CN101526035A - 车用纯氧燃烧发动机系统 - Google Patents

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舒歌群
张祚
梁兴雨
卫海桥
张韦
韩睿
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Abstract

本发明涉及一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括内燃发动机及废气再循环系统，并且采用高压储氧罐或者膜分离制氧装置构成的纯氧供气系统提供纯氧，将车辆EGR系统的EGR废气与纯氧进行混合后作为发动机的进气，由此实现发动机富氧燃烧，在降低柴油机颗粒排放的同时，有效减低柴油机氮氧化物排放的目的，可达到严格排放标准，并且通过ECU进行闭环自动控制，可实现精确控制氧气含量，从而控制发动机燃烧过程，实现超低排放。

Description

车用纯氧燃烧发动机系统
技术领域
本发明属于内燃机领域，特别是一种车用纯氧燃烧发动机系统。
背景技术
目前，环境污染正成为一个众所关注的社会问题，各国制订的柴油机排放法规逐年趋于严格。柴油机有害排放物主要是NOX和微粒子(碳烟和可溶性有机物)，由于其净化方法相互抵触和矛盾。给全面满足排放法规带来了困难。发动机研究者采用各种不同的技术，如直喷化增压、中冷、高压喷射、废气再循环(EGR)、电子控制、低润滑油消耗等措施，对降低排放水平带来了一定的好处，但从根本上解决上述问题仍是一个技术难题。众所周知，EGR系统可降低氮氧化物排放，但是高EGR意味着进气稀释及O2浓度降低，会致使燃烧恶化，从而导致柴油机工作性能下降，碳烟水平上升。理论上，纯氧进气可使碳烟排放下降，但是单纯使用纯氧进气则会导致气缸内O2浓度增高，燃烧急剧而充分，会导致燃烧温度过高，NOX排放水平升高，对喷油嘴和燃烧室的烧蚀过大，压力升高率和燃烧噪声过高等方面的负面因素都无法保证发动机的工作平顺和可靠，所以纯氧进气一直无法在发动机上使用。为此，采用纯氧进气与EGR废气进行结合，并精确控制氧气浓度，是实现发动机富氧燃烧的所要完成的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用纯氧燃烧发动机系统，其可实现EGR系统与纯氧的混合进气，并且通过电控单元使纯氧与EGR废气混合成最佳比例之后进入发动机内完成燃烧工作，从而实现节能减排、提高效率等目的。
本发明解决上述技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括发动机及废气再循环系统，废气再循环系统主要由与发动机排气总管出口端相连的背压阀及EGR阀、与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与发动机进气总管连接，其特征在于：发动机的进气总管还与一高压储氧罐的输出管路相连通，高压储氧罐的输出管路上依次安装有减压阀、节流阀，在进气总管上安装有氧浓度传感器，该氧浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接，所述减压阀、节流阀、背压阀、EGR阀的信号输入端分别与该电控单元的输出口一一对应连接。
而且，所述的进气总管还与一大气进气管相连通，在该大气进气管上安装有应急进气阀，该应急进气阀的信号输入端与电控单元的一输出口相连接。
而且，在进气总管上安装有二氧化碳浓度传感器，该二氧化碳浓度传感器的信号输出端与所述电控单元的一输入口相连接。
而且，所述的高压储氧罐的输出管路上安装有供氧压力传感器，在进气总管上安装有进气压力传感器，在发动机排气总管上安装有排气压力传感器，该供氧压力传感器、进气压力传感器及排气压力传感器均与电控单元的输入口一一对应连接。
一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括发动机及废气再循环系统，废气再循环系统主要由与发动机排气总管出口端相连的背压阀及EGR阀、与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与发动机进气总管连接，其特征在于：发动机的进气总管还与一膜分离制氧装置的氧气输出管路相连通，该膜分离制氧装置由压力机、富氧渗透膜及冷却器依次连接安装而成，在进气总管上安装有氧浓度传感器，该氧浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接，所述背压阀、EGR阀及压力泵的信号输入端分别与该电控单元的输出口一一对应连接。
而且，在进气总管上还安装有二氧化碳浓度传感器，该二氧化碳浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接。
而且，在所述的进气总管上安装有进气压力传感器及进气流量传感器，在发动机排气总管上安装有排气压力传感器，该进气压力传感器、进气流量传感器及排气压力传感器与电控单元的输入口一一对应连接。
本发明的优点和有益效果为：
本车用纯氧燃烧发动机系统将车辆EGR系统与纯氧供气系统进行结合，将EGR废气与纯氧混合后作为发动机的进气，由此实现发动机富氧燃烧，在降低柴油机颗粒排放的同时，有效减低柴油机氮氧化物排放的目的，可达到严格排放标准，并且通过ECU进行闭环自动控制，可实现精确控制氧气含量，从而控制发动机燃烧过程，实现超低排放。
附图说明
图1为本发明车用纯氧燃烧发动机系统第一种实施例的原理方框图；
图2为本发明车用纯氧燃烧发动机系统第二种实施例的原理方框图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括发动机及废气再循环系统，废气再循环系统主要由与内燃发动机排气总管出口端相连的背压阀及EGR阀、与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与内燃发动机进气总管连接。本系统的创新之处在于：发动机的进气总管还与一高压储氧罐的输出管路相连通，高压储氧罐的出口端依次安装有减压阀、节流阀，在进气总管上安装有氧浓度传感器，该氧浓度传感器的信号输出端与电控单元(ECU)的一输入口相连接，所述减压阀、节流阀、背压阀、EGR阀的信号输入端分别与该电控单元的输出口一一对应连接。进气总管还与一大气进气管相连通，在该大气进气管上安装有应急进气阀，该应急进气阀的信号输入端与电控单元的一输出口相连接，以备高压储氧罐储氧量不足时应急使用。在进气总管上安装有二氧化碳浓度传感器，该二氧化碳浓度传感器的信号输出端与所述电控单元的一输入口相连接。高压储氧罐的输出管路上安装有供氧压力传感器，在进气总管上安装有进气压力传感器，在发动机排气总管上安装有排气压力传感器，该供氧压力传感器、进气压力传感器及排气压力传感器均与电控单元的输入口一一对应连接。
本车用纯氧燃烧发动机系统中，通过EGR阀、EGR冷却器、排气背压阀所组成的废气再循环系统，将燃料燃烧产生的废气与由高压储氧罐提供的纯氧进行充分混合，重新进入发动机参与燃烧。通过氧浓度传感器、二氧化碳浓度传感器的测量与电控单元(ECU)控制的EGR阀、背压阀、节流阀、减压阀等的调解，使进气氧浓度保持在20％～30％之间，并根据不同工况将其控制在最佳值处，从而实现无需空气参与的可控的富氧燃烧。富氧燃烧可以使燃料燃烧得更加充分，有效降低微粒、CO、HC等排放物。同时，由于废气成分中含有大量CO2和水蒸气，比热容较高，有利于吸收因富氧燃烧产生的高温，抑制氮氧化物的生成，保证排放水平能够达到相关国家标准。并且该系统可以通过电控单元(ECU)进行闭环自动控制，存储提前进行实验标定的最佳数值，可合理控制发动机燃烧过程，实现超低排放。
一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括发动机及废气再循环系统，废气再循环系统主要由与内燃发动机排气总管出口端相连的背压阀及EGR阀、与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与内燃发动机进气总管连接。本系统的创新之处在于：内燃发动机的进气总管还与一膜分离制氧装置的氧气输出管路相连通，该膜分离制氧装置由压力机、富氧渗透膜及冷却器依次连接安装而成，在进气总管上安装有氧浓度传感器，该氧浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接，所述背压阀、EGR阀及压力泵的信号输入端分别与该电控单元的输出口一一对应连接。在进气总管上安装有二氧化碳浓度传感器，该二氧化碳浓度传感器的信号输出端与所述电控单元的一输入口相连接。在进气总管上安装有进气压力传感器及进气流量传感器，在发动机排气总管上安装有排气压力传感器，该进气压力传感器、进气流量传感器及排气压力传感器与电控单元的输入口一一对应连接。
本实施例中采用膜分离制氧装置制造富氧空气，并与废气再循环系统相结合。膜分离制氧装置中的压气机维持富氧渗透膜两侧的压差，空气通过富氧渗透膜后形成氧浓度25％～35％的富氧空气。通过EGR阀、EGR冷却器、背压阀所组成的废气再循环系统，将燃料燃烧产生的废气与新鲜富氧空气再进行充分混合，重新进入发动机参与燃烧。通过氧浓度传感器与EGR阀、节流阀等组成的闭环控制系统，将进气氧浓度控制在最佳点处，实现进气中氧浓度的精确控制。
本发明的车用纯氧燃烧发动机系统，采用高压储氧罐或膜分离制氧装置作为纯氧供气系统，实现将纯氧与EGR废气进行混和后作为发动机的助燃气体，并通过电控单元精确控制氧气浓度，以达到发动机内的富氧燃烧，从而有效减低柴油机氮氧化物排放，降低柴油机颗粒排放，达到严格排放标准。

Claims (7)

1.一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括发动机及废气再循环系统，废气再循环系统主要由与发动机排气总管出口端相连的背压阀及EGR阀、与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与发动机进气总管连接，其特征在于：发动机的进气总管还与一高压储氧罐的输出管路相连通，高压储氧罐的输出管路上依次安装有减压阀、节流阀，在进气总管上安装有氧浓度传感器，该氧浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接，所述减压阀、节流阀、背压阀、EGR阀的信号输入端分别与该电控单元的输出口一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的车用纯氧燃烧发动机系统，其特征在于：所述的进气总管还与一大气进气管相连通，在该大气进气管上安装有应急进气阀，该应急进气阀的信号输入端与电控单元的一输出口相连接。
3.根据权利要求2所述的车用纯氧燃烧发动机系统，其特征在于：在进气总管上安装有二氧化碳浓度传感器，该二氧化碳浓度传感器的信号输出端与所述电控单元的一输入口相连接。
4.根据权利要求3所述的车用纯氧燃烧发动机系统，其特征在于：所述的高压储氧罐的输出管路上安装有供氧压力传感器，在进气总管上安装有进气压力传感器，在发动机排气总管上安装有排气压力传感器，该供氧压力传感器、进气压力传感器及排气压力传感器均与电控单元的输入口一一对应连接。
5.一种车用纯氧燃烧发动机系统，包括发动机及废气再循环系统，废气再循环系统主要由与发动机排气总管出口端相连的背压阀及EGR阀、与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与发动机进气总管连接，其特征在于：发动机的进气总管还与一膜分离制氧装置的氧气输出管路相连通，该膜分离制氧装置由压力机、富氧渗透膜及冷却器依次连接安装而成，在进气总管上安装有氧浓度传感器，该氧浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接，所述背压阀、EGR阀及压力泵的信号输入端分别与该电控单元的输出口一一对应连接。
6.根据权利要求5所述的车用纯氧燃烧发动机系统，其特征在于：在进气总管上还安装有二氧化碳浓度传感器，该二氧化碳浓度传感器的信号输出端与电控单元的一输入口相连接。
7.根据权利要求6所述的车用纯氧燃烧发动机系统，其特征在于：在所述的进气总管上安装有进气压力传感器及进气流量传感器，在发动机排气总管上安装有排气压力传感器，该进气压力传感器、进气流量传感器及排气压力传感器与电控单元的输入口一一对应连接。
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