内燃机供水补助系统 本发明系涉及一种内燃机供水补助系统，尤指一种应用于汽油引擎之内燃机系统。
按，空气约含有20％氧与80％氮。若引擎能完全燃烧，则引擎排气将可完全转变为水与二氧化碳。然而，引擎内之燃烧通常为不完全燃烧，其中引擎内之油气并不能完全被转化为CO2与H2O，引擎之排气中通常含有CO与HC，而CO为一种毒性气体，其可致人于死。另，引擎内之燃烧为高温燃烧，因此其排气中通常含有氮氧化物NOx，此乃为光化学烟雾之形成重要因素。
综上所述，前述之排气污染物CO、HC与ZOx除了对人类健康有损害外，亦对环境生态有重大之影响，因此世界各国政府均致力于降低车辆之排放污染物浓度。
关于车辆排放物之控制可由三种途径来达成；(1)曲柄轴箱排放物控制系统；(2)汽油蒸发排气控制系统，以及(3)引擎排气控制系统。
请参阅附图1，该图显示出典型之汽车行驶速度与汽车所需之空燃比之关系图，如图所示，当汽车于启动时，因为引擎温度较低，故此时之油气含量较低，因此引擎需有较小之空燃比值(亦即汽油供给量需较大)，但此时之汽缸内燃烧效率并不佳，因此引擎将有大量之CO与HC之排出。如图所示，当汽车与中速行驶时(即20km/h～113km/hr)时，引擎之运转性能良好，引擎燃烧效率佳，因此CO与HC之排放量将减少，当引擎于高速运转时，则引擎所需空燃比值需较大，并且此时引擎温度较高，因此易发生爆震，同时亦使得ZOx之排气量大增。
为了减少汽车排放污染物HC、CO与ZOx浓度，现有的办法是利用电脑控制注入适当之燃油，使该燃油能较有效的被燃烧使用，达到减少汽车排气污染物浓度，减少汽车排放污染物，也可以由点火装置之设计之改进、降低引擎温度、增加油一汽之接触面积以改善燃烧效率、增加氧气供给量、或者改变引擎点火时间着手。而本发明系由改善油一汽之接触面积、增加氧气供给量与降低引擎燃烧效率着手，关于此部分之技术描述如下。
按，一般汽车行驶于较干燥区域，例如沙漠时，其所耗费之汽油量往往较高。反之，当行驶于较湿润地区，例如海边，则汽车所耗费之汽油量通常较小。由此一现象可得知湿度或水蒸气将会影响引擎之燃烧效率，其乃是因为汽油与水的比重不同，汽油的比重较水轻之故，所以不能溶合，雾化的汽油与水在进入燃烧室前，比重较轻的雾化汽油微粒会附着在雾化的水点微粒周围表面上，当水点微粒进入汽缸内时，水点微粒在高温与高压下将可蒸发膨胀，而将附着在外围的汽油微粒分裂或更细的汽油微粒，因使得汽油与空气之接触面积增加(即混合效率增加)，水中所含之气又能增加助燃作用，而使得燃烧更加完全，因此使得引擎马力提升而达到省油之效果，同时可减少汽缸之积碳，因而提高引擎使用寿命，故减低维修费用以达到经济效益，并且引擎排气之HC与CO大为减少。同时，因水具有降低引擎温度之作用，因此引擎所排放废气之NOx量将大为减少。
本发明系在针对传统之汽油引擎系统之特性加以改进其燃烧特性，以达到减少车辆排气污染物浓度的目的。
本发明之主要目的在于提供一种内燃机供水补助系统，其可装设于已出厂之汽车上，以达成改善该汽车之燃烧效率与降低该汽车之排气污染物浓度之目的。
本发明之另一目的即在提供一种内燃机供水补助系统，它可用于内燃机系统，以达到改善燃烧效率并且降低排气污染物浓度之目的。
本发明是这样实现的，依据前述的原理，设计一种内燃机供水补助系统，当该引擎在高速或高温运转下，可加入适量之水，以增进引擎之燃烧效率并且降低HC、CO与NOx之排放量。同时，为了更加增进引擎之燃烧效率，本发明中亦使用一种持续性之点火方法，其乃在原有点火装置之点火脉冲之间加入多个周期性之助燃点火脉冲，以增加引擎之燃烧效率(尤其在引擎启动时)，因而可更加地降低引擎之HC与CO排放量。
下面结合附图及实现例说明如后；
图1汽车速度与空燃比之关系图。
图2本发明内燃机供水补助系统之示意图。
图3本发明内燃机系统之供水补助系统之控制方法图。
图4本发明内燃机系统之供水补助系统之电脑控制单元之控制程序流程图。
图5A原有点火装置之点火脉冲图。
图5B本发明内燃机系统之点火方法示意图。
图中标号说明；
(10)供水补助系统 (12)大水箱
(14)小水箱 (16)输水管
(18)控制阀 (20)水量调节器
(22)三叉头 (24)EGR装置
(30)小水箱检知器 (32)给水泵
(40)继电器 (42)电压脉冲产生器
(44)放大电路 (46)高压线圈
(50)电脑控制单元 (60)大水箱水位检知器
(62)引擎水套水温检知器 (64)引擎转速检知器
(100)引擎
参阅附图2，本发明之内燃机供水补助系统之示意图。如图所示，本发明之内燃机供水补助系统10系与一汽油引擎100配合使用，该引擎可为任何形式之引擎。其中，该供水补助系统10主要包括有一供水装置，该供水装置包括有一小水箱14，该小水箱14之水系由一大水箱12来供给，该小水箱14中设置有一小水箱检知器30，当该小水箱14之水位低于一设定值时，一给水泵32将可被启动而将水由大水箱12供给至小水箱14中，并且该小水箱14连接有一输水管16，该输水管16中设置有一控制阀18，如电磁阀，该控制阀系由一继电器40来控制阀口之启闭，该继电器40系由一电脑控制单元50来控制，关于该电脑控制单元50将于下文中详述，该输水管16中亦设置有一手调之水量调节器20以控制水流输出量，该输水管16之末端则连接有一个三叉头22，该三叉头22之第二端则可连通至排气歧管，该三叉头22之第三端则连通至一EGR装置24，EGR装置系连接至该汽油引擎100，该EGR装置24之使用目的系为了降低NOx之排放量，因此水流可经由EGR装置24而与引擎之部分排气同时进入该汽油引擎100中，以增进引擎之燃烧效率并且降低排气之污染物(即CO、HC与NOx)浓度。
请参阅附图三，其中电脑控制单元50包括有；(a)输入埠，其可接收自大水箱水位检知器60，引擎水套水温检知器62，引擎转速检知器64，引擎温度设定电路E，以及引擎转速设定与调整电路F所传达之资讯，(b)中央处理单元(CPU)1，其系接受自输入埠L所传达之资讯，并且执行一控制程序J，该控制程序J可根据资料库K之内容而作逻辑判断，而输出控制命令；以及(c)输出埠M，其系接收中央处理单元1之命令而转换成一电气信号，以控制继电器40以及电压脉冲产生器42之动作，其中，继电器40可输出一电气信号至控制阀18，如电磁阀，该控制阀可控制输水管16之水流启闭，以将适当水量传输至EGR装置24中，该电压脉冲产生器42所产生之电气信号则经由一放大电路44而连接至点火装置之高压线圈46。
请参阅附图5A与附图5B，其中电压脉冲产生器42系在原有之点火装置之点火脉冲间加入多个周期性之助燃点火脉冲(或称助燃电压脉冲)，以增进引擎之燃烧效率，并且达成降低排气污染物浓度。
请参阅附图4，其为附图3中之电脑控制单元50中之控制程序流程图，当电脑控制单元50之中央处理单元1自检知器所检测之资讯满足下列条件时；
(a)大水箱水位检知器60所检测之水位值大于水位设定值；
(b)引擎水套温度检知器62所检测之引擎温度大于之引擎温度设定值；以及
(c)引擎转速检知器64所检测之引擎转速大于引擎转速与调整电路之设定值；
则该中央处理单元1将可输出一电气信号以驱动继电器40动作，因而开启控制阀18而使水流可经由小水箱14而进入EGR装置24中，使得水流可与废气同时进入汽缸中。
关于前述之水位设定值，引擎温度设定值，以及引擎转速设定值均系与车型、汽车排气量等因素有关，有关各种形式之汽车资料可建立于前述之资料库K中。
综上所述，本发明的内燃机供水补助系统，主要应用于汽油引擎，该汽车引擎通过EGR装置同内燃机供水补助系统连接。EGR装置装设于汽油引擎之进气歧管与汽油引擎之排气歧管之间。
一种内燃机供水补助系统，其特征在于主要包括有；
一供水装置，系连通至该EGR装置(24)而可将其内部所储存之水溶液供给至该EGR装置(24)中；以及
一电脑控制单元50，其可控制该供水装置之启闭以将适当水量传输至该EGR装置中，其中该传输之水量可与该汽油引擎所排放之废气同时输入该汽油引擎中，以增加该油引擎之燃烧效率，并且降低该汽油引擎所排放气体之污染物浓度。
内燃机之供水补助系统，其中该共水装置中包含有一大水箱12和一小水箱14，两者通过给水泵32连通，该小水箱14连接有一输水管16，该输水管16连接至该EGR装置24中，并且该输水管设置有一控制阀18用于控制水流的通断。
本发明的内燃机之供水补助系统，其中该供水装置更包含有一手调之水量调节器20用于控制水流量的大小。
本发明的内燃机供水补助系统，其中该电脑控制单元系可根据该供水装置之储存水量、该汽油引擎之温度，以及该汽油引擎之运转速度而控制该供水装置之水流之输出。
本发明的内燃机供水补助系统，其中当该供水装置之水位大于一水位设定值，该汽油引擎之温度大于一引擎温度设定值，并且该引擎转速大于一引擎转速设定值时，该电脑控制单元将可输出一电气信号以开启该控制装置而将适当水量传输至该EGR装置24中。
本发明的内燃机供水补助系统，其中该电脑控制单元50可设置有一电压脉冲产生器42，该电压脉冲器产生器42系连接至该汽油引擎之点火装置，该电压脉冲产生器42系可在该点火装置之原有二相邻之高压点火脉冲间加入多个周期性之助燃点火脉冲，以增进该汽油引擎之燃烧效率并且降低该汽油引擎排气之污染物浓度。
本发明的内燃机供水补助系统的控制方法，包括；
(a)检测该供水补助系统之水箱水位值，检测该内燃机之引擎温度，以及检测该引擎转速；以及
(b)比较前述之水箱水位之检测值与一水箱水位设定值，比较前述之引擎温度之检测值与一引擎温度设定值，以及比较前述之引擎转速之检测值与一引擎转速设定值，若所有前述之检测值均大于其相关之设定值，则该供水系统可将水流供给至该汽油引擎中，以增加该汽油引擎之燃烧效率并且降低该汽油引擎之排气污染物浓度。
另，本发明的内燃机供水补助系统可包含有一种线性控制阀，该线性控制阀系可根据引擎温度与引擎运转速度而适度地改变阀口之大小以将适量之水量供给至EGR装置中，以增进引擎燃烧效率并且降低引擎排气污染物浓度。
以下之测试执行系委托车辆研究测试中心(AutomotiveResearch & Testing Center in Taiwan)所作之排气测试与耗能测试：
(a)排气测试：
汽油车污染检测报告产品识别资料TOYOTA COR ONA 车身号码：AT2-8018870车型：EXSIOR AT2EPN GLI 1.6 引擎号码：4AF742631 A4四门汽油车 轮胎形式：185/65R1485H引擎族：G4A-FE-94(查无引擎族) 排档形式：自排四档引擎形式：前置直列四缸 里程表数：30237km供油方式：喷射检测条件环境温度：23.3℃ 相对湿度：51％大气压力：753.4mmhg 怠速转速：800rpm使用燃料：市售九五无铅汽油 静置时间：——小时参考车重：1344kg 路 阻：446.9N于80km/hr轮胎胎压：2.5kgf/cm2 时 间：8.35sec(85～75km/hr) 排档时机：——检测材料及程序1、行车形态、情转状态、油箱及化油器(EEC)排放测试：依据行政院环保署「汽油及替代清洁燃料引擎汽车第二期排放管制材料申请实验合格证明及新车抽验作要点」所规定之测试程序及方法。2、曲轴箱(PCV)：依据CNS11496D3166所规定之测试程序及方法。检测仪器车体动力计：SCHENCK KOMEG EMDY48 废气取样系统：HORIBA CVS-9100SSHED测试： 废气分析系统：HORIBA MEXA-9300蒸发密闭室：ETCPJ-101394 CO分析仪：HORIBAAIA-120燃油处理机：WEISS KT100/200/+5-40 DU-EX HC分析仪：HORIBA FLA-120HC分析仪：PIERBURGFID PM-2000MEIHANE NOx分析仪：HORIBA CLA-150 情转分析仪：HORIBA MEXA 574GE
汽油车污染检测报告检测结果 污染测试结果测试项目NOx HC CO重量法测 试 值0.15g/km 0.061g/km 0.46g/km劣化系数 —— —— ——结 果0.15g/km 0.061g/km 0.46g/km怠速浓度测试值 —— 8ppm 0.00％修正值 —— 8ppm 0.00％
(b)耗能测试：
小客车耗能检测报告
车型：TOYOTA CORONA 引擎形式：前置直列四缸
EXSIOR AT2FPN GLI 1.6
A4四门小客车
引擎号码：4AF742631 排档形式：自排四档
点火正时：——B.T.D.C 使用燃料：市售九五无铅汽油
怠速转数：820rpm 环境温度：22.4℃
参考车重：1344kg 大气压力：100.97kPa
排档时机：—— 里程表数：30159km
耗能测试结果测试项目市区耗能高速耗能平均耗能 判定标 准 —— —— —— ——测试值13.0km/l 17.1km/l 14.6km/l
下列之表系为使用本发明之内燃机供水补助系统之引擎排气检测值与台湾政府所规定之空气污染排放标准之比较表，由该表可得知本发明之内燃机系统可有效地降低排气污染物之浓度。轿车·旅行车CO HC NOx规定值行车2.11 0.255g/km 0.62本系统之测试值惰速1.0 200ppm测试后0.46 0.061g/km 0.15g/km对于已出厂之汽车而言，本发明之内燃机之供水补助系统可简便地安装在该汽车上，只要将本发明之供水补助系统连接至该汽车之EGR装置上，即可达到增加燃烧效率，降低污染物浓度与延长引擎寿命之目的。
综上所述，本发明之内燃机之供水补助系统具有下列之优点：
(a)本发明内燃机之供水补助系统可装设于已出厂之汽车，其装设手续相当简便，而达成增加引擎燃烧效率，降低排气污染物浓度并且延长该汽车引擎寿命之目地；以及
(b)本发明中之内燃机系统可有效地增加燃烧效率，降低排气污染浓度，并且延长引擎寿命；
(c)本发明之点火方法可提供汽车引擎更加地完全燃烧而降低排气之HC与CO浓度之目的。