[发明专利]水混合型废气再循环系统和利用该系统的发动机

说明书

本发明是要求由申请人提出的，申请日为2013年03月19日，申请号为201310088710.X，发明名称为“水混合型废气再循环系统和利用该系统的发动机”的申请的优先权，该申请的全部内容通过整体引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种废气减排系统，特别是涉及一种用于柴油发动机的废气减排系统。

背景技术

内燃发动机的循环工作原理是在气缸的燃烧室内，使清洁空气和雾化燃油混合形成的可燃混合气燃烧爆炸，推动活塞做功，排出废气。利用电子处理技术和传感器技术进行自动化控制，可以对燃烧室温度、可燃混合气浓度、可燃混合气容量等工况参数进行采集和调整，使燃烧爆炸后产生的尾气废气中有害成分降低，发动机做功效率最大化。

即使利用微电子技术进行实时控制，可燃混合气的燃烧也并不彻底，燃烧的产物包含一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）、碳烟微粒（PM）、碳氢化合物燃料及其未燃烧物质，例如润滑油和部分裂解产物形成的碳氢化合物（HC），它们随尾气排放进入大气，对生态环境和生物健康危害较大。

现有技术中存在一种尾气再利用的技术，将排放的尾气通过管路再次输送回发动机参与燃烧，利用不可燃的废气降低爆燃时的温度，达到减少有害的氮氧化合物产生的目的。该技术在降低有害的氮氧化合物的同时降低了燃烧效率，减排但并不节能。而且尾气废气包含较高的热值，目前未充分利用。

通常燃烧室内可以达到1700～2500℃高温，50～120kg/cm²的压力，根据2004年4月，第28卷第2期的武汉理工大学学报（交通科学与工程版）记载的《利用水降低柴油机Nox排放研究》提出的技术原理，利用燃烧室内的高温高压环境，通过向燃烧室内添加水蒸汽高温可以改变可燃混合气的热化学反应过程，改变形成的尾气废气成分，降低有害成分含量和颗粒排放。

根据2012年6月，第28卷第12期的农业工程学报记载的《空气湿度对柴油机NOx和碳烟排放影响的模拟研究》，给出了一些研究结论：

空气湿度与柴油机NOx和碳烟排放的定量关系。相比原机，当含湿量为20g/kg时，缸内最终NOx排放减少30%以上。在大负荷时，当含湿量为10和20g/kg时，缸内最终碳烟排放分别增加19%和30%。在中小负荷时，湿度对碳烟生成影响较小。

与燃烧干空气相比，含湿量为20g/kg时，最高燃烧温度可降低30K。比热容和比热比的变化规律解释了湿度对燃烧温度的影响作用。

自由基O是影响NOx生成的重要中间物质，而N2、O2浓度的下降及混合气局部富氧的改善在降低NOx过程中也起到了重要的作用。对碳烟来说，在详细化学反应动力学中，可考虑水煤气反应。

可作为降低发电用和船用等柴油机NOx排放的有益借鉴。

根据大连海事大学，2003年徐乐平的博士论文《喷水雾加湿进气减少船用柴油机氮氧化物排放的研究》，给出的研究结果指出汽缸中加水燃烧，通过以水雾形式进入气缸，不会对气缸造成非正常磨损，同时在短时间内将干燥空气与水气充分混合技术上可行。

根据国外内燃机车杂志，2000年第5期《各种变化因素对中速柴油机NOx排放的影响》，给出了在滞燃期产生的NOx排放物浓度和种类，受混合空气湿度影响的定量分析，表明了可以通过技术手段改变混合空气湿度影响不同油品NOx的排放物浓度和种类。

以及武汉理工大学，2004年姚光荣的硕士论文《发动机进气道喷水的研究—降低NOx排放》等各方面的研究成果可以看出，利用改变空气湿度，进而影响发动机内的燃烧反应过程，降低气缸内的温度分布，就可以抑制NOx的生成量，减少碳粒，提高燃油效率。改善尾气废气成分具有技术可行性，有可能利用现有发动机的进排气系统形成减排装置和减排方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种水混合型废气再循环系统，解决现有发动机尾气废气中有害成分含量高、碳烟微粒多，尾气残留热值未能充分利用的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述水混合型废气再循环系统的发动机，实现尾气环保排放。

本发明的水混合型废气再循环系统，包括水气混合装置、热交换器、输汽管和设置在发动机尾气排气管上的尾气歧管，所述热交换器与所述尾气排气管进行热交换，所述水气混合装置设置有第一出水口和尾气进口，所述热交换器设置有第一进水口、第一出汽口，所述尾气歧管连接所述水气混合装置的尾气进口，所述水气混合装置的第一出水口通过管路连接所述热交换器的第一进水口，所述热交换器的第一出汽口连接所述输汽管的进汽口，所述输汽管的出汽口与发动机进气管连接。