膜分离无氮EGR柴油机结构制造技术

技术编号:15632554 阅读:150 留言:0更新日期:2017-06-14 16:23
本发明专利技术的目的在于提供膜分离无氮EGR柴油机结构,柴油机部分废气经过热交换器冷却后与无氮的空气混合,并经过冷却器冷却后进入压气机,然后在基本柴油机内压缩燃烧膨胀,然后通过前排气总管排出。空气通过热交换器加热后,进入高渗透性膜分离器,无法通过渗透膜的氮气通过氮气排气管排出到大气中,通过渗透膜的其他气体(主要是氧气),通过氧气排气管进入到冷却器的前端,并与废气进行混合,冷却后进入到压气机,然后进入到基本柴油机中。本发明专利技术实现了柴油机整个过程的无氮化,并结合EGR实现了氮氧化物的零排放和柴油机功率和效率的稳定,改造程度小,系统可靠简单,成本可控。

【技术实现步骤摘要】
膜分离无氮EGR柴油机结构
本专利技术涉及的是一种柴油机结构,具体地说是带有EGR的柴油机结构。
技术介绍
随着人们对环境的愈来愈重视,而柴油机作为船用主机和汽车发动机,其排放较为恶劣,因此各国和各国际组织相继推出了各种排放法律法规,最广泛的是国际海事组织推出的IMOTier标准,按照执行时间的先后分为TierⅠ、TierⅡ和TierⅢ。排放标准中主要限制的是氮氧化物,一氧化碳,碳黑及未燃烯烃。其中一氧化碳、碳黑、未燃烯烃可以通过加大柴油机的进气量和改善燃烧模式来大大减轻污染物的排放;而对于氮氧化物的产生恰恰是与氧浓度,燃烧时间和燃烧温度相关,虽然可以通过控制燃烧时间以及微调氧浓度来略微降低,但是由于空气中氮气的大量存在,所以普通柴油机产生大量氮氧化物是不可避免的。因此,人们主要集中在柴油机的后处理上,最常用的是SCR,他利用氨催化还原氮氧化物,排出氮气,这种方法理论上可以实现氮氧化物的零排放。但是这种方法会消耗大量的氨水,还会增加排气背压,使柴油机的经济性恶化,在进入SCR之前还有进行过滤和前处理,过程极其复杂,系统可靠性不高。这些因素使得客户对SCR并不满意。除了废气后处理,有一些研究学者把目光投向了进气前处理,试图将进气中的氮气清除,从而避免了氮氧化物的产生,由于氮氧的物理特性接近,所以要将他们分离并不容易,目前常用的方法有低温液态分离法,高强磁场分离法,直接纯氧供气法等等。这些方法都是需要外界提供能量或者外界提供工质,有的甚至系统庞大。目前膜分离技术日趋成熟,膜分离氮氧已经实现小型化,且膜分离技术不需要外界提供能量或额外的工质,只需有压差和满足一定的温度即可工作,具有应用于柴油机的潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供对预热后的空气进行分离从而除去氮氧化物排放的膜分离无氮EGR柴油机结构。本专利技术的目的是这样实现的:本专利技术膜分离无氮EGR柴油机结构,其特征是:包括柴油机、涡轮、压气机、热交换器、高渗透性膜分离器,柴油机分别连接前排气总管和后进气总管,前排气总管连接涡轮的进口,涡轮的出口分别连通后排气总管和废气循环前管路,压气机的出口连接后进气总管,压气机的进口连接前进气总管,前进气总管分别连通废气循环后管路和氧气排气管,热交换器包括第一流通域和第二流通域,第一流通域和第二流通域相互隔开,废气循环前管路和废气循环后管路分别连通热交换器的第一流通域,第二流通域分别连通空气前进气管和空气后进气管,空气前进气管连通大气,所述高渗透性膜分离器里安装渗透膜,高渗透性膜分离器上设置进口、第一出口、第二出口,进口和第一出口均设置于渗透膜前,第二出口设置于渗透膜后,空气后进气管连通进口,第一出口连通大气,第二出口与废气循环后管路、前进气总管相通。本专利技术还可以包括:1、后排气总管上设置闸阀,废气循环后管路上设置节流阀,节流阀前的废气循环后管路上支出废气排气支管,废气排气支管上设置排气单向阀。2、前进气总管上安装冷却器。本专利技术的优势在于:本专利技术实现了柴油机整个过程的无氮化,并结合EGR实现了氮氧化物的零排放和柴油机功率和效率的稳定,改造程度小,系统可靠简单,成本可控。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述:结合图1,柴油机1和前排气总管2、后进气总管15连接在一起。前排气总管2与增压器3的涡轮进口连接,而后进气总管15与增压器3的压气机进口连接。后排气总管4一端连接涡轮的出口,另一端与大气环境接通,在后排气管4中放置了一个闸阀5,在闸阀5和涡轮出口之间有废气循环前管路6与后排气总管4连通,通过控制闸阀5的开度,可以控制流通进废气循环前管路6的废气流量,废气循环前管路6另一端与热交换器8连接。热交换器8有两个流通域,四个接口,其中两个连接废气循环前管路6和废气循环后管路11,另外两个接口连接着空气前进气管9和空气后进气管16,进气和废气在热交换器8中进行热交换,废气被冷却,空气被加热。废气循环后管路11另一端与冷却器13连接,在废气循环后管路11上装有节流阀10用于调节废气压力,在节流阀10与热交换器8之间的管路上装有废气排气支管18并与废气循环后管路11连通,在废气排气支管18上装有排气单向阀19,通过控制排气单向阀19来控制热交换器8后排出到大气的废气量。在节流阀10后冷却器13之前氧气排气管12与废气循环后管路11连通。高渗透性膜分离器17有三个接口,分别是一个进口。两个出口,进口连接着空气后进气管16,两个出口分别连接着氮气排气管7和氧气排气管12,其中氮气排气管7布置在渗透膜前,氧气排气管12布置在渗透膜后。前进气总管14一端与冷却器13出口连接,另一端与压气机进口连接。本专利技术的重点在将膜分离技术与EGR技术结合实现柴油机进气系统的除氮和维持进气量和进气氧量的不变。本进气系统主要控制闸阀5、节流阀10和排气单向阀19;调节节流阀10使得废气分压力和氧气分压力维持在所需要的比值,满足柴油机进气量和进气氧量的需要;由于高渗透性膜分离器17的进气需要预热,而且对进气温度还有较高要求,所以需要对进气温度进行控制,主要是通过控制闸阀5的开启角度来控制进入热交换器的废气流量,在热交换器8中将进气预热到所需要的温度。冷却后的废气一部分通过节流阀与氧气混合进入到柴油机中,另一部分则通过排气单向阀19排出到大气中。柴油机运行时,柴油机控制系统根据功率、转速、目标油耗等确定当前所需的进气量和氧含量,根据氧含量计算出渗透前的空气量和氧气分压力,从而计算出空气的加热量,继而计算出需要用以加热的废气量和需要再循环的废气分压力。废气从基本柴油机1中排出通过前排气总管2进入到增压器3的涡轮中推动涡轮做功,涡轮通过轴驱动压气机转动,做功完的废气通过后排气总管4分别通向外界大气和废气循环前管路6,通过调节闸阀5的开度使得进入废气循环前管路6的废气量满足计算出的加热所需废气量,废气通过废气循环前管路6进入热交换器8,在热交换器8中废气被冷却,热量被传递到通过空气前进气管9进入到热交换器8中的空气,空气被加热到所需要的温度。冷却后的废气进入到废气循环后管路11,在废气循环后管路11中被再次分成两个流路一路经过节流阀流入到冷却器13中,另一路通过废气排气支管18和排气单向阀19排向大气,节流阀10调节压力降使得流向冷却器13的废气流量满足所计算出来的再循环的废气分压力。从热交换器8加热后的进气空气通过空气后进气管16进入到高渗透性膜分离器17中,在高渗透性膜分离器17中膜由多束半渗透中空高分子纤维丝组成。由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数的差异,导致不同气体在膜中相对渗透率不同。经加热后的空气进入高渗透性膜分离器17后,由于膜两侧的压力差作用下,渗透速率相对较慢的氮气不能渗透膜,经氮气排气管路7作为废气排出,渗透速率相对快的气体如水、氢气、氧气、氦气、二氧化碳等透过膜后作为过滤后的气体通过氧气排气管进入到废气循环后管路11中,过滤后空气和通过节流阀10的废气一起进入冷却器13中,在冷却器13中,两路气体充分混合并被冷却,冷却主要是为了提高压气机工作效率,提高压比。冷却后的混合气体通过前进气总管14进入压气机,在压气机中混合气体被压缩,通过后进气总管15进入到柴油机中,完成压缩,燃烧,膨胀等过程本文档来自技高网
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膜分离无氮EGR柴油机结构

【技术保护点】
膜分离无氮EGR柴油机结构,其特征是:包括柴油机、涡轮、压气机、热交换器、高渗透性膜分离器,柴油机分别连接前排气总管和后进气总管,前排气总管连接涡轮的进口,涡轮的出口分别连通后排气总管和废气循环前管路,压气机的出口连接后进气总管,压气机的进口连接前进气总管,前进气总管分别连通废气循环后管路和氧气排气管,热交换器包括第一流通域和第二流通域,第一流通域和第二流通域相互隔开,废气循环前管路和废气循环后管路分别连通热交换器的第一流通域,第二流通域分别连通空气前进气管和空气后进气管,空气前进气管连通大气,所述高渗透性膜分离器里安装渗透膜,高渗透性膜分离器上设置进口、第一出口、第二出口,进口和第一出口均设置于渗透膜前,第二出口设置于渗透膜后,空气后进气管连通进口,第一出口连通大气,第二出口与废气循环后管路、前进气总管相通。

【技术特征摘要】
1.膜分离无氮EGR柴油机结构,其特征是:包括柴油机、涡轮、压气机、热交换器、高渗透性膜分离器,柴油机分别连接前排气总管和后进气总管,前排气总管连接涡轮的进口,涡轮的出口分别连通后排气总管和废气循环前管路,压气机的出口连接后进气总管,压气机的进口连接前进气总管,前进气总管分别连通废气循环后管路和氧气排气管,热交换器包括第一流通域和第二流通域,第一流通域和第二流通域相互隔开,废气循环前管路和废气循环后管路分别连通热交换器的第一流通域,第二流通域分别连通空气前进气管和空气后进气管,空气前进气管连通大...

【专利技术属性】
技术研发人员:王银燕李旭杨传雷王贺春孙永瑞祖象欢胡松
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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