CN110284999A - 一种稀薄燃烧系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种稀薄燃烧系统及车辆,涉及汽车发动机技术领域。稀薄燃烧系统用于増程器发动机,包括稀薄燃烧发动机和氢气供应装置;所述氢气供应装置包括氢气喷嘴、电磁阀及储氢罐,氢气通入量由所述电磁阀的开启角度控制,所述电磁阀的开启角度由ECU根据过量空气系数反馈控制。本发明提供的一种稀薄燃烧系统及车辆,以解决现有技术的不足,提升燃烧室内混合气的比热比,使得在超稀薄燃烧(Lambda≥1.8)时改善缸内燃烧情况,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济性能。

Description

一种稀薄燃烧系统及车辆
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域,特别是涉及一种稀薄燃烧系统及车辆。
背景技术
过量空气系数Lambda的提升,可以提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济型,并可同步降低NOx排放。但随着混合气稀薄程度的提高,缸内混合气内氧气浓度随之降低,从而造成缸内混合气难以点燃。
为实现超稀薄燃烧(Lambda≥1.8),可以通过改善缸内气体流动,即采用高滚流比进气道、设置进气导流屏障,长冲程设计等;另外就是强化点火能量,即高能点火,电晕点火等。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种稀薄燃烧系统及车辆,以解决现有技术的不足,使得在超稀薄燃烧(Lambda≥1.8)时改善缸内燃烧情况。
本发明的另一个目的是要提供一种稀薄燃烧系统及车辆,提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济性能。
特别地,本发明提供了一种稀薄燃烧系统,用于増程器发动机,包括稀薄燃烧发动机和氢气供应装置;所述稀薄燃烧发动机用于为车辆提供动力;所述氢气供应装置用于向所述稀薄燃烧发动机内供应氢气,所述氢气供应装置包括用于控制氢气通入量的电磁阀,氢气通入量与所述电磁阀的开启角度成正比,所述电磁阀的开启角度与预进入所述述稀薄燃烧发动机内的气体的过量空气系数正相关。
可选地,所述氢气供应装置还包括氢气喷嘴和储氢罐,所述氢气喷嘴设置在所述稀薄燃烧发动机的进气歧管处,使得氢气随空气进入所述稀薄燃烧发动机的燃烧室。
可选地,所述稀薄燃烧发动机的涡轮增压器处设有用于检测过量空气系数的氧传感器。
可选地,所述电磁阀的开启角度通过ECU根据过量空气系数反馈控制。
可选地,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数小于1.8时,所述电磁阀关闭,所述氢气供应装置停止工作。
可选地,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数大于1.8时,所述电磁阀开启,氢气经所述氢气喷嘴与空气混合一同进入燃烧室,所述电磁阀开启角度由ECU根据过量空气系数变化情况进行调整。
本发明还提供了一种车辆,采用如前所述的稀薄燃烧系统。
可选地,所述稀薄燃烧系统包括稀薄燃烧发动机和氢气供应装置;所述稀薄燃烧发动机用于为车辆提供动力;所述氢气供应装置用于向所述稀薄燃烧发动机内供应氢气,所述氢气供应装置包括氢气喷嘴、电磁阀和储氢罐,所述氢气喷嘴设置在稀薄燃烧发动机的进气歧管处,使得氢气随空气进入所述稀薄燃烧发动机的燃烧室,所述稀薄燃烧发动机的涡轮增压器处设有用于检测过量空气系数的氧传感器。
可选地,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数小于1.8时,所述电磁阀关闭,氢气供应装置停止工作。
可选地,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数大于1.8时,所述电磁阀开启,氢气经所述氢气喷嘴与空气混合一同进入燃烧室,所述电磁阀开启角度由ECU根据过量空气系数变化情况进行调整。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统及车辆,用于増程发动机,其包括稀薄燃烧发动机和氢气供应装置;所述氢气供应装置包括氢气喷嘴、电磁阀及储氢罐,氢气通入量由所述电磁阀的开启角度控制,所述电磁阀的开启角度由ECU根据过量空气系数反馈控制。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统及车辆,在于针对在稀薄燃烧工况下混合气难以点燃,无法进一步提升过量空气系数,提供了一种加氢扩展过量空气系数容许度的燃烧系统,利用氢气较低的点火能量及火焰加速的特性,通过特制装置将氢气伴随新鲜空气进入燃烧室,改善缸内燃烧情况。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统及车辆,其使得稀薄燃烧发动机内在燃烧时能够有充足的空气,即与燃烧室内一次喷射的燃料相比所需要的过量空气,同时在过量空气中均匀掺杂有氢气,使得其能够提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济性能。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的一种稀薄燃烧系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的发明人在研究发动机提升燃烧效率过程中发现:稀释燃烧诸如冷却EGR和均质稀薄燃烧技术,是提高发动机热效率的途径之一,这主要归结于泵气损失的降低、散热损失的降低和比热比的提升,同时可大幅度降低NOx排放,以满足国6b对NOx排放的限值要求,而确保稀薄混合气燃耗稳定性是燃烧系统实现超稀薄燃烧的决定性因素。基于此,发明人提出了添加易燃气体氢气,使混合气更容易点燃,火焰传播更快燃,强化点火能量及改善缸内气体流动,从而实现过量空气系数lambda≥1.8稳定燃烧的技术方案。
图1是根据本发明一个实施例的一种稀薄燃烧系统的结构示意图。下面结合图1对本发明的一种稀薄燃烧系统进行详细说明。本发明提供的一种稀薄燃烧系统,可以用于増程器发动机。一般性地,一种稀薄燃烧系统包括稀薄燃烧发动机1和氢气供应装置2。稀薄燃烧发动机1用于为车辆提供动力;氢气供应装置2用于向所述稀薄燃烧发动机1内供应氢气。氢气供应装置2包括用于控制氢气通入量的电磁阀22。氢气通入量与电磁阀22的开启角度成正比。电磁阀22的开启角度与预进入稀薄燃烧发动机1内的气体的过量空气系数正相关。氢气供应装置2包括氢气喷嘴21、电磁阀22及储氢罐23。储氢罐23用于储存氢气,储氢罐23、氢气喷嘴21、电磁阀22通过气路连通。打开电磁阀22后,氢气经由气路和氢气喷嘴21进入到稀薄燃烧发动机1的进气歧管11处,使得氢气能够与进气歧管内的新鲜空气混合,利用氢气较低的点火能量及火焰加速的特性,从而改善缸内燃烧情况。氢气的通入量由电磁阀22的开启角度控制。电磁阀22的开启角度由车辆的电子控制单元3(又称行车电脑,英文简写为ECU,在下文中简写为ECU)根据过量空气系数反馈控制。通过氢气供应装置2将氢气进入至进气歧管内的新鲜空气混合,使得提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济性能,以降低稀薄燃烧发动机的油耗。
具体地,氢气喷嘴21设置在稀薄燃烧发动机1的进气歧管11处,使得氢气随空气进入稀薄燃烧发动机1的燃烧室。当然地,氢气喷嘴21还可以设置在稀薄燃烧发动机1的进气管路中的任意位置,只需要满足再需要时将氢气加入至稀薄燃烧发动机1的进气管路中,使得在燃烧室内油气被点燃之前氢气与进入发动机燃烧室内的新鲜空气混合均匀即可。例如,在一个可选的实施方式中,氢气喷嘴21可以设置在涡轮增压器12的下游位置。
氢气的通入量由电磁阀22的开启角度控制。电磁阀22的开启角度由车辆的ECU根据过量空气系数反馈控制。电磁阀22是一种用电磁控制的工业设备,是用来控制流体的自动化基础元件,属于执行器,并不限于液压、气动。电磁阀22可用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制,而控制的精度和灵活性都能够保证。在本申请中,电磁阀22可以是直动式电磁阀、分步直动式电磁阀、先导式电磁阀等等任意一种。过量空气系数通过氧传感器4进行检测。氧传感器4安装在车辆的涡轮增压器12处。氧传感器4用于检测经稀薄燃烧发动机1的燃烧室点燃后排出的气体中的氧气含量,并通过计算得到氧气含量。过量空气系数亦称“过剩空气系数”、“空气过剩系数”,俗称“余气系数”。过量空气系数指实际供给燃料燃烧的空气量与理论空气量之比,是反映燃料与空气配合比的一个重要参数,常用符号“α”表示。过量空气系数的值可借气体分析仪进行测箅。在各种炉子或燃烧室中,为使燃料尽可能燃烧完全,实际供入的空气量总要大于理论空气量(其超出部分称为“过剩空气量”),即过量空气系数必须大于1。但燃烧理论与运行经验表明,α过大或过小(表示送风量过多或过少)都对燃烧不利,亦即不同燃烧设备各有其最佳的过量空气系数值。需要理解的是,过量空气系数的测量并非必须通过氧传感器4进行检测,还可以是其他的检测装置或计算装置,例如通过测量发动机的进气量并与燃烧室内每次点燃时的喷油量进行计算等等,或通过安装在发动机进气侧气路上的节流阀6计算测量发动机的进气量。
更具体地,当氧传感器4检测到过量空气系数≥1.8时,稀薄燃烧发动机工作在超稀薄状态。此时,即需要开启电磁阀22,使得氢气与空气混合,以提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率。当稀薄燃烧发动机1启动时,当氧传感器4检测到过量空气系数小于1.8时,电磁阀22关闭,氢气供应装置停止工作。即,此时不需要向燃烧室内通入氢气。当稀薄燃烧发动机1启动时,当氧传感器4检测到过量空气系数大于1.8时,电磁阀22开启,氢气经氢气喷嘴21进入进气歧管内与空气混合一同进入燃烧室,电磁阀22开启角度由ECU根据过量空气系数变化情况进行调整。可选地,氢气通入量与过量空气系数呈正相关关系。
如图1所示,其中箭头为指示空气的流动方向。新鲜空气自节流阀6进入涡轮增压器,由进气歧管进入发动机的燃烧室,在燃烧室内经点燃后,废气一部分用于推动涡轮增压器转动,另一部分进入涡轮增压器与空气混合再次进入发动机的燃烧室燃烧。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统,其工作原理如下:
加氢扩展过量空气系数容许度的稀薄燃烧系统,是在稀薄燃烧发动机进气歧管处增加氢气喷射装置,氢气随新鲜空气进入燃烧室,以改善超稀薄燃烧燃烧室内的燃烧情况,使超稀薄燃烧(过量空气系数≥1.8)能够稳定燃烧,进而提升发动机热效率,降低燃油消耗,氢气通入量由电磁阀开启角度控制,而电磁阀开启角度由ECU根据氧传感器检测到的过量空气系数进行控制。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统,其控制原理如下:
稀薄燃烧发动机面向增程器发动机,发动机工作区域集中在最低油耗点,此时发动机工作的过量空气系数Lambda≥1.8,工作在超稀薄状态。当发动机启动时,过量空气系数小于1.8时,由于采用了高效点火系统,缸内混合气可以进行点燃,并可稳定燃烧,此时电磁阀关闭,氢气传输通道关闭。在应用了高效点火的稀燃发动机过量空气系数大于1.8时,此时缸内混合气难以点燃,电磁阀开启,氢气经氢气喷嘴与新鲜空气混合一同进入燃烧室,电磁阀开启角度由ECU根据过量空气系数变化情况进行调整。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统,在于针对在稀薄燃烧工况下混合气难以点燃,无法进一步提升过量空气系数,提供了一种加氢扩展过量空气系数容许度的燃烧系统,利用氢气较低的点火能量及火焰加速的特性,通过特制装置将氢气伴随新鲜空气进入燃烧室,改善缸内燃烧情况。
本发明还提供了一种车辆,采用如前所述的稀薄燃烧系统。氢气喷嘴21设置在稀薄燃烧发动机1的进气歧管11处,使得氢气随空气进入稀薄燃烧发动机1的燃烧室。稀薄燃烧发动机1的涡轮增压器12处设有用于检测过量空气系数的氧传感器4。
当稀薄燃烧发动机1启动时,当氧传感器4检测到过量空气系数小于1.8时,电磁阀关闭,氢气供应装置停止工作。当氧传感器检测到过量空气系数大于1.8时,电磁阀22开启,氢气经氢气喷嘴21与空气混合一同进入燃烧室,电磁阀22开启角度由ECU3根据过量空气系数变化情况进行调整。氢气通入量与过量空气系数呈正相关关系,以使得再通入氢气后,使提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济性能,以降低稀薄燃烧发动机的油耗。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统及车辆,用于増程发动机,在稀薄燃烧发动机进气歧管处增加氢气喷射装置,氢气随新鲜空气进入燃烧室,以改善高稀薄工况下燃烧室内的燃烧情况,进而提升发动机热效率,降低燃油消耗和NOx排放,氢气喷射量由电磁阀开启角度控制,电磁阀开启角度由ECU综合氧传感器测量的过量空气系数反馈进行控制。
本发明提供的一种稀薄燃烧系统及车辆,其使得稀薄燃烧发动机内在燃烧时能够有充足的空气,即与燃烧室内一次喷射的燃料相比所需要的过量空气,同时在过量空气中均匀掺杂有氢气,使得其能够提升燃烧室内混合气的比热比,从而可以提升发动机热效率,提升燃油经济性能。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种稀薄燃烧系统,用于増程器发动机,其特征在于,包括稀薄燃烧发动机和氢气供应装置;所述稀薄燃烧发动机用于为车辆提供动力;所述氢气供应装置用于向所述稀薄燃烧发动机内供应氢气,所述氢气供应装置包括用于控制氢气通入量的电磁阀,氢气通入量与所述电磁阀的开启角度成正比,所述电磁阀的开启角度与预进入所述述稀薄燃烧发动机内的气体的过量空气系数正相关。
2.根据权利要求1所述的稀薄燃烧系统,其特征在于,所述氢气供应装置还包括氢气喷嘴和储氢罐,所述氢气喷嘴设置在所述稀薄燃烧发动机的进气歧管处,使得氢气随空气进入所述稀薄燃烧发动机的燃烧室。
3.根据权利要求1所述的稀薄燃烧系统,其特征在于,所述稀薄燃烧发动机的涡轮增压器处设有用于检测过量空气系数的氧传感器。
4.根据权利要求3所述的稀薄燃烧系统,其特征在于,所述电磁阀的开启角度通过ECU根据过量空气系数反馈控制。
5.根据权利要求3所述的稀薄燃烧系统,其特征在于,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数小于1.8时,所述电磁阀关闭,所述氢气供应装置停止工作。
6.根据权利要求3所述的稀薄燃烧系统,其特征在于,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数大于1.8时,所述电磁阀开启,氢气经所述氢气喷嘴与空气混合一同进入燃烧室,所述电磁阀开启角度由ECU根据过量空气系数变化情况进行调整。
7.一种车辆,其特征在于,采用如权利要求1所述的稀薄燃烧系统。
8.根据权利要求7所述的车辆,其特征在于,所述稀薄燃烧系统包括稀薄燃烧发动机和氢气供应装置;所述稀薄燃烧发动机用于为车辆提供动力;所述氢气供应装置用于向所述稀薄燃烧发动机内供应氢气,所述氢气供应装置包括氢气喷嘴、电磁阀和储氢罐,所述氢气喷嘴设置在稀薄燃烧发动机的进气歧管处,使得氢气随空气进入所述稀薄燃烧发动机的燃烧室,所述稀薄燃烧发动机的涡轮增压器处设有用于检测过量空气系数的氧传感器。
9.根据权利要求8所述的车辆,其特征在于,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数小于1.8时,所述电磁阀关闭,氢气供应装置停止工作。
10.根据权利要求8所述的稀薄燃烧系统,其特征在于,当所述稀薄燃烧发动机启动时,当所述氧传感器检测到过量空气系数大于1.8时,所述电磁阀开启,氢气经所述氢气喷嘴与空气混合一同进入燃烧室,所述电磁阀开启角度由ECU根据过量空气系数变化情况进行调整。
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