本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，尤其是涉及一種尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、二沖程內(nèi)燃機(jī)與四沖程內(nèi)燃機(jī)相比具有容積功率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平順性、結(jié)構(gòu)簡單體積小重量輕、制造維修成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，但其高油耗和超標(biāo)準(zhǔn)的污染排放一直沒有得到有效解決而逐漸被市場淘汰。

2、內(nèi)燃機(jī)大多數(shù)采用水冷方式冷卻內(nèi)燃機(jī)，需要設(shè)置水箱、散熱器、風(fēng)扇等設(shè)施，不僅增加了內(nèi)燃機(jī)的空間重量，還增加了內(nèi)燃機(jī)的能耗，同時散熱器銹蝕漏水也增加了維修保養(yǎng)成本；水冷系統(tǒng)低溫凍結(jié)會造成內(nèi)燃機(jī)啟動困難；而且冷卻系統(tǒng)浪費(fèi)散發(fā)的10～25％熱量到大氣中，不僅降低了內(nèi)燃機(jī)熱效率，還會造成大氣熱污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)及其運(yùn)行方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)，包括氣冷二沖程內(nèi)燃機(jī)、多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)和ecu；

3、所述氣冷二沖程內(nèi)燃機(jī)包括活塞、可控氣分流閥、氣缸、氣缸蓋和內(nèi)燃機(jī)氣套，所述活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動；所述內(nèi)燃機(jī)氣套為內(nèi)燃機(jī)氣缸體和氣缸蓋的內(nèi)外殼之間的空間；所述氣缸蓋上設(shè)有低溫氣體噴嘴；

4、所述內(nèi)燃機(jī)氣套的進(jìn)氣口通過與可控氣分流閥的第一出氣口連接，所述內(nèi)燃機(jī)氣套的出氣口通過第一低溫氣體管與低溫氣體噴嘴連接；

5、所述可控氣分流閥的第二出氣口通過第一低溫氣體管與所述低溫氣體噴嘴連接；所述可控氣分流閥的進(jìn)氣口與所述第二低溫氣體管出氣口與連通，所述第二低溫氣體管進(jìn)氣口連接多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)；

6、所述氣冷二沖程內(nèi)燃機(jī)還分別通過第三連接通道、第二液氧管與多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)連接；

7、所述可控氣分流閥、低溫氣體噴嘴均連接ecu。

8、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述氣缸蓋上還設(shè)有排氣閥門和第一液氧噴嘴；所述排氣閥門與所述氣缸連通，所述排氣閥門還連接排氣歧管/總管進(jìn)氣口，所述排氣歧管/總管的出氣口與所述第三連接通道的進(jìn)氣口連通，第三連接通道的出氣口連通多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)；

9、所述第一液氧噴嘴通過第二液氧管連接多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)；

10、所述第一液氧噴嘴連接ecu。

11、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)包括氣液分離器和混合式熱交換二氧化碳液化器，所述氣液分離器和所述混合式熱交換二氧化碳液化器間通過第一連接通道連接；所述第一連接通道上設(shè)有可控三通閥；

12、所述氣液分離器一端依次通過第二連接通道、第三連接通道與排氣歧管/總管連接，所述氣液分離器另一端與所述第一連接通道進(jìn)氣口連通，所述第一連接通道出氣口與所述可控三通閥進(jìn)氣口連通，所述可控三通閥第一出氣口與所述混合式熱交換二氧化碳液化器進(jìn)氣口連通，所述可控三通閥第二出氣口通過氣管與所述第二低溫氣體管連通；所述混合式熱交換二氧化碳液化器出氣口與所述第三低溫氣體管進(jìn)氣口連通，所述第三低溫氣體管出氣口與所述單向閥進(jìn)氣口連通，所述單向閥出氣口與所述第二低溫氣體管進(jìn)氣口連通；所述可控三通閥連接ecu；所述第三低溫氣體管上設(shè)有安全排氣閥。

13、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述氣液分離器和所述可控三通閥間的第一連接通道上依次設(shè)有壓縮機(jī)、氣液間壁式熱交換器，所述氣液分離器底部出水口通過水管與氣液間壁式熱交換器進(jìn)水口連通，所述氣液間壁式熱交換器出水口與儲水箱連接；

14、所述混合式熱交換二氧化碳液化器底部出液口連接液化二氧化碳儲罐；液化二氧化碳罐由一個或多個液化二氧化碳儲罐組成，多個液化二氧化碳儲罐的容積可以不同，但總?cè)莘e根據(jù)碳?xì)淙剂舷淇側(cè)莘e以及所選碳?xì)淙剂隙趸寂欧畔禂?shù)確定；

15、所述壓縮機(jī)連接ecu。

16、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)還包括液氧罐，所述液氧罐通過氧氣管連接混合式熱交換二氧化碳液化器；

17、所述液氧罐連接第一液氧管一端，所述第一液氧管另一端直接與設(shè)置在所述混合式熱交換二氧化碳液化器上的第二液氧噴嘴連接；

18、第一液氧管還連接第二液氧管一端，所述第二液氧管另一端直接連接第一液氧噴嘴或第二液氧管另一端與氣液分離器熱交換器連接后再與第一液氧噴嘴連接；

19、所述液氧罐由一個或多個液氧罐組成，多個液氧罐的容積可以不同，但總?cè)莘e根據(jù)碳?xì)淙剂舷淇側(cè)莘e以及所選碳?xì)淙剂峡杖急纫约耙貉鯎]發(fā)率和其它需求確定；當(dāng)液氧罐由多個相同容積液氧罐組成時，可僅設(shè)一個與單個液氧罐容積相同或略大的液化二氧化碳儲罐，當(dāng)每個液氧罐中液氧耗盡時，均可用于儲存液化二氧化碳。

20、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述氣缸蓋上還設(shè)有第一燃料噴嘴或第一lng噴嘴；

21、所述第一燃料噴嘴通過燃料管連接多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)；所述第一lng噴嘴通過lng管連接多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)；

22、所述第三連接通道出氣口設(shè)有第二燃料噴嘴或第二lng噴嘴，所述第二燃料噴嘴通過燃料管與所述第一燃料噴嘴連接；

23、所述第二lng噴嘴通過lng管連接第一lng噴嘴；

24、所述第一燃料噴嘴、第二燃料噴嘴和第一lng噴嘴均連接ecu。

25、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)包括碳?xì)淙剂舷浠騦ng罐；

26、所述液氧罐連接第一液氧管一端，所述第一液氧管另一端與lng罐頂部bog液化腔內(nèi)的熱交換器連接后再與設(shè)置在混合式熱交換二氧化碳液化器上的第二液氧噴嘴連接；

27、lng管一端與所述lng罐連接，lng管另一端與混合式熱交換二氧化碳液化器內(nèi)熱交換、所述氣液分離器內(nèi)熱交換、所述第二連接通道內(nèi)熱交換連接后再與第一lng噴嘴和第二lng噴嘴連接；

28、所述燃料管一端與所述碳?xì)淙剂舷溥B接，所述燃料管另一端與第二連接通道熱交換器連接后再與第一燃料噴嘴和所述第二燃料噴嘴連接；所述第二連接通道上設(shè)有傳感器；所述第二液氧噴嘴連接ecu。

29、在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述第三連接通道的出氣口與氣液分離器間設(shè)有催化重整裝置，且所述催化重整裝置進(jìn)氣口與所述第三連接通道出氣口連通，所述催化重整裝置出氣口通過第二連接通道與所述氣液分離器進(jìn)氣口連通；所述催化重整裝置內(nèi)設(shè)有催化劑。

30、本發(fā)明還公開另一種尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行方法，內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)為氣動二沖程和燃燒二沖程混合動力循環(huán)，氣動二沖程和燃燒二沖程混合動力循環(huán)在同一氣缸中完成；內(nèi)燃機(jī)做功推動活塞下行至下止點(diǎn)附近時，由可變氣門正時系統(tǒng)控制打開排氣閥門，活塞由下止點(diǎn)上行進(jìn)行排氣行程，由二氧化碳和水蒸氣組成的多余尾氣通過排氣閥門、排氣歧管/總管、第三連接通道排入多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)；當(dāng)活塞上行至上止點(diǎn)行程約1/4～1/8位置或曲軸轉(zhuǎn)角為225°～202.5°左右時，由可變氣門正時系統(tǒng)控制關(guān)閉排氣閥門，使由二氧化碳和水蒸氣組成的約3/4～7/8的大部分尾氣被截留在氣缸內(nèi)再循環(huán)；

31、(1)、活塞繼續(xù)上行并壓縮大部分尾氣至上止點(diǎn)附近時，由ecu根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況，控制第一液氧噴嘴將液氧、或控制低溫氣體噴嘴將低溫氣體噴入氣缸內(nèi)的大部分尾氣中，液氧、低溫氣體與大部分尾氣混合熱交換瞬間膨脹推動活塞下行做功，并形成已降溫的含氫準(zhǔn)空氣；活塞下行至下止點(diǎn)完成氣動二沖程；完成氣動二沖程后，活塞由下止點(diǎn)上行；

32、對于點(diǎn)燃式二沖程內(nèi)燃機(jī)，緊接著由ecu根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況控制第一燃料噴嘴，將碳?xì)淙剂蠂娙霘飧變?nèi)與含氫準(zhǔn)空氣混合成燃?xì)?，活塞上行壓縮燃?xì)庵辽现裹c(diǎn)附近時，由ecu控制火花塞點(diǎn)燃燃?xì)馊紵龉?，推動活塞下行至下止點(diǎn)完成混合動力二沖程；

33、對于壓燃式二沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞上行壓縮含氫準(zhǔn)空氣至上止點(diǎn)附近時，由ecu根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況控制第一燃料噴嘴，將碳?xì)淙剂蠂娙霘飧變?nèi)壓燃燃料燃燒做功，推動活塞下行至下止點(diǎn)完成所述混合動力二沖程；

34、(2)、當(dāng)使用的碳?xì)淙剂蠟閘ng時，活塞繼續(xù)上行并壓縮大部分尾氣至上止點(diǎn)附近時，由ecu根述內(nèi)燃機(jī)工況，控制第一lng噴嘴將lng、控制第一液氧噴嘴將液氧、控制低溫氣體噴嘴將低溫氣體噴入氣缸內(nèi)的大部分尾氣中，lng、液氧和低溫氣體與大部分尾氣混合熱交換瞬間膨脹推動活塞下行做功，并形成已降溫的燃?xì)?；活塞下行至下止點(diǎn)完成氣動二沖程；完成氣動二沖程后，活塞由下止點(diǎn)上行壓縮燃?xì)庵辽现裹c(diǎn)附近時，由ecu控制火花塞點(diǎn)燃燃?xì)馊紵龉?，推動活塞下行至下止點(diǎn)完成混合動力二沖程；

35、由ecu根據(jù)傳感器檢測的信息，控制第二燃料噴嘴將適量碳?xì)淙剂匣蚩刂频诙ng噴嘴將適量lng噴入第三連接通道中，與排入多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)的多余尾氣混合成為混合氣體后，進(jìn)入催化重整裝置中并通過催化劑時被部分催化重整生成氫氣和一氧化碳再生燃料，形成主要由氫氣、一氧化碳、二氧化碳和水蒸氣組成的已降溫的含氫混合氣體后，通過第二連接通道進(jìn)入氣液分離器內(nèi)，含氫混合氣體中的水蒸氣被分離為冷水后流入氣液間壁式熱交換器，冷水在氣液間壁式熱交換器內(nèi)與經(jīng)過壓縮升溫的含氫混合氣體熱交換后流入儲水箱；由ecu控制可控三通閥打開第一出氣口并關(guān)閉第二出氣口，氣液分離器內(nèi)除去水分的含氫混合氣體通過第一連接通道、可控三通閥，由壓縮機(jī)壓入混合式熱交換二氧化碳液化器中，由ecu控制第二液氧噴嘴將液氧噴入含氫混合氣體中，含氫混合氣體中的二氧化碳受壓力和液氧或液氧、lng的冷能雙重作用被液化并儲存至液化二氧化碳儲罐中；調(diào)節(jié)第二液氧噴嘴的噴氧量，可以在液化二氧化碳或制作干冰之間進(jìn)行選擇；可設(shè)置兩組或多組混合式熱交換二氧化碳液化器，一組用于液化二氧化碳，另一組用于制作干冰；混合式熱交換二氧化碳液化器中未被液化的氫氣、一氧化碳、氧氣和二氧化碳等低溫氣體由第三低溫氣體管、單向閥、第二低溫氣體管，通過可控氣分流閥進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣套，由ecu控制可控氣分流閥控制調(diào)節(jié)進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣套的低溫氣體的流量，以氣冷方式的冷卻內(nèi)燃機(jī)，使內(nèi)燃機(jī)保持在合適的工作溫度范圍，低溫氣體與內(nèi)燃機(jī)熱交換后，由ecu控制低溫氣體噴嘴將低溫氣體噴入氣缸參與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行；

36、內(nèi)燃機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，ecu控制可控三通閥關(guān)閉第一出氣口并打開第二出氣口、同時控制關(guān)閉可控氣分流閥第一出氣口和打開第二出氣口、控制壓縮機(jī)運(yùn)行、同時控制燃料噴嘴停止噴碳?xì)淙剂匣蚩刂苐ng噴嘴停止噴lng，利用壓縮機(jī)將含氫混合氣體通過可控三通閥、氣管、第二低溫氣體管、第一低溫氣體管，由低溫氣體噴嘴噴入氣缸，推動活塞運(yùn)行實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)氣動怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；

37、內(nèi)燃機(jī)停機(jī)時，控制可控三通閥關(guān)閉第一出氣口并打開第二出氣口、控制關(guān)閉可控氣分流閥5第一出氣口和打開第二出氣口、控制壓縮機(jī)低速運(yùn)行、同時控制燃料噴嘴停止噴碳?xì)淙剂匣蚩刂苐ng噴嘴停止噴lng，利用壓縮機(jī)將氣液分離器中的除去水分的混合氣體通過可控三通閥、氣管、第二低溫氣體管、第一低溫氣體管，由低溫氣體噴嘴噴入氣缸，將含水分的尾氣排出氣缸外并進(jìn)入多余尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)除去水分后，再循環(huán)至氣缸，以此循環(huán)數(shù)次即可清除氣缸內(nèi)的水分，從而防止氣缸低溫結(jié)冰和氣缸銹蝕；由ecu根據(jù)檢測的信息關(guān)停壓縮機(jī)，內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行。

38、本發(fā)明的有益效果是：

39、1、尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)用于車船載時，車船載內(nèi)燃機(jī)在加注液氧時，液化二氧化碳由液氧加注和液態(tài)二氧化碳回收站回收，回收液態(tài)二氧化碳和加注液氧可以實(shí)現(xiàn)差價交換，從而降低車船運(yùn)行成本；回收的二氧化碳可供應(yīng)給綠色燃料生產(chǎn)企業(yè)或其它用途，相對于從工業(yè)煙氣和大氣中捕獲二氧化碳工藝復(fù)雜、設(shè)備龐大、成本高昂，尾氣綜合處理系統(tǒng)回收液化二氧化碳方法簡單成本低廉，可降低成本生產(chǎn)綠色燃料；生產(chǎn)的綠色燃料再提供用于車船載尾氣綜合處理系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)尾氣二氧化碳-綠色燃料-內(nèi)燃機(jī)尾氣二氧化碳-綠色燃料再循環(huán)，有利于節(jié)能環(huán)保；

40、2、充分利用了尾氣的余熱，尾氣經(jīng)部分催化重整生成的氫氣和一氧化碳相當(dāng)于再生燃料；液氧和lng氣化膨脹的氣動二沖程做功時，其冷能可視為能源，不僅可以增加內(nèi)燃機(jī)的扭矩和功率，還可大幅節(jié)省內(nèi)燃機(jī)燃料；

41、3、尾氣經(jīng)強(qiáng)吸熱的催化重整后的混合氣體溫度大幅度下降，再利用液氧或lng的冷能熱交換進(jìn)一步降低溫度，從而不需要額外設(shè)置中冷器；同時降低了卡諾循環(huán)效率的低溫?zé)嵩吹臏囟龋兄谔岣邿嵝剩?/p>

42、4、在內(nèi)燃機(jī)閉環(huán)運(yùn)行條件下，可取消常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的空氣濾清器、渦輪增壓器、中冷器、尾氣排氣管、三元催化器等，可減少內(nèi)燃機(jī)體積和重量；大部分尾氣反復(fù)再循環(huán)燃燒有助于大幅降低殘留的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖图?xì)微顆粒物，可節(jié)省燃料、提高熱效率并實(shí)現(xiàn)尾氣零排放；

43、5、由于二沖程壓縮行程減少了1/4～1/8，意味著壓縮比相對減小了1/4～1/8，這使得膨脹比大于壓縮比，可提高熱效率；

44、6、通過調(diào)節(jié)可變氣門正時系統(tǒng)控制氣缸內(nèi)截留的大部分尾氣，以及控制噴氧量，可以無極調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)壓縮比；

45、7、尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)完全解決了常規(guī)二沖程內(nèi)燃機(jī)高污染和潤滑問題，而汽車采用內(nèi)燃機(jī)氣缸外尾氣催化還原綜合處理系統(tǒng)二沖程運(yùn)行方式，與同氣缸容積的常規(guī)四沖程內(nèi)燃機(jī)相比，相當(dāng)于將四缸四沖程內(nèi)燃機(jī)升級為八缸四沖程內(nèi)燃機(jī)；不僅提升了扭矩，而且功率也提高了近一倍，因此可以大幅提升汽車百公里加速性能及爬坡能力。

46、8、尾氣催化還原綜合處理混合動力二沖程內(nèi)燃機(jī)取消了進(jìn)氣通道，并在氣缸蓋上設(shè)置排氣閥門，潤滑系統(tǒng)與四沖程內(nèi)燃機(jī)的潤滑系統(tǒng)一樣，因此不需要像常規(guī)二沖程內(nèi)燃機(jī)在燃料中添加潤滑油；相對于四沖程內(nèi)燃機(jī)，由于氣缸、活塞、曲軸連桿、凸輪機(jī)構(gòu)等部件成倍減少，不僅有利于降低制造維修成本、減少體積重量，而且運(yùn)動部件的減少也相應(yīng)減少了摩擦損失，有利于降低能耗提高熱效率。

47、9、取消了常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的水冷系統(tǒng)，用內(nèi)燃機(jī)氣套取代常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的水套，而且不同于常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的翅片自然風(fēng)冷或風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷，利用低溫氣體以氣冷方式冷卻內(nèi)燃機(jī)，可簡化內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，可取消常規(guī)內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)置的水箱、水泵、冷卻液、散熱器和風(fēng)扇等；不僅能減少內(nèi)燃機(jī)體積和重量，還可降低能耗和制造維修成本；用除去水分的混合氣體清除氣缸內(nèi)的水汽，可防止氣缸低溫結(jié)冰和銹蝕；并可以徹底解決散熱器銹蝕漏水和水冷系統(tǒng)低溫凍結(jié)的問題，而且低溫氣體冷卻內(nèi)燃機(jī)時吸收的熱能再循環(huán)至內(nèi)燃機(jī)，不僅能減少冷卻系統(tǒng)散發(fā)的熱量提高內(nèi)燃機(jī)熱效率，還可減少大氣環(huán)境熱污染。