CN109424392B - 基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统 - Google Patents

基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统，包括发动机主体、进气管、涡轮增压机，还包括给粉混油器、磁性颗粒物过滤器；其中发动机主体通过输油管与给粉混油器连通，涡轮增压机进气端通过进气管与发动机主体连接，涡轮增压机出气端通过磁性颗粒物过滤器与发动机主体连接；给粉混油器将纳米颗粒添加剂与液体燃料混合形成纳米流体燃料；磁性颗粒物过滤器内附着磁体用于吸附尾气中磁性催化剂材料且催化尾气中碳烟颗粒物的氧化。

Description

基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种机动车燃烧技术，特别是一种基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统。
背景技术
随着人们生活质量以及消费水平的增长，汽车产业高速发展，并已成为我国的支柱产业之一。汽车使用量增加的同时，其所带来的环境污染问题也日趋严重。柴油机与汽油机相比，具有燃油经济性好、污染物(CO、CO2和HC)排放量相对较小等显著优点，城市大巴、工业设备几乎都是用柴油机提供动力。然而，柴油机的应用存在一个严重的问题，即微粒物(PM)和氮氧化物(NOx)的排放量很高。PM的尺寸仅有微米、亚微米级别，其吸入肺部会引起呼吸道疾病等对人体危害很大的疾病；大气中的氮氧化物会导致人体中枢神经受损，引起痉挛和麻痹。因此，污染物排放的控制迫在眉睫，并成为柴油机技术的重点和难点，在很大程度上限制了现代柴油机的发展。
目前，控制PM最有效的手段是在发动机后安装颗粒物过滤器装置DPF，PM经过DPF过滤器时，沉积在滤芯内，当微粒过多时，则会堵塞DPF通道，且造成发动机背压升高。因此，DPF要定期清理附着的PM，也即DPF的再生，DPF发展的关键技术正是DPF的再生技术。柴油机排放的PM大部分为烟黑可燃物(soot)，燃点较高，一般在600度以上，而柴油机排气的温度一般低于400度，因此实现直接利用尾气对PM氧化消除较为困难。目前常见的再生技术为主动再生，即利用外加能源，如电加热、微波加热、缸内增加后燃，使得排气温度或DPF的温度达到PM的着火温度，从而实现DPF的再生。但主动再生耗能较多，且系统相对复杂，故有必要寻找一种更高效的被动再生方式，同时满足在高温和低温下被动再生的高效率性。目前，常见的被动再生方式为在DPF气流通道表面添加催化剂涂层，降低soot的可燃温度点，最终达到利用尾气的热量来催化氧化soot的目的。大部分研究者都着眼于催化剂对成熟后soot的催化作用，迄今为止，仍没有找到应用于被动再生系统的理想稳定的催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统，本系统基于纳米流体燃料的燃烧特性，将含能纳米颗粒添加进柴油中，有效地减少了发动机的压力峰值，提高了制动热效率和制动燃油消耗率，并减少了氮氧化物、烟黑的排放。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统，包括发动机主体、进气管、涡轮增压机，还包括给粉混油器、磁性颗粒物过滤器；其中发动机主体通过输油管与给粉混油器连通，涡轮增压机进气端通过进气管与发动机主体连接，涡轮增压机出气端通过磁性颗粒物过滤器与发动机主体连接；给粉混油器将纳米颗粒添加剂与液体燃料混合形成纳米流体燃料；磁性颗粒物过滤器内附着磁体用于吸附尾气中磁性催化剂材料且催化尾气中碳烟颗粒物的氧化。
采用上述系统，给粉混油器包括储粉腔、纳粉盘、超声波振荡器、给油控制盘、给粉器、进油口、控制舵机、混油器；其中储粉腔位圆筒形且上端口由上盖密封，给粉器设置于储粉器内且设置搅拌的扇叶，给粉器在控制舵机的控制下转动，纳粉盘设置于储粉腔的下端口且密封，纳粉盘中空且上端面设置给粉通孔，进油口设置于纳粉盘的侧壁上且与纳粉盘内空腔连通，混油器设置于纳粉盘的下端面且混油器的进油口与纳粉盘空腔连通，超声波振荡器设置于混油器一侧，给油控制盘设置于混油器出油口处在外部控制系统控制下控制混油器出油。
本系统将纳米颗粒以紧密的接触方式嵌入到生成的烟黑(soot)中，不仅考虑催化剂对成熟soot的催化作用，同时关注催化剂在soot生成过程中的耦合催化作用，从而降低soot燃烧的起燃温度，使DPF被动再生，达到节能减排的目的；并用磁性方式捕集催化剂，无需再提供额外的能源，具有耗能少、效率高、成本低的特点。本系统采用在线制备纳米流体燃料的方式，将纳米流体燃料实时、定量地喷射入发动机，有效地降低了纳米颗粒在燃烧过程中可能出现的沉降现象对燃烧产生负面影响。其中的超声波发生器为主要耗能部分，但因只作用于局部，能耗较低，还可依靠汽车在运动过程中产生的能量功能，有效地降低了能耗。
下面结合说明书附图度基本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为给粉混油器的结构示意图。
图3为磁性颗粒物过滤器结构示意图。
具体实施方式
结合图1，一种基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统，包括发动机主体2、进气管3、涡轮增压机5，还包括给粉混油器1、磁性颗粒物过滤器4；其中发动机主体2通过输油管与给粉混油器1连通，涡轮增压机5进气端通过进气管3与发动机主体2连接，涡轮增压机5出气端通过磁性颗粒物过滤器4与发动机主体连接；给粉混油器1将纳米颗粒添加剂与液体燃料混合形成纳米流体燃料；磁性颗粒物过滤器4内附着磁体用于吸附尾气中磁性催化剂材料且催化尾气中碳烟颗粒物的氧化。
结合图2，给粉混油器1包括储粉腔1-2、纳粉盘1-3、超声波振荡器1-4、给油控制盘1-5、给粉器1-6、进油口1-7、控制舵机1-8、混油器1-9；其中储粉腔1-2位圆筒形且上端口由上盖密封，给粉器1-6设置于储粉器1-2内且设置搅拌的扇叶，给粉器1-6在控制舵机1-8的控制下转动，纳粉盘1-3设置于储粉腔1-2的下端口且密封，纳粉盘1-3中空且上端面设置给粉通孔，进油口1-7设置于纳粉盘1-3的侧壁上且与纳粉盘1-3内空腔连通，混油器1-9设置于纳粉盘1-3的下端面且混油器1-9的进油口与纳粉盘1-3空腔连通，超声波振荡器1-4设置于混油器1-9一侧，给油控制盘1-5设置于混油器1-9出油口处在外部控制系统控制下控制混油器1-9出油。
纳米颗粒作为添加剂与液体燃料混合形成均匀、稳定的纳米流体燃料，不仅可以减少污染物的排放，还可以明显增加基液燃料的能量密度。由于纳米颗粒的密度较液体燃料的大，即使添加表面活性剂，也只能制备均匀的低浓度纳米流体，并很难在基液中长时间悬浮。纳米颗粒沉降现象的发生，不仅会影响纳米流体的燃烧，更有可能堵塞管道。本系统采用在线制备、即混即用纳米流体燃料的方式，在油箱与发动机之间加装一个给粉混油器。通过给粉器将定量的纳米颗粒扫入纳粉盘；再通过进油口燃油冲刷，进入混油器；然后经过超声波发生器振荡配成一定比例的混合燃油，给油盘旋转打开管路，实现给油。整个系统分成两个支路，各部分并行工作，通过舵机控制燃油和纳米颗粒不断混合，并不断给油。本系统摒弃了给油箱连续超声振动的方案，原因是使用超声发生器长时间作用于容积较大的油箱时耗能较大。本系统添加了给粉混油器后，可实现供求平衡，即发动机用的燃料体积等于超声混合的燃料体积，减少不必要的能耗损失。
结合图3，磁性颗粒物过滤器4设置为多孔道。与常见的主动再生的DPF不同的是，此部分不需要提供额外能量，不仅可以吸附尾气中的碳烟颗粒物，并且可以捕集尾气中携带的催化剂颗粒。本设计设置多个孔道，可以增加过滤器的几何表面积，使排气中的微粒从孔道流动时，沉积在孔道的壁面上，同时带有磁性的催化剂材料会被磁性颗粒物过滤器中的磁体吸附，从而实现过滤作用。随着应用次数的增加，磁性颗粒物过滤器上会积累大量的催化剂材料，可以进一步催化尾气中碳烟颗粒物的氧化。

Claims (2)

1.一种基于纳米流体燃料的高效低污染燃烧系统，包括发动机主体(2)、进气管(3)、涡轮增压机(5)，其特征在于，还包括给粉混油器(1)、磁性颗粒物过滤器(4)；其中
发动机主体(2)通过输油管(1-10)与给粉混油器(1)连通，
涡轮增压机(5)进气端通过进气管(3)与发动机主体(2)连接，
涡轮增压机(5)出气端通过磁性颗粒物过滤器(4)与发动机主体连接；
给粉混油器(1)将纳米颗粒添加剂与液体燃料混合形成纳米流体燃料；
磁性颗粒物过滤器(4)内附着磁体用于吸附尾气中磁性催化剂材料且催化尾气中碳烟颗粒物的氧化；
给粉混油器(1)包括储粉腔(1-2)、纳粉盘(1-3)、超声波振荡器(1-4)、给油控制盘(1-5)、给粉器(1-6)、进油口(1-7)、控制舵机(1-8)、混油器(1-9)；其中
储粉腔(1-2)为 圆筒形且上端口由上盖密封，
给粉器(1-6)设置于储粉腔 (1-2)内且设置搅拌的扇叶，
给粉器(1-6)在控制舵机(1-8)的控制下转动，
纳粉盘(1-3)设置于储粉腔(1-2)的下端口且密封，
纳粉盘(1-3)中空且上端面设置给粉通孔，
进油口(1-7)设置于纳粉盘(1-3)的侧壁上且与纳粉盘(1-3)内空腔连通，
混油器(1-9)设置于纳粉盘(1-3)的下端面且混油器(1-9)的进油口与纳粉盘(1-3)空腔连通，
超声波振荡器(1-4)设置于混油器(1-9)一侧，
给油控制盘(1-5)设置于混油器(1-9)出油口处在外部控制系统控制下控制混油器(1-9)出油。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，磁性颗粒物过滤器(4)设置为多孔道。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110671193B (zh) * 2019-09-26 2021-12-17 武汉理工大学 一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214310A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Denso Corp 車載用ＮＯｘ浄化装置
CN101624935A (zh) * 2008-07-11 2010-01-13 王伟华 提升内燃机引擎燃烧效率的方法
CN201535216U (zh) * 2009-08-12 2010-07-28 何相华 纳米气泡柴油机燃油供给系统
CN201644016U (zh) * 2010-04-22 2010-11-24 神华集团有限责任公司 一种高温油煤浆制备装置
CN102733897A (zh) * 2011-04-01 2012-10-17 杨德胜 一种柴油机后处理系统
CN103265983A (zh) * 2013-06-08 2013-08-28 江苏大学 一种高效纳米燃油
CN104480468A (zh) * 2014-12-31 2015-04-01 深圳市华星光电技术有限公司 干式蚀刻机及用于捕集气体中磁性颗粒的捕集装置
CN106246299A (zh) * 2015-06-09 2016-12-21 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统及方法
CN106870070A (zh) * 2015-12-10 2017-06-20 柳州市京阳节能科技研发有限公司 高效环保车船尾气减排器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214310A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Denso Corp 車載用ＮＯｘ浄化装置
CN101624935A (zh) * 2008-07-11 2010-01-13 王伟华 提升内燃机引擎燃烧效率的方法
CN201535216U (zh) * 2009-08-12 2010-07-28 何相华 纳米气泡柴油机燃油供给系统
CN201644016U (zh) * 2010-04-22 2010-11-24 神华集团有限责任公司 一种高温油煤浆制备装置
CN102733897A (zh) * 2011-04-01 2012-10-17 杨德胜 一种柴油机后处理系统
CN103265983A (zh) * 2013-06-08 2013-08-28 江苏大学 一种高效纳米燃油
CN104480468A (zh) * 2014-12-31 2015-04-01 深圳市华星光电技术有限公司 干式蚀刻机及用于捕集气体中磁性颗粒的捕集装置
CN106246299A (zh) * 2015-06-09 2016-12-21 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统及方法
CN106870070A (zh) * 2015-12-10 2017-06-20 柳州市京阳节能科技研发有限公司 高效环保车船尾气减排器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
纳米燃料— 一种新的储能载体;宋鹏翔 等;《储能科学与技术》;20120930;第1卷(第1期);第41-49页 *

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