一种基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统的制作方法

本实用新型涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统。

背景技术：

随着社会的发展，车辆耗能与日俱增，其节能降耗受到越来越多的关注。作为当下汽车发动机主流，内燃机燃烧石油产生的的能量仅有约40％转换为机械能，30％随废气损失，尾气余热回收利用是提高内燃机效率的重要途径。目前回收的一般方法，即利用余热发电，电力进入电池储存，用作附件电耗或者混合动力用能。但使用电池储电，其充放过程均会造成能量损失，使得余热回收的能量遭受损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统，以实现汽车尾气发电电力的高效清洁利用。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统，包括通过燃烧产生热量驱动斯特林发电机动作的内燃机，用于提供水电解所用电解电力的斯特林发电机，用于将斯特林发电机输出的电流进行整流输出直流电压的整流器，通过水电解反应形成电解产物--氢气和氧气—通过气体控制系统给内燃机的水电解槽。

还包括用于将内燃机的燃烧产物冷凝处理后输出到水电解槽内补充电解反应消耗的水的冷凝器。

所述气体控制系统包括一个具有三个导气管的进气管，包括外部空气的进入导气管，电解生成物进入的导气管以及混合气体排出到内燃机内的混合气体导气管，在进气管上具有一段截面突缩部，电解生成物进入的导气管接在截面突缩段上，这以使气体流速增大，压强降低，电解生成物因压差而被吸入进气管中，与空气混合后进入内燃机的燃烧室燃烧。

在电解生成物进入的导气管中安装一个单向阀，通过单向阀实现进气量及流向的控制，防止进气管内电解生成物气体因流速压强的关系返流进水电解槽内。

所述水电解槽包括进水口，正电极、负电极，用于氢气和氧气分别导出的两个气体出口；正电极、负电极设在水电解槽底两侧，分别与所述两个气体出口相对，进水口位于中部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以改善稀燃时燃料的稀燃性能，提升热效率。同时，电解水具有反应物与产物清洁无污染、可循环的优点；基于电解水原料及产物的清洁性，具有清洁高效、可循环利用的优点。

附图说明

图1所示为基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统的结构原理图；

图2所示为斯特林发动机的缸体的结构示意图；

图3所示为整流器的整流电路原理图；

图4所示为气体控制系统的原理图；

图5所示为水电解槽的结构原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统，是提供一种基于电解水的内燃机汽车尾气发电及利用系统，包括通过燃烧产生热量驱动斯特林发电机1动作的内燃机1，用于提供水电解所用电解电力的斯特林发电机2，用于将斯特林发电机2输出的电流进行整流输出直流电压的整流器3，用于将内燃机1的燃烧产物冷凝处理后输出到水电解槽5内补充电解反应消耗的水的冷凝器4，通过水电解反应形成电解产物--氢气和氧气—通过气体控制系统给内燃机1的水电解槽5；所述内燃机1与斯特林发电机2连接，所述斯特林发电机2与整流器3连接，所述整流器3与水电解槽5连接，所述水电解槽5与冷凝器4连接，所述冷凝系统4与内燃机1连接，所述内燃机1还与所述水电解槽5连接，以将水电解槽形成的电解产物氢气和氧气送入到内燃机1中使用，通过设置冷凝器，可利用形成的冷凝水补充电解槽消耗的水。

如图2所示，所述斯特林发动机为现有技术产品，其缸体包括缓冲腔12，设置在缓冲腔中的动力活塞9，由热腔6、配气活塞10组成的热腔-活塞系统以及由冷腔8、配气活塞杆11组成的冷腔-活塞系统，分别对应于高温吸热和低温放热过程，两个气缸内工质气体通过缝隙式回热器7连通。

本发明中，所述的斯特林发动机采用用单缸β型菱形传动机构的斯特林发动机，能保持活塞作直线运动，而且不受侧推力的作用，平衡性非常好，可基于电解所需功率，通过仿真研究得到小型斯特林发动机缸体的结构尺寸。

本发明中，具体的，所述斯特林发动机的配气活塞杆11连接次级永久磁铁，在初级线圈l1中往返运动，在次级线圈l2产生感应电流，由整流器整流后输出。

如图3所示，本发明中，整流器用于将磁耦合电感(magnetically-coupledinductive，mci)的次级线圈l2输出的感应电流整流输出直流电，变压器mci的初级线圈侧接收感应电流，所述的整流器包括主电路、滤波器和直流变压器；主电路为桥式整流电路，包括四个二极管d7，d8，d10，d11，其输出特性比较好。滤波器用来消除干扰杂讯，对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，从而得到纯净的直流电,之后通过直流变压器实现到一种直流电压到与之成正比的另一种或多种直流电压的变换,从而得到功率约为200w，电压约为12v的直流电。

如图4所示，本发明中，所述的气体控制系统安装在内燃机1的进气口处，为具有三个导气管的进气管，包括空气的进入管，电解生成物的导气管以及混合气体管，在进气管中增加一段截面突缩部分，电解生成物的导气管接在截面突缩段，这样会使气体流速增大，压强降低，所产生氢气因压差而被吸入进气管中，混合后进入燃烧室燃烧。在电解生成物的导气管中增加一个单向阀13，通过单向阀13实现进气量的控制，以防止瞬时气体产量过少，达不到最好的促进燃烧的效果，同时也能防止进气管内气体因流速压强的关系流进水电解槽内。

如图5所示，本发明中，所述水电解槽5包括进水口14，正电极17、负电极18，两个气体出口15、16，用于氢气和氧气分别导出；正电极17、负电极18设在水电解槽底两侧，分别与所述两个气体出口15、16相对，进水口位于中部。

为达到较好的导电效果，电解槽内的电解液为5％h2so4溶液19；为增强催化效果和提升电解速率，正负电极应使用铂网，在正负电极处通12v直流电；在pt电极的催化下，电解一定浓度的稀硫酸水溶液产生氢气、氧气。该电解系统产出氢气的速率约为1.5l/min。

为了规避安全隐患，产物氢氧分开，将氢气氧气分别通过导气管通入发动机进气管，通过单向阀实现进气量及流向的控制并提高装置安全性，以防止瞬时气体产量过少，达不到最好的促进燃烧的效果，以利用氢气提高火焰速度，替代部分燃料，从而达到提高热效率的效果，同时也能防止进气管内气体因流速压强的关系流进反应装置内。

本发明的工作过程为：内燃机1燃烧产生热量，余热达到一定温度后驱动单缸β型菱形传动机构的斯特林发动机2工作，初级线圈中的次级永久磁铁与斯特林发动机配气活塞杆11连接，在初级线圈中往返运动，产生感应电流。感应电流经整流电路转化为电压为12v的直流电，与电解槽中正负极相连。在pt电极的催化下，电解5％的稀硫酸水溶液产生氢气、氧气。为防止爆炸，将产物分别通过导气管通入发动机进气管，同时利用单向阀13控制气体流量和流向，以达到较好的促进燃烧的效果，并提高装置安全性。而在冷凝器4中得到的水，可补充电解消耗的水，实现系统产物与反应物的循环。

本发明利用内燃机余热发电，并利用电能电解产生氢气、氧气用于燃烧。汽油-氢气燃料燃烧与纯汽油燃料燃烧相比，加氢后发动机的综合热效率提高较明显，经济性改善可观,具有节能意义。

据测算，在中等转速(2000r/min左右)、中等负荷(60％负荷左右)下综合热效率的提高率约为7％～15％,在低转速、低负荷下综合热效率提高率约为14％～20％,在接近高转速、高负荷工况下综合热效率提高率约为3％左右。外特性曲线上最高综合热效率的提高率约为10％左右。加氢燃烧可以较多地节省汽油,具有节油意义。在中等负荷、中等转速下,汽油油耗率下降约为20％～25％；在低转速、低负荷下,汽油油耗率下降率约为20％～35％；在接近高负荷下汽油油耗率下降率约为5％～10％。当进气掺氢体积分数由0增加至1％时，汽油机稀燃极限所对应的过量空气系数由1.45被逐渐拓宽至1.55。

本发明的独创性在于改进尾气发电的方式，斯特林发动机的发电效率高；改进电力利用方式，通入氢气对内燃机效率具有显著提升，节能减排效果好，且具有清洁、可循环的特点。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在：

理想状态下的斯特林发动机工作过程类似卡诺循环，回收发电效率较高，可达到40％。将电力用于电解水，避免了储能过程中电力的损失，相反，将产物通入内燃机，却可以改善燃烧性能、降低油耗，实现回收的效率回升。汽油-氢气燃料燃烧与纯汽油燃料燃烧相比，加氢后发动机的综合热效率提高较明显，经济性改善可观,具有节能意义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。