车百公里消耗汽油大约10升，按照标准油气混合气1∶15折合约160升混合气，实际上一升水可以分解出980升氢气和490升氧气，共产生1470升标准混合气，理论上可行使九百多公里。当智能中央处理器(6)开始工作20秒后、空气流量传感器(11)检测到空气流量增大时、既发动机转速高于每分钟1100转、也就是节气门(26)的开度开始开大时，水泵电机(12)开始低速转动供水水泵(13)向水分蒸发器(3)少量供水，当发动机转速继续增高、也就是节气门(26)的开度继续开大时，供水水泵(13)的供水量也继续增大，同样非平衡低温等离子体发生装置(4)输出的氢、氧气和氢离子、氧离子也一并增大，与此同时、智能中央处理器(6)向氧传感器(10)输出混合气过浓或者向空气流量传感器(11)输出空气流量较小的控制信号，使汽车电脑发出减少喷射汽油(或柴油)的指令，以便更好地达到节约燃油的目的。 
当发动机以怠速运转、节气门(26)近似于关闭低速运转时，由于水量控制器(8)和节气门(26)联动，水泵电机(12)不工作、水泵(13)不供水，随着节气门(26)的开大水泵电机(12)的也相应开始转动、增速，水泵(13)供水量也相应开始供水并增大，当发动机转速达到每分钟2000转(可随车型、排量和发动机经济转速而定)以上时，水泵电机(12)的转速最高水泵(13)的供水量也最大。反之亦然，以达到调整氢、氧气输出量的目的。供水量孔(14)的孔经可根据发动机排量来调整定制，非平衡低温等离子体发生装置和配套电源输出功率的大小也根据汽车发动机的排量和输出功率而定，例如：1.6升发动机的供水量孔为0.15毫米，配套电源的输出功率为50-80瓦特。 
由于本实用新型采用了非平衡低温等离子体活化、裂化、分解水分子制氢制氧的方案，裂化、分解所消耗的电能要比传统电解方法低30-60％，大约30-150瓦特的电能，对于排量在3升以上的汽车发动机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功率设计都留有设计余量，不增加功率也可以正常工作。 
本实用新型设计新颖，结构独特，实用性强，节能减排效果明显。广泛适用于汽车、机动车、轮船、农用机械、工程机械的汽油、柴油发动机，是目前行业内理想的节能减排项目，市场前景十分广阔。 

Claims (2)

1.一种发动机节能装置：是由发动机排气管，发动机进气歧管、水分蒸发器，电磁开关、供水水泵，水量控制器、智能中央处理器、热电传感器、氧气传感器、空气流量传感器、非平衡低温等离子体发生装置、喷射喉管和电源构成，其特征是：在发动机的排气管(2)上安装水分蒸发器(3)，在发动机机体上安装热电传感器(9)，水泵电机(12)和水量控控制器(8)电连接，水分蒸发器(3)用金属管和非平衡低温等离子体发生装置(4)连接，非平衡低温等离子体发生装置(4)用塑胶管和发动机进气歧管节气门(1)后方安装的喷射喉管(28)连接，非平衡低温等离子体发生装置(4)和电源(5)电连接，智能中央处理器(6)分别和水量控制器(8)、电磁开关(7)、热电传感器(9)、氧气传感器(10)、空气流量传感器(11)、电源(5)以及点火开关(K)电连接，水量控制器(8)和节气门(26)或者电子节气门联动。
2.根据权利要求(1)所述一种发动机节能装置，其特征是：非平衡低温等离子体发生装置(4)的实施例有两种：
第一种是介质阻挡放电式非平衡低温等离子体发生装置，是由平板阴极极板(15)、平板阳极极板(16)、绝缘介质封装板(18)、阳极电极(17)、阴极电极(19)、水蒸气入口(22)、氧气出口(20)、氢气出口(21)、以及外壳(23)构成，与之相匹配的是专用高频高压电源，平板阳极极板(16)被绝缘介质封装板(18)封装在中间，绝缘介质封装板(18)用石英玻璃、环氧树脂绝缘材料制作，
第二种是射频发射式非平衡低温等离子体发生装置，是由射频发射线圈(24)、射频电极(17b、19b)、水蒸气入口(22)、氧气出口(20)、氢气出口(21)、外壳(23)和电子屏蔽层(25)构成，与之相匹配的是专用射频电源，射频发射线圈(24)用塑胶绝缘铜线制成，射频发射线圈的绝缘层也可用环氧树脂绝缘材料封装制作，电子屏蔽层(25)用金属网或者金属箔、金属板制作。 
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