CN104500192B - 涡轮增压柴油机智能化高效净化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮增压内燃机高效净化装置智能化控制***,尤其是涡轮增压柴油机***。涡轮增压柴油机智能化高效净化方法,其是在柴油机的发动机每个气缸内直接用过热蒸汽管通入过热蒸汽,使得蒸汽和空气独立分开进入气缸。实现所述方法的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,包括一个水箱,水箱出水的冷水管上装有进水管阀门并与换热器水箱的进水口相连;换热器水箱安装在发动机排气管外壁上并通过热交换方式对水源加热;换热器水箱出水管通过汽水分离器出气口接入水箱,汽水分离器出水口通过水泵接入流量控制器,流量控制器接入过热蒸发器。本发明解决了其它蒸汽动力专利技术存在蒸汽空气混合出现冷却还原水与硫形成酸腐蚀气缸的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种涡轮增压内燃机高效净化装置智能化控制***。尤其是涡轮增压柴油机***的改进。
背景技术
从目前发动机热效率和尾气排放来看,由于发动机燃油燃烧不充分,动力输出的功率只占燃油燃烧总热量40%-50%(柴油机)或30%-35%(汽油机),其它热量则经冷却***和尾气排放排入大气造成空气环境污染。因此,回收发动机尾气热量是提高发动机热效率的有效途径。从国内外排气能量利用的技术途径上来看,有制冷.采暖.温差发电.燃料催化重整.后接动力涡轮,加装动力循环装置等方式。由于排气能量品位低,回收比较困难的特点,使现有的技术仍存在较多问题,如利用温差发电的能量转换效率不高,采用燃料催化重整技术实施过程比较困难,利用余热采暖.制冷效率较低,动力涡轮适用范围较窄,后接动力循环装置结构比较复杂,发动机热效率利用较低,尾气污染物排放问题未得到完全净化等等。经过对现有技术文献的检索发现,中国专利公开号CN(1363764A,1719004A)发明名称:内燃机注气涡轮增压***,该申请公开了一种利用发动机排气热量加热液态水,并将加热后的过热水蒸气注入到涡轮前进行气汽混合来增大涡轮膨胀功,达到改善发动机部分负荷性能的注气涡轮增压***,但注气涡轮增压***在发动机低速工况也在工作,致使涡轮排气背压较高,发动机进气较少。
同时中国专利CN1719004A发明名称:内燃机蒸汽环保混合动力装置,采用置排气管腹腔内设加热管加热水产生蒸汽,雾状水蒸汽与可燃气(油空气)混合后同时进入气缸混合燃烧降低排放。该专利存在排气管腹腔内设加热管加热水的缺点是:会增加气缸排气阻力,减少气缸进气量,会降低发动机动力性能。由于空气油气混合比高达1:25以上,过热蒸汽和空气混和时因温度降低会立即发生冷却产生蒸汽冷凝水,蒸汽冷凝水和油燃烧产生的(S)硫反应形成硫酸腐蚀气缸缸体,以上技术存在回收尾气热效率较低和腐蚀气缸的缺点。这是因为干饱和过热蒸汽温度150K,蒸汽和空气25:1混合立即降低温度会形成蒸汽冷凝水。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的缺点,目的是发明一种节能排气管和智能化高效净化***,节能排气管加大排气管内径降低排气阻力,采用节能排气管内外壁复合循环换热的新方法,能够提高尾气热能回收效率,减少发动机热损失,实现节能。
具体地说,涡轮增压柴油机智能化高效净化方法,其是在柴油机的发动机每个气缸内直接用过热蒸汽管通入过热蒸汽,使得蒸汽和空气独立分开进入气缸。
同时本发明中提供过热蒸汽的方法是在发动机排气管外壁通过热交换对水源加热,并且加热后的热水以喷射方式通入位于发动机排气歧管出口的过热蒸发器内转化为过热蒸汽通入发动机气缸。
实现所述方法的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,包括一个水箱,水箱出水的冷水管上装有进水管阀门并与换热器水箱的进水口相连;换热器水箱安装在发动机排气管外壁上并通过热交换方式对水源加热;换热器水箱出水管通过汽水分离器出气口接入水箱,汽水分离器出水口通过水泵接入流量控制器,流量控制器接入过热蒸发器,过热蒸发器位于发动机排气歧管的排气口并以换热方式将通入过热蒸发器内的水雾转化为过热蒸汽,过热蒸发器通过蒸汽管通入发动机每个气缸。
本发明将蒸汽、油气混合进气的方式改为蒸汽、空气独立分开进入气缸的新方法,克服了蒸汽空气混合冷却产生还原冷凝水产生化学腐蚀气缸的缺点。智能化控制***在换热器水温达到沸点温度传感器启动换热器***,智能化控制***在发动机低转速工况自动关闭换热器***,保证涡轮增压柴油机正常进气量,恢复气缸正常工作状态。在中高速工况开启换热器回收发动机排气热量,气缸油燃烧高温下过热蒸汽与燃油发生水煤气反应燃烧速度提高可以增加功率。有助于实现发动机高效净化降低污染物排放。
附图说明
图1为本发明装置使用连接示意图;
图2为本发明涡轮增压进气***示意图;
图3为本发明涡轮增压进气***与汽缸连接示意图;
图4-1为本发明排气管与蒸发器结构示意图;图4-2为图4-1仰视图;
图5为本发明流量控制器示意图;
图6为本发明中喷嘴示意图;
图7为本发明换热器水箱原理示意图;
图8为本发明***控制原理示意图;
具体实施方式
涡轮增压柴油机智能化高效净化方法,其是在柴油机的发动机每个气缸内直接用过热蒸汽管通入过热蒸汽,使得蒸汽和空气独立分开进入气缸。涡轮增压柴油机智能化高效净化方法,是在发动机排气管外壁通过热交换对水源加热,并且加热后的热水以喷射方式通入位于发动机排气歧管出口的过热蒸发器内转化为过热蒸汽通入发动机气缸。
实现所述方法的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置***如图1所示,包括一个水箱4,水箱4出水的冷水管7上装有进水管阀门8并与换热器水箱13的进水口相连;换热器水箱13安装在发动机排气管外壁上并通过热交换方式对水源加热;换热器水箱13出水管通过汽水分离12器出气口接入水箱4,汽水分离器12出水口通过水泵5接入流量控制器11,流量控制器11接入过热蒸发器10,过热蒸发器10位于发动机排气歧管9的排气口并以换热方式将通入过热蒸发器内的水雾转化为过热蒸汽,过热蒸发器10通过蒸汽管14通入发动机每个气缸3。
如图2-图3所示,蒸汽管14上连接有多个过热蒸汽进气支管2-1,所述进气支管2-1出气端头制有弯头,并具有缩口。进气支管2-1数量与发动机汽缸数相等,其端头的弯头作为喷气嘴深入发动机2-4的气缸进气门2-3中将过热蒸汽直接喷入气缸3内。图2-图3中2-2为涡轮增压进气罩。
如图4-1、图4-2所示,过热蒸发器10位于发动机排气歧管9的排气口,并且过热蒸发器10为一个连续盘管,同时分布在发动机每个气缸排气歧管9的的排气口(如图4-1、图4-2六缸发动为C1-C6六个排气口)具有与排气口形状相同的圆弧以增加受热面积。
图5-图6所示,流量控制器11是由具有收缩口喷嘴的细管5-1和细管尾部的安装座5-2构成。流量控制器11通过安装座5-2安装在水泵5的出水管上。
如图7所示,换热器水箱13中间具有隔板7-1将其隔成热水腔和冷水腔,并且同时内置温度传感器7-2,该温度传感器7-2与水泵5电连接。隔板7-1上制有通水孔。
图8为本发明控制***原理示意。
过热蒸发器装在排气管的排气支管进气口平面凹槽内,与发动机气缸排气孔连接,水箱和节能排气管换热器水箱连接,换热器水箱.汽水分离器与节能排气管循环换热器的进口和热水泵与蒸汽支管连接,蒸汽支管装在发动机进气罩内.蒸汽支管喷嘴伸入发动机进气道距发动机气缸气门0.15cm,水箱液位传感器.换热器水箱温度传感器.转速传感器.水泵无级变速器与智能化控制器连接。智能化控制器***采用数字化电子技术,***灵敏度高抗干扰,性能稳定安全可靠。本发明在涡轮增压器基础上,将涡轮增压柴油机进气罩改为蒸汽进气支管通道,柴油机排气管6个独立分开的排气支管排气孔改为连接的一个平面整体,在改进的排气管外壁和排气支管平面整体,加装两组循环换热器和温度传感器,智能化控制***,智能化控制***在水箱温度达到水沸点.启动高效净化***热水水泵,热水经针状超细喷孔喷气式把97C度热水喷入位于排气孔的循环换热器形成过热干饱和蒸汽,蒸汽经支气管喷嘴喷入气缸,能够避免空气冷却蒸汽产生还原水,可以防止硫与水反应成酸腐蚀气缸。智能化控制***根据发动机负荷转速变化自动启闭.调节热水泵交换器供热变化,利用热交换器回收涡轮增压柴油机尾气热量,水箱换热器产生的蒸汽导入水箱把水加热,不仅充分回收了热量可以提高热交换效率,而且实现多余蒸汽回输水箱防止冬季水箱结冰,实现全天候发动机正常工作。能够提高热交换效率,促进燃油充分燃烧,提高涡轮增压柴油机热效率20%,降低发动机燃耗20%实现高效净化99%污染物,大幅度降低尾气排放。在中速高负荷工况,智能控制***启动热交换装置,气缸氧含量增加,促进燃料充分燃烧。在低转速750转/s控制器自动关闭热交换供水水泵,柴油机气缸恢复工作正常状态。本发明尾气热量回收为复合循环热交换***,热回收效率高,设计合理,结构简单,技术达到电喷发动机水平,适用于各种涡轮增压发动机。本发明经试验自然进气式汽油4缸发动机检测功率63KW增加至75KW,尾气CO排放0.39%,功率增加20%,尾气排放低于国家新国V标准61%。在涡轮增压柴油机改装后本技术试验结果:汽车载重10T行驶试验动力性能,开启智能化高效净化***试验汽车行驶速度40公里/小时,关闭智能化高效净化***试验汽车行驶速度30公里/小时。经检测尾气排放0.03m_1,是国家汽车排放标准的1%。尾气净化效率接近零排放。智能化高效净化***能够提高发动机热效率25%,同时高效还原净化尾气,超过了先进的电喷高压共轨发动机尾气排放水平。智能化高效净化***可以应用于水冷发动机.风冷发动机.大功率柴油机提高热效率降低尾气污染。
Claims (6)
1.涡轮增压柴油机智能化高效净化方法,其特征是在柴油机的发动机每个气缸内直接用过热蒸汽管通入过热蒸汽,使得蒸汽和空气独立分开进入气缸,具体是通过发动机排气管外壁上的换热器水箱以热交换方式对水源加热,换热器水箱出水管通过汽水分离器出气口接入水箱,汽水分离器出水口通过水泵接入流量控制器,流量控制器接入过热蒸发器,并且加热后的热水以喷射方式通入位于发动机排气歧管出口的过热蒸发器内转化为过热蒸汽通入发动机气缸。
2.实现权利要求1所述方法的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,其特征是包括一个水箱(4),水箱(4)出水的冷水管(7)上装有进水管阀门(8)并与换热器水箱(13)的进水口相连;换热器水箱(13)安装在发动机排气管外壁上并通过热交换方式对水源加热;换热器水箱(13)出水管通过汽水分离器(12)出气口接入水箱(4),汽水分离器(12)出水口通过水泵(5)接入流量控制器(11),流量控制器(11)接入过热蒸发器(10),过热蒸发器(10)位于发动机排气歧管(9)的排气口并以换热方式将通入过热蒸发器内的水雾转化为过热蒸汽,过热蒸发器(10)通过蒸汽管(14)通入发动机每个气缸(3)。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,其特征是蒸汽管(14)上连接有多个过热蒸汽进气支管(2-1),所述进气支管(2-1)出气端头制有弯头,并具有缩口。
4.根据权利要求2所述的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,其特征是换热器水箱(13)中间具有隔板(7-1)将其隔成热水腔和冷水腔,并且同时内置温度传感器(7-2),该温度传感器与水泵(5)电连接;隔板(7-1)上制有通水孔。
5.根据权利要求2所述的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,其特征是所述流量控制器(11)是由具有收缩口喷嘴的细管(5-1)和细管尾部的安装座(5-2)构成。
6.根据权利要求2所述的涡轮增压柴油机智能化高效净化装置,其特征是过热蒸发器(10)为一个连续管,同时分布在发动机每个气缸排气歧管(9)的排气口,连续管在排气口处具有与排气口形状相同的圆弧。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171003 |