CN107304732A - 一种降低渔船双燃料机nox排放的喷水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置,主体为双燃料机，双燃料机上的排温传感器、转速传感器及曲轴位置传感器通过导线与ECU电子控制单元电连接，还包括纯净水箱，纯净水箱依次与水泵、水量控制阀、流量计及喷咀串行连接，水量控制阀通过导线与ECU电子控制单元电连接，喷咀为若干个，设置位置分别与气缸相对应。由水泵从纯净水箱吸水，由于稳压阀作用，使水泵流出水压稳定为2个大气压，多余水回流至纯净水箱，ECU电子控制单元根据曲轴位置传感器，在活塞处于排气冲程后期，将水量通过喷咀喷入气缸。ECU电子控制单元通过脉宽和喷射周期来控制水量控制阀，从而控制喷水量，并接收水量传感器数值加以调整，进而实现空气增湿降温的效果。

Description

一种降低渔船双燃料机 NOX 排放的喷水装置
技术领域
本发明涉及双燃料机技术领域，具体为一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置。
背景技术
2010至今，已有多种柴油机船开展了内河船舶柴油-LNG 混合动力实船改造和航行试验。然而航行试验统计资料表明，国产改装双燃料机NOx 排放性能只是略好于纯燃油模式，NOx排放未有明显改善，远没有达到国际海事组织Tier III 的NOX的排放标准。我国内河船舶大气污染物排放第一部标准《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》，也称国排，现已进行二次征求意见，具体出台时间应为期不远。渔船主机是国排的限制对象，其第二阶段要求NOx排放下降36%以上。显然，目前国产改装双燃料机NOx排放是达不到该要求的。渔船双燃料机以后走向市场将受到NOx 排放的硬性限制。
NOx排放影响因素主要是高温、富氧和在高温富氧下停留时间。降低三者中任一影响因素均可降低NOx排放。现在柴油机机外降低NOX措施最有效的有加水降排、废气再循环EGR和选择性催化转化SCR。
废气再循环EGR理论上能降低40～50%NOx排放。通过排气阀定时延迟，使气缸内的残余废气增多，减少氧含量从而达到减少NOx 生成。但是内部EGR 因为没有冷却，对降低燃烧温度不利。
选择性催化转化SCR以尿素作还原剂, 以钒等的氧化物作触媒, 将氮化物还原为氮气。SCR技术无需改变柴油机的结构设计且不影响柴油机的正常运行就可达到非常低的排放量(NOx甚至可减少90%)。但初投资较大;维护管理费用高;在低负荷情况下, 由于排气温度的限制而失去作用。
喷水装置作为一种成本低廉的降排措施，是柴油机NOx的降排的一个重要措施。柴油机中加水降排措施主要有水乳化法_FWE 、空气增湿技术和直接喷水技术DWI。显然水乳化法并不适于双燃料机。
空气增湿技术优点是:1)进气道可以喷入大量的水,通过大幅度降低气缸内燃烧的温度,降低NOx排放,当水量为燃油的3倍时,NOx排放可以降低70%; 2)和缸内直接喷水一样,可以在不同工况下喷入不同量的水;3)发动机系统机构改变不大。4)可以降低燃油消耗率。缺点是:1)喷水量过大,会使液态水进入气缸,液态水滴稀释缸套上的润滑油膜, 易造成缸套磨损问题。2)对颗料PM排放没有效果。
缸内直接喷水技术主要应用于大型低速柴油机，需要独立的高压供水系统和喷射控制系统对喷射正时和喷射量进行控制，系统复杂度较高，且由于背压高，喷水嘴的寿命较短，对水的清洁度也有严格要求。总体来看缸内直接喷水的实现难度大，成本高，耐久性差，不适宜应用于中、高速柴油机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由水泵从纯净水箱吸水，由于稳压阀作用，使水泵流出水压稳定为2个大气压，多余水回流至纯净水箱，ECU电子控制单元根据曲轴位置传感器，在活塞处于排气冲程后期，将水量通过喷咀喷入气缸。ECU电子控制单元通过脉宽和喷射周期来控制喷水电磁阀，实现喷水量控制，并接收水量传感器数值加以调整，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置,主体为双燃料机，双燃料机上设置有若干个气缸、排温传感器、转速传感器及曲轴位置传感器，排温传感器、转速传感器及曲轴位置传感器通过导线与ECU电子控制单元电连接，还包括纯净水箱，纯净水箱依次与水泵、水量控制阀、流量计及喷咀串行连接，水量控制阀通过导线与ECU电子控制单元电连接，喷咀为若干个，设置位置分别与气缸相对应。
优选的，水泵上设置稳压阀，稳压阀内水压稳定为0.2MPa。
优选的，稳压阀上连接溢流管一端，溢流管另一端与纯净水箱导通。
优选的，还包括水量传感器，水量传感器固定设置在流量计与喷咀之间管路上，水量传感器通过导线与ECU电子控制单元电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明由水泵从纯净水箱吸水，由于稳压阀作用，使水泵流出水压稳定为2个大气压，多余水回流至纯净水箱，ECU电子控制单元根据曲轴位置传感器，在活塞处于排气冲程后期，将水量通过喷咀喷入气缸。ECU电子控制单元通过脉宽和喷射周期控制控制喷水电磁阀，实现喷水量的控制，并接收水量传感器数值加以调整，进而实现空气增湿的效果。
（2）本发明在排气冲程喷入水，气缸内压力稍高于大气压，故可实现2个大气压水压的低压喷射，使得喷咀寿命长，可靠性好。并且由于水汽化为水蒸汽膨胀，有利于驱逐尾气，且能吸附颗料排放，有效降低PM排放。
（3）该发明在排气冲程喷入水，排温高于550℃，故水喷入后吸收废气的热量，迅速汽化为水蒸汽，降低了气缸内的温度，有利于吸收更多的新鲜空气。同时水变为水蒸汽，不稀释缸套上的润滑油膜，避免缸套额外磨损。
（4）在本发明中利用了水蒸汽是三原子分子，比热容大，水中无N2,降排效果更好。水蒸汽与废气再循环中废气一样能冲淡局部富氧区的氧浓度，降低氧化反应速率, 控制双燃料发动机的爆震倾向,抑制NOx的生成。三原子分子，比热容大，成为过热蒸汽时吸收热量多，有效降低排气温度。水蒸汽中无N2， NOX降排效果比废气再循环更好。
（5）由于水蒸汽与未燃C发生水煤气反应，可降低燃油耗，提高经济性，与此同时水煤气反应生成H，燃烧扩散速度大于液化天然气LNG,缩短燃烧持续期，减少碳烟和颗料PM排放。
（6）由于水在排气冲程喷入，变成水蒸汽，可以吸附颗料，从而减少颗粒排放。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置,主体为双燃料机1，双燃料机1上设置有若干个气缸2、排温传感器3、转速传感器4及曲轴位置传感器5，排温传感器3、转速传感器4及曲轴位置传感器5通过导线与ECU电子控制单元6电连接，还包括纯净水箱7，纯净水箱7依次与水泵8、水量控制阀9、流量计10及喷咀11串行连接，水量控制阀9通过导线与ECU电子控制单元6电连接，喷咀11为若干个，设置位置分别与气缸2相对应。水泵8上设置稳压阀12，稳压阀12内水压稳定为2Pa。在排气冲程喷入水，气缸2内压力稍高于大气压，故可实现2个大气压水压的低压喷射，使得喷咀11寿命长，可靠性好。并且由于水汽化为水蒸汽膨胀，有利于驱逐尾气，且能吸附颗料，有效降颗粒PM排放。稳压阀12上连接溢流管13一端，溢流管13另一端与纯净水箱7导通。更好的将水压稳定在要求的范围内，同时实现对水资源的重复利用，增加双燃料机的经济性。
此外，还包括水量传感器14，水量传感器14固定设置在流量计10与喷咀11之间管路上，水量传感器14通过导线与ECU电子控制单元6电连接。其在水流管路与ECU电子控制单元6形成完整的回路，进而加强了对整体的喷水装置的管控，提高该设备的工作效率。
水泵8从纯净水箱7吸水，由于稳压阀12作用，使水泵8流出水压稳定为2个大气压，多余水回流至纯净水箱7，ECU电子控制单元6根据曲轴位置传感器5，在活塞处于排气冲程后期，将水量通过喷咀11喷入气缸2。ECU电子控制单元6通过水量控制阀9的脉宽和喷射周期来控制喷水量，并接收水量传感器数值加以调整，进而实现空气增湿的效果。
该发明在排气冲程喷入水，排温高于550℃，故水喷入后吸收废气的热量，迅速汽化为水蒸汽，降低了气缸内的温度，有利于吸收更多的新鲜空气。同时水变为水蒸汽，不稀释缸套上的润滑油膜,避免缸套额外磨损。利用了水蒸汽是三原子分子，比热容大。与废气再循环中废气一样能冲淡局部富氧区的氧浓度，降低氧化反应速率, 控制双燃料发动机的爆震倾向,抑制NOx的生成。成为过热蒸汽时吸收热量多，明显降低燃烧温度，有效地降低NOx的生成，另水蒸汽中无N2， NOX降排效果比废气再循环更好。由于水蒸汽与未燃C发生水煤气反应，可降低燃油耗，提高经济性，与此同时水煤气反应生成H，燃烧扩散速度大于LNG,缩短燃烧持续期，减少碳烟和PM排放。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置,主体为双燃料机，双燃料机上设置有若干个气缸、排温传感器、转速传感器及曲轴位置传感器，所述排温传感器、转速传感器及曲轴位置传感器通过导线与ECU电子控制单元电连接，其特征在于：还包括纯净水箱，所述纯净水箱依次与水泵、水量控制阀、流量计及喷咀串行连接，所述水量控制阀通过导线与ECU电子控制单元电连接，所述喷咀为若干个，设置位置分别与气缸相对应。
2.根据权利要求1所述的一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置，其特征在于：所述水泵上设置稳压阀，稳压阀内水压稳定为0.2MPa。
3.根据权利要求2所述的一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置，其特征在于：所述稳压阀上连接溢流管一端，溢流管另一端与纯净水箱导通。
4.根据权利要求1所述的一种降低渔船双燃料机NOX排放的喷水装置，其特征在于：还包括水量传感器，所述水量传感器固定设置在流量计与喷咀之间管路上，水量传感器通过导线与ECU电子控制单元电连接。
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