一種控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)減排【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種通過進(jìn)氣門預(yù)開啟凸輪控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部廢氣再循環(huán)率的方法。提出在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程中，通過進(jìn)氣門預(yù)開啟凸輪作用，使進(jìn)氣門短暫、小幅度開啟一次，依靠氣缸與進(jìn)氣管壓力差作用，將一定量廢氣推入進(jìn)氣管；在下一進(jìn)氣行程中，進(jìn)氣管中的廢氣便隨同新鮮空氣一同被吸入氣缸，實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)廢氣再循環(huán)的方法。通過調(diào)整進(jìn)氣門預(yù)開啟凸輪配氣相位、開啟持續(xù)角及升程三個(gè)特征參數(shù)，對(duì)流入進(jìn)氣管的廢氣進(jìn)行定量控制，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)IEGR率自主調(diào)控的目的。本發(fā)明簡(jiǎn)單便捷，無需測(cè)量排氣管和缸內(nèi)壓力波位置，因而其可以應(yīng)用于多種復(fù)雜工況，適用性更廣，成本更低，對(duì)IEGR率的控制更精確。
【專利說明】-種控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)動(dòng)機(jī)減排【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種利用進(jìn)氣口預(yù)開啟凸輪控制發(fā)動(dòng) 機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中污染物的排放量限制也相應(yīng)不 斷提高。對(duì)柴油機(jī)而言，N〇x和碳煙是尾氣中的兩種主要污染物，通常情況下主要通過 EGR巧xhaust Gas Recirculation,廢氣再循環(huán)）技術(shù)降低尾氣中氮氧化物N〇x的含量，該 是目前將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行缸內(nèi)凈化的主要手段。其實(shí)質(zhì)是將已燃廢氣再次引入氣缸參 與下一循環(huán)的燃燒。利用廢氣中C02，H20等S原子氣體高比熱容的特性作用，達(dá)到降低缸內(nèi) 溫度，減緩N〇x生成速率的目的。
[0003] 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究表明，IEGR(IEGR-Inner Exhaust Gas Recir州lation)技術(shù)W其 實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，附加成本低，可靠性高及外部空間占位小等諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用；成為 發(fā)動(dòng)機(jī)改善燃燒性能不可缺少的有效方法之一。
[0004] 一定量的循環(huán)廢氣能在減少N〇x排放量、抗爆燃、進(jìn)氣預(yù)熱、降低排氣溫等方面起 到積極的作用，但是廢氣同時(shí)又是誘發(fā)缸內(nèi)著火提前，導(dǎo)致熱效率下降，燃油消耗率、HC、C0 及煙度上升的因素之一，因此只有適當(dāng)?shù)膹U氣量，才能使其在發(fā)揮改善燃燒最大效能的同 時(shí)將其負(fù)面影響降至最低。因此，需對(duì)參與IEGR的廢氣率進(jìn)行精確控制，W便于平衡各作 用的影響，得到各種性能的最佳折中，使發(fā)動(dòng)機(jī)加權(quán)指標(biāo)同時(shí)滿足目標(biāo)整機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性 和排放性能要求。由于IEGR方法中廢氣量控制問題遠(yuǎn)比外部EGR困難得多，至今尚未獲得 有效的解決方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在無法控制IEGR率的問題，采用一種進(jìn)氣口預(yù) 開啟的方式，通過調(diào)整各特征參數(shù)的方法，達(dá)到自主控制IEGR率的目的。
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0007] 在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程中將進(jìn)氣口預(yù)先開啟一小段升程，利用此時(shí)缸內(nèi)壓力大于進(jìn)氣 管中壓力的條件，將一部分廢氣通過進(jìn)氣口壓入到進(jìn)氣管中，在下一循環(huán)進(jìn)氣時(shí)，該些回流 的廢氣又隨新鮮空氣進(jìn)入氣缸，從而達(dá)到廢氣再循環(huán)的目的。
[000引與進(jìn)氣口預(yù)開啟相關(guān)的特征參數(shù)有=個(gè)，分別為進(jìn)氣口預(yù)開啟的相位、進(jìn)氣口預(yù) 開啟持續(xù)角和進(jìn)氣口預(yù)開啟升程。各特征參數(shù)的變化對(duì)廢氣回流量的影響大小不同，通過 對(duì)該些參數(shù)的合理調(diào)整，準(zhǔn)確、靈活地控制發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下廢氣返回量即廢氣再循環(huán) 率，使氣缸內(nèi)新鮮氣體與廢氣的混合比例得到控制，最終達(dá)到IEGR技術(shù)對(duì)IEGR率的精確控 審IJ。有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒條件，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)性能與排放物控制最佳協(xié)調(diào)的目的。
[0009] 調(diào)整進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)IEGR率自主控制方法，包括進(jìn)氣口預(yù)開 啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值設(shè)定的步驟；欲使進(jìn)氣管內(nèi)具備足夠的廢氣流量，應(yīng)在排氣口開啟初期， 氣缸內(nèi)與進(jìn)氣管中壓力差較大時(shí)，將進(jìn)氣口與排氣口同時(shí)開啟，w保證廢氣順利流入進(jìn)氣 管中。因此可將進(jìn)氣口預(yù)開啟凸輪的開啟基準(zhǔn)相位設(shè)置成與排氣口開啟相位相同。根據(jù)不 同發(fā)動(dòng)機(jī)氣道流通時(shí)面值與氣管內(nèi)脈動(dòng)廢氣回饋量關(guān)系仿真結(jié)論，設(shè)定進(jìn)氣口預(yù)開啟凸輪 升程變化區(qū)間；同時(shí)，根據(jù)凸輪可靠性設(shè)計(jì)限值要求，設(shè)定與該升程區(qū)間相應(yīng)的最小凸輪工 作持續(xù)角變化范圍。
[0010] 調(diào)整進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)IEGR率自主控制方法，還包括W下步驟： 計(jì)算進(jìn)氣口預(yù)開啟相位對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。在進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值 的范圍內(nèi)設(shè)定進(jìn)氣口預(yù)開啟升程、進(jìn)氣口預(yù)開啟持續(xù)角為某一定值，改變進(jìn)氣口預(yù)開啟相 位，計(jì)算出其對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響情況。
[OCm] 調(diào)整進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)IEGR率自主控制方法，還包括W下步驟： 計(jì)算進(jìn)氣口預(yù)開啟持續(xù)角對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。在進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)基準(zhǔn) 值的范圍內(nèi)設(shè)定進(jìn)氣口預(yù)開啟升程為某一定值，進(jìn)氣口預(yù)開啟相位與排氣口開啟相位相 同。改變進(jìn)氣口預(yù)開啟持續(xù)角，計(jì)算出其對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響情況。
[0012] 調(diào)整進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)IEGR率自主控制方法，還包括W下步驟： 計(jì)算進(jìn)氣口預(yù)開啟升程對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。設(shè)定進(jìn)氣口預(yù)開啟相位與排氣口 開啟相位相同，在進(jìn)氣口預(yù)開啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)設(shè)定進(jìn)氣口預(yù)開啟持續(xù)角為某一 定值。改變進(jìn)氣口預(yù)開啟升程，計(jì)算出其對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響情況。
[001引本發(fā)明解決了傳統(tǒng)IEGR技術(shù)無法自主調(diào)控IEGR率的難題，與傳統(tǒng)排氣口二次開 啟IEGR技術(shù)相比，該技術(shù)更加簡(jiǎn)單便捷，無需測(cè)量排氣管和缸內(nèi)壓力波位置，因而其可W 應(yīng)用于多種復(fù)雜工況，適用性更廣，成本更低，對(duì)IEGR率的控制更精確，使IEGR技術(shù)在發(fā)動(dòng) 機(jī)尾氣處理方面得W更廣泛地應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為帶進(jìn)氣口預(yù)開啟的進(jìn)排氣口升程示意圖。
[00巧]圖2為進(jìn)氣口預(yù)開啟實(shí)現(xiàn)IEGR原理示意圖。
[0016] 圖3為2200r/min某發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、燃油消耗率與IEGR率隨進(jìn)氣口預(yù)開啟相 位變化關(guān)系曲線。
[0017] 圖4為2200r/min某發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、燃油消耗率與IEGR率隨進(jìn)氣口預(yù)開啟持 續(xù)角變化關(guān)系曲線。
[0018] 圖5為22(K)r/min某發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、燃油消耗率與IEGR率隨進(jìn)氣口預(yù)開啟升 程變化關(guān)系曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的核屯、是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部廢氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn)IEGR率自主控制的一項(xiàng)技術(shù)，是基 于進(jìn)氣口預(yù)開啟方式實(shí)現(xiàn)的，下面結(jié)合實(shí)例附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明提出的具體結(jié)構(gòu)及使用 情況，但本實(shí)施例不能用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列 入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020] 進(jìn)氣口預(yù)開啟策略實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)是由凸輪決定的。凸輪的型線控制著進(jìn)氣口預(yù)開啟 相位，進(jìn)氣口預(yù)開啟持續(xù)角及進(jìn)氣口預(yù)開啟升程=個(gè)與IEGR率有關(guān)的特征參數(shù)。圖1所示 為帶進(jìn)氣口預(yù)開啟的進(jìn)排氣口升程關(guān)系示意圖，在排氣口開啟的同時(shí)將進(jìn)氣口也小幅度開 啟一次，達(dá)到廢氣回流的目的，其實(shí)現(xiàn)方式是通過在進(jìn)氣凸輪前增加一個(gè)進(jìn)氣口預(yù)開啟凸 輪，此進(jìn)氣口預(yù)開啟凸輪就如同一個(gè)"廢氣流量控制閥"，根據(jù)對(duì)不同凸輪型線的優(yōu)化改進(jìn) 來控制回流入進(jìn)氣道中的廢氣，從而控制IEGR率，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口預(yù)開啟技術(shù)對(duì)IEGR率的自主 控制。整個(gè)進(jìn)氣口預(yù)開啟實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)IEGR率自主控制的過程如圖2所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行 程中，將進(jìn)氣口預(yù)開啟一小段升程，此時(shí)借助缸內(nèi)壓力大于進(jìn)氣管中壓力的條件，將部分廢 氣壓入進(jìn)氣管中；在下一進(jìn)氣行程，由進(jìn)氣主凸輪帶動(dòng)進(jìn)氣口打開，進(jìn)氣管中的廢氣連同新 鮮工質(zhì)一同進(jìn)入氣缸，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部廢氣再循環(huán)。
[0021] 下面W-款柴油機(jī)為例，具體參數(shù)見下表所示，說明本發(fā)明的可實(shí)施性。
[0022] 實(shí)例發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)
[0023]
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法，其特征在于：在進(jìn)氣凸輪前增加進(jìn)氣門預(yù)開 啟凸輪，通過對(duì)所述進(jìn)氣門預(yù)開啟凸輪型線的優(yōu)化來控制回流入進(jìn)氣道中的廢氣，從而控 制IEGR率；在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程中，將進(jìn)氣門預(yù)開啟一小段升程，此時(shí)借助氣缸內(nèi)壓力大于 進(jìn)氣管中壓力的條件，將部分廢氣壓入所述進(jìn)氣管中；在下一進(jìn)氣行程，由所述進(jìn)氣凸輪帶 動(dòng)所述進(jìn)氣門打開，所述進(jìn)氣管中的廢氣連同新鮮工質(zhì)一同進(jìn)入所述氣缸，實(shí)現(xiàn)所述發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)部廢氣的再循環(huán)。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法，其特征在于包括進(jìn)氣門預(yù)開 啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值設(shè)定的步驟，包括：（1)進(jìn)氣門預(yù)開啟相位基準(zhǔn)設(shè)定，欲使所述進(jìn)氣管內(nèi) 具備足夠的廢氣流量，應(yīng)在排氣門開啟初期，所述氣缸內(nèi)與所述進(jìn)氣管中壓力差較大時(shí)，將 所述進(jìn)氣門與所述排氣門同時(shí)開啟，以保證廢氣順利流入所述進(jìn)氣管中，因此可將所述進(jìn) 氣門預(yù)開啟凸輪的開啟基準(zhǔn)相位設(shè)置成與排氣門開啟相位相同；（2)進(jìn)氣門預(yù)開啟升程基 準(zhǔn)設(shè)定，根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)氣道流通時(shí)面值與氣管內(nèi)脈動(dòng)廢氣回饋量關(guān)系仿真結(jié)論，設(shè)定進(jìn) 氣門預(yù)開啟凸輪升程變化區(qū)間；（3)進(jìn)氣門預(yù)開啟持續(xù)角基準(zhǔn)值設(shè)定，根據(jù)凸輪可靠性設(shè) 計(jì)限值要求，設(shè)定與該升程區(qū)間相應(yīng)的最小凸輪工作持續(xù)角變化范圍。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法，其特征在于：采用單一變量 法核算所述進(jìn)氣門預(yù)開啟特征參數(shù)對(duì)目標(biāo)機(jī)型IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的影響，即保持 進(jìn)氣門預(yù)開啟其他特征參數(shù)值不變，通過改變某一特征參數(shù)，計(jì)算IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能隨 此特征參數(shù)的變化規(guī)律，所述特征參數(shù)對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響規(guī)律存在差異，由此通 過調(diào)整進(jìn)氣門預(yù)開啟不同特征參數(shù)值實(shí)現(xiàn)IEGR率自主控制。
4. 如權(quán)利要求3所述的控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法，其特征在于：在進(jìn)氣門預(yù)開 啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)設(shè)定進(jìn)氣門預(yù)開啟升程、進(jìn)氣門預(yù)開啟持續(xù)角為定值，改變進(jìn) 氣門預(yù)開啟相位，計(jì)算出進(jìn)氣門預(yù)開啟相位對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響情況。
5. 如權(quán)利要求3所述的控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法，其特征在于：在進(jìn)氣門預(yù)開 啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)設(shè)定所述進(jìn)氣門預(yù)開啟升程為定值，進(jìn)氣門預(yù)開啟相位與排氣 門開啟相位相同，改變進(jìn)氣門預(yù)開啟持續(xù)角，計(jì)算出進(jìn)氣門預(yù)開啟持續(xù)角對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng) 機(jī)性能的影響情況。
6. 如權(quán)利要求3所述的控制發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣量的方法，其特征在于：設(shè)定進(jìn)氣門預(yù) 開啟相位與排氣門開啟相位相同，在進(jìn)氣門預(yù)開啟特征參數(shù)基準(zhǔn)值的范圍內(nèi)設(shè)定進(jìn)氣門預(yù) 開啟持續(xù)角為定值，改變進(jìn)氣門預(yù)開啟升程，計(jì)算出進(jìn)氣門預(yù)開啟升程對(duì)IEGR率及發(fā)動(dòng)機(jī) 性能的影響情況。
【文檔編號(hào)】F02D21/08GK104481742SQ201410489931
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】褚超美, 王成潤, 洪佳駿 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)