專利名稱：降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙的方法及其消煙凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的凈化，具體地說(shuō)，涉及一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒氫氣的尾氣凈化方法和裝置。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)比較，前者的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能均優(yōu)于后者。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)在于其排放的尾氣中含有碳及附著其上的未燃燒的HC化合物。這種有害的尾氣排放物會(huì)污染大氣，惡化人類的生存環(huán)境。
利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣使醇類裂解為H2，在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷時(shí)是可行的。但在發(fā)動(dòng)機(jī)處于中負(fù)荷或怠速工況時(shí)，由于尾氣中的熱量不足以使醇類的裂解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，而保證不了H2的持繼供應(yīng)。眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)在正常使用時(shí)，主要工作在中小負(fù)荷或怠速工況下。因此，醇類裂解反應(yīng)基本上不能維持下去。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了更多的利用尾氣余熱，在醇類裂解反應(yīng)器中加設(shè)阻擋板，使尾氣按螺旋路徑運(yùn)動(dòng)。這種方式增加了尾氣在反應(yīng)器中滯留的時(shí)間，排氣阻力增大，使排氣不暢，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的廢氣排不凈，留在氣缸內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)換氣不充分，引起發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，并使燃燒不完全，這種方案會(huì)帶來(lái)不可估量的負(fù)面影響。
如果使用高壓電加熱器，可保證醇類裂解正常進(jìn)行，但一般車(chē)輛上沒(méi)有高壓電源，其應(yīng)用也有困難。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種能經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便地大幅度降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙，達(dá)到低碳煙，甚至無(wú)碳煙排放，并同時(shí)降低NOx排放的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種實(shí)施上述方法的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置。
本發(fā)明的上述目的是通過(guò)既利用發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣的熱量，又利用車(chē)輛上的低壓電源供熱，以保證醇類裂解反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行來(lái)達(dá)到的，其具體技術(shù)方案如下。
本發(fā)明降低柴油機(jī)碳煙的方法包括如下步驟①在醇類裂解裝置的反應(yīng)室中添加低溫催化劑，并在醇類蒸發(fā)管中泵入醇類液體；②將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣引入所述裂解裝置中，以加熱其反應(yīng)室中的低溫催化劑，并同時(shí)由CPU發(fā)出指令，使置于所述反應(yīng)室中的低壓電加熱器通電，提供加熱低溫催化劑所需的更多熱量，保證催化溫度在220℃-280℃；③再將流經(jīng)所述反應(yīng)器的尾氣引入所述蒸發(fā)管外，加熱其中的醇類液體，使之成為醇類蒸汽和水蒸汽，并進(jìn)入所述反應(yīng)室，經(jīng)催化劑作用分解出H2；④將所述H自所述反應(yīng)室的排氣口經(jīng)壓力平衡罐和電磁閥或單向閥引入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管而進(jìn)入燃燒室，壓縮后參與燃燒，使碳煙減少75％左右，使NOx下降30％-40％。
本發(fā)明降低柴油機(jī)碳煙的方法，其中所述反應(yīng)室由分隔單元至少分為三層，所述蒸發(fā)管為至少一個(gè)螺旋形管，可選用兩個(gè)套裝的螺旋管；所述的醇類為甲醇或乙醇；所述低溫催化劑的型號(hào)為R1或R2。
本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，包括設(shè)置有填充低溫催化劑反應(yīng)室的醇類裂解裝置，其中置于所述裂解裝置中且與反應(yīng)室下部連通的蒸發(fā)管置于反應(yīng)室中的低壓電加熱器和溫度傳感器，其中所述裂解裝置的外殼是具有保溫層的外殼，其靠近反應(yīng)室的側(cè)壁上設(shè)有排氣岐管接口，其靠近蒸發(fā)管的側(cè)壁上設(shè)有消音器接口，其頂部設(shè)有醇類液體的入口，并與蒸發(fā)管相連接；在反應(yīng)室中設(shè)有具孔洞的分隔單元，將反應(yīng)室分隔成至少3層，低溫催化劑置于分隔單元中，反應(yīng)室具有法蘭盤(pán)和與之相連的蓋板，在蓋板上設(shè)有排氣口以及低壓電加熱器的接線出口和溫度傳感器的出口。
本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其中所述蒸發(fā)管為至少一個(gè)螺旋形管。
本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其中所述蒸發(fā)管為兩個(gè)套裝的螺旋管。
本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其中所述反應(yīng)室支承在置于所述裂解裝置內(nèi)底部的支座上。
本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其中所述低溫催化劑的型號(hào)為R1或R2；所述醇類為甲醇或乙醇。
本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其中所述分隔單元由內(nèi)分隔單元和外分隔單元構(gòu)成，且均為筒狀，其中內(nèi)分隔單元筒口朝上，外分隔單元筒口朝向中心，在所述溫度傳感器外面設(shè)有護(hù)套。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于①由于供醇類裂解制H2反應(yīng)所需的熱量既來(lái)自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣，又來(lái)自低壓電加熱量，使該反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行，采用分隔為多層的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，可以防止由振動(dòng)所致的催化劑向下沉積的情況，提高了醇與催化劑的接觸，使得醇類裂解反應(yīng)能夠充分地進(jìn)行，從而保證了H2的充分供應(yīng)，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的碳煙大幅度降低可達(dá)75％左右，NOx下降30-40％；其中尾氣熱量的回收利用，還可減少對(duì)大氣的熱污染；②由于采用了低溫催化劑，使反應(yīng)溫度降低到220℃-280℃，節(jié)省能源達(dá)8-10％。
③采用CPU單片機(jī)控制醇類裂解反應(yīng)，使操作達(dá)到最簡(jiǎn)化，并能與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工況實(shí)現(xiàn)最好的配合，可提高車(chē)輛續(xù)行里程20％；④布置合理，保證了醇類裂解的路徑，從而提高了醇類裂解的效率；⑤醇類裂解反應(yīng)器的殼體外面加保溫層，可有效防止熱量向外幅射，從而提高了熱能利用率，同時(shí)，在停止工作時(shí)，防止催化劑降溫過(guò)快而造成的破碎，可延長(zhǎng)催化劑的壽命；⑥蒸發(fā)管為螺旋形結(jié)構(gòu)，有效地消除內(nèi)應(yīng)力，工藝性好，提高了裝置的可靠性。
⑦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，其造價(jià)低于摻燒LPG、CNG，故投資少，見(jiàn)效快，適用于新機(jī)和在用機(jī)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法和裝置作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的消煙凈化工作原理圖。
圖2是本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
如圖1所示，一方面將發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣引入甲醇裂解反應(yīng)器，提供反應(yīng)的部分熱量，另一方面通過(guò)電泵將甲醇從甲醇箱中引入裂解裝置，并同時(shí)開(kāi)啟電開(kāi)關(guān)，使低壓加熱器工作，提供裂解反應(yīng)所需的更多熱量。裂解裝置反應(yīng)產(chǎn)生的H2再引回到發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣，一方面使發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的熱量可以得到回收利用，另一方面，經(jīng)甲醇裂解裝置的反應(yīng)室或經(jīng)該裝置和消音器排入大氣的是被凈化的尾氣。由上可知，反應(yīng)溫度由發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣和低壓電熱器共同保證。當(dāng)反應(yīng)溫度高于280℃時(shí)，由置于反應(yīng)室中的溫度傳感器將溫控信號(hào)傳給CPU,CPU發(fā)出指令，停止低壓電加熱器的加熱，另一路信號(hào)加大甲醇供應(yīng)量，加大吸熱量，使溫度下降；當(dāng)溫度低于220℃時(shí)，溫度傳感器把電信號(hào)傳給CPU,CPU發(fā)出指令，接通低壓電加熱器的電源，使其工作，從而升高反應(yīng)溫度。這樣，可保證反應(yīng)溫度在220℃-280℃之間，使甲醇裂解反應(yīng)得以正常進(jìn)行。與CPU連接的顯示器用來(lái)顯示本發(fā)明所述裝置的工作狀態(tài)。
如圖2所示，本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置包括設(shè)置有填充低溫催化劑3反應(yīng)室2的醇類裂解裝置1、其中置于所述裂解裝置1中且與反應(yīng)室2下連通的蒸發(fā)管4、置于反應(yīng)室2中的低壓電加熱器5和溫度傳感器6，其中所述裂解裝置1的外殼7是具有保溫層8的外殼，其靠近反應(yīng)室2的側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)氣岐管接口9，其靠近蒸發(fā)管4的側(cè)壁上設(shè)有消音器接口10，其頂部設(shè)有醇類液體的入口18，并與蒸發(fā)管4相連接；在反應(yīng)室2中設(shè)有具孔洞的分隔單元11，將反應(yīng)室2分隔成至少3層，低溫催化劑3置于分隔單元中，反應(yīng)室2具有法蘭盤(pán)12和與之相連的蓋板13，在蓋板13上設(shè)有排氣口14以及低壓電加熱器5的接線出口和溫度傳感器的出口。其中所述低溫催化劑3的型號(hào)為R1或R2；所述醇類為甲醇或乙醇；所述蒸發(fā)管4為兩個(gè)套裝的螺旋管；所述反應(yīng)室2支承在置于所述裂解裝置1內(nèi)底部的支座15上；所述分隔單元11由內(nèi)分隔單元和外分隔單元構(gòu)成，且均為筒狀，其中內(nèi)分隔單元筒口朝上，外分隔單元筒口朝向中心；在所述溫度傳感器6外面設(shè)有護(hù)套16。
本裝置中的蒸發(fā)管4可由不銹鋼管繞成，醇類液體，如甲醇由甲醇箱經(jīng)電泵進(jìn)入蒸發(fā)管4，在其中吸熱后變成甲醇蒸氣，由所述裂解裝置1下部進(jìn)入裂解裝置內(nèi)的反應(yīng)室2。反應(yīng)室可為圓形，內(nèi)部可由圓筒形分隔單元，分成例如三層，低溫催化劑R1(或R2)裝在各分隔圓筒內(nèi)，經(jīng)過(guò)220℃-280℃加熱分解出H2再由排氣口進(jìn)入壓力平衡罐，經(jīng)電磁閥(或單向閥)、不銹鋼管進(jìn)入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的各氣缸。此外，本裝置的進(jìn)氣岐管接口9與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管連接，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，其高溫尾氣流經(jīng)反應(yīng)室2，把熱量傳遞給低溫催化劑3，使之升溫。發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷時(shí)，低壓電加熱器5停止工作，只由發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣供給裂解反應(yīng)所需的熱氣。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣不能滿足需要，反應(yīng)室的溫度下降到220℃時(shí)，溫度傳感器將信號(hào)傳給CPU,CPU下達(dá)指令，接通低壓電加熱器電源，使其工作，并傳給裂解反應(yīng)所需的熱量。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣和低壓電加熱器共同作用下，在溫度傳感器和CPU控制下，保證溫度在220℃-280℃之間，使甲醇裂解反應(yīng)得以正常進(jìn)行。
甲醇供應(yīng)量由CPU根據(jù)來(lái)自溫度傳感器6的電信號(hào)及預(yù)先依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功況編好的程序控制泵的開(kāi)關(guān)來(lái)控制的。這樣，也可保證裂解反應(yīng)溫度控制在220℃-280℃之間。
為了防止低溫催化劑的氧化，在H2氣出口接有壓力平衡罐和電磁閥。這樣，可有效地調(diào)整整個(gè)供H2系統(tǒng)的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化時(shí)，系統(tǒng)壓力變化盡可能小，保證H2氣能均衡地供給，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒始終得以改善。即使發(fā)動(dòng)機(jī)突然加速時(shí)，也可得到充足的H2氣供應(yīng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒充分，盡可能減少尾氣中的有害物，達(dá)到少煙排放。煙度可下降75％左右或更多。
本發(fā)明中的CPU裝設(shè)在儀表板下方；顯示器裝設(shè)在儀表板上；壓力平衡罐、電磁閥、電開(kāi)關(guān)、泵和甲醇箱裝設(shè)在車(chē)身下。
本裝置為適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車(chē)上的不同安裝方式，可制成獨(dú)立式和與消音器相連的形式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)為前置時(shí)，采用獨(dú)立式的本裝置，使之盡量接近發(fā)動(dòng)機(jī)，以便充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的熱量；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)為后量時(shí)，則采用與消音器相連的本裝置，以便減少發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的轉(zhuǎn)彎，更有利于發(fā)揮本裝置的特性。
權(quán)利要求
1.一種降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙的方法，包括如下步驟①在醇類裂解裝置的反應(yīng)室中添加低溫催化劑，并在醇類蒸發(fā)管中泵入醇類液體；②將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣引入所述裂解裝置中，以加熱其反應(yīng)室中的低溫催化劑，并同時(shí)由CPU發(fā)出指令，使置于所述反應(yīng)室中的低壓電加熱器通電，提供加熱低溫催化劑所需的更多熱量，保證催化溫度在220℃-280℃；③再將流經(jīng)所述反應(yīng)器的尾氣引入所述蒸發(fā)管外，加熱其中的醇類液體，使之成為醇類蒸汽和水蒸汽，并進(jìn)入所述反應(yīng)室，經(jīng)催化劑作用分解出H2；④將所述H2自所述反應(yīng)室的排氣口經(jīng)壓力平衡罐和電磁閥或單向閥引入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管而進(jìn)入燃燒室，壓縮后參與燃燒，使碳煙減少75％左右，使NOx下降30-40％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)室由分隔單元至少分為三層，所述蒸發(fā)管為至少一個(gè)螺旋形管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述醇類為甲醇或乙醇；所述低溫催化劑的型號(hào)為R1或R2；所述蒸發(fā)管為兩個(gè)套裝的螺旋管。
4.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，包括設(shè)置有填充低溫催化劑(3)反應(yīng)室(2)的醇類裂解裝置(1)，其特征在于還包括置于所述裂解裝置(1)中且與反應(yīng)室(2)下部連通的蒸發(fā)管(4)、置于反應(yīng)室(2)中的低壓電加熱器(5)和溫度傳感器(6)，其中所述裂解裝置(1)的外殼(7)是具有保溫層(8)的外殼，其靠近反應(yīng)室(2)的側(cè)壁上設(shè)有排氣岐管接口(9)，其靠近蒸發(fā)管(4)的側(cè)壁上設(shè)有消音器接口(10)，其頂部設(shè)有醇類液體的入口(18)，并與蒸發(fā)管(4)相連接；在反應(yīng)室(2)中設(shè)有具孔洞的分隔單元(11)，將反應(yīng)室(2)分隔成至少3層，低溫催化劑(3)置于分隔單元中，反應(yīng)室(2)具有法蘭盤(pán)(12)和與之相連的蓋板(13)，在蓋板(13)上設(shè)有排氣口(14)以及低壓電加熱器(5)的接線出口和溫度傳感器(6)的出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其特征在于所述蒸發(fā)管(4)為至少一個(gè)螺旋形管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其特征在于所述蒸發(fā)管(4)為兩個(gè)套裝的螺旋管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其特征在于所述反應(yīng)室(2)支承在置于所述裂解裝置(1)內(nèi)底部的支座(15)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其特征在于所述低溫催化劑(3)的型號(hào)為R1或R2；所述醇類為甲醇或乙醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其特征在于所述分隔單元由內(nèi)分隔單元和外分隔單元構(gòu)成，且均為筒狀，其中內(nèi)分隔單元筒口朝上，外分隔單元筒口朝向中心，在所述溫度傳感器外面設(shè)有護(hù)套(16)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消煙凈化裝置，其特征在于所述分隔單元由內(nèi)分隔單元和外分隔單元構(gòu)成，且均為筒狀，其中內(nèi)分隔單元筒口朝上，外分隔單元筒口朝向中心，在所述溫度傳感器外面設(shè)有護(hù)套(16)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙的方法及其消煙凈化裝置。其方法主要特點(diǎn)在于利用車(chē)輛尾氣和低壓電加熱器的供熱，使醇類裂解反應(yīng)得以持續(xù)進(jìn)行。其裝置包括設(shè)置有填充低溫催化劑反應(yīng)室的醇類裂解裝置，裂解裝置中且與反應(yīng)室下連通的蒸發(fā)管、置于反應(yīng)室中的低壓電加熱器和溫度傳感器，其中裂解裝置的外殼具有保溫層的外殼，其一側(cè)壁上設(shè)有排氣岐管接口，其相對(duì)側(cè)壁上設(shè)有消音器接口，其頂部設(shè)有醇類液體的入口，并與蒸發(fā)管相連接；在反應(yīng)室中設(shè)有分隔單元，將反應(yīng)室分隔成至少3層，低溫催化劑置于分隔單元中。
文檔編號(hào)F02M25/12GK1316586SQ0010557
公開(kāi)日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2000年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月3日
發(fā)明者張樹(shù) 申請(qǐng)人:張樹(shù)