一種純氧發(fā)動的制造方法
【專利摘要】一種純氧發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣總管經(jīng)進(jìn)氣歧管與四個(gè)氣缸連接，其中一個(gè)氣缸再連接排氣管，排氣管上設(shè)有排氣背壓傳感器、排氣背壓控制閥和氧濃度傳感器；另外三個(gè)氣缸經(jīng)EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管與中冷器連接，中冷器出氣口與進(jìn)氣總管連接，EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管上設(shè)有壓力傳感器，且經(jīng)泄壓管與排氣管后端連接，泄壓管上設(shè)有泄壓閥，進(jìn)氣總管上設(shè)有壓力傳感器、溫度傳感器以及純氧進(jìn)氣口。本實(shí)用新型采用純氧燃料以及75%廢氣再循環(huán)的混合氣，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的節(jié)能、減排、提高熱效率和提高發(fā)動機(jī)動力的效果。
【專利說明】一種純氧發(fā)動機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，特別是一種活塞式純氧發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，環(huán)境問題已經(jīng)受到了國家及廣大百姓的重視。而汽車的尾氣排放在這個(gè)重污染的背景下被推到了前臺，世界各國都推出了更加嚴(yán)格的排放法規(guī)。尤其是在中國，不僅推出了更嚴(yán)格的排放法規(guī)，同時(shí)還實(shí)施了限制排放不達(dá)標(biāo)車輛的運(yùn)行區(qū)域等措施來緩解嚴(yán)重的城市污染。為了降低汽車發(fā)動機(jī)的排放，發(fā)動機(jī)的研究者采用了一系列的措施，如增壓中冷技術(shù)、EGR技術(shù)、高壓噴射技術(shù)、電子控制技術(shù)等等。這些技術(shù)在一定程度了緩解了排放困局，但是要想從根本上解決發(fā)動機(jī)的排放問題仍然存在諸多的技術(shù)難題。汽車發(fā)動機(jī)(包括柴油機(jī)和汽油機(jī))的排放主要有N0x、PM、HC、C0。尤其是柴油機(jī)和⑶I汽油機(jī)的PM排放對空氣當(dāng)中的顆粒物影響非常大。在所有的這些排放物當(dāng)中，NOx與其他三種排放物基本上是呈相反的變化規(guī)律，即NOx排放降低的話，其他三種排放物或者是其中的一種或兩種則呈增加的趨勢。因此要想降低所有的排放物的排放量，其難度很大。
[0003]已有的研究表明，NOx主要是由于空氣當(dāng)中的N2與空氣當(dāng)中的O2產(chǎn)生氧化反應(yīng)生成的。如果能夠把空氣當(dāng)中的隊(duì)全部去除的話，發(fā)動機(jī)的排放物當(dāng)中則不會有NOx的生成，由此提出了純氧發(fā)動機(jī)的概念。如果發(fā)動機(jī)只進(jìn)氧氣，而且還進(jìn)行化學(xué)計(jì)量比燃燒的話，那么發(fā)動機(jī)必然會出現(xiàn)過熱等異?，F(xiàn)象；如果不按化學(xué)計(jì)量比燃燒的話，必然造成氧氣的浪費(fèi)，而純氧的獲得是需要付出代價(jià)的。因此，發(fā)動機(jī)在進(jìn)純氧的同時(shí)必須加入其他不與氧氣和燃料反應(yīng)的氣體。CO2正好滿足這樣的要求，而且獲得CO2非常容易，燃燒過后的生成物即為C02。雖然燃燒過后的排氣當(dāng)中除了 CO2還有H2O,但是在高溫下H2O是氣態(tài)的，并且也不與氧氣和燃料反應(yīng)，因此可以直接把發(fā)動機(jī)的排氣引入到進(jìn)氣當(dāng)中與純氧氣混合，所形成的氣體混合物作為發(fā)動機(jī)的工質(zhì)，然后再噴入相應(yīng)比例的燃料則可以進(jìn)行燃燒做功。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種純氧發(fā)動機(jī)，采用純氧燃料以及75%廢氣再循環(huán)的混合進(jìn)氣，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的節(jié)能減排。
[0005]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種純氧發(fā)動機(jī)，包括進(jìn)氣總管分別經(jīng)進(jìn)氣歧管與四個(gè)氣缸的進(jìn)氣口連接，所述四個(gè)氣缸中的一個(gè)氣缸的排氣口連接排氣管，排氣管上沿排氣方向順次設(shè)置有排氣背壓傳感器、排氣背壓控制閥以及氧濃度傳感器；所述四個(gè)氣缸中的其余三個(gè)氣缸的排氣口經(jīng)EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管與EGR中冷器的進(jìn)氣口連接，EGR中冷器的出氣口經(jīng)EGR管與進(jìn)氣總管連接，EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管上設(shè)置有EGR壓力傳感器；所述進(jìn)氣總管上設(shè)置有純氧進(jìn)氣口，進(jìn)氣總管上設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器；上述EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管經(jīng)泄壓管與位于氧濃度傳感器下游的排氣管部分連接，該泄壓管上安裝有EGR泄壓閥。
[0006]所述壓力傳感器、溫度傳感器和排氣背壓傳感器以及氧濃度傳感器的信號輸出至所述ECU，上述E⑶的控制信號輸出至排氣背壓控制閥以及EGR泄壓閥。
[0007]所述EGR中冷器的冷卻介質(zhì)的進(jìn)口管上設(shè)置有冷卻介質(zhì)控制閥，所述ECU的控制信號輸出至冷卻介質(zhì)控制閥。
[0008]本實(shí)用新型活塞式純氧發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及發(fā)動機(jī)的燃燒控制方案。其可以實(shí)現(xiàn)75%廢氣再循環(huán)(EGR)與純氧的混合進(jìn)氣，并在電子控制系統(tǒng)的幫助下使發(fā)動機(jī)根據(jù)工況的要求運(yùn)行在稀混合氣、化學(xué)計(jì)量比混合氣、濃混合氣狀態(tài)下進(jìn)行燃燒做功，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的節(jié)能、減排、提聞熱效率和提聞發(fā)動機(jī)動力的目的。
[0009]本實(shí)用新型活塞式純氧發(fā)動機(jī)，包括有四缸發(fā)動機(jī)(也可以為其他數(shù)量的多缸發(fā)動機(jī))、純氧進(jìn)氣系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR系統(tǒng))以及電子控制系統(tǒng)(EOT)。
[0010]發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)包括有進(jìn)氣總管和進(jìn)氣歧管，進(jìn)氣歧管一端與發(fā)動機(jī)氣缸連接，另一端與進(jìn)氣總管相連接。進(jìn)氣總管還與EGR系統(tǒng)和純氧進(jìn)氣系統(tǒng)相連接，進(jìn)氣總管上面還安裝有溫度傳感器和壓力傳感器，溫度傳感器和壓力傳感器的信號直接傳送給電子控制系統(tǒng)(ECU)。
[0011]發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)包括有排氣管，排氣管上面安裝有一個(gè)壓力傳感器、背壓控制閥和氧濃度傳感器，溫度傳感器和氧濃度傳感器的信號直接傳送給ECU，而背壓控制閥則接受來自ECU的控制信號。排氣管的一端與發(fā)動機(jī)的其中一缸相連接，另一端則直接通大氣。
[0012]EGR系統(tǒng)包括有EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管、EGR壓力傳感器、EGR中冷器和EGR泄壓閥。EGR系統(tǒng)中的EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管一端與發(fā)動機(jī)的另外三缸相連接，而另一端經(jīng)EGR中冷器與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣總管相連接。中冷器和EGR泄壓閥接受來自ECU的信號。
[0013]本實(shí)用新型的特點(diǎn)和有益效果為:
[0014]1、將4根排氣管當(dāng)中的3根直接與進(jìn)氣總管相連接，由此實(shí)現(xiàn)高達(dá)75%的EGR率。
[0015]2、將4根排氣管當(dāng)中的3根直接與進(jìn)氣總管相連接，進(jìn)氣總管內(nèi)的壓力可以接近排氣管壓力的75%，相對大氣壓力來講相當(dāng)于進(jìn)行了增壓，因此不需要額外安裝增壓器，由此簡化結(jié)構(gòu)、節(jié)約成本，并且可以提高發(fā)動機(jī)的熱效率。
[0016]3、將4根排氣管當(dāng)中的3根直接與進(jìn)氣總管相連接，75%的排氣進(jìn)入缸內(nèi)再次參與燃燒，排氣當(dāng)中的THC、CO、PM等等沒有完全燃燒的產(chǎn)物可以再次燃燒而釋放熱量，達(dá)到節(jié)約燃料、減少排放的目的。
[0017]4、將4根排氣管當(dāng)中的3根直接與進(jìn)氣總管相連接，而純氧氣直接由供氣系統(tǒng)進(jìn)入進(jìn)氣總管，并且在各穩(wěn)定工況下的進(jìn)氣、排氣氣體總摩爾數(shù)平衡，因此無需節(jié)氣門等氣量調(diào)節(jié)部件，簡化了機(jī)構(gòu)和泵氣損失，降低了發(fā)動機(jī)的成本，提高發(fā)動機(jī)的效率。
[0018]5、將4根排氣管當(dāng)中的3根直接與進(jìn)氣總管相連接，實(shí)際排入空氣當(dāng)中的尾氣僅為普通發(fā)動機(jī)的25%，可以大幅度降低發(fā)動機(jī)的總排放量；實(shí)際排入空氣當(dāng)中的尾氣余熱也大幅降低，EGR保留的余熱當(dāng)中于加熱了進(jìn)氣，對熱量進(jìn)行了循環(huán)利用，提高發(fā)動機(jī)的熱效率。
[0019]6、整個(gè)燃燒過程當(dāng)中都無N2的參與，因此可以徹底解決NOx的排放問題；在此基礎(chǔ)上可以適當(dāng)提高發(fā)動機(jī)的燃燒溫度，減少THC、CO、PM排放。
[0020]7、本實(shí)用新型提供的燃燒方案在各穩(wěn)定工況下、加速工況下和減速工況下的純氧氣摩爾比均在20.3%左右，與空氣當(dāng)中的氧氣含量摩爾比接近，因此純氧發(fā)動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒過程。
[0021]8、排氣系統(tǒng)設(shè)置了排氣背壓調(diào)節(jié)裝置，可以確保直接排大氣的氣缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)與其他3缸相等。
[0022]9、EGR系統(tǒng)設(shè)置了泄壓閥，在急加速和急減速工況下通過調(diào)節(jié)EGR的量來控制發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的氧氣摩爾比和缸內(nèi)的氣體總量，保證發(fā)動機(jī)可靠運(yùn)行。
[0023]10、本實(shí)用新型針對以柴油機(jī)為代表的壓燃式發(fā)動機(jī)和以汽油機(jī)為代表的點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)均適用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型純氧發(fā)動機(jī)的機(jī)構(gòu)布置圖。
[0025]圖2是本實(shí)用新型純氧發(fā)動機(jī)的工作原理方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0027]圖1中，(發(fā)動機(jī))進(jìn)氣總管1、(發(fā)動機(jī))進(jìn)氣歧管2、發(fā)動機(jī)氣缸3、排氣歧管4、排氣背壓傳感器5、排氣管6、EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7、EGR壓力傳感器8、排氣背壓控制閥9、氧濃度傳感器10、EGR泄壓閥11、EGR中冷器12、EGR管13、(進(jìn)氣總管)溫度傳感器14、(進(jìn)氣總管)壓力傳感器15和純氧進(jìn)氣口 16 ；
[0028]圖1示出一種純氧發(fā)動機(jī)，包括，進(jìn)氣總管I分別經(jīng)進(jìn)氣歧管2與四個(gè)氣缸3的進(jìn)氣口連接，其特征是，所述四個(gè)氣缸3中的一個(gè)氣缸的排氣口連接排氣管6，排氣管6上沿排氣方向順次設(shè)置有排氣背壓傳感器5、排氣背壓控制閥9以及氧濃度傳感器10 ;所述四個(gè)氣缸3中的其余三個(gè)氣缸的排氣口經(jīng)EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7與EGR中冷器12的進(jìn)氣口連接，EGR中冷器12的出氣口經(jīng)EGR管13與進(jìn)氣總管I連接，EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7上設(shè)置有EGR壓力傳感器8 ;所述進(jìn)氣總管I上設(shè)置有純氧進(jìn)氣口 16，進(jìn)氣總管I上設(shè)有壓力傳感器15和溫度傳感器14 ;上述EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7經(jīng)泄壓管與位于氧濃度傳感器10下游的排氣管6部分連接，該泄壓管上安裝有EGR泄壓閥11。
[0029]所述壓力傳感器15、溫度傳感器14和排氣背壓傳感器5以及氧濃度傳感器10的信號輸出至所述ECU，上述ECU的控制信號輸出至排氣背壓控制閥9以及EGR泄壓閥11。
[0030]所述EGR中冷器12的冷卻介質(zhì)的進(jìn)口管上設(shè)置有冷卻介質(zhì)控制閥，所述E⑶的控制信號輸出至冷卻介質(zhì)控制閥。
[0031](發(fā)動機(jī))進(jìn)氣總管I與進(jìn)氣歧管2、純氧進(jìn)氣口16和EGR管13相連接，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管上安裝有(進(jìn)氣總管)溫度傳感器14和(進(jìn)氣總管)壓力傳感器15 ；
[0032]進(jìn)氣歧管2除了與(發(fā)動機(jī))進(jìn)氣總管I連接外還與(發(fā)動機(jī))四個(gè)氣缸3 —一對應(yīng)連接；
[0033]四個(gè)(發(fā)動機(jī))氣缸3的其中一缸與排氣歧管4的一端連接，其余三缸與EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7連接；
[0034]排氣歧管4另一端與排氣管6的一端相連接，排氣歧管4上面安裝有排氣背壓傳感器5 ;
[0035]排氣管6的另一端直接排入大氣，排氣管6上安裝有排氣背壓控制閥9和氧濃度傳感器10 ；
[0036]EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7上安裝有EGR壓力傳感器8，EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管7 —端與其余三個(gè)(發(fā)動機(jī))氣缸3連接，另一端一方面通過EGR泄壓閥11與排氣管6相連接，連接位置位于排氣背壓控制閥9和氧濃度傳感器10的下游，另一方面與EGR中冷器12 (采用列管式換熱器或板式換熱器等均可)相連接；
[0037]EGR中冷器12另一端通過EGR管13與進(jìn)氣總管相連接。
[0038]圖1中，EGR中冷器的“進(jìn)、出”表示為冷卻介質(zhì)的進(jìn)口和出口，冷卻介質(zhì)可走列管式換熱器的管內(nèi)，被冷卻的EGR氣體走管外(即管間)。
[0039]排氣背壓傳感器5的壓力信號直接傳遞給ECU, EGR壓力傳感器8的信號直接傳遞給ECU，ECU通過對比排氣背壓傳感器5的壓力信號和EGR壓力傳感器8的信號進(jìn)而控制排氣背壓控制閥9，確保(發(fā)動機(jī))氣缸3的四個(gè)氣缸中每一缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)相等。
[0040]氧濃度傳感器10用于判斷發(fā)動機(jī)混合氣的狀態(tài)。
[0041]EGR泄壓閥11根據(jù)E⑶的信號開啟或者是關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對EGR氣量的控制。
[0042]EGR中冷器12根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況，接收來自E⑶的信號控制EGR氣體的溫度，防止發(fā)動機(jī)過熱。
[0043](進(jìn)氣總管)溫度傳感器14和(進(jìn)氣總管)壓力傳感器15信號直接傳遞給ECU，作為判斷和控制EGR中冷器12 `(EGR中冷器12的冷卻介質(zhì)的進(jìn)口管上設(shè)置有冷卻介質(zhì)控制閥，E⑶的控制信號輸出至冷卻介質(zhì)控制閥)和EGR泄壓閥以及排氣背壓控制閥(壓力傳感器15、溫度傳感器14和排氣背壓傳感器5以及氧濃度傳感器10的信號輸出至ECU，ECU的控制信號輸出至排氣背壓控制閥9以及EGR泄壓閥11)的依據(jù)。
[0044]本實(shí)用新型的純氧發(fā)動機(jī)是按照以下的原理進(jìn)行工作的:
[0045]4缸發(fā)動機(jī)其中一缸的廢氣直接排出發(fā)動機(jī)而進(jìn)入大氣環(huán)境,其排氣背壓由背壓控制閥控制并與其余三缸的排氣壓力(即EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管內(nèi)的壓力)保持一致。其余三缸內(nèi)的全部氣體經(jīng)由EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管和EGR中冷器后進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管，EGR中冷后的氣體溫度根據(jù)進(jìn)氣總管內(nèi)的壓力和溫度進(jìn)行控制，中冷后的EGR氣體當(dāng)中的H2O保持為干蒸氣狀態(tài)。純氧則經(jīng)過進(jìn)氣總管上的純氧進(jìn)口直接進(jìn)入到進(jìn)氣總管與EGR氣體混合，混合氣經(jīng)由進(jìn)氣歧管進(jìn)入到發(fā)動機(jī)內(nèi)部，純氧的進(jìn)氣量由ECU根據(jù)工況以及安裝在排氣管上的氧濃度傳感器進(jìn)行控制。燃油量根據(jù)純氧的進(jìn)氣量和工況進(jìn)行控制。
[0046]根據(jù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工況與所對應(yīng)的混合氣狀態(tài)，將純氧發(fā)動機(jī)的燃燒模式分為化學(xué)計(jì)量比燃燒模式、稀混合氣燃燒模式和濃混合氣燃燒模式。對每一燃燒模式又按發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行區(qū)分，包括有穩(wěn)態(tài)工況、加速工況和減速工況，因此一共得到了 9種不同工況下的燃燒模式，具體燃燒模式根據(jù)以下過程進(jìn)行:
[0047]1、按化學(xué)計(jì)量比燃燒模式
[0048]穩(wěn)態(tài)工況下的化學(xué)式:
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種純氧發(fā)動機(jī)，包括，進(jìn)氣總管(I)分別經(jīng)進(jìn)氣歧管(2)與四個(gè)氣缸(3)的進(jìn)氣口連接，其特征是，所述四個(gè)氣缸(3)中的一個(gè)氣缸的排氣口連接排氣管(6)，排氣管(6)上沿排氣方向順次設(shè)置有排氣背壓傳感器(5)、排氣背壓控制閥(9)以及氧濃度傳感器(10);所述四個(gè)氣缸(3 )中的其余三個(gè)氣缸的排氣口經(jīng)EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管(7 )與EGR中冷器(12 )的進(jìn)氣口連接，EGR中冷器(12)的出氣口經(jīng)EGR管(13)與進(jìn)氣總管(I)連接，EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管(7)上設(shè)置有EGR壓力傳感器(8);所述進(jìn)氣總管(I)上設(shè)置有純氧進(jìn)氣口(16)，進(jìn)氣總管(I)上設(shè)有壓力傳感器(15)和溫度傳感器(14);上述EGR系統(tǒng)進(jìn)氣總管(7)經(jīng)泄壓管與位于氧濃度傳感器(10)下游的排氣管(6)部分連接，該泄壓管上安裝有EGR泄壓閥(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純氧發(fā)動機(jī)，其特征是，還具有ECU;所述壓力傳感器(15)、溫度傳感器(14)和排氣背壓傳感器(5)以及氧濃度傳感器(10)的信號輸出至所述E⑶，上述E⑶的控制信號輸出至排氣背壓控制閥(9)以及EGR泄壓閥(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種純氧發(fā)動機(jī)，其特征是，所述EGR中冷器(12)的冷卻介質(zhì)的進(jìn)口管上設(shè)置有冷卻介質(zhì)控制閥，所述ECU的控制信號輸出至冷卻介質(zhì)控制閥。
【文檔編號】F02M25/07GK203532106SQ201320747381
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】田維, 韓志強(qiáng), 吳學(xué)舜, 鄧猛 申請人:西華大學(xué)