[发明专利]以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机及其控制方法

说明书

本发明提供以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机及控制方法，采用纯氧与EGR废气作为内燃机的全部进气，纯氧作为燃烧唯一氧化剂，通过对氧气供给管路电磁阀及EGR控制阀开度的调节来实现不同工况下不同燃烧策略(如稀薄燃烧、当量比及浓混合气燃烧等)的选择，在保证发动机缸内燃烧平稳可控及满足动力需求的同时，可达到烃类燃料压燃式发动机零NOx排放，降低PM、HC及CO排放的目的。

技术领域

本发明属于发动机领域，特别是一种以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机及控制方法。

背景技术

随着汽车保有量的不断增多，由汽车排出的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和颗粒物(PM)对大气造成越来越严重的污染，汽车所带来的环境问题已成为一个众所关注的社会问题。目前，世界各国政府制定的排放法规逐年趋于严格，同时还实施了限制排放不达标车辆的运行区域等措施来缓解严重的城市污染。因此，迫切需要能够有效降低尾气排放的技术路径。

众所周知，烃类燃料压燃式发动机的有害排放物主要是NOx、PM、HC及CO，其中NOx与其他三种有害排放物基本上呈现相反的变化规律，由于NOx与其他三种排放物的净化方法相互抵触和矛盾，因此，给全面降低烃类燃料压燃式发动机有害排放物带来了困难。大量研究发现，发动机NOx排放主要来自于空气中的N₂和O₂在燃烧室高温条件下反应生成的氮氧化物。发动机研究者采用不同的技术，如稀薄燃烧、废气再循环(EGR)及内燃机喷水等措施，对降低NOx排放带来了一定的好处，但从根本上解决NOx排放仍是一个技术难题。而理论上不直接使用空气而使用不含氮的纯氧气来完成汽车发动机做功冲程中的助燃，从而使燃烧过程中无氮气参加化学反应来彻底消除汽车尾气中氮氧化物，实现NOx尾气的零排放(现今，用天然气等代用燃料的发动机也无法做到)，同时也能减少尾气中HC、CO等有害物的排放，起到了环境保护的作用。

但是，单纯使用纯氧进气会导致混合气燃烧剧烈而充分，缸内温度过高，压力升高率太大，无法保证发动机稳定、可靠的工作。同时，发动机机体及活塞等零部件均无法承受如此高的温度及压力，导致出现爆缸等现象。采用纯氧结合EGR混合进气的技术，在实现烃类燃料压燃式发动机零NOx排放的前提下，不仅有利于稀释缸内氧气浓度，降低燃料燃烧速度，保证气缸内的燃烧平稳可控，同时还可以充分回收利用稀薄燃烧策略下排气中多余的氧气，达到节能减排的综合目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机及控制方法，在保证发动机工作平顺、可靠的同时，彻底消除发动机运行过程中NOx生成问题，同时降低PM、HC及CO排放。

本发明解决上述问题是通过以下技术方案实现的：

一种以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机，包括发动机本体(1)、高压氧气罐(2)、氧气储存压力传感器(3)、减压阀(4)、氧气流量计(5)、氧气供给管路电磁阀(6)、进气总管(7)、稳压混合罐(8)、进气总管压力传感器(9)、应急进气阀(10)、空气流量计(11)、空气滤清器(12)、燃料喷射器(13)、燃油供给系统(14)、氧传感器(15)、排气控制阀(16)、EGR控制阀(17)、EGR流量计(18)、EGR冷却器(19)；

一种以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机，其特征在于：采用纯氧或纯氧掺部分EGR废气作为内燃机的全部进气，纯氧作为燃烧唯一氧化剂，通过对氧气供给管路电磁阀(6)及EGR控制阀(17)开度的调节来实现不同工况下不同燃烧策略(如稀薄燃烧、当量比及浓混合气燃烧等)的选择；

一种以纯氧气为氧化剂的烃类燃料压燃式零氮排放发动机，其特征在于：采用高压氧气罐(2)提供纯氧，通过氧气供给管路电磁阀(6)调节纯氧流量，氧气流量计(5)实时测量纯氧进气流量；将纯氧通入稳压混合罐(8)与经冷却的EGR气体进行充分混合、稳压后通入进气总管(7)；采用应急进气系统来保证高压氧气罐(2)中氧不足时发动机燃烧所需的空气量；