CN103742292B - 二冲程内燃机排气余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二冲程内燃机余热回收系统，其技术方案是：内燃机的第一缸作为膨胀机。由内燃机、中冷器、换热器、EGR冷却器、膨胀机、散热器等五个部件的水侧、以及循环泵依次串接组成朗肯循环系统。空气经过压气机、中冷器的气侧后进入内燃机第二至第六缸的总进气口，并构成空气增压系统。第二至第六缸的总排气分为二路：一路进入涡轮机，涡轮机的排气接至换热器的气侧；另一路进入EGR冷却器的气侧后与中冷器的出气一同进入第二至第六缸的总进气口。利用气缸的逆循环作为膨胀机，由内燃机的冷却液作为朗肯循环的工质，降低系统规模和成本。通过朗肯循环回收内燃机的排气余热，可以实现排气余热回收的安全高效，达到节能减排的目的。

Description

二冲程内燃机排气余热回收系统
技术领域
本发明属于内燃机余热利用技术，具体涉及一种二冲程内燃机余热回收的朗肯循环系统。
背景技术
当今世界能源危机问题日益突出，内燃机的节能减排技术越来越受到世人关注，内燃机余热的回收除了可明显降低燃油的消耗以外，还可以减低燃烧颗粒物的排放。有机朗肯循环(简称ORC)以其结构简单适用性强、以及产生额外功率输出的同时不产生任何污染物的特点，被首选用于内燃机的余热回收。
目前朗肯循环回收余热的技术大多集中在四冲程发动机上。二冲程内燃机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔。在两个行程内完成一次循环，升功率大，结构简单、轻便。但是二冲程内燃机扫气耗功大，燃油消耗率相对较高，排放性差，因此如果能对其排气余热进行回收，则会带来较大的经济效益和环境效益。此外，二冲程内燃机的逆循环过程可以看作膨胀过程，此时换气孔变成排气孔，排气阀用于控制进气流动。由此，二冲程内燃机就可以用作膨胀机，从而省去ORC系统中的膨胀机，降低系统规模和成本。本发明提出将ORC技术用于二冲程内燃机的余热利用，对内燃机节能减排效率的提高意义重大。
发明内容
本发明的目的是，提出一种利用二冲程内燃机中一个气缸兼做膨胀机的排气余热回收系统，使内燃机的高温排气余热得到充分利用，从而达到提高内燃机燃油经济性的目的。
以下结合附图对本发明的原理与系统组成进行说明。二冲程内燃机排气余热回收系统具有：六缸内燃机、膨胀机、中冷器、换热器、EGR冷却器、散热器、循环泵、涡轮机以及压气机等，涡轮机与压气机轴连构成涡轮增压器。系统所采用的技术方案是：内燃机的第一缸作为膨胀机，内燃机的冷却水套侧、中冷器的水侧、换热器的水侧、EGR冷却器的水侧、膨胀机的水侧、散热器的水侧、以及循环泵依次串接组成朗肯循环系统。空气经过压气机、中冷器的气侧后进入内燃机第二至第六缸的总进气口，并构成空气增压系统。内燃机第二至第六缸的总排气分为二路：一路进入涡轮机，涡轮机的排气接至换热器的气侧；另一路进入EGR冷却器的气侧后与中冷器的出气一同进入内燃机第二至第六缸的总进气口。即内燃机排气一部分用于推动涡轮机来带动压气机压缩进气，一部分进入EGR冷却器，然后与增压空气一同进入气缸。
气缸上有进、排气及换气口，当发动机气缸中的活塞做往复运动时，气缸容积便周期地变化，它与吸气口、排气口的启闭相配合，实现吸气压缩与膨胀排气过程的工作循环。发动机气缸工作的逆过程与往复式膨胀机的工作过程相类似，只不过是这个气缸中工作的工质不是燃油混合气，而是循环工质。因此，本发明发动机中的两个缸，通过进、排气过程次序的更换作为往复式膨胀机使用，从而省去ORC系统中的膨胀机，降低系统规模和成本。
本发明的特点及有益效果是，利用二冲程内燃机一个缸的逆循环过程，作为朗肯循环的膨胀过程，可以省去朗肯循环系统中的膨胀机，减小系统规模和成本。高温排气既充当热源，又用来增压空气和进行废气再循环，使排气余热能得到最充分的利用。冷却液一方面能够使冷却系统始终处于最佳的工作状态，保证内燃机的正常工作温度，另一方面，又作为朗肯循环的工质。通过朗肯循环回收二冲程内燃机的排气余热，可以实现排气余热回收的安全高效，达到节能减排的目的。
附图说明
所示附图为发明原理与系统组成结构图。图中的虚线表示内燃机排气路径，点划线表示空气(进气)侧路径，粗实线表示冷却液朗肯循环路径。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的原理与系统做进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。
二冲程内燃机排气余热回收系统，其系统组成及结构特征是：内燃机1的第一缸作为膨胀机2。内燃机的冷却水套侧、中冷器3、换热器4、EGR冷却器5、膨胀机、散热器6等这几个部件的水侧、以及循环泵依次串接组成朗肯循环系统。空气经过压气机9、中冷器的气侧后进入内燃机第二至第六缸的总进气口，并构成空气增压系统。内燃机第二至第六缸的总排气分为二路：一路进入涡轮机8，涡轮机的排气接至换热器的气侧；另一路进入EGR冷却器的气侧后与中冷器的出气一同进入内燃机第二至第六缸的总进气口。
内燃机是二冲程六缸内燃机。朗肯循环系统所用的工质为水。
其系统循环过程为：内燃机的冷却液作为朗肯循环的工质，内燃机作为预热器加热工质，然后冷却液进入中冷器，与增压空气进行换热，增压空气被冷却后进入气缸。在换热器内，冷却液被涡轮后的排气加热，换热后的低温排气排入周围环境中。在EGR冷却器内，冷却液被进行EGR的排气加热，然后排气重回气缸。之后，冷却液进入内燃机第一个缸内膨胀做功，在散热器内被空气冷凝散热，进入泵内加压，最后回到内燃机中，进行下一个循环。中冷器内的高温侧是增压空气，换热器内的高温侧均是涡轮后排气，而EGR冷却器内的高温侧是涡前排气。
本发明提出将ORC技术用于二冲程内燃机的余热利用，可以简化系统，节约成本，对内燃机节能减排技术的提高意义重大。

Claims (2)

1.二冲程内燃机排气余热回收系统，具有六缸内燃机、膨胀机、中冷器、换热器、废气再循环冷却器、散热器、循环泵、涡轮机以及压气机，涡轮机与压气机轴连构成涡轮增压器，其特征是：所述内燃机(1)的第一缸作为膨胀机(2)，内燃机的冷却水套侧、中冷器(3)的水侧、换热器(4)的水侧、废气再循环冷却器(5)的水侧、膨胀机的水侧、散热器(6)的水侧、以及循环泵(7)依次串接组成朗肯循环系统，空气经过压气机(9)、中冷器的气侧后进入内燃机第二至第六缸的总进气口，并构成空气增压系统，所述内燃机第二至第六缸的总排气分为二路，一路进入涡轮机(8)，涡轮机的排气接至换热器的气侧；另一路进入废气再循环冷却器的气侧后与中冷器的出气一同进入内燃机第二至第六缸的总进气口。
2.根据权利要求1所述二冲程内燃机排气余热回收系统，其特征是所述朗肯循环系统所用的工质为水。
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