[实用新型]一种实现柴油机高效清洁低温燃烧的装置有效

专利信息
申请号: 201320005893.X 申请日: 2013-01-07
公开(公告)号: CN203009056U 公开(公告)日: 2013-06-19
发明(设计)人: 刘海峰;尧命发;郑尊清;张全长 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: F02D43/00 分类号: F02D43/00;F02F3/00
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 王丽英
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 实现 柴油机 高效 清洁 低温 燃烧 装置
【说明书】:

技术领域

本实用新型涉及内燃机领域,尤其涉及一种改善柴油机低温燃烧燃油经济性,降低碳烟排放的高效清洁燃烧装置。

背景技术

与汽油机相比,柴油机在全部转速工况下都具有更大的扭矩和更好的燃油经济性,这一特点使柴油机广泛应用于城市公共交通、物流运输等商业车领域和工程机械领域,此外由于目前对碳排放的要求越发严格,因此柴油机由于高的热效率可以有效降低CO2排放,因此乘用车也越来越多的使用柴油机。但是由于柴油机扩散燃烧的本质特征造成缸内存在明显的局部混合气过浓区和高温区,使得柴油机具有较高的碳烟和氮氧化物排放。而且柴油机碳烟和氮氧化物排放的控制策略是相互矛盾的,即降低碳烟排放的措施往往会导致氮氧化物排放升高,因此在控制柴油机碳烟和氮氧化物排放时,总是力图找寻一个可以实现碳烟和氮氧化物排放折衷的控制策略,即所谓的折衷关系。

近年来,通过使用大比例废气再循环稀释进气的柴油机低温燃烧作为一种新型燃烧模式,突破了传统柴油机扩散燃烧概念,在实现柴油机高效清洁燃烧方面展现出巨大潜力,成为国际内燃机燃烧科学与技术研究的前沿和热点。低温燃烧通过采用大比例废气再循环策略,有效延长燃烧滞燃期并降低燃烧温度,从而改变缸内燃烧反应过程的混合气浓度和温度发展历程,避开NOx和碳烟生成区域,实现对有害排放产物的控制,摆脱了柴油机传统燃烧中NOx与碳烟的折衷关系,被认为是满足未来柴油机严格排放法规的主要燃烧模式。

柴油机低温燃烧过程大比例EGR使NOx排放接近于零,但EGR对碳烟排放影响较复杂:低比例EGR使碳烟排放相当或略有升高;EGR提高到一定比例时,碳烟排放迅速升高,出现碳烟峰值区域;EGR率进一步提高后,碳烟排放开始明显降低,甚至达到零碳烟排放。可见,柴油机低温燃烧低碳烟和低NOx排放局限于特定的EGR比率下,而且研究也表明低温燃烧过程的碳烟排放对EGR率变化很敏感,在高比例EGR区域(约50%),EGR率细小的变化(如1%EGR率变化)有可能导致碳烟排放的急剧增加,显著增大了燃烧控制的难度。此外,在高比例EGR区域,尽管碳烟和氮氧化物排放都接近为零,但燃油经济性显著恶化,生成大量HC和CO排放。可见,低温燃烧模式把柴油机传统燃烧中NOx与碳烟的折衷关系消除,但是却带来了碳烟与燃油经济性新的折衷难题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的不足,优化碳烟与燃油经济性的折衷关系,实现柴油机高效清洁低温燃烧过程。

本实用新型的一种实现柴油机高效清洁低温燃烧的装置,它包括气缸、空气管理系统、喷油策略控制系统,所述的空气管理系统包括进气总管和排气总管,在所述的进气总管上沿进气流动方向依次安装有低压级压气机、第一级中冷器、高压级压气机以及第二级中冷器,所述的进气总管的出气口与气缸的进气门相连通,在所述的排气总管上沿排气方向依次安装有高压级涡轮机、低压级涡轮机以及颗粒捕集器,所述的排气总管的进气口与气缸的排气门相连通,所述的低压级压气机与低压级涡轮机通过转轴相连,所述的高压级压气机与高压级涡轮机通过转轴相连,高压级废气再循环回路的进气端与位于排气总管的进气口端和高压级涡轮机之间的排气总管相连通并且高压级废气再循环回路的排气端与位于高压级压气机和第二级中冷器之间的进气总管相连通,在所述的高压级废气再循环回路上沿进气端依次装有高压级废气再循环冷却器、单向阀和高压级废气再循环阀,低压级废气再循环回路的进气端与位于排气总管的颗粒捕集器之后的排气管路相连通并且低压级废气再循环回路的出气端与所述的进气总管的进气端相连通,在所述的低压级废气再循环回路上沿进气端依次装有低压级废气再循环冷却器和低压级废气再循环阀,在高压级涡轮机的上游和下游之间安装有废气旁通阀,废气旁通阀进气口端与排气总管的排气端相连通并且其出气口端与位于低压级涡轮机和高压级涡轮机之间的排气总管相连通,在进气总管的出气口与气缸的进气门之间安装有温度传感器、压力传感器和氧浓度传感器,温度、压力、氧浓度传感器与比例-积分-微分控制器相连并把反馈信号传输给高压级废气再循环冷却器、高压级废气再循环阀、低压级废气再循环冷却器、低压级废气再循环阀、进气总管上的第一级、第二级中冷器以及废气旁通阀;喷射策略控制系统包括喷雾锥角为140度的小喷射锥角喷油器和电子控制单元,所述的小喷射锥角喷油器安装在气缸上,所述的电子控制单元与所述的小喷射锥角喷油器相连。

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