Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и устройство для подачи влажного воздуха в двигатель
Изобретение может быть использовано в системах очистки двигателей внутреннего сгорания. Способ очистки отработавших газов двигателя заключается в том, что влажный воздух вводят в камеру сгорания двигателя посредством подачи с помощью распылительной головки смеси газа и водяного тумана в пространство, которое ведет к камере сгорания двигателя, при этом соотношение компонентов смеси газа и водяного тумана изменяют в соответствии с изменением в нагрузке двигателя так, что количество водяного тумана в упомянутой смеси увеличивают, когда нагрузка двигателя увеличивается до заданного уровня при работе двигателя с неполной мощностью, и количество водяного тумана в упомянутой смеси снижают, когда нагрузка двигателя уменьшается, так что абсолютное количество воды с нагрузкой увеличивается. Приведена конструкция устройства для реализации способа. Изобретение позволяет повысить экономичность и эффективность очистки. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предпосылки создания изобретения
Изобретение касается способа очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, причем в этом способе влажный воздух вводится в камеру сгорания двигателя, посредством чего смесь газа и водяного тумана подается с помощью распылительной головки в пространство, которое ведет к камере сгорания.
Изобретение также касается устройства для подачи влажного воздуха в двигатель внутреннего сгорания, где устройство содержит распылительную головку для подачи водяного тумана в пространство в двигателе внутреннего сгорания, средство подачи газа для подачи газа в распылительную головку, средство подачи жидкости для подачи жидкости на водной основе в распылительную головку и средство смешивания для обеспечения смеси газа и водяного тумана из распылительной головки в упомянутое пространство, которое устроено так, что находится в связи по потоку с камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания и подает смесь газа и водяного тумана в камеру сгорания. Этот вид устройства известен в связи с газотурбинными двигателями и назначение устройства заключается в предотвращении снижения мощности и эффективности двигателя, когда температура около турбины высокая, как бывает в жаркие дни.
Одна задача защиты окружающей среды состоит в том, чтобы снизить выделения отработавшего газа из двигателей внутреннего сгорания. Настоящее изобретение обеспечивает решение, в соответствии с которым снижаются выделения отработавшего газа, в частности, из дизельных двигателей, но также и из других двигателей внутреннего сгорания.
Отработавшие газы из дизельных двигателей содержат различные вредные продукты сгорания, из которых оксиды азота, то есть NOX, являются наиболее вредными для окружающей среды. Оксиды азота вносят значительный вклад в образование смога, парникового эффекта и подкисление почвы, а также, например, замедляют рост лесов.
Судовые дизельные двигатели представляют собой большие источники загрязнения воздуха. Согласно американским исследованиям, опубликованным несколько лет назад, 14% выделений азота в мире и 16% выделений серы происходят от морского движения. Проблемой также является эмиссия копоти/углерода из дизельных двигателей, которая образуется больше всего при работе двигателя на низком уровне мощности. Также имеет место значительное выделение азота, когда двигатель работает на низком уровне мощности. Как правило, двигатели судов работают на низком уровне мощности, когда суда находятся в портах, так что выделения также представляют собой значительную проблему, когда судно находится в порту.
В дизельных двигателях выделения азота можно снижать известным способом, понижая температуру горения, посредством чего выделения снижаются во время их образования. Температура горения может быть понижена рядом способов. Ее можно понижать посредством впрыскивания воды в камеру сгорания или используя водную эмульсию в топливе.
Согласно некоторым исследованиям, впрыскивание воды в камеру сгорания может увеличивать дымовыделение. Расход горючего также может повышаться, если в двигатель вводятся большие количества воды. Однако другие исследования показывают, что так называемый способ ДРВВ (двигателя, работающего на влажном воздухе), при котором в двигатель вводится влажный воздух, дает хорошие результаты относительно выделений. При этом способе воздух, поступающий в дизельный двигатель, увлажняется с помощью испарителя, и топливо сжигается в цилиндрах двигателя во влажном воздухе вместо обычного воздуха. Способ ДРВВ имеет недостаток, заключающийся в том, что допустимая нагрузка дизельного двигателя значительно снижается. Дополнительный недостаток способа состоит в том, что эта вода не может быть рассеяна в испарителе на капли достаточно малой величины, а капли, образующиеся там, являются относительно большими и, следовательно, они не испаряются быстро и легко. Быстрое испарение капель является предпосылкой снижения выделений и обеспечения плавной работы двигателя также и в других отношениях.
Использование водной эмульсии в топливе сокращает оксиды азота без возможного увеличения количества диоксидов углерода. Согласно некоторым исследованиям, полученные результаты не настолько хороши, как результаты, полученные с помощью способа, в котором вода вводится в цилиндры. Однако проблема, связанная с "водно-эмульсионным способом", заключается в том, что с топливом не может быть смешано достаточное количество воды.
В патенте США №4459943 раскрыта система для подачи газа и водяного тумана во всасываемый воздух двигателя внутреннего сгорания. Количество и газа, и водяного тумана увеличивается прямо пропорционально нагрузке двигателя.
Альтернативный, а также дополнительный способ увлажнения воздуха заключается в удалении выделений азота отработавшего газа с помощью каталитического дожигателя выхлопных газов (устройства для улавливания продуктов сгорания из выхлопных газов). С помощью каталитического дожигателя выхлопных газов оксиды азота восстанавливаются до азота и водяного пара благодаря распылению смеси мочевины и воды в отработавшие газы. Каталитические дожигатели выхлопных газов эффективно снижают выделения азота, но в морских применениях они являются очень дорогостоящими: они стоят приблизительно 30% от цены двигателя, а в больших двигателях даже больше. Кроме того, на судне каталитический дожигатель выхлопных газов занимает большое пространство и возникают значительные эксплуатационные расходы от его обслуживания и т.д.
Краткое описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечить экономичное и эффективное решение для очистки выделений отработавшего газа, образующихся в различных двигателях внутреннего сгорания и, в частности, в больших двух- и четырехтактных дизельных двигателях. Таким образом, важным применением являются дизельные двигатели судов и дизельных электростанций.
Эта задача решается с помощью способа очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, в котором влажный воздух вводят в камеру сгорания двигателя посредством подачи с помощью распылительной головки смеси газа и водяного тумана в пространство, которое ведет к камере сгорания двигателя, при этом соотношение компонентов смеси газа и водяного тумана изменяют в соответствии с изменением в нагрузке двигателя так, что количество водяного тумана в упомянутой смеси увеличивают, когда нагрузка двигателя увеличивается до заданного уровня нагрузки при работе двигателя с неполной мощностью, и количество водяного тумана в упомянутой смеси снижают, когда нагрузка двигателя уменьшается, так что абсолютное количество воды с нагрузкой увеличивается.
Согласно изобретению смесь газа и водяного тумана изменяется в соответствии с изменениями в нагрузке двигателя внутреннего сгорания. Благодаря подаче газа количество подлежащей подаче воды и размер ее капель понижаются по сравнению с простой подачей воды, то есть подачей воды под таким же давлением подачи (как давление подачи смеси газа и водяного тумана), но без подачи газа. Чем большее количество газа подается относительно количества подаваемой воды, тем будут меньше капли. Подача газа вносит вклад в обеспечение очень маленьких капелек, которые испаряются легко и быстро, связывая большие количества энергии и понижая температуру горения.
Когда способ по изобретению применяется к поршневому двигателю, и в частности, к дизельному двигателю, рекомендуется, чтобы соотношение компонентов смеси, содержащей газ и водяной туман, изменялось таким образом, чтобы количество водяного тумана увеличивалось в упомянутой смеси с увеличением нагрузки двигателя до заданного уровня нагрузки, при работе мотора с неполной мощностью, и количество газа и водяного тумана в упомянутой смеси понижалось, с уменьшением нагрузки двигателя так, что когда нагрузка является высокой, абсолютное количество воды увеличивается с нагрузкой. Таким образом, получается требуемый размер капель, которые оптимально охлаждают двигатель при работе двигателя с неполной мощностью. Когда нагрузка двигателя превышает упомянутую заданную нагрузку, рекомендуется, чтобы подача газа была в основном прекращена, а подача жидкости продолжалась, посредством чего количество подаваемой жидкости обычно с увеличением нагрузки двигателя увеличивается. Причина, почему при высоких нагрузках можно прекратить подачу газа в основном или полностью, заключается в том, что температура воздуха, поступающего в двигатель, при высоких нагрузках является настолько высокой, что даже относительно большие капли воды легко испаряются.
Когда маленькие капельки испаряются, они связывают большие количества энергии. В некоторых применениях охлаждающее действие может стать чрезмерным, что можно предотвращать, нагревая жидкость на водной основе, подлежащую подаче в распылительную головку, с помощью тепла в отработавших газах двигателя, благодаря чему жидкость поступает в двигатель подогретой.
Если в способе в качестве газа используются промытые отработавшие газы из двигателя, для смеси, подлежащей введению в двигатель, обеспечивается более высокая удельная теплоемкость, что дополнительно понижает максимальные температуры двигателя.
Предпочтительно когда нагрузка двигателя превышает заданный уровень, подачу газа по существу прекращают, а подачу жидкости на водной основе продолжают. Причем газ и жидкость на водной основе смешивают в смесь до введения в распылительную головку. При этом газ и жидкость на водной основе подают в распылительную головку, в которой они смешиваются так, чтобы получить смесь, содержащую газ и водяной туман. Газом может являться воздух. Воздух в распылительную головку подают с помощью компрессора, а жидкость на водной основе подают с помощью насоса.
Альтернативно, в качестве газа используют отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания, которые промывают перед вводом в распылительную головку. При этом водяной туман распыляют в отработавшие газы для их промывания. Предпочтительно водяной туман распыляют под давлением, составляющим 10-300 бар.
Жидкость на водной основе, которую вводят в распылительную головку, нагревают посредством тепла отработавших газов двигателя до поступления ее жидкости в пространство в двигателе.
Причем размер капель водяного тумана в упомянутой смеси составляет самое большее 200 микрон. Для очистки отработавших газов поршневого двигателя размер капель водяного тумана в упомянутой смеси является настолько большим, что некоторые из капель, как они есть, попадают в камеру сгорания и испаряются там в течение такта сжатия.
Значительные преимущества способа, соответствующего изобретению, включают в себя то, что он позволяет эффективно понижать выделения азота, в частности, когда он применяется к дизельному двигателю, работающему с неполной мощностью, он может быть отрегулирован очень точно, чтобы отвечать требованиям какого-либо конкретного рассматриваемого применения и использования двигателя, и его легко можно устанавливать в небольшом пространстве без необходимости делать большие изменения в двигателе. Практически, выделения от судов можно значительно снижать, потому что в портах и близко к земле дизельные двигатели судов, в частности, работают с неполной мощностью. Способ исключает использование опасных, взрывающихся испарителей. Это обусловлено тем, что риск взрыва возникает в условиях высокого давления и высокой температуры, объединенных с коррозионной средой. Не будет никакой необходимости, или по меньшей мере необходимость существенно снижается, в установлении каталитических дожигателей выхлопных газов. Кроме того, капиталовложения и эксплуатационные расходы данного способа низкие.
Устройство по изобретению представляет собой устройство для подачи влажного воздуха в двигатель внутреннего сгорания, содержащее распылительную головку, средство подачи газа в распылительную головку, средство подачи жидкости на водной основе в распылительную головку и средство смешивания для смешивания газа с жидкостью, причем с помощью распылительной головки смесь газа и водяного тумана подают в пространство, которое ведет к камере сгорания двигателя для подачи смеси газа и водяного тумана в камеру сгорания, средство управления количеством подаваемого газа от средства и средство управления количеством подаваемой жидкости на водной основе от средства, выполненное так, что соотношение компонентов смеси газа и водяного тумана изменяется в соответствии с изменением нагрузки двигателя, причем соотношение компонентов смеси изменяется так, что количество водяного тумана в упомянутой смеси увеличивается, когда нагрузка двигателя увеличивается до заданного уровня при работе двигателя с неполной мощностью, и количество водяного тумана в упомянутой смеси снижается, когда нагрузка двигателя уменьшается.
Средство подачи газа предпочтительно содержит компрессор. Подачу газа компрессора легко точно регулировать так, чтобы отвечать любым конкретным потребностям.
Средство подачи жидкости предпочтительно содержит источник жидкости и насос. Устройство согласно предпочтительному варианту содержит высоконапорную распылительную головку для распыления водяного тумана в отработавшие газы из двигателя внутреннего сгорания для их промывки и средство подачи газа содержит средство для проведения промытых отработавших газов в распылительную головку. Насос содержит средство управления, увеличивающее скорость вращения насоса, когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания увеличивается, и уменьшающее скорость вращения насоса, когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания уменьшается.
Устройство также содержит средство для нагревания жидкости на водной основе, подлежащей подаче в распылительную головку. Этим средством нагревания является пространство протекания газа в выпускном коллекторе двигателя, и на протяжении этого пространства размещен источник жидкости на водной основе, так что жидкость на водной основе получает тепловую энергию от отработавших газов до ее введения в распылительную головку. Причем средство смешивания расположено в распылительной головке. Предпочтительно средство смешивания находится вверху по потоку относительно распылительной головки, если смотреть в направлении течения жидкости на водной основе.
Вышеуказанным насосом может являться, например, поршневой насос, посредством чего давление насоса автоматически устанавливается на давление подачи газа.
В некоторых применениях водяной туман может чрезмерно уменьшать температуру горения. Ввиду этого, как указано выше, устройство может предпочтительно содержать средство нагревания жидкости на водной основе, подлежащей подаче в распыляющую форсунку, причем средство нагревания предпочтительно является пространством протекания газа, устроенным в выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, и на протяжении этого коллектора смонтирован источник жидкости на водной основе для ее подачи так, что она получает тепловую энергию отработавших газов, и нагретая жидкость на водной основе может вводиться в распылительную головку. Это решение использует тепловую энергию отработавших газов, которая иначе была бы потрачена впустую.
Значительные преимущества устройства согласно изобретению заключаются в том, что оно эффективно снижает выделения азота, в частности, когда дизельный двигатель работает с рассматриваемой неполной мощностью, и кроме того, его конструкция и монтаж являются простыми. Устройство можно отрегулировать очень точно, чтобы отвечать требованиям любого конкретного применения и использования двигателя, и его можно без труда установить в малом пространстве без необходимости производить большие изменения в двигателе. Кроме того, капиталовложения и эксплуатационные расходы устройства низкие и нет риска взрыва.
Краткое описание чертежей
Дальше изобретение будет описано более подробно посредством двух предпочтительных вариантов осуществления, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 изображает первый вариант осуществления изобретения;
фиг.2 изображает второй вариант осуществления изобретения;
фиг.3 иллюстрирует существенный компонент изобретения;
фиг.4 изображает промывочное устройство для отработавшего газа, которое можно применять к вариантам осуществления, показанным на фиг.1 и 2.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан большой 6-цилиндровый дизельный двигатель судна. Двигатель снабжен зарядным устройством 1, которое подает сжатый воздух для горения во всасывающие трубопроводы 2. С целью снижения выделений азота из двигателя всасывающие трубопроводы 2 обеспечены распылительной головкой 3, которая устроена для подачи смеси газа и водяного тумана во всасывающий коллектор, откуда упомянутая смесь проходит в цилиндры 4 двигателя. Поскольку смесь газа и водяного тумана поступает в цилиндры, температура горения в цилиндрах 4 снижается. Температура горения эффективно снижается и когда двигатель работает на полной мощности, и когда он работает на неполной мощности. Причина, почему температура горения эффективно уменьшается, также когда двигатель работает на неполной мощности, заключается в том, что распылительная головка 3 также вводит газ во всасывающие трубопроводы. Подача газа понижает размер капель воды, что является важным для того, чтобы капли воды испарялись легко и быстро также при работе двигателя на неполной мощности, и его температура относительно низкая, а количество воды, требуемое для снижения выделений, меньше, чем когда двигатель работает на полной мощности. Благодаря пониженной температуре горения выделения азота эффективно снижаются на протяжении всей кривой мощности (кривая, показывающая мощность в зависимости от числа оборотов в минуту) двигателя. Таким образом, подача газа разрешает известную проблему достижения достаточно маленьких капель, в частности, когда двигатель работает на неполной мощности.
На фиг.3 распылительная головка 3, установленная во всасывающем трубопроводе 2, показана увеличенной. Распылительная головка 3 содержит множество форсунок 5, которые обеспечивают возможность равномерной подачи смеси газа и водяного тумана во всасывающие трубопроводы 2. Количество форсунок 5 можно изменять. В принципе, может быть достаточным обеспечить одну форсунку. Распылительная головка 3 является так называемой распылительной головкой для двойной жидкости, в которую газ и жидкость подаются отдельно, и газ и жидкость смешиваются внутри распылительной головки до распыления образующейся смеси через форсунки 4 в виде тумана.
В случае фиг.1 газом, подаваемым в распылительную головку 3, является воздух, и поэтому ссылочная позиция 6 обозначает пневматический компрессор. Воздух подается по трубе 7 в распылительную головку 3. Давление может составлять, например, 30 бар. Ссылочная позиция 13 обозначает воздушный насос, ссылочная позиция 14 обозначает электродвигатель, ссылочная позиция 15 обозначает фильтр, а ссылочная позиция 16 обозначает обратный клапан, который предотвращает перенос среды из трубы 7 в насос 13.
Жидкость, подлежащая подаче в распылительную головку 3, представляет собой пресную воду или жидкость на водной основе с высоким содержанием воды. На практике, содержание воды бывает от 95 до 100%, когда обычно выбирают значения, близкие к верхним пределам диапазона. Жидкость может предпочтительно содержать противокоррозионные присадки или средство для удаления извести. Пресная вода подается с помощью насосного агрегата 8 из контейнера 9 по трубе 10 к распылительной головке 3. Насосный агрегат 8 содержит поршневой насос 11 и электродвигатель 12, эксплуатационной скоростью которого можно управлять с помощью средства управления, которое на чертеже обозначено ссылочной позицией 50. Например, средство 50 управления может быть связано для реагирования на эксплуатационную скорость дизельного двигателя. Ссылочная позиция 17 обозначает обратный клапан, который предотвращает перенос среды от распылительной головки по трубе 10 в насос 11 или контейнер 9. Ссылочные позиции 18 и 19 обозначают трубу и выпускной клапан соответственно, через которые может течь вода, если давление насоса 11 и в трубе 18 превышает заданное, заранее определенное предельное значение. Труба 18 и выпускной клапан 19 действуют, как предохранительные устройства, с целью предотвращения повышения давления настолько, что узел может получить повреждение. Ссылочные позиции 20 и 21 обозначают клапаны, а ссылочная позиция 22 обозначает фильтр. Фильтр 22 препятствует проникновению в распылительную головку 3 таких частиц, которые могут блокировать распылительную головку.
Изображенный на фиг.1 дизельный двигатель функционирует так, что когда дизельный двигатель работает на малой мощности, в распылительную головку 3 вводятся и воздух, и вода. Большая часть поступающего в зону горения воздуха, необходимого для двигателя, подается через зарядное устройство 1 во всасывающий коллектор. Воздух из компрессора 6 и вода из насоса 11 смешиваются в распылительной головке 3, и форсунки распылительной головки распыляют смесь воздуха и воды во всасывающие трубопроводы 2. Вода представляет собой мелкодисперсный туман с размером капелек самое большее 200 микрон, предпочтительно меньше, чем 100 микрон, и более предпочтительно меньше, чем 50 микрон. Упомянутые величины размера капелек обозначают размер всех капель, а, например, не средний размер. Чем выше эксплуатационная скорость дизельного двигателя, тем выше скорость, с которой приводится в действие насосный агрегат 8, посредством чего количество воды, подлежащей введению в распылительную головку, увеличивается. Насосным агрегатом 8 можно управлять различными способами, в зависимости от используемого средства управления. Один способ состоит в том, чтобы сделать эксплуатационную скорость насоса 11 зависящей от эксплуатационной скорости дизельного двигателя. Способы управления должны быть очевидны для специалиста в данной области техники, и поэтому эти способы или управление насосом не будут описаны здесь более подробно. Таким образом, количество воды, подлежащей подаче в распылительную головку 3, зависит от эксплуатационной скорости дизельного двигателя и его мгновенной мощности. Если мощность высокая, подается большее количество воды. Количество воды, подлежащей подаче, грубо составляет от 0,5 до 2,5 раз от количества топлива, подлежащего введению в дизельный двигатель. Для сокращения выделений азота особенно важно подавать воду, когда дизельный двигатель работает на малой мощности. Количество воздуха, подлежащего введению в распылительную головку 3, постоянное, или оно значительно не изменяется в соответствии с эксплуатационной скоростью дизельного двигателя, когда дизельный двигатель работает на неполной мощности. Из-за вышеупомянутого обстоятельства содержание воды в смеси, распыляемой из распылительной головки 3, уменьшается, и размер капель воды становится меньше при более низкой мощности, с которой дизельный двигатель нагружен.
Если эксплуатационная скорость дизельного двигателя превышает заданный, относительно высокий предел и дизельный двигатель работает на большой мощности, подача воздуха в распылительную головку 3 прекращается или существенно снижается, потому что даже сравнительно большие капли легко испаряются, когда двигатель работает при большой мощности, поскольку температура горения высокая.
Если желательно, размер капель водяного тумана можно выбрать настолько большим, чтобы капли воды доходили до цилиндров 4 и не испарялись до области внутри цилиндров в течение такта сжатия. При парообразовании работа сжатия уменьшается, и это обеспечивает улучшенную эффективность эксплуатации дизельного двигателя.
Когда уровень воды в контейнере 9 понижается ниже заданного уровня, переключатель 23 открывает клапан 21. Когда уровень воды в контейнере 9 повышается до заданного уровня, переключатель 24 закрывает клапан 21.
На фиг.2 показан второй вариант осуществления устройства согласно изобретению, установленного в дизельном двигателе. В варианте осуществления фиг.2 аналогичные ссылочные позиции относятся к компонентам, подобным изображенным на фиг.1. Решение фиг.2 отличается от решения фиг.1 тем, что среда, подлежащая подаче в распылительную головку 3', нагревается (подогревается). Нагревание осуществляется таким образом, что труба 710' располагается в пространстве 31' протекания газа в выпускном коллекторе 30' дизельного двигателя, где горячие, протекающие отработавшие газы выделяют тепловую энергию в среду, то есть воздушно-водяную смесь, протекающую по трубе 710'. Поскольку среда в трубе 710' подогревается, смесь, распыляемая из распылительной головки 3', чрезмерно не охлаждает влажный воздух, подлежащий введению в двигатель. Естественно, уровень подогрева регулируется в соответствии с рабочими условиями. Пространство 31' протекания газа может содержать контейнер с горячей водой, который устроен для получения тепла от отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Вариант осуществления фиг.2 отличается от варианта осуществления фиг.1 также тем, что воздух и вода, подлежащие подаче в распылительную головку 3', смешиваются до введения в распылительную головку. Таким образом, конструкция распылительной головки 3' может быть более простой, чем конструкция распылительной головки 3 на фиг.1. Смешивание главным образом происходит в точке Р', но смешивание все еще продолжается в участке 710 трубы между точкой Р' и распылительной головкой 3'.
Во всем остальном устройство, изображенное на фиг.2, функционирует так же, как устройство на фиг.1.
На фиг.4 показано устройство для очистки отработавших газов посредством промывки. Устройство установлено в выпускных трубопроводах двигателя согласно фиг.1 и 2. Ссылочные позиции 61 обозначают высоконапорные распылительные головки, установленные в отдельных трубах 90, поддерживаемых корпусом 60, и распыляющие водяной туман, причем эти распылительные головки используются при давлении 10-300 бар, предпочтительно 20-100 бар. Когда форсунки распылительных головок 61 функционируют, они производят всасывание, при котором всасываются отработавшие газы. Водяной туман и оксиды азота из отработавших газов взаимодействуют, производя азотную кислоту в трубопроводах 90, которые образуют реакционные камеры. Очищенные, то есть промытые, отработавшие газы выходят из трубы 70, из которой они проводятся по трубе (не показанной) к форсунке 3 и 3' (см. фиг.1 и 2). Продукты реакции водяного тумана и отработавших газов выпускаются из фланца 100, из которого продукты реакции могут отводиться по трубе (не показанной). Устройство, показанное на фиг.4, предназначено для монтажа на боковой стороне выпускного коллектора 30, 30' посредством фланца 80. В качестве альтернативы, фланец 80 может быть опущен, и тогда устройство размещают внутри выпускного коллектора так, чтобы отработавшие газы протекали через устройство. Выше по потоку от фланца 80 предпочтительно может быть установлен экран (не показанный), который позволяет регулировать отношение того, какое количество отработавших газов направлять во фланец 80, а какому количеству позволять проходить по коллектору 30. Промытые отработавшие газы, текущие вверх по трубе 70, могут по трубе (не показанной) направляться назад к коллектору 30, находящемуся выше по потоку относительно фланца 80 (и экрана, если такой существует). Благодаря удалению оксидов азота из отработавших газов, комбинация промывочного устройства фиг.4 с устройством фиг.1 и 2 приводит к системе, с помощью которой выделения, в частности выделения оксидов азота, оказываются очень низкими. Устройство фиг.4 также существенно снижает выделения серы.
Изобретение описано выше только посредством двух примеров, и поэтому следует отметить, что изобретение может быть реализовано множеством способов в пределах объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. Следовательно, газ, подлежащий подаче в распылительную головку, не обязательно является воздухом, а может быть любым другим газом, например, промытыми отработавшими газами, образующимися в двигателе. В последнем случае максимальные значения температуры двигателя будут понижены, поскольку удельная теплоемкость топочных газов выше, чем у воздуха, посредством чего удельная теплоемкость газовой смеси, подаваемой из распылительной головки, выше. Количество форсунок в распылительной головке и взаимные углы и расстояния между форсунками могут отличаться от того, что показано на фиг.3. В принципе, может быть несколько распылительных головок 3, но можно предположить, что изобретение будет наиболее успешно реализовано с одной единственной распылительной головкой.
Способ и устройство также можно применять к другим двигателям, а не только дизельным двигателям: таким образом, способ можно применять к двигателям, работающим по циклу Отто, и газовым турбинам.
1. Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, в котором влажный воздух вводят в камеру сгорания двигателя посредством подачи с помощью распылительной головки (3, 3') смеси газа и водяного тумана в пространство (2, 2'), которое ведет к камере сгорания двигателя, при этом соотношение компонентов смеси газа и водяного тумана изменяют в соответствии с изменением в нагрузке двигателя так, что количество водяного тумана в упомянутой смеси увеличивают, когда нагрузка двигателя увеличивается до заданного уровня нагрузки при работе двигателя с неполной мощностью, и количество водяного тумана в упомянутой смеси снижают, когда нагрузка двигателя уменьшается, так что абсолютное количество воды с нагрузкой увеличивается.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что когда нагрузка двигателя превышает заданный уровень, подачу газа по существу прекращают, а подачу жидкости на водной основе продолжают.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ и жидкость на водной основе смешивают в смесь до введения в распылительную головку (3).
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ и жидкость на водной основе подают в распылительную головку (3'), в которой они смешиваются так, чтобы получить смесь, содержащую газ и водяной туман.
5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что газом является воздух.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что воздух в распылительную головку подают с помощью компрессора (6, 6'), а жидкость на водной основе подают с помощью насоса (11, 11').
7. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что в качестве газа используют отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания, которые промывают перед вводом в распылительную головку (3, 3').
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что водяной туман распыляют в отработавшие газы для их промывания.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что водяной туман распыляют под давлением, составляющим 10-300 бар.
10. Способ по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что жидкость на водной основе, которую вводят в распылительную головку (3, 3'), нагревают посредством тепла отработавших газов двигателя до поступления жидкости в пространство (2, 2') в двигателе.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер капель водяного тумана в упомянутой смеси составляет самое большее 200 мкм.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что для очистки отработавших газов поршневого двигателя размер капель водяного тумана в упомянутой смеси является настолько большим, что некоторые из капель, как они есть, попадают в камеру сгорания и испаряются там в течение такта сжатия.
13. Устройство для подачи влажного воздуха в двигатель внутреннего сгорания, содержащее распылительную головку (3, 3'), средство (6, 6') подачи газа в распылительную головку (3, 3'), средство (8, 8') подачи жидкости на водной основе в распылительную головку и средство смешивания для смешивания газа с жидкостью, причем с помощью распылительной головки смесь газа и водяного тумана подают в пространство (2, 2'), которое ведет к камере сгорания двигателя для подачи смеси газа и водяного тумана в камеру сгорания, средство управления количеством подаваемого газа от средства (6, 6') и средство (50) управления количеством подаваемой жидкости на водной основе от средства (8, 8'), выполненное так, что соотношение компонентов смеси газа и водяного тумана изменяется в соответствии с изменением нагрузки двигателя, причем соотношение компонентов смеси изменяется так, что количество водяного тумана в упомянутой смеси увеличивается, когда нагрузка двигателя увеличивается до заданного уровня при работе двигателя с неполной мощностью, и количество водяного тумана в упомянутой смеси снижается, когда нагрузка двигателя уменьшается.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что средство подачи газа содержит компрессор (6, 6').
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что средство подачи жидкости содержит источник (9, 9') жидкости и насос (11, 11') для подачи жидкости от источника жидкости в распылительную головку (3, 3').
16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что содержит высоконапорную распылительную головку (61) для распыления водяного тумана в отработавшие газы из двигателя внутреннего сгорания для их промывки и средство подачи газа содержит средство для проведения промытых отработавших газов в распылительную головку (3, 3').
17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что насос (11, 11') содержит средство управления, увеличивающее скорость вращения насоса, когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания увеличивается, и уменьшающее скорость вращения насоса, когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания уменьшается.
18. Устройство по п.13, отличающееся тем, что содержит средство для нагревания жидкости на водной основе, подлежащей подаче в распылительную головку (3, 3').
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что средством нагревания является пространство (31') протекания газа в выпускном коллекторе (30') двигателя и на протяжении этого пространства (30') размещен источник (9') жидкости на водной основе, так что жидкость на водной основе получает тепловую энергию от отработавших газов до ее введения в распылительную головку (3').
20. Устройство по п.13, отличающееся тем, что средство смешивания расположено в распылительной головке (3).
21. Устройство по п.13, отличающееся тем, что средство (Р') смешивания находится вверху по потоку относительно распылительной головки, если смотреть в направлении течения жидкости на водной основе.
