[发明专利]一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构

权利要求书

1.一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：包括氩循环内燃机机体(5)、水喷射系统和控制系统；

所述水喷射系统包括依次连接的高压水泵(12)、换热器(10)、高压水共轨(7)和缸内高温水喷嘴(6)；所述换热器(10)出口和入口之间接有水温平衡管线；所述水温平衡管线上设置有所述水温平衡阀(9)；所述高压水共轨(7)和换热器(10)之间的管线上设置有温度传感器(8)；所述缸内高温水喷嘴(6)安装在内燃机机体(5)的燃烧室(503)内；喷射用水经高压水泵(12)和换热器(10)加压加热后，积蓄在高压水共轨(7)的共轨腔中；所述高压水共轨(7)消除喷射用水中的压力波动后，将喷射用水输送至缸内高温水喷嘴(6)；

所述控制系统包括离子电流信号处理装置(1)、高压离子电流供电装置(2)、缸内离子电流传感器(4)和闭环控制器(18)；所述缸内离子电流传感器(4)安装在燃烧室(503)内；所述高压离子电流供电装置(2)将电压施加至内燃机机体(5)的气缸缸体(501)和燃烧室(503)上；所述缸内离子电流传感器(4)检测缸内离子电流信号并传递至离子电流信号处理装置(1)。所述离子电流信号处理装置(1)对缸内离子电流信号进行信号处理，提取出缸内爆震特征信号；所述离子电流信号处理装置(1)、缸内高温水喷嘴(6)、高压水共轨(7)、温度传感器(8)、水温平衡阀(9)、换热器(10)、高压水泵(12)均与闭环控制器(18)连接；

工作时，氢气作为内燃机的燃料，氧气作为氧化剂参与燃烧，氩气作为推动活塞的介质；所述缸内高温水喷嘴(6)向燃烧室(503)内喷射高温水，增加做功工质质量，提升内燃机热效率；所述闭环控制器(18)依据当前内燃机工作状态和缸内爆震特征信号，调节缸内水喷射策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：还包括冷凝器(17)；高温尾气通过排气歧管(11)进入冷凝器(17)进行冷凝分离；分离后的氩气通入进气歧管(3)中，分离后的液态水通入水喷射系统中。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：所述水喷射系统还包括水箱(16)；常压喷射用水储存在水箱(16)中。

4.根据权利要求3所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：所述水箱(16)利用内燃机工作过程产生的高温热源维持水的温度。

5.根据权利要求1或3所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：所述的高压离子电流供电装置(2)、离子电流信号处理装置(1)和闭环控制器(18)采用车载蓄电池供电。

6.根据权利要求1所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：内燃机工作状态由曲轴传感器、凸轮轴传感器、进气压力温度传感器和/或原机控制器提供。

7.根据权利要求1所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：管线采用隔热保温耐压不锈钢管或软管。

8.根据权利要求1所述的一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，其特征在于：当缸内爆震最大特征值与下阈值的差值大于零时缸内高温水喷嘴(6)向燃烧室(503)内喷射高温水。

9.一种用于运行根据权利要求1～8中任意一项所述的内燃机结构的方法，其特征在于：所述缸内高温水喷嘴(6)将存储在高压水共轨(7)中的水喷射至燃烧室(503)内；其中，闭环控制器(18)根据目标轨压和目标水温需求，控制水温平衡阀(9)实时调节高压水输出温度并实时调节高压水泵(12)的输出流量；控制器(18)根据内燃机工作状态实时调节高温水喷嘴(6)的喷射时刻和喷射脉宽。

10.一种车辆系统，其特征在于：包括根据权利要求1～8中的任意一项所述的内燃机结构。