专利名称：车辆发动机节能减排装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发动机节能环保领域，尤其是涉及一种车辆发动机节能减排
直O
背景技术：
通常，发动机包括活塞、连杆和曲轴。活塞在密封条件下在气缸内做往复直线运 动，活塞的直线运动通过连杆转化为曲轴的旋转运动。通过混合腔内的燃烧，燃料的化学能 转变为热能。气体膨胀力推动活塞向下运动，同时使曲轴旋转，从而产生执行工作的机械 能。目前车辆的燃烧技术产生大量的废气，因此造成环境污染。理论上能产生燃烧1 公斤汽油完全燃烧约需15公斤空气，即空燃比为15 1，这种空燃比的混合气称为标准混 合气，由于这个数值在实践中难以实现，所以又称为理论混合比例。发动机在不同工作状态 下要求的最佳的“空燃比”其实并不相同，如果发动机低速运转，发动机会空闲地转动，以较 低的速度驱动车辆。此外，如果发动机低速低负载运转，混合物会变得浓，气体压缩的压力 会减小，混合物的燃烧速度变慢。因此，由于压力减小和不充分燃烧，就会产生一氧化碳。另 外，由于气体温度降低，形成了很厚的急冷区域，从而产生碳氢化合物。因此，即使发动机在 低负载状态下正常地运转，也会排放有毒气体。只有当混合比例接近于理论混合比例的混 合物燃烧和排放时，因此，必须控制发动机，以使它的混合物比例接近理论混合比例，这在 技术上带来一些问题。此外，由于燃气的不完全燃烧，相当部分的燃料变成了一氧化碳、碳 氢化合物等废气排出，在污染环境的同时，还浪费了大量、宝贵的能源。因此，节能减排是当 前世界性的政治问题、经济问题和技术问题。
发明内容本实用新型克服现有技术中的不足，提供了一种为车辆发动机提供雾化燃料和氧 气混合物的一种车辆发动机节能减排装置，其中包含在空气中的氧气通过PSA变压吸附方 式与氮气分离，因此能获得纯度为93%以上的氧气，而且根据燃烧情况，自动调整，使其按 最佳比例配置的雾化燃料和氧气的混合物被输送至车辆发动机的燃烧室，并在车辆发动机 的燃烧室内充分燃烧，因此发动机消耗较少的燃料就能获得期望的输出功率。由于氮气预 先被去除了，因此在燃烧过程中氮氧化物、氮氧化合物的数量能减到最少；并且通过实现充 分燃烧，使由于燃烧不充分产生的一氧化碳和有毒气体能减到最少。为了解决上述技术的问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的车辆发动机 节能减排装置，是将变压吸附制氧器依次通过管道与储氧罐、压力调节器、气/水分离器连 接，水/气分离器通过氧气管与发动机连接，氧气温度控制单元通过氧气管与发动机连接， 氧气温度控制单元包括温度上升歧管，温度上升歧管的一侧设有压力调节器，温度上升歧 管下部和发动机的排放歧管连接，一氧化碳、碳氢化合物传感器安装于排放歧管中，一氧化 碳、碳氢化合物传感器通过电缆与控制单元连接，空气清洁器与氧气管连接，控制单元分别通过电缆与压力调节器和压力调节器连接，紧贴在排放歧管上的超声波雾化器依次通过输 油管与压力调节器和油罐连接，化气缸通过恒压气泵与发动机连接。本实用新型可以通过以下技术方案实现以上所述的变压吸附制氧器是将空气过 滤器通过空气输送管依次与空气压缩机、止回阀、吸附器连接，吸附器通过氧气输送管与储 氧罐连接，吸附器通过空气输送管与止回阀连接，止回阀与氮气排放管连接，止回阀通过电 缆与控制单元连接。本实用新型可以通过以下技术方案实现以上所述的控制单元是将信息采集器通 过电缆依次与单片计算机、控制信号驱动器连接。本实用新型也可以通过以下技术方案实现以上所述的吸附器是在圆筒内部装有 上、中、下三块分流板，上分流板与中分流板之间装沸石分子筛，中分流板与下分流板之间 装干燥剂，上分流板和吸附器输出端之间的氧气腔与下分流板和吸附器输入端之间的空气 腔的距离比为2-3倍。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是自适应方式向车辆发动机供给按照 最佳比例配合的氧气和雾化燃料的混合物，使它的混合物比例接近理论混合比例，达到了 节能减排目的。
图1是本实用新型的方块原理图。图2是本实用新型变压吸附制氧器1的方块原理图。图3是本实用新型吸附器22的内部结构示意图。图4是本实用新型控制单元5的方块原理图。在附图中1_变压吸附制氧器、2-储氧罐、3-压力调节器、4-水/气分离器、5-控 制单元、6-氧气管、7-空气清洁器、8-温度传感器、9-压力调节器、10-氧气温度控制单元、 11-温度上升歧管、12—氧化碳、碳氢化合物传感器、13-排放歧管、14-发动机、15-化气 缸、16-恒压气泵、17-超声波雾化器、18-油罐、19-压力调节器、20-氧气输送管、21-三通 阀、22-吸附器、23-止回阀、24-止回阀、25-空气过滤器、26-空气压缩机、27-空气输送管、 28-氮气排放管、29-吸附器输出端、30-上分流板、31-沸石分子筛、32-中分流板、33-干燥 剂、34-下分流板、35-吸附器输入端、36-单片计算机、37-信息采集器、38-控制信号驱动 器、Hl-氧气腔、H2-空气腔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述本实用新型提供 一种车辆发动机节能减排装置，其通过自适应方式向车辆发动机供给按照最佳比例配合的 氧气和雾化燃料的混合物，来减少由于不充分燃烧产生的有毒气体，从而能以低燃料消耗 获得很高的发动机输出功率，该一种车辆发动机节能减排装置包括变压吸附制氧器1，其 通过以预定压力将外界空气引入吸附器22来分离空气中的氧气和氮气，同时将与氮气分 离的氧气储存于储氧罐2内，而将氮气排出至外界；氧气管6与发动机14连通，以将储存 在储氧罐2内的氧气输送至发动机14的燃烧室内；压力调节器9和气/水分离器4，二者 依次和输送管连接，输送管将氧气管6和储氧罐2连接，压力调节器9在调节氧气压力的同时，通过氧气管6将储存在储氧罐2内的氧气输送至发动机14的燃烧室内，超声波雾化器 17对燃油进行雾化送至发动机14的燃烧室内；以及一氧化碳、碳氢化合物传感器12，其检 验通过排放歧管13的一氧化碳、碳氢化合物含量，并发送一个检验结果信号至电子控制单 元5，其中，电子控制单元5根据从一氧化碳、碳氢化合物传感器12传送来的信号，控制上述 单个元件，从而以优化的混合比例给发动机14的燃烧室输送氧气和雾化燃料。图1为本实用新型的一种实施方案，示出了装有自适应为车辆发动机提供按照最 佳比例配合的雾化燃料和氧气混合物的一种车辆发动机节能减排装置。首先，如图1所示， 从外界供给的进气通过变压吸附制氧器ι提取氧气送至储氧罐2内，氮气排出到外界。变压吸附制氧器1将空气中的氧气与氮气分离。下面对变压吸附制氧器1进行 详细描述。如图2变压吸附制氧器1结构图所示，变压吸附制氧器1包括空气过滤器25， 其用于净化由外界进入的空气；安装在过滤器一侧的空气压缩机26，其通过对进入的空气 施加预定压力输送由空气过滤器25进入的空气通过止回阀23a、23b送至多个吸附器22a、 22b，图中只仅示出了两个吸附器22a、22b。吸附制器22的外壁为铝合金圆筒，内部装有上、 中、下三块分流板，上分流板30与中分流板32之间为吸附器22的主体，其中装填有一定紧 密度供吸附分离空气用的沸石分子筛31，如图3吸附器22内部结构图所示，中分流板32与 下分流板34之间是干燥剂33。上分流板30与吸附器输出面29留有的距离空间分别为氧 气腔HI、下分流板34与吸附器输入面35留有的距离分别为空气腔H2，H1与H2之比为2. 5 倍。原料空气由吸附器22的吸附器输入端35进入，经干燥剂33去除水分后，进入沸石分 子筛31进行吸附分离，氮气被吸附在沸石分子筛31中，下一解吸附时刻作为废气通过止回 阀22a、22b由氮气输出管28排放到外界。氧气则由吸附器的顶端由三通阀21通过氧气输 送管20送入储氧罐2，其中一部分作为反吹气体清洗处于解吸状态的另一个吸附器。即变 压吸附制氧器1将燃烧所需要的氧气供给到发动机14。为此，变压吸附制氧器1将吸入空 气中包含的氧气与氮气分离，并将氧气供给发动机14，同时将氮气排放到外界。变压吸附制 氧器1不断地产生燃烧需要的氧气，并在控制单元5的控制下将氧气输送给发动机14。压 力调节阀3和气/水分离器4依次与氧气管6连接，从而将氧气管6与储氧罐2连接。压力调节器3通过氧气管6将储存于储氧罐2中的氧气输送到发动机14的燃烧 室内，在此其间，不断地调节输送至发动机14的燃烧室内的氧气压力。当氧气经过传输氧 气管6前，气/水分离器4分离氧气中的水。氧气管6连接空气清洁器7，因而当燃烧过程 中氧气不足时，通过给发动机14补充外界空气将氧气输入至发动机。排放歧管13的下游安装有一氧化碳、碳氢化合物传感器12，以检验经过排放歧管 13的一氧化碳、碳氢化合物的含量，并将检验结果信号发送至控制单元5。即一氧化碳、碳 氢化合物传感器12将有关一氧化碳、碳氢化合物含量的信息传输至控制单元5，通过这种 方式，控制单元5可根据从一氧化碳、碳氢化合物传感器12传输给它的信息控制上述单个 元件的工作。因此，在控制单元5的控制下，送入发动机14燃料室的氧气和雾化燃料混合 物具有优化的混合比例。如果外界空气由空气清洁器7进入发动机14，控制单元5可根据 从一氧化碳、碳氢化合物传感器12传输给它的信息按比例地混合空气和氧气，从而达到优 化的燃烧条件。如果必须在只有纯氧的条件下完成燃烧过程，控制单元5会完全隔离由空 气清洁器7进入的空气，这样只有纯氧进入发动机14的燃料室内。氧气温度控制单元10和氧气管6连接，以通过将进入发动机14内的氧气温度在任何外界环境下都维持在恒定水平，来提高燃烧效率。即如果无论外界环境温度如何，输送 至发动机内的氧气温度都恒定不变，则一氧化碳和碳氢化合物的量能减到最少。氧气温度控制单元10包括温度上升歧管11，在其一侧设置有压力调节器9，以通 过所述压力调节器9接受氧气管6内的部分氧气，所述温度上升歧管11的下部和所述发动 机14的排放歧管13连接，以通过加所述压力调节器9向其传输的氧气，而将经过加热的氧 气供给所述氧气管6 ；氧气温度控制单元10，用于选择性地打开/关闭所述温度上升歧管 11和所述氧气管6的内部通道；因此，如果氧气的温度较高于45°C以上，氧气温度传感器8 发送信息给控制器5，控制器5操作氧气温度控制单元10关闭温度上升歧管11的进口，从 而供给冷氧气。相反，如果氧气的温度较低于5°C以下，控制单元5操作氧气温度控制单元 10打开温度上升歧管11的进口，从而供给热氧气，以促进完全燃烧。通过这种方式，控制单 元5根据氧气的温度，通过对氧气温度控制单元10进行操作，以使冷氧气适当地与热氧气 混合，从而优化用于充分燃烧的氧气的温度。超声波雾化器17对液态燃油进行雾化，使燃 油更加易于燃烧。超声波雾化器17的输入通过输油管依次和压力调节器19及油罐18连 接，将燃油雾化后送到化汽缸15其通过恒压气泵16送入所述发动机14的燃烧室内。所述 超声波雾化器17紧贴排放歧管13使燃油加热，以便于燃油能够快速雾化，形成更加细小的 燃油微粒。下面是本实用新型的运行方式首先，变压吸附制氧器1的吸附器22a、22b轮流产 生氧气，g卩，当吸附器22a产生氧气时，另一个吸附器22b向外界排放氮气。因此，通过空气 过滤器25引入的纯净空气以空气压缩机26产生的预定压力空气经止回阀24a、24b分别送 入吸附器22a、22b。由吸附器输入端(35)进入空气腔H2，H2里的空气从下分流板34进入 空气干燥剂(33)干燥，干燥的空气通过中分流板(32)进入沸石分子筛31吸附后留下的氧 气通过上分流板30送入氧气腔Hl，氧气排放至吸附器输出端29经三通阀21通过氧气输送 管20排放至储氧罐2。然后，随着止回阀23a被打开，吸附器22a内的氮气通过氮气输出管 28排放到外界。其中一部分作为反吹气体清洗处于解吸状态的沸石分子筛31。这时，止回 阀23a关闭。同时，随着氮气止回阀23b被打开，吸附器22b将先前过程中吸入到其内的氮 气，通过氮气排放管28排放到外界。止回阀23b关闭。这样，变压吸附制氧器1不断地轮 流产生氧气。储存在储氧罐2内的氧气通过压力调节器3进入氧气管6。这时，与连接储氧 罐2和氧气管6的气/水分离器4去除氧气中的水。进入到氧气管6中的氧气被输送至发动机14。这时，一氧化碳、碳氢化合物传感器 12排放歧管13的一氧化碳、碳氢化合物含量，并发送一个检验结果信号至控制单元5。控 制单元5通过收信息采集器35收到来自一氧化碳、碳氢化合物传感器12的信号后，单片计 算机36根据一氧化碳、碳氢化合物传感器12传输的信息，通过控制信号驱动器38发送信 号，适当地将来自空器清洁器7的空气与氧气混合，从而获得优化的燃烧条件。如果必须在只有纯氧的条件下完成燃烧过程，控制单元5会完全隔离由空气清洁 器7进入的空气，这样只有纯氧进入发动机14的燃料室内，并在发动机13的燃烧室内和燃 料燃烧。另外，为了控制燃烧室内的温度和发动机转速，控制单元5调节进入发动机的燃烧 室内的氧气和燃料的量。这时，变压吸附制氧器1不断地轮流产生氧气，以补偿发动机14 内的氧气消耗。同时，安装于氧气管6—侧的温度上升歧管11将经过氧气管6内的氧气保 持在和热氧气的温度对应的恒定水平，从而提高燃烧效率。即，温度上升歧管11通过安装
6在其一侧的压力调节器9接收储存在氧气管6内的部分氧气，并通过与发动机14连接的排 气歧管13产生的热量加热这些氧气，然后将其输送到氧气管6。这时，氧气温度检测器8检 测通过氧气管6内的氧气温度信息给控制单元5，在控制单元5提供的控制下，用于打开/ 关闭温度上升歧管11进口的压力调节器9，将经过氧气管6内的冷氧气与由温度上升歧管 11供给的热氧气混合在一起，从而向发动机14的燃料室供给恒温氧气。即，如果这些氧气 的温度高于45°C，控制单元5根据通过氧气管6的氧气的温度控制控制器10的操作。温度 控制控制器10关闭温度上升歧管11的进口，从而供给冷氧气。相反，如果氧气的温度低于 5°C以下，控制单元5操作压力调节器9打开温度上升歧管11，从而输送热氧气促进燃烧。 超声波雾化器17将燃料雾化，恒压气泵16将雾化燃料送入发动机14燃烧室内。从前述内容可以看出，按照本实用新型，空气中含有的氧气通过变压吸附方式与 氮气分离，从而获得纯度为93%以上的氧气，按照最佳比例配合的燃料和空气的混合物进 入车辆发动机的燃烧室，并在车辆发动机的燃烧室内使雾化燃料充分燃烧，从而以低燃料 消耗获得期望的发动机输出功率，其中氮气预先被去除，因此在燃烧过程中氮氧化物的量 能减到最少；通过实现充分燃烧，由于不充分燃烧而产生的一氧化碳和有毒气体也能减到 最少，从而减少环境污染。另外，由于燃烧过程中使用了氧气和雾化燃料，因而对燃烧不起 作用的未燃燃料和惰性气体减少了，因此使燃烧效率达到最高，在燃烧室内每的氧气浓 度节省1-3%的燃料率。此外，无论外界环境如何，本发明能持续供给热氧气，因此一氧化碳 和碳氢化合物的总量能减到最少，并且提高了燃烧效率。本实用新型也可应用于除车辆发动机之外的各种燃油发动机。
权利要求一种车辆发动机节能减排装置，其特征在于变压吸附制氧器(1)依次通过管道与储氧罐(2)、压力调节器(3)、气/水分离器(4)连接，水/气分离器(4)通过氧气管(6)与发动机(14)连接，氧气温度控制单元(10)通过氧气管(6)与发动机(14)连接，氧气温度控制单元(10)包括温度上升歧管(11)，温度上升歧管(11)的一侧设有压力调节器(9)，温度上升歧管(11)下部和发动机(14)的排放歧管(13)连接，一氧化碳、碳氢化合物传感器(12)安装于排放歧管(13)中，一氧化碳、碳氢化合物传感器(12)通过电缆与控制单元(5)连接，空气清洁器(7)与氧气管(6)连接，控制单元(5)分别通过电缆与压力调节器(3)和压力调节器(9)连接，紧贴在排放歧管(13)上的超声波雾化器(17)依次通过输油管与压力调节器(19)和油罐(18)连接，化气缸(15)通过恒压气泵(16)与发动机(14)连接。
2.如权利要求1所述的车辆发动机节能减排装置，其特征在于变压吸附制氧器(1)是 将空气过滤器(25)通过空气输送管(27)依次与空气压缩机(26)、止回阀(24)、吸附器 (22)连接，吸附器(22)通过氧气输送管(20)与储氧罐(2)连接，吸附器(22)通过空气输 送管(27)与止回阀(23)连接，止回阀(23)与氮气排放管(28)连接，止回阀(23、24)通过 电缆与控制单元(5)连接。
3.如权利要求1或2所述的车辆发动机节能减排装置，其特征在于控制单元(5)是将 信息采集器(37)通过电缆依次与单片计算机(36)、控制信号驱动器(38)连接。
4.如权利要求2所述的车辆发动机节能减排装置，其特征在于吸附器(22)是在圆筒内 部装有上、中、下三块分流板(30、32、34)，上分流板(30)与中分流板(32)之间装沸石分子 筛(31)，中分流板(32)与下分流板(34)之间装干燥剂(33)，上分流板(30)和吸附器输出 端(29)之间的氧气腔(Hl)与下分流板(34)和吸附器输入端(35)之间的空气腔(H2)的 距离比为2-3倍。
专利摘要本实用新型公开了一种车辆发动机节能减排装置。属于发动机装置的技术领域。其用于解决车辆发动机费油和排污的问题。车辆发动机节能减排装置是由变压吸附制氧器依次通过管道与储氧罐、压力调节器、气/水分离器与发动机连接，氧气温度控制单元通过氧气管与发动机连接，温度上升歧管一侧设有压力调节器，其下部和发动机的排放歧管连接，传感器安装于排放歧管中，传感器通过电缆与控制单元连接，空气清洁器与氧气管连接，控制单元分别通过电缆与压力调节器和压力调节器连接，紧贴在排放歧管上的超声波雾化器依次通过输油管与压力调节器和油罐连接，化气缸通过恒压气泵与发动机连接组成。采用这种车辆发动机节能减排装置可广泛地应用于燃油发动机。
文档编号F02M25/12GK201739032SQ20102055950
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者景志刚 申请人:景志刚