一種電磁式車用氮氧分離裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車用制氧技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁式式車用氮氧分離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源緊缺和環(huán)境污染也成為世界性難題，如何進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī) 效率、節(jié)約燃料、降低排放成為內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一；隨著汽車技術(shù)的發(fā)展， 內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，例如渦輪增壓、高壓縮比與抗震燃料、多點直噴、分層燃燒、稀薄燃燒、進(jìn)排氣 調(diào)節(jié)、高能點火等各方面技術(shù)已經(jīng)發(fā)展地非常成熟，內(nèi)燃機(jī)熱效率已經(jīng)面臨系統(tǒng)瓶頸；要 進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)性能，通過調(diào)節(jié)可燃混合氣的組分來輔助改善燃燒性能是發(fā)展的重要 方向之一，例如富氫燃燒、富氧燃燒都可以極大地直接改善燃燒性能。隨著氧氣含量的提 高，燃燒對于氣缸材料的要求也越高，根據(jù)目前氣缸材料的不同，富氧燃燒的氧濃度一般在 31 % -34%以下，富氧濃度還是較低的。因此，車載氮氧分離裝置主要目標(biāo)是從普通空氣中 實時地大量地分離出富氧濃度的空氣。
[0003] 現(xiàn)有氮氧分離技術(shù)主要有變壓吸附法、膜法分離、磁分離、離心分離等技術(shù)。目前 市場上銷售的采用變壓吸附法的制氧機(jī)有裝配工藝復(fù)雜，內(nèi)部氣管接口多，體積大，效率 低，氣密性差，制作成本高等缺點。膜法分離采用的有機(jī)分子膜遇油、水易失效，密封要求 高。磁分離技術(shù)效率低，技術(shù)復(fù)雜。離心分離所需裝置體積大，軸承磨損嚴(yán)重，工藝要求高。
[0004]因此，車載富氧燃燒發(fā)動機(jī)必須要提供一種簡潔高效的氮氧分離裝置，來解決現(xiàn) 有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種電磁式氮氧分離裝置，能夠快速高效地將空氣中的氮氣和氧氣 分離，進(jìn)而為發(fā)動機(jī)的燃燒過程提供高含氧量的空氣，以提高燃燒效率。
[0006] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0007] -種電磁式車用氮氧分離裝置，包括：
[0008] 渦輪增壓器，其用于吸入空氣并將空氣壓縮；
[0009] 氮氧分離器，其內(nèi)設(shè)置有磁場發(fā)生裝置，所述磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度磁場，以攔截 流過所述梯度磁場的空氣中的氧氣，完成氮氣和氧氣的分離，所述氮氧分離器將分離后的 富氧空氣提供給汽車發(fā)動機(jī)并將富氮空氣排出；
[0010] 其中，所述渦輪增壓器與所述氮氧分離器相連通，為所述氮氧分離器提供空氣源。
[0011] 優(yōu)選的是，所述磁場發(fā)生裝置包括上下平行布置的兩個磁鐵，所述兩磁鐵左右磁 極相反，之間形成空氣流通通道，所述流通通道中部的磁場強(qiáng)度大于兩端的磁場強(qiáng)度。
[0012] 優(yōu)選的是，其特征在于，所述磁場發(fā)生裝置包括直流電源和上下平行布置的兩個 電磁鐵，所述兩個電磁鐵的導(dǎo)電線圈均纏繞在中部，并與所述直流電源的正負(fù)極相連，所述 兩個電磁鐵導(dǎo)電線圈中電流的方向相反。
[0013] 優(yōu)選的是，所述磁場發(fā)生裝置還包括電流放大電路，所述電流放大電路包括三極 管和電阻，實現(xiàn)對電磁鐵供電電流的放大控制作用。
[0014] 優(yōu)選的是，其特征在于，所述電磁鐵線圈兩端連接有限流電阻和二極管，以消除兩 個電磁鐵產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。
[0015] 優(yōu)選的是，所述氮氧分離器空氣入口端、富氧空氣出口端和富氮空氣出口端均連 接有可控閥門及流量計，以檢測和控制空氣的流量。
[0016] 優(yōu)選的是，所述渦輪增壓器與所述氮氧分離器之間還設(shè)置有氧濃度傳感器、溫度 計、壓力計，分別用來測量進(jìn)入到氮氧分離器前空氣的氧濃度、溫度及壓力。
[0017] 優(yōu)選的是，所述氮氧分離器與汽車發(fā)動機(jī)之間還設(shè)置有氧濃度傳感器、溫度計、壓 力計，分別用來測量氮氧分離器為發(fā)動機(jī)提供富氧空氣的氧濃度、溫度及壓力。
[0018] 優(yōu)選的是，其特征在于，所述渦輪增壓器由汽車發(fā)動機(jī)排出的尾氣驅(qū)動。
[0019] 優(yōu)選的是，所述渦輪增壓器出口端還連接有中冷器和空氣濾清器，用于為空氣降 溫及去除空氣中雜質(zhì)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述的電磁式車用氮氧分離裝置，應(yīng)用了電磁學(xué)理 論中粒子運動規(guī)律與電磁技術(shù)，大大降低了使用永磁鐵進(jìn)行氧提純時的裝置體積，同時由 于電磁鐵磁力遠(yuǎn)高于同體積永磁鐵數(shù)十倍，故所需裝置體積小，因而更易于布置，易于實現(xiàn) 車載。由于其磁力大小可由通電導(dǎo)線內(nèi)電流控制，因此改變電路中電流就可以實現(xiàn)對磁場 整體強(qiáng)度的控制，從而控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的氧濃度，實現(xiàn)了裝置可控性的要求。另外由于各零 部件均易于獲得，因而極大地降低了制造成本與加工難度。氧濃度提高，提高了發(fā)動機(jī)的燃 料燃燒利用率，增加發(fā)動機(jī)功率，提高熱效率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該車載電磁氮氧分離裝置 具結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、裝置體積小、氧提純效果佳、濃度可控、使用壽命高等特點。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明所述的電磁式車用氮氧分離裝置總體連接示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明所述的氮氧分離器分離原理示意圖。
[0023] 圖3為空氣在均勻磁場和梯度磁場的運動規(guī)律示意圖。
[0024] 圖4為本發(fā)明所屬的磁場發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種電磁式車用氮氧分離裝置，包括渦輪增壓器1006 和與之連接的氮氧分離器1015,渦輪增壓器1006由汽車發(fā)動機(jī)1014排除的尾氣驅(qū)動，為渦 輪增壓器1006提供動力，將空氣進(jìn)行壓縮后提供給氮氧分離器1015。氮氧分離器1015內(nèi) 設(shè)置有磁場發(fā)生裝置，所述磁場發(fā)生裝置能夠產(chǎn)生梯度磁場，以攔截流過所述梯度磁場的 空氣中的氧氣，完成氮氣和氧氣的分離，氮氧分離器1015將分離后的富氧空氣提供給汽車 發(fā)動機(jī)1014并將富氮空氣排出。
[0027] 作為一種優(yōu)選的，所述磁場發(fā)生裝置包括上下平行布置的兩個磁鐵，兩磁鐵左右 磁極相反，之間形成空氣流通通道，所述流通通道中部的磁場強(qiáng)度大于兩端的磁場強(qiáng)度，因 此在流通通道中產(chǎn)生梯度磁場。
[0028]根據(jù)電磁學(xué)理論中的粒子運動規(guī)律：氮、氧分子具有不同的磁敏?感性。氧分子體 積磁化率為1. 91XKT6,氮分子體積磁化率為-2. 23X1(T9。體積磁化率為正值代表具有順 磁特性，為負(fù)值代表具有逆磁特性。體積磁化率絕對值的大小可以反映其在磁場中受磁場 力作用的大小。故氧氣具有順磁特性，氮氣具有逆磁特性。梯度磁場對氧分子的攔截作用， 而在均勻磁場中氮氧分子不受磁力作用，因而會使氧分子在梯度磁場區(qū)域內(nèi)富集。氮、氧 分子在梯度磁場中受力及運動方向如圖2所示，在上下兩磁鐵間磁場分布呈中部磁場強(qiáng)度 大，兩端磁場強(qiáng)度小，因而形成了磁場梯度。匕、Fn分別表示氮、氧分子所受的磁場力，V:為 氣體流入磁場時的速度，V'為氣體向兩側(cè)溢散速度，VpVn分別為氧氮分子最終速度方向。 由于氧分子具有順磁特性，因而在梯度磁場中會和受到指向磁場大小增強(qiáng)的方向的力。氧 分子受力大小可由以下公式確定：
【主權(quán)項】
1. 一種電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，包括： 渦輪增壓器，其用于吸入空氣并將空氣壓縮； 氮氧分離器，其內(nèi)設(shè)置有磁場發(fā)生裝置，所述磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度磁場，以攔截流過 所述梯度磁場的空氣中的氧氣，完成氮氣和氧氣的分離，所述氮氧分離器將分離后的富氧 空氣提供給汽車發(fā)動機(jī)并將富氮空氣排出； 其中，所述渦輪增壓器與所述氮氧分離器相連通，為所述氮氧分離器提供空氣源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述磁場發(fā)生裝置 包括上下平行布置的兩個磁鐵，所述兩磁鐵左右磁極相反，之間形成空氣流通通道，所述流 通通道中部的磁場強(qiáng)度大于兩端的磁場強(qiáng)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述磁場發(fā)生 裝置包括直流電源和上下平行布置的兩個電磁鐵，所述兩個電磁鐵的導(dǎo)電線圈均纏繞在中 部，并與所述直流電源的正負(fù)極相連，所述兩個電磁鐵導(dǎo)電線圈中電流的方向相反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述磁場發(fā)生裝置 還包括電流放大電路，所述電流放大電路包括三極管和電阻，實現(xiàn)對電磁鐵供電電流的放 大控制作用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述電磁鐵線圈 兩端連接有限流電阻和二極管，以消除兩個電磁鐵產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述氮氧分離器空 氣入口端、富氧空氣出口端和富氮空氣出口端均連接有可控閥門及流量計，以檢測和控制 空氣的流量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述渦輪增壓器與 所述氮氧分離器之間還設(shè)置有氧濃度傳感器、溫度計、壓力計，分別用來測量進(jìn)入到氮氧分 離器前空氣的氧濃度、溫度及壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述氮氧分離器與 汽車發(fā)動機(jī)之間還設(shè)置有氧濃度傳感器、溫度計、壓力計，分別用來測量氮氧分離器為發(fā)動 機(jī)提供富氧空氣的氧濃度、溫度及壓力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在于，所述渦輪增壓器 由汽車發(fā)動機(jī)排出的尾氣驅(qū)動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6、7、8中任一項所述的電磁式車用氮氧分離裝置，其特征在 于，所述渦輪增壓器出口端還連接有中冷器和空氣濾清器，用于為空氣降溫及去除空氣中 雜質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計開發(fā)了一種電磁式車用氮氧分離裝置，包括渦輪增壓器和氮氧分離器，所述氮氧分離器內(nèi)設(shè)置有磁場發(fā)生裝置，所述磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度磁場，以攔截流過所述梯度磁場的空氣中的氧氣，完成氮氣和氧氣的分離，所述氮氧分離器將分離后的富氧空氣提供給汽車發(fā)動機(jī)并將富氮空氣排出。本發(fā)明應(yīng)用電磁學(xué)理論中的粒子運動規(guī)律，充分利用電磁鐵磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于永磁鐵的特點，極大地改善了現(xiàn)有制氧裝置體積大，布置困難，與采用永磁鐵時氧濃度增量低的缺點。其裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本與加工難度低，工藝簡單，制造容易，易于實現(xiàn)量產(chǎn)，易于實現(xiàn)車載。
【IPC分類】C01B13-02, F02M25-12, B01D53-00
【公開號】CN104727991
【申請?zhí)枴緾N201510099114
【發(fā)明人】王軍年, 劉鵬, 王慶年, 王治強(qiáng), 孫娜娜, 張垚
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月6日