一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包含內(nèi)燃機(jī)、燃油油箱，制氧組件、廢氣循環(huán)組件、進(jìn)氣混合室、備用充氣裝置及進(jìn)氣組件。制氧組件、廢氣循環(huán)組件、備用充氣裝置、進(jìn)氣組件分別與進(jìn)氣混合室聯(lián)通，進(jìn)氣組件與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通，該內(nèi)燃機(jī)分別與廢氣循環(huán)組件、燃油油箱聯(lián)通。本實(shí)用新型利用分子膜分離技術(shù)，過濾掉內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣中的大量氮?dú)?，從而大幅度降低缸?nèi)燃燒的氮氧化物生成，最終達(dá)到了減少內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放的目的。本實(shí)用新型無需消耗大量的氨水或尿素，以及昂貴的催化劑，運(yùn)行成本較低。避免了氨水和催化劑的裝卸、存儲(chǔ)和安全等使用問題。
【專利說明】一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及內(nèi)燃機(jī)排放技術(shù)，具體涉及一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，汽車、船舶成為人們生活中不可或缺的交通工具。然而機(jī)動(dòng)交通工具尾氣中氮氧化物對(duì)人體的影響較大，尤其對(duì)心腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病高發(fā)的老年人群體，長期處于這種環(huán)境還會(huì)誘發(fā)肺癌。燃料燃燒引起的大氣環(huán)境污染中，危害最大且最難處理的就是氮氧化物。另外，國際海事組織對(duì)船舶柴油機(jī)的硫化物和氮氧化物排放也提出了嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)，到2016年船舶氮氧化物的排放需控制在現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)的50%左右。船舶減少氮氧化物排放的研究，已成為全球的熱點(diǎn)。
[0003]到目前為止，國內(nèi)外對(duì)內(nèi)燃機(jī)(包括柴油機(jī)和汽油機(jī))氮氧化物排放控制方法研究很多，有機(jī)內(nèi)凈化法(優(yōu)化燃燒、高壓共軌燃油噴射、高增壓、可調(diào)氣門定時(shí))、前處理技術(shù)(廢氣再循環(huán)，Exhaust Gas Recycling,簡稱EGR)和后處理技術(shù)(選擇性催化還原，Selective Catalytic Reduction,簡稱SCR技術(shù))。機(jī)內(nèi)凈化法因其局限性而很難取得滿意的綜合指標(biāo)，前處理技術(shù)短期內(nèi)對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放物效果較明顯，但長期運(yùn)行會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，后處理的SCR技術(shù)減排效果最明顯，目前在船上已經(jīng)得到應(yīng)用，但反應(yīng)器尺寸大、需消耗大量的氨水或尿素，初投資和運(yùn)行費(fèi)用高，還存在尿素和還原催化劑裝卸、貯存和安全問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生廢氣中的氮氧化物，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣中的氮?dú)庠诟變?nèi)燃燒時(shí)高溫氧化的結(jié)果。本實(shí)用新型利用分子膜分離技術(shù)，過濾掉內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣中的大量氮?dú)?，從而大幅度降低缸?nèi)燃燒的氮氧化物生成，最終達(dá)到了減少內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放的目的。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，包含內(nèi)燃機(jī)、燃油油箱，其特點(diǎn)是，該排放系統(tǒng)還包含:制氧組件、廢氣循環(huán)組件、進(jìn)氣混合室、備用充氣裝置及進(jìn)氣組件；
[0007]上述的制氧組件、廢氣循環(huán)組件、備用充氣裝置、進(jìn)氣組件分別與上述的進(jìn)氣混合室聯(lián)通，上述的進(jìn)氣組件與上述的內(nèi)燃機(jī)聯(lián)通，該內(nèi)燃機(jī)分別與上述的廢氣循環(huán)組件、燃油油箱聯(lián)通。
[0008]上述的制氧組件包含:制氧壓縮機(jī)、膜分離制氧機(jī)、氧氣閥、氮?dú)忾y、送氣管I及送氣管II。
[0009]上述的制氧壓縮機(jī)、膜分離制氧機(jī)、氧氣閥依次設(shè)置在上述的送氣管I上，該送氣管I的一端與上述的進(jìn)氣混合室連接，該送氣管I的另一端設(shè)為進(jìn)氣口。
[0010]上述的送氣管II的一端設(shè)為出氣口，該送氣管II的另一端與上述的膜分離制氧機(jī)連接，上述的氮?dú)忾y設(shè)置在該送氣管II上。[0011]上述的廢氣循環(huán)組件包含:排氣管1、排氣管I1、廢氣渦輪、廢氣總管、溢出閥、再循環(huán)廢氣閥及廢氣冷卻器。
[0012]上述的排氣管I的一端與上述的內(nèi)燃機(jī)連接，該排氣管I的另一端與上述的進(jìn)氣混合室連接，上述的廢氣渦輪、廢氣總管、再循環(huán)廢氣閥及廢氣冷卻器分別設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)與進(jìn)氣混合室之間的排氣管I上。
[0013]上述的排氣管II的一端與上述的廢氣總管連接，該排氣管II的另一端設(shè)為廢氣排放口，上述的溢出閥設(shè)置在該排氣管II上。
[0014]上述的備用充氣裝置包含:液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器、二氧化碳減壓閥、二氧化碳節(jié)流閥、送氣管及多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶。
[0015]上述的多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶分別與上述的液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器連接，該液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器與上述的送氣管的一端連接，該送氣管的另一端與上述的進(jìn)氣混合室連接，上述的二氧化碳減壓閥、二氧化碳節(jié)流閥分別設(shè)置在該液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器與進(jìn)氣混合室之間的送氣管上。
[0016]上述的進(jìn)氣組件包含:進(jìn)氣管1、進(jìn)氣管I1、廢氣渦輪壓縮機(jī)及應(yīng)急空氣閥。
[0017]上述的進(jìn)氣管I的兩端分別與上述的進(jìn)氣混合室、內(nèi)燃機(jī)連接，上述的廢氣渦輪壓縮機(jī)設(shè)置在該進(jìn)氣管I上；
[0018]上述的進(jìn)氣管II的一端設(shè)有進(jìn)氣口，該進(jìn)氣管II的另一端與該進(jìn)氣管I連接，上述的應(yīng)急空氣閥設(shè)置在該進(jìn)氣管II上。
[0019]本實(shí)用新型相比于目前船舶柴油機(jī)上使用的SCR技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本實(shí)用新型無需消耗大量的氨水或尿素，以及昂貴的催化劑，運(yùn)行成本較低。
[0021]2.本實(shí)用新型避免了氨水和催化劑的裝卸、存儲(chǔ)和安全等使用問題。
[0022]3.本實(shí)用新型的內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)體積較小，無需占用大量空間，降低了船舶等交通工具的改造難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述。
[0025]如圖1所示，一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，包含內(nèi)燃機(jī)10、燃油油箱20，該排放系統(tǒng)還包含:制氧組件30、廢氣循環(huán)組件40、進(jìn)氣混合室50、備用充氣裝置60及進(jìn)氣組件70。
[0026]制氧組件30、廢氣循環(huán)組件40、備用充氣裝置60、進(jìn)氣組件70分別與進(jìn)氣混合室50聯(lián)通，進(jìn)氣組件70與內(nèi)燃機(jī)10聯(lián)通，該內(nèi)燃機(jī)10分別與廢氣循環(huán)組件40、燃油油箱20聯(lián)通。
[0027]制氧組件30包含:制氧壓縮機(jī)31、膜分離制氧機(jī)32、氧氣閥33、氮?dú)忾y34、送氣管I 35及送氣管II 36。
[0028]制氧壓縮機(jī)31、膜分離制氧機(jī)32、氧氣閥33依次設(shè)置在送氣管I 35上，該送氣管I 35的一端與進(jìn)氣混合室50連接，該送氣管I 35的另一端設(shè)為進(jìn)氣口。送氣管II 36的一端設(shè)為出氣口，該送氣管II 36的另一端與膜分離制氧機(jī)32連接，氮?dú)忾y34設(shè)置在該送氣管II 36上。
[0029]廢氣循環(huán)組件40包含:排氣管I 41、排氣管II 42、廢氣渦輪43、廢氣總管44、溢出閥45、再循環(huán)廢氣閥46及廢氣冷卻器47。
[0030]排氣管I 41的一端與內(nèi)燃機(jī)10連接，該排氣管I 41的另一端與進(jìn)氣混合室50連接，廢氣渦輪43、廢氣總管44、再循環(huán)廢氣閥46及廢氣冷卻器47分別設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)10與進(jìn)氣混合室50之間的排氣管I 41上。
[0031]排氣管II 42的一端與廢氣總管44連接，該排氣管II 42的另一端設(shè)為廢氣排放口，溢出閥45設(shè)置在該排氣管II 42上。
[0032]備用充氣裝置60包含:液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器62、二氧化碳減壓閥63、二氧化碳節(jié)流閥64、送氣管65及多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶61。
[0033]多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶61分別與液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器62連接，該液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器62與送氣管65的一端連接，該送氣管65的另一端與進(jìn)氣混合室50連接，二氧化碳減壓閥63、二氧化碳節(jié)流閥64分別設(shè)置在該液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器62與進(jìn)氣混合室50之間的送氣管65上。
[0034]進(jìn)氣組件70包含:進(jìn)氣管I 71、進(jìn)氣管II 72、廢氣渦輪壓縮機(jī)73及應(yīng)急空氣閥74。
[0035]進(jìn)氣管I 71的兩端分別與進(jìn)氣混合室50、內(nèi)燃機(jī)10連接，廢氣渦輪壓縮機(jī)73設(shè)置在該進(jìn)氣管I 71上。
[0036]進(jìn)氣管II 72的一端設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣管II 72的另一端與該進(jìn)氣管I 71連接，應(yīng)急空氣閥74設(shè)置在該進(jìn)氣管II 72上。進(jìn)氣管II 72位于在進(jìn)氣混合室50與廢氣渦輪壓縮機(jī)73之間的進(jìn)氣管I 71上。
[0037]一種用于內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)的工作原理如下:
[0038]將空氣通過制氧壓縮機(jī)31打入的膜分離制氧機(jī)32 ;空氣經(jīng)膜分離制氧機(jī)32后，將分離出的氧氣通過氧氣閥33進(jìn)入進(jìn)氣混合室50 ;空氣經(jīng)膜分離制氧機(jī)32后，將分離出的氮?dú)馔ㄟ^氮?dú)忾y34排出大氣。進(jìn)而減少了內(nèi)燃機(jī)10進(jìn)氣中氮?dú)獾某煞郑罱K會(huì)降低內(nèi)燃機(jī)10排出廢氣中氮氧化物的生成量。
[0039]內(nèi)燃機(jī)10排出的廢氣驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪43后存入廢氣總管44內(nèi)。
[0040]當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10剛開始工作時(shí)，廢氣總管44內(nèi)沒有充足的二氧化碳?xì)怏w能夠與氧氣混合。此時(shí)，多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶61內(nèi)的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器62氣化后，通過二氧化碳減壓閥63、二氧化碳節(jié)流閥64進(jìn)入進(jìn)氣混合室50，并與上述的步驟I中產(chǎn)生的氧氣在進(jìn)氣混合室50內(nèi)混合，以保持進(jìn)氣管I 71的工作壓力，確保內(nèi)燃機(jī)10正常的工作循環(huán)。
[0041]當(dāng)廢氣總管44內(nèi)存入的廢氣總量超過廢氣總管44的承受能力時(shí)，打開溢出閥45，使得多余的廢氣通過排氣管II 42排出大氣。
[0042]打開再循環(huán)廢氣閥46，使得廢氣總管44內(nèi)的部分廢氣通過廢氣冷卻器47冷卻后進(jìn)入進(jìn)氣混合室50，并與上述的步驟I產(chǎn)生的氧氣在進(jìn)氣混合室50內(nèi)混合，產(chǎn)生混合氣體。以保持進(jìn)氣管I 71的工作壓力，確保內(nèi)燃機(jī)10正常的工作循環(huán)。[0043]上述產(chǎn)生的混合氣體通過廢氣渦輪壓縮機(jī)73進(jìn)入到內(nèi)燃機(jī)10的氣缸內(nèi)，燃油油箱20內(nèi)的燃油進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)10中，使得混合氣體與燃油混合燃燒，并發(fā)出功率；內(nèi)燃機(jī)10產(chǎn)生的廢氣再次驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪43，確保該控制系統(tǒng)循環(huán)工作。
[0044]當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10遇到應(yīng)急情況需要大量進(jìn)氣時(shí)，打開應(yīng)急空氣閥74，使得空氣通過廢氣渦輪壓縮機(jī)73進(jìn)入至內(nèi)燃機(jī)10中，使得內(nèi)燃機(jī)10恢復(fù)到常規(guī)的工作狀態(tài)。
[0045]盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，包含內(nèi)燃機(jī)(10)、燃油油箱(20)，其特征在于，該排放系統(tǒng)還包含:制氧組件(30)、廢氣循環(huán)組件(40)、進(jìn)氣混合室(50)、備用充氣裝置(60)及進(jìn)氣組件(70)； 所述的制氧組件(30)、廢氣循環(huán)組件(40)、備用充氣裝置(60)、進(jìn)氣組件(70)分別與所述的進(jìn)氣混合室(50)聯(lián)通，所述的進(jìn)氣組件(70)與所述的內(nèi)燃機(jī)(10)聯(lián)通，該內(nèi)燃機(jī)(10)分別與所述的廢氣循環(huán)組件(40)、燃油油箱(20)聯(lián)通。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的制氧組件(30)包含:制氧壓縮機(jī)(31)、膜分離制氧機(jī)(32)、氧氣閥(33)、氮?dú)忾y(34)、送氣管I (35)及送氣管II (36)； 所述的制氧壓縮機(jī)(31)、膜分離制氧機(jī)(32)、氧氣閥(33)依次設(shè)置在所述的送氣管I(35)上，該送氣管I (35)的一端與所述的進(jìn)氣混合室(50)連接，該送氣管I (35)的另一端設(shè)為進(jìn)氣口； 所述的送氣管II (36)的一端設(shè)為出氣口，該送氣管II (36)的另一端與所述的膜分離制氧機(jī)(32)連接，所述的氮?dú)忾y(34)設(shè)置在該送氣管II (36)上。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的廢氣循環(huán)組件(40)包含:排氣管1(41)、排氣管11(42)、廢氣渦輪(43)、廢氣總管(44)、溢出閥(45)、再循環(huán)廢氣閥(46)及廢氣冷卻器(47)； 所述的排氣管I (41)的一端與所述的內(nèi)燃機(jī)(10)連接，該排氣管I (41)的另一端與所述的進(jìn)氣混合室(50)連接，所述的廢氣渦輪(43)、廢氣總管(44)、再循環(huán)廢氣閥(46)及廢氣冷卻器(47)分別設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)(10)與進(jìn)氣混合室(50)之間的排氣管I (41)上；所述的排氣管II (42)的一端與所述的廢氣總管(44)連接，該排氣管II (42)的另一端設(shè)為廢氣排放口，所述的溢出閥(45)設(shè)置在該排氣管II (42)上。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的備用充氣裝置(60 )包含:液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器(62 )、二氧化碳減壓閥(63 )、二氧化碳節(jié)流閥(64 )、送氣管(65)及多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶(61)； 所述的多個(gè)液態(tài)二氧化碳鋼瓶(61)分別與所述的液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器(62)連接，該液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器(62)與所述的送氣管(65)的一端連接，該送氣管(65)的另一端與所述的進(jìn)氣混合室(50)連接，所述的二氧化碳減壓閥(63)、二氧化碳節(jié)流閥(64)分別設(shè)置在該液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)器(62)與進(jìn)氣混合室(50)之間的送氣管(65)上。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的進(jìn)氣組件(70)包含:進(jìn)氣管I(71)、進(jìn)氣管II (72)、廢氣渦輪壓縮機(jī)(73)及應(yīng)急空氣閥(74); 所述的進(jìn)氣管I (71)的兩端分別與所述的進(jìn)氣混合室(50)、內(nèi)燃機(jī)(10)連接，所述的廢氣渦輪壓縮機(jī)(73)設(shè)置在該進(jìn)氣管I (71)上； 所述的進(jìn)氣管II (72)的一端設(shè)有進(jìn)氣口，該進(jìn)氣管II (72)的另一端與該進(jìn)氣管I(71)連接，所述的應(yīng)急空氣閥(74)設(shè)置在該進(jìn)氣管II(72)上。
【文檔編號(hào)】F02M33/00GK203809162SQ201420215938
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】胡以懷, 譚親明, 欒泳立 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)