[发明专利]一种具有进气道喷水功能的压燃发动机低温燃烧系统

说明书

本发明公开了一种具有进气道喷水功能的压燃发动机低温燃烧系统，包括发动机、两级增压系统、可变截面涡轮机、可自动控制的进气道喷水系统、废气颗粒捕集器、高低压EGR系统。两级增压系统通过增压为发动机提供足够的空气量，高低压EGR系统对缸内氧浓度进行充分稀释，从而降低缸内反应速率，形成缸内低温燃烧。而带加热格栅的喷水器通过喷水大幅增加进气的比热容，同时对进气进行冷却，达到降低缸内燃烧温度，大幅降低NOx排放的效果。ECU通过控制线连接气道喷水器、高压废气再循环阀、低压废气再循环阀、可变截面涡轮机、发动机，通过探测发动机工况，对各系统进行动态控制，从而实现在全工况内实现大幅降低NOx排放的目标。

技术领域

本发明涉及一种具有气道喷水功能的压燃发动机机低温燃烧系统，特别是一种在增压器后进气管喷水，结合废气再循环与两级增压的压燃发动机燃烧系统。

背景技术

内燃机发展至今依旧是热效率最高、单位体积和单位质量功率最大的原动机，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。然而巨大的汽车保有量也带来不可忽视的环境问题，《中国机动车管理年报(2017)》指出，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。为解决机动车排放问题，世界各国相继颁布了严格的排放法规，我国的排放法规沿用了欧洲体系，各阶段法规与欧洲的限值保持一致，但实施日期有所推迟。2020年，我国将会实行更加严格的国六法规，届时NOx限值为0.4g/kWh，PM为0.01g/kWh。涡轮增压技术是内燃机实现高效节能和降低有害排放的关键技术，增压系统已成为现代先进内燃机空气系统的关键组成部分。采用涡轮增压技术利用废气能量实现空气的外部压缩，提高了进气充量密度，一方面可以提高发动机的升功率，另一方面为燃烧提供了更充足的空气，能够有效改善发动机的燃油经济性，降低CO2排放及其他有害排放物。目前，涡轮增压系统已基本成为现代先进柴油机的标准配置，同时汽油机涡轮增压技术也在迅速普及。而接近于零的苛刻排放限值不仅需要高效的后处理技术，还需要严格控制发动机的原始排放，废气再循环(EGR)作为控制燃烧过程和NOx排放的有效手段得到了较广泛的研究和应用，是柴油机满足欧VI及其后排放法规必不可少的技术措施，也是实现以“均质压燃、低温燃烧”为代表的新型燃烧方式最为关键和有效的控制技术。一些国内外的研究表明，将水引入柴油机进行燃烧，可以增大进气比热容，稀释缸内氧含量，降低燃烧温度，从而降低NOx排放，达到与EGR类似的效果。然而，上述技术都面临着一些问题。对涡轮增压技术而言，在采用高EGR率低温燃烧时，由于大量废气的引入，需要增压系统提供更强的增压能力以满足对新鲜进气量的需求，传统的单级增压在实现高增压压力时增压器效率低，发动机泵气损失大，燃油经济性差，而固定截面的增压器难以满足全工况内发动机对增压能力的需求。废气再循环技术也会带来诸多问题：废气中的颗粒物造成空气系统脏污；在一些排气背压小于进气压力的工况下废气引入困难；EGR阀的可靠性与耐久性问题；泵气功损失造成油耗增加。而柴油机进气道喷水结合低温燃烧方面的研究鲜有报道，且控制策略也有待优化。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以实现压燃发动机低温燃烧、大幅度降低发动机排放物，尤其是氮氧化物排放，满足国六排放法规的具有进气道喷水功能的压燃发动机低温燃烧系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明涉及的一种具有气道喷水的压燃发动机机低温燃烧系统，包括两级增压系统、废气再循环系统和控制系统，还包括气道喷水系统；

所述的两级增压系统包括在发动机进气管路上沿空气流动方向依次安装的空气滤清器、低压级压缩机、中冷器和高压级压缩机，所述空气滤器进口连通大气，在发动机排气管路上沿废气流动方向依次安装的高压级涡轮机、低压级涡轮机、颗粒捕集器，所述的高压级涡轮机进口与发动机排气管直接相连；所述的低压级涡轮机和低压级压缩机同轴相连，所述的高压级涡轮机和高压级压缩机同轴相连，所述高压级涡轮机为可变截面涡轮机；