CN1065588C - 混合和输送用于柴油机的乳化液的方法和设备 - Google Patents

混合和输送用于柴油机的乳化液的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混合和输送用于柴油机的由水和燃料组成的乳化液的方法，其中，传感器确定柴油机的状态参数，例如转速，并且其中，乳化液中水和燃料的比例根据状态参数这样变化，使得所输送的乳化液的总量如范围Ⅱ所示保持不变或者近似不变。

Description

混合和输送用于柴油机的乳化液的方法和设备
本发明涉及混合和输送用于柴油机的由水和燃料组成的乳化液的方法，另外，本发明还涉及混合和输送柴油机运行所需的乳化液的设备。
已知通过向燃烧室喷水降低气缸中燃烧温度来减少柴油机运行中氧化氮(NOx)输出量的方法。该方法的程序的缺点是，除了需要喷燃料的设备外，还需要喷水的第二设备。
另外还已知通过将水和燃料混合形成水-燃料乳化液，并且由惯用燃料泵将该乳化液输送给气缸来降低柴油机运行中所产生的氧化氮的输出量的方法。在该方案中，由燃料泵输送的量随着混合水的容量而增加。这种设备的缺点是，或者整个喷射系统必须与所输送的最大容量相匹配，其将导致高成本和所需空间增加，或者喷射系统的输送能力不能变化并且所输送的燃料的最大量是减去混合水容量的燃料量，其结果是发动机只能降低功率运行。
本发明的目的在于提供一种混合和输送用于柴油机的水和燃料的乳化液的方法和设备，该方法和设备能够高效地利用喷射泵的能力。
根据本发明的混合和输送用于柴油机的水和燃料乳化液的方法，其特征在于，柴油机的状态参数利用传感器确定，并且乳化液中水和燃料的比例这样按照状态参数变化，使得所需要的乳化液的总量保持不变。
在本发明的方法中，只要状态参数，特别是发动机功率处于一个预定的界限值(S)之下，则所需乳化液的量按照所测得的信号变化；而当处于预定的界限值(S)之上时，所需要的乳化液的总量保持不变。
在本发明的方法中，在预定的界限值(S)之下，水的比例以及燃料的比例与状态参数成比例地变化。
在本发明的方法中，用传感器测定的信号包括至少下列参数之一：
-发动机转速
-扫气压力
-气缸中的燃烧压力
-排气温度
-排气中具体成分的浓度
-扭矩
在本发明的方法中，柴油机通过改变水的部分和燃料的部分之间的比率被调节成具有所需的恒定量的乳化液。
在本发明的方法中，乳化液中水的部分和燃料部分之间的比率这样来调节，使得柴油机的排气中的氧化氮含量最少。
根据本发明的混合和输送柴油机运行所需乳化液的设备，它包括用于将水和燃料输送给乳化系统的输送泵和输送泵，和用于将在乳化设备中产生的乳化液供给柴油机燃烧室的高压泵，还包括通过信号连线连至检测柴油机状态的传感器和通过信号连线连至输送泵的控制和调节装置，以便调节所产生的乳化液中水的部分和燃料部分的比率。
本发明的方法将包括水和燃料的乳化液混合并且将其引入柴油机，特别是大型柴油机中，柴油机的状态由传感器测定而乳化液的成分即水和燃料的比例这样根据该传感器的信号来改变，即所输送的乳化液的总量保持不变或者近似不变。
在柴油机的情况下，利用喷射泵将燃料在高压下喷入燃烧室。用于柴油机的例如也用于本发明方法的惯用喷射泵有相对于柴油机小负荷运行时的输送量的过容量。本发明的方法利用该存在的过容量，以便将附加的水量混入燃料量中并且输送该合成的燃料-水乳化液。借此，水量和燃料量的总和在柴油机负荷范围内保持不变，而喷射泵继续在最大输出量范围内运转。因此供给发动机的燃料量不再由燃料泵的输出量控制，而是由混于燃料中的水量控制。
本发明方法的优点是，在渐增的部分负荷时，大量的水供给柴油机，柴油机将减少氧化氮的形成。从生态观点来看，这样工作的柴油机便得特别有利，因为该柴油机可以在海岸区域以及特别不希望有氧化氮排放的海港内以部分负荷运转。本发明方法的另外一个优点从下列事实可以看出来，即喷射系统的输送能力不变，因此现有柴油机转换简单，对于新柴油机，不需要增加输送能力。本发明方法的另外一个优点是，水-燃料乳化液得以从其喷入燃烧室的燃料喷嘴为了所喷乳化液的雾化可以在宽阔的负荷范围内理想地确定尺寸，因为所喷的水-燃料乳化液的量在宽阔的负荷范围内保持不变。燃料喷嘴尺寸的确定对于柴油机的烟和颗粒的排放具有决定作用。在宽阔的负荷范围内保持不变的所喷的液体量将容许燃料喷嘴理想地确定尺寸和理想地低污染运转。
在低的部分负荷范围内，一般在最大负荷50％的部分负荷范围内，所喷的液体的量不再能够保持不变，因为水所占比例太大。超过之发动机不再能够保证无故障运转的预定的水／燃料的最大比率是存在的。当超过该比率时，燃料量和混合的水量必须同步减少，以便不超过预定的最大比率。这样，柴油机便可以在从最小负荷直至最大负荷的整个负荷范围内运转。
现在参照附图对本发明进行详细描述，其中：
图1是作为发动机功率的函数的输送量图；
图2是混合和输送乳化液的简化设备；
图3是混合和输送乳化液的另外一个设备。
在图1中示出了作为发动机功率函数的喷射泵的输送量。直线a表示按照惯用工作方式工作的喷射泵，其中所输送的液体总量仅包括燃料，并且所输送的量随发动机的功率而变化。直线b表示本发明的随着发动机的功率而混合和输送包括水和燃料的乳化液的方法。柴油机的功率由传感器测出。在小功率范围I内，即从全负荷的近似0％-50％的范围内，所搀和的附加水量与输送的燃料量成正比，使得输送给喷射泵的水-燃料总乳化液相当于按照直线b所输送的量。
在发动机功率范围Ⅰ内，太大比例的水不能确保无故障的发动机的运转，因此，燃料量和所搀和的水量两者必须同步变化。在发动机的功率为S时，所输送的乳化液量相当于喷射泵的额定输出量。在功率从S延伸至最大功率Mmax的大功率范围Ⅱ内，输送给喷射泵的乳化液的总量依曲线b保持不变。在此期间，燃料量随着发动机的功率依曲线a变化，并且附加的水量这样来调节，即使得水-燃料乳化液的总量保持不变或者近似不变。
如图1所示，水-燃料乳化液的量以及成分随着发动机的功率而变。除了发动机的功率以外，还可以利用与柴油机运行有关的其它参数，特别是可以借助传感器测定的下列参数：发动机转速，扫气压力，气缸中的燃烧压力，排气温度，排气中具体成分的浓度或者扭矩。
另外，柴油机的进一步的状态参数可以从借助同样适用于发动机的调节以及水-燃料乳化液成分的调节的调节装置测定的参数来计算。
图2以简化形式示出了混合和输送包括燃料和水的乳化液的设备。用于检测柴油机状态的传感器31经过信号连线40连至调节装置30。输送泵1，9的转速经过相应的信号连线41，42由调节装置30确定。燃料从充以燃料的燃料箱13经过管路11和随后的输送泵9供给乳化系统8。水从充以水的水箱5经过管路3和随后的输送泵1供给乳化系统8。乳化系统8以未详述的方式将水和燃料混合而形成水-燃料乳化液。该乳化液经过管路19供给喷射泵16，喷射泵16以未详述的方式将乳化液经过管路19a供给柴油机20的燃烧室。调节装置30监测传感器31和最终可能使用的任何其它传感器并且这样控制输送泵1，9，使得输送的水-燃料乳化液的量在功率范围II内不变而有变化比例的水和燃料，而在功率范围I内该乳化液的量是可变的而有固定比例的水和燃料，如图1所示。
图3较为详细地示出了另外一个设备。水借助一个其前设置一个过滤器2的输送泵1经过管路3供给缓冲箱4，而箱5用作供水箱。水从缓冲箱4借助其前设置一个过滤器7的计量泵6输送给乳化设备8，在设备8中，水和燃料以未详述的方式混合。计量泵6由调节装置30来调节。燃料借助其前设置一个过滤器10的输送泵9经过管路11供给燃料缓冲箱12，而箱13用作供油箱。燃料从燃料缓冲箱12借助管路14供给乳化设备8。根据所需发动机功率而控制的计量泵6的输出量确定着在乳化设备8中产生的水-燃料乳化液中水的比例。在乳化设备8之后，水-燃料乳化液借助高压泵15供给喷射泵16，并且水-燃料乳化液可以有选择地引过加热器17和／或者过滤器18。水-燃料乳化液从喷射泵16通过管路19a以未详述的方式供给柴油机20的燃烧室。由高压泵15供给喷射泵16的的过多的水-燃料乳化液通过回流管路21供给分离系统22，在分离系统22中，水-燃料乳化液再次分离成水和燃料。水通过管路23供给水缓冲箱4。燃料通过管路24供给燃料缓冲箱12。输送泵1，9，6，15，16通过电气信号线路与未示出的调节装置30连接并且由后者控制。另外，过程参数借助传感器31由调节装置30来检测，以便相应地控制输送泵。
根据所用燃料的性质，可能有必要在水-燃料乳化液中加入乳化剂，以便确保水-燃料乳化液的稳定性。当使用高黏度的燃料时，还有必要将燃料系统设计成封闭系统，因为在此情况下，燃料或者水-燃料乳化液必须加热到100度C以上，以便它能够由喷射泵来输送。

Claims (8)

1．混合和输送用于柴油机的水和燃料乳化液的方法，其特征在于，柴油机的状态参数利用传感器确定，并且乳化液中水和燃料的比例这样按照状态参数变化，使得所需要的乳化液的总量保持不变。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，只要状态参数，特别是发动机功率处于一个预定的界限值(S)之下，则所需乳化液的量按照所测得的信号变化；而当处于预定的界限值(S)之上时，所需要的乳化液的总量保持不变。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，在预定的界限值(S)之下，水的比例以及燃料的比例与状态参数成比例地变化。
4．如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于，用传感器测定的信号包括至少下列参数之一：
-发动机转速
-扫气压力
-气缸中的燃烧压力
-排气温度
-排气中具体成分的浓度
-扭矩
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，柴油机通过改变水的部分和燃料的部分之间的比率被调节成具有所需的恒定量的乳化液。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，乳化液中水的部分和燃料部分之间的比率这样来调节，使得柴油机的排气中的氧化氮含量最少。
7．混合和输送柴油机运行所需乳化液的设备，它包括用于将水和燃料输送给乳化系统(8)的输送泵(1)和输送泵(9)，和用于将在乳化设备中产生的乳化液供给柴油机燃烧室的高压泵(15)，还包括通过信号连线(40)连至检测柴油机状态的传感器(31)和通过信号连线(41，42)连至输送泵(1，9)的控制和调节装置(30)，以便调节所产生的乳化液中水的部分和燃料部分的比率。
8．一种具有如权利要求7所述的设备的柴油机。
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