CN1091490C

CN1091490C - 发动机供气方法及其供气装置

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Publication number: CN1091490C
Application number: CN99106566A
Authority: CN
Inventors: 孙祺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2019-06-28
Also published as: CN1279343A

Abstract

本发明属发动机供气方法及其供气装置，它是纯氧气与废气以1∶3至1∶4的比例混合再输入发动机，其余的废气用二氧化碳压缩机压缩液化后贮存。本装置它包括进气管接口、排气管接口，它有相互联接着的液氧容器和气化器及相互联接的二氧化碳压缩机和液体二氧化碳贮槽及四通阀、减速器，进气管接口与四通阀的输出口A口联接，气源口P口与气化器联接，排气管接口与进气口P₀口联接通，排气口O口与二氧化碳压缩机联接。本发明显著减少废气的有害气体并将废气贮存。

Description

发动机供气方法及其供气装置

本发明属发动机供方法及其供气装置。

现有的发动机，不论是内燃机还是燃气轮机供气装置都是空气滤清器，现有的发动机供气方法是由空气滤清器将滤去灰尘的空气输入发动机的燃烧室供发动机使用，由于没有滤去空气中对发动机无用的氮气，将约五分之四的氮气不仅不能助燃还带走大量的热量影响到发动机的燃烧效率。采用上述方法的发动机，空气经空气滤清器进入发动机室助燃油燃烧后，排出CH、NO_X、CO为主的有害气体，带到空气中，不仅造成环境污染而且限制了发动机效率的提高，排放的废气不能回收，不适于水下使用，如在潜水艇使用。

本发明的目的是提供一种减少发动机废气中有害气体、并降低发动机废气排放量、并将废气收集的发动机供气方法及其供气装置。

本发明的发动机供气方法是将发动机排出的废气分流一部分与液氧气化后的纯氧气混合成混合气体，将混合气体从发动机的进气口输入发动机，将作功后的废气再分一部分与纯氧气混合再输入发动机，这样循环工作，其余的废气为二氧化碳用二氧化碳压缩机压缩液化后用液体二氧化碳贮槽贮存。贮存后的二氧化碳作为它用。为了便于废气的输送和液化将从发动机排出的废气用冷却器冷却。二氧化碳压缩机由发动机直接驱动或由发动机排出的废气驱动涡轮驱动。

为便于发动机启动，在发动机启动时，将液氧气化后的纯氧气从发动机的进气口输入发动机作功，将压缩燃烧膨胀作功产生的一部分废气与纯氧气混合成混合气体，其余废气用二氧化碳压缩机压缩液化后贮存，混合气体从发动机的进气口输入发动机再作功进入循环工作。

为了便于纯氧气与废气的混合，液氧气化后先输入氧气容器再由氧气容器输出后与废气混合，其余废气主要是CO₂输入二氧化碳容器，将二氧化碳容器中的CO₂输入二氧化碳压缩机压缩液化。

上述的发动机供气方法，其特征是：所说的部分废气与纯氧气是按流量的比例混合，纯氧气与废气的比例为1∶3至1∶4。

上述的发动机供气方法，其特征是：所说的混合气体中氧气与废气的比例由四通阀控制。

本发明的发动机供气装置包括进气管接口、排气管接口、设置着液氧容器、气化器、减速器、二氧化碳压缩机、液体二氧化碳贮槽及控制气体流量的阀门，液氧容器与气化器连接通，二氧化碳压缩机与液体二氧化碳贮槽连接通，二氧化碳压缩机的动力输入轴与减速器的动力输出轴联接，其特征是：控制气体流量的阀门是四通阀，四通阀是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积逐渐改变，进气管接口的一端与四通阀混合气输出口A口联接通，四通阀与该输出口A口相对应的气源口P口与气化器的出口联接通，排气管接口的另一端与四通阀的另一进气口P₀口即废气进气口联接通，四通阀的与该进气口P₀口相对应的排气口O口与二氧化碳容器或二氧化碳压缩机的进气口联接通。在阀体混合气输出口A口与另一进气口P₀口即废气进口之间有与混合气出口相通的分流槽，分流槽与废气进口P₀之间由隔板隔开；在阀芯有与废气进口P₀口相通的凹槽。四通阀的阀芯在滑动过程中两通气口的流通面积相等并逐渐减小或增大，排气口O口与气源口P口的横截面积相等。设阀芯两通道的横截面积相等，在阀芯滑动的一个极限位置两通气口的流通面积将等于另一个极限位置通气口流通面积的四分之一。

在上述的发动机供气装置的气化器与四通阀的气源口P口之间设置并联接着氧气容器，气源口P口经氧气容器与气化器联接通。

由于本发明采用纯氧气与排出的一部分废气混合后再输入发动机的供气方法并将没利用的废气全部压缩液化后贮存和不向外排放废气的发动机供气装置，大部分废气循环使用，降低了废气排放量，减少了废气中的有害气体，如将发动机的废气分流70％到80％时，与纯氧气混合再进入发动机利用时，废气量也减少70％至80％，只20％至30％的废气，废气明显减少，而且所排的废气基本上是水与二氧化碳，因大部分废气进行二次燃烧，使残存的CH和CO基本燃尽，根本上杜绝了NO_X的产生，基本上除尽CO与CH化合物，而且将二氧化碳压缩后贮存不向外排放出，尤其有利于潜水艇水下使用，贮存的液化二氧化碳可作为其它使用；进入发动机燃烧室的是纯氧和部分废气的混合气体，发动机的工作比利用纯氧气容易控制，安装涡轮的可利用废气的动力驱动二氧化碳压缩节省能源。本发明的供气方法及其供气装置适用于采用燃油或燃气的内燃机或燃气轮机。

下面结合实施例及其附图详细说明本发明的发动机的供气方法和发动机供气装置的结构。

图1是本发明的发动机供气装置实施例一的组装图。1、加液氧阀 2、液氧入口 3、液氧出口4、低温阀门 5、液氧输送管 6、进口7、气化器 8、蝶阀 9、进气管接口9_a、进气口 10、蝶阀 11、排气管接口11_a、排气口 12、废气输气管 13、进气口14、二氧化碳压缩机 15、排液口 16、蝶阀17、二氧化碳输液管 18、进口 19、出口20、液体二氧化碳贮槽 21、联轴器 22、减速器23、动力输入轴 24、废气输气管 25、冷却器26、混合气输气管 27、节流阀 28、出口 29、液氧容器

图2是本发明的发动机供气装置实施例二的组装图。30、进气口 31、涡壳 32、排气口

图3是发动机供气装置实施例二的涡轮机的轴向剖视图，相对图2放大。33、涡轮

图4是本发明的发动机供气装置实施例三的组装图。34、输出口即A口 35、进气口即P₀口 36、四通阀37、排气口即O口 38、气源口即P口

图5是本发动机供气装置实施例三的四通阀的轴向剖面图。

图6是沿图5中A-A线的剖面图。

图7是沿图5中B-B线的剖面图。

图8是相对图5的俯视图。

图9是图5的四通阀的阀芯向左滑动后的轴向剖视图。39、后盖 40、螺旋压缩弹簧 41、尾杆42、分流槽 43、隔板 44、凹槽45、前盖 46、手轮 47、标尺48、螺杆 49、阀芯 50、阀体51、键 52、键槽 53、通道 54、通道 55、密封圈

图10是本发明的发动机供气装置实施例四的组装图。

图11是本发明的发动机供气装置实施例五的组装图。56、气压表 57、二氧化碳容器 58、进气口59、氧气输气管 60、出气口 61、氧气容器 62、进气口

图12是本发明的发动机供气装置实施例六的组装图。

图13是本发明的发动机供气装置实施例七的组装图

图14是本发明的发动机供气装置实施例八的组装图63、空气滤清器 64、电磁换向阀

以发动机供气方法实施例一、实施例二说明本发动机供气方法的工作原理，实施例一参见图1，是在发动机启动时，打开低温阀门4将液氧容器29中的液氧经液氧输送管5输入气化器7与外界进行热交换吸热气化，将气化后的纯氧气经节流阀27及混合气输气管26和与发动机进气口9_a联接的进气管接口9输入发动机，将压缩燃烧膨胀作功产生的废气从发动机的排气口11_a输入与该排气口联接的排气管接口11和废气输气管12，由该输气管将废气分两部分，一部分输入与该输气管联接的废气输气管24，另一部分经蝶阀8输入混合气输气管26，输入混合气输气管26的废气与经气化器7气化后的纯氧气混合，将混合气体经混合气输气管26和与发动机进气口9_a联接的进气管接口9从发动机的进气口输入发动机，将作功后的废气排入排气管接口11再分流一部分与混合气输气管26的纯氧气混合再输入发动机，这样循环工作，其余的废气为二氧化碳气体由废气输气管24和废气输气管12输入二氧化碳压缩机14压缩液化后再输入液体二氧化碳贮槽20贮存。贮存后的二氧化碳作为它用。本实施例为了便于废气的输送和液化将从发动机排出的废气用冷却器25冷却。本实施例的二氧化碳压缩机14由发动机经减速器22驱动。

本实施例所说的部分废气与纯氧气是按流量的比例混合，纯氧气与废气的比例为1∶3至1∶4，纯氧气的流量由节流阀27控制，与纯氧气混合的废气的流量由蝶阀8控制，分流入二氧化碳压缩机14的废气的流量由蝶阀10控制。调节蝶阀8和蝶阀10及节流阀27的流通面积，控制废气与纯氧气的混合比例。

本发明的发动机供气方法实施例二参见图2，它与实施例一的不同之处是发动机排出的废气由排气管接口11喷入涡壳31驱动涡轮33，再由涡轮33驱动二氧化碳压缩机14工作，从涡壳31排出的废气经冷却器25冷却后再分两部分分别输入混合气输气管26和二氧化碳压缩机14。

本发明的发动机供气方法实施例三参见图4，它与实施例一的不同之处是所说的混合气体中氧气与废气的比例由四通阀36控制。将气化后的纯氧气输入四通阀36的气源口即P口、混合气输出口34即A口及混合气输气管26从发动机的进气口9_a输入发动机，将压缩燃烧膨胀作功产生的废气从排气口11_a排出经排气管接口11和冷却器25流入四通阀36进气口35即P₀口，手推动四通阀36的阀芯49，由分流槽42将废气通路与氧气通路联通分流部分废气与纯氧气混合，参见图9，图中箭头表示分流气体的流向，其余废气经废气排气口37即O口输入二氧化碳压缩机14，混合气体经混合气输出口即A口从进气管接口9输入发动机，将压缩燃烧膨胀作功后的废气从进气口35即P₀口进入四通阀36，经四通阀36的分流槽42分流部分废气与纯氧气混合后再输入发动机，进入循环工作。本实施例废气与氧气和混合比例是逐渐推阀芯49，调节废气与氧气的流量比例关系，使发动机的工作达最佳。

本发明的发动机供气方法实施例四参见图10，它与实施例三的不同之处是发动机排出的废气由排气管接口11喷入涡壳31驱动涡轮33，再由涡轮33驱动二氧化碳压缩机14工作，从涡壳31排出的废气经冷却器25冷却后再输入四通阀36，由该阀分两部分分别输入混合气输气管26和二氧化碳压缩机14。

本发明的发动机供气方法实施例五参见图11，它与实施例一的不同之处是液氧经气化器7气化后先输入氧气容器61，再由氧气容器61经节流阀27输出给混合气输气管26后与冷却器25输入混合气输气管26的一部分废气混合，其余废气主要是CO₂输入二氧化碳容器57，将二氧化碳容器中的CO₂输入二氧化碳压缩14压缩液化。

本发明的发动机气方法实施例六参见图12，它与实施例二的不同之处是液氧经气化器7气化后先输入氧气容器61，再由氧气容器61经节流阀27输出给混合气输气管26后与冷却器25输入混合气输气管26的一部分废气混合，其余废气主要是CO₂输入二氧化碳容器57，将二氧化碳容器中的CO₂输入二氧化碳压缩14压缩液化。

本发明的发动机气方法实施例七参见图13，它与实施例三的不同之处是液氧经气化器7气化后先输入氧气容器61，再由氧气容器61输出给混合气输气管26后与冷却器25排出的一部分废气混合，其余废气主要是CO₂输入二氧化碳容器57，将二氧化碳容器中的CO₂输入二氧化碳压缩14压缩液化。

本发明的发动机气方法实施例八参见图14，它与实施例四的不同之处是液氧经气化器7气化后先输入氧气容器61，再由氧气容器61经节流阀27输出给混合气输气管26后与冷却器25输入混合气输气管26的一部分废气混合，其余废气主要是CO₂输入二氧化碳容器57，将二氧化碳容器中的CO₂输入二氧化碳压缩14压缩液化。

以装置实施例一说明本发明的发动机供气装置工作原理，见图1，它包括使用时与发动机进气口9_a相联接的进气管接口9、与发动机排气口11_a相联接的排气管接口11，其特征是：设置着液氧容器29、气化器7、减速器22、二氧化碳压缩机14、液体二氧化碳贮槽20及气体流量的阀门，进气管接口9经混合气输气管26与两个控制气体流量的蝶阀8和节流阀27联接，该节流阀与气化器7的出口28联接通，气化器7的进口6经液氧输送管5与液氧容器29的液氧出口3的低温阀门4联接通；蝶阀8的另一口联接着两个废气输气管，其中一废气输气管与排气管接口11联接通，另一废气输气管24口经一控制气体流量的蝶阀10和废气输气管12与二氧化碳压缩14的进气口13联接通；二氧化碳压缩机14的排液口15经蝶阀16和二氧化碳输液管17与二氧化碳贮槽20的进口18联接通；二氧化碳压缩机14的动力输入轴经联轴器21连接着减速器22的动力输出轴。使用时减速器22的动力输入轴23与发动机的动力输出轴联接。本实施例在废气输气管与排气管接口11之间联接着冷却器25，废气经冷却器25与蝶阀8和废气输气管24联接。

本发明的发动机供气装置的实施例二见图2，它与供气装置实施例一的不同之处是在所说的排气管接口11联接着涡壳31的进气口30，涡壳的排气口32经冷却器25与控制气体流量的蝶阀8联接，涡轮33的动力输出轴与减速器22的动力输入轴23联接。涡壳31与涡轮33的结构见图3，涡轮33在涡壳31内安装在动力输出轴，动力输出轴由轴承安装在涡壳31。

本发明的发动机供气装置的实施例三见图4，它与供气装置实施例一的不同之处是采用四通阀36取代供气装置实施例一的三个控制气体流量的阀门，即取代蝶阀8和蝶阀10及节流阀27，四通阀36的进气口]35即P₀口与排气口37即O口及通道53组成的阀取代实施例一中的蝶阀10，气源口38即P口与混合气输出口34即A口及通道54组成的阀取代节流阀27，阀体50的分流槽42与隔板43及进气口35即P₀口组成的阀取代蝶阀8。四通阀36是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯49滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积改变，参见图5、图9，进气管接口9的一端经混合气输气管26与四通阀36混合气输出口34即A口联接通，四通阀36与该输出口相对应的气源口38即P口与气化器7的出口28联接通，冷却器25的出口与四通阀36的废气进气口35即P₀口联接通，四通阀36的废气排气口37即O口与废气排气管12联接通。

本发明的发动机供气装置实施例中，四通阀36的结构见图5、图6、图7、图8、图9，阀体50混合气输出口34与进气口35之间有与混合气输出口34相通的分流槽42，分流槽42与进气口35之间由隔板43隔开；在阀芯49有与进气进口35相通的凹槽44；阀芯49的通道54、通道53、混合气输出口34、进气口35、气源口38、废气排气口37均为直径相等的圆孔，在阀芯滑动的过程中，被分流所剩废气的流通面积与氧气的流通面积逐渐改变；在阀芯49设有伸出阀体50的移动标尺47，由标尺可看阀芯49的通道如通道54与混合气输出口34的相互位置，用于控制氧气流通面积与氧气通道54面积的比例关系，以控制氧气与废气的比例关系。

本实施例是供气装置实施例的特殊情况，氧气通道54与废气通道53的槽截面积相等，四个气口的槽截面积相等。阀芯49的通道54、通道53、混合气输出口34、进气口35、气源口38、废气排气口37均为直径相等的圆孔，在阀芯滑动的过程中，被分流所剩废气的流通面积与氧气的流通面积相等。调节方便，或在本实施例的四通阀36的阀芯49与阀体50位置之间设两个极限位置，在图5中为阀芯49处于右极限位置，图9中阀芯处于左极限位置时，氧气的流通面积、废气分流后的流通面积为右极限位置流通面积的四分之一。

本发明的发动机供气装置实施例四见图10，它与供气装置实施例一的不同之处是在所说的排气管接口11联接着涡壳31的进气口30，涡壳的排气口32经冷却器25与控制气体流量的蝶阀8联接，涡轮33的动力输出轴与减速器22的动力输入轴23联接。

本发明的发动机供气装置实施例五见图11，它与供气装置实施例一的不同之处有两点，一是节流阀27经氧气容器61与气化器7联接通，节流阀27经氧气输气管59联接在氧气容器61的出气口60，氧气容器的进气口62与气化器7的出口28联接；另一点是与二氧化碳压缩机14联接着的废气排气管12是经二氧化碳容器57与蝶阀10联接通的，废气排气管12联接着二氧化碳容器的排气口，二氧化碳容器的进气口58与蝶阀10联接。

本发明的发动机供气装置实施例六见图12，它与供气装置实施例五的不同之处是所说的排气管接口11联接着涡壳31的进气口30，涡壳31的排气口32经冷却器25与控制气体流量的蝶阀8联接，涡轮33的动力输出轴与减速器22的动力输入轴23联接。

本发明的发动机供气装置实施例七见图13，它与供气装置实施例三的不同之处有两点，一是节流阀27经氧气容器61与气化器7联接通，节流阀27经氧气输气管59联接在氧气容器61的出气口60，氧气容器的进气口62与气化器7的出口28联接；另一点是与二氧化碳压缩机14联接着的废气排气管12是经二氧化碳容器57与蝶阀10联接通的，废气排气管12联接着二氧化碳容器的排气口，二氧化碳容器的进气口58与蝶阀10联接。

发明的发动机供气装置实施例八见图14，它与供气装置实施例七的不同之处是所说的排气管接口11联接着涡壳31的进气口30，涡壳31的排气口32经冷却器25与控制气体流量的蝶阀8联接，涡轮33的动力输出轴与减速器22的动力输入轴23联接。

上述供气装置实施例的液氧容器29的容积与液体二氧化碳贮槽20的容积比为2∶3较佳。

上述供气方法实施例所说的发动机是内燃机或燃气轮机。

为了说明四通阀36的氧气流通面积与通径的关系，设四通阀36的通径为50mm，即通道54、53的通径为50mm，标尺47在图3中向左滑动行程为L，氧气流通面积与通径面积的比为N，则由平面几何与平面三角可求得L与N的数值关系为：

L(mm) N(％)

45 16

42.5 21

40 25.5

37.5 30

35 34.7

32.5 39

30 43

27.5 48

25 52

22.5 57

20 62

17.5 67

15 71

12.5 76

10 81

7.5 86

5 90

上述实施例中：

四通阀36阀芯49的通道54、通道53、混合气输气出口34、进气口35、气源口38、废气排气口37或为直径不等的圆孔，或为边长相等的方孔，或为边长不等的方孔，通道54和通道53或为环形。氧气流通面积、废气流通面积，可另由平面几何、平面三角求得。

在上述各供气装置实施例的进气管接口9安装电磁换向阀64和空气滤清器63，可实现空气滤清器供气和本供气装置的转换。以供气装置实施例八说明，在进气管接口9安装着二位三通电磁换向阀64，电磁换向阀64的进气口与混合气输气管26联接，在另一进气口安装着空气滤清器63。在水上用空气滤清器63供气，在水下用电磁换向阀64将混合气输气管26与进气口9_a联接通将空气滤清器63与进气口的通路关闭，用本发动机供气装置供气。液氧容器1 容积 100升用四川活力气体工业公司的医用液氧容

器取掉医用配件或用该公司的粉末绝热低温液体贮槽

参见深冷技术 1977第6期广告页供气方法和供气装置实施例一、二、三、四的气化器7为管式气化器供气方法和供气装置其它实施例的气化器7为板式气化器氧气容器61 容积 10升节流阀29、70 L44Y-160型节流阀蝶阀8、10 D71J-10型手动衬胶蝶阀二氧化碳压缩机14的结构参见杭州制氧机厂生产的2Z-3.33/100型二氧化碳压缩机，根据需要选择容积流量合适的机型，上述各实施例采用2Z-0.02/80型液体二氧化碳贮槽20用四川空分设备集团责任有限公司生产低温液体贮槽涡轮机31的结构参见汽车发动机涡轮增压器的涡轮机减速器22的结构参见常用的JZQ-250型减速器上述方法实施例所采用的发动机为b120Q-1型柴油发动机或CA6102型汽油发动机或其它型的燃气轮机

Claims

1、一种发动机供气方法，它是将发动机排出的废气分流一部分与液氧气化后的纯氧气混合成混合气体，将混合气体从发动机的进气口输入发动机，将作功后的废气再分一部分与纯氧气混合再输入发动机，这样循环工作，其特征是：其余的废气为二氧化碳用二氧化碳压缩机压缩液化后用液体二氧化碳贮槽贮存，所说的部分废气与纯氧气是按流量的比例混合，纯氧气与废气的比例为1∶3至1∶4。

2、一种发动机供气装置，它包括进气管接口、排气管接口、设置着液氧容器、气化器、减速器、二氧化碳压缩机、液体二氧化碳贮槽及控制气体流量的阀门，液氧容器与气化器连接通，二氧化碳压缩机与液体二氧化碳贮槽连接通，二氧化碳压缩机的动力输入轴与减速器的动力输出轴联接，其特征是：控制气体流量的阀门是四通阀，四通阀是能将其中一种气体分流一部分与另一种气体混合的四通阀，在阀芯滑动过程中，被分流所剩的气体流通面积与另一种气体流通面积逐渐改变，进气管接口的一端与四通阀混合气输出口A口联接通，四通阀与该输出口A口相对应的气源口P口与气化器的出口联接通，排气管接口的另一端与四通阀的另一进气口P₀口即废气进气口联接通，四通阀的与该进气口P₀口相对应的排气口O口与二氧化碳容器或二氧化碳压缩机的进气口联接通；在阀体混合气输出口A口与另一进气口P₀口即废气进口之间有与混合气出口相通的分流槽，分流槽与废气进口P₀之间由隔板隔开；在阀芯有与废气进口P₀口相通的凹槽，四通阀的阀芯在滑动过程中两通气口的流通面积相等并逐渐减小或增大，阀芯两通道的横截面积相等，排气口O口与气源口P口的横截面积相等。

3、根据权利要求2所述的发动机供气装置，其特征是：在气化器与四通阀的气源口P口之间联接着氧气容器，气源口P口经氧气容器与气化器联接通。

4、根据权利要求2或3所述的发动机供气装置，其特征是：在阀芯设有伸出阀体的移动标尺，由标尺可看阀芯的通道与混合气输出口的相互位置。