[发明专利]一种基于进气成分控制降低增压柴油机排放的装置和方法

权利要求书

1.一种基于进气成分控制降低增压柴油机排放的装置，该装置包括柴油机(1)、空气系统和进气道喷水系统；

所述空气系统包括两级涡轮增压器、进气总管(4)、高压EGR系统和排气总管(10)；

所述两级涡轮增压器包括高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器；所述高压级涡轮增压器包括高压级涡轮(13)和高压级压气机(16)；所述低压级涡轮增压器包括低压级涡轮(14)和低压级压气机(15)；

所述柴油机(1)通过第一排气管路连接至所述高压级涡轮(13)的进口，所述高压级涡轮(13)的出口通过第二排气管路与所述低压级涡轮(14)连接，所述第一排气管路与第二排气管路之间通过排气旁通管路相通；所述低压级压气机(15)通过第一进气管路连接至所述高压级压气机(16)的进口，所述高压级压气机(16)的出口通过第二进气管路与所述柴油机(1)连接，所述第一进气管路与第二进气管路之间通过进气旁通管路相通；

所述高压EGR系统包括EGR阀(7)、废气再循环管路(8)、中冷器(6)以及单向阀(5)；所述中冷器(6)安装在废气再循环管路(8)上对从排气总管(10)引出的废气进行冷却；所述单向阀(5)控制着来自废气再循环管路(8)的气体流向，从而防止由于管路内压力大小的差异导致进气总管(4)内的新鲜空气回流到废气再循环管路(8)中；

其特征在于：

所述排气旁通管路上安装有高压级涡轮旁通阀(12)，所述进气旁通管路上安装有高压级压气机旁通阀(11)；来自所述排气总管(10)的废气驱动所述高压级涡轮(13)和所述低压级涡轮(14)转动，所述高压级涡轮(13)和低压级涡轮(14)分别驱动所述高压级压气机(16)和所述低压级压气机(15)压缩进气，实现进气增压；所述柴油机(1)的电控单元根据工况的变化，控制所述高压级压气机旁通阀(11)和高压级涡轮旁通阀(12)的开启或关闭，从而实现单级增压和两级增压两种增压模式的切换；

所述进气道喷水系统包括储水箱(17)、高压水泵(18)、针阀式喷嘴(3)和进气管喷水电控系统主控芯片(19)；所述针阀式喷嘴(3)安装在进气总管(4)上；所述高压水泵(18)和所述针阀式喷嘴(3)均与所述进气管喷水电控系统主控芯片(19)相联，所述进气管喷水电控系统主控芯片(19)根据发动机工况实时控制针阀式喷嘴(3)的喷水量和喷水时刻。

2.一种基于进气成分控制降低增压柴油机排放的方法，其特征在于：利用如权利要求1所述的一种基于进气成分控制降低增压柴油机排放的装置，并包括：

柴油机电控单元根据转速的变化来控制高压级压气机旁通阀(11)和高压级涡轮旁通阀(12)的开启和关闭；中低速及小负荷工况运转时，关闭高压级压气机旁通阀(11)和高压级涡轮旁通阀(12)，高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器串联运行，废气经过高压级涡轮(13)和低压级涡轮(14)两次利用增加了增压系统的做功能力，从而提高了进气压力；高速大负荷时，打开高压级压气机旁通阀(11)和高压级涡轮旁通阀(12)，仅有低压级涡轮增压器参与工作，相当于单级增压；

所述EGR阀(7)控制导入进气充量中的废气量；所述针阀式喷嘴(3)以及进气管喷水电控系统主控芯片(19)控制进气道水的喷射量；

柴油机根据运行工况特点、NOx生成量的变化趋势以及高压EGR和进气道喷水的适用工况范围，控制EGR阀(7)的开度以及进气道喷水量，从而改变进气组分，在全工况范围内降低NOx排放；

在小负荷工况，关闭高压级涡轮旁通阀(12)和高压级压气机旁通阀(11)，使得高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器串联运行，废气经过高压级涡轮(13)和低压级涡轮(14)的两次利用实现两级增压从而提高进气压力；与此同时，关闭EGR阀(7)，通过进气管喷水电控系统主控芯片(19)控制针阀式喷嘴(3)的喷水量，从而降低Nox的排放；

在中低速中高负荷工况，关闭高压级涡轮旁通阀(12)和高压级压气机旁通阀(11)，使得高压级涡轮增压器和低压机涡轮增压器串联运行，废气经过高压级涡轮(13)和低压级涡轮(14)的两次利用实现两级增压从而提高进气压力；与此同时，通过进气管喷水电控系统主控芯片(19)控制针阀式喷嘴(3)的喷水量，并打开EGR阀(7)，保持该EGR阀(7)的开度为10～20％，从而通过较大比例的喷水量耦合小比例高压EGR来降低Nox的排放；

在高转速大负荷时，打开高压级涡轮旁通阀(12)和高压级压气机旁通阀(11)，通过所述低压级涡轮增压器实现单级增压；与此同时，打开EGR阀(7)，保持该EGR阀(7)为全开状态；通过进气管喷水电控系统主控芯片(19)控制针阀式喷嘴(3)的喷水量，从而在大比例EGR率的基础上耦合进气道喷水降低Nox的排放。