CN102797567A - 发动机进气控制系统以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种发动机进气控制系统以及控制方法。发动机进气控制系统包括发动机以及发动机ECU；与发动机排气口相连的三元催化器；与发动机进气口相连的空气滤清器，空气滤清器具有第一进气口、第二进气口和出气口，其中第一路空气直接通过第一进气口进入空气滤清器；空气过滤器、空气分离膜组件和节气门控制阀，其中第二路空气进入空气过滤器后进入空气分离膜组件而被分离为富氧气体和富氮气体，富氧气体随后通过节气门控制阀进入空气滤清器的第二进气口并与第一路空气混合后进入发动机；以及设置在空气滤清器中并且位于空气滤清器的出气口附近的氧浓度传感器，其中发动机ECU基于三元催化器的工作状态和氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度。

Description

发动机进气控制系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及发动机控制系统，更具体地，涉及发动机进气控制系统以及控制方法。
背景技术
研究表明，富氧燃烧能够提高燃烧温度，促进燃烧完全，可以减少CO以及HC（碳氢化合物）的排放，并能有效缩短三元催化器的起燃时间，有效降低冷启动的排放。然而当三元催化器起燃后，在氧气浓度过高的情况下，NOx的排放会明显上升。因此，需要合理选择富氧燃烧的时机。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机进气控制系统以及控制方法，其可实现对发动机氧气供给系统进行合理控制，改善冷启动工况下发动机的排放。
根据本发明的一个方面，提供了一种发动机进气控制系统，包括：
发动机以及发动机ECU；
与发动机排气口相连的三元催化器；
与发动机进气口相连的空气滤清器，空气滤清器具有第一进气口、第二进气口和出气口，其中第一路空气直接通过第一进气口进入空气滤清器；
空气过滤器、空气分离膜组件和节气门控制阀，其中第二路空气进入空气过滤器之后再进入空气分离膜组件而被分离为富氧气体和富氮气体，富氧气体随后通过节气门控制阀进入空气滤清器的第二进气口并且与第一路空气混合后经由空气滤清器的出气口进入发动机进气口；以及
设置在空气滤清器中并且位于空气滤清器的出气口附近的氧浓度传感器，
其中发动机ECU基于三元催化器的工作状态和氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度。
在一种实施方式中，当发动机ECU监测到三元催化器未起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀开启；当发动机ECU监测到三元催化器已经起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀关闭。作为优选，当节气门控制阀开启时，发动机ECU基于氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度，使得空气滤清器的出气口附近的混合气体中的氧浓度基本保持恒定。
根据本发明的另一个方面，提供了一种发动机进气控制方法，包括：
提供与发动机进气口相连的空气滤清器，其中空气滤清器具有第一进气口、第二进气口和出气口，
提供位于空气滤清器中并且在空气滤清器的出气口附近的氧浓度传感器；
提供空气分离膜组件以及节气门控制阀；
提供与发动机排气口相连的三元催化器；以及
提供发动机ECU，
其中，通过发动机ECU监测三元催化器的工作状态；以及
根据所监测的三元催化器的工作状态控制节气门控制阀的开关，
当节气门控制阀开启时：使第一路空气通过空气滤清器的第一进气口直接进入空气滤清器；使第二路空气通过空气分离膜组件被分离为富氧气体和富氮气体；使富氧气体通过节气门控制阀进入空气滤清器的第二进气口；以及使富氧气体与第一路空气混合后经由空气滤清器的出气口进入发动机进气口，其中发动机ECU基于氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度。
在一种实施方式中，当发动机ECU监测到三元催化器未起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀开启；当发动机ECU监测到三元催化器已经起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀关闭。当节气门控制阀开启时，发动机ECU基于氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度，使得空气滤清器的出气口附近的混合气体中的氧浓度基本保持恒定。发动机ECU控制节气门控制阀的开度，使得空气滤清器的出气口附近的混合气体中的氧气体积分数在23％左右。
作为优选，本发明的发动机进气控制方法还可以包括：
提供空气过滤器，
其中第二路空气经由空气过滤器之后再进入空气分离膜组件。
可以在节气门控制阀关闭时，从空气分离膜组件排放富氮气体。
作为优选，本发明的方法中通过空气分离膜组件分离出的富氧气体中的氧气体积分数在35％以上。
本发明的控制系统只需取用普通空气，通过膜分离技术就可以得到氧气体积分数在35％以上的富氧气体。通过节气门控制阀控制此富氧气体进入空气滤清器，能够确保氧气体积分数在23％以上，从而达到提升进气氧浓度的目的。该控制方法可以通过采集空气滤清器出气口处氧气浓度来控制节气门控制阀的开度，保证进气氧气浓度恒定。该控制系统在发动机冷启动时起作用，能够有效改善冷启动工况下发动机的排放。为了防止在三元催化器起燃后NOx的排放量变大，还可以通过采集三元催化器处的信号，确保该控制系统只在三元催化器还未起燃时起作用。
附图说明
图1为本发明的发动机进气控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的内容。
参见图1，本发明的发动机进气控制系统包括发动机5，发动机ECU7，与发动机5进气口相连的空气滤清器4，以及与发动机5排气口相连的三元催化器6。其中，空气滤清器4具有第一进气口、第二进气口和出气口。第一路空气11可以直接经第一进气口进入空气滤清器4。而第二路空气12需要经过富氧处理后才能经第二进气口进入空气滤清器4。如图1所示，第二路空气12可以先经空气过滤器1进入空气分离膜组件2，而后被分离为富氧气体21和富氮气体22，其中富氧气体21通过节气门控制阀3经第二进气口进入空气滤清器4，并且与第一路空气11混合后经由空气滤清器4的出气口进入发动机5进气口。空气分离膜组件2的结构为本领域技术人员所已知的，在此不再赘述。在空气滤清器4中位于空气滤清器4的出气口附近设有氧浓度传感器40，用于采集空气滤清器4的出气口处的氧浓度信号并传送至发动机ECU7。在其他的实施例中，氧浓度传感器40也可以设置在发动机进气口附近。发动机ECU7能够根据三元催化器6的工作状态和氧浓度传感器40传送的氧浓度信号控制节气门控制阀3的开度。
下面简单描述本发明的发动机进气控制方法。
在发动机5起动后，发动机ECU7监测到三元催化器6未起燃，发动机ECU7输出信号给节气门控制阀3，节气门控制阀3开启。同时，空气滤清器4产生很大负压，第一进气口和第二进气口同时向空气滤清器4供气。
第一路空气通过空气滤清器4的第一进气口直接进入空气滤清器4。第二路空气12进入空气过滤器1，除去大部分灰尘后进入空气分离膜组件2分离成两股气体，即富氧气体21和富氮气体22。作为优选，经空气分离膜组件2分离出的富氧气体21中的氧气体积分数在35％以上。富氧气体21通过节气门控制阀3进入到空气滤清器4中，与空气滤清器4中的第一路空气11混合得到混合气体41。富氮气体22则可以在节气门控制阀3关闭的时候，排向大气。
设置在空气滤清器4出气口处的氧浓度传感器40将采集到的混合气体41的氧浓度信号传送给发动机ECU7，发动机ECU7根据混合气体41的氧气浓度，输出信号给节气门控制阀3，控制其开度，确保空气滤清器4出口处的氧气浓度恒定。例如可以使空气滤清器4出气口附近的混合气体41中的氧气体积分数保持在23％左右。从空气滤清器4出气口处出来的混合气体41进入发动机5中进行燃烧。当发动机5运转一段时间后，发动机ECU7监测到三元催化器6已经起燃，发动机ECU7输出信号给节气门控制器3，节气门控制阀3关闭，第二路空气12停止向空气滤清器4供气，第一路空气11经空气过滤器4过滤后直接进入发动机5中进行燃烧即可。
本领域技术人员可以理解，上述图示内容和实施例仅用于解释本发明而非用于对其作出任何限制。

Claims (10)

1.一种发动机进气控制系统，包括：
发动机以及发动机ECU；
与发动机排气口相连的三元催化器；
与发动机进气口相连的空气滤清器，空气滤清器具有第一进气口、第二进气口和出气口，其中第一路空气直接通过第一进气口进入空气滤清器；
空气过滤器、空气分离膜组件和节气门控制阀，其中第二路空气进入空气过滤器之后再进入空气分离膜组件而被分离为富氧气体和富氮气体，富氧气体随后通过节气门控制阀进入空气滤清器的第二进气口并且与第一路空气混合后经由空气滤清器的出气口进入发动机进气口；以及
设置在空气滤清器中并且位于空气滤清器的出气口附近的氧浓度传感器，
其中发动机ECU基于三元催化器的工作状态和氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度。
2.权利要求1的发动机进气控制系统，其中当发动机ECU监测到三元催化器未起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀开启；当发动机ECU监测到三元催化器已经起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀关闭。
3.权利要求2的发动机进气控制系统，其中当节气门控制阀开启时，发动机ECU基于氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度，使得空气滤清器的出气口附近的混合气体中的氧浓度基本保持恒定。
4.一种发动机进气控制方法，包括：
提供与发动机进气口相连的空气滤清器，其中空气滤清器具有第一进气口、第二进气口和出气口，
提供位于空气滤清器中并且在空气滤清器的出气口附近的氧浓度传感器；
提供空气分离膜组件以及节气门控制阀；
提供与发动机排气口相连的三元催化器；以及
提供发动机ECU，
其中，通过发动机ECU监测三元催化器的工作状态；以及
根据所监测的三元催化器的工作状态控制节气门控制阀的开关，
当节气门控制阀开启时：使第一路空气通过空气滤清器的第一进气口直接进入空气滤清器；使第二路空气通过空气分离膜组件被分离为富氧气体和富氮气体；使富氧气体通过节气门控制阀进入空气滤清器的第二进气口；以及使富氧气体与第一路空气混合后经由空气滤清器的出气口进入发动机进气口，其中发动机ECU基于氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度。
5.权利要求4的发动机进气控制方法，其中当发动机ECU监测到三元催化器未起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀开启；当发动机ECU监测到三元催化器已经起燃时，发动机ECU控制节气门控制阀关闭。
6.权利要求5的发动机进气控制方法，其中当节气门控制阀开启时，发动机ECU基于氧浓度传感器传送的氧浓度信号控制节气门控制阀的开度，使得空气滤清器的出气口附近的混合气体中的氧浓度基本保持恒定。
7.权利要求6的发动机进气控制方法，其中当节气门控制阀开启时，发动机ECU控制节气门控制阀的开度，使得空气滤清器的出气口附近的混合气体中的氧气体积分数在23％左右。
8.权利要求4的发动机进气控制方法，还包括：
提供空气过滤器，
其中第二路空气经由空气过滤器之后再进入空气分离膜组件。
9.权利要求4的发动机进气控制方法，其中当节气门控制阀关闭时，从空气分离膜组件排放富氮气体。
10.权利要求4的发动机进气控制方法，其中通过空气分离膜组件分离出的富氧气体中的氧气体积分数在35％以上。
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