CN103696887A

CN103696887A - 一种内燃机减氮增氧进气装置及其控制方法

Info

Publication number: CN103696887A
Application number: CN201310711630.5A
Authority: CN
Inventors: 肖国权; 梁荣光; 王惜慧
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明公开了一种内燃机减氮增氧进气装置及控制方法，包括氮气过滤管、控制系统、与排气管连接的废气涡轮；氮气过滤管的管壁上设置有第一氧传感器、低氧空气排出阀和空气直通阀电磁阀；所述涡轮压气装置的一端连接空气过滤器；所述进气总管连接发动机的多个进气歧管；所述进气总管上设有第二氧传感器。空气过滤器把空气中的机械杂质滤掉，涡轮压气装置压入各氮气过滤管，在涡轮压气装置的压送和发动机进气抽吸的共同作用下，空气中的氧气顺利通过氮气过滤管渗滤出来进入气缸，而氮气被抑制通过，使得通过氮气过滤管后进入气缸中空气的含氧量大大增加，就可多烧油发出更大的功率，同时改善燃烧，真正实现发动机的节能与环保。

Description

一种内燃机减氮增氧进气装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及动力工程领域的发动机，尤其涉及一种内燃机减氮增氧进气装置及其控制方法。

背景技术

汽车工业的迅猛发展一方面给人类生活和工作带来了巨大的方便，另一方面却引发了与人类生存环境相关的系列矛盾，其中最重要的是发动机的排放污染严重破坏了人类的生态环境，能耗高又加速了石化能源的枯竭，这些矛盾随着时间的推移将愈演愈烈。随着汽车保有量的迅速增加，城市大气污染中来自车辆尾气（发动机排放的比例越来越大。车辆在道路中行驶时，由于路面灰尘很大，车辆发动机的工作环境非常恶劣，即使采用高位进气（避免路面飞扬的尘土和前面车辆的排放污染，但还是要采用加强型的空气滤清器，使得进气阻力增大，实际进入气缸的空气量更少。

发动机是一种热能动力机械，燃料（液态或气态燃料与空气的混合物）在发动机气缸内燃烧（点燃或压燃），燃料的化学能转化为热能，通过膨胀推动活塞连杆曲轴，对外输出机械功。

在现有的发动机技术中，虽然采用了增压和电喷等，但仍然常碰到因空气不足燃烧组织得不好，导致功率不足，排放污染偏高的问题，国产发动机的高能耗高污染的落后状况，使我国的动力机械及汽车工业的发展受到极大的限制。发动机燃烧空气的不足实际是氧气不足。众所周知：空气中氮占78%，氧只占21%，在原有的进气装置上，尽管人们想尽各种办法向有限的气缸容积中增大进入气缸的空气量，如在《一种氮氧增压装置》的专利（ZL200720050064.8）中提出的增压装置，实际上氧气的增加并不多，而氮气却增加的很多，可见增大进缸空气量的技术，其增氧效果并不明显，且会导致内燃机排放物中NO_x的增多。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种内燃机减氮增氧进气装置及其控制方法，让发动机的进气中含氧量增加、含氮量减少，使发动机输出更大功率的同时，实现发动机的节能与环保。

本发明通过下述技术方案实现：

一种内燃机减氮增氧进气装置，包括氮气过滤管5、控制系统、与排气管13连接的废气涡轮14，所述排气管13设有一个废气EGR支管12；

所述氮气过滤管5的管壁上设置有第一氧传感器6、低氧空气排出阀7和空气直通阀电磁阀11；

所述氮气过滤管5的其中一端连接发动机进气总管9，另一端连接涡轮压气装置3，所述涡轮压气装置3的一端连接空气过滤器2，空气过滤器2前设有引入一部份废气的排气管1；所述进气总管9连接发动机的多个进气歧管10；所述进气总管9上设有第二氧传感器8；

所述第一氧传感器6、第二氧传感器8、空气直通阀电磁阀11分别连接控制系统；

所述废气涡轮14与涡轮压气装置3通过管路相互连通；

所述废气EGR支管12与多个进气歧管10中的其中一个进气歧管连通。

所述进气总管9和涡轮压气装置3通过法兰4连接。

上述内燃机减氮增氧进气装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：发动机废气中的一部分废气经EGR支管12再进入进气总管9，废气涡轮14吸收排气管13中废气能量，经涡轮压气装置3来给经空气过滤器2过滤的新鲜空气增压，而后进入氮气过滤管5过滤，此时氮气过滤管5的低氧空气排出阀7的端口为封闭状态，在氮气过滤管5内空气中含氧量小于7%时，该低氧空气排出阀7处于打开状态，排出氮气过滤管5；

步骤二：该低氧空气排出阀7由第一氧传感器6控制，采集经氮气过滤管5过滤后的氧气含量；第二氧传感器8采集进气总管9内的含氧量；空气直通电磁阀11由第二氧含量传感器8的信号控制，当进气总管9内的含氧量大于32%时，空气直通电磁阀11打开，让部分空气不用通过氮气过滤管5，而直接进入进气总管9，从而使进入进气总管9的空气中氮含量小于氧含量，使得进气总管9的氧含量在26%～32%之间

步骤二：当进气总管9的氧含量低于26%～32%时，重复步骤一、步骤二。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

发动机工作时，机外空气经空气过滤器过滤后，再经涡轮压气装置增压，滤出后进入发动机的进气总管和进气歧管，最后进入气缸和燃料混合好后燃烧并发出功率。空气过滤器把空气中的机械杂质滤掉，在涡轮压气装置的作用下，被压入各氮气过滤管，在涡轮压气装置的压送和发动机进气抽吸的共同作用下，空气中的氧气顺利通过氮气过滤管渗滤出来进入气缸，而氮气被抑制通过，使得通过氮气过滤管后进入气缸中空气的含氧量大大增加，就可多烧油发出更大的功率，同时改善燃烧，真正实现发动机的节能与环保。

通过氮气过滤管内的空气，由于大量氧气走了，大量的氮气却留下来，因此含氧量就变得很低，当氮气过滤管中的第一氧传感器感知氧含量低至7%时便发出信号，信号通过控制系统处理后，就会接通氮气过滤管末端的低氧空气排出阀的电源，使低氧空气排出阀打开，将氮气过滤管内严重缺氧的“旧空气”排到进气总管外大气中，而经过空气过滤器2过滤的新鲜空气，马上进入氮气过滤管，继续进行富氧的处理工作。

可见，本发明可使内燃机的进气含氧量明显增多，因此可使发动机功率明显地提高，并取得明显的环保节能效果。假定经过富氧处理后，进气总管里的空气的含氧量由平常的21%提高到29%，则氮气的含量就由平常的78%降低为70%。由于含氧量增多近40%，故内燃机的功率可提高近40%，排放中的NO_x可降低12%左右，含氧量提高极大地改善燃烧，则排放中的碳烟、CH化合物和CO就可大幅降低，取得及其明显的节能与环保效果。

城市中在用车今后的燃料会由油转气，即改用天然气用以降低其排放对环境的污染，但使用气体燃料后若仍用原来的进气系统，则充气量就会减少（实质是氧含量减少了而使发动机的功率下跌，一般要减少10%以上，从而使车辆爬坡喘气、超车无力，这是一种隐藏着许多危险的技术状态。而配用上本发明专利的富氧进气装置，就可轻易地补足所缺的氧气量，从而克服这个困难，排除隐藏的危险。

本发明技术手段简便易行，在增大发动机输出动力的同时，满足了节能和环保的要求。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明控制方法的控制流程示意图；

图3为本发明的控制系统线路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至3所示。本发明内燃机减氮增氧进气装置，包括氮气过滤管5、控制系统、与排气管13连接的废气涡轮14，所述排气管13设有一个废气EGR支管12；

所述氮气过滤管5的其中一端连接发动机的进气总管9，另一端连接涡轮压气装置3，所述涡轮压气装置3的一端连接空气过滤器2，空气过滤器2前设有引入一部份废气的排气管1；所述进气总管9连接发动机的多个进气歧管10；所述进气总管9上设有第二氧传感器8；

所述废气涡轮14与涡轮压气装置3通过管路相互连通；

所述进气总管9和涡轮压气装置3通过法兰4连接。

上述内燃机减氮增氧进气装置的控制方法，通过如下步骤实现：

步骤一：发动机废气中的一部分废气经EGR支管12再进入进气总管9（可降低燃烧温度，减少NOx），废气涡轮14吸收排气管13中废气能量，经涡轮压气装置3来给经空气过滤器2过滤的新鲜空气增压，而后进入氮气过滤管5（用“聚砜”高分子有机材料做成的）过滤，此时氮气过滤管5的低氧空气排出阀7的端口为封闭状态，在氮气过滤管5内空气中含氧量小于7%时，该低氧空气排出阀7处于打开状态，排出氮气过滤管5内含氧量很低的“低氧空气”；

步骤二：该低氧空气排出阀7由第一氧传感器6控制，采集经氮气过滤管5过滤后的氧气含量；第二氧传感器8采集进气总管9内的含氧量；空气直通电磁阀11由第二氧含量传感器8的信号控制，当进气总管9内的含氧量大于32%时，空气直通电磁阀11打开，让部分空气不用通过氮气过滤管5，而直接进入进气总管9，从而使进入进气总管9的空气中氮含量小于氧含量，使得进气总管9的氧含量在26%～32%之间，从而使发动机工作稳定，功率稳定。

如上所述。由于氮气过滤管5的工作是间歇性的，又因各个时刻或各条氮气过滤管的富氧工作不一定平衡，这就使得进气总管9里的空气中的含氧量出现波动，过大的波动就会明显影响发动机的性能，使发动机发出功率不稳定，这是各动力装置都不允许的，为此，第二氧传感器8和空气直通电磁阀11配合作用，对进气总管的空气的含氧量进行“稳定”调整；当氧含量偏高时，空气直通电磁阀11通电，气阀打开让普通空气经直接进入进气总管9，对其内的空气氧含量进行“稀释”；反过来就关掉空气直通电磁阀11，让进气总管9内的空气的含氧量大体一致，从而保证内燃机工作性能稳定。

由于进入气缸的空气中的氮气明显减少了，且结合了EGR技术，降低了缸内燃烧的最高温度，因此生成NO_x相应就会大大减少，这对降低内燃机的排污非常有利。

氮气过滤管6用“聚砜”高分子材料专门制造，本专利采用的双酚A型聚砜(PSF)U CC-80是聚砜类聚合物最早的产品，在1965年由UCC公司成功开发，美国碳化公司生产，也可以采用国产聚砜:上海曙光化工厂生产的SG-90。低氧空气排出阀7和空气直通电磁阀11采用浙江乐清市顺通电气有限公司的MFZ1-3YC直流电磁阀线圈。第一氧传感器6和第二氧传感器8采用的是南京钛格金仪器仪表有限公司的ZO-301型氧化锆氧含量传感器，其他如法兰4及管壳等均为普通碳钢如35#制造。

如上所述便可较好地实现本发明。

上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种内燃机减氮增氧进气装置，包括氮气过滤管、控制系统、与排气管连接的废气涡轮，其特征在于：所述排气管设有一个废气EGR支管；

所述氮气过滤管的管壁上设置有第一氧传感器、低氧空气排出阀和空气直通阀电磁阀；

所述氮气过滤管的其中一端连接发动机进气总管，另一端连接涡轮压气装置，所述涡轮压气装置的一端连接空气过滤器，空气过滤器前设有引入一部份废气的排气管；所述进气总管连接发动机的多个进气歧管；所述进气总管上设有第二氧传感器；

所述第一氧传感器、第二氧传感器、空气直通阀电磁阀分别连接控制系统；

所述废气涡轮与涡轮压气装置通过管路相互连通；

所述废气EGR支管与多个进气歧管中的其中一个进气歧管连通。

2.根据权利要求1所述的内燃机减氮增氧进气装置，其特征在于：所述进气总管和涡轮压气装置通过法兰连接。

3.权利要求1或2所述内燃机减氮增氧进气装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：发动机废气中的一部分废气经EGR支管再进入进气总管，废气涡轮吸收排气管中废气能量，经涡轮压气装置来给经空气过滤器过滤的新鲜空气增压，而后进入氮气过滤管过滤，此时氮气过滤管的低氧空气排出阀的端口为封闭状态，在氮气过滤管内空气中含氧量小于7%时，该低氧空气排出阀处于打开状态，排出氮气过滤管；

步骤二：该低氧空气排出阀由第一氧传感器控制，采集经氮气过滤管过滤后的氧气含量；第二氧传感器采集进气总管内的含氧量；空气直通电磁阀由第二氧含量传感器的信号控制，当进气总管内的含氧量大于32%时，空气直通电磁阀打开，让部分空气不用通过氮气过滤管，而直接进入进气总管，从而使进入进气总管的空气中氮含量小于氧含量，使得进气总管9的氧含量在26%～32%之间。

步骤三：当进气总管的氧含量低于26%～32%时，重复步骤一、步骤二。