一种高效清洁燃烧柴油机制造技术

本发明专利技术公开了一种高效清洁燃烧柴油机，包括柴油机本体，柴油机本体连接进气道和排气道，进气道上设置进气增压中间冷却器，柴油机本体设置喷水系统、喷油系统、增压系统、高压EGR系统、低压EGR系统；喷水系统包括喷水器、水供应管路和供水装置；喷油系统包括喷油器、燃油供应管路和供油装置；增压系统的废气进口与排气道连接，废气出口连接废气排放管道，空气进口连接空气滤清器，空气出口与进气道连接；高压EGR系统包括高压废气再循环阀、高压废气再循环冷却器、二号单向阀和进气节流阀；低压EGR系统包括排气背压阀、低压废气再循环阀、微粒捕集器、低压废气再循环冷却器和一号单向阀。本发明专利技术能降低气缸壁传热量，提高柴油机热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效清洁燃烧柴油机
本专利技术涉及内燃机领域，更具体的说，是涉及一种高效清洁燃烧柴油机。
技术介绍
内燃机经过近百年的发展成为人类使用的主要移动动力装置，并且在未来很长的一段时间内仍然占据重要的位置。内燃机通过燃烧释放燃料的能量，对加热工质进行加热，从而推动活塞做功。参与燃烧的空气中含有N2，在高温氧化性氛围下，N2会参与反应从而产生NOx，经发动机排放到大气中，会导致酸雨、光化学污染等环境问题。同时，柴油机燃烧模式为缸内直喷扩散燃烧，在这种燃烧模式下会产生PM。PM对人体健康有害，并降低大气能见度，给人以不快感，小于10μm的PM容易被人体吸入，对呼吸系统产生危害，引发哮喘等疾病，同时PM中还含有苯并芘等多种致癌物质。针对内燃机的排放问题，世界各国相继推出了一系列排放法规，这些排放法规的限值都有近零的趋势。为了满足排放法规，发动机制造商通过结合机内净化+机外净化的手段来满足排放法规，但由于机外净化转化效率低，无法单纯依靠后处理解决排放问题，且成本昂贵，所以还需要将原机排放控制在较低水平。现有发动机的NOx排放有效控制手段主要有推迟喷油时刻、后处理、EGR、喷水等方式。推迟喷油时刻会降低燃油经济性，提高发动机的使用成本；通过后处理解决排放问题存在两个难题：一个是后处理成本较高，难以实现商业化；另外一个是后处理的处理效率有限，难以将排放降至近零排放，且用来解决soot排放问题的DPF存在主动再生问题。通过EGR实现低温燃烧能够同时实现NOx和soot排放低于排放限值，但是低温燃烧导致燃烧效率降低，燃烧持续期延长，发动机的热效率降低。主要原因是废气中的惰性气体，降低了燃烧速率，同时引入气缸内会导致缸内燃烧的氧浓度降低。同时，在多缸机上实现大量废气的引入也是一个难题，常用的高压EGR在低速大负荷无法引入足够的废气，而无法将排放降低至限值；低压EGR在进气管路中引入废气，但是废气中的组分会对压气机产生腐蚀，从而降低发动机的可靠性。工业界采用发动机喷水燃烧已有先例，德国宝马公司在汽油机的进气道中增加喷水装置，由于水进入气缸并相应降低了进气温度，解决了燃烧过程中汽油机燃烧爆震倾向，使得汽油机能够将压缩比提高到与柴油机同等水平，将汽油机的燃油经济性提高13％左右。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高效清洁燃烧柴油机，能够降低气缸壁传热量，减小泵气功损失，提高柴油机热效率，在全工况范围实现超低NOx排放。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术高效清洁燃烧柴油机，包括柴油机本体，所述柴油机本体连接有进气道和排气道，所述进气道上设置有进气增压中间冷却器，所述柴油机本体设置有喷水系统、喷油系统、增压系统、高压EGR系统、低压EGR系统；所述喷水系统包括喷水器、水供应管路和供水装置，所述柴油机本体的每个进气歧管中均设置有喷水器，每个喷水器均通过水供应管路与供水装置连接，每个喷水器均与发动机控制单元电连接；所述喷油系统包括喷油器、燃油供应管路和供油装置，所述柴油机本体的每个气缸内均设置有一个喷油器，每个喷油器均通过燃油供应管路与供油装置连接，每个喷油器均与发动机控制单元电连接；所述增压系统的废气进口与排气道连接，所述增压系统的废气出口连接有废气排放管道，所述增压系统的空气进口通过管路连接有空气滤清器，所述增压系统的空气出口与进气道连接；所述高压EGR系统包括高压废气再循环阀、高压废气再循环冷却器、二号单向阀和进气节流阀，所述高压废气再循环阀、高压废气再循环冷却器、二号单向阀沿气体流动方向依次设置于高压EGR回路上，所述高压EGR回路连接于进气道和排气道之间；所述进气节流阀设置于高压EGR回路与进气道交口且靠近进气增压中间冷却器出气口的进气道上；所述低压EGR系统包括排气背压阀、低压废气再循环阀、微粒捕集器、低压废气再循环冷却器和一号单向阀，所述排气背压阀设置于废气排放管道上，所述低压废气再循环阀、微粒捕集器、低压废气再循环冷却器、一号单向阀沿气体流动方向依次设置于低压EGR回路上，所述低压EGR回路连接于增压系统的废气出口和空气进口之间。所述增压系统的形式包括但不局限于单级增压或两级增压或机械增压；所述增压系统包括涡轮和压气机，所述涡轮和压气机之间刚性连接，所述涡轮分别与排气道和废气排放管道连接，所述压气机分别与进气道和空气滤清器连接。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术所采用的进气道喷水系统对柴油机结构改动较小，成本低；喷水实现的低温燃烧能够降低气缸壁传热量，能够提高柴油机热效率。(2)本专利技术通过高、低压EGR系统灵活控制EGR率，能够减小减小泵气功损失，具有提高热效率的潜力。(3)本专利技术中EGR结合喷水实现更容易实现低温燃烧，能够拓宽清洁燃烧的工作范围，在全工况范围实现超低NOx排放。(4)在部分柴油机的工作区域，做到仅使用喷水系统工作实现低温燃烧，减少对EGR系统的依赖性，能够提高柴油机的可靠性。附图说明图1是本专利技术高效清洁燃烧柴油机的示意。附图标记：1排气背压阀，2低压废气再循环阀，3微粒捕集器，4低压废气再循环冷却器，5一号单向阀，6燃油供应管路，7增压系统，701涡轮，702压气机，8供油装置，9空气滤清器，10供水装置，11水供应管路，12高压废气再循环阀，13高压废气再循环冷却器，14二号单向阀，15进气增压中间冷却器，16进气节流阀，17柴油机本体，18进气道，19喷水器，20发动机控制单元，21喷油器，22排气道，A废气进口，B废气出口，C空气出口，D空气进口。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述，所描述的具体实施方式仅对本专利技术进行解释说明，不用以限制专利技术。传统柴油机通过引入废气实现低温燃烧的同时，降低发动机的缸内氧含量使得燃烧效率降低，燃烧速率放缓，燃烧持续期延长，导致燃油经济性降低。通过在进气道中增加一个喷水装置，此时喷出的水为雾态，不会导致新鲜空气进气量的减少，能够提高缸内工质的总热容，降低缸内的燃烧温度，降低缸内的传热损失，从而实现高效燃烧；同时，缸内燃烧温度的降低有利于降低NOx的形成，且缸内燃烧的氧浓度保持不变，能够降低PM的排放，从而能够打破NOx和soot排放之间存在的折衷关系。将喷水与EGR结合更容易实现低温燃烧，能够实现超低排放的同时，提高发动机的热效率，且能有效拓宽高效清洁燃烧的工作范围，本专利技术要提出的就是这样一种能获得以上效果的装置。如图1所示，本专利技术高效清洁燃烧柴油机，包括柴油机本体17，所述柴油机本体17连接有进气道18和排气道22，所述进气道18上设置有进气增压中间冷却器15。所述柴油机本体17设置有喷水系统、喷油系统、增压系统7、高压EGR系统、低压EGR系统。所述喷水系统包括喷水器19、水供应管路11和供水装置10。所述柴油机本体17的每个进气歧管中均设置有喷水器19，喷水器19的数量是对应气缸数量的整数倍，即六缸机采用六个喷水器19。每个喷水器19均通过水供应管路11与供水装置10连接，每个喷水器19均与发动机控制单元20电连接。供水装置10提供高压水，通过水供应管路11送到每个进气歧管中的喷水器19。喷水系统中保持喷水压力与进气道18中压力压差范围在0.5MPa～1Mp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效清洁燃烧柴油机，包括柴油机本体(17)，所述柴油机本体(17)连接有进气道(18)和排气道(22)，所述进气道(18)上设置有进气增压中间冷却器(15)，其特征在于，所述柴油机本体(17)设置有喷水系统、喷油系统、增压系统(7)、高压EGR系统、低压EGR系统；所述喷水系统包括喷水器(19)、水供应管路(11)和供水装置(10)，所述柴油机本体(17)的每个进气歧管中均设置有喷水器(19)，每个喷水器(19)均通过水供应管路(11)与供水装置(10)连接，每个喷水器(19)均与发动机控制单元(20)电连接；所述喷油系统包括喷油器(21)、燃油供应管路(6)和供油装置(8)，所述柴油机本体(17)的每个气缸内均设置有一个喷油器(19)，每个喷油器(19)均通过燃油供应管路(6)与供油装置(8)连接，每个喷油器(19)均与发动机控制单元(20)电连接；所述增压系统(7)的废气进口(A)与排气道(22)连接，所述增压系统(7)的废气出口(B)连接有废气排放管道，所述增压系统(7)的空气进口(D)通过管路连接有空气滤清器(9)，所述增压系统(7)的空气出口(C)与进气道(18)连接；所述高压EGR系统包括高压废气再循环阀(12)、高压废气再循环冷却器(13)、二号单向阀(14)和进气节流阀(16)，所述高压废气再循环阀(12)、高压废气再循环冷却器(13)、二号单向阀(14)沿气体流动方向依次设置于高压EGR回路上，所述高压EGR回路连接于进气道(18)和排气道(22)之间；所述进气节流阀(16)设置于高压EGR回路与进气道(18)交口且靠近进气增压中间冷却器(15)出气口的进气道(18)上；所述低压EGR系统包括排气背压阀(1)、低压废气再循环阀(2)、微粒捕集器(3)、低压废气再循环冷却器(4)和一号单向阀(5)，所述排气背压阀(1)设置于废气排放管道上，所述低压废气再循环阀(2)、微粒捕集器(3)、低压废气再循环冷却器(4)、一号单向阀(5)沿气体流动方向依次设置于低压EGR回路上，所述低压EGR回路连接于增压系统(7)的废气出口(B)和空气进口(D)之间。...

【技术特征摘要】
1.一种高效清洁燃烧柴油机，包括柴油机本体(17)，所述柴油机本体(17)连接有进气道(18)和排气道(22)，所述进气道(18)上设置有进气增压中间冷却器(15)，其特征在于，所述柴油机本体(17)设置有喷水系统、喷油系统、增压系统(7)、高压EGR系统、低压EGR系统；所述喷水系统包括喷水器(19)、水供应管路(11)和供水装置(10)，所述柴油机本体(17)的每个进气歧管中均设置有喷水器(19)，每个喷水器(19)均通过水供应管路(11)与供水装置(10)连接，每个喷水器(19)均与发动机控制单元(20)电连接；所述喷油系统包括喷油器(21)、燃油供应管路(6)和供油装置(8)，所述柴油机本体(17)的每个气缸内均设置有一个喷油器(19)，每个喷油器(19)均通过燃油供应管路(6)与供油装置(8)连接，每个喷油器(19)均与发动机控制单元(20)电连接；所述增压系统(7)的废气进口(A)与排气道(22)连接，所述增压系统(7)的废气出口(B)连接有废气排放管道，所述增压系统(7)的空气进口(D)通过管路连接有空气滤清器(9)，所述增压系统(7)的空气出口(C)与进气道(18)连接；所述高压EGR系统包括高压废气再循环阀(12)、高压废气再循环冷却器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：尧命发，李临蓬，夏明涛，郑尊清，王浒，王海龙，王希昌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12