提供了一种装配有废气再循环(EGR)系统和装置的内燃机，以用于在点火之前通过将雾化水喷射到再循环的废气中内部地冷却废气。雾化水喷雾可位于进口歧管中或者直接在气缸中。发动机可使用火花点火或压缩点火。内燃机以大于12:1的压缩比和贫空燃比进行操作。还提供了一种用于控制在发动机中再循环的废气的量且用于控制所添加的水量的方法。本发明专利技术的发动机具有更高的热力学效率以及有利的NOx排放。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的交叉引证 本申请要求于2012年11月20日提交的美国临时专利申请第61/728, 516号W及 于2013年1月17日提交的美国临时专利申请第61/753, 719号的优先权，该两个临时专利 申请的内容通过引证结合于此。
本专利技术总体上设及内燃机。更具体地，本专利技术设及具有废气再循环的内燃机。
技术介绍
本专利技术设及具有至少一个往复活塞的内燃机，该往复活塞与直接冷却废气再循环 (EGR) -起操作。在本文中陈述的原理可用于通常W汽油（石油）、天然气或己醇混合物操 作的火花点火（SI)发动机中，或者可用于通常W柴油、生物柴油、JP-8或其他喷气燃料变 体、煤油或重油操作的压缩点火（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发动机和端口燃料喷射发送机。[000引容易理解在内燃机中使用EGR，并且将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替换气缸中一定量的可燃装料，并且在柴油发动机中，废气替 换在预燃混合物中过量的氧气。可燃装料的替换造成较低的燃烧温度并且在减少NOx形成 (其主要在氮气和氧气的混合物经受高于1371°C(1644°K)的温度时形成）的方面有效。 再循环的废气替换进入的空气，并且通过加热降低装料密度。该种组合效应有助于减少累 送损失，从而尽管W较小的功率也使得发动机效率增大。因此，EGR是一种有效的方法，W 用于在SI和CI发动机中减少氧化氮（"NOx")排放并且提高奥托循环（Otto-cycle)发动 机效率。 重新引回燃烧室中的废气降低了峰值燃烧温度。该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，并且允许燃烧能 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，W导致装 料循环工作减少，从而降低了燃料消耗量。 存在将废气重新引回燃烧室中的两种方法。第一种方法是通过阀口定相或气口重 叠的内部废气再循环（i-EGR)。气口重叠是一种早期打开进气阀W在排气冲程期间允许废 气进入进气轨道中的状态，或者是一种稍后在排气冲程期间排放阀保持打开W允许废气进 返回燃烧室中的状态。该通常通过W下方式实现；使用可变阀定时系统来改变凸轮轴定相， W根据发送机操作点调节气口状态，来优化EGR优点。在图1中示出了显示具有内部EGR 的废气经由进气阀11流动的现有技术发动机的示意图，在排气冲程结束的早期打开该进 气阀，W在活塞12的排气冲程期间允许废气14从燃烧室15进入进气轨道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。[000引参照图2,现有技术发动机的示意图示出了在内部EGR的情况下废气流经排放阀 21。在活塞22的排气冲程之后，排放阀21保持打开，并且在活塞22的进气冲程期间允许 排放轨道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位于燃烧室外面的废气回路，该燃烧室可包括或 不包括对控制的EGR阀口（e-EGR)。根据发动机操作点而电子地激活EGR阀n，W将合适量 的废气供给回新鲜进入的空气-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。通过管道、管线、通道或其他方式，将废弃31从排放轨道37中输送 给外部热传递装置34,该外部热传递装置具有热交换器或类似实施方式的形式，W使废气 冷却。在进气轨道38之前或者在进气轨道内，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。 该两种解决方案具有缺点。在e-EGR的情况下，在发动机管理系统的要求的EGR 百分比与到达发动机入口的废气之间引入了时间延迟。该引起控制问题，该些问题造成较 低的发动机效率。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，造成体 积效率的损失并且对在爆震开始之前可获得的EGR的量造成限制。在使用外部热交换器来 冷却废气的冷却EGR上执行工业和学术工作，并且全部集中于外部EGR回路冷却，该是因为 该是实现冷却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系统一体形成到祸轮增压柴油机的高压排气和装料回路 中。废气从气缸与废气祸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），来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入的空气回路中，引入压缩机与气缸之间的高压回路中， 或者引入位于压缩机上游的低压回路中。[001引冷却的外部EGR系统可使用阀口来调节由发动机管理系统、排气管、废气冷却器W及进气管控制的再循环废气量。该些系统通过热交换器的形式使用外部冷却介质，W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系统将废气冷却器在 轿车中暴露到高达大约450°C的极端温度中，并且在商用车辆应用中暴露到大约700°C的 极端温度中。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有内部冷却再循环废气巧GR)的内燃机，其与注入到进气轨 道（歧管）中的再循环的废气中或者W大于标准机械压缩比的机械压缩比直接注入到发动 机的燃烧室中的水直接热连通，并且其具有极贫燃料混合物。该个设备和方法适于火花点 火发动机和压缩点火式发动机两者。 在火花点火式发动机的情况下，压缩比大于12:1，并且在一实施方式中，压缩比可 为13:1、15:1、16:1或更大。在点火之前，通过贫燃料混合物、EGRW及将水注入到EGR轨 道、进气轨道中或者直接注入气缸中，能够提高压缩比。燃料混合物具有大于1的化学计量 或入。在一实施方式中，火花点火式发动机的A具有从大约1. 1到大约3的范围。在各 种实施方式中，火花点火式发动机的A大约为1.5、大约为1.75、大约为2.0或者大约为 2.25。该种因数组合使预点火（发动机爆震）最小化，W允许本文中公开的内燃机W比在 传统发动机中更大的压缩比操作。在压缩点火式发动机的情况下，压缩比大于14:1且直到大约40:1。燃料混合物具 有大于1到大约7的A。在一实施方式中，燃料混合物可具有大约2. 0、大约3. 0、大约4. 0 或大约5. 0的入。[001引本专利技术的直接冷却式EGR系统提供一种水喷射系统，该系统对在EGR旁路中的EGR回路内部、或者在进气轨道中、或者直接在内燃机的燃烧室内的再循环的废气内部地进行 冷却。本专利技术还消除了间接废气冷却部件，其通常包括EGR冷却系统，该EGR冷却系统包括 多板块、多管道、板块或翅片热交换装置和部件。而且，通过雾化水直接冷却再循环的废气， 使本专利技术消除了通过交换媒介进行热力学连通。本专利技术的一个实施方式包括一种内燃机，具有；至少一个气缸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种内燃机，包括：至少一个气缸，其中，所述至少一个气缸中的每个气缸均具有燃烧室、活塞、进气阀以及排放阀，其中，所述至少一个气缸中的每个气缸中的机械压缩比大于12:1且小于大约40:1；进气轨道，与每个进气阀连通；排放轨道，与每个排放阀连通；燃料处理系统，具有至少一个燃料喷射器，以用于将燃料喷射到所述燃烧室或所述进气轨道中，其中，所述燃料处理系统提供的空燃比（λ）大于1且小于7.0，所述空燃比为空气与燃料的比率；点火系统，用于在所述活塞的压缩冲程的结束时点燃所述燃烧室中的燃料；废气再循环（EGR）装置，用于使废气从排放口再循环到发动机进口；以及冷却装置，用于通过使再循环的废气与注入到EGR轨道中的预定量的雾化水直接接触来对再循环的废气进行冷却。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：尼马尔·穆利，什里克里什纳·萨内，奥萨南·L·巴罗斯内托，
申请(专利权)人：秘方能源私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG
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