[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

说明书

本发明公开了一种基于进气成分控制降低增压柴油机排放的装置，主要包括柴油机、空气系统和进气道喷水系统。空气系统由两级涡轮增压器、EGR阀、废气再循环管路、中冷器、单向阀、进气总管、进气歧管、排气总管、排气歧管等组成；进气道喷水系统包括储水箱、高压水泵、针阀式喷嘴和进气管喷水电控系统主控芯片；利用本发明装置进行控制时，根据发动机运行工况特点以及原始排放目标灵活控制EGR阀的开度以及针阀式喷嘴的喷水量，从而改变进气成分中废气、水以及新鲜充量的比例，实现对进气组分的控制，进而降低NOx排放，极大地减小EGR引入对两级增压系统做功能力和工作效率的不利影响，有效拓宽增压柴油机高效清洁燃烧范围。

技术领域

本发明涉及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，具体设计一种利用高压EGR和进气道喷水耦合控制装置，根据不同工况需求调整废气再循环(EGR)阀开度和喷水量，从而改变进气组分来实现增压柴油机的高效清洁燃烧。

背景技术

面对排放法规的不断升级，柴油机的NOx限值几乎接近零，这给排放控制提出了较大的挑战。目前柴油机上减少NOx生成的主要措施有:废气再循环(EGR)、掺水燃烧技术、以及排气后处理等。

由于受后处理装置转化效率以及成本和可靠性的限制，通过废气再循环(EGR)技术机内降低NOx已成为实现柴油机超低排放的重要保证。当EGR引入进气管后，进气组分发生了很大变化，废气稀释新鲜充量降低缸内氧浓度，大量惰性气体阻碍燃烧的快速进行，混合气的比热容增大使燃烧温度降低，从而使NOx排放降低。目前，高压EGR是多缸柴油机上采用最为广泛的EGR引入方式，但是，在中低转速大负荷工况EGR引入能力受限，NOx排放水平难以降低，通常会在进气管加节流阀提高EGR率，但提升能力不明显且会增加泵气损失，限制进气压力的增加，从而降低循环热效率。为了在全工况范围内降低NOx排放，研究人员提出了采用高、低压EGR组成的复合EGR系统。但是该技术的缺点是低压EGR通常将涡后的废气引入到压气机前，与新鲜充量混合再经压气机压缩进入进气管，废气会对压气机等造成一定腐蚀作用，影响可靠性和耐久性。

掺水燃烧的方法也可以有效减少柴油机的NOx排放。一方面，水吸热变成过热蒸气过程中，吸收大量的热，从而降低缸内的燃烧温度。另一方面，过热水蒸气的存在会稀释混合气体中氧的浓度，NOx的生成得到了抑制。相关研究表明，掺水燃烧对NOx的抑制作用基本不受柴油机工况的限制，但同时也需考虑到喷水对其它污染物生成的影响。该技术实现的主要方式分为三种，分别为掺水乳化油技术、缸内直接喷水技术、进气道喷水技术。其中，进气道喷水技术对柴油机的结构影响较小，成本较低，并且对掺水量的控制比较容易实现，掺水量较大时对NOx排放量的降低也比较可观，安全稳定性高。

发明内容

针对上述技术，本发明的目的在于提供一种基于进气组分控制的降低增压柴油机排放的装置和方法。本发明通过高压EGR和进气道喷水的耦合控制实现进气组分的改变，根据运行工况灵活控制废气、水以及新鲜充量的比例，一方面降低缸内温度和氧含量，在全工况范围内抑制NOx生成，另一方面，由于进气道喷水降低了对EGR的依赖，尤其是在中低转速大负荷工况，因此可以取消进气道节气阀，从而降低泵气损失，提高柴油机热效率。