本实用新型专利技术设计开发了一种分子膜式车用氮氧分离装置，包括涡轮增压器、氮氧分离器、进气阀门、出气阀门、负压泵、电控节流阀，所述涡轮增压器由汽车涡轮增压器中的涡轮驱动，将空气进行压缩，分别送到两路氮氧分离装置中，氮氧分离装置可将空气中的氧气进行分离，输出含氧量高的空气，经出气阀门供给发动机使用。两路氮氧分离装置交替工作，且当两路氮氧分离装置温度过高影响制氧效率时，通过控制电控节流阀开度，打开主进气管路正常提供空气，避免气路堵塞，发动机熄火。本实用新型专利技术所述的车用氮氧分离装置，通过两条支路交替工作，实现了向发动机不间断的提供高浓度氧气，以供燃料燃烧做功，提高燃料燃烧利用率。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及氮氧分离领域，特别涉及一种分子膜式车用氮氧分离装置。
技术介绍
随着经济发展，能源紧缺和环境污染也成为世界性难题，如何进一步提高内燃机效率、节约燃料、降低排放成为内燃机技术发展的重要方向之一；随着汽车技术的发展，内燃机技术，例如涡轮增压、高压缩比与抗震燃料、多点直喷、分层燃烧、稀薄燃烧、进排气调节、高能点火等各方面技术已经发展地非常成熟，内燃机热效率已经面临系统瓶颈；要进一步提高内燃机性能，通过调节可燃混合气的组分来辅助改善燃烧性能是发展的重要方向之一，例如富氢燃烧、富氧燃烧都可以极大地直接改善燃烧性能。随着氧气含量的提高，燃烧对于气缸材料的要求也越高，根据目前气缸材料的不同，富氧燃烧的氧浓度一般在31% -34%以下，富氧浓度还是较低的。因此，车载氮氧分离装置主要目标是从普通空气中实时地大量地分离出富氧浓度的空气。现有氮氧分离技术主要有变压吸附法、膜法分离、磁分离、离心分离等技术。目前市场上销售的采用变压吸附法的制氧机有装配工艺复杂，内部气管接口多，体积大，效率低，气密性差，制作成本高等缺点。膜法分离采用的有机分子膜遇油、水易失效，密封要求高。磁分离技术效率低，技术复杂。离心分离所需装置体积大，轴承磨损严重，工艺要求高。而在现有技术中，由于将空气中的氧气分离之后，分离装置的进气端氮气的浓度会升高，氧气的浓度大大降低，这也使分离装置的工作效率大大降低，所以需要暂停工作进行排气，这也使分离装置不能连续的工作，影响的分离效率。因此，车载富氧燃烧发动机必须要提供一种简洁高效的氮氧分离装置，来解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
为了解决了现有技术中氮氧分离装置工作一段时间后入口端氧气含量降低进而使分离效率降低的技术问题，本技术设计开发了一种分子膜式车用氮氧分离装置，提供了两套氮氧分离装置，它们能够交替工作，使处于非工作状态的氮氧分离器进行排除废气作业，以提高分离效率，并且提供了一个旁路及旁路流量控制方法，在氮氧分离器不能正常工作时通过旁路的供气确保发动机正常工作。本技术提供的技术方案为:一种分子膜式车用氮氧分离装置，包括:涡轮增压器，其由汽车发动机排出的尾气驱动，用于吸入空气并将空气压缩；氮氧分离器，其包括用于拦截氮气通过氧气的分子膜，所述氮氧分离器设置有两套，用于将空气中的氧气分离；进气阀门，其为三通阀门，设置有两套，所述进气阀门的进气端与所述涡轮增压器相连接，第一出气端与所述氮氧分离器相连接，所述两套进气阀门的进气端交替开启和关闭，实现两套氮氧分离器交替工作；出气阀门，其为三通阀门，所述出气阀门的两个进气端口分别与两套所述氮氧分离器连接，所述出气阀门出气端口连接汽车发动机，为发动机提供高含氧量的空气；负压泵，其由汽车发动机驱动，并且分别与两个所述进气阀门的第二出气端相连，所述进气阀门的第二出气端与进气端的开闭状态相反，使所述负压泵能够排出未工作氮氧分离器内的空气；分离控制器，其控制两套所述进气阀门第一出气端与第二出气端的开闭，并控制出气阀门使两路交替向发动机供氧，实现两套氮氧分离器交替工作；其中，在所述氮氧分离器的前端和后端均串联安装有氧浓度传感器、温度计、压力计，用于测量空气在进入氮氧分离器前和经氮氧分离器分离后的温度、压力和氧气浓度。优选的是，所述涡轮增压器与发动机之间设置有主进气管路，所述主进气管路与所述氮氧分离装置并联，所述主进气管路上安装有电控节流阀，使空气不经氮氧分离装置而直接供给到发动机中。优选的是，所述的分子膜材料为氟代聚合物、或乙基纤维素、或甲基硅橡胶、或聚烯烃累化合物、或四甲基戊烯。优选的是，所述涡轮增压器由汽车发动机排出的尾气驱动。优选的是，所述负压泵由汽车发动机驱动。优选的是，所述涡轮增压器出口端还连接有中冷器和精细空气滤清器，用于为空气降温及去除空气中杂质。本技术的有益效果是:本技术所述的分子膜式车用氮氧分离装置，通过两条支路交替工作，实现了向发动机不间断的提供高浓度氧气，以供燃料燃烧做功，提高燃料燃烧利用率。该装置结构简单，体积小，各部分连接均为柔性连接，故易于布置，占用空间小，易于实现车内安装。同时气密性好，由于涡轮增压器起到空气压缩机的作用，发动机进气管真空度起到了抽气泵的作用，提高了分子膜两侧压力差，提高了制氧效率。另外负压泵的参与工作保证了分子膜的可靠还原，利用两路分子膜和负压泵的配合工作实现了发动机的连续供氧。由于各部分零件均易于获得，因此极大地降低制造成本与工艺难度。解决了现有氮氧分离装置体积大、制氧效率低、气密性差、制造成本高以及制造工艺复杂等技术问题。【附图说明】图1为本技术所述的氮氧分离装置原理示意图。图2为本技术所述的发动机驱动负压泵工作结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1、图2所示，本技术提供了一种分子膜式氮氧分离装置，包括涡轮增压器101、氮氧分离器，即分子膜106、进气阀门110出气阀门107、负压泵108、电控节流阀113。其中，分子膜106的材料可为氟代聚合物、乙基纤维素、甲基硅橡胶、聚烯烃累化合物、四甲基戊烯等有机化合物。出气阀门107为三通阀门，出气阀门107的两个端口分别与两个氮氧分离器连接，另一端口连接汽车发动机109，为发动机109提供高含氧量的空气；负压泵108分别与两个氮氧分离器相连，用于排出氮氧分离器及连接管路中的气体；电控节流阀113安装在发动机主进气管路上，用以向发动机109直接提供空气。进气阀门110为三通阀门，包括三个端口，这三个端口分别与涡轮增压器110、分子膜106、负压泵108相连，分子膜106将空气中氧气分离出后输送到出气阀门107中。涡轮增压器101为汽车废气涡轮增压器的涡轮机，发动机109燃烧可燃混合气做功，燃烧后的废气经由排气歧管115排入排气总管后推动布置在排气总管内的涡轮增压器101的涡轮端高速旋转，以此带动同轴连接的涡轮增压器101的压气端高速旋转，将进气管内的空气加压后由柔性送气管102经中冷器114降温后，送入精密空气滤清器111。中冷器114是涡轮增压的配套件，空气进入涡轮增压器101后温度会大幅升高，密度也相应变小，而中冷器114正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器114的冷却，再进入发动机109中，有利于提高发动机109的换气效率。主进气管路连接中冷器114出口与发动机109进气入口端，如果是柴油机，则连接发动机进气道，如果是汽油机，则连接发动机节气门。额外增加的精密空气滤清器111能够将空气中的杂质和水分滤除，避免分子膜106堵塞失效。压缩空气经过精密空气滤清器111后，经由氧浓度传感器103，温度计104，压力计105，通过进气阀门110送入分子膜106。其中进气处的氧浓度传感器103，温度计104，压力计105用于检测空气在进入氮氧分离器前的温度、压力和氧气浓度。在出气阀门107和发动机之间也设置有氧浓度传感器103，温度计104，压力计105，用于检测分离后空气的温度、压力和氧气浓度。进气阀110门一端连接分子膜106，一端连接进当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分子膜式车用氮氧分离装置，其特征在于，包括：涡轮增压器，其由汽车发动机排出的尾气驱动，用于吸入空气并将空气压缩；氮氧分离器，其包括用于拦截氮气通过氧气的分子膜，所述氮氧分离器设置有两套，用于将空气中的氧气分离；进气阀门，其为三通阀门，设置有两套，所述进气阀门的进气端与所述涡轮增压器相连接，第一出气端与所述氮氧分离器相连接，所述两套进气阀门的进气端交替开启和关闭，实现两套氮氧分离器交替工作；出气阀门，其为三通阀门，所述出气阀门的两个进气端口分别与两套所述氮氧分离器连接，所述出气阀门出气端口连接汽车发动机，为发动机提供高含氧量的空气；负压泵，其由汽车发动机驱动，并且分别与两个所述进气阀门的第二出气端相连，所述进气阀门的第二出气端与进气端的开闭状态相反，使所述负压泵能够排出未工作氮氧分离器内的空气；分离控制器，其控制两套所述进气阀门第一出气端与第二出气端的开闭，并控制出气阀门使两路交替向发动机供氧，实现两套氮氧分离器交替工作；其中，在所述氮氧分离器的前端和后端均串联安装有氧浓度传感器、温度计、压力计，用于测量空气在进入氮氧分离器前和经氮氧分离器分离后的温度、压力和氧气浓度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王军年，刘鹏，王治强，王庆年，孙娜娜，张垚，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22
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