CN108625977A - 一种柴油机废气重整分层燃烧系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种柴油机废气重整分层燃烧系统及控制方法，属于内燃机燃烧控制技术领域；包括缸套、活塞、缸盖、废气引入管等；采用螺旋气道来引入高温废气重整产生的重整气可有效利用缸内形成的涡流运动情况，将废气/重整气甩向缸壁附近，并促进缸壁附近燃料混合气率先着火，废气/重整气混合气参与燃烧后的气体可作为绝热层降低整体燃烧过程向缸壁的传热损失。进气道内涂覆催化剂，生成的H2及CO等还原剂。提升放热速率，抑制碳氢化合物升高方面，燃烧后生成的H2O和CO2可以作为燃烧过程抑制剂，提升高温区整体工质的比热容，抑制燃烧温度的升高，降低氮氧化物的生成量。切向气道施加导流板，主要目的在于避免切向气道内供入的空气混入燃烧室外侧废气/重整气混合气区域，使燃烧室中心区仍具有较高的空气含量，避免燃烧后期颗粒物生成量增加。

Description

一种柴油机废气重整分层燃烧系统及控制方法
技术领域
本发明属于内燃机燃烧控制技术领域，具体涉及一种废气重整分层燃烧系统及控制方法。
背景技术
随着不可再生能源的日趋枯竭和环保法规的日益严格，环境可持续发展成为内燃机技术发展的重要指南。柴油机由于热效率高、经济性好、功率范围宽广等优点而获得了广泛应用，但柴油机的排放问题始终是限制其发展的关键因素。长期以来，大量新技术的应用，使得柴油机排放大幅降低，但由于改善经济性的技术措施往往会导致排放有所恶化，因此如何保证在降低原始排放的同时改善燃油经济性是柴油机发展面对的关键技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题：由于柴油机的工作原理，使得柴油机不能完全燃烧，排放出的高温废气中含有大量的不完全燃烧气体、氮氧化物和颗粒物，但由于改善经济性的技术措施往往会导致排放有所恶化，因此如何保证在降低原始排放的同时改善燃油经济性是柴油机发展面对的关键技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柴油机废气重整分层燃烧系统，包括缸套、活塞、缸盖、废气引入管、小排气门、喷油器安装孔、小流量排气道、醇类燃料喷射器、大排气门、大流量排气道、切向进气道、进气门Ⅰ、进气门Ⅱ、螺旋进气道和废气控制阀；所述缸盖设置在缸套上；所述活塞设置于缸套内部；
所述缸盖中心设置有喷油器安装孔；所述喷油器安装孔周围顺时针依次设置有小排气门、大排气门和两个进气门；所述其中一个进气门连接螺旋进气道；所述大排气门连接有大流量排气道；所述另一个进气门连接有切向进气道；所述小流量排气道分别与小排气门和废气引入管连接；所述废气控制阀一端与小流量排气道连接另一端与螺旋进气道连接；所述醇类燃料喷射器设置在废气引入管中靠近与小流量排气道的连接处；所述螺旋进气道内壁均匀涂覆有催化剂涂层；
所述切向进气道内设置有导流板。
一种柴油机废气重整分层燃烧系统的控制方法包括以下操作步骤，
步骤一、空气通过进气门进入缸套，发动机负荷率小于40％时，醇类燃料通过醇类燃料喷射器向废气引入管内喷射；
步骤二、醇类燃料通过螺旋进气道内表面涂覆的催化剂高温废气重整，生成H2等还原剂成分；
步骤三、调整排气门的直径大小和废气控制阀开关大小，实现再循环废气的引入量占新鲜空气的比例恒定；
步骤四、废气/重整气通过进气门进入螺旋进气道；废气/重整气在螺旋进气道旋转过程中被气流甩向缸壁侧，形成缸内初步的分层充量状态；
步骤五、活塞在上行状态时，喷油器安装孔开始喷柴油，在近缸壁位置形成燃烧区，油束末端与空气形成适宜混合气后开始燃烧；
步骤六、燃烧区重整气在局部柴油燃料引燃的作用下发生快速燃烧反应并释放热量；
步骤七、喷油器安装孔喷射的柴油在继续高温加热作用下滞燃期进一步缩短，燃烧速率升高；
步骤八、燃烧后的废气/重整气依次经过排气门和流量排气道排出(大流量排气道和小流量排气道都可以排除废气，只不过小流量排气道能够将绝大部门的废气经过废气引入管引入到螺旋气道内，其余的部分和大流量排气道内的废气一样被排出)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用螺旋气道来引入重整气可有效利用缸内形成的涡流运动情况，将废气/重整气甩向缸壁附近，并促进缸壁附近燃料混合气率先着火，废气/重整气燃烧后的气体可作为绝热层降低整体燃烧过程向缸壁的传热损失。进气道内涂覆催化剂，生成的H2及CO等还原剂。提升放热速率，抑制碳氢化合物升高方面，燃烧后生成的H2O和CO2可以作为燃烧过程抑制剂，提升高温区整体工质的比热容，抑制燃烧温度的升高，降低氮氧化物的生成量。切向气道施加导流板，主要目的在于避免切向气道内供入的空气混入燃烧室外侧废气/重整气混合气区域，使燃烧室中心区仍具有较高的空气含量，避免燃烧后期颗粒物生成量增加。采用不同直径大小排气门改变废气流量。在特定负荷工况下，废气控制阀全开后可实现废气的引入量恒定，有效降低排气的泵气损失；通过分别控制废气量、醇类燃料喷射量及喷油量即可实现不同负荷下较高的有效热效率输出及更低的排放情况。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步说明:
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图中标号说明如下：1-废气引入管，2-小排气门，3-喷油器安装孔，4-小流量排气道，5-醇类燃料喷射器，6-大排气门，7-大流量排气道，8-切向进气道， 9-进气门Ⅰ，10-进气门Ⅱ，11-螺旋进气道，12-废气控制阀。
具体实施方式
如图所示一种柴油机废气重整分层燃烧系统，包括缸套、活塞、缸盖、废气引入管1、小排气门2、喷油器安装孔3、小流量排气道4醇类燃料喷射器5、大排气门6、大流量排气道7、切向进气道8、进气门Ⅰ9、进气门Ⅱ10、螺旋进气道11和废气控制阀12；所述缸盖设置在缸套上；所述活塞设置于缸套内部；
所述缸盖中心设置有喷油器安装孔3；所述喷油器安装孔3周围顺时针依次设置有小排气门2、大排气门6、进气门Ⅰ9和进气门Ⅱ10；所述进气门Ⅱ10连接螺旋进气道11；所述大排气门6连接有大流量排气道7；所述进气门Ⅰ9连接有切向进气道8；所述小流量排气道4分别与小排气门2和废气引入管1连接；所述废气控制阀12一端与小流量排气道4连接另一端与切向进气道8连接；所述醇类燃料喷射器5设置在小流量排气道4与废气引入管1连接处；所述螺旋进气道11内壁均匀涂覆有催化剂板；
所述切向进气道8内设置有导流板。
一种柴油机废气重整分层燃烧系统的控制方法，包括以下操作步骤，
步骤一、空气通过进气门Ⅰ9和进气门Ⅱ10进入缸套，负荷率小于40％时，醇类燃料通过醇类燃料喷射器5向废气引入管1内喷射；
步骤二、醇类燃料通过螺旋进气道11内表面涂覆的催化剂高温废气重整，生成H2等还原剂成分；
步骤三、调整排气门2的直径大小和废气控制阀12开关大小，实现再循环废气的引入量占新鲜空气的比例恒定；
步骤四、废气/重整气通过进气门Ⅱ10进入气缸内；废气/重整气在螺旋进气道11旋转过程中被气流甩向缸壁侧，形成缸内初步的分层充量状态；
步骤五、活塞在上行状态时，喷油器安装孔3开始喷柴油，在近缸壁位置形成燃烧区，油束末端与空气形成适宜混合气后开始燃烧；
步骤六、燃烧区重整气在局部柴油燃料引燃的作用下发生快速燃烧反应并释放热量；
步骤七、喷油器安装孔3喷射的柴油在继续高温加热作用下滞燃期进一步缩短，燃烧速率升高；
步骤八、燃烧后的废气/重整气依次经过大排气门6和大流量排气道7排放。

Claims (2)

1.一种柴油机废气重整分层燃烧系统，其特征在于：包括缸套、活塞、缸盖、废气引入管(1)、小排气门(2)、喷油器安装孔(3)、小流量排气道(4)醇类燃料喷射器(5)、大排气门(6)、大流量排气道(7)、切向进气道(8)、进气门Ⅰ(9)、进气门Ⅱ(10)、螺旋进气道(11)和废气控制阀(12)；所述缸盖设置在缸套上；所述活塞设置于缸套内部；
所述缸盖中心设置有喷油器安装孔(3)；所述喷油器安装孔(3)周围顺时针依次设置有小排气门(2)、大排气门(6)、进气门Ⅰ(9)和进气门Ⅱ(10)；所述进气门Ⅱ(10)连接螺旋进气道(11)；所述大排气门(6)连接有大流量排气道(7)；所述进气门Ⅰ(9)连接有切向进气道(8)；所述小流量排气道(4)两端分别与小排气门(2)和废气引入管(1)连接；所述废气控制阀(12)一端与小流量排气道(4)连接另一端与切向进气道(8)连接；所述醇类燃料喷射器(5)设置在小流量排气道(4)与废气引入管(1)连接处；所述螺旋进气道(11)内壁均匀涂覆有催化剂板；
所述切向进气道(8)内设置有导流板。
2.一种柴油机废气重整分层燃烧系统的控制方法采用如权利要求1所述的系统，其特征在于：包括以下操作步骤，
步骤一、空气通过进气门Ⅰ(9)进入缸套，负荷率小于40％时，醇类燃料通过醇类燃料喷射器(5)向废气引入管(1)内喷射；
步骤二、醇类燃料通过螺旋进气道(11)内表面涂覆的催化剂高温废气重整，生成H2等还原剂成分；
步骤三、调整排气门(2)的直径大小和废气控制阀(12)开关大小，实现再循环废气的引入量占新鲜空气的比例恒定；
步骤四、废气/重整气通过进气门Ⅱ(10)进入螺旋进气道(11)；废气/重整气在螺旋进气道(11)旋转过程中被气流甩向缸壁侧，形成缸内初步的分层充量状态；
步骤五、活塞在上行状态时，喷油器安装孔(3)开始喷柴油，在近缸壁位置形成燃烧区，油束末端与空气形成适宜混合气后开始燃烧；
步骤六、燃烧区重整气在局部柴油燃料引燃的作用下发生快速燃烧反应并释放热量；
步骤七、喷油器安装孔(3)喷射的柴油在继续高温加热作用下滞燃期进一步缩短，燃烧速率升高；
步骤八、燃烧后的废气/重整气依次经过大排气门(6)和大流量排气道(7)排放出去。
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