氢基发动机脱碳的系统及其方法
【专利说明】氢基发动机脱碳的系统及其方法
[0001]相关申请
本发明专利申请书对应于已经提交给中国知识产权局(SIPO)的相应实用新型申请，并且与该实用新型申请具有相同的申请日和优先权。
技术领域
[0002]该公开文本通常涉及利用氢给发动机脱碳的系统及其方法。该公开文本具体针对用于发动机脱碳的自动系统和过程，这是通过由电脑控制进入发动机的进气口通道的，来源于固态氢源或干氢源的氢的流量，以及为了提供对脱碳工艺的反馈，对发动机排气成分和/或参数(例如，空燃比，或λ)进行实时监控而共同实现的。
【背景技术】
[0003]在燃烧室中有氧化剂的情况下，通过燃烧燃料(例如，石油或烃基燃料)来操作内燃机，导致燃料转化为其他化学物质或燃烧产物，并产生了机械能和热能。在理想化的、具有完全效率的碳氢化合物燃烧的条件下，碳氢燃料将被完全燃烧，燃烧产物将是CO2和η2ο。遗憾的是，内燃机以(相当)有限的效率运行。因此，在燃烧室内产生了不完全燃烧副产品。随着时间的推移，不完全燃烧副产品例如碳、碳基、碳类，或是碳类物质沉积在暴露于燃烧气体的发动机单元的不同内表面上(例如，活塞头、气缸表面、发动机阀门表面、和排气通道表面)，该不完全燃烧副产品将会对发动机效率和/或性能产生不利影响。
[0004]存在多种发动机“脱碳”或“脱炭”技术，都是针对至少部分地移除沉积在发动机内表面上的不完全燃烧副产品。例如，能够结合或加入特定化学物质发动机的燃料或燃油，以便在发动机运作期间，这些所添加的化学物质能够与发动机沉积物发生化学反应，并部分移除(例如，逐步溶解)它们，该特定的化学物质是已知的能与各种碳氢化合物沉积发生化学反应或液化各种碳氢化合物沉积的物质。另一种脱碳方法是，在发动机运作期间有意地将氢引入发动机的燃烧室，该方法更加有效且对环境无害。被引入的氢与发动机内表面上的燃烧副产品发生化学反应，产生与正常的排气流一起排出发动机单元的化学物质。
[0005]现有的氢基脱碳系统利用电解水方式而产生的氢，换言之，就是通过电流将H2O分解为&和02。这样的氢可以被称为“氢氧混合气”或“湿氢”。更具体地说，现有的氢基脱碳系统包括一个水贮存器，电流通过该水贮存器生成氢氧混合气。根据发动机功率，以预定的时间量(例如，20分钟或40分钟)向发动机的进气通道(例如，经由一根常见的排气再循环软管，一根与刹车系统真空口或软管相连接的真空管，或另一条路径)提供氢氧混合气，在这之后发动机就被视为“脱碳” 了。
[0006]尽管传统的脱碳系统和技术提供了一既定程度的发动机效率和/或性能比率，但是关于发动机是否真正地以有效的、几近理想的或所期望的最优的方式脱碳，这样的系统和技术还不能提供足够的信息。存在着对一种对改良后的发动机脱碳系统和技术的需求。
【发明内容】
[0007]与该公开文本一致的各种实施例都针对系统架构、系统、装置、单元、设备、过程和模块(例如，软件或程序指令模块)，用于通过将氢(例如，从至少一个固态氢源提供)引入发动机，在一种或更多类型的内燃机上可控地执行脱碳或脱碳工艺，与脱碳工艺监控和/或反馈控制相结合，例如，该监控和/或反馈控制是实时的、近实时的或周期性的(例如有规律的取样间隔)，该周期性依据以一个或多个排气成分和/或参数(例如，空燃比或λ )的测量为基础。根据该公开文本的实施例可以进行脱碳工艺的发动机，通常适用于几乎任何种类的路基运输车辆例如客运汽车、出租汽车、卡车/货车、或电单车/摩托车/踏板车/全地形车辆，但是还能另外或选择性地适用于几乎任何其他类型的机器(例如，基于活塞的内燃机航空器、割草机、或其他类型的机器)，该机器具有一台发动机，在该发动机中，由于不完全/低效的燃烧，长期沉积了或积累了碳、碳基、碳类或烃基材料或物质。
[0008]根据该公开文本的一个方面，发动机脱碳的过程包括:确定一个第一发动机脱碳工艺参数的初始设置，该初始设置适用于第一发动机；以及根据该第一发动机执行第一发动机脱碳工艺，该第一发动机脱碳工艺包括:根据第一发动机脱碳工艺参数的初始设置，在第一发动机运行时将干氢引入第一发动机；当干氢被引入第一发动机时，自动测量第一发动机排气成分；以及当干氢被引入第一发动机时，基于测量后的排气成分，自动确定一组入值，每一个λ值都对应于第一发动机的一个空燃比。
[0009]在许多实施例中，将干氢引入第一发动机意味着将干氢从干氢源释放到第一发动机中，而不是将氢氧混合气引入第一发动机。
[0010]该发动机脱碳工艺参数的初始设置包括干氢流速、压力和/或体积，以及能够额外地或选择性地包括一个第一时期，该第一时期以第一发动机类型、第一发动机功率、第一发动机里程表读数，和/或一组对应于第一发动机的初步λ值为基础。
[0011]该过程可以包括调整干氢的流速，以根据发动机脱碳参数建立初始的干氢流速或压力，该干氢来源于干氢源。该过程还可以包括确定干氢源的温度，干氢从该干氢源被引入第一发动机；以及在第一发动机脱碳工艺之前和/或期间调整干氢源的温度，以根据第一发动机脱碳工艺参数的初始设置建立或维持干氢流速或压力。
[0012]该过程还可以包括，基于至少一些已确定的λ值，确定一组第一发动机脱碳工艺参数的更新后的设置；以及根据该第一发动机脱碳工艺参数更新后的设置继续进行第一发动机脱碳工艺。根据该第一发动机脱碳参数更新后的设置继续进行第一发动机脱碳工艺，能够改变第一发动机燃烧状况，以便确定后的λ值至少接近一目标λ值范围，或者维持在该目标λ值范围内。
[0013]第一发动机脱碳工艺参数的更新后的设置可以包括一个更新后的干氢流速或压力。该第一发动机脱碳工艺参数的更新后的设置可以额外地或选择性地包括第二时期，该第二时期以第一发动机类型、第一发动机功率、第一发动机里程表读数、和/或一个或多个已经确定了的λ值为基础，该λ值是在将干氢引入第一发动机的期间，根据第一发动机脱碳工艺参数的初始设置确定的。
[0014]为第一发动机脱碳工艺确定第一发动机脱碳工艺参数的初始设置，可以包括:在一远程发动机脱碳管理系统接收第一发动机信息，该信息包括一个或多个第一发动机类型、第一发动机功率、第一发动机里程表读数，以及一组为第一发动机而确定的初步的入值；根据第一发动机信息，通过该远程发动机脱碳管理系统自动地确定第一发动机脱碳工艺参数的初始设置；以及自动地将第一发动机脱碳工艺参数的初始设置从该远程发动机脱碳管理系统传送到第一本地发动机脱碳单元，该发动机脱碳单元用于根据第一发动机脱碳工艺参数的初始设置将干氢引入第一发动机，并测量第一发动机排气成分。
[0015]该过程还可以包括，根据第二发动机执行第二发动机脱碳工艺，该第二发动机脱碳工艺包括:确定一组第二发动机脱碳工艺参数的初始设置；根据第二发动机脱碳工艺参数的初始设置，在第二发动机运行期间将干氢引入第二发动机；当干氢被引入第二发动机时，自动测量第二发动机排气成分；以及当干氢被引入第二发动机时，基于测量后的排气成分，自动确定一组λ值，每一个λ值都对应于第一发动机的一个空燃比。将干氢引入第二发动机并测量第二发动机排气成分，这一过程是通过第二本地发动机脱碳单元执行的，该第二本地发动机脱碳单元与第一本地发动机脱碳单元不同。该第一和第二发动机脱碳程序能够同时进行。
[0016]在一些实施例中，第一本地发动机脱碳单元存储了第一授权代码，并且第二本地发动机脱碳单元存储了第二授权密码。每一个第一和第二授权代码都是可传达给远程脱碳管理系统的，以便通过该远程脱碳系统，分别自动查验该第一本地发动机脱碳单元和该第二本地发动机脱碳单元。
[0017]该过程还可以包括数据库的存储，该数据库与该远程发动机脱碳管理系统的历史发动机脱碳信息相关联。该过程还包括提供一基于网络的车辆制造界面，通过该车辆制造界面，车辆制造商可以使用脱碳工艺历史纪录，该脱碳工艺历史纪录对应于他们已经制造的车辆，和/或他们和/或其他制造商已经制造的所有类型的车辆。
[0018]根据该公开文本的一个方面，一个用于给发动机脱碳的系统包括一组发动机脱碳单元，每一个发动机脱碳单元包括:一氢流调节系统，该氢流调节系统可连接于干氢源；一氢输送管道，该氢输送管道连接于该氢流调节器并用于将干氢引入一台发动机；一发动机排气分析器，用于测量发动机排气成分，并且确定一组相应的λ值，每一个λ值都对应于该发动机的一个空燃比；以及一控制单元，根据发动机脱碳工艺参数的初始设置，当发动机运行时，该控制单元可控地将干氢引入发动机，其中该发动机脱碳工艺参数的初始设置以发动机类型、发动机功率、发动机里程表读数、和一组对应于该发动机的初步的λ值中的至少某些为基础。
[0019]每一个发动机脱碳系统的控制单元还可以用于调整进入该发动机的干氢流速，以改变发动机燃烧状况，以便于确定后的λ值至少接近一目标λ值范围，或维持在该目标λ值范围内。
[0020]每一个发动机脱碳单元都可以包括一组温度传感器和一台温度调节设备，该温度调节设备用于控制干氢源的温度。
[0021]在许多实施例中，该组发动机脱碳单元包括多个发动机脱碳单元，并且该系统还包括一个远程发动机脱碳管理系统，该远程发动机脱碳管理系统用于与每一个发动机脱碳单元的网络通讯，该网络通讯涉及:将一组对应于发动机的λ值从每一个发动机脱碳单元传达到该远程发动机脱碳管理系统，并且经历脱碳工艺，该发动机与发动机脱碳单元相关联；以及将一组更新后的发动机脱碳工艺参数从该远程发动机脱碳管理系统传达给每一个发动机脱碳单元，该组发动机脱碳工艺参数具体说明了干氢流速、压力、和/或体积，用以改变该发动机的燃烧状况，该发动机与发动机脱碳单元相关联，以便为发动机而确定的入值至少接近一个目标λ值范围，或维持在该目标λ值范围内。
[0022]该网络通讯可以额外地或选择性地涉及:将发动机信息传达给远程发动机脱碳管理系统，该发动机信息包括一个或多个发动机类型、发动机功率、发动机里程表读数、和一组对应于该发动机的初步的λ值，该发动机与发动机脱碳单元相关联；以及将一组初始发动机脱碳工艺参数从该远程发动机