CN204327328U - 一种内燃机节能减排系统 - Google Patents

一种内燃机节能减排系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种内燃机节能减排系统，该系统包括以下部件：储氧罐(12)，安装于车辆的车体上，用于存储液态氧；储氧罐(12)的出口通过管路连通内燃机(11)的进气总管(10)，管路上还设置有流量控制阀(14)，用以控制由储氧罐(12)的出口流出的气化氧气流量；本方案增加富氧燃烧环节，并且直接采用液氧气化方式提供内燃机富氧燃烧所需的部分氧气，有利于燃料充分燃烧，提高内燃机的燃烧效率，减少尾气中CO、碳氢化合物和颗粒物的排放，减轻柴油机黑烟排放，摒弃了现有技术中对尾气吸收治理的思路。且该系统直接采用液氧气化方式提供氧气，只需在车辆上增加储氧罐即可，占据车辆的空间比较小。

Description

一种内燃机节能减排系统
技术领域
本实用新型涉及节能减排技术领域，特别涉及一种内燃机节能减排系统。
背景技术
内燃机燃烧后产生的废气是造成大气污染的重要来源之一，废气能直接侵袭人的呼吸器官。尤其是对于汽车拥有量比较大且集中的城市，由于城市内高耸建筑物的阻挡，废气不易散去，容易积聚，构成严重污染，对人体的危害更甚。
众所周知，废气的主要成分为CO、NOx、碳氢化合物、颗粒物、黑烟等。据统计，车辆废气排放污染物占大气污染源的20-30％，特别是占车辆总量5％的货车，排放量达到车辆污染排放总量的50％，称为真正的流动污染源。显然，要有效治理大气污染，就必须解决车辆尾气污染治理问题。
目前，车辆废气的治理方法主要包括以下几种：提升燃油品质、电控喷油过程、涡轮增压技术、优化燃烧室结构、安装三元催化器、车用尿素后处理等。客观地，目前发动机的设计水平己经十分成熟，很难再在优化燃烧室结构、电控喷油过程等环节获得更大改进；同样，提升燃油品质也因成本太高而难以在较短时间内实现。
另外，涡轮增压技术和三元催化器在使用过程中也均具有一定的缺陷，涡轮增压会大幅增加废气中NOx的含量；三元催化器不适用于含铅汽油和柴油机，并且催化器只有在一定温度范围内才能发生作用，因此对汽车燃烧比要求比较高；车用尿素后处理措施只能解决NOx的污染问题。
因此，如何提供一种内燃机节能减排系统，以有效解决现有车辆废气治理方法存在的上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的为提供一种内燃机节能减排系统，该系统不仅可有效提高内燃机的燃烧效率，而且可大幅减少废气中污染物中各成分的排放量，并且车辆的使用成本可控。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种内燃机节能减排系统，包括以下部件：
储氧罐，安装于车辆的车体上内燃机附近的车架，用于存储液态氧；
所述储氧罐的出口通过管路连通内燃机的进气总管，所述管路上还设置有流量控制阀，用以控制由所述储氧罐的出口流出的气化氧气流量。
本方案增加富氧燃烧环节，并且直接采用液氧气化方式提供内燃机富氧燃烧所需的部分氧气，有利于燃料充分燃烧，提高内燃机的燃烧效率，减少尾气中因燃烧不充分而形成的CO、碳氢化合物和颗粒物排放，减轻柴油机黑烟排放，摒弃了现有技术中对尾气催化吸收治理的思路。
另外，本方案直接采用液氧气化方式提供氧气，只需在车辆上增加储氧罐即可，无需安装现场制氧设备，占据车辆的空间比较小，有利于车辆整体结构设计。
优选地，还包括控制器以及用于检测所述进气总管内部氧浓度的氧浓度传感器或空气流量计，所述控制器根据所述氧浓度传感器或空气流量计的检测信号控制所述流量控制阀的开度，以使所述进气总管内的氧浓度维持于设定值范围。
优选地，还包括尾气反应器，所述尾气反应器的内腔用于容置碱性物质颗粒和/或与CO反应的颗粒物质；所述尾气反应器的本体具有进气口和出气口，所述尾气反应器的进气口连通所述内燃机的排气管，废气经所述尾气反应器的内腔由所述出气口排出。
优选地，所述碱性物质具体包括Na2O2、NaOH或Ca(OH)2；
所述与CO反应的物质具体为CuO、Fe2O3或者I2O5。
优选地，所述进气总管中氧浓度的设定值范围为26％-30％。
优选地，所述控制器为车辆的ECU。
优选地，所述储氧罐的出口与所述流量控制阀的连通管路上还设置有调压阀。
优选地，还包括容器，所述容器具有吸收剂液腔和排气腔；所述容器的本体开设有连通所述吸收剂液腔的进口，以及连通所述排气腔的出口；
所述容器设置于所述尾气反应器的下游排气管路，所述尾气反应器的出气口连通所述进口，以便所述尾气反应器的气体流入所述吸收剂液腔；所述吸收剂液腔用于容置吸收废气中颗粒物和/或所述尾气反应器散发出物质的吸收剂。
优选地，所述吸收剂为水。
优选地，还包括设置于所述吸收剂液腔内的曝气头，所述曝气头的进口连通所述容器的本体上开设的进口。
本方案所提供的内燃机节能减排系统可以将燃烧时的富氧燃烧、尾气处理时的氧化还原以及水溶液吸收有机结合综合运用于内燃机增效节能减排领域，与现有技术相比有以下优势：
第一、实现燃料的充分燃烧，提高能量的有效利用率；
第二、对尾气排放进行化学反应和物理吸收两方面的双重吸收，最大限度减少CO、CO2、NOx、黑烟、颗粒物、噪音等污染物的排放量，也就是说，可以对多种污染物进行全面治理，有别于现有技术中的单项治理技术；
第三、由于本方案可对多种污染物进行治理，可以广泛应用于包括汽车、轮船、重型机械等在内的几乎所有内燃机产品，且不受燃油品质、燃料种类的影响。特别适用于重型内燃机产品和高海拔地区内燃机燃烧的节能减排；
第四、本内燃机节能减排系统的使用成本比较低。除前期的安装成本外，对于使用者而言，液氧成本可以通过节约燃料获得相应补偿；本系统在尾气反应器中进行氧化还原反应生成的硝酸钠、碳酸钠等盐 类可回收运用于他处，以补偿尾气反应器中所使用的过氧化钠和氧化铜等成本支出。
另外，该内燃机节能减排系统可直接应用于现有车辆上，基本无需对现有车辆的结构进行改动，具有比较好的市场推广前景。
附图说明
图1为本实用新型第一种实施例中内燃机节能减排系统的结构示意图；
图2为本实用新型第二种实施例中内燃机节能减排系统的结构示意图。
其中，图1-图2中部件名称和附图标记之间的一一对应关系如下所示：
进气总管10、内燃机11、储氧罐12、调压阀13、流量控制阀14、尾气反应器15、容器16、氧浓度传感器17、空气流量计18。
具体实施方式
本实用新型的核心为提供一种内燃机节能减排系统，该系统不仅可有效提高内燃机的燃烧效率，而且可大幅减少废气中污染物中各成分的排放量，并且与现有车辆的使用成本相比，成本基本持平。
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本实用新型所提供的一种实施例中内燃机节能减排系统的结构示意图。
本实用新型提供了一种内燃机节能减排系统，包括以下部件：储氧罐12，安装于车辆的车体上(或其他产品的内燃机附近)，具体地可以安装于内燃机11附近的车架上，储氧罐12用于存储液态氧；一般地，储氧罐12为绝热低温储罐(杜瓦瓶)，储氧罐12的形状不局限于图中所示矩形，只要能够具备本文中的储存液态氧的功能即可。储氧罐12的出口通过管路连通内燃机11的进气总管10，管路上还设置 有流量控制阀14，用以控制由储氧罐12的出口流出的气化氧气流量；该流量控制阀14可以为电磁阀，图1中示出了一种两位两通电磁阀，当然也可以根据需要选择其他型号的电磁阀。
需要说明的是，图1中各部件的形状以及进、出口的位置并不代表实际系统中的具体设置方式，仅是从本领域内技术人员易于理解本技术方案的角度绘制。
本方案增加富氧燃烧环节，并且直接采用液氧气化方式提供内燃机11富氧燃烧所需的部分氧气，有利于燃料充分燃烧，提高内燃机11的燃烧效率，减少尾气中CO、碳氢化合物和颗粒物的排放，减轻柴油机黑烟排放，摒弃了现有技术中对尾气催化吸收治理的思路。
另外，本方案直接采用液氧气化方式提供氧气，只需在车辆上增加储氧罐12即可，无需现场安装制氧设备，占据车辆的空间比较小，有利于车辆整体结构设计。
进一步地，在上述方案的基础上，内燃机节能减排系统还可以增加控制器，控制器可以为车辆ECU(英文全称：Electronic Control Unit，以下简称ECU)。内燃机节能减排系统还可以包括用于检测进气总管10内部氧浓度的氧浓度传感器17，控制器根据氧浓度传感器17的检测信号控制流量控制阀14的开度，以使进气总管10内的氧浓度维持于设定值范围。实验证实，进气总管10中氧浓度维持在26％-30％范围时，可大幅提高燃烧效率并节约用氧。
当氧浓度传感器17检测进气总管10中的氧浓度位于设定值范围(26％-30％)内时，控制器维持流量控制阀14的开度不变；当氧浓度传感器17检测进气总管10中的氧浓度位于低于设定值范围的最小值(26％)时，控制器控制流量控制阀14的阀口开度变大；当氧浓度传感器17检测进气总管10中的氧浓度位于高于设定值范围的最大值(30％)时，控制器控制流量控制阀14的阀口开度变小。
当然，也可以利用设置于内燃机进气总管10的空气流量计18的检测信号，控制流量控制阀14的开度，以维持进气总管10中的氧浓度在设定值范围内，具体设置方式可参考图2。
本实施方式将内燃机节能减排系统与车辆ECU控制有机结合，实现车辆的自动控制以及集成化设计。
除在内燃机11的燃烧阶段增加富氧燃烧外，本文还在燃烧后的尾气处理方面进行了如下设计，具体描述如下。
上述各实施例中，内燃机节能减排系统还进一步包括尾气反应器15，尾气反应器15的内腔用于容置碱性物质颗粒和/或与CO、NOx反应的颗粒物质；尾气反应器15的本体具有进气口和出气口，尾气反应器15设置与内燃机11的排气管路上，尾气反应器15的进气口连通内燃机11的排气管，废气经尾气反应器15的内腔后由出气口排出。
其中，碱性物质颗粒可以为Na2O2等强氧化物，也可以是NaOH、Ca(OH)2等；与CO反应的物质具体为CuO、Fe2O3或者I2O5。现以尾气反应器15中盛装有Na2O2、CuO固体颗粒为例介绍技术效果。
内燃机11燃烧的废气中含有NOx、CO等有毒气体，废气通入尾气反应器15中时，废气会将Na2O2、CuO固体颗粒吹起，并与固体颗粒充分接触，从而发生化学反应，Na2O2可与废气中的NOx反应生成亚硝酸钠和硝酸钠，与废气中的CO2反应生成Na2CO3和O2，同时反应放热，生成的O2又可以作为CO和Na2O2反应的催化剂。除此之外，CuO可与CO在加热条件下反应，从而降低NOx和CO的排放量。
上述各实施例中，储氧罐12的出口与流量控制阀14的连通管路上还可以设置有调压阀13。
其中，尾气反应器15的本体可以为不锈钢材质，不锈钢材质不易与碱性或酸性物质发生反应，具有比较长的使用寿命。
经尾气反应器15的出口排出的废气虽然其中的绝大部分有害气体已经被去除，但是尾气反应器15中的部分颗粒在气流的作用下，容易随尾气被带离尾气反应器15内部，故本文还进一步采取了以下措施。
本文所提供的内燃机节能减排系统还可以进一步地包括容器16，容器16具有吸收剂液腔和排气腔；容器16的本体开设有连通吸收剂液腔的进口，以及连通排气腔的出口。
容器16设置于尾气反应器15的下游排气管路，尾气反应器15的出气口连通进口，以便尾气反应器15的气体流入吸收剂液腔；吸收剂液腔用于容置吸收废气中颗粒物和/或尾气反应器15散发出物质的吸收剂。
因尾气反应器15中散发出来的物质绝大多数为钠盐类反应后产物，钠盐易溶于水，所以容器16内的吸收剂可以为水。经过尾气反应器15后的废气通过管道排入容器16内的水中，通过水过滤后，将废气中颗粒物和反应器散发出的物质吸收，最终经容器16上的出口排至外界环境中。
当然，容器16内部还可以设置曝气头，防止水花过大，曝气头设置于吸收剂液腔内，曝气头的进口连通容器16的本体上开设的进口；曝气头可以优选进气时布气膜上微孔自行鼓胀胀开，确保气体通过，而在停止曝气时，布气膜上的可变微孔呈封闭状态，具体可以采用现有技术实现，故本文不再赘述。
这样，本方案所提供的内燃机节能减排系统可以将燃烧时的富氧燃烧、尾气处理时的氧化还原以及水溶液吸收有机结合综合运用于内燃机11增效节能减排领域，与现有技术相比有以下优势：
第一、实现燃料的充分燃烧，提高能量的有效利用率；
第二、对尾气排放进行化学反应和物理吸收两方面的双重吸收，最大限度减少CO、CO2、NOx、黑烟、颗粒物、噪音等污染物的排放量，也就是说，可以对多种污染物进行全面治理，有别于现有技术中的单项治理技术；
第三、由于本方案可对多种污染物进行治理，可以广泛应用于包括汽车、轮船、重型机械等在内的几乎所有内燃机产品，且不受燃油品质、燃料种类的影响。特别适用于重型内燃机产品和高海拔地区的内燃机燃烧；
第四、本文中内燃机节能减排系统的使用成本比较低。除前期的安装成本外，对于使用者而言，液氧成本可以通过节约燃油获得相应补偿；本系统在尾气反应器15中进行氧化还原反应生成的硝酸钠、碳 酸钠等盐类可回收运用于他处，以补偿尾气反应器15中所使用的过氧化钠和氧化铜等成本支出。
另外，该内燃机节能减排系统可直接应用于现有车辆上，基本无需对现有车辆的结构进行改动，具有比较好的市场推广前景。
以上对本实用新型所提供的一种内燃机节能减排系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内燃机节能减排系统，其特征在于，包括以下部件：
储氧罐(12)，安装于车辆的车体上或内燃机(11)附近的车架，用于存储液态氧；
所述储氧罐(12)的出口通过管路连通内燃机(11)的进气总管(10)，所述管路上还设置有流量控制阀(14)，用以控制由所述储氧罐(12)的出口流出的气化氧气流量。
2.如权利要求1所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，还包括控制器以及用于检测所述进气总管(10)内部氧浓度的氧浓度传感器(17)或空气流量计(18)，所述控制器根据所述氧浓度传感器(17)或空气流量计(18)的检测信号控制所述流量控制阀(14)的开度，以使所述进气总管(10)内的氧浓度维持于设定值范围。
3.如权利要求2所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，还包括尾气反应器(15)，所述尾气反应器(15)的内腔用于容置碱性物质颗粒和/或与CO反应的颗粒物质；所述尾气反应器(15)的本体具有进气口和出气口，所述尾气反应器(15)的进气口连通所述内燃机(11)的排气管，废气经所述尾气反应器(15)的内腔由所述出气口排出。
4.如权利要求3所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，所述碱性物质具体包括Na2O2、NaOH或Ca(OH)2；
所述与CO反应的物质具体为CuO、Fe2O3或者I2O5。
5.如权利要求2所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，所述进气总管(10)中氧浓度的设定值范围为26％-30％。
6.如权利要求2所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，所述控制器为车辆的ECU。
7.如权利要求1所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，所述储氧罐(12)的出口与所述流量控制阀(14)的连通管路上还设置有调压阀(13)。
8.如权利要求3至7任一项所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，还包括容器(16)，所述容器(16)具有吸收剂液腔和排气腔； 所述容器(16)的本体开设有连通所述吸收剂液腔的进口，以及连通所述排气腔的出口；
所述容器(16)设置于所述尾气反应器(15)的下游排气管路，所述尾气反应器(15)的出气口连通所述进口，以便所述尾气反应器(15)的气体流入所述吸收剂液腔；所述吸收剂液腔用于容置吸收废气中颗粒物和/或所述尾气反应器(15)散发出物质的吸收剂。
9.如权利要求8所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，所述吸收剂为水。
10.如权利要求8所述的内燃机节能减排系统，其特征在于，还包括设置于所述吸收剂液腔内的曝气头，所述曝气头的进口连通所述容器(16)的本体上开设的进口。
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CN108043190A (zh) * 2017-12-21 2018-05-18 陈俞英 一种公共场所大型空气净化装置
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