專利名稱：減少兩沖程大柴油機(jī)廢氣中一氧化二氮含量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少兩沖程大柴油機(jī)廢氣中一氧化二氮含量的方法，該柴油機(jī)包含至少一個(gè)汽缸，汽缸裝有由透平機(jī)和壓縮機(jī)組成的超壓輸送群，其中在超壓輸送群的壓縮沖程期間汽缸充入新鮮空氣，在壓縮沖程結(jié)束時(shí)燃料注入其中。本發(fā)明也涉及為實(shí)現(xiàn)此方法的兩沖程大柴油機(jī)。
一般情況下在柴油機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生大量的一氧化二氮。由于在環(huán)保方面的越來越嚴(yán)格的管理，因此有必要急劇減少兩沖程大柴油機(jī)所散發(fā)出的一氧化二氮。為做到這一點(diǎn)一個(gè)可能的方法是采用所謂選擇性催化劑減少方法(SCR法)，其中用氨或載有氮?dú)夂退陌眮泶呋瘻p少一氧化二氮。我們知道從PCT申請(qǐng)WO83/00057中有一個(gè)柴油機(jī)中SCR法的應(yīng)用，催化劑以床的形式排列裝在廢氣管上的反應(yīng)器中。在這種情況下因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)的催化劑床直徑大于廢氣管，因此所要求的空間相當(dāng)大。故特別是在所述柴油機(jī)用作大船號(hào)的推進(jìn)器時(shí)，將產(chǎn)生有關(guān)反應(yīng)器安置所帶來的空間問題。
減少一氧化二氮發(fā)散的另一可能的方法是采用所謂的初級(jí)措施，這種措施使汽缸的燃燒室中的一氧化二氮的產(chǎn)生得到減少。在這種情況下廢氣在汽缸外被加到進(jìn)入汽缸中的新鮮空氣(也稱純化氣)中，以降低燃燒室內(nèi)氧的濃度，因?yàn)槿紵^程中所產(chǎn)生的一氧化二氮的數(shù)量本身取決于氧的濃度。還有一個(gè)影響一氧化二氮形成的因素是燃燒室內(nèi)的溫度。上述將廢氣加到新鮮空氣的方法可以在超壓輸送群的壓縮機(jī)的低壓的一邊也可以在高壓的一邊。在談及的第一種情況下，加到新鮮空氣中的廢氣既通過壓縮機(jī)又通過裝在其后的進(jìn)料冷卻器，這可導(dǎo)致導(dǎo)壓縮機(jī)內(nèi)和進(jìn)料冷卻器內(nèi)大量的污染問題。廢氣加到壓縮機(jī)高壓一邊時(shí)，離開汽缸廢氣的壓力低于流入汽缸的新鮮空氣的壓力，這是個(gè)缺陷。因此被導(dǎo)入到新鮮空氣中的廢氣必須提高到一個(gè)較高壓力水平，故須提供一臺(tái)泵，即羅茨鼓風(fēng)機(jī)泵。進(jìn)料冷卻器的污染無法避免。上述缺陷導(dǎo)致在實(shí)際操作中廢氣加到新鮮空氣中，也叫廢氣再循環(huán)，對(duì)于兩沖程大柴油機(jī)是不成功的。
本發(fā)明的目標(biāo)即改進(jìn)上述方法，從一開始即減少一氧化二氮的含量，使壓縮機(jī)和進(jìn)料冷卻器不再受到污染而且可不裝增壓泵。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目標(biāo)可以由下列方法來達(dá)到使在汽缸內(nèi)燃燒操作期間產(chǎn)生的廢氣中滯留至少5%(重量)，至多40%(重量)，優(yōu)選至多20%(重量)的廢氣在汽缸中，這部分滯留的廢氣與下一個(gè)壓縮沖程期間流入的新鮮空氣形成混合氣體。
因此用這個(gè)方法，燃燒操作中產(chǎn)生的所有廢氣并非在汽缸中得到清除-而這正是一般柴油機(jī)所采用的方法-而是相當(dāng)多的廢氣留在汽缸中，即允許減少清除廢氣。將留在汽缸中的廢氣與下一個(gè)壓縮沖程的新鮮空氣相混合，則大大減少了燃燒室內(nèi)的氧氣濃度，這就有效地減少了一氧化二氮的生成。使用新的方法可同時(shí)減少設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，無需增壓泵而且壓縮機(jī)和進(jìn)料冷卻器不再受到污染。
部分量的廢氣的滯留導(dǎo)致了壓縮機(jī)出口和汽缸進(jìn)口之間相應(yīng)部分量的新鮮空氣被除去，因而比以往較少量的新鮮空氣進(jìn)入汽缸中，在壓縮沖程時(shí)即比以往少量換廢氣。另一個(gè)可能性為從汽缸中出來的部分量廢氣被傳送到超壓輸送群的透平機(jī)，使得相應(yīng)較少量新鮮空氣從壓縮機(jī)被傳送至汽缸中。然后這些被傳送到透平機(jī)的廢氣可以在一個(gè)稱為有效透平機(jī)中釋放出來。
尤其是對(duì)汽缸中保留的大量廢氣，根據(jù)本發(fā)明的方法在壓縮沖程期間的溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在有著一般清除裝量的柴油機(jī)的溫度。較高溫度將對(duì)柴油機(jī)的性能產(chǎn)生不利的影響。本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方法可以防止這種現(xiàn)象發(fā)生至少在壓縮沖程的一部分將水注入汽缸中的新鮮空氣和廢氣的混合物中。根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例，水還可以在燃燒操作時(shí)注入，結(jié)果由于燃燒時(shí)溫度的降低使得一氧化二氮的生成大大減少。
下面將進(jìn)一步詳述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，參照?qǐng)D進(jìn)行描述，利用圖解來闡明實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的兩沖程大柴油機(jī)。
壓縮機(jī)2的抽氣管與廢氣透平機(jī)8一起組成了超壓輸送群，從大氣中抽取新鮮空氣，示于1，壓縮機(jī)2出口處的壓力管11經(jīng)進(jìn)料冷卻器進(jìn)入一進(jìn)氣貯存器4，它經(jīng)分配圈12與兩沖程大柴油機(jī)的汽缸5相連接。進(jìn)氣貯存器還與其它柴油機(jī)相連(圖上未示出)。通過一些排氣口13新鮮空氣從包圍每個(gè)汽缸的分配圈進(jìn)入汽缸5，排氣口在汽缸5的下部周邊，在排氣口13的下面有一活塞14，它表示在其較低沖程死點(diǎn)的位置并經(jīng)活塞桿15與十字頭連接(圖上未示出)。和曲柄軸連接的連接桿在十字頭處以已知的方式鏈接。
汽缸5的上端與廢氣連接桶17相接，連接件引至排氣集合管7，以相似的方式將剩余的柴油機(jī)汽缸相連。在廢氣連接桶7和汽缸的連接處裝一中央流出閥16，它的作用是當(dāng)活塞沖程的一部分處于開啟的位置時(shí)，先前燃燒操作所產(chǎn)生的廢氣可從汽缸5中逸出。因而，所述兩沖程大柴油機(jī)以所謂的從頭至尾清除的方法工作。
從排氣集合管7一個(gè)廢氣管18導(dǎo)入至廢氣透平機(jī)8的進(jìn)口處，它通過手柄19來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)2。在廢氣透平機(jī)8的出口處與一廢氣管9相連。從廢氣管18分支一條管20，它導(dǎo)入有效透平機(jī)10并經(jīng)手柄21驅(qū)動(dòng)例如發(fā)電機(jī)(圖中未出示)。有效透平機(jī)10的出口經(jīng)管22與來自廢氣透平機(jī)下游的廢氣管9相連接。
在汽缸5的上端有一個(gè)水注入裝置，用6來表示。除了水注入裝量6外，以已知的方式在汽缸上端至少還裝有兩個(gè)燃料注入閥門(圖中未出)。
在兩沖程大柴油機(jī)操作中，通過壓縮機(jī)2壓縮并在進(jìn)料冷卻器3冷卻的新鮮空氣被打到進(jìn)氣貯存器4，從這里空氣經(jīng)分配圈12和排氣口13進(jìn)入汽缸5。只要出口閥16處于開啟位置，所進(jìn)入的空氣即置換了大部分先前燃燒室中燃燒操作所產(chǎn)生的廢氣，通過廢氣連接桶17進(jìn)入排氣集合管7。在活塞14向上運(yùn)動(dòng)通過排氣口13的頂部和關(guān)閉出口閥16后，仍在汽缸5的廢氣和新鮮空氣即被壓縮。為冷卻混合物在這個(gè)壓縮狀態(tài)下將水經(jīng)注入裝置6注入混合物中。當(dāng)活塞14達(dá)到其最高沖程死點(diǎn)時(shí)，將燃料通過燃料注入閥(圖中未顯示)注入燃燒室，然后活塞又重新朝下移動(dòng)。從排氣集合管7一部分廢氣通過廢氣管18流向廢氣透平機(jī)。8這部分廢氣由于部分量的廢氣經(jīng)管20、有效透平機(jī)10和管22流走而數(shù)量減少了，壓縮機(jī)2將相應(yīng)減少的空氣量打進(jìn)汽缸5，結(jié)果在汽缸5內(nèi)滯留了大量燃燒操作期間產(chǎn)生的廢氣。滯留量為燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣量的75%(重量)，優(yōu)選20%(重量)。結(jié)果這一大量滯留在汽缸5的廢氣與進(jìn)入的新鮮空氣充分混合(用箭頭A表示)，因而燃燒室內(nèi)混合物中氧的濃度就相對(duì)較低。故在后續(xù)燃燒中產(chǎn)生的一氧化二氮的量減少了。這個(gè)減少還可以通過將水經(jīng)注入裝置6注入燃燒室中得到進(jìn)一步加強(qiáng)，而且甚至燃燒室內(nèi)最高燃燒溫度也可以降低。
除了上面已經(jīng)述及的優(yōu)點(diǎn)外，所述機(jī)器設(shè)備還有如下優(yōu)點(diǎn)因?yàn)榱鹘?jīng)廢氣透平機(jī)8的廢氣數(shù)量的減少，同時(shí)也因?yàn)閴嚎s機(jī)2內(nèi)空氣數(shù)量的減少，超壓輸送群因此可以比有著一般從頭到尾清除的柴油機(jī)的體積要小。
權(quán)利要求
1.一種減少兩沖程大柴油機(jī)廢氣中一氧化二氮含量的方法，至少包括一個(gè)汽缸，它由帶有透平機(jī)和壓縮機(jī)的超壓輸送群來提供，在壓縮沖程期間所述汽缸通過超壓輸送群來置換新鮮空氣，在壓縮沖程結(jié)束時(shí)燃料注入汽缸中，其特征在于燃燒操作期間產(chǎn)生的廢氣量中至少5%(重量)和至多40%(重量)，優(yōu)選至多20%(重量)的廢氣滯留在汽缸中，在下一個(gè)壓縮沖程期間這部分滯留的廢氣與流進(jìn)的新鮮空氣形成混合氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少每個(gè)壓縮沖程的一部分期間將水注入汽缸中的新鮮空氣/廢氣混合氣中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于通過減少汽缸新鮮空氣置換量來實(shí)現(xiàn)廢氣量的滯留。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于通過將部分廢氣從汽缸中傳送到透平機(jī)來實(shí)現(xiàn)置換空氣的減少。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于在有效透平機(jī)中利用所傳送過來的部分量廢氣的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一方法之一，其特征在于在燃燒操作期間汽缸中水也被注入到新鮮空氣/廢氣混合氣中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的方法之一，其特征在于壓縮機(jī)內(nèi)所壓縮的空氣在進(jìn)入汽缸之前的被冷卻。
8.實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至7的方法之一的兩沖程大柴油機(jī)。
全文摘要
本方法涉及至少包括一個(gè)汽缸(5)的馬達(dá)，該汽缸裝有由透平機(jī)(8)和壓縮機(jī)(2)組成的超壓轉(zhuǎn)送群。
文檔編號(hào)F02B37/00GK1105099SQ9411808
公開日1995年7月12日 申請(qǐng)日期1994年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月12日
發(fā)明者M·蓋斯特 申請(qǐng)人:新蘇舍柴油機(jī)有限公司