本發(fā)明涉及的是一種增壓柴油機(jī)，具體地說是摻水燃燒的增壓柴油機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著人類科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，柴油機(jī)憑借其在熱效率、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面的優(yōu)勢備受關(guān)注，并且已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在汽車、船舶、鐵路、發(fā)電設(shè)備等領(lǐng)域。雖然柴油機(jī)的使用極大地促進(jìn)了社會的發(fā)展與進(jìn)步，但是其在使用過程中也會帶來環(huán)境污染等一系列的問題。其中NOx是主要的有害污染物之一，能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生極大的危害。國際海事組織在2008年頒布了Tier III氮氧化物排放限值標(biāo)準(zhǔn)，并且預(yù)計(jì)將在2016年開始執(zhí)行，其要求為船用柴油機(jī)的NOx排放要維持在2-3.8g/KW·h。其中影響NOx生成的主要因素為：燃燒溫度高低、氧濃度高低、燃燒產(chǎn)物的滯留時(shí)間的長短。目前用在柴油機(jī)上，減少NOx生成的措施主要有：廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)、摻水燃燒技術(shù)、以及廢氣的后處理(SCR等)等。
摻水燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要方式分為三種，分別為摻水乳化油技術(shù)、缸內(nèi)直接噴水技術(shù)、進(jìn)氣道加濕技術(shù)。摻水燃燒降低NOx的機(jī)理為：柴油機(jī)的氮氧化物是在高溫條件下氧氣和氮?dú)夥磻?yīng)得到的，所以降低反應(yīng)溫度以及氮和氧的濃度可以有效地降低NOx的排放，同時(shí)由于水有較高的汽化潛熱，也可以使燃燒溫度降低。摻水乳化油技術(shù)是通過燃油系統(tǒng)將配置好的柴油和水的乳化穩(wěn)定懸浮液噴入氣缸來實(shí)現(xiàn)的該技術(shù)發(fā)展至今主要分為靜態(tài)乳化和動態(tài)乳化兩種形式，雖然摻水乳化油技術(shù)可以降低NOx生成且對柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)影響較小，但是該方法需要配置乳化劑，價(jià)格較高，且靜態(tài)乳化油保質(zhì)期較短，長時(shí)間放置會導(dǎo)致水油分層。缸內(nèi)直接噴水技術(shù)可以靈活地掌控?fù)剿?，使NOx排放有效降低但是缸內(nèi)直接噴水需要對柴油機(jī)進(jìn)行較大的結(jié)構(gòu)改動，噴嘴持久度低，這些都會影響缸內(nèi)直接噴水技術(shù)的應(yīng)用。進(jìn)氣道加濕是這三種技術(shù)中最容易實(shí)現(xiàn)的，并且對摻水量的控制比較容易實(shí)現(xiàn)，摻水量較大時(shí)對NOx排放量的降低也比較可觀，對柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)影響較小，安全穩(wěn)定性高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供可以根據(jù)柴油機(jī)的工況靈活地改變摻水量，從而降低柴油機(jī)燃燒的溫度，進(jìn)而降低NOx排放的基于噴射泵實(shí)現(xiàn)增壓柴油機(jī)摻水燃燒并降低NOx排放的裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
本發(fā)明基于噴射泵實(shí)現(xiàn)增壓柴油機(jī)摻水燃燒并降低NOx排放的裝置，其特征是：包括柴油機(jī)、低壓級渦輪增壓器、高壓級渦輪增壓器，低壓級渦輪增壓器包括低壓級渦輪、低壓級壓氣機(jī)，高壓級渦輪增壓器包括高壓級渦輪、高壓級壓氣機(jī)，柴油機(jī)通過第一排氣管路連接高壓級渦輪進(jìn)口，高壓級渦輪出口通過第二排氣管路連接低壓級渦輪，第一排氣管路與第二排氣管路之間通過排氣旁通管路相通，排氣旁通管路上安裝高壓級渦輪旁通閥，低壓級壓氣機(jī)通過第一進(jìn)氣管路連接高壓級壓氣機(jī)進(jìn)口，高壓級壓氣機(jī)出口通過第二進(jìn)氣管路連接兩位三通換向閥，兩位三通換向閥上位通過第三進(jìn)氣管路連接柴油機(jī)，兩位三通換向閥下位通過第四進(jìn)氣管連接柴油機(jī)，第一進(jìn)氣管路與第二進(jìn)氣管路之間通過進(jìn)氣旁通管路相通，進(jìn)氣旁通管路上安裝高壓級壓氣機(jī)旁通閥，第四進(jìn)氣管路上設(shè)置噴射泵，噴射泵通過淡水管連通封閉容器，封閉容器里安裝淡水加熱管束并充有淡水，柴油機(jī)缸套冷卻水出水管路以及柴油機(jī)缸套冷卻水進(jìn)水管路分別連通淡水加熱管束的進(jìn)口端和出口端，柴油機(jī)缸套冷卻水出水管路與柴油機(jī)缸套冷卻水進(jìn)水管路通過淡水加熱管束旁通管路相通，淡水加熱管束旁通管路上設(shè)置淡水加熱管束旁通閥，柴油機(jī)缸套冷卻水進(jìn)水管路上安裝缸套冷卻水冷卻器和缸套冷卻水循環(huán)泵，封閉容器連通淡水水箱。
本發(fā)明還可以包括：
1、柴油機(jī)運(yùn)行在排放控制區(qū)時(shí)，高壓級渦輪旁通閥和高壓級壓氣機(jī)旁通閥保持關(guān)閉狀態(tài)，兩位三通閥的下位工作；柴油機(jī)運(yùn)行在非排放控制區(qū)時(shí)，高壓級渦輪旁通閥和高壓級壓氣機(jī)旁通閥均打開，高壓級渦輪和高壓級壓氣機(jī)退出工作，兩位三通閥的上位工作，淡水加熱管束旁通閥處于打開狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于：相對傳統(tǒng)的進(jìn)氣道加濕實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的摻水燃燒，本發(fā)明能夠避免進(jìn)氣道噴嘴以及其它相關(guān)設(shè)備的安置，結(jié)構(gòu)改動較小，可以根據(jù)柴油機(jī)的工況靈活地改變摻水量，從而降低柴油機(jī)燃燒的溫度，進(jìn)而降低NOx的 排放。本發(fā)明還可以根據(jù)需要靈活地控制摻水燃燒與否，在排放控制區(qū)可以滿足排放的要求，在非排放控制區(qū)滿足經(jīng)濟(jì)性要求，符合現(xiàn)代工程需要。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
結(jié)合圖1，本發(fā)明基于噴射泵實(shí)現(xiàn)增壓柴油機(jī)摻水燃燒并降低NOx排放的裝置包括低壓級渦輪1、高壓級渦輪3、渦輪旁通閥2、低壓級壓氣機(jī)4、壓氣機(jī)旁通閥5、高壓級壓氣機(jī)6、兩位三通換向閥7、噴射泵8、水蒸氣量控制閥9、封閉容器10、水位檢測儀11、淡水13、淡水加熱管束12、缸套冷卻水管路14、缸套冷卻水冷卻器15、缸套冷卻水循環(huán)泵16、淡水水箱17、淡水供給泵18、單向閥19以及淡水加熱管束旁通閥20。其中高壓級渦輪3和低壓級渦輪1安裝在排氣管路上，高壓級壓氣機(jī)6和低壓級壓氣機(jī)4安裝在進(jìn)氣管道上，并且高壓級渦輪3和高壓級壓氣機(jī)6可以根據(jù)需要通過旁通閥的開啟與關(guān)閉切入和切出。進(jìn)氣管路上還設(shè)有噴射泵8用于制造封閉容器10內(nèi)的真空和抽吸水蒸氣進(jìn)入進(jìn)氣管道，并且噴射泵8所在分枝管路還可以根據(jù)需要通過兩位三通換向閥7切入與切出。缸套冷卻水可以對封閉容器10內(nèi)的淡水進(jìn)行加熱產(chǎn)生水蒸氣。缸套冷卻水通過缸套冷卻水冷卻器15進(jìn)行冷卻，并且整個循環(huán)由缸套冷卻水循環(huán)泵16驅(qū)動。封閉容器10內(nèi)的淡水水位由水位檢測儀11監(jiān)測，并且通過淡水供給泵18和單向閥19使封閉容器10內(nèi)的水位保持在合理的范圍之內(nèi)。進(jìn)入柴油機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)的水蒸汽量由水蒸氣量控制閥9控制。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于能夠通過噴射泵8實(shí)現(xiàn)封閉容器內(nèi)的真空、水蒸氣的產(chǎn)生以及水蒸氣進(jìn)入到進(jìn)氣管道內(nèi)，并且根據(jù)需要可以將噴射泵8所在分枝切入和切出，在非控制區(qū)，噴射泵8所在分枝管路被切出，柴油機(jī)不再摻水燃燒，有效功率得到提高，燃油消耗率相應(yīng)的降低；在控制區(qū)運(yùn)行時(shí)，噴射泵8所在分枝管路被切入，此時(shí)柴油機(jī)開啟摻水燃燒模式，NOx排放量大大降低。其中噴射泵8所需要的較高的工作壓力由兩級渦輪增壓器提供，噴射泵8所在分枝切入與切出通過兩位三通換向閥7實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行在排放控制區(qū)時(shí)，渦輪旁通閥2和壓氣機(jī)旁通閥5保持關(guān)閉 狀態(tài)，此時(shí)高壓級渦輪增壓器和低壓級渦輪增壓器串聯(lián)運(yùn)行，高壓級壓氣機(jī)6后的空氣壓力很高，滿足噴射泵8工作的要求，此時(shí)兩位三通閥7的下位工作，增壓后的空氣進(jìn)入到噴射泵8，在噴嘴處，壓力能轉(zhuǎn)化為動能，之后增壓空氣和從封閉容器10內(nèi)抽上來的空氣和水蒸氣在混合管混合，然后再在擴(kuò)壓管內(nèi)將混合氣的動能轉(zhuǎn)化為壓力能。最后將混合后的氣體一起輸送到柴油機(jī)里面參與燃燒，此處噴射泵8相當(dāng)于真空泵，用于將封閉容積內(nèi)的空氣抽到進(jìn)氣管路里面最終參與燃燒，此時(shí)也會造成封閉容器10內(nèi)產(chǎn)生真空。柴油機(jī)中燃油燃燒放出的熱量中30％-33％要經(jīng)過氣缸、氣缸蓋和活塞等部件散向外界，為了能夠散發(fā)出這些熱量并且保證這些受熱部件的正常穩(wěn)定溫度，需要缸套缸套冷卻水等介質(zhì)強(qiáng)制流經(jīng)受熱部件。如果缸套冷卻水帶出的熱量直接散向外界環(huán)境會造成一定的能量浪費(fèi)，由于缸套冷卻水溫度較高并且封閉容器內(nèi)真空，當(dāng)用缸套冷卻水對封閉容器10內(nèi)的淡水進(jìn)行加熱時(shí)，封閉容器10內(nèi)的淡水很容易沸騰，產(chǎn)生大量的水蒸氣，柴油機(jī)根據(jù)運(yùn)行工況控制水蒸氣量控制閥的開度，靈活掌控?fù)剿?，使NOx排放有效降低。此外，封閉容器10內(nèi)還裝有水位檢測器11用于實(shí)時(shí)監(jiān)測封閉容器10內(nèi)的水位高度，裝置中的淡水供給泵18和單向閥19用于向封閉容積補(bǔ)給消耗掉的淡水，水位檢測器11、單向閥19以及淡水供給泵18一同工作，使封閉容器10內(nèi)的淡水水位維持在一定的高度范圍。缸套冷卻水循環(huán)回路中還有缸套冷卻水冷卻器15和缸套冷卻水循環(huán)泵16等部件，其中缸套冷卻水冷卻器15用于將進(jìn)入柴油機(jī)的缸套冷卻水降低到較低的溫度；缸套冷卻水循環(huán)泵16用于為缸套冷卻水循環(huán)回路提供動力支持。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行在非排放控制區(qū)時(shí)，渦輪旁通閥2和壓氣機(jī)旁通閥5同時(shí)打開，高壓級渦輪增壓器被旁通退出工作，只有低壓級渦輪增壓器參與工作，相當(dāng)于單級增壓。此時(shí)兩位三通換向閥7上位工作，噴射泵8所在分枝管路被切出，噴射泵8不再參與工作，單級增壓后的空氣直接進(jìn)入到柴油機(jī)。由于柴油機(jī)不再摻水燃燒，柴油機(jī)的有效功率得到提升并且燃油消耗率也有所下降，動力性較好。由于高壓級渦輪3不參與工作，進(jìn)氣壓力不會很高，這樣爆壓也相應(yīng)不會很高，避免了柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷過大，能夠使柴油機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。由于噴射泵8退出工作，與其相關(guān)聯(lián)的封閉水箱10、淡水加熱管束12、單向閥19以及淡水供給泵18也相應(yīng)的退出工作。淡水加熱管束旁通閥20打開，缸套水不再流經(jīng) 淡水加熱管束12對封閉容器10內(nèi)的淡水進(jìn)行加熱，直接通過淡水加熱管束旁通閥20流經(jīng)缸套冷卻水冷卻器15，然后通過缸套冷卻水循環(huán)泵16進(jìn)入到柴油機(jī)里面，往復(fù)循環(huán)工作。