化學回熱式柴油機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機領域。
【背景技術】
[0002]內(nèi)燃機作為目前運用最普遍的動力形式，其排放的尾氣是造成溫室效應和大氣污染的重要原因之一。其中，廣泛應用于卡車、客車、船舶、拖拉機和鐵路機車的柴油機因日常使用中效率較低、排放不達標而被公眾視為霧霾的“幫兇”。同時，與日倶增的石油消費需求在加重我國環(huán)境負擔的同時也增加了維持石油貿(mào)易的國際政治、軍事壓力。因此，提高柴油機的效率、降低油耗與尾氣排放的任務迫在眉睫。
[0003]眾所周知，內(nèi)燃機燃料燃燒的熱量除了有限的部分轉(zhuǎn)化為有用的機械能外，其余大部分的熱量都在機構(gòu)的降溫、摩擦、傳遞和排氣中損失。對柴油機而言，轉(zhuǎn)化為有效功的熱量僅占30%_40%，被冷卻介質(zhì)帶走的熱占到15%_35%。而目前很多研究都是基于汽車尾氣的余熱利用，比較成熟的有渦輪增壓技術、尾氣采暖技術、廢氣再循環(huán)利用技術和尾氣制冷技術，但由于尾氣的能量密度比較低，能量品位不高，上述技術的能量利用率一直不高?；趦?nèi)燃機的冷卻液的余熱利用技術也有不少，包含余熱吸收式空調(diào)、燃料改良、溫差發(fā)電、機械式發(fā)電等技術，但是由于冷卻液的溫度較低，一般都在90°C附近，能量品位很低，直接利用熱能的利用率不高，目前也還沒有十分高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，故整體上對于汽車內(nèi)燃機的余熱廢熱利用效果都不理想。這樣，冷卻液的低品位熱能直接排向環(huán)境而白白浪費，并使得進一步提高內(nèi)燃機效率面臨很大的困難。
[0004]反觀超燃沖壓發(fā)動機，由于高超聲速推進系統(tǒng)極高的熱負荷，需要依靠燃料在燃燒前完成部件的冷卻任務，從冷卻的角度看構(gòu)成再生冷卻系統(tǒng)，從能量利用的視角即為化學回熱循環(huán)。航空煤油先在冷卻通道中裂解，然后再噴射進入燃燒室，裂解后產(chǎn)生部分氣態(tài)小分子產(chǎn)物，使得燃燒效率有進一步的提升。這樣，燃料既做冷卻劑又做推進劑，解決了發(fā)動機的冷卻問題的同時提高了效率、降低了油耗。而對于化學回熱循環(huán)燃氣輪機，利用燃料高溫裂解或水蒸氣重整反應吸收排氣余熱或壓氣機中冷器的熱量，將大分子液態(tài)燃料轉(zhuǎn)化為高熱值小分子氣態(tài)產(chǎn)物，通過提高燃料的單位熱值來降低所需燃料的流量，從而利用化學回熱的方式實現(xiàn)了效率的提高。
[0005]借鑒再生冷卻式超燃沖壓發(fā)動機和化學回熱循環(huán)燃氣輪機的工作原理，提出了一種化學回熱式柴油機，在保證氣缸壁面冷卻的前提下，提高燃料的利用率，進而降低油耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種新型的柴油機能量利用方式，利用化學回熱技術的優(yōu)點，解決當前柴油機效率較低、油耗較高的問題，同時通過提高燃燒效率進而降低尾氣中固體顆粒物的含量。
[0007]本發(fā)明所述化學回熱式柴油機，它包括油箱、過濾器、流量調(diào)節(jié)閥、增壓栗、進氣管、液態(tài)燃料噴嘴、氣態(tài)燃料噴嘴、排氣管、氣缸、切換閥、冷卻通道和活塞，
[0008]氣缸的頂端蓋設置有進氣管、液態(tài)燃料噴嘴、氣態(tài)燃料噴嘴和排氣管;氣缸的外側(cè)壁設置有螺旋狀的冷卻通道;氣缸的內(nèi)腔設置有活塞；
[0009]所述的切換閥用于冷態(tài)燃料油路與熱態(tài)燃料油路之間的切換；
[0010]發(fā)動機運行時，柴油從油箱流出經(jīng)過過濾器的過濾和流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)后，由增壓栗進行增壓形成高壓柴油;所述高壓柴油流入螺旋狀的冷卻通道吸收氣缸中燃料燃燒散入氣缸壁面的熱量，保護壁面的同時發(fā)生化學裂解，生成部分氣態(tài)小分子產(chǎn)物;切換閥切換至熱態(tài)燃料油路，高溫裂解氣和未裂解的柴油蒸汽經(jīng)由切換閥進入氣態(tài)燃料噴嘴，然后噴入氣缸燃燒；
[0011]發(fā)動機起動時，由于溫度場還未建立，柴油進入氣缸前仍然為液態(tài)，由切換閥切換至冷態(tài)燃料油路，由液態(tài)燃料噴嘴霧化后噴入氣缸。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0013]1、利用化學回熱的方式減少了發(fā)動機散熱，提高柴油機效率；
[0014]2、將大分子柴油裂解成部分小分子氣態(tài)產(chǎn)物，能夠提高燃燒效率，降低尾氣中固體顆粒物的含量；
[0015]3、利用柴油作為冷卻液，解決了高寒地區(qū)冬季冷卻液凝固問題；
[0016]4、冷卻通道外部的陶瓷隔熱層能夠減少高溫柴油裂解氣的散熱，進一步提高能量利用率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明所述化學回熱式柴油機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述化學回熱式柴油機，它包括油箱1、過濾器2、流量調(diào)節(jié)閥3、增壓栗4、進氣管5、液態(tài)燃料噴嘴6、氣態(tài)燃料噴嘴7、排氣管8、氣缸9、切換閥11、冷卻通道12和活塞13，
[0019]氣缸9的頂端蓋設置有進氣管5、液態(tài)燃料噴嘴6、氣態(tài)燃料噴嘴7和排氣管8;氣缸9的外側(cè)壁設置有螺旋狀的冷卻通道12;氣缸9的內(nèi)腔設置有活塞13;
[0020]所述的切換閥11用于冷態(tài)燃料油路與熱態(tài)燃料油路之間的切換；
[0021]發(fā)動機運行時，柴油從油箱I流出經(jīng)過過濾器2的過濾和流量調(diào)節(jié)閥3的調(diào)節(jié)后，由增壓栗4進行增壓形成高壓柴油;所述高壓柴油流入螺旋狀的冷卻通道12吸收氣缸9中燃料燃燒散入氣缸壁面的熱量，保護壁面的同時發(fā)生化學裂解，生成部分氣態(tài)小分子產(chǎn)物;切換閥11切換至熱態(tài)燃料油路，高溫裂解氣和未裂解的柴油蒸汽經(jīng)由切換閥11進入氣態(tài)燃料噴嘴7，然后噴入氣缸9燃燒；
[0022]發(fā)動機起動時，由于溫度場還未建立，柴油進入氣缸前仍然為液態(tài)，由切換閥11切換至冷態(tài)燃料油路，由液態(tài)燃料噴嘴6霧化后噴入氣缸9。
[0023]本實施方式技術方案借鑒化學回熱式超然沖壓發(fā)動機和化學回熱循環(huán)燃氣輪機的工作原理，柴油不再僅僅作為燃料去燃燒，而是同時充當發(fā)動機氣缸的冷卻劑，完成化學回熱過程后再噴入氣缸9燃燒。柴油經(jīng)過增壓栗4增壓后進入氣缸壁面冷卻通道12中被加熱到更高的溫度而發(fā)生熱裂解或催化裂解。裂解后的高壓小分子氣態(tài)產(chǎn)物以及未裂解的高溫柴油蒸汽進入氣缸9燃燒并推動活塞做功，同時加熱壁面冷卻通道內(nèi)的柴油。這樣，通過化學回熱回收了氣缸9散熱，減少了發(fā)動機散熱損失。此外，生成的小分子氣態(tài)產(chǎn)物有利于提高燃燒效率，降低柴油機尾氣中固體顆粒物的排放。本發(fā)明主要用于解決當前柴油機效率低、污染物排放嚴重的問題。
[0024]本實施方式技術方案利用再生冷卻的方式減少柴油機缸體散熱損失，燃料在燃燒前首先用于冷卻柴油機氣缸。
[0025]發(fā)動機氣缸壁面的冷卻工質(zhì)為柴油，不再是水或其他防凍液。
[0026]本實施方式設置兩套缸內(nèi)直噴的高壓噴嘴，氣態(tài)燃料噴嘴7用于熱態(tài)條件下燃料的注入，液態(tài)燃料噴嘴6用于冷態(tài)條件下燃料的霧化與噴射。
[0027]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，還包括陶瓷隔熱層10，陶瓷隔熱層10設置在冷卻通道12的外部，用于減少氣缸9中高溫油氣向環(huán)境中的散熱，進一步提尚回熱度。
【主權項】
1.化學回熱式柴油機，其特征在于，它包括油箱(I)、過濾器(2)、流量調(diào)節(jié)閥(3)、增壓栗(4)、進氣管(5)、液態(tài)燃料噴嘴(6)、氣態(tài)燃料噴嘴(7)、排氣管(8)、氣缸(9)、切換閥(11)、冷卻通道(12)和活塞(13)， 氣缸(9)的頂端蓋設置有進氣管(5)、液態(tài)燃料噴嘴(6)、氣態(tài)燃料噴嘴(7)和排氣管(8);氣缸(9)的外側(cè)壁設置有螺旋狀的冷卻通道(12);氣缸(9)的內(nèi)腔設置有活塞(13); 所述的切換閥(11)用于冷態(tài)燃料油路與熱態(tài)燃料油路之間的切換； 發(fā)動機運行時，柴油從油箱(I)流出經(jīng)過過濾器(2)的過濾和流量調(diào)節(jié)閥(3)的調(diào)節(jié)后，由增壓栗(4)進行增壓形成高壓柴油;所述高壓柴油流入螺旋狀的冷卻通道(12)吸收氣缸(9)中燃料燃燒散入氣缸壁面的熱量，保護壁面的同時發(fā)生化學裂解，生成部分氣態(tài)小分子產(chǎn)物;切換閥(11)切換至熱態(tài)燃料油路，高溫裂解氣和未裂解的柴油蒸汽經(jīng)由切換閥(11)進入氣態(tài)燃料噴嘴(7)，然后噴入氣缸(9)燃燒； 發(fā)動機起動時，由于溫度場還未建立，柴油進入氣缸前仍然為液態(tài)，由切換閥(II)切換至冷態(tài)燃料油路，由液態(tài)燃料噴嘴(6)霧化后噴入氣缸(9)。2.根據(jù)權利要求1所述化學回熱式柴油機，其特征在于，還包括陶瓷隔熱層(10)，陶瓷隔熱層(10)設置在冷卻通道(12)的外部，用于減少氣缸(9)中高溫油氣向環(huán)境中的散熱，進一步提尚回熱度。
【專利摘要】化學回熱式柴油機，屬于內(nèi)燃機領域，本發(fā)明為解決當前柴油機效率較低、油耗較高的問題。本發(fā)明借鑒化學回熱式超然沖壓發(fā)動機和化學回熱循環(huán)燃氣輪機的工作原理，柴油在完成化學回熱過程后再噴入氣缸燃燒。發(fā)動機運行時，柴油從油箱流出經(jīng)過濾和流量調(diào)后，增壓形成高壓柴油，流入螺旋狀的冷卻通道吸收氣缸中燃料燃燒散入氣缸壁面的熱量，保護壁面的同時發(fā)生化學裂解，生成部分氣態(tài)小分子產(chǎn)物；切換閥切換至熱態(tài)燃料油路，高溫裂解氣和未裂解的柴油蒸汽經(jīng)由切換閥進入氣態(tài)燃料噴嘴，然后噴入氣缸燃燒；發(fā)動機起動時，由于溫度場還未建立，柴油進入氣缸前仍然為液態(tài)，由切換閥切換至冷態(tài)燃料油路，由液態(tài)燃料噴嘴霧化后噴入氣缸。
【IPC分類】F02M31/14, F02M31/16, F02B69/04, F02M37/00, F02M27/00
【公開號】CN105626254
【申請?zhí)枴緾N201610035360
【發(fā)明人】鮑文, 秦江, 程昆林, 周偉星, 張鐸
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月19日