一种电磁式车用氮氧分离装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及车用制氧技术领域，特别涉及一种电磁式式车用氮氧分离装置。
【背景技术】
[0002] 随着经济发展，能源紧缺和环境污染也成为世界性难题，如何进一步提高内燃机 效率、节约燃料、降低排放成为内燃机技术发展的重要方向之一；随着汽车技术的发展， 内燃机技术，例如涡轮增压、高压缩比与抗震燃料、多点直喷、分层燃烧、稀薄燃烧、进排气 调节、高能点火等各方面技术已经发展地非常成熟，内燃机热效率已经面临系统瓶颈；要 进一步提高内燃机性能，通过调节可燃混合气的组分来辅助改善燃烧性能是发展的重要 方向之一，例如富氢燃烧、富氧燃烧都可以极大地直接改善燃烧性能。随着氧气含量的提 高，燃烧对于气缸材料的要求也越高，根据目前气缸材料的不同，富氧燃烧的氧浓度一般在 31 % -34%以下，富氧浓度还是较低的。因此，车载氮氧分离装置主要目标是从普通空气中 实时地大量地分离出富氧浓度的空气。
[0003] 现有氮氧分离技术主要有变压吸附法、膜法分离、磁分离、离心分离等技术。目前 市场上销售的采用变压吸附法的制氧机有装配工艺复杂，内部气管接口多，体积大，效率 低，气密性差，制作成本高等缺点。膜法分离采用的有机分子膜遇油、水易失效，密封要求 高。磁分离技术效率低，技术复杂。离心分离所需装置体积大，轴承磨损严重，工艺要求高。
[0004]因此，车载富氧燃烧发动机必须要提供一种简洁高效的氮氧分离装置，来解决现 有技术中存在的问题。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提供了一种电磁式氮氧分离装置，能够快速高效地将空气中的氮气和 氧气分离，进而为发动机的燃烧过程提供高含氧量的空气，以提高燃烧效率。
[0006] 本实用新型提供的技术方案为：
[0007] -种电磁式车用氮氧分离装置，包括：
[0008] 涡轮增压器，其用于吸入空气并将空气压缩；
[0009] 氮氧分离器，其内设置有磁场发生装置，所述磁场发生装置产生梯度磁场，以拦截 流过所述梯度磁场的空气中的氧气，完成氮气和氧气的分离，所述氮氧分离器将分离后的 富氧空气提供给汽车发动机并将富氮空气排出；
[0010] 其中，所述涡轮增压器与所述氮氧分离器相连通，为所述氮氧分离器提供空气源。
[0011] 优选的是，所述磁场发生装置包括上下平行布置的两个磁铁，所述两磁铁左右磁 极相反，之间形成空气流通通道，所述流通通道中部的磁场强度大于两端的磁场强度。
[0012] 优选的是，其特征在于，所述磁场发生装置包括直流电源和上下平行布置的两个 电磁铁，所述两个电磁铁的导电线圈均缠绕在中部，并与所述直流电源的正负极相连，所述 两个电磁铁导电线圈中电流的方向相反。
[0013] 优选的是，所述磁场发生装置还包括电流放大电路，所述电流放大电路包括三极 管和电阻，实现对电磁铁供电电流的放大控制作用。
[0014] 优选的是，其特征在于，所述电磁铁线圈两端连接有限流电阻和二极管，以消除两 个电磁铁产生的感应电动势。
[0015] 优选的是，所述氮氧分离器空气入口端、富氧空气出口端和富氮空气出口端均连 接有可控阀门及流量计，以检测和控制空气的流量。
[0016] 优选的是，所述涡轮增压器与所述氮氧分离器之间还设置有氧浓度传感器、温度 计、压力计，分别用来测量进入到氮氧分离器前空气的氧浓度、温度及压力。
[0017] 优选的是，所述氮氧分离器与汽车发动机之间还设置有氧浓度传感器、温度计、压 力计，分别用来测量氮氧分离器为发动机提供富氧空气的氧浓度、温度及压力。
[0018] 优选的是，其特征在于，所述涡轮增压器由汽车发动机排出的尾气驱动。
[0019] 优选的是，所述涡轮增压器出口端还连接有中冷器和空气滤清器，用于为空气降 温及去除空气中杂质。
[0020] 本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的电磁式车用氮氧分离装置，应用了 电磁学理论中粒子运动规律与电磁技术，大大降低了使用永磁铁进行氧提纯时的装置体 积，同时由于电磁铁磁力远高于同体积永磁铁数十倍，故所需装置体积小，因而更易于布 置，易于实现车载。由于其磁力大小可由通电导线内电流控制，因此改变电路中电流就可以 实现对磁场整体强度的控制，从而控制发动机进气的氧浓度，实现了装置可控性的要求。另 外由于各零部件均易于获得，因而极大地降低了制造成本与加工难度。氧浓度提高，提高了 发动机的燃料燃烧利用率，增加发动机功率，提高热效率。与现有技术相比，该车载电磁氮 氧分离装置具结构简单、制造成本低、装置体积小、氧提纯效果佳、浓度可控、使用寿命高等 特点。
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型所述的电磁式车用氮氧分离装置总体连接示意图。
[0022] 图2为本实用新型所述的氮氧分离器分离原理示意图。
[0023] 图3为空气在均匀磁场和梯度磁场的运动规律示意图。
[0024] 图4为本实用新型所属的磁场发生装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明 书文字能够据以实施。
[0026] 如图1所示，本实用新型提供了一种电磁式车用氮氧分离装置，包括涡轮增压器 1006和与之连接的氮氧分离器1015,涡轮增压器1006由汽车发动机1014排除的尾气驱 动，为涡轮增压器1006提供动力，将空气进行压缩后提供给氮氧分离器1015。氮氧分离器 1015内设置有磁场发生装置，所述磁场发生装置能够产生梯度磁场，以拦截流过所述梯度 磁场的空气中的氧气，完成氮气和氧气的分离，氮氧分离器1015将分离后的富氧空气提供 给汽车发动机1014并将富氮空气排出。
[0027] 作为一种优选的，所述磁场发生装置包括上下平行布置的两个磁铁，两磁铁左右 磁极相反，之间形成空气流通通道，所述流通通道中部的磁场强度大于两端的磁场强度，因 此在流通通道中产生梯度磁场。
[0028]根据电磁学理论中的粒子运动规律：氮、氧分子具有不同的磁敏?感性。氧分子体 积磁化率为1. 91 X 1(T6,氮分子体积磁化率为-2. 23 X 1(T9。体积磁化率为正值代表具有顺 磁特性，为负值代表具有逆磁特性。体积磁化率绝对值的大小可以反映其在磁场中受磁场 力作用的大小。故氧气具有顺磁特性，氮气具有逆磁特性。梯度磁场对氧分子的拦截作用， 而在均匀磁场中氮氧分子不受磁力作用，因而会使氧分子在梯度磁场区域内富集。氮、氧 分子在梯度磁场中受力及运动方向如图2所示，在上下两磁铁间磁场分布呈中部磁场强度 大，两端磁场强度小，因而形成了磁场梯度。匕、F N分别表示氮、氧分子所受的磁场力，V :为 气体流入磁场时的速度，V'为气体向两侧溢散速度，VpVm分别为氧氮分子最终速度方向。 由于氧分子具有顺磁特性，因而在梯度磁场中会和受到指向磁场大小增强的方向的力。氧 分子受力大小可由以下公式确定：
【主权项】
1. 一种电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，包括： 涡轮增压器，其用于吸入空气并将空气压缩； 氮氧分离器，其内设置有磁场发生装置，所述磁场发生装置产生梯度磁场，以拦截流过 所述梯度磁场的空气中的氧气，完成氮气和氧气的分离，所述氮氧分离器将分离后的富氧 空气提供给汽车发动机并将富氮空气排出； 其中，所述涡轮增压器与所述氮氧分离器相连通，为所述氮氧分离器提供空气源。
2. 根据权利要求1所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述磁场发生装置 包括上下平行布置的两个磁铁，所述两磁铁左右磁极相反，之间形成空气流通通道，所述流 通通道中部的磁场强度大于两端的磁场强度。
3. 根据权利要求1或2所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述磁场发生 装置包括直流电源和上下平行布置的两个电磁铁，所述两个电磁铁的导电线圈均缠绕在中 部，并与所述直流电源的正负极相连，所述两个电磁铁导电线圈中电流的方向相反。
4. 根据权利要求3所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述磁场发生装置 还包括电流放大电路，所述电流放大电路包括三极管和电阻，实现对电磁铁供电电流的放 大控制作用。
5. 根据权利要求3或4所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述电磁铁线圈 两端连接有限流电阻和二极管，以消除两个电磁铁产生的感应电动势。
6. 根据权利要求1所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述氮氧分离器空 气入口端、富氧空气出口端和富氮空气出口端均连接有可控阀门及流量计，以检测和控制 空气的流量。
7. 根据权利要求6所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述涡轮增压器与 所述氮氧分离器之间还设置有氧浓度传感器、温度计、压力计，分别用来测量进入到氮氧分 离器前空气的氧浓度、温度及压力。
8. 根据权利要求6所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述氮氧分离器与 汽车发动机之间还设置有氧浓度传感器、温度计、压力计，分别用来测量氮氧分离器为发动 机提供富氧空气的氧浓度、温度及压力。
9. 根据权利要求7或8所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在于，所述涡轮增压器 由汽车发动机排出的尾气驱动。
10. 根据权利要求1、2、4、6、7、8中任一项所述的电磁式车用氮氧分离装置，其特征在 于，所述涡轮增压器出口端还连接有中冷器和空气滤清器，用于为空气降温及去除空气中 杂质。
【专利摘要】本实用新型设计开发了一种电磁式车用氮氧分离装置，包括涡轮增压器和氮氧分离器，所述氮氧分离器内设置有磁场发生装置，所述磁场发生装置产生梯度磁场，以拦截流过所述梯度磁场的空气中的氧气，完成氮气和氧气的分离，所述氮氧分离器将分离后的富氧空气提供给汽车发动机并将富氮空气排出。本实用新型应用电磁学理论中的粒子运动规律，充分利用电磁铁磁场强度远远高于永磁铁的特点，极大地改善了现有制氧装置体积大，布置困难，与采用永磁铁时氧浓度增量低的缺点。其装置结构简单，制造成本与加工难度低，工艺简单，制造容易，易于实现量产，易于实现车载。
【IPC分类】C01B13-02, F02M25-12, B01D53-00
【公开号】CN204493021
【申请号】CN201520129023
【发明人】王军年, 刘鹏, 王庆年, 王治强, 孙娜娜, 张垚
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月6日