[发明专利]一种四冲程内燃机燃烧系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种四冲程内燃机燃烧系统及使用方法，尤其是是一种基于废气再循环技术、以纯氧为助燃剂的燃烧系统。

背景技术

随着全球环境的恶化和能源危机的出现，更节能，更环保的内燃机技术已成为发展的焦点。日益严格的汽车排放法规对于二氧化碳的排放已经做出了限定。但是化石燃料燃烧不可避免要产生CO₂排放，除了使用节能降耗的新技术降低CO₂排放以外，化石燃料燃烧尾气中CO₂的捕集及储存技术(CCS)被认为是应对全球气候变暖的直接有效的方法，它通过收集发电厂之类的固定源产生的CO₂气体，进而长期储存于海洋或相对封闭的地质构造中，从而显著减少大气中的CO₂排放。

近年来，基于内燃兰金循环结合水再循环技术的碳氢燃料纯氧燃烧技术已经在涡轮机发电领域得到大力发展。美国清洁能源系统公司CES(Clean EnergySystems，Inc.)是这一技术的发起者，该公司通过将航天技术和传统发电系统相结合，开发了这项应用化石燃料的零排放发电技术。CES工作方法的核心是用类似于火箭推动器上的“气体发生器”来代替传统的蒸汽锅炉和废气处理系统。1999年，澳大利亚两院院士、悉尼大学Bilger教授初次提出将这一技术运用在内燃机中的构想，并于2009年和同济大学吴志军教授共同发表了“CarbonCapture for Automobiles Using Internal Combustion Rankine Cycle Engines”(《Journal of Engineering for Gas Turbines and Power》May 2009，Vol.131)。该文献介绍了基于兰金循环的内燃机的工作原理，并对该理论循环的热效率进行了深入的计算和分析。这项技术采用纯氧代替空气作为助燃剂与汽油形成混合气被点燃，而后在燃烧过程中加入循环介质(CO₂或H₂O)来控制燃烧温度和速度。充分燃烧后废气仅为CO₂/H₂O混合气，可以在冷凝器中方便的分离，并对CO₂进行回收，达到彻底的零排放。但要使得这项技术可以真正应用于内燃机，还需对内燃机本身做很多改造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四冲程内燃机燃烧系统及使用方法，可将兰金循环应用于内燃机上，提高了四冲程内燃机的燃油经济性，减少了废气中有害物质的排放。

为实现以上目的，本发明提供所采用的技术方案是：

一种内燃机燃烧系统，其包括：

排气系统，包括排气门、排气道、排气道阀门和氧传感器，排气道与燃烧系统连接处安装有排气门，氧传感器设置于排气道内，排气道内设有排气道阀门，位于传感器后侧；

燃烧系统，包括汽缸体、缸盖、喷油器和火花塞，火花塞布置在平行于排气道方向的缸盖中线上，喷油器布置在平行于进气道方向的缸盖中线上；

进气系统，包括进气道、节气门和储氧罐，节气门设于进气道内，进气管与储氧罐相连，并由节气门控制进氧；

废气再循环系统，其与排气道和进气道相连通，并设有废气再循环阀门控制排气道内的废气输送至进气道；

控制系统，包括电子控制单元，控制系统的进气、排气流量及喷油量。

所述汽缸体内还设有活塞、连杆和曲轴，连杆的小端与大端分别与活塞和曲轴相连，活塞位于汽缸体内，可沿汽缸体做直线运动，曲轴旋转带动连杆，进而带动活塞做往复式运动。

所述氧传感器测定排气道内废气含氧量，并发送给电子控制单元，进而控制排气道的排气量、废气再循环系统的废气输送量以及进气道的进气量。

所述节气阀、喷油器、废气再循环阀门和排气道阀门的开启及其开启程度均通过电子控制单元控制。

上述燃烧系统的使用方法，

氧气和燃料进入汽缸体燃烧，燃烧后的废气经由排气道内的氧传感器测含氧量，并将氧传感器的测量值发送给电子控制单元，与电子控制单元内预设的含氧量标定值比较，进而控制排气道的排气量、废气再循环率以及进气道的进气量。

所述废气含氧量高于电子控制单元的标定值时，排气道阀门关闭，废气通过废气再循环系统的废气再循环阀门重新进入汽缸体，电子控制单元根据氧传感器提供的信号，调节节气门的开启程度，确保废气以最大比例进入汽缸体，同时调节喷油器的喷油量，保证燃烧过程正常进行，进入下一个工作循环。