发明专利技术提供一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构。该内燃机结构包括氩循环内燃机机体、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、换热器、高压水共轨和缸内高温水喷嘴。所述控制系统包括离子电流信号处理装置、高压离子电流供电装置、缸内离子电流传感器和闭环控制器。所述闭环控制器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。该内燃机结构精确调节缸内高温水喷嘴喷射脉宽与喷射时刻，实现最高效、最优化的缸内爆震控制，同时实现缸内燃烧最优化提升内燃机性能。燃烧最优化提升内燃机性能。燃烧最优化提升内燃机性能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构
[0001]本专利技术涉及内燃机
，尤其是采用蒸汽辅助氩气循环实现零排放内燃机的相关领域。
技术介绍
[0002]传统内燃机采用空气作为做功工质，其燃烧过程中氮气会不可避免的与氧气反应产生氮氧化物，而氮氧化物无论是通过缸内还是缸外处理，都会导致诸如效率降低、成本提升、系统复杂等诸多问题。传统的内燃机水喷射技术分为进气道喷水技术和缸内喷水技术，它们的共同特点都是在缸内喷射常温水，基于缸内水雾蒸发吸热调控缸内热氛围，进而降低爆震倾向，并具有规避大负荷燃油加浓的潜力，但其仍然存在缸内水雾与缸壁机油乳化、影响火焰传播速度等问题。
[0003]此外，随着《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的提出，其中明确指出，低碳化是未来全球汽车技术的重要发展趋势和升级方向，并提出我国汽车产业参排放总量先于国家碳排放承若，于2028年左右提前达到峰值。
[0004]因此，针对目前严格的碳排放要求，亟需对现有内燃机碳排放问题进行优化，实现零碳排放的目的。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，包括氩循环内燃机机体、水喷射系统和控制系统。
[0007]所述水喷射系统包括依次连接的高压水泵、换热器、高压水共轨和缸内高温水喷嘴。所述换热器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水温平衡阀。所述高压水共轨和换热器之间的管线上设置有温度传感器。所述缸内高温水喷嘴安装在内燃机机体的燃烧室内。喷射用水经高压水泵和换热器加压加热后，积蓄在高压水共轨的共轨腔中。所述高压水共轨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。
[0008]所述控制系统包括离子电流信号处理装置、高压离子电流供电装置、缸内离子电流传感器和闭环控制器。所述缸内离子电流传感器安装在燃烧室内。所述高压离子电流供电装置将电压施加至内燃机机体的气缸缸体和燃烧室上。所述缸内离子电流传感器检测缸内离子电流信号并传递至离子电流信号处理装置。所述离子电流信号处理装置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、缸内高温水喷嘴、高压水共轨、温度传感器、水温平衡阀、换热器、高压水泵均与闭环控制器连接。
[0009]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向燃烧室内喷射高温水，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。
[0010]进一步，还包括冷凝器。高温尾气通过排气歧管进入冷凝器进行冷凝分离。分离后的氩气通入进气歧管中，分离后的液态水通入水喷射系统中。
[0011]进一步，所述水喷射系统还包括水箱。常压喷射用水储存在水箱中。
[0012]进一步，所述水箱利用内燃机工作过程产生的高温热源维持水的温度。
[0013]进一步，所述的高压离子电流供电装置、离子电流信号处理装置和闭环控制器采用车载蓄电池供电。
[0014]进一步，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。
[0015]进一步，管线采用隔热保温耐压不锈钢管或软管。
[0016]进一步，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向燃烧室内喷射高温水。
[0017]本专利技术还公开一种用于运行上述内燃机结构的方法，所述缸内高温水喷嘴将存储在高压水共轨中的水喷射至燃烧室内。其中，闭环控制器根据目标轨压和目标水温需求，控制水温平衡阀实时调节高压水输出温度并实时调节高压水泵的输出流量。控制器根据内燃机工作状态实时调节高温水喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽。
[0018]本专利技术还公开一种车辆系统，包括根据上述的任意一项内燃机结构。
[0019]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
[0020]A.闭环控制器精确调节缸内高温水喷嘴喷射脉宽与喷射时刻，实现最高效、最优化的缸内爆震控制，同时实现缸内燃烧最优化提升内燃机性能；
[0021]B.通过氩气循环发动机实现了高效零排放内燃动力概念，并且通过缸内蒸汽辅助技术，提高了系统的热效率和稳定性，可以满足未来内燃机零排放、高效率的目标。
附图说明
[0022]图1为内燃机结构示意图；
[0023]图2为氩循环内燃机机体示意图。
[0024]图中：离子电流信号处理装置1、高压离子电流供电装置2、进气歧管3、缸内离子电流传感器4、氩循环内燃机机体5、气缸缸体 501、活塞502、燃烧室503、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、排气歧管11、高压水泵12、水箱液位与温度传感器13、水箱加热控制阀14、高温水管15、水箱 16、冷凝器17、闭环控制器18。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。
[0026]实施例1：
[0027]参见图1，为实现零排放、系统热效率更高、工作更稳定、控制精度更高的氩气循环内燃机技术，本实施例提供一种基于缸内蒸汽辅助的氩气循环零排放内燃机结构，包括氩循环内燃机机体5、水喷射系统、控制系统、水箱16和冷凝器17。
[0028]参见图2，所述氩循环内燃机机体5包括气缸缸体501、气缸盖、曲轴、连杆、活塞502和燃烧室503。所述气缸缸体501的上端敞口采用气缸盖封堵。所述曲轴和连杆带动活塞502在气缸缸体501内做往复运动。所述气缸盖、气缸缸体501和活塞502合围出燃烧室503。所述气缸缸体501的侧壁上设置有进气口和出气口。所述进气口和出气口连通燃烧室503与外环境。所述进气口上设置有进气歧管3。所述出气口上设置有排气歧管11。内燃机的燃料为氢气。氧气作为氧化剂参与燃烧。氩气作为推动活塞的介质。
[0029]所述水喷射系统包括依次连接的水箱16、高压水泵12、换热器 10、高压水共轨7和缸内高温水喷嘴6。常压喷射用水储存在水箱 16中。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。常压喷射用水经高压水泵12和换热器10 加压加热至需求压力和温度后，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。所述缸内高温水喷嘴6向燃烧室503内喷射高温水。
[0030]所述控制系统包括离子电流信号处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：康哲，吕阳，陈梁龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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