专利名称：柴油机液体增压剂及专用汽化器的制作方法
技术领域：
本发明涉及柴油发动机技术领域，特别是应用于活塞压燃式柴油机液体增压剂以及加入该增压剂的专用汽化器装置。
背景技术：
随着大中型柴油车辆保有量的持续增长，以及在用柴油车辆的高龄化，不仅加快了不可再生能源石油燃料的消耗速度，也因柴油车辆高碳废气排放量不断增加，日益加重了对大气环境造成的恶性污染。因此在柴油内燃机领域开发应用绿色环保的、可再生的、生物质能燃料——乙醇，势在必行。由于乙醇(特别是含水乙醇)与柴油的属性不同，难以互溶，乙醇柴油受合成技术、工艺、成本等诸多因素的制约，至今仍未能在柴油机供油系统得到使用。另外，柴油车辆因为一直沿用单纯空气的气体压缩方式，所以无法弥补压缩气体含氧量不足的缺陷，既不能达到日趋严格的低碳环保排放要求，又难以解决提高节省燃油的效率问题。还有，由于柴油机与汽油机的进气和供油特性截然不同，汽油机常规乙醇汽油汽化器的空气节流阀与乙醇汽油喷嘴设计在同一气道中，这种结构在柴油机上根本不适用。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术存在的问题，提供一种用于活塞压燃式柴油机液体增压剂以及为加入该增压剂所设计的专用汽化器装置；采用该技术能够在柴油机燃油热能转化为机械能的效率大幅提高的同时，使燃油耗量下降，既满足了柴油机低碳环保的排放要求，又达到节油降耗之功效。本发明液体增压剂以液态的氢、氧成分，从柴油机进气汽化与空气混合，具有较大的汽化潜热比，柴油机运转过程中，吸入汽缸中混合气体的进气温度可控制在摄氏35°C以下的最佳状态，进气气流保持体积不变，而质量和密度大大增加。在柴油机工作循环中，这种新的高密度混合汽气体吸入汽缸被压缩升温后，被雾化的增压剂迅速蒸发，形成气态，压缩比增加。当气体随着体积的缩小压力增大，温度迅速上升，当增温超过特定的摄氏140°C以上时，乙醇、过氧化氢汽团受热快速裂解，混合气形成乙醚、氢、氧混合气团(C2H50C2H5+H2丨+O2丨+H2O2),已经完全具备极其易燃和强力增压功能，这时气体压缩终了时的密度，超过单纯空气被压缩后的密度，压力也超过单纯空气被压缩后形成的(50kg/Cm2)压力；温度更相对高于单纯空气在汽缸中被压缩的温度，高压雾化燃油喷入这种新型高温、高压、高密度混合气体的特定环境中,起火迅速扩散的同时引爆增压剂中大量的氢气成分，随即引发增压效应燃烧室热能反应空前强烈，(无滞燃期)产生强力爆炸而形成的热气体膨胀时间比单纯的空气/燃油爆发时热气体膨胀时间大大缩短，一能量释放速度快而集中(速燃期缩短)，因而对活塞产生的压力剧增，相继转化动能的时间短而且推力大一曲轴飞轮的机械能立即增加的同时，转速随之上升，反馈至燃油泵调速机构离心力增大，使燃油泵自动下调柱塞供油转角，柱塞付供油自动向减小油量的方向转移一在下一个工作循环里，产生节油效应柱塞副出油量减小，柴油机燃油热能转化机械能的效率大大提高的同时，燃油耗量下降。
为实现上述目的本发明提出如下技术方案一种柴油机液体增压剂，其特征是它是由以下原料配制的液体，该增压剂的体积配比为燃料乙醇 70% 85%过氧化氢 1% 3%水9% 28%0. 2%过碳酸钠(2Na2C03 3H202)水溶液 1% 5% (W/V)增压剂液体PH值为6 7。柴油机液体增压剂的性质可燃性无色透明液体；有淡淡的酒精气味；无毒；常压下沸点 > 80°c,< 100°C;常温下性能稳定。环境温度增加时，挥发性稍有增加；常温下比重0. 83 0. 85 ;储存和使用环境±50°C;无自燃性、无爆炸性；储藏、运输比汽、柴油相对安全；本增压剂在生产调配过程中，不产生三废排放；本增压剂液体PH为中性，即使柴油机吸入气缸的液体增压剂汽化量达到最大，含水所占比例也远远小于在暴雨中行车时发动机吸入气缸内的空气含水量，所以对发动机无副作用，发明人用旧发动机实验过程中，经过500小时运行后，拆开发动机做技术检验，燃烧室、活塞顶部、喷油嘴、气门、气门座、活塞环槽无积碳、气缸缸壁无氧化、无烧蚀。本发明提出的增压剂专用汽化器，是为解决在柴油机进气端的液体增压剂供给部件配套问题，而专门设计的双气道分压式液体增压剂汽化器装置。该汽化器的具体设计结构是一种柴油机液体增压剂专用汽化器，包括设置在管体中的内气道、外气道，推杆、杠杆及揉索联动机构和增压剂自动控制机构，其特征是在与柴油机进气口连通的该汽化器空气进气管体中设有内、外双气道结构，内气道设计为截面呈双曲面喉管形，在内气道的喉管一侧曲面处装有增压剂喷嘴；管体内壁与喉管外壁形成的环状空间为外气道，在喉管端面的外气道进气端设置呈流线曲面的环状空气节流阀；空气节流阀连接推杆，使空气节流阀沿外气道管体内壁前后移动，推杆顶端设置与揉索控制端相联动的杠杆，揉索的操纵端与柴油机燃油泵油门控制拉杆相连接。在增压剂喷嘴连接通向管体外装有液池壳体，位于液池壳体内的喷嘴液体通道端部装有半可调针阀，并且该端部连通液池；液池顶部依次装有密封橡胶膜与保护盖，橡胶膜与保护盖固定在液池壳体上，承动件的一端固定在橡胶膜的中心，承动件的另一端与绕中间轴转动的杠杆的一端相连，承动件底部的弹簧置于下方凹槽内，杠杆另一端连接针阀的尾端，针阀前端与增压剂管道相连通。本增压剂经过双气道分压式汽化器汽化的柴油机吸气过程，其实质是人为地从柴油机配气预置尾气低碳环保成分的过程。本增压剂汽化同空气吸入汽缸后，人为地补充了混合气体的含氧量，压缩气体含氢、氧成分比单纯的空气高得多，大大满足了喷入气缸的乙醇和燃油完全燃烧时对氧成分的需求，压缩冲程终了，高压、高密度的气体分子之间，猛烈碰撞更加剧烈，水分子在钠离子(Na+)的电离催化作用下生成的氢氧根离子(H0_)，在压缩瞬间高温(> 140°C以上)环境中，迅速裂解成氢气(H2)和氧气(O2)，具有对作功物质的气体增压功能，使喷油后的爆炸力更强，爆发时间更短，速度更快。这时的爆发冲程，其实质，已经从原有意义上的柴油燃料在单纯的压缩空气中起火燃烧过程，演变为真正意义上的环保作功物质发生瞬间爆炸，相继产生环保链锁效应即缸内柴油/氢气、氧气浓度比值相对改变以后，衍生物质结构也发生根本性改变，爆发过程生成的新型无害气体，彻底消除了一氧化碳碳烟颗粒，在排气冲程，可燃、半可燃物质不复存在，在排气门开启之前，燃烧早已完全结束，环保的尾气已经全部形成。这种有害物质浓度大幅度降低的人工处理尾气，其环保质量优于柴油与单纯空气爆发作功而产生的尾气质量，相对更加符合低碳环保排放要求。
本发明柴油机液体增压剂是从柴油机进气道以液体汽化增压方式，使爆发作功的压缩气体中氢、氧成分大大增加，与柴油燃料形成优势互补，弥补了以往单纯空气压缩气体参与爆发做功时氧含量不足的问题，更有效地发挥了柴油机的机械潜能，提高燃油热能/机械能的转化效率。增压剂以其特殊新颖的液体增压方式，使活塞压燃系列柴油机具有更显著的节油、增效、环保减排一体化的功能。解决了乙醇(特别是含水乙醇)因不能与柴油互溶，而不能在柴油机上得到应用的难题，既满足了日趋严格的柴油机低碳环保排放要求，又达到了节油的高效率。本发明采用柴油机专用双气道分压式液体增压剂汽化器，将柴油机液体增压剂应用于活塞压燃式柴油机后，尾气排放清澈，消除了对人有刺激作用的柴油尾气气味，动力性能以及节油等指标，都优于纯乙醇在压燃系列柴油机上应用的效果。优化和改善了柴油机动力性能，发动机容易启动，加、减速动态响应得到提升，爆发产生的爆震减轻，运转更加平稳，发动机燃油\机械能转换效率相对得到提高，尾气低碳排放更加环保，燃油用量大幅度下降。城市的柴油公交、货运、柴油工程机械，铁路柴油内燃机车以及刚出厂的新柴油机，都完全适合使用本液体增压剂。特别是车龄较高，或大修后，油泵柱塞付及油嘴已更换、经调整后压力稍有偏差、耗油量过大、冒黑烟的在用柴油车辆，满足了柴油机的经济性、动力性和尾气低碳排放的环保要求。下面通过具体实施方式
对本发明作进一步描述。一、增压剂配制配方I :配制I升增压剂的原料用量为90%燃料乙醇790毫升；15%过氧化氢195毫升；0. 2%过碳酸钠水溶液15毫升；配制的增压剂其中含水约260毫升；用PH试纸测定增压剂液体PH值6 7。配方2 :配制I升增压剂的原料用量为90%燃料乙醇910毫升；30%过氧化氢80毫升；0. 2%过碳酸钠水溶液10毫升；配制的增压剂其中含水约157毫升；用PH试纸测定增压剂液体PH值6 7。配方3 :配制I升增压剂的原料用量为95%燃料乙醇890毫升；15%过氧化氢95毫升；0. 2%过碳酸钠水溶液15毫升；配制的增压剂其中含水约140毫升；用PH试纸测定增压剂液体PH值6 7。二、柴油机液体增压剂行车实验及概算标准数据提取实验路段101国道辽西丘陵朝阳区段百公里山路段实验卡车(车牌号辽N66353)车龄6年柴油机型485，额定功率42KW，额定转速3200转/分
卡车实验时速40 50公里单纯柴油燃料行驶百公里净耗零号柴油10. 4升将柴油机安装本发明设计的双气道分压式液体增压剂汽化器，在环境和条件相同情况下，进行柴油机液体增压剂应用对比实验卡车实验时速40 50公里在原百公里路段本次实验消耗柴油机液体增压剂3. 3升；同时净耗零号柴油7. 4升，柴油机液体增压剂/燃油应用比例为3. 3/7. 4 = 1/2. 24百公里节省油10. 4-7. 4 = 3 (升)节省油3升本次实验节油率为3 + 10. 4X100%= 28. 8%消耗增压剂/节省柴油体积比柴油机液体增压剂3. 3升/燃油3升=I. 1/1质量当量柴油机液体增压剂3. 3升X 0. 83 (密度)=2. 74Kg节省柴油3升X 0. 9 (密度)=2. 7Kg柴油机液体增压剂/零号柴油质量比柴油机液体增压剂2. 74Kg/燃油2. 7Kg =
I.01/1作功能量当量柴油机液体增压剂I. Olkg = Ikg零号柴油上述实验结果表明I、使用柴油机液体增压剂节油率达到28. 8% ；2、一公斤增压剂液体的能量当量相当于一公斤零号柴油的能量当量。使用本增压剂时，节油率设定在15% 30%之间，燃油节油率同本液体增压剂使用量相应成正比。柴油发动机在液体增压剂耗尽暂无补充时，仍可继续照常工作，其动力性能、燃油量以及尾气成分还原至使用本液体增压剂之前状态。
图I是本发明汽化器外形结构示意图。图2是本发明汽化器左视图。图3是沿图I中A-A向剖面结构示意图。
具体实施方式
(汽化器)参见图I 图3，本发明增压剂专用汽化器，主要由设置在管体中的内气道3、外气道2，推杆7、杠杆9及揉索11联动机构和增压剂自动控制机构组成，在与柴油机进气口连通的该汽化器空气进气管体5中设有内、外双气道结构，空气节流阀6与液体增压剂喷嘴4分别设计在两个气道中。内气道3与柴油机汽缸分支进气道截面相近，外气道2截面与空气滤清器和发动机之间的连接管截面相同。内气道3设计为截面呈双曲面喉管形，在内气道3的喉管一侧的曲面处装有增压剂喷嘴4 ;管体5内壁与喉管外壁的环状空间为外气道2，在喉管端面的外气道进气端设置呈流线曲面的环状空气节流阀6 ;节流阀6连接推杆7，使空气节流阀6沿外气道管体5内壁前后移动，推杆7顶端设置与揉索11的一端(控制端)相联动的杠杆9，揉索11的另一端(操纵端)与柴油机燃油泵控制拉杆相连接。管体5的连接法兰23端连通柴油机进气口法兰，管体5的另一端通过管接I连接滤清器进口。环状空气节流阀6与推杆7是连接为不可拆卸的整体，钢绞芯揉索11与杠杆9联动，推杆7使空气节流阀6沿外气道管体5内壁前后移动，来变动外气道2管口闭度大小，使流经外气道的气流流量可变即可改变内气道3喉管的分压气流对液体增压剂喷嘴4虹吸吸力大小，使液体增压剂汽化量随喉管分压气流的流量变化而变化；又能使吸入汽缸的空气，等于分别流过两气道的气流流量之和，以保持柴油机原有的进气总量不变。
钢绞芯揉索11的另一端(操纵端)与油门拉杆相连，在柴油机运转中，操纵油门，增加供油量的同时，也同步拉动揉索11联动控制杠杆9推动推杆7，控制空气节流阀6向缩小外气道气道管口方向移动，外气道2中的分压气流流量随之减小，气流经内气道3喉管的气流流量增加，流速加快，产生的负压虹吸吸力加大，从喷嘴4吸出液体增压剂的汽化量随之增大，雾化后与空气混合进入汽缸。反之，当油门减小时，对揉索11的拉力也同时减小，杠杆9联动，靠弹簧10的弹力推动推杆7，同步控制外气道2中的节流阀6滑向开大进气空间方向，因为双气道气压差的存在，使外气道分压气流流量增大，喉管中的气流流量减小，负压虹吸吸力减小，液体增压剂汽化喷量也相应变小，既液体增压剂汽化量与内气道3喉管的分压气流流量成正比，以实现液体增压剂汽化量同供油同步。参见图3，在增压剂喷嘴4连接通向管体5外装有液池壳体13，位于液池壳体13内的喷嘴4端部装有螺纹式半可调针阀22，并且该端部连通液池20 ;液池20顶部依次装有橡胶膜17与保护盖21，橡胶膜17与保护盖21用螺钉15固定在液池壳体13上，固定在橡胶膜17中心的承动件18连接带动绕中间轴转动的杠杆16，承动件18底部的弹簧置于下方凹槽内，杠杆16连接针阀14的尾端，针阀14前端通过增压剂管接12与增压剂管道相连通。液体增压剂经过输送管的管接12到达液面控制针阀14针孔，耐油橡胶膜17为I毫米厚度，用以封闭液池20，在流经内气道3喉管的气流流量发生变化时，由于大气压力作用，橡胶膜17受内气道喉管形成的负压差驱动，固定在橡胶膜17中心的组件18带动可绕中间轴转动的杠杆16，使液面控制针阀14受控，相应地开启和关闭针孔，维持液池20的液面，以补充喉管喷嘴4的液体增压剂喷量需要。当发动机停转，内气道3气流为零时，橡胶膜17静止，针阀14靠弹簧19的弹力，停在关闭针孔位置，切断增压剂进入液池的通道。橡胶膜外面用保护盖21保护，并用螺钉15紧固在液池壳体13上，以防止橡胶膜17损坏失灵。半可调针阀22为节油范围比例调节旋转半可调针阀22，左旋使液体增压剂浓度与空气的比例增加，节油量加大，反之减小。本汽化器的安装规格，均以柴油机进气管口的直径划分Φ 50mm Φ 60mm、Φ70ι πι Φ 80mm、Φ 100mm、乃至ΦΝ mm,形成本汽化器系列，在各种新、老不同型号和功率
的活塞压燃系列柴油机上，不论汽缸数目多少，也不论其排量大小，都可安装使用。作为规格选择参考，只要柴油机进气口直径与本汽化器外气道2末端的管口直径相等，对应选取相应口径，将本汽化器连接法兰23和管接I的两端，分别与柴油机空气滤清器，至发动机进气管口之间连接固定；钢绞芯揉索11的控制端与发动机油门拉杆相连、控制油门的同时，调整汽化器联动受控，联动同步后，将随机配备的液体增压剂箱固定在发动机上方，注入液体增压剂，启动柴油机，调整半可调针阀22确定节油范围，安装即告完成，调整与操作控制简捷方便，柴油机不必再作任何改动。
权利要求
1.一种柴油机液体增压剂，其特征是；它是由以下原料配制的液体，该增压剂的体积配比为 燃料乙醇70% 85% 过氧化氢 水9% 28% O.2%过碳酸钠水溶液1% 5% (W/V) 增压剂液体PH值为 6 7。
2 按照权利要求I所述的柴油机液体增压剂专用汽化器，包括设置在管体中的内气道、外气道，推杆、杠杆及揉索联动机构和增压剂自动控制机构，其特征是在与柴油机进气口连通的该汽化器空气进气管体中设有内、外双气道结构，内气道设计为截面呈双曲面喉管形，在内气道的喉管一侧曲面处装有增压剂喷嘴；管体内壁与喉管外壁形成的环状空间为外气道，在喉管端面的外气道进气端设置呈流线曲面的环状空气节流阀；空气节流阀连接推杆，使空气节流阀沿外气道管体内壁前后移动，推杆顶端设置与揉索控制端相联动的杠杆，揉索的操纵端与柴油机燃油泵油门控制拉杆相连接。
3.按照权利要求2所述的柴油机液体增压剂专用汽化器，其特征是在增压剂喷嘴连接通向管体外装有液池壳体，位于液池壳体内的喷嘴液体通道端部装有半可调针阀，并且该端部连通液池；液池顶部依次装有密封橡胶膜与保护盖，橡胶膜与保护盖固定在液池壳体上，承动件的一端固定在橡胶膜的中心，承动件的另一端与绕中间轴转动的杠杆的一端相连，承动件底部的弹簧置于下方凹槽内，杠杆另一端连接针阀的尾端，针阀前端与增压剂管道相连通。
全文摘要
本发明公开一种柴油机液体增压剂及专用汽化器装置，该增压剂是燃料乙醇、过氧化氢和过碳酸钠组成的水溶液，pH值为6～7。增压剂设备是采用双气道分压式汽化器装置，在与柴油机进气口连通的汽化器空气进气管体中设有内、外双气道结构，内气道截面呈双曲面喉管形，在内气道的喉管一侧曲面处装有增压剂喷嘴；管体内壁与喉管外壁形成的环状空间为外气道，在喉管端面的外气道进气端设置呈流线曲面的环状空气节流阀；连接推杆的节流阀沿外气道管体内壁前后移动，推杆顶端设置与揉索控制端相联动的杠杆，揉索的操纵端与柴油机油门控制拉杆连接。采用该技术能够使燃油节油率达到28.8％，既满足了柴油机低碳环保的排放要求，又达到节油降耗之功效。
文档编号C10L1/12GK102618334SQ201210031768
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者白东旭, 白玉堂 申请人:白东旭, 白玉堂