【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于汽車發動機節能，具體而言，涉及一種利用超聲波水霧與礦物顆粒制氫的發動機節能裝置和方法。
技術介紹
1、當前，內燃機驅動汽車在能源利用效率和環境污染方面仍存在不足之處，其主要原因在于內燃機驅動車輛時的實際工作效率較低。這意味著大部分燃料的能量未能有效轉化為機械能，其主要原因是內燃機在工作時存在熱損失、泵氣損失、燃燒損失和機械損失等。
2、為了提高內燃機效率，現有技術提出了多種方案，例如混合動力技術、啟停技術、氣缸噴水、egr（廢氣再循環）技術和可變壓縮比技術。這些技術在一定程度上改善了內燃機的工作效率并降低了排放，但此類技術存在結構復雜，成本較高。特別是不能有效地解決發動機部分負荷工況存在泵氣損失問題和大負荷工況油氣混合氣加濃造成的能量損失問題。
3、此外，熱損失占了總損失的大部分，它主要包括機體散熱和排氣熱能損失。為了保持機體正常工作，發動機需要通過冷卻介質對機體進行冷卻。為了進一步提高工質的熱功轉化效率，一些研究者提出了向氣缸或氣道噴水技術。如德國寶馬汽車則在寶馬1系的b38發動機采用了缸內噴水系統。上海汽車集團股份有限公司的專利cn117780528a提出了一種發動機噴水控制方法及裝置。氣道噴水就是用噴射器將水霧噴入進氣歧管，進氣歧管通過蒸發迅速變成水蒸氣。當水蒸發的時候，壓氣機后空氣的溫度會大負荷降低，從而降低進氣溫度，提升充氣效率，降低爆震傾向。
4、氣缸或氣道噴水技術可有效解決發動機熱損失問題，但是還需另外加裝一套高壓水噴射系統。這在結構布置上增加了難度，同時也增加了成
5、此外，為了進一步提高內燃機的熱功轉化效率，缸內混合氣燃燒速度需進一步加快，氫氣摻混技術被認為是提高內燃機燃燒效率和清潔度的有效手段。氫氣的燃燒速度是汽油和天然氣的7倍，研究表明，將氫氣摻入傳統內燃機中，不僅能加快燃燒速度，使燃燒過程更接近理想的等壓加熱循環，還能減少傳熱損失，提升熱能轉化為機械功的效率。
6、目前，內燃機摻氫技術主要有兩類實現方案。第一類是通過獨立的摻氫系統，該系統將氣態或液態氫存儲在車載儲氫罐中，并通過供氣比例控制裝置根據需要調整氫氣的摻混量。然而，該技術存在諸多問題：氣態氫需要高壓儲存，液態氫需極低溫環境，儲存和運輸設備必須具備高安全標準，導致系統復雜化且成本高昂。此外，儲氫罐和供氣裝置占用車輛有限空間，尤其是在小型乘用車上，安裝和布局困難。
7、第二類是通過車載制氫系統實時制取氫氣供內燃機使用。例如，專利cn201710766208.8，公開了一種基于微波重整甲烷蒸汽的車載制氫裝置，該專利的技術方案采用醇類重整技術通過催化反應將甲醇或乙醇等物質轉化為氫氣；專利cn202311312416.2，公開了一種氫氧助燃節能發動機，該專利的技術方案采用電解水技術分解水生成氫氣和氧氣。雖然這類技術避免了高壓儲氫的風險，簡化了儲存設備，但仍存在若干不足：首先，制氫設備本身結構復雜，技術要求高；其次，制氫過程需要額外的能量供應，無論是熱能還是電能，都會導致整體能效下降；最后，車載制氫設備占用較大空間，特別是在緊湊型車輛中影響結構布局。
8、綜上所述，現有的內燃機摻氫技術雖然在一定程度上提高了發動機效率和清潔性，但其復雜性和空間需求限制了其在乘用車等結構緊湊車輛上的廣泛應用，設計一種能夠解決上述問題的發動機節能的裝置和實施方法具有重要的意義。
技術實現思路
1、針對上述問題，本專利技術提供了一種利用超聲波水霧與礦物顆粒制氫的發動機節能裝置和方法。該裝置設計的原理可概括為“一瓶兩室，同液兩用”。一瓶兩室是指采用一個專用儲水瓶，通過安裝一個滲透隔板，將專用儲水瓶容積分隔成兩個分室，一個為超聲波水霧發生室，另一個是礦物顆粒制氫室，瓶中產生的水霧和氫氣可以在兩個分室之間自由流動。同液兩用是指專用儲水瓶中的水在兩個分室中發生不同的物理化學現象，生成兩種截然不同的物質，瓶中的水在兩個分室之間也可以自由流動。利用超聲波水霧發生器產生常溫水霧，利用微制氫礦物顆粒產生氫氣，在發動機進氣過程時與新鮮空氣一同被吸入發動機。氫氣加速燃燒過程，提高燃油燃燒的充分性和發動機效率；常溫水霧密度大，汽化吸熱能力更強，可以更好地降低進氣溫度，提高充氣效率。特別在發動機外特性時，可以避免油氣加濃，降低油耗。此外，還可以防止爆震，確保平穩燃燒，以及彌補進氣真空帶來的泵氣損失，提高燃油經濟性，減少有害氣體排放。
2、一方面，本專利技術提供一種利用超聲波水霧與礦物顆粒制氫的發動機節能裝置，包括專用儲水箱、微制氫礦物顆粒和超聲波水霧發生器；所述專用儲水箱內設有滲透隔板，所述滲透隔板將所述專用儲水箱分隔成超聲波水霧發生室和礦物顆粒制氫室；所述專用儲水箱內盛有水，礦物顆粒制氫室底部安放有所述微制氫礦物顆粒，所述微制氫礦物顆粒用于與水反應產生氫氣，所述專用儲水箱上設有與發動機進氣管連接的第一出氣口和與大氣環境連接的第二出氣口；
3、所述超聲波水霧發生器位于所述專用儲水箱超聲波水霧發生室的液面下方3mm—5mm處，用于將液態水霧化成常溫的氣態水霧，以使生成的水霧與氫氣在發動機吸氣過程中通過第一出氣口被氣缸吸入，并作為工質參與做功。
4、在優選實現方式中，進一步地，所述超聲波水霧發生器位于超聲波水霧發生室內，其內置有液位傳感器；所述第一出氣口位于所述超聲波水霧發生室的頂部，并通過霧氣出口瓶蓋進行密封，所述礦物顆粒制氫室的頂部設有第二出氣口，并通過制氫室瓶口蓋進行密封。
5、在優選實現方式中，進一步地，所述滲透隔板上設有排列整齊的細孔，其孔徑小于所述微制氫礦物顆粒的直徑，以便于水霧和氣體自由通過。
6、在優選實現方式中，進一步地，所述專用儲水箱還包括導管和注水管組件，所述導管的底部通過第二出氣口裝入礦物顆粒制氫室內，所述注水管組件底部插入導管內，其頂部從第二出氣口伸出，出口端部呈漏斗狀，并且在端部的柱狀部位安裝有空氣濾芯器。
7、在優選實現方式中，進一步地，所述注水管組件包括上注水管、下注水管和單向閥，所述上注水管和下注水管通過所述單向閥連接，所述空氣濾芯器安裝在上注水管的頂部，用于過濾進入專用儲水箱內的空氣，所述單向閥用于防止專用儲水箱中的水因罐內壓力過高而被擠壓出去。
8、在優選實現方式中，進一步地，所述超聲波水霧發生室和所述礦物顆粒制氫室的底部分別設有第一凹槽和第二凹槽，所述超聲波水霧發生器落座于第一凹槽內。
9、在優選實現方式中，進一步地，所述導管的管壁上布設數個細孔，其孔徑小于制氫礦物顆粒的直徑，所述導管的底端落座在第二凹槽內，導管頂端裝入制氫室瓶口，但不伸出瓶口。
10、在優選實現方式中，進一步地，還包括霧氣單向閥、電磁閥和霧氣輸出管；所述霧氣輸出管的兩端分別連接所述第一出氣口和發動機進氣管，在所述霧氣輸出管從第一出氣口端到發動機進氣管端依次設置有所述霧氣單向閥和所述電磁閥。
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【技術保護點】
1.一種利用超聲波水霧和礦物顆粒制氫的發動機節能裝置，其特征在于，包括專用儲水箱（1）、微制氫礦物顆粒（2）和超聲波水霧發生器（9）；所述專用儲水箱（1）內設有滲透隔板（7），所述滲透隔板（7）將所述專用儲水箱（1）分隔成超聲波水霧發生室和礦物顆粒制氫室；所述專用儲水箱（1）內盛有水，礦物顆粒制氫室底部安放有所述微制氫礦物顆粒（2），所述微制氫礦物顆粒（2）用于與水反應產生氫氣，所述專用儲水箱（1）上設有與發動機進氣管連接的第一出氣口和與大氣環境連接的第二出氣口；
2.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述超聲波水霧發生器（9）位于超聲波水霧發生室內，其內置有液位傳感器；所述第一出氣口位于所述超聲波水霧發生室的頂部，并通過霧氣出口瓶蓋（8）進行密封，所述礦物顆粒制氫室的頂部設有第二出氣口，并通過制氫室瓶口蓋（5）進行密封。
3.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述滲透隔板（7）上設有排列整齊的細孔，其孔徑小于所述微制氫礦物顆粒（2）的直徑，以便于水霧和氣體自由通過。
4.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在
5.根據權利要求4所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述注水管組件（4）包括上注水管（401）、下注水管（402）和單向閥（403），所述上注水管（401）和下注水管（402）通過所述單向閥（403）連接，所述空氣濾芯器（6）安裝在上注水管的頂部，用于過濾進入專用儲水箱（1）內的空氣，所述單向閥（403）用于防止專用儲水箱（1）中的水因罐內壓力過高而被擠壓出去。
6.根據權利要求5所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述超聲波水霧發生室和所述礦物顆粒制氫室的底部分別設有第一凹槽和第二凹槽，所述超聲波水霧發生器（9）落座于第一凹槽內。
7.根據權利要求6所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述導管（3）的管壁上布設數個細孔，其孔徑小于制氫礦物顆粒的直徑，所述導管（3）的底端落座在第二凹槽內，導管（3）頂端裝入制氫室瓶口，但不伸出瓶口。
8.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在于，還包括霧氣單向閥（10）、電磁閥（12）和霧氣輸出管；所述霧氣輸出管的兩端分別連接所述第一出氣口和發動機進氣管，在所述霧氣輸出管從第一出氣口端到發動機進氣管端依次設置有所述霧氣單向閥（10）和所述電磁閥（12）。
9.根據權利要求8所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述霧氣輸出管與發動機進氣管的連接端位于發動機節氣門之后。
10.一種采用權利要求1-9任意一項所述的發動機節能裝置的實施方法，其特征在于，具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種利用超聲波水霧和礦物顆粒制氫的發動機節能裝置，其特征在于，包括專用儲水箱（1）、微制氫礦物顆粒（2）和超聲波水霧發生器（9）；所述專用儲水箱（1）內設有滲透隔板（7），所述滲透隔板（7）將所述專用儲水箱（1）分隔成超聲波水霧發生室和礦物顆粒制氫室；所述專用儲水箱（1）內盛有水，礦物顆粒制氫室底部安放有所述微制氫礦物顆粒（2），所述微制氫礦物顆粒（2）用于與水反應產生氫氣，所述專用儲水箱（1）上設有與發動機進氣管連接的第一出氣口和與大氣環境連接的第二出氣口；
2.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述超聲波水霧發生器（9）位于超聲波水霧發生室內，其內置有液位傳感器；所述第一出氣口位于所述超聲波水霧發生室的頂部，并通過霧氣出口瓶蓋（8）進行密封，所述礦物顆粒制氫室的頂部設有第二出氣口，并通過制氫室瓶口蓋（5）進行密封。
3.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述滲透隔板（7）上設有排列整齊的細孔，其孔徑小于所述微制氫礦物顆粒（2）的直徑，以便于水霧和氣體自由通過。
4.根據權利要求1所述的發動機節能裝置，其特征在于，所述專用儲水箱（1）還包括導管（3）和注水管組件（4），所述導管（3）的底部通過第二出氣口裝入礦物顆粒制氫室內，所述注水管組件（4）底部插入導管（3）內，其頂部從第二出氣口伸出，出口端部呈漏斗狀，并且在端部的柱狀部位安裝有空氣濾芯器（6）。
5.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林宇鴻，楊漢乾，汪勇，李俊，梁繼超，
申請(專利權)人：中南林業科技大學，
類型：發明
國別省市：
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