[發明專利]二沖程內燃機排氣余熱回收系統

有效

• 申請號: 201310755645.1
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103742292A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 李曉寧;舒歌群;高媛媛;田華;張承宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02;F01K25/08
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于內燃機余熱利用技術，具體涉及一種二沖程內燃機余熱回收的朗肯循環系統。

背景技術

當今世界能源危機問題日益突出，內燃機的節能減排技術越來越受到世人關注，內燃機余熱的回收除了可明顯降低燃油的消耗以外，還可以減低燃燒顆粒物的排放。有機朗肯循環（簡稱ORC）以其結構簡單適用性強、以及產生額外功率輸出的同時不產生任何污染物的特點，被首選用于內燃機的余熱回收。

目前朗肯循環回收余熱的技術大多集中在四沖程發動機上。二沖程內燃機氣缸體上有三個孔，即進氣孔、排氣孔和換氣孔。在兩個行程內完成一次循環，升功率大，結構簡單、輕便。但是二沖程內燃機掃氣耗功大，燃油消耗率相對較高，排放性差，因此如果能對其排氣余熱進行回收，則會帶來較大的經濟效益和環境效益。此外，二沖程內燃機的逆循環過程可以看作膨脹過程，此時換氣孔變成排氣孔，排氣閥用于控制進氣流動。由此，二沖程內燃機就可以用作膨脹機，從而省去ORC系統中的膨脹機，降低系統規模和成本。本發明提出將ORC技術用于二沖程內燃機的余熱利用，對內燃機節能減排效率的提高意義重大。

發明內容

本發明的目的是，提出一種利用二沖程內燃機中一個氣缸兼做膨脹機的排氣余熱回收系統，使內燃機的高溫排氣余熱得到充分利用，從而達到提高內燃機燃油經濟性的目的。

以下結合附圖對本發明的原理與系統組成進行說明。二沖程內燃機排氣余熱回收系統具有：內燃機、膨脹機、中冷器、換熱器、EGR冷卻器、散熱器、循環泵、渦輪機以及壓氣機等，渦輪機與壓氣機軸連構成渦輪增壓器。系統所采用的技術方案是：內燃機的第一缸作為膨脹機。內燃機的冷卻水套側、中冷器、換熱器、EGR冷卻器、膨脹機、散熱器五個部件的水側、以及循環泵依次串接組成朗肯循環系統。由內燃機其余5個缸的總排氣口、渦輪機、壓氣機、中冷器的氣側、以及5個缸的總進氣口依次串接組成空氣增壓系統。內燃機5個缸的總排氣分為二路：一路與渦輪機、壓氣機和中冷器4個部件的氣側依次串接；另一路進入EGR冷卻器的氣側后與中冷器的出氣一同進入內燃機5個缸的總進氣口。渦輪機的排氣接至換熱器的氣側。即內燃機排氣一部分用于推動渦輪機來帶動壓氣機壓縮進氣，一部分進入EGR冷卻器，然后與增壓空氣一同進入氣缸。

氣缸上有進、排氣及換氣口，當發動機氣缸中的活塞做往復運動時，氣缸容積便周期地變化，它與吸氣口、排氣口的啟閉相配合，實現吸氣壓縮與膨脹排氣過程的工作循環。發動機氣缸工作的逆過程與往復式膨脹機的工作過程相類似，只不過是這個氣缸中工作的工質不是燃油混合氣，而是循環工質。因此，本發明發動機中的兩個缸，通過進、排氣過程次序的更換作為往復式膨脹機使用，從而省去ORC系統中的膨脹機，降低系統規模和成本。

本發明的特點及有益效果是，利用二沖程內燃機一個缸的逆循環過程，作為朗肯循環的膨脹過程，可以省去朗肯循環系統中的膨脹機，減小系統規模和成本。高溫排氣既充當熱源，又用來增壓空氣和進行廢氣再循環，使排氣余熱能得到最充分的利用。冷卻液一方面能夠使冷卻系統始終處于最佳的工作狀態，保證內燃機的正常工作溫度，另一方面，又作為朗肯循環的工質。通過朗肯循環回收二沖程內燃機的排氣余熱，可以實現排氣余熱回收的安全高效，達到節能減排的目的。

附圖說明

所示附圖為發明原理與系統組成結構圖。圖中的虛線表示內燃機排氣路徑，點劃線表示空氣（進氣）側路徑，粗實線表示冷卻液朗肯循環路徑。

具體實施方式

以下結合附圖并通過實施例對本發明的原理與系統做進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發明的保護范圍。

二沖程內燃機排氣余熱回收系統，其系統組成及結構特征是：內燃機1的第一缸作為膨脹機2。內燃機的冷卻水套側、中冷器3、換熱器4、EGR冷卻器5、膨脹機、散熱器6五個部件的水側、以及循環泵7依次串接組成朗肯循環系統。由內燃機其余5個缸的總排氣口、渦輪機8、壓氣機9、中冷器的氣側、以及5個缸的總進氣口依次串接組成空氣增壓系統。內燃機5個缸的總排氣分為二路，一路與渦輪機、壓氣機和中冷器4個部件的氣側依次串接；另一路進入EGR冷卻器的氣側后與中冷器的出氣一同進入內燃機5個缸的總進氣口，渦輪機的排氣接至換熱器的氣側。

內燃機是二沖程六缸內燃機。朗肯循環系統所用的工質為水。