[发明专利]一种具有进气道喷水功能的清洁发动机

说明书

本发明公开了一种具有进气道喷水功能的高效清洁发动机。该发动机主要包括两级增压系统、喷水系统、EGR系统、控制系统和发动机主体。通过引入大比例EGR稀释进气氧浓度，实现低温燃烧，降低NOx排放；采用进气道喷水大幅增加进气比热容，水较大的汽化潜热进一步降低缸内燃烧温度，使发动机NOx排放接近零排放。小负荷滞燃期较长，压升率较高，此时ECU会自动降低喷水量，同时调整缸内喷油策略至预喷策略。而大负荷喷水会存在碳烟高的问题，此时ECU会调整缸内喷油策略为后喷策略，促进碳烟后期氧化，降低碳烟排放。且ECU会对NOx和碳烟进行实时监控，自动调节喷水量。本发明可以在全工况范围内自动控制气道喷水量与发动机缸内喷油策略，实现发动机高效清洁燃烧，满足即将实行的国六排放法规。

技术领域

本发明涉及清洁发动机，特别涉及具有进气道喷水功能的清洁发动机。

背景技术

内燃机作为一种高效率的动力机械，被广泛应用于汽车、农机、国防、工业机械等各个领域。其中汽车产业发展迅速，2016年全国机动车保有量达到2.95亿辆，全国机动车排放污染物中，氮氧化物(NOx)排放约为577.8万吨，颗粒物(PM)排放约为53.4万吨，是大气污染的主要来源之一，由此可见，降低发动机的排放至关重要。为满足先前欧(国)V排放法规，主流的技术路线有两种，一种是以EGR+DPF/DOC为代表的“美国路线”，另一种是以燃烧优化+SCR为代表的“欧洲路线”，而为了满足更加严格的排放法规，EGR技术对柴油机而言已是不可缺少。EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)技术降低柴油机排放的主要原因在于：(1)热效应。废气中CO2及H2O能提高缸内充量比热容，从而降低燃烧温度；(2)稀释效应。废气引入降低了缸内O2浓度，氧化物浓度降低、活性下降导致燃烧反应速率降低；(3)化学效应。废气中CO2和H2O进入缸内后发生离解反应，从而改变燃烧过程及NOx生成。

一些学者发现采用乳化油，将水引入柴油机，可以达到与EGR相同的效果，而且用水还会避免EGR带来的诸多问题。水还可以通过气道喷射的方式引入柴油机，同样可以达到降低NOx排放的效果。研究表明，采用气道喷水和乳化油都可以大幅度降低NOx排放，而采用乳化油对soot排放改善效果更佳。但采用乳化油带来的问题也不可忽视，首先是油水静置后会两相分离，造成难以储存；其次，固定的油水比例难以适应柴油机多变的工况。气道喷水可以灵活控制喷水量与时刻，优势较为明显。水的大比热容会导致进气比热容增加，研究表明进气比热容每增加1％，就会降低20％的NOx排放。而结合EGR后，NOx会进一步降低，接近零排放，且油耗会小幅度降低。然而，气道喷水在降低缸内燃烧温度，大幅降低NOx的同时，会导致碳烟排放的上升，这是当前需要解决的问题之一。

喷油策略是改善发动机燃烧排放性能的重要技术手段之一，预喷可以明显缓解小负荷发动机压升率过高的问题，使燃烧更加柔和；小油量适当早的后喷可以将燃烧持续期延长，促进碳烟氧化，在降低碳烟排放的同时可以获得燃油经济性的改善。

目前已有的气道喷水研究并不完善，对于全工况内的喷水喷油控制策略以及喷水发动机的研究也不够多，有必要对此进行进一步探索研究。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种具有进气道喷水功能的清洁发动机。本发明使用ECU实时监控排放物浓度与发动机工况，实现了在全工况内实现发动机高效清洁柔和地燃烧，并能不用昂贵的后处理装置就可以满足国六排放法规。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：