[发明专利]内燃机引擎的加氢系统

说明书

技术领域

本发明是有关一种内燃机引擎的加氢系统，其主要在机体上直接生产氢气，并控制内燃机加氢的时机，以确实达到省油、减污的目的。

背景技术

由于车辆使用本身既是温室气体排放重要来源，同时又是高度倚赖石油的使用部门，故车辆节能减碳为重要政策方向。

一般的车辆用的内燃机引擎为达成良好的点火燃烧效率，车厂于内部设定其最佳的空燃比A值(空气与燃料的混合比率，通常为14.5-15.0)，在此数值下能使燃料发挥最大的燃烧效益。国际知名的汽车制造商在生产省油车辆时，在油、气混合上，以精确的控制系统使空燃比接近这最佳A值。

空燃比越高表示燃料的含量越少，越能省油，但常导致引擎不稳定及震荡，也欠缺足够的马力来行驶。当空燃比大于A值时，表示燃料为相对稀薄。则点火时引擎内为稀薄燃烧的状态。稀薄燃烧会延迟爆炸的时间，使引擎内发生爆震现象，以至于引擎运转不顺畅。当汽车的引擎发生爆震现象时，车辆会产生剧烈震动，导致引擎效率的下降，且有熄火的情况，对车体及车内系统容易因爆震而损坏。

油箱所送出的油与进气歧管输入的空气，在混合后进入引擎内点火燃烧、爆炸，而推动引擎内的活塞作功。在燃烧过程中约有1/3的燃料未燃烧完全，而随废气由排气管排出，造成污染。空燃比过低时，会发生燃料燃烧不完全的现象，使废气污染度较高，影响空气品质，有害环保。由于氢气的燃烧能阶极低(0.017MJ；汽油，0.29MJ)，快速燃烧而其火焰速度(3.2-4.4M/s)远比汽油的火焰速度(0.34M/s)快，因此，美国麻省理工学院的教授们在引擎内加氢，通过氢气的助燃以提高燃油在引擎的燃烧效率，使原来无法完全稳定燃烧的燃料瞬间燃烧殆尽，也免除引擎的爆震，更使排放的废气中含碳量降低，减少污染。即利用氢燃料辅助提高石油能源的效率与净化其排气，从而减低石油的消耗及温室气体排放。但困难是如何在行驶的车辆在车上连续提供安全而低廉的氢气。

现阶段的作法，所要的氢气一种来自高压氢气钢瓶或储氢罐，另一种来自水的电解或电浆重组(Plasma reforming)所产生的氢气。前者所用的储氢设备笨重，昂贵，储存量有限，无法长期连续使用，这些缺点限制了这方法的实用性。

电解水获得氢气的方法，有下列的缺点：

1)所产的氢气与氧气2比1的比例混合(67％氢气及33％氧气)，在氢气的自燃范围内(4-74％H2)，有爆炸的危险，

2)水电解所要的电力(4-5度/立方米氢气)间接来自燃油在引擎的运作所产，如果氢气量高则引起燃油的浪费，抵销氢气助燃的效益，如果注入的氢气量低，则效益不彰。故此方法也难于达成预期的效益。

以电浆重组方法取得氢气，必须抽用电池的电能，于车上将汽油转制氢气，来进行氢气的助燃。由美国麻省理工学院的研究人员所开发出，并由Arvin Meritor与德国汽车的汽车工程公司IAV改良的Hydrogen-Boosted Gasoline Engine通过车上产氢设备，添加15～30％氢气于现有汽车引擎，达成提升30％能源效率降低燃料成本，并且因为氢气的帮助使燃料更完全的燃烧，降低废气的排放量，更有效降低NOx的排放至几乎没有，这方法的设备复杂，昂贵，且其氢气浓度很低，约12-18％，效益有限。因此至今缺乏商业产品。

为突破上述三种方法的缺点及限制，在不改变原有内燃机结构情况下，本发明一方面以新颖的设备控制引擎的操作状态，满足氢气辅助燃料燃烧的条件。另采用一种特殊设计的甲醇重组氢气制造器，利用引擎废热生产氢气，注入引擎达成氢气助燃的效益20-30％。

发明内容

本发明主要目的在提供一种内燃机引擎的加氢系统，其配合预设的空燃比设定值，控制加氢时机及加氢的量，并改善稀薄燃烧造成内燃机发生震暴现象及运转不顺畅，确实达到省油的目的。

本发明次一目的在提供一种内燃机引擎的加氢系统，其通过最适化的空油比值，以及利用内燃机废热提供热源给甲醇重组氢气制造器，于机体上直接连续生产氢气，可节省氢气生产所需能源，并通过系统设备加以控制，并可使内燃机内的油气燃料完全燃烧，清除废气中的碳，以降低污染。

本发明第三目的在提供一种内燃机引擎的加氢系统，其由产氢设备的温度及自动调节进油量，使氢气的加入时段与进氢量配合引擎的状态加以最适化的控制，以避免稀薄燃烧的情形下发生引擎的震荡与磨损。