一种操作内燃机的方法，包括：使用点火系统在活塞在气缸内的压缩冲程的结束部分时点燃注入到燃烧室中的燃料；在点燃之前，将在前一发动机循环的活塞的排气冲程期间离开气缸的废气从排气通道再循环到进气通道，再循环的废气的温度高于进气阀处的空气的温度；在点燃之前，从耦接到与水喷射器流体连通的储水器的水喷射器将存储在储水器中的可控量的液态水注入到燃烧室或进气通道中，所注入的液态水在点燃之前直接降低再循环废气的温度，其中，燃料处理系统提供表示为值λ的空燃比，λ大于1且小于7.0；并且所注入的液态水将内燃机的温度保持在约95℃到200℃之间，并且其中，每个气缸中的机械压缩比大于12：1且小于40：1。
【技术实现步骤摘要】
操作内燃机的方法本申请是申请日为2014年1月17日、申请号为201480016409.0(国际申请的申请号为PCT/US2014/012035)的中国专利专利技术申请“内部冷却内燃机及其方法”的分案申请。
本专利技术总体上涉及操作内燃机的方法以及内燃机。更具体地，本专利技术涉及具有废气再循环的内燃机。本专利技术涉及具有至少一个往复式活塞的内燃机，该往复式活塞与直接冷却废气再循环(EGR)一起操作。在本文中提出的原理可用于通常以汽油(石油)、天然气或乙醇混合物运行的火花点火(SI)发动机中，或者可用于通常以柴油、生物柴油、JP-8或其他喷气燃料变体、煤油或重油运行的压缩点火(CI)发动机中。本专利技术适用于具有废气再循环的自然吸气的和强制吸气内燃机。本专利技术适用于直接燃料喷射器和端口燃料喷射发动机。
技术介绍
在内燃机中使用EGR很好被理解并且其广泛地应用于商用产品中。再循环到汽油发动机的燃烧室中的废气取代了气缸中一定量的可燃装料，而在柴油发动机中，废气取代了在预燃混合物中的过量氧气。可燃装料的取代导致较低的燃烧温度并且有效地减少了NOx的形成(其主要在氮气和氧气的混合物受到高于1371℃(1644oK)的温度时形成)。再循环的废气取代进入的空气，并且通过加热降低装料密度。这种组合效应有助于减少泵送损失，从而尽管以较小的功率也使得发动机效率增大。因此，EGR是一种用于在SI和CI发动机中减少氮氧化物(“NOx”)排放并且提高奥托循环(Otto-cycle)发动机效率的有效方法。重新引回燃烧室中的废气降低了峰值燃烧温度。这种温度降低主要是因为返回的废气不参与燃烧，并因此，不传送任何燃烧能量。废气提供额外的热质量，并由此允许燃烧能量分配给较高的总体热质量，其中，与不具有EGR的情况相比，在具有EGR的情况下的质量和热容的乘积(m*Cv)更大。由EGR再循环提供的温度下降降低了燃烧温度，并因此，有效地控制并减少NOx形成。EGR允许在具有任何规定的负荷下具有更大的歧管压力，以导致装料循环工作减少，从而降低燃料消耗。存在两种将废气重新引回燃烧室中方法。第一种方法是通过阀门定相或阀门重叠的内部废气再循环(i-EGR)。阀门重叠是一种提早打开进气阀以在排气冲程期间允许废气进入进气通道中的状态，或者是一种在进气冲程期间保持排气阀打开以允许废气进返回燃烧室中的状态。这通常通过以下方式实现：使用可变阀定时系统来改变凸轮轴定相，以根据发动机操作点来调节气门状态，从而优化EGR收益。在图1中示出了现有技术发动机的示意图，其示出了在内部EGR的情况下废气经由进气阀11的流动，在排气冲程结束的早期打开该进气阀，以在活塞12的排气冲程期间允许废气14从燃烧室15进入进气通道16中，并且在活塞12的进气冲程期间与进入燃烧室15的进气装料空气13混合。参照图2，现有技术发动机的示意图示出了在内部EGR的情况下废气经由排气阀21的流动。在活塞22的排气冲程之后，排气阀21保持打开，并且在活塞22的进气冲程期间允许排气通道26中的废气23返回24燃烧室25。废气再循环的第二种方法是经由燃烧室外部的废气回路，该燃烧室可包括或不包括相应的受控EGR阀门(e-EGR)。EGR阀门取决于发动机操作点而电子地激活，以将合适量的废气供给回新进空气-燃料混合物中。图3示出了发动机的现有技术的示意图，其中，经由具有外部EGR冷却器34的外部回路提供EGR。在活塞32的排气冲程期间，从燃烧室33中排出废气31。借助于管道、管线、通道或其他方式，将废弃31从排气通道37中输送至外部热传递装置34，该外部热传递装置为热交换器或使废气冷却的类似实施方式的形式。在进气通道38之前或者在进气通道内，将冷却的废气35从热传递装置34输送到进气流36中。如上文所述，额外的EGR气体增大了混合进气装料的热质量。这两种方案都有缺点。在e-EGR的情况下，在发动机管理系统所要求的EGR百分比与到达发动机入口的废气之间产生了时间延迟。这一延迟引发控制问题，这些问题导致发动机效率降低。在i-EGR的情况下，改进了控制，但使非常高的气体温度再循环，这导致体积效率的损失并且对在爆震开始之前可获得多少EGR造成限制。在使用外部热交换器来冷却废气的冷却EGR方面已经开展了工业和学术工作，并且全部集中于外部EGR回路冷却，这是因为这是实现冷却EGR的最有效的且可行的方法。通过冷却的EGR系统，可进一步改进EGR系统的减排潜力。冷却的EGR广泛地用于压缩点火式发动机中，其中，EGR系统一体形成到涡轮增压柴油机的高压排气和装料回路中。废气从气缸与废气涡轮机之间的主要废气流中再循环。废气穿过中冷器或热交换器(其使用二次外部冷却源)，通过热交换器的形式的固态介质传输来自废气的热量。然后，将冷却的废气引入发动机的进气回路中(在压缩机与气缸之间的高压回路中，或者在压缩机上游的低压回路中)。冷却的外部EGR系统可使用阀门来调节由发动机管理系统、排气管、废气冷却器以及进气管控制的再循环废气量。这些系统利用热交换器形式的外部冷却介质，以便在将废气引入到气缸腔体中之前，从热废气中提取热量。冷却的EGR系统将废气冷却器暴露到(在客车中的)高达大约450℃的极端温度中，并且暴露到(在商用车辆中)大约700℃的极端温度中。
技术实现思路
本专利技术的实施方式是一种操作内燃机的方法，所述内燃机用于与碳氢燃料一起使用，所述内燃机具有：至少一个气缸，在所述气缸中具有燃烧室和往复式活塞；进气阀；进气通道，所述进气通道与所述进气阀连通；排气阀；排气通道，所述排气通道与所述排气阀连通；以及燃料处理系统，所述燃料处理系统具有至少一个燃料喷射器以用于将燃料注入到所述燃烧室或所述进气通道中，在每个当前发动机循环，所述方法包括：使用点火系统在所述活塞在所述气缸内的压缩冲程的结束部分时点燃注入到所述燃烧室中的燃料；在所述点燃之前，将在前一发动机循环的所述活塞的排气冲程期间离开所述气缸的废气从所述排气通道再循环到所述进气通道，再循环的废气的温度高于所述进气阀处的空气的温度；在所述点燃之前，从耦接到与水喷射器流体连通的储水器的所述水喷射器将存储在所述储水器中的可控量的液态水注入到所述燃烧室或所述进气通道中，所注入的液态水在所述点燃之前直接降低再循环废气的温度，其中，所述燃料处理系统提供表示为值λ的空燃比，λ大于1且小于7.0；并且所注入的液态水将所述内燃机的温度保持在约95℃到200℃之间，并且其中，每个所述气缸中的机械压缩比大于12：1且小于40：1。进一步地，所注入的液态水的量在相对于所注入的燃料的量的5％到100％之间的范围内。进一步地，所注入的液态水的量在相对于所注入的燃料的量的25％到100％之间的范围内。进一步地，所述方法还包括：在操作期间将所述内燃机的温度保持在约130℃。进一步地，所述可控量的液态水在所述活塞在所述气缸内的上死点(TDC)之前被直接注入到所述气缸中。进一步地，所述废气经由废气再循环(EGR)系统从所述内燃机的所述排气通道再循环到所述进气通道。进一步地，所述方法还包括：在发动机控制器处接收与下列中的一个或多个相关的电子信号：油门的位置、废气温度、以每分钟转数(RPM)为单位的所述内燃机的速度、进气阀定时和位置；计算空燃比；计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种操作内燃机的方法，所述内燃机用于与碳氢燃料一起使用，所述内燃机具有：至少一个气缸，在所述气缸中具有燃烧室和往复式活塞；进气阀；进气通道，所述进气通道与所述进气阀连通；排气阀；排气通道，所述排气通道与所述排气阀连通；以及燃料处理系统，所述燃料处理系统具有至少一个燃料喷射器以用于将燃料注入到所述燃烧室或所述进气通道中，在每个当前发动机循环，所述方法包括：使用点火系统在所述活塞在所述气缸内的压缩冲程的结束部分时点燃注入到所述燃烧室中的燃料；在所述点燃之前，将在前一发动机循环的所述活塞的排气冲程期间离开所述气缸的废气从所述排气通道再循环到所述进气通道，再循环的废气的温度高于所述进气阀处的空气的温度；在所述点燃之前，从耦接到与水喷射器流体连通的储水器的所述水喷射器将存储在所述储水器中的可控量的液态水注入到所述燃烧室或所述进气通道中，所注入的液态水在所述点燃之前直接降低再循环废气的温度，其中，所述燃料处理系统提供表示为值λ的空燃比，λ大于1且小于7.0；并且所注入的液态水将所述内燃机的温度保持在95℃到200℃之间，并且其中，每个所述气缸中的机械压缩比大于12：1且小于40：1。
【技术特征摘要】
2013.11.20 IB PCT/IB2013/002593;2013.01.17 US 61/71.一种操作内燃机的方法，所述内燃机用于与碳氢燃料一起使用，所述内燃机具有：至少一个气缸，在所述气缸中具有燃烧室和往复式活塞；进气阀；进气通道，所述进气通道与所述进气阀连通；排气阀；排气通道，所述排气通道与所述排气阀连通；以及燃料处理系统，所述燃料处理系统具有至少一个燃料喷射器以用于将燃料注入到所述燃烧室或所述进气通道中，在每个当前发动机循环，所述方法包括：使用点火系统在所述活塞在所述气缸内的压缩冲程的结束部分时点燃注入到所述燃烧室中的燃料；在所述点燃之前，将在前一发动机循环的所述活塞的排气冲程期间离开所述气缸的废气从所述排气通道再循环到所述进气通道，再循环的废气的温度高于所述进气阀处的空气的温度；在所述点燃之前，从耦接到与水喷射器流体连通的储水器的所述水喷射器将存储在所述储水器中的可控量的液态水注入到所述燃烧室或所述进气通道中，所注入的液态水在所述点燃之前直接降低再循环废气的温度，其中，所述燃料处理系统提供表示为值λ的空燃比，λ大于1且小于7.0；并且所注入的液态水将所述内燃机的温度保持在95℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：尼马尔·穆利，
申请(专利权)人：尼马尔·穆利，
类型：发明
国别省市：美国,US
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