CN106523198A - 一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，设置在发动机的进气道和排气管之间，排气管上通过管道连通有电动压气机，电动压气机通过管道依次连通有中冷器、储气罐、减压阀、集气箱和喷气阀，储气罐上设置有压力传感器和压力稳定器；电动压气机压缩从排气管中引出的废气，压缩后的气体经中冷器冷却并储存于储气罐中，储气罐中的气体经过减压阀进入到集气箱；当早燃或爆震发生时，喷气阀开启，将集气箱中的气体喷入进气道中与新鲜空气混合，并进入气缸参与燃烧。该系统通过压气机和储气罐存储从排气管中引出的气体，并在检测到发动机早燃或爆震时将废气喷入相应气缸的进气道中强制参与进气，能有效抑制早燃和爆震的发生。

Description

一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种控制和抑制内燃机早燃和爆震、进行排气储存和废气再循环的喷射系统。

背景技术

随着全球石油资源日益紧张，提高内燃机热效率，减小发动机的燃油消耗成为研究人员日益关注的焦点。传统进气道喷射汽油机热效率低，尤其在常用工况下热效率亟需提高；汽油机小型化和低速化对于汽油机的热效率和功率输出有较大的提升，因此已经逐渐成为研究的热点。汽油机小型化通过减小发动机排量，采用缸内直喷、涡轮增压、高压缩比等对发动机经济性和动力性进行提升；汽油机低速化通过降低发动机转速以降低机械损失，提高发动机的有效输出。通过小型强化后的汽油机在输出扭矩和功率上远远高于同排量的传统汽油机，并且在油耗上具有非常明显的节油效果。

但是，由于小型强化汽油机通常具有较高的功率密度，爆震和早燃成为了制约压缩比和增压压力进一步提高的主要因素。爆震发生时在正常火焰到来之前末端混合气发生自燃，产生较大的压力波和缸内压力震荡，对发动机造成一定程度的损害，严重的爆震还会使发动机的热效率和输出功率严重降低；另外，在小型强化汽油机中还存在一种破坏性更强的燃烧——“低速早燃(LSPI)”，这是在火花塞点火之前缸内发生自燃所导致的。早燃的发生通常带来剧烈的压力震荡，缸内峰值压力可超过20MPa，对发动机造成巨大破坏，并且其发生通常呈现无规律性。

目前，控制爆震的方法主要是推迟点火时刻，推迟点火时刻后爆震发生的倾向明显降低，但与此同时输出功率也会有一定程度的下降；而推迟点火时刻对早燃的抑制却没有明显的效果，因此目前主要的方法是通过加浓混合气、增加扫气程度等。其中加浓混合气最为简单易行，但却会增加燃油消耗量，是一种妥协的选择。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，该系统通过压气机和储气罐存储从排气管中引出的气体，并在检测到发动机早燃或爆震时通过喷气阀将存储在储气罐中的燃烧废气喷入相应气缸的进气道中强制参与进气，能有效抑制早燃和爆震的发生；由于发动机燃烧废气中含有大量CO₂和极少量的O₂，CO₂热容较大，能明显降低缸内的燃烧温度，减小早燃和爆震发生的倾向。进一步的，进气中CO₂浓度增加使得O₂浓度相对减少，这相当于在不增加燃料喷射的情况下加浓混合气，可进一步抑制早燃的发生；同样，在发生爆震时CO₂浓度的增加和O₂浓度的降低可减小点火时刻推迟的角度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，设置在发动机的进气道和排气管之间，排气管上通过管道连通有电动压气机，所述电动压气机通过管道依次连通有中冷器、储气罐、减压阀、集气箱和喷气阀，所述储气罐上设置有压力传感器和压力稳定器；所述电动压气机压缩从排气管中引出的废气，压缩后的气体经所述中冷器冷却，并储存于所述储气罐中，所述储气罐中的气体经过所述减压阀进入到所述集气箱；当早燃或爆震发生时，所述喷气阀开启，将集气箱中的气体喷入进气道中与新鲜空气混合，并进入气缸参与燃烧。

所述集气箱上设有总管、支管和压力稳定器，所述总管将所述减压阀与集气箱相连通，所述支管与所述喷气阀相连通。所述支管的数量与发动机的气缸数相匹配。

所述压力稳定器由压力稳定器壳体、中空螺栓、顶杆、弹簧和稳压活塞构成，所述弹簧安装于所述稳压活塞与中空螺栓之间。所述压力稳定器壳体上设有泄气孔。

所述喷气阀为电磁喷气阀。

所述储气罐体积为2-3L。所述储气罐中的气体压力保持在8-15bar。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.采用电动压气机和储气罐存储内燃机排放废气，所需储气罐的体积可以较小，并且无需考虑储气罐补气的问题；

2.通过电磁喷气阀的开启和关闭将废气喷射到进气道中，系统的响应快，并且可以精确控制废气的喷入量；

3.喷入进气道中废气后该进气行程中CO₂浓度增加，同时O₂浓度降低，可对早燃和爆震进行有效地抑制。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是集气箱的具体结构示意图。

图3-1和图3-2是压力稳定器分别与稳定储气罐和集气箱相连接的剖视结构示意图。

附图标记：1-进气道，2-排气管，3-电动压气机，4-中冷器，5-储气罐，6-压力传感器，7-压力稳定器，8-减压阀，9-集气箱，10-喷气阀，11-节气门，12-总管，13-支管，14-压力稳定器，15-垫片，16-泄气孔，17-压力稳定器壳体，18-中空螺栓，19-顶杆，20-弹簧，21-稳压活塞，22-气缸，23-排气歧管，24-废气引出管道

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，设置在发动机的进气道1和排气管2之间，排气管2上通过设置废气引出管道与电动压气机3相连，电动压气机3通过管道依次与中冷器4、储气罐5、减压阀8、集气箱9、喷气阀10和进气道1相连，储气罐5上设有压力传感器6和压力稳定器7；利用电动压气机3压缩从排气管2中引出的废气，压缩后的气体经中冷器冷却，并储存于储气罐5中；储气罐5中的气体经过减压阀8进入到废气集气箱9及相应管路中，并在集气箱9中维持一定的气体压力；当ECU检测到早燃或爆震发生时，输出控制信号喷气阀10开启，将集气箱9中的气体喷入进气道1中与新鲜空气进行混合，并进入气缸参与燃烧。

废气通过电动压气机3被压缩存入储气罐5中，并通过压力传感器6检测储气罐5内的气体压力，当储气罐5内气压达到预期值时，电动压气机3停止工作；当储气罐5内压力低于设定的压力时，电动压气机3又开始工作，将气体压缩存储入储气罐5。优选地，储气罐5中的气体保持在8—15bar之间，罐内气体应足够50—100个循环的气体用量，即储气罐体积选择为2—3L。压力传感器6用于检测储气罐5中压力，当储气罐5内气体保持稳定时，罐内压力处处相等；但当罐内气体流动时，则压力分布难以均匀，因此压力传感器6应安装在能较为准确地反映储气罐5内压力并且压力波动较小的地方。

喷气阀10属于电磁喷气阀，即在喷气阀中含有电磁线圈，当线圈中有电流通过时，线圈产生的电磁力将开关阀吸合，气体从开关阀口喷出；当线圈中电流为零时，弹簧将开关阀顶住，开关口关闭，气体不能流出。本实施例中采用电磁喷气阀是由于电磁阀响应快、可靠性好，能迅速执行ECU发出的开关指令；并能方便地通过控制驱动电压信号的脉宽来控制喷气阀开启持续时间，从而精确地控制喷出的气体流量，满足对早燃和爆震的控制需求。优选地，电磁阀在进气行程开启，喷入的气体随新鲜空气在进气道1混合后进入气缸；需要指出，喷气阀10的喷气持续时间不能超过进气门开启的持续时间。

如图2所示，集气箱9包括总管12和支管13，具有一定稳定压力的作用，将从减压阀8流出的气体分配到四个支管13中，并由四个喷气阀将废气喷入到对应的气缸22中，从而可实现对每个气缸的独立控制，气缸排出的废气通过排气歧管23排至排气管，再通过设置在排气管上的废气引出管道24将废气送至电动压气机3实现循环；为了进一步使集气箱9中的压力保持稳定，在集气箱9的一端安装有气体压力稳定器14，该压力稳定器14与设在储气罐5上的压力稳定器7结构相同。

如图3-1和图3-2所示，压力稳定器7和压力稳定器14均由压力稳定器壳体17、中空螺栓18、顶杆19、弹簧20、稳压活塞21构成，压力稳定器壳体17与集气箱9和储气罐5之间、顶杆19与稳压活塞21之间、中空螺栓18与压力稳定器壳体17之间均由螺纹相连接，弹簧20安装于稳压活塞21与中空螺栓18之间。压力稳定器壳体17上设有泄气孔16，本实施例中，压力稳定器7与储气罐5的连接处及压力稳定器14与集气箱9的连接处之间均设有垫片15。

当稳压活塞21左侧压力较低时，由弹簧20弹力的作用，稳压活塞21将向左移动，在一定程度上起到稳定压力的作用；当稳压活塞21左侧压力较高时，同理的，稳压活塞21将向右移动；若稳压活塞左侧压力过高，稳压活塞向右移动到一定程度时，壳体上的泄气孔16被开启，可防止过高的压力给系统带来危险。压力稳定器7和压力稳定器14这种柔性的特点可使储气罐5或集气箱9内的压力在一定程度上保持稳定，减小压力的波动。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，设置在发动机的进气道和排气管之间，其特征在于，排气管上通过管道连通有电动压气机，所述电动压气机通过管道依次连通有中冷器、储气罐、减压阀、集气箱和喷气阀，所述储气罐上设置有压力传感器和压力稳定器；所述电动压气机压缩从排气管中引出的废气，压缩后的气体经所述中冷器冷却，并储存于所述储气罐中，所述储气罐中的气体经过所述减压阀进入到所述集气箱；当早燃或爆震发生时，所述喷气阀开启，将集气箱中的气体喷入进气道中与新鲜空气混合，并进入气缸参与燃烧。

2.根据权利要求1所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述集气箱上设有总管、支管和压力稳定器，所述总管将所述减压阀与集气箱相连通，所述支管与所述喷气阀相连通。

3.根据权利要求2所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述支管的数量与发动机的气缸数相匹配。

4.根据权利要求1或2所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述压力稳定器由压力稳定器壳体、中空螺栓、顶杆、弹簧和稳压活塞构成，所述弹簧安装于所述稳压活塞与中空螺栓之间。

5.根据权利要求4所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述压力稳定器壳体上设有泄气孔。

6.根据权利要求1或2所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述喷气阀为电磁喷气阀。

7.根据权利要求1所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述储气罐体积为2-3L。

8.根据权利要求1或7所述一种抑制早燃和爆震的强制废气喷射系统，其特征在于，所述储气罐中的气体压力保持在8-15bar。