TWI385303B - Mixed hydrogen fuel control system - Google Patents

Description

混合氫氣燃料控制系統

本發明是有關於一種混合氫氣燃料控制系統，特別是指一種適用於機車上，利用電解水所產生之氫氣，提供引擎之燃燒室混合油氣燃料進行燃燒之混合氫氣燃料控制系統。

隨著工業的蓬勃發展，燃油、燃煤或天然氣成為主要的燃料來源，但是燃燒這些能源都會排放大量的二氧化碳和其他污染氣體，造成地球的暖化與空氣的污染，是人類永續發展最大的殺手。為了減少二氧化碳的排放量，目前具體的方法大致有二種，其一是「節能」，即透過控制化石燃料的使用用量來減少二氧化碳排放；其二是開發並使用「新能源」，即不使用化石燃料，改用新能源來達到減少二氧化碳排放或零排放的目標。以新能源的開發為例，氫原子是自然界裡最小、最輕、最簡單的原子，且宇宙中百分之九十的原子是氫氣原子，並以水和碳水化合物的形式到處存在地球上，且燃燒時只會排放水氣，無毒性，不會污染空氣或傷害大氣而造成地球暖化現象，屬於近年來積極開發的綠色能源之一。

如我國公開第200806879號「氫氧氣機車噴射引擎」專利申請案，該案即在於揭露一種利用電解水所產生的氫氣及氧氣提供引擎使用，其構造設計如圖1所示，該案主要是利用純硫酸(H₂ SO₄ )為觸媒，與純水(H₂ O)調成一定比例的混合液作為燃料，儲存於一燃料箱11中，經由燃料泵12、濾清器13、調壓器14、單向閥15進入一電解分離裝置本體16中，由一發電機17提供電力電解該混合液燃料，以產生氫氣與氧氣，氫氣經由一壓力開關18傳送至氫氣噴射控制總成19，而氧氣則傳輸至氧氣噴射控制總成10，二者進而噴射至引擎本體21中，分別以氫氣作為燃料，以氧氣幫助燃燒。

雖然壓力開關18是用於控制電解時間，但是真正影響所產生的氫氣量與氧氣量大小的因素是輸入電解分離裝置本體16中的電流大小，此種習知氫氧氣機車噴射引擎卻未見有控制輸入電解分離裝置本體16之電流大小的機制，再加上未設置有偵測電解所產生的氫氣量是否足夠供引擎使用以及即時調整改變電解時間之設計，以致當輸入引擎之氫氣或氧氣發生不足量，或是任一者過量時，不但會影響油氣混合，也會影響燃燒效率。

因此，本發明之一目的，即在提供一種混合氫氣燃料控制系統，適用於機車上，利用電子控制單元隨時監測引擎燃燒室內的氧氣量及電解水後所產生的氫氣量，以隨時調整電解速度，進而能釋出適量的氫氣供使用，更能符合環保需求。

於是，本發明混合氫氣燃料控制系統，用以與一機車之引擎進氣系統相連接，該引擎進氣系統包括有一引擎、一與該引擎相連接並能提供該引擎運作所需燃料之燃料裝置、一能偵測該引擎的轉速與該引擎的油門開度以調整輸入該引擎的空氣與燃油比之電子控制單元、一能提供各組成元件所需電力之電源供應單元；該混合氫氣燃料控制系統包括：一電解裝置，具有一盛裝有電解液之電解槽，以及多數片間隔地相連設置在該電解槽內並浸泡在該電解液中之電極板，該等電極板並與該電源供應單元電性連接，用以對該電解液通電而電解產生氫氧氣；一偵測器，用以偵測該電解裝置所產生的氫氣量，該偵測器並與該電子控制單元電性連接，且該偵測器的偵測訊號並回饋至該電子控制單元，由該電子控制單元判斷該電解裝置的電解速度是否足供該引擎運作所需；一氫氣管，連接於該電解裝置與該引擎進氣系統之間，用以將該電解裝置經電解作用所產生的氫氣導引輸入該引擎進氣系統中；及一感知器，設於該引擎進氣系統中且與該電子控制單元電性連接，用以感測該引擎進氣系統中的氧氣量；藉此由該電子控制單元依據該感知器所測得的氧氣量，控制該電源供應單元輸入該電解裝置之電流大小，以決定該電解裝置電解作用所能產生的氫氣量。

本發明之功效在於利用電子控制單元依據感知器所測得的引擎燃燒室內的氧氣量，而控制電源供應單元調整輸入電解裝置之電流大小，以獲取適量氫氣，同時藉電子控制單元隨時監控燃燒室中的氧氣量及電解產生的氫氣量， 以隨時調整電解速度，進而能釋出適當量的氫氣供使用。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，是本發明混合氫氣燃料控制系統一較佳實施例，該混合氫氣燃料控制系統2是與機車之引擎進氣系統3相連接。所述引擎進氣系統3包括有具有一燃燒室311之一引擎31、一與引擎31的燃燒室311相連接並能提供引擎31運作所需燃料之燃料裝置32、一能偵測引擎31的轉速與引擎31的油門開度以調整輸入引擎31的空氣與燃油比之電子控制單元(Electronic Control Unit,ECU)33、一能提供各組成元件所需電力之電源供應單元34、一連接引擎31的燃燒室311之進氣歧管35、一連接電源供應單元34之分電盤36，以及一與電源供應單元34電性連接且能控制輸入進氣歧管35的外界空氣量之輔助空氣閥37。其中電源供應單元34具有一電瓶341，及多數個連接於電瓶341與電子控制單元33之間的繼電器342。由電子控制單元33控制該等繼電器342之啟閉以決定電瓶341輸出電流之大小。由於機車之引擎進氣系統3並非為本發明之標的所在，故在此不再細述。

而該混合氫氣燃料控制系統2包括一電解裝置21、一連接於電解裝置21與進氣歧管35之間的氫氣管22，以及一設於引擎進氣系統3之進氣歧管35中且與電子控制單元 33電性連接之感知器23。其中電解裝置21具有一盛裝有電解液211之電解槽212，以及多數片間隔地相連設置在電解槽212內並浸泡在電解液211中之電極板213，該等電極板213並與上述電源供應單元34電性連接，藉此對電解液211通電而電解產生氫氣與氧氣。另外，本發明中的電解液可以是水、或水加氫氧化鈉、或水加氫氧化鉀，在本實施例是以水加氫氧化鈉做說明。至於感知器23則是用以感測進入引擎31的燃燒室311內的氧氣量。

此外，該混合氫氣燃料控制系統2還可包括有一設於氫氣管22中並能用以偵測電解裝置21所產生的氫氣量之偵測器24，該偵測器24並與該電子控制單元33電性連接，且偵測器24的偵測訊號並回饋至電子控制單元33，由電子控制單元33判斷該電解裝置21的電解速度是否足供引擎31運作所需。

仍參閱圖2，在使用上，利用電源供應單元34提供電解裝置21電解所需的電力，以電解水產生氫氣與氧氣，其中氫氣經由氫氣管22輸入進氣歧管35，進而導入引擎31之燃燒室311內與燃料裝置32所輸入之油氣混合為燃料使用，同時藉感知器23感測燃燒室311內的氧氣量並回饋至電子控制單元33，電子控制單元33再依據當時動力需求，例如引擎轉速、油門開度等，且憑藉其內建之資料庫，計算出適當的控制電流，以調整控制電解裝置21之電流大小，使得電解裝置21能產生適量的氫氣，而釋出的氫氣可經偵測器24之偵測並回饋至電子控制單元33中，以使電子 控制單元33可以更準確地判斷電解速度是否足夠引擎31使用。

另外，電子控制單元33也能根據感知器23所測得燃燒室311內的氧氣量，適時地控制輔助空氣閥37開啟，以使外界空氣經由進氣歧管35輸入引擎31之燃燒室311內輔助燃燒。

綜上所述，本發明混合氫氣燃料控制系統2藉由上述之設計，電子控制單元33能依據感知器23所測得進入引擎31之燃燒室311內的氧氣量，而控制電源供應單元34調整輸入電解裝置21之電流大小，以獲取適量氫氣，同時藉電子控制單元33隨時監控燃燒室311中的氧氣量及電解產生的氫氣量，以隨時調整電解速度，進而能釋出適當量的氫氣供使用。故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧混合氫氣燃料控制系統

3‧‧‧引擎進氣系統

21‧‧‧電解裝置

22‧‧‧氫氣管

23‧‧‧感知器

24‧‧‧偵測器

31‧‧‧引擎

32‧‧‧燃料裝置

33‧‧‧電子控制單元

34‧‧‧電源供應單元

35‧‧‧進氣歧管

36‧‧‧分電盤

37‧‧‧輔助空氣閥

211‧‧‧電解液

212‧‧‧電解槽

213‧‧‧電極板

311‧‧‧燃燒室

341‧‧‧電瓶

342‧‧‧繼電器

圖1是我國公開第200806879號「氫氧氣機車噴射引擎」專利申請案之一系統構造及諸元件示意圖，特別說明的是，在未脫離原圖範疇之原則下，本圖稍有簡略線條；及圖2是一配置圖，說明本發明混合氫氣燃料控制系統一較佳實施例。

2．．．混合氫氣燃料控制系統

3．．．引擎進氣系統

21．．．電解裝置

22．．．氫氣管

23．．．感知器

31．．．引擎

32．．．燃料裝置

33．．．電子控制單元

34．．．電源供應單元

35．．．進氣歧管

36．．．分電盤

37．．．輔助空氣閥

211．．．電解液

212．．．電解槽

213．．．電極板

311．．．燃燒室

341．．．電瓶

342．．．繼電器

Claims (6)

1. 一種混合氫氣燃料控制系統，用以與一機車之引擎進氣系統相連接，該引擎進氣系統包括有一引擎、一與該引擎相連接並能提供該引擎運作所需燃料之燃料裝置、一能監控輸入該引擎內的空氣與燃油比之電子控制單元，及一能提供各組成元件所需電力之電源供應單元；該混合氫氣燃料控制系統包括：一電解裝置，具有一盛裝有電解液之電解槽，以及多數片間隔地相連設置在該電解槽內並浸泡在該電解液中之電極板，該等電極板並與該電源供應單元電性連接，用以對該電解液通電而電解產生氫氧氣；一偵測器，用以偵測該電解裝置所產生的氫氣量，該偵測器並與該電子控制單元電性連接，且該偵測器的偵測訊號並回饋至該電子控制單元，由該電子控制單元判斷該電解裝置的電解速度是否足供該引擎運作所需；一氫氣管，連接於該電解裝置與該引擎進氣系統之間，用以將該電解裝置經電解作用所產生的氫氣導引輸入該引擎進氣系統中；及一感知器，設於該引擎進氣系統中且與該電子控制單元電性連接，用以感測該引擎進氣系統中的氧氣量；藉此由該電子控制單元依據該感知器所測得的氧氣量，控制該電源供應單元輸入該電解裝置之電流大小，以決定該電解裝置電解作用所能產生的氫氣量。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之混合氫氣燃料控制系統 ，其中，該引擎具有一燃燒室，而該引擎進氣系統還包括一連接該引擎的燃燒室之進氣歧管，該燃料裝置並與該進氣歧管相連接，以導引燃料輸入該燃燒室內，另外，該氫氣管是連接於該電解裝置與該進氣歧管之間。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之混合氫氣燃料控制系統，其中，該偵測器是設於該氫氣管中。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之混合氫氣燃料控制系統，其中，該電解液為水。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之混合氫氣燃料控制系統，其中，該電解液為水加氫氧化鈉。
6. 依據申請專利範圍第3項所述之混合氫氣燃料控制系統，其中，該電解液為水加氫氧化鉀。