CN102165150B - 农业废气调节系统 - Google Patents

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Abstract

用于拖曳气力式播种机的拖拉机的废气调节系统包括被安排成将来自拖拉机的发动机的废气排放物传送到气力式播种机的种子风机的废气管。冷凝器在发动机与种子风机之间接收从中通过的废气管的废气排放物。冷凝器风机冷却冷凝器的表面。计算机控制器响应检测到的废气排放物的温度而可控地改变至少冷凝器风机、种子风机和发动机每分钟转数之一的速率，以将废气排放物的温度保持在所选的温度范围之内，使得废气排放物被安排成通过湿度、经氧化的有机物或生物炭影响种子的发芽。

Description

农业废气调节系统
本申请要求2008年6月17日提交的美国临时申请No.61/073,081的优先权。
技术领域
本发明涉及被安排成调节来自农业机具的内燃机的废气排放物的废气调节系统，尤其是涉及调节需适当地被安排成在农业播种机内与种子一起注入地面的废气的废气调节系统，或者任何在利用经调节的排放物后经调节的废气会对植物的碳循环或者土壤的无机物或化学变化具有生理性影响的农业机具的废气调节系统。
背景技术
农业是烃类燃料和化肥的巨大消耗产业。20卡转换产生大约1卡的食物。使用工业固定化肥已经和将以高能量代价来增加产量。过度使用铵含量高或用氯化物盐类制成的化肥会导致改变植物的吸收，使植物吸收较多的负离子和较少的正离子。长期下来，这可以影响许多关键性的诸如光合作用之类的植物生理过程和改变根溢泌物的pH。植物的根溢泌物养育许多土壤微生物，而根溢泌物的化学成分确定了与根关联的微生物群的物种差异。微生物群的物种差异的改变可以影响植物生命力、土壤营养物循环和植物无机营养吸收。微生物细胞分析表明，细胞净重超过95％由碳、氮、氧、氢、磷、硫、钙、钾、镁和铁构成。这些元素对于微生物生长来说需要毫克量级。还需要微克量级的微量元素(锌、铜、钼、钴、锰和镍)。这些元素用来合成蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸，作为在酶复合和其他关键性生理过程中的辅助因素。发动机的废气具有许多这样的元素，呈现为被氧化的形式，是微生物生长所需要的。在标准化的隔离土壤微生物的土壤当量介质中，只有毫克分子浓度(例如，2.5mM铵和2.5mM亚硝酸盐)被用来隔离和生长上百万个土壤细菌和真菌。这些可以通过使土壤暴露于经调节的发动机废气来提供。很可能是将经调节的废气添加到土壤中由于提供了呈现为被氧化的形式的诸如氮、钙、磷和铁就促进了土壤微生物的生长。刺激土壤微生物的生长可以增加营养物循环，增加促进植物生长的根瘤菌繁殖，以及普遍地改善土壤的生态肥沃性，从而减少对化肥的需求。
微生物用经氧化的化合物作为原料形成成为植物和微生物刺激物的蛋白质，由于经调节的排放物注入的影响，生理性变迁所增强的相互作用增强了碳循环，并且使植物在整个生长期间存储更多的阳光能量和从大气中吸收更多的CO2。
这种生物活性在土壤中施加了大量磷铵肥料时就受到了抑制。在将氮传送给苗前，根所吸收的铵NH4就使根用从光合作用得到的HCO3将氨转变为尿素。过分的氢、铵的剩余物和形成尿素的碳水化合物被根而不是HCO3交换，导致土壤内缺乏从太阳馈入生物活性的能量。过分的氢质子使根区成酸性的，引起根生长和营养吸收的问题，土壤呼吸较少导致块结、矿化作用小和微生物寿命短。
Lewis的加拿大专利申请2,611,168和2,509,172揭示了一种用气力式播种机将拖拉机的废气排放物注入土壤的系统。如果废气排放物的温度得不到适当监视和准确控制，废气热量过多会损害种子和播种机的种子输送管，而废气温度不够会导致在种子输送管内引起种子堵塞的过分冷凝。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供了一种用于与农业机具关联的内燃机的废气调节系统，所述系统包括：
废气管，被安排成将来自发动机的废气排放物传送给农业机具；
与农业机具关联的叶轮风机，被安排成吸引通过废气管的废气排放物流；
包括废气通道的冷凝器，废气通道被安排成与废气管串联，以在发动机与叶轮风机之间接收从中通过的废气排放物；
冷凝器风机，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面；
废气温度传感器，被安排成检测废气的温度；
计算机控制器，被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变冷凝器风机和叶轮风机中至少一个的速率或者发动机的每分钟转数，以将废气排放物的温度保持在所选的温度范围之内。
在有些实施例中，农业机具包括具有割草面板的割草机，其中，发动机被安排成驱使农业机具在地面向前运动，而废气管被安排成在发动机与割草面板之间连通，因此叶轮风机被安排成将废气排放物导入割草面板，而废气排放物被安排成与割草面板的碎草和叶混合以馈入草地。
在另一个实施例中，农业机具包括具有耕作机机罩的旋转式耕作机，其中，发动机被安排成驱使旋转式耕作机的地面咬接刀片转动以驱使农业机具在地面向前运动，废气管被安排成在发动机与耕作机机罩之间连通，因此叶轮风机被安排成将废气排放物导入机罩，而所述废气排放物被安排成混入地面。
在一个优选实施例中，农业机具包括气力式播种机，气力式播种机包括多个被安排成在地面形成犁沟的开沟器、种子舱和多个被安排成将种子从种子舱传送到开沟器的种子管，而发动机包括被安排成拖曳气力式播种机的拖拉机的发动机。在这种情况下，叶轮风机优选的是包括气力式播种机的被安排成吹动种子通过种子管的种子风机。
按照本发明的第二方面，提供了一种用于具有发动机并被安排成拖曳气力式播种机的拖拉机的废气调节系统，气力式播种机包括多个被安排成在地面形成犁沟的开沟器、种子舱、多个被安排成将种子从种子舱传送到开沟器的种子管和被安排成吹动种子通过种子管的种子风机，这种系统包括：
废气管，被安排成将废气排放物从拖拉机的发动机传送到气力式播种机的种子风机；
包括废气通道的冷凝器，废气通道被安排成在发动机与种子风机之间与废气管串联，用来接收从中通过的废气排放物；
冷凝器风机，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面；
废气温度传感器，被安排成检测废气的温度；以及
计算机控制器，被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变至少冷凝器风机、种子风机和发动机每分钟转数之一的速率，以将废气排放物的温度保持在所选的温度范围之内。
在只是将经调节的排放物而不是合成肥料注入犁沟时，增进了微生物生长，从而促进细菌和真菌早些移植于苗床。
作为利用少量排放物启动或促进由太阳提供能量的生物反应的土壤生物能育性的过程的最终结果，可以在不用矿物燃料的情况下进行农业生产。植物油、生物燃料和机油添加剂可以使柴油机释放出过量的NOX、醛、碳氢化合物和在发动机在热解状况下工作时所释放的生物炭。这些排放物对呼吸是有害的，而且释放到大气中引起烟雾，但是可以用于土壤，作为提高生物活性的碳源。燃料混合物的混合比例由排放物计算机控制，以保持所需的碳对氮的比例。
将潮湿的废气压入种子舱来湿润种子。对冷凝进行控制可以水化种子，以促进发芽，因为种子在含水量达到45％的时就会发芽。这是使种子脱离休眠的种子引发效应。黑色烟灰是柴油发动机在燃料对空气的比例过高或者发动机欠载的情况下排出的双化学键碳，具有对土壤有益的高阳离子交换能力。冷凝器可以逐渐被烟灰堵塞，从而使冷凝器性能不良。控制燃料对空气的比例和燃料类型以使发动机形成最大量的NOX和黑色烟灰，碳对氮的比例需保持在30比1。排放物的这个含量就释放入大气来说是过量的，但是可以有益于土壤。
检测废气温度和控制冷凝器风机、种子风机和发动机RPM的计算机控制器提供了对废气温度的精确控制。这种精确控制可以体现在以下两个方面：
i)将温度保持在高于温度下限，以防止过多的冷凝物和种子堵塞；以及
ii)将温度保持在低于温度上限，以防止燃烧和损害种子和种子管。
优选的是，系统被安排成使废气排放物改变方向，使得所述废气排放物被安排成通过湿度、经氧化的有机物或生物炭影响种子的发芽。
计算机控制器可以被安排成可控地改变冷凝器风机、种子风机和降低冷凝器内的压力和增大注入流的压力的土壤注入风机各个风机的速率。
计算机控制器还可以被安排成可控地改变发动机所消耗的生物燃料对添加剂的比例，以将排放物的碳对氮的比例保持在所设置的大约30比1。
可以提供一个辅助废气温度传感器，这个辅助废气温度传感器被安排成检测邻近开沟器、冷凝器和发动机中每一个的废气的温度。在这种情况下，计算机控制器可以响应各个废气温度传感器所确定的废气排放物的温度。
可以设置一个安全阀，这个安全阀被安排成在拖拉机不在田地时或在废气的温度超过所规定的温度上限时种子风机不起作用而有选择地使来自发动机的废气排放物改变方向离开冷凝器。
在计算机控制器被安排成响应各个所选的设定点而控制多个变量时，这些设定点被安排成由控制器响应废气的温度超过所规定的温度上限返回到各自的默认设置。
可以设置一个在发动机与冷凝器之间与废气管连通的辅助进气口，这个辅助进气口被安排成在种子风机前将环境空气注入废气管与废气排放物混合。
还可以设置一个辅助风机，这个辅助风机被安排成由计算机控制器控制将空气导入辅助进气口。
所选的温度范围可以包括90到200华氏度，更为优选的是包括110到150华氏度。
在冷凝器被安排成在废气通道内形成冷凝物时，优选的是，废气通道被安排成将冷凝物传送给种子管。
优选的是，冷凝器包括：废气通道，被安排成与废气管串联以接收从中通过的废气排放物；主冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第一部分；以及副冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第二部分，而计算机控制器被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变分别在主冷却通道和副冷却通道内所接收的冷却空气的量。
主冷却通道可以同心地延伸穿过废气通道，而副冷却通道可以被导向废气通道的外部附近。
可以设置多个交换管，每个交换管被安排成将废气排放物径向传送通过在废气通道的两个径向相对侧之间的主冷却通道。
可以在每个与交换管关联的废气通道内设置一个导流片构件，其中，导流片构件被安排成使废气排放物流从轴向改变到径向穿过各自的交换管。
主冷却通道和废气通道可以包括在相对端通过压入配合连接而接合的同心筒形构件，被安排成适应筒形构件在纵向上不同的热膨胀率。
可以设置一个辅助压缩气体系统，这个辅助压缩气体系统被安排成周期性地在冷凝器内不同位置上释放压缩气体的负荷，从而被安排成防止废气烟灰沉积和堵塞冷凝器。
可以设置一个辅助水箱，这个辅助水箱被安排成响应废气温度超过所规定的上限将冷却水注入废气管。
在设置了被安排成确定废气排放物的内容的排放物分析器时，优选的是，计算机控制器被安排成响应废气排放物的内容而可控地改变冷凝器风机和叶轮风机中至少一个的速率或者发动机的每分钟转数。计算机控制器还可以被安排成响应废气排放物的内容而可控地改变发动机所消耗的具有高蛋白质内容的生物燃料的比率。
废气排放物的量可以被安排成由计算机控制器通过提高发动机的RPM来增加。废气排放物的量还可以被安排成由计算机控制器通过提高发动机的工作温度来增加。废气排放物的量又可以被安排成由计算机控制器通过降低种子风机或注入风机的速率从而减少环境空气的混合来增加。
可以设置一个后燃室在发动机与冷凝器之间与废气管串联。在这种情况下，废气排放物的量可以被安排成由计算机控制器通过在后燃室内燃烧辅助燃料来增加。
可以设置一个冷凝物测量装置，这个冷凝物测量装置被安排成测量在种子管内的冷凝物的量。在这种情况下，计算机控制器可以被安排成响应冷凝物的量可控地改变至少冷凝器风机、种子风机和发动机每分钟转数之一的速率。
计算机控制器可以被安排成通过提高冷凝器风机的速率或者增大冷却空气被导向的废气通道的表面面积来增加冷凝物的量。
计算机控制器还可以被安排成响应种子管被湿种子堵塞减少冷凝物的量。
优选的是，计算机控制器被安排成在操作员控制台上显示废气温度。
在设置了被安排成确定废气排放物的内容的排放物分析器和被安排成将燃料添加剂配给发动机的燃料添加剂配料器时，计算机控制器可以被安排成响应废气排放物的内容而可控地改变燃料添加剂的配给速率。计算机控制器还可以被安排成响应拖拉机所穿过的作物的类型可控地改变燃料添加剂的配给速率。燃料添加剂可以包括用于草类作物的有机硅树脂或用于豆类作物的钙。
计算机控制器可以被安排成可控地改变发动机所消耗的燃料对空气的比例，使得在废气排放物内形成生物炭。
计算机控制器还可以被安排成响应i)氧传感器指示在废气排放物内的氧超过所规定的量或者ii)排放物分析器检测到的废气排放物的内容，提高发动机所消耗的燃料对空气的比例。
计算机控制器还可以被安排成提高发动机所消耗的燃料对空气的比例，直到与废气排放物接触的粒子传感器检测到废气排放物内的生物炭含量等于所规定的生物炭含量。
按照本发明的第二方面，提供了一种用于内燃机的废气调节系统，这种系统包括：
废气管，被安排成接收来自农业机具的发动机的废气排放物；
冷凝器，包括
废气通道，被安排成与废气管串联以接收从中通过的废气排放物，
主冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第一部分，以及
副冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第二部分；
冷凝器风机，被安排成将冷却空气吹过各个冷却通道；
计算机控制器，被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变在主冷却通道和副冷却通道内分别接收到的冷却空气的量，以将废气排放物的温度保持在所选的温度范围内。
附图说明
下面将结合附图说明本发明的一些实施例，在这些附图中：
图1为按照第一实施例的废气调节系统的示意图；
图2和图3为针对拖拉机、种耕机或种子舱安装的冷凝器的示意图；
图4为冷凝器的示意透视图；
图5为冷凝器内热交换管之一的剖视图；
图6为按照第二实施例的废气调节系统的示意图；以及
图7为按照第三实施例的废气调节系统的示意图。
在这些附图中，同样的标记字符所标的是不同附图内对应的部分。
具体实施方式
参见这些附图，其中例示了废气调节系统的一个优选实施例，概括地被标以标记数10。系统10特别适合与内燃机12一起使用，例如在用来拖拉诸如气力式播种机16之类的农业机具的拖拉机14上所使用的这种类型的内燃机，如在所例示的实施例中所示的。
气力式播种机16通常包括一个机架，支持成在地面沿拖拉机的向前作业方向运动。在机架内配备了多个开沟器，用来在地面形成各个犁沟。含有种子的种子舱与播种机的机架联合，或者支持在机架上或者是单独呈现为种子车被拉着，使得一部分废气与种子混合，经冷凝的潮湿排放物有利于种子萌芽。多个种子管22接在种子舱20与各个开沟器18之间，用来将种子从种子舱传送到每个开沟器。呈现为种子风机或鼓风机的叶轮风机24被安装成与种子管连通，用来将种子从种子舱吹过这些管到达各个开沟器，注入在地面形成的犁沟。
概括地说，系统10包括从拖拉机上的发动机12的排气口通达播种机的种子风机24的进气口的废气管26，用来将发动机的废气排放物传送给种子风机，通过种子管与种子一起分发。
系统还包括在发动机与叶轮或种子风机之间与废气管26串联的冷凝器28。冷凝器28可以安装在拖拉机的车身上、播种机的机架上或分开的受拖曳的种子拖车(无论拖车相对播种机的位置如何)上，如图2和3示意性所示。
具体地说，冷凝器28包括废气通道30，这是一个纵向细长形的筒形构件，用来接收纵向从中通过的废气。主冷却通道32包括直径比废气通道30的小的筒形构件，被设置成与废气通道同心地在纵向延伸，穿过废气通道的中心。
主冷却通道32的外壁形成废气通道30的内界面，因此废气通道包括一个大致环形的空间，处在冷却通道的形成废气通道表面的第一部分的壁与废气通道30的包围外壁之间，这外壁具有包括废气通道表面的第二部分、暴露于周围大气的外表面。
副冷却通道34呈现为一个在纵向与废气通道30的外壁平行延伸但与之隔开的单独的管。副冷却通道34包括一个将从中通过的冷却空气传送给多个沿形成副冷却通道的管的一侧在纵向上相互隔开的喷嘴的分流管。这些喷嘴径向对着废气通道30的外表面。
因此，被导向成通过主冷却通道的冷却空气经过废气通道的第一内表面部分，而被导向成通过副冷却通道34的冷却空气由副冷却通道上的隔开喷嘴36导向，吹过废气通道30的第二外表面部分。
主冷却通道和副冷却通道各包括一个与之连通的气门38，用来打开和关闭让冷却空气进入各自冷却通道的入口。冷却或冷凝器风机40用来从周围环境吸进空气，在相应的气门38被打开时吹过主冷却通道和副冷却通道。
气门可以工作在四个不同的模式，以准确控制对通过只用单个冷却风机40的冷凝器的废气的冷却速度。对于最大冷却的情况，两个气门保持打开，使得冷却空气被导向成轴向通过中央的主冷却通道，同时被副冷却通道34的喷嘴导向到废气通道30的外表面周围。
为了部分减小冷却，可以关闭副冷却通道的气门，使得冷却空气只由冷却风机吹过主冷却通道，而废气通道30的外表面仍然可以由于与它接触的周围环境空气而受到某些冷却。
为了进一步减小冷凝器所提供的冷却量，可以关闭主冷却通道32的气门38而打开副冷却通道34的气门，使得只是在废气通道30的外表面与周围环境空气之间出现冷却，副冷却通道34的将气流导向外表面的喷嘴喷出的气流促进了这种冷却。
为了使冷凝器所提供的冷却量减到最少，可以关闭两个气门，停止冷却风机40，使得冷却只是由与废气通道的外表面接触的环境空气提供。
为了优化穿过在主冷却通道32与冷凝器的废气通道30之间的分界壁的热传导，设置了多个热交换管42，这些热交换管径向延伸横越主冷却通道32，以在废气通道的两个径向相对侧之间传送废气排放物，交换管42相对主冷却通道32保持密封，使得主冷却通道内的冷却空气不会扩散到废气通道，反之亦然，但是使在废气通道30与主冷却通道32之间的分界表面面积增大了许多。
为了促使气流通过交换管42，优选的是在每个交换管42内各支撑有一个导流片44。每个导流片44包括伸出各自的交换管、部分跨入形成废气通道的环形空间的勺形部46和呈现为大致螺旋状的在轴向延伸通过各自的交换管的扭绞部48。因此，导流片的功能是使在纵向流过废气通道30的废气接触定向成与废气气流迎面的勺形部46，从而勺形部使废气改向为径向通过与之关联的交换管42。随着废气被导向成通过交换管，扭绞部48激励起湍流性的气流，从而使废气与在废气通道30与主冷却通道32之间的分界表面的接触达到最大。沿着纵向，每个导流片44的勺形部46从各自的交换管42的一端伸出，这个勺形部与下一个相邻的在各自的交换管42内的导流片的勺形部径向相反。因此，这些勺形部46以沿冷凝器的长度交替配置的方式配置。
冷凝器包括大致细长形的结构，例如在有些实施例中长度上约为10至15英尺，而主冷却通道32可以是直径约为8英寸，在有些实施例中废气通道30的外边界可以是直径约为10英寸。在冷凝器的相对端部，形成废气通道30的外边界壁在直径上有所减小，以便以压配合连接与主冷却通道的外壁接合，从而允许主冷却通道32的外壁相对废气通道30的外壁可以在轴向上有些小的位移，以适应在纵向上不同的热膨胀率。
系统10包括与在发动机与冷凝器之间的废气管26连通的辅助空气进口50，以在种子风机需求超过来自发动机的废气量的情况下允许附加空气被吸入废气通道的进口。种子风机将贯穿冷凝器的废气通道保持在接近种子风机的进气侧的负压。进口50可以包括响应废气管内的负压打开的单向阀，更为优选的是，可以设置一个与进口连通的辅助风机52，以将附加空气吹入冷凝器内废气通道30的进口。辅助风机52吹入的辅助空气为废气气体提供某些附加冷却，而辅助空气在废气通道30内与废气排放物直接混合。
在拖拉机的发动机产生比种子风机鼓风机所需要的还多的废气的情况下，一个分流安全阀54在发动机与冷凝器之间与废气管串联，起着减压作用，使得在有过大的回压加到拖拉机的发动机上时分流阀54就会打开，以将过多的废气通过现有的拖拉机排气管分流到大气去。分流阀54可以用来只将部分或所有的废气分流到拖拉机的排气管。在一个优选实施例中，分流阀54保持在将所有的废气完全分流到拖拉机的排气管的打开位置，直到确认系统10处于良好的工作状态，此时计算机控制器56将关闭分流阀，使废气通过冷凝器到达种子风机，以与种子一起通过种子管分发入地面。
系统10包括多个温度传感器58，设置在发动机与播种机的开沟器之间与废气排放物接触的各个点。传感器58被定位成：与邻近拖拉机的发动机处的废气接触；与通过冷凝器的废气接触；以及与通过邻近开沟器的种子管的废气接触。这样，计算机控制器56就可以监视废气在整个系统10各处的温度，保证每个组件都工作在最佳状况，以产生有利的发动机排放物和控制对在通过种子管和进入地面前的废气的适当冷凝。
废气管、冷凝器内的废气通道和以种子风机和种子管传送废气被安排成使得在冷凝器内形成的冷凝物保持在废气通道内并随着废气被带到种子管和开沟器，与种子一起注入地面。因此，在种子管处需要一个最佳温度，使得废气保持热到足以防止可能使种子堵在种子管内的过分冷凝，而又得到充分冷却，使种子不会被热的废气烤熟和种子管不会由于过热而损坏。
除了温度传感器之外，排放物分析器60连接成与废气管在冷凝器的出口或种子管处连通，用来分析成分和确定排放物的内容。因此，可以确定辅助冷却空气与废气排放物之比以及二氧化碳和各种NOX化合物的比例和含量。计算机控制器56接收来自分析器60的所有排放物信息以及来自各个传感器58的温度信息，将所有这些信息显示在拖拉机的操作员驾驶室内的适当显示器62上，还利用这些信息使系统10以最有利的方式进行工作。
如在这里所揭示的，废气管通常被安排成使废气排放物改变方向，废气排放物由计算机控制器调节成使得废气排放物通过湿度、经氧化的有机物或生物炭影响种子的发芽。生物炭的形成涉及通过热解内燃机所消耗的燃料内的生物资源在废气排放物内形成炭。计算机控制器可控地改变发动机所消耗的燃料(生物燃料或其他与生物资源有关的燃料添加剂)对空气的比例，使得在废气排放物内形成所需量的生物炭。与计算机控制器通信的氧传感器指示在废气排放物内氧的含量，在氧传感器指示氧超过所规定的含量时增大发动机所消耗的燃料内的生物资源衍生物对空气的比例。计算机控制器还安排成响应排放物分析器60所检测的废气排放物内各种象征化合物的含量增大发动机所消耗的燃料对空气之比。此外，计算机控制器可以被安排成增大发动机所消耗的燃料对空气之比，直到计算机控制器的与废气排放物接触的粒子传感器检测到废气排放物内的生物炭含量等于所规定的生物炭含量。
显示器62包括用户输入端64，使操作员可以输入与用于要使用的特定的拖拉机和播种机的温度上下限以及取决于土壤状况的在废气流内所需的冷凝物含量和排放物含量有关的各种特征值。
计算机控制器56以适当方式控制发动机、种子风机、冷却风机和辅助空气风机52的每分钟转数以及各个气门和阀，将系统各个区段(包括在邻近发动机的废气管、冷凝器和播种机的种子管处)的废气温度保持在所选的温度上限与温度下限之间的所选的最佳范围之内。
通过将种子管处的温度保持在高于所选的下限可以避免或防止会促使种子堵塞的冷凝物过多。这是首先通过适当控制主冷却通道和副冷却通道的气门和冷却风机的速率来减小冷凝器的冷却量实现的。通常，将温度控制到尽可能接近温度上限，但要防止温度超过上限而损害种子或种子管。此外，为了提高温度，可以将发动机控制到较高的RPM速率，或者可以将种子风机控制到较慢的速率，以防止过多的辅助空气进入进口50。在有些实施例中，取决于设备的配置，废气温度接近110°F是所希望的，而在其他一些配置中，废气温度接近150°F是优选的，通常温度在90°F至200°F范围内就允许形成与种子一起注入地面的有些冷凝物同时又防止损害种子或种子管来说是有效的。
计算机还可以监视在种子管内的湿度或冷凝物含量。如果由于地面很干而希望有更多的冷凝物，可以给废气添加一些辅助性水分，以执行所需的一些冷却功能而不是使用冷却风机。或者是，可以将废气冷却到更低一些的温度，以便在废气通道内形成附加的冷凝物送至种子管与种子一起注入。所希望的是，调整种子风机、冷却风机的速率和发动机的RPM，以获得在废气流内所需的冷凝物含量，但同时又保持在所选的温度范围之内。为了增大冷却，例如可以将冷却风机控制到较高的速率，或者可以通过打开在主冷却通道和副冷却通道上的气门将废气通道穿过冷凝器的较大的表面面积暴露于冷却空气。
控制器还可以控制冷却风机、种子风机和发动机RPM，以维持所需的排放物含量，同时又保持在所选的温度范围之内。为了增加排放物，可以使发动机工作在较高的RPM速率，以便产生较多的废气，而不是通过进口50吸入附加空气。此外，可以使发动机在较高的温度下运行，以产生每单位废气较多的所需排放物。
任选的是，在可以增添较多的燃料来产生较多的所需排放物通过冷凝器由种子风机注入地面的情况下，可以将后燃室与邻近发动机的排气装置相串联。
降低种子风机的速度还将导致较少的辅助空气通过进口50被吸入系统，因此通过冷凝器和种子管的空气有较高比例构成排放物。
为了进一步控制要注入地面的所需排放物，可以在计算机决定需要一些添加剂来改变分析器60所确定的排放物比例时按要求将多种燃料添加剂添加给燃料。所使用的添加剂可以根据与农作物和土壤类型相互作用所需的排放物改变。例如，对于草类作物可以使用有机硅树脂添加剂，而对于豆类作物可以使用钙添加剂。各种原来的生物燃料具有油的改变排放物的不同的矿物质和蛋白质含量。为了保持所设置的碳对氮的比例，计算机可以将具有其他油或燃料的高蛋白燃料与产生最高NOX十字花科亚麻荠属漂白亚麻纤维卷(NOX Brassicaceaefamily Camelina Sativa)的最高蛋白质油混合。
如在这里所揭示的，废气管安排成使废气排放物改变方向，使得废气排放物通过湿度、经氧化的有机物或生物炭影响种子的发芽。除了各种其他功能之外，特别有益的是计算机控制器被安排成可控地改变降低冷凝器内的压力和提高注入流的压力的土壤注入风机的速率。计算机控制器还可以可控地改变发动机所消耗的生物燃料和添加剂的比例，以将所设置的排放物的碳和氮的比例保持在大致30∶1。
在配置有安全阀时，可以将它安排成除了以上所指出的其他原因之外在种子风机失效的情况下使来自发动机的废气排放物改变方向离开冷凝器。安全阀还可以被安排成有选择地在废气的温度超过所规定的温度上限的情况下使来自发动机的废气排放物改变方向离开冷凝器。
在计算机控制器响应相应所选的设置点而控制系统的多个工作参数时，这些设置点通常被安排成响应废气超过所规定的温度上限或者计算机检测到的任何类型的故障或者不希望的或损坏的状况返回到各自的默认工厂设置。
冷凝器上的一个附加功能部件是辅助压缩气体系统，被安排成周期性地在冷凝器的各个位置释放压缩气体的负荷。这可以响应检测到的状况执行，以防止废气烟灰沉积和堵塞冷凝器。
为了进一步增强上面所说明的系统，确定废气排放物内容的排放物分析器还可以与计算机控制器配合，使得计算机控制器可以响应废气排放物的内容而可控地改变发动机所消耗的具有高蛋白质含量的生物燃料的比率。
废气排放物的量还可以由计算机控制器通过减小种子风机或减小混合环境空气的注入风机的速率来增加。
计算机控制器除了可控地改变燃料添加剂的配给比率之外可以响应拖拉机所通过的作物的类型选择需增添的燃料添加剂的类型。例如，对于草类作物，燃料添加剂包括有机硅树脂，然而对于豆类作物，燃料添加剂包括钙。
如在这里所揭示的，计算机控制最终温度，还能控制所需的排放物含量和湿度，因为计算机可以读到温度和排放物含量。系统考虑了在寒冷日子的过冷却问题。随着在排放物到达露点时形成冷凝，计算机就关闭将外界空气吹过中心管的冷凝器风机。横管具有湍流结构，允许热的废气通过这些管将热传导给吹过中心管的冷空气循环。废气的热还可以传导给外管。在热天，可以由提供内部空气的同一个鼓风机使附加空气在外管周围循环。交叉流动结构包括铝条导流片，它是成螺旋形的，沿长度交替改变延伸入内管与外管之间的空间的方向。在热的废气通过这管时，经扭绞的铝条绊住气流，使气体涡旋地通过横管。由于伸入气流的伸出段是交替的，因此气体循环地通过中心管。
冷凝器的这种结构是使涡流最大，保持加到发动机上的是低的回压，以及允许在燃烧植物油、废油时或在以机械方式或通过计算机设置改变发动机空气燃料比时得到黑色烟灰或生物炭。这种冷凝器结构允许烟灰通过而不会沉积下来，这个排放物流将承载烟灰并将它埋在苗床内，因为这种生物炭具有高的阳离子交换能力。释放压缩气体负荷的压缩机可以保持使炭不堵塞冷凝器。这种气体可以是臭氧或经压缩的排放物或新鲜空气。
冷凝器内一些热的和冷的区域的膨胀和收缩通过允许内管收缩而不损坏外管的压配合端使中心管收缩而不损坏压破外管来解决。
拖拉机驾驶室内的控制台显示排放物注入系统的各个温度带。车载的排放物分析器可以显示当前注入土壤的排放物含量。计算机可以改变燃料类型的混合比例或所需湿度。安全泄压阀在系统出故障时打开，或者是常开的，只有在计算机控制之下才关闭，以保护操作员和防止设备故障。为控制器计算机编码的签署程序对程序进行升级和保证系统在升级许可转让技术协议下升级使用。可以用于任何大小的配置或设备应用，诸如拖拉机、草坪管理、收割机、固定发动机。结构所用材料不局限于铝，虽然铝是优选的。就这些管子的大小来说也没有限制，而气流的安排可以颠倒，或者通过中心馈给、端部馈给，或者单管或双管并流或串联。在可以从废气中取出所有的热时，为建筑物发电的发电机可以用排放物冷凝器为建筑物供热和供电。
在图6所示的另一个实施例中，使用这种系统的农业机具包括具有割草面板102的割草机100。在割草机被自行推进时，用来驱动割草机在地面上向前运动或者旋转割草机刀片104的发动机12所产生的废气排放物被导入废气管26，通过如上所述的在发动机与割草面板之间连通的冷凝器28。辅助叶轮风机24安装成与废气管连通，在这种情况下用来将废气排放物导入割草面板。或者，在割草机由拖拉机拖曳时，拖拉机的发动机提供废气排放物，由废气管导入割草面板。在这里所揭示的任一实施例中，与割草机关联的叶轮风机被安排成吸引通过废气管的废气排放物流。控制器56的工作情况基本上如以上对前面一些实施例所作的说明，对发动机12、割草机风机24和冷凝器的冷却风机40进行控制。
在另一个实施例中，农业机具包括具有耕作机机罩108的旋转式耕作机。在这种情况下，发动机12被安排成驱动旋转式耕作机的地面咬接刀片110转动，驱使耕作机在地面上向前运动。此外，废气管26被安排成将废气传过在发动机与耕作机机罩之间的发动机，因此叶轮风机24被安排成将废气排放物导入机罩，而废气排放物被安排成由旋转式耕作机的地面咬接刀片掺入地面。控制器56的工作情况基本上如以上对前面一些实施例所作的说明，对发动机12、农机风机24和冷凝器的冷却风机40进行控制。
由于在如以上所揭示的本发明中可以作出各种修改，而且在权利要求书的精神和范围内可以形成本发明的许多表面上相差很大的不同实施方式，而不背离这样的精神和范围，期望包含在所附说明书内的所有内容都应该理解为只是例示性的而不是限制性的。

Claims (49)

1.一种用于与农业机具关联的内燃发动机的废气调节系统，所述系统包括：
废气管，被安排成将来自发动机的废气排放物传送给农业机具；
与农业机具关联的叶轮风机，被安排成吸引通过废气管的废气排放物流；
包括废气通道的冷凝器，所述废气通道被安排成与废气管串联，以在发动机与叶轮风机之间接收从中通过的废气排放物；
冷凝器风机，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面；
废气温度传感器，被安排成检测废气的温度；以及
计算机控制器，被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变冷凝器风机和叶轮风机中至少一个的速率或者发动机的每分钟转数，以将废气排放物的温度保持在所选的温度范围之内。
2.按照权利要求1所述的系统，用于包括具有割草面板的割草机的农业机具，其中，所述发动机被安排成驱使农业机具在地面向前运动，而所述废气管被安排成在发动机与割草面板之间连通，使得所述叶轮风机被安排成将废气排放物导入割草面板，而所述废气排放物被安排成与割草面板的碎草和叶混合以馈入草地。
3.按照权利要求1所述的系统，用于包括具有耕作机机罩的旋转式耕作机，其中，所述发动机被安排成驱使旋转式耕作机的地面咬接刀片转动以驱使农业机具在地面向前运动，所述废气管被安排成在发动机与耕作机机罩之间连通，使得所述叶轮风机被安排成将废气排放物导入耕作机机罩，而所述废气排放物被安排成混入地面。
4.按照权利要求1所述的系统，用于包括气力式播种机的农业机具，所述气力式播种机包括多个用来在地面形成犁沟的开沟器、种子舱、多个用来将种子从种子舱传送给开沟器的种子管，其中，所述发动机包括被安排成拖曳气力式播种机的拖拉机的发动机，而所述叶轮风机包括气力式播种机的、被安排成吹动种子通过种子管的种子风机。
5.按照权利要求4所述的系统，其中，所述废气管被安排成使废气排放物改变方向，使得所述废气排放物被安排成通过湿度、经氧化的有机物或生物炭影响种子的发芽。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成可控地改变冷凝器风机的速率。
7.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成可控地改变叶轮风机的速率。
8.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成可控地改变叶轮风机的速率，使得所述叶轮风机被安排成降低冷凝器内的压力和提高注入流的压力。
9.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成可控地改变发动机所消耗的生物燃料对添加剂的比例，以将排放物的碳对氮的比例保持在所设置的大约30比1。
10.按照权利要求4至5中任一项所述的系统，其中，设置有废气温度传感器，被安排成检测邻近开沟器、冷凝器和发动机中每一个的废气的温度，所述计算机控制器响应各个废气温度传感器所确定的废气排放物的温度。
11.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有安全阀，被安排成响应叶轮风机不起作用而有选择地使来自发动机的废气排放物改变方向离开冷凝器。
12.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有安全阀，被安排成响应废气温度超过所规定的温度上限而有选择地使来自发动机的废气排放物改变方向离开冷凝器。
13.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成响应各个所选的设定点而控制多个变量，所述设定点被安排成响应废气温度超过所规定的温度上限而返回到各自的默认设置。
14.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有在发动机与冷凝器之间与废气管连通的辅助进气口，被安排成在叶轮风机前将环境空气注入废气管与废气排放物混合。
15.按照权利要求14所述的系统，其中，设置有辅助风机，被安排成将空气导入辅助进气口，所述辅助风机由计算机控制器控制。
16.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述所选的温度范围是90至200华氏度。
17.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述所选的温度范围是110至150华氏度。
18.按照权利要求4至5中任一项所述的系统，其中，所述冷凝器被安排成在废气通道内形成冷凝物，而所述废气通道被安排成将冷凝物传送给种子管。
19.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述冷凝器包括：
废气通道，被安排成与废气管串联以接收从中通过的废气排放物；
主冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第一部分；以及
副冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第二部分，而所述计算机控制器被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变分别在主冷却通道和副冷却通道内所接收的冷却空气的量。
20.按照权利要求19所述的系统，其中，所述主冷却通道同心地延伸穿过废气通道，而所述副冷却通道被导向废气通道的外部附近。
21.按照权利要求20所述的系统，其中，设置有多个交换管，每个交换管被安排成将废气排放物径向传送通过在废气通道的两个径向相对侧之间的主冷却通道。
22.按照权利要求21所述的系统，其中，在废气通道内设置有与每个交换管关联的导流片构件，所述导流片构件被安排成使废气排放物流从轴向改变到径向穿过各自的交换管。
23.按照权利要求19所述的系统，其中，所述主冷却通道和废气通道包括在冷凝器的相对端通过压入配合连接而接合的同心筒形构件，其中所述同心筒形构件被安排成适应主冷却通道和废气通道在纵向上不同的热膨胀率。
24.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有辅助压缩气体系统，被安排成周期性地在冷凝器内不同位置上释放压缩气体的负荷，从而被安排成防止废气烟灰沉积和堵塞冷凝器。
25.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有辅助水箱，被安排成响应废气温度超过所规定的上限而将冷却水注入废气管。
26.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有排放物分析器，被安排成确定废气排放物的内容，而所述计算机控制器被安排成响应废气排放物的内容而可控地改变冷凝器风机和叶轮风机中至少一个的速率或者发动机的每分钟转数。
27.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有排放物分析器，被安排成确定废气排放物的内容，而所述计算机控制器被安排成响应废气排放物的内容而可控地改变发动机所消耗的具有高蛋白质内容的生物燃料的比率。
28.按照权利要求27所述的系统，其中，所述废气排放物的量被安排成由计算机控制器通过增加发动机的每分钟转数来增加。
29.按照权利要求27所述的系统，其中，所述废气排放物的量被安排成由计算机控制器通过增加发动机的工作温度来增加。
30.按照权利要求27所述的系统，其中，所述废气排放物的量被安排成由计算机控制器通过减小叶轮风机的速率来增加。
31.按照权利要求27所述的系统，其中，设置有在发动机与冷凝器之间与废气管串联的后燃室，而所述废气排放物的量被安排成由计算机控制器通过在后燃室内燃烧辅助燃料来增加。
32.按照权利要求4至5中任一项所述的系统，其中，设置有冷凝物测量装置，被安排成测量在种子管内的冷凝物的量，而所述计算机控制器被安排成响应冷凝物的量可控地改变冷凝器风机和叶轮风机中至少一个的速率或者发动机的每分钟转数。
33.按照权利要求32所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成通过提高冷凝器风机的速率来增加冷凝物的量。
34.按照权利要求33所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成通过增大冷却空气被引导通过的废气通道的表面面积来增加冷凝物的量。
35.按照权利要求32所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成响应种子管被湿种子堵塞减少冷凝物的量。
36.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成在操作员控制台上显示废气温度。
37.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有被安排成确定废气排放物的内容的排放物分析器和被安排成将燃料添加剂配给发动机的燃料添加剂配料器，而所述计算机控制器被安排成响应废气排放物的内容而可控地改变燃料添加剂的配给速率。
38.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，设置有被安排成确定废气排放物的内容的排放物分析器和被安排成将燃料添加剂配给发动机的燃料添加剂配料器，而所述计算机控制器被安排成响应农业机具被驱动通过的作物的类型而可控地改变燃料添加剂的配给速率。
39.按照权利要求38所述的系统，与草类作物配合，其中，所述燃料添加剂包括有机硅树脂。
40.按照权利要求38所述的系统，与豆类作物配合，其中，所述燃料添加剂包括钙。
41.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成可控地改变发动机所消耗的燃料对空气的比例，使得在废气排放物内形成生物炭。
42.按照权利要求41所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成响应氧传感器指示废气排放物内的氧超过所规定的量而提高发动机所消耗的燃料对空气的比例。
43.按照权利要求41所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成响应排放物分析器检测到的废气排放物的内容而提高发动机所消耗的燃料对空气的比例。
44.按照权利要求41所述的系统，其中，所述计算机控制器被安排成提高发动机所消耗的燃料对空气的比例，直到与废气排放物接触的粒子传感器检测到废气排放物内的生物炭含量等于所规定的生物炭含量。
45.一种用于内燃发动机的废气调节系统，所述系统包括：
废气管，被安排成接收来自农业机具的发动机的废气排放物；
冷凝器，包括：
废气通道，被安排成与废气管串联以接收从中通过的废气排放物；
主冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第一部分；以及
副冷却通道，被安排成引导冷却空气通过废气通道的表面的第二部分；
冷凝器风机，被安排成将冷却空气吹过各个冷却通道；
计算机控制器，被安排成响应废气排放物的温度而可控地改变在主冷却通道和副冷却通道内分别接收到的冷却空气的量，以将废气排放物的温度保持在所选的温度范围内。
46.按照权利要求45所述的系统，其中，所述主冷却通道同心地延伸穿过废气通道，而所述副冷却通道被导向废气通道的外部附近。
47.按照权利要求46所述的系统，其中，设置有多个交换管，每个交换管被安排成将废气排放物径向传送通过在废气通道的两个径向相对侧之间的主冷却通道。
48.按照权利要求47所述的系统，其中，在废气通道内设置有与每个交换管关联的导流片构件，所述导流片构件被安排成使废气排放物流从轴向改变到径向穿过各自的交换管。
49.按照权利要求45至48中任一项所述的系统，其中，所述主冷却通道和废气通道包括在冷凝器的相对端通过压入配合连接而接合的同心筒形构件，其中所述同心筒形构件被安排成适应主冷却通道和废气通道在纵向上不同的热膨胀率。
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