汽车发动机在线增氧助燃装置及方法与流程

本发明属于发动机技术领域，涉及增氧助燃方向，具体涉及一种汽车发动机在线增氧助燃装置及方法。

背景技术：

发动机是将空气和燃油按比例混合，雾化成混合油气，混合油气被汽缸吸入，通过活塞运动，压缩燃烧，产生高压，推动活塞运动。因此，发动机汽缸的燃烧比，是发动机燃油使用量的关键。众所周知，所有内燃机的燃油利用率，只有1/3，有2/3的燃油被化作废气，最终通过尾气管道排出。以汽油机为例：汽车的空燃比是14.7/1，发动机是先设定好汽缸的容积，再利用油化器，将空气和汽油，按14.7/1的比例，雾化成混和油气，进入发动机里，供发动机燃烧。所以，设计发动机时，以最大程度的设定，供发动机做功。

发动机的燃油供给量是在常温和定好汽缸容积后，按燃油的空燃比14.7:1设定的。按1立方米空气计算：根据物质密度公式：ρ＝M/V，ρ为密度，M为质量，V为体积，空气密度为1.29kg/m³，1立方米的空气质量为1290g，汽油的空燃比是：14.7:1，1290g/14.7＝87.75g，也就是说，1立方米的空气能燃烧87.75g燃油，而1kg空气的含氧量是21％，因此，1立方米空气的含氧质量：(1290g*21％)/87.75g＝3.08g，也就是说3g氧气燃烧1g汽油。同时，汽油的热值是：4.6×10⁷J/kg，1立方米空气的燃油所做的功为4.04×10⁹焦耳。

实际上，空气的体积会受到不同压强和温度影响而变化的，进入发动机汽缸里的空气，体积会随着汽缸温度的升高而膨胀，发动机做功时，汽缸温度会升高，受气缸温度的影响，进入汽缸的空气，只能是膨胀后的空气，称膨胀空气。发动机做功时，根据理想气体状态方程：P₁*V₁/T₁＝P₂*V₂/T₂，P₁与P₂为汽缸压力，二者相等，V₁为汽缸气体体积，V₂为膨胀空气的体积，T为热力学温度T＝t+273.15，T1我们取273.15K，气缸的进气温度为400℃，V₂＝(T₂/T₁)*V₁＝2.46V₁。(T₁采用0摄氏度，即T₁＝273.15K，T₂采用气缸的进气温度为400℃，即T₂＝673.15K)

汽缸温度升高到400℃，由上式计算得出空气的体积膨胀了2.46倍，1立方米空气膨胀后的体积为2.46立方米，但是其质量不变，1立方米膨胀空气的质量为524.4g，含氧量为524.4g*21％＝110g，1立方米膨胀空气的燃烧比：524.4g/14.7＝35.67g，也就是说，1立方米膨胀后的空气只能燃烧35.67g燃油，但是发动机运转还是按照已设定的空燃比供油，仍供87.75g汽油，两者燃油之比35.67/87.75*100％＝40％，两者的氧气之比：110/270.9*100％＝40％，从以上得知，因发动机的温度升高，汽缸里的燃油会有60％因缺少氧气而浪费。

此外，由于发动机排气阻力等原因，每次排气终止时，汽缸的气体压力高于大气压约110MP，大约有10％的废气残留在气缸内，残余空气是不含氧的。汽缸每次进气终止时，汽缸内的空气就是10％的残余废气加进入的膨胀空气之和。故，汽缸内的膨胀空气是524.4－52.4＝472g，同时，燃烧比经过计算为32，1立方米汽缸的膨胀空气的汽油所做的功为4.6×10⁷*32/1000＝1.472×10⁶J，含氧量为99g，燃油量之比为：32g/87.75g*100％＝36％，功率之比为36％。

按每立方米空气比例，进入发动机汽缸里的燃油，只有36％的被利用做功，有64％的因为缺少氧气燃烧被浪费，不能燃烧的燃油化成废气被发动机排出，造成了尾气污染。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种汽车发动机在线增氧助燃装置及方法，通过生物酶催化反应在线产氧，从而提高发动机内混合油气的含氧比例，从而使发动机内燃油充分燃烧，从而提高机动车动力性，改善燃油经济性，同时实现节能减排，减少机动车尾气污染。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种汽车发动机在线增氧助燃装置，包括过氧化氢储罐、氧气发生器、脱水部和进气歧管，氧气发生器内存储有过氧化氢酶，过氧化氢储罐连通氧气发生器在氧气发生器生产氧气，氧气发生器接通脱水部，脱水部连通进气歧管，进气歧管输送空气和氧气到发动机内。

上述装置中，所述过氧化氢储罐的出口通过液体管道连通氧气发生器，液体管道上设置有微型液压泵，汽车发动机在线增氧助燃装置还包括微机控制器，微型液压泵连接微机控制器，氧气发生器上设置有入口喷头，液体管道的输出端连接入口喷头。所述脱水部包括旋转分离器和脱水硅胶，旋转分离器连接氧气发生器，旋转分离器的出口连接脱水硅胶，脱水硅胶的出口接通进气歧管。所述氧气发生器内设置有复合载体材料，过氧化氢酶固定在复合载体材料上。所述过氧化氢储罐和氧气发生器的外部安装有循环水系统。所述脱水和进气歧管之间设有湿敏传感器和氧气流量计，湿敏传感器和氧气流量计连接微机控制器。所述入口喷头下设置有入口喷头压力传感器，入口喷头压力传感器连接微机控制器。所述入口喷头内设有由入口喷头压力调节器，入口喷头压力调节器连接微机控制器。

一种汽车发动机在线增氧助燃的方法，所述方法内容包括：利用过氧化氢酶和过氧化氢溶液反应实现在线产氧，然后将氧气通过输送管道送到发动机中，实现燃料充分燃烧。

上述方法中，所述方法具体内容为储存过氧化氢溶液在过氧化氢储罐内，过氧化氢储罐通过液体管道连通到氧气发生器，液体管道上设有微型液压泵控制过氧化氢的流量，氧气发生器上设有入口喷头，氧气发生器生成的氧气依次经过旋转分离器和脱水硅胶，脱水后将干燥的氧气送入到发动机进气歧管，供燃料燃烧使用。

本发明有益效果是:本发明通过生物酶高效催化反应在线产氧，从而提高发动机内混合油气的含氧比例，从而使发动机内燃油充分燃烧，从而提高机动车动力性，改善燃油经济性，同时实现节能减排，减少机动车尾气污染。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的汽车发动机在线增氧助燃装置的工作原理示意图。

图2是本发明的具体实施方式的汽车发动机在线增氧助燃装置的工作原理框图。

图3是本发明的具体实施方式的汽车发动机的结构简图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种汽车发动机在线增氧助燃装置及方法，在线增氧助燃装置包括过氧化氢储罐1、氧气发生器7、脱水部、微机控制器和进气歧管，氧气发生器7内存储有过氧化氢酶，过氧化氢储罐1的出口通过液体管道连通氧气发生器7，液体管道上设置有微型液压泵2，将过氧化氢溶液泵入到氧气发生器7，过氧化氢储罐1连通氧气发生器7在氧气发生器7生产氧气，氧气发生器7接通脱水部，脱水部连通进气歧管，进气歧管输送空气和氧气到发动机内。

微型液压泵2连接微机控制器，微机控制器接收微型液压泵2的电机转速传感器数据，氧气发生器7上设置有入口喷头3，液体管道的输出端连接入口喷头3。入口喷头3下设置有入口喷头3压力传感器和入口喷头3压力调节器，入口喷头3压力传感器和入口喷头3压力调节器连接微机控制器。过氧化氢储罐1采用现在通用的安全储罐设计，温度控制在安全范围内，具有保温绝热、防止双氧水分解的作用。过氧化氢溶液通过开关进入氧气发生器7，在氧气发生器7上端入口处安装有喷头，使得过氧化氢溶液能够喷洒而出，增大其与固定化的过氧化氢酶的接触面积，加快化学反应速率。双氧水大量分解温度为50℃以上，过氧化氢酶的最适温度为30-40℃。为了充分考虑季节和海拔所导致的环境温度的改变，我们在储罐和氧气发生器7在外围加装连接微机控制器的循环水系统和温度反馈器，当温度高于要求后，与发动机连接的冷却系统开启，为体系降温；当温度低于要求温度时，循环水系统开启加热。温度反馈器用来实时反馈体系的温度值，达到精准控制。

氧气发生器7内设置有复合载体材料，过氧化氢酶固定在复合载体材料上。过氧化氢酶通过包埋法的方法固定到载体材料上。目前，常用的载体有聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)。PVA具有稳定性高、机械强度高、抗微生物分解等优势，但由于黏度高而在形成凝胶珠体时比较困难，而且孔径致密，不利于底物进出；SA凝胶含水率高，制备简单，但其凝胶孔隙尺寸大，易造成酶泄露，且凝胶珠机械强度较差，致使使用率不高。我们的设计中所采用的载体是PVA-SA复合载体材料，其固定化酶的效果良好、生物相容性好、安全无毒、操作简单、成本低廉，适用于固定过氧化氢酶。

脱水部包括旋转分离器4和脱水硅胶5，旋转分离器4连接氧气发生器7，旋转分离器4的出口连接脱水硅胶5，脱水硅胶5的出口接通进气歧管，脱水部用来除去氧气中的水分。除水过程如下，初步除水在氧气发生器7中实现，当过氧化氢溶液与固定化的过氧化氢酶充分反应后，产物中的大部分水会通过氧气发生器7的下端出水口被收集起来。二次除水是通过旋转分离器4实现的，一般由气体吹入旋转分离器4，高速旋转的气流使水受离心力的作用被抛向器壁，并沿器壁按螺旋线下落至底部，然后被收集，较纯净的氧气则由分离器的出口溢流而出。最后，含有少量水蒸气的氧气通过脱水硅胶5以除去其中的水蒸气，使最终进入进气歧管的氧气不含水蒸气。在脱水硅胶5和进气歧管的连接管道上依次设有连接微机控制器的湿敏传感器6和氧气流量计8。发动机的进气总管13上设有空气滤清器15、涡轮机16、中冷器17和进氧浓度传感器18，进氧浓度传感器18连接微机控制器，氧气流量计8实时监测增氧装置产生的氧气量、进氧浓度传感器实时监测进入发动机的总氧气浓度，当含量不足时，微机控制器调节微型液压泵2将过氧化氢溶液喷洒至氧气发生器7中使其发生反应产氧。发动机上设有曲轴11、排气总管10、飞轮12，内部设有各个气缸14，发动机连接有油耗仪22、汽油泵21、汽油滤清器20和油箱19，排气总管10的输出端设有排气管9。

一种汽车发动机在线增氧助燃的方法，方法内容包括：利用过氧化氢酶和过氧化氢溶液反应实现在线产氧，然后将氧气通过输送管道送到发动机中，实现燃料充分燃烧。具体内容为储存过氧化氢溶液在过氧化氢储罐1内，过氧化氢储罐1通过液体管道连通到氧气发生器7，液体管道上设有微型液压泵2控制过氧化氢的流量，氧气发生器7上设有入口喷头3，氧气发生器7生成的氧气依次经过旋转分离器4和脱水硅胶5多级脱水，脱水后将干燥的氧气送入到发动机进气歧管，供燃料燃烧使用。同时利用氧气流量计8和控制器控制微型液压泵2泵入氧气发生器7中的过氧化氢溶液量，达到在线增氧的目的。

在线增氧助燃装置包括均与微机控制器连接的车速传感器、启动信号、温度传感器、入口喷头3压力传感器、微机控制器、微型液压泵2电机控制器、旋转分离器4电机控制器、压气机电机控制器、入口喷头3压力调节装置及温控水循环系统，微机控制器连接微型液压泵2即是表示连接微型液压泵2电机控制器。

工作时，储罐和氧气发生器7的外围有循环水系统和温度反馈器，当温度高于要求后，与发动机连接的冷却系统开启，为体系降温；当温度低于要求温度时，循环水系统开启加热。氧气发生器7和进氧浓度传感器与微机控制器一起发挥精准调节控制作用，启动信号会传输至微机控制器，开启整个调节控制系统。当进氧浓度传感器检测到进入进气总管13的氧气含量不足时，智能控制体系反馈调节微型液压泵2将过氧化氢溶液从过氧化氢储罐1中泵至氧气发生器7中，从而产生氧气。氧气流量计8将实时通过管道的总氧气含量反馈给微机控制器，车速传感器将实时车速反馈给微机控制器以实现不同车速下氧气的不同需求量的调节控制，液压泵电机转速传感器将液压泵的转速实时反馈给微机控制器，实现对泵入的过氧化氢溶液量的控制，微机控制器分别将反馈得到的信号传输给液压泵电机控制器、旋转分离器4电机控制器、压气机电机控制器，用以调节控制原料进料量、旋转分离器4除水量和压气机的工作情况。氧气从氧气发生器7产出后，在其中进行初步除水，然后再经旋转分离器4二次除水，最后经过脱水硅胶5进行最后的除水处理，湿敏传感器6和旋转分离器4电机控制器与微机控制器相连，保证供给的氧气符合进气标准。

加装增氧装置后，我们将进氧含量按照22％来进行计算，为了便与相互比较，我们将燃油的空燃比还是定为14.7:1，空气量也按1立方米空气来计算，参照上面的计算方法和数据，1立方米膨胀空气的燃烧比仍为35.67g，1立方米膨胀后的空气只能燃烧35.67g，1立方米膨胀空气的含氧量524.4g*22％＝115.37g，发动机仍按原空燃比供油，仍供87.75g，两者燃油之比：35.67/87.75*100％＝40％，两者的氧气之比为115.368g/270.9g*100％＝42.5％，从以上计算分析可以看出，加装增氧装置，增加1％的氧气进量，会增加占总量约2.5％的燃油燃烧做功。

考虑排气阻力存在，计算方法与上述4.1相同，汽缸内的膨胀空气是524.4－52.4＝472g，同时，燃烧比经过计算为32，1立方米汽缸的膨胀空气的汽油所做的功为4.6×107*32/1000＝1.472×10⁶J，含氧量为103.84g，与设计的含氧量之比：103.84g/270.9g*100％＝38.33％，燃油量之比为38.33％。按每立方米空气比例，进入发动机汽缸里的燃油，有38.33％的被利用做功，减少因不能燃烧而造成浪费的燃油量为2.3％。

汽车的油耗定义为汽车行驶100km的耗油量，我们将油耗量按10升计算，将汽车年行驶距离按1万公里计算，原耗油量为1000L，实际用于燃烧做功的燃油为400L，经加装增氧装置改造后，实际用于燃烧做功的燃油可达423L，每百公里节约耗油量为0.5L，年节省燃油约54.4L。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。