CN102619646A

CN102619646A - 一种柴油内燃机的节能减排装置

Info

Publication number: CN102619646A
Application number: CN2012101308792A
Authority: CN
Inventors: 刘日孟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种柴油内燃机的节能减排装置，该装置包括供水装置、汽化室和还原装置。所述供水装置包括用于盛放软化水的水箱；所述汽化室包括由封紧螺丝结合成一体的汽化室体、汽化室盖、密封垫，汽化室内设有浮子，汽化室上端设有排汽管，汽化室盖上设有进水阀、托片、支座、出汽阀门、强制进水柱，汽化室安装在气缸的排气管上；所述还原装置包括冷却室，冷却室通过软管与汽化室的出汽阀门相连通，冷却室的出汽口通过软管与气缸的进气管相连通。本发明结构简单，可以充分利用柴油内燃机燃烧产生的热量，将要添加到气缸中的水通过柴油内燃机进气管定量地自动地供给到柴油内燃机气缸，从而实现节省油料，减少氮氧化物排放的目的。

Description

一种柴油内燃机的节能减排装置

技术领域

本发明涉及一种柴油内燃机的节能减排装置，尤其涉及一种减少柴油内燃机氮氧化物排放、节省油料的加水辅助燃烧做功装置。

背景技术

在活塞式内燃机的燃烧室内加水参与燃烧有许多方面的优势是众所周知的。水有防止燃料爆燃的作用，在进气中加入少量水后，可以使用低标号的汽油或柴油，或是提高发动机的压缩比，两者都有提高发动机燃油效率的作用。空气中的水有降低进汽温度的作用，在进气中加入少量水后，燃烧室可以吸入较浓的燃汽，提高了发动机的实际压缩比，可以提高发动机的最大功率。雾化水滴在高温燃烧汽化后，其体积爆发为原来的上千倍，在推动了活塞做功的同时，还有很好的吸热降温作用，可以延长缸体寿命。水雾微滴在燃烧受热后的微爆作用和水蒸汽成份，对油雾的充分燃烧有很大的促进作用。向内燃机内加水有的方法通常分为两种：一种时预先使燃料乳化；一种是直接加水到内燃机中。

柴油掺水乳化技术，是一项重要的节能技术，已被人们广泛认识并在实际生产中广泛使用。公开号为CN1288934的专利公开了一种掺水乳化技术，在柴油中加入一定比例的水和柴油乳化剂，即可制成乳化柴油。使用乳化柴油不仅能节省燃料，而且乳化柴油的燃烧要比纯柴油燃烧更充分，因此可大大减少燃油废气对环境的污染。该乳化柴油适用于各类国产和进口柴油机，额定功率不变。该方法中，用于内燃机的乳化柴油配比为：柴油80份、水20份、乳化剂0.5-1份；用于燃油锅炉的乳化柴油原料配比为：柴油70份、水30份、乳化剂0.5-1份。经多架试验节油率7.9％，铁路机车实用节油率18.2％。用于各种柴油机，烟度和有害气体排放比燃烧纯柴油下降25-75％；用于各类燃油锅炉，二氧化硫排放浓度下降47％、烟尘排放浓度下降57％。该方法通过间接向内燃机内加水，节省了燃油，降低了尾气中有害物质的排放量，但在使用时，需要提前对柴油进行乳化，再加入柴油机中，操作起来比较繁琐。

有效减少柴油内燃机氮氧化物排放的直接喷水装置（《国际船艇》2001年第2期）一文公开了向发动机直接喷水的装置。该直接喷水装置所形成的低NO_x排放技术，就是基于低油耗和低NO_x排放获得平衡的。它巧妙地调整了燃烧过程中柴油机循环的二次调谐原理。最为熟悉的是向燃烧室内直接喷射燃料与水的混合物。柴油机内NO_x的形成，是因为燃烧室内局部性的燃烧温度过高而造成的。在燃烧过程中，通过降低高温部位的温度，就可以减少NO_x的形成。水分子有很高的能量吸收能力降低了峰值燃烧温度，由此减少了在燃烧反应中NO_x的产生。水在此方面有着积极的作用，这是众所周知。向燃烧室直接喷水技术的优势，减少了50－60％的柴油机排放中氮氧化物的含量；可调喷射时间和喷射定时以达到最佳状态；在无水运转状态下的良好的机械运转性能；该技术避免了目前乳化油技术存在的乳化不稳定性、喷射管内的空泡危险性，以及燃烧室空气加湿法（HAM）对燃烧室部件的腐蚀。通过水对燃烧室的高温部位的冷却，以达到减少氮氧化物气体的排放量。该装置设计概念中的基本要素，是能同时喷射燃料和水的复合喷射阀，这种复合喷射阀一个喷嘴喷水，另一个喷射燃料。喷水是为了冷却燃烧室，以便在在燃烧时，形成较低的氮氧化物。喷入燃烧室的水通过过滤，高压水泵将其压力提升至200－400bar（204－408kg/cm²），再经过压力调节阀，将水压调整至与负荷相匹配的准确压力，供给喷射阀。为了保证安全，在通向各燃烧室的管路中，设有灵敏度极高的机械式截止阀，以防止管路中流有过量的压力水。喷水定时和周期实施电子控制，可以通过控制单元程序（通过键盘操作）进行调整。而喷水量即水与燃料之比，是通过喷射时间的长短来控制的。当机器采用重油（HFO）时，氮氧化物的排放大致为5～7克/千瓦时；机器采用船用燃油（MDO）时，氮氧化物的排放是4～6克/千瓦时；喷水/喷燃料之比为0.4～0.7；对输出功率没有影响；对水质的要求为：喷入燃烧室的自来水或蒸馏水应达到下列指标：PH 5－8；硬度不大于10度（dH）；盐份不大于80毫克/升。但是，该装置造价比较昂贵。

随着全球能源的日益紧张，满足控制氮氧化物(NO_x)排放的法规要求也日益严格，对产生较少的有害气体、能充分燃烧燃油的节能减排发动机的需要不断增加，对添加水到燃烧过程中以减少NO_x排放的改进的方法的需要也同样在增加。

发明内容

本发明提供了一种改进的进水装置，该装置可以充分利用柴油内燃机燃烧产生的热量，将要添加到燃烧室中的水定量地自动地供给到柴油内燃机燃烧室。

本发明采用的技术方案是：一种柴油内燃机的节能减排装置，该装置包括供水装置、汽化室和还原装置。所述供水装置包括用于盛放软化水的水箱，水箱通过软管与汽化室的进水阀相连通；所述汽化室包括汽化室体、汽化室盖、密封垫，汽化室体、汽化室盖、密封垫三部分由封紧螺丝结合成一体。汽化室体内设有浮子，汽化室上端设有排汽管，汽化室盖上设有进水阀、托片、支座、出汽阀门强制进水柱；汽化室安装在气缸的排气管上；所述还原装置包括冷却室，冷却室通过软管与汽化室的出汽阀门相连通，冷却室的出汽（水）口通过软管与气缸的进气管相连通。

进一步，所述冷却室优选安装在滤清器上，利用滤清器内的空气降温。水箱上设有进水开关，从而实现对加水系统的关闭；进水开关上设有用于过滤水中杂质的滤芯。

进一步，汽化室上顶部设有可以强制进水从而控制汽化室内液位的强制进水柱。

所述冷却室优先安装在滤清器上，也可安置在通风条件好的地方。

首先，打开水箱上的开关，使水箱中的软化水进入汽化室。当进入汽化室的水达到一定数量时，水面上的浮子托起托片，托片关闭进水阀，停止进水。充分利用在柴油内燃机的柴油在气缸内燃烧时产生的热量，通过排气管对汽化室的水加热，产生高温蒸汽，蒸汽从出汽阀门通过软管输送到冷却室，将高温蒸汽降温成水或者小水珠。因为柴油内燃机有规律地使气体沿进气管进入气缸，使进气管内产生“低压”，汽化室里的蒸汽也有规律地经冷却室进入进气管。当柴油内燃机工作速度加大，此时需要的水量大，此时正好柴油内燃机气缸燃烧产生的热量多，汽化室内汽化的速度也加快，进气管产生的“低压”也增大，从而自动使进入柴油内燃机气缸内的水增多。反之亦然。当汽化室内的水被汽化后，水位降低时，浮子下降，托片拉动进水阀，水箱重新为汽化室供水，如此反复。

使用本装置后，可以显著降低排出气体中氮氧化物的数量，水进入气缸后，体积剧烈膨胀，可以达到辅助做功的效果，从而达到节油的目的；如果每台柴油内燃机上都装设上它，每年节省的柴油是非常巨大的数字。本装置结构简单，造价低廉，可以自动为进入柴油内燃机气缸提供燃烧所需要的水，并能巧妙利用气缸工作需求，自动调节所需要的水量，汽化室内多余的气体可以从排汽管中排出；喷水系统完全与进气系统分离，对机械部件没有任何副作用，因此，停止进水时，对机器的运转没有影响；当不需要加水时，可以换到无水运转模式；要求的空间较其它方法较小，并且，该装置也可以适用于加装或改装工程；设备费和运转成本很低。

附图说明

图1是本发明一种柴油内燃机的节能减排装置的结构示意图。

其中：1-水箱；2-出汽阀门；3-软管；4-汽化室；5-气缸；6-冷却室；7-密封垫；8-进气管；9-进水阀；10-托片；11-强制进水柱；12-排汽管；13-封紧螺丝；14-支座；15-排气管；16-滤清器；17-浮子；18-出汽口；19-开关；20-汽化室盖；21-汽化室体；22-滤芯；23-归位弹簧。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明做进一步说明。

一种柴油内燃机的节能减排装置，该装置包括供水装置、汽化室和还原装置；所述供水装置包括用于盛放软化水的水箱1，水箱1通过软管3与汽化室4的进水阀9相连通,在水箱上还设有开关19，进水开关19）设有用于过滤水的滤芯22；所述汽化室包括汽化室体21、汽化室盖20、密封垫7，汽化室体21、汽化室盖20、密封垫7三部分由封紧螺丝13结合成一体，汽化室4内设有浮子17，汽化室4上部设有排汽管12，汽化室盖20上设有进水阀9、托片10、支座14、出汽阀门2、强制进水柱11；汽化室4安装在排气管15的弯管上。所述还原装置包括冷却室6，冷却室6的进汽口通过软管3与汽化室4的出汽阀门2相连通，冷却室6的出汽（水）口18通过软管与柴油内燃机的进气管8相连通。冷却室6安装在滤清器16上，也可安置在通风条件好的地方。

工作时，首先打开水箱的开关19，汽化室4的出汽阀2，使水流入汽化室4，当汽化室4水位上升到一定程度时，浮子17推动托片10沿支座14转动，并对进水阀9产生压力，使进水阀9关闭，停止进水。

气缸5开始工作后，燃烧和做功产生的热量通过排气管15传递到汽化室4内，使汽化室4内的水汽化，汽化产生的水蒸气通过软管3进入冷却室6。在冷却室6向外传热，使水蒸气冷凝成水（或水雾），水（或水雾）通过软管3流入进气管8，随进气管8的空气进入气缸5，参与燃烧做功。

当汽化室4内的水位下降到一定位置时，浮子17下沉，此时托片10也下沉，托片10拉下进水阀9，进水阀9打开。此时，水箱1内的水再次为汽化室4补充燃烧需要的水，如此循环。

强制进水柱11设置在汽化室盖20上，形状为圆柱体状，在汽化室4以上部分带有可以使强制进水柱复位的归位弹簧23，圆柱体伸进汽化室4并可以上下移动。当向下按强制进水柱11时，其底端与浮子17接触，使浮子17下沉。设置强制进水柱11的目的是，当浮子17运动不灵敏时或者汽化室4内水位较低时，可以用其下按浮子17，使托片10下沉，拉动进水阀9，强制为汽化室4进水，提高液位的位置。

通过调整汽化室的出汽阀门2，可以控制进入气缸5内水量的大小。汽化室4内多余的水汽通过排汽口12排出。在气缸5停止工作前 1分钟，关闭出汽阀门2。

当不需要运行这一装置时，可以关闭水箱的开关19，出汽阀2。此时，相当于原来气缸的工作环境没有改变。

本装置中，开关19、出汽阀门2采用不锈钢耐磨材料。汽化室4，还原室6采用导热性强的不锈钢材料制成。本装置主要有两个功能：一是节能；二是环保。

Claims

1.一种柴油内燃机的节能减排装置，该装置包括供水装置、汽化室和还原装置，其特征在于：所述供水装置包括用于盛放软化水的水箱（1），水箱（1）通过软管（3）与汽化室（4）的进水阀（9）相连通；所述汽化室（4）包括汽化室体（21）、汽化室盖（20）、密封垫（7）；汽化室体（21）、汽化室盖（20）、密封垫（7）三部分由封紧螺丝（13）结合成一体，汽化室体设有浮子（17），汽化室上端设有排汽管（12），汽化室盖上设有进水阀（9）、托片（10）、支座（14）、出汽阀门（2）；汽化室（4）安装在气缸（5）的排气管（15）上；所述还原装置包括冷却室（6），冷却室（6）通过软管（3）与汽化室的出汽阀门（2）相连通，冷却室（6）的出汽口（18）通过软管（3）与气缸（5）的进气管（8）相连通。

2.如权利要求1所述的一种柴油内燃机的节能减排装置，其特征在于：所述冷却室（6）安装在滤清器上，也可安置在通风条件好的地方。

3.如权利要求1所述的一种柴油内燃机的节能减排装置，其特征在于：所述水箱（1）上还设有开关（19），进水开关（19）上设有用于过滤水中杂质的滤芯（22）。

4.如权利要求1所述的一种柴油内燃机的节能减排装置，其特征在于：汽化室（4）上顶部设有可以强制进水从而控制汽化室（4）内液位的强制进水柱（11），强制进水柱（11）形状为圆柱状，底部与浮子（17）接触，在汽化室（4）以上部分带有可以使强制进水柱（11）复位的归位弹簧（23）。