CN111255600B - 针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法，步骤一、安装用于内燃机的空气电离式节能减排装置，步骤二、ECU根据发动机原有的进气道上的空气流量传感器、曲轴上的曲轴位置传感器传感器和燃烧室内的缸压传感器传出的信号确定发动机工作状态；步骤三、针对不同的工作状态，ECU控制空气电离度和缸内电场覆盖程度；采用本方法可以实现氮氧化物排放的降低。

Description

针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法

技术领域

本发明属于优化以及降低氮氧化物排放的控制方法，尤其涉及一种针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法。

背景技术

内燃机的热效率和排放是内燃机中永恒的问题。氮氧化物的生成主要受温度、氧原子浓度和作用时间决定。研究指出，当环境温度达到1500K以上，每上升100K，氮氧化物生成量增加6-8倍；根据捷里多维奇机理，燃烧中高温和氧原子浓度是影响氮氧化物生成的主要因素，降低最高燃烧温度，同时降低高温区氧原子的数量可以降低氮氧化物的排放。目前内燃机提升热效率的方法主要聚焦在新型燃烧理论和燃料的研究，降低排放的研究主要聚焦在尾气后处理上面。

排放方面氮氧化物是较难处理的有害排放，目前主要使用后处理器如三元催化器、选择还原催化器等。

SCR技术具有以下特点。NOx脱除效率高，据有关文献记载及工程实例监测数据，SCR法一般的NOx脱除效率可维持在70％-90％；二次污染小，SCR法的基本原理是用还原剂将NOx还原为无毒无污染的N₂和H₂O，整个工艺产生的二次污染物质很少；技术较成熟，应用广泛，SCR广泛用于汽车发动机后处理中；投资费用高，运行成本高。

三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。造价昂贵，对过量空气系数的范围要求高，不利于发展现代内燃机先进燃烧技术。

空气电离是目前少有的研究点。目前专利CN102695870A对于电离空气在内燃机中应用的研究，该专利设计了一种能够生成更多负离子的电离装置，进而促进燃烧的进行。该专利主要聚焦在电离器的设计，且目的在于促进燃烧和避免臭氧的生成，没有设计利用电场实现不同气体分子分层的结构装置。

发明内容

本发明目的是克服已有技术的缺点，提供一种可以实现氮氧化物排放的降低的针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明的针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、安装用于内燃机的空气电离式节能减排装置，所述的用于内燃机的空气电离式节能减排装置包括安装在内燃机进气歧管管道上的电离器，所述的电离器的喷头插入进气道管道设置并且与进气歧管轴线呈45度夹角；沿垂直于发动机每一个气缸的活塞顶岸方向在每一个气缸的活塞底壁上开有一个电源接线孔，在发动机每一个气缸的缸盖上分别以每一气缸的火花塞为中心，在缸盖顶壁上从内至外依次同轴心设置有第一圈电极板凹槽、第二圈电极板凹槽和第三圈电极板凹槽，在所述的第一圈电极板凹槽中固定有第一环形电极板、在所述的第二圈电极板凹槽内固定有第二环形电极板，在所述的第三圈电极板凹槽内固定有第三环形电极板；

每一个气缸的进气歧管上安装一个电离器，根据实际发动机气缸数量，在汽车仪表盘下方固定有与气缸数量相同的直流稳压电源以及与每一个发动机气缸对应设置的四个继电器开关，所述的直流稳压电源设置有若干对正负极接口，对应每一个气缸设置的四个继电器中的三个继电器用于控制缸内电极板的开闭，一个继电器用于控制该气缸进气歧管上的电离器的开闭；

对应每一个气缸设置的四个继电器以及一个直流稳压电源的具体连接电路为：

用于控制一个气缸的第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的A输出端各自通过一根第一电线分别与直流电源对应设置的一个负极接口相连接，

第一继电器的B输出端通过第二电线与电离器的负极接口连接，第二继电器、第三继电器和第四继电器的B输出端各自与一根第三电线的一端连接，三根第三电线的另一端分别穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱并各自与对应设置的第一电极板的接口、第二电极板的接口、第三电极板的接口连接，第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的C输入端各自通过第四电线以及第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的D输入端各自通过第五电线分别与ECU的继电器管脚相连；

第六电线一端连接直流电源的第一正极接口，另一端穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱连接电离器的正极接口；

第七电线一端连接直流电源的第二正极接口，另一端穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱插入电源接线孔；

步骤二、ECU根据发动机原有的进气道上的空气流量传感器、曲轴上的曲轴位置传感器和燃烧室内的缸压传感器传出的信号确定发动机工作状态；

步骤三、针对不同的工作状态，每一个继电器在不同冲程的控制方法分别如下：

如果是小负荷工作状态，采用少量的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器：在进气冲程开始，ECU向第一继电器发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器发出断开指令，第一继电器在进气冲程处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程处于断开状态；

第二继电器：在压缩冲程开始，ECU向第二继电器发出闭合指令；在做功冲程结束，ECU向第二继电器发出断开指令，第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态；

第三继电器和第四继电器一直处于断开状态；

如果是中等负荷工作状态，采用中等的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器：在进气冲程开始，ECU向第一继电器发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器发出断开指令，第一继电器在进气冲程处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程处于断开状态；

第二继电器：在压缩冲程开始，ECU向第二继电器发出闭合指令；在做功冲程结束，ECU向第二继电器发出断开指令，第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态；

第三继电器：ECU在做功冲程开始，向第三继电器发出闭合指令；ECU在做功冲程结束，向第三继电器发出断开指令，第三继电器在做功冲程处于闭合状态，在进气、压缩、排气冲程期间处于断开状态；

第四继电器一直处于断开状态；

如果是大负荷工作状态，采用大的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器：在进气冲程开始，ECU向第一继电器发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器发出断开指令，第一继电器在进气冲程期间处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程期间处于断开状态；

第二继电器：ECU在压缩冲程开始，向第二继电器发出闭合指令；在做功冲程结束，向第二继电器发出断开指令，第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态；

第三继电器：ECU在做功冲程开始，向第三继电器发出闭合指令；ECU在做功冲程结束，向第三继电器发出断开指令，第三继电器在做功冲程处于闭合状态，在进气、压缩、排气冲程期间处于断开状态；

第四继电器：在大负荷下，近壁面温度高，ECU在做功冲程开始，向第四继电器发出闭合指令；ECU在排气冲程结束，向第四继电器发出断开指令，第四继电器在做功和排气冲程处于闭合状态，在进气和压缩冲程处于断开状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)采用空气电离方法，激发氧气活性基，促进燃烧；

(2)采用电场控制缸内的气体流动，改变局部氧气浓度，降低燃烧高温区氧气浓度，降低最高燃烧温度，从而实现氮氧化物排放的降低，此方法不同于主流的后处理方法；

(3)根据发动机传感器信号，可以选择适合当前发动机工作状态的电离强度和电场。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施或现有技术中的技术方案，下面对该发明使用的附图进行简要介绍，并结合实例进一步详细说明:

图1为发明针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法采用的装置的结构图；

图2为本发明方法的控制流程图；

图3为图1所示的装置中的缸盖电极板凹槽结构图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实例对本方案作进一步详细介绍。

本发明的针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、如图1所示，安装用于内燃机的空气电离式节能减排装置，所述的用于内燃机的空气电离式节能减排装置包括安装在内燃机进气歧管管道上的电离器7，所述的电离器7的喷头插入进气道管道设置并且与进气歧管轴线呈45度夹角。电离器为现有结构，类似于火花塞，会在喷头处瞬间释放大量电子，氧气捕捉电子，变成负氧离子。

避开曲轴销座所在的轴颈，如图1所示，沿垂直于发动机每一个气缸的活塞顶岸方向在每一个气缸的活塞底壁上开有一个电源接线孔8。如图3所示，在发动机每一个气缸的缸盖上分别以每一气缸的火花塞12为中心，在缸盖顶壁上从内至外依次同轴心设置有第一圈电极板凹槽14、第二圈电极板凹槽15和第三圈电极板凹槽16，在所述的第一圈电极板凹槽14中固定有第一环形电极板9、在所述的第二圈电极板凹槽15内固定有第二环形电极板10，在所述的第三圈电极板凹槽16内固定有第三环形电极板11。图中17为凹槽间隔。

优选的相邻两块环形电极板的外边缘之间沿径向之间的间距为5mm-10mm，这样电极板间缝隙能被电场覆盖，且保证电极板凹槽的加工不影响缸盖的工作可靠性。

每一个气缸的进气歧管上安装一个电离器7，根据实际发动机气缸数量，在汽车仪表盘下方固定有与气缸数量相同的直流稳压电源1以及与每一个发动机气缸对应设置的四个继电器开关(继电器开关是气缸数量的四倍)。所述的直流稳压电源1设置有若干对正负极接口。对应每一个气缸设置的四个继电器中的三个继电器用于控制缸内电极板的开闭，一个继电器用于控制该气缸进气歧管上的电离器7的开闭。

对应每一个气缸设置的四个继电器以及一个直流稳压电源1的具体连接电路为：

用于控制一个气缸的第一继电器3、第二继电器4、第三继电器5和第四继电器6的A输出端各自通过一根第一电线分别与直流电源1对应设置的一个负极接口相连接。

第一继电器3的B输出端通过第二电线与电离器7的负极接口连接。第二继电器4、第三继电器5和第四继电器6的B输出端各自与一根第三电线的一端连接，三根第三电线的另一端分别穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱并各自与对应设置的第一电极板9的接口、第二电极板10的接口、第三电极板11的接口连接。第一继电器3、第二继电器4、第三继电器5和第四继电器6的C输入端各自通过第四电线以及第一继电器3、第二继电器4、第三继电器5和第四继电器6的D输入端各自通过第五电线分别与ECU的继电器管脚相连，继电器之间互不影响。

第六电线一端连接直流电源1的第一正极接口，另一端穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱连接电离器7的正极接口。

第七电线一端连接直流电源1的第二正极接口，另一端穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱插入电源接线孔8。

步骤二、ECU根据发动机原有的进气道上的空气流量传感器、曲轴上的曲轴位置传感器和燃烧室内的缸压传感器传出的信号确定发动机工作状态；

步骤三、针对不同的工作状态，每一个继电器在不同冲程的控制方法分别如下：

如果是小负荷工作状态，采用少量的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器3：在进气冲程开始，ECU向第一继电器3发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器3发出断开指令。第一继电器3在进气冲程处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程处于断开状态。

第二继电器4：在压缩冲程开始，ECU向第二继电器4发出闭合指令；在做功冲程结束，ECU向第二继电器4发出断开指令。第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态。

由于小负荷，近壁面温度较低，第三继电器5和第四继电器6一直处于断开状态。

如果是中等负荷工作状态，采用中等的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器3：在进气冲程开始，ECU向第一继电器3发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器3发出断开指令。第一继电器在进气冲程处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程处于断开状态。

第二继电器4：在压缩冲程开始，ECU向第二继电器4发出闭合指令；在做功冲程结束，ECU向第二继电器4发出断开指令。第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态。

第三继电器5：由于在中等负荷下，近壁面温度相对小负荷高，ECU在做功冲程开始，向第三继电器5发出闭合指令；ECU在做功冲程结束，向第三继电器5发出断开指令。第三继电器5在做功冲程处于闭合状态，在进气、压缩、排气冲程期间处于断开状态。

第四继电器6：第四继电器6一直处于断开状态。

如果是大负荷工作状态，采用大的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器3：在进气冲程开始，ECU向第一继电器3发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器3发出断开指令。第一继电器3在进气冲程期间处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程期间处于断开状态。

第二继电器4：ECU在压缩冲程开始，向第二继电器4发出闭合指令；在做功冲程结束，向第二继电器4发出断开指令。第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态。

第三继电器5：由于在大负荷下，近壁面温度高，ECU在做功冲程开始，向第三继电器5发出闭合指令；ECU在做功冲程结束，向第三继电器发出断开指令。第三继电器5在做功冲程处于闭合状态，在进气、压缩、排气冲程期间处于断开状态。

第四继电器6：在大负荷下，近壁面温度高，ECU在做功冲程开始，向第四继电器6发出闭合指令；ECU在排气冲程结束，向第四继电器6发出断开指令。第四继电器6在做功和排气冲程处于闭合状态，在进气和压缩冲程处于断开状态。

Claims (2)

1.针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、安装用于内燃机的空气电离式节能减排装置，所述的用于内燃机的空气电离式节能减排装置包括安装在内燃机进气歧管管道上的电离器，所述的电离器的喷头插入进气道管道设置并且与进气歧管轴线呈45度夹角；沿垂直于发动机每一个气缸的活塞顶岸方向在每一个气缸的活塞底壁上开有一个电源接线孔，在发动机每一个气缸的缸盖上分别以每一气缸的火花塞为中心，在缸盖顶壁上从内至外依次同轴心设置有第一圈电极板凹槽、第二圈电极板凹槽和第三圈电极板凹槽，在所述的第一圈电极板凹槽中固定有第一环形电极板、在所述的第二圈电极板凹槽内固定有第二环形电极板，在所述的第三圈电极板凹槽内固定有第三环形电极板；

每一个气缸的进气歧管上安装一个电离器，根据实际发动机气缸数量，在汽车仪表盘下方固定有与气缸数量相同的直流稳压电源以及与每一个发动机气缸对应设置的四个继电器开关，所述的直流稳压电源设置有若干对正负极接口，对应每一个气缸设置的四个继电器中的三个继电器用于控制缸内电极板的开闭，一个继电器用于控制该气缸进气歧管上的电离器的开闭；

对应每一个气缸设置的四个继电器以及一个直流稳压电源的具体连接电路为：

用于控制一个气缸的第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的A输出端各自通过一根第一电线分别与直流电源对应设置的一个负极接口相连接，

第一继电器的B输出端通过第二电线与电离器的负极接口连接，第二继电器、第三继电器和第四继电器的B输出端各自与一根第三电线的一端连接，三根第三电线的另一端分别穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱并各自与对应设置的第一电极板的接口、第二电极板的接口、第三电极板的接口连接，第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的C输入端各自通过第四电线以及第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的D输入端各自通过第五电线分别与ECU的继电器管脚相连；

第六电线一端连接直流电源的第一正极接口，另一端穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱连接电离器的正极接口；

第七电线一端连接直流电源的第二正极接口，另一端穿过汽车内部的电线孔进入发动机舱插入电源接线孔；

步骤二、ECU根据发动机原有的进气道上的空气流量传感器、曲轴上的曲轴位置传感器和燃烧室内的缸压传感器传出的信号确定发动机工作状态；

步骤三、针对不同的工作状态，每一个继电器在不同冲程的控制方法分别如下：

如果是小负荷工作状态，采用少量的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器：在进气冲程开始，ECU向第一继电器发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器发出断开指令，第一继电器在进气冲程处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程处于断开状态；

第二继电器：在压缩冲程开始，ECU向第二继电器发出闭合指令；在做功冲程结束，ECU向第二继电器发出断开指令，第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态；

第三继电器和第四继电器一直处于断开状态；

如果是中等负荷工作状态，采用中等的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器：在进气冲程开始，ECU向第一继电器发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器发出断开指令，第一继电器在进气冲程处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程处于断开状态；

第二继电器：在压缩冲程开始，ECU向第二继电器发出闭合指令；在做功冲程结束，ECU向第二继电器发出断开指令，第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态；

第三继电器：ECU在做功冲程开始，向第三继电器发出闭合指令；ECU在做功冲程结束，向第三继电器发出断开指令，第三继电器在做功冲程处于闭合状态，在进气、压缩、排气冲程期间处于断开状态；

第四继电器一直处于断开状态；

如果是大负荷工作状态，采用大的空气电离度和缸内电场覆盖程度，继电器具体控制策略为：

第一继电器：在进气冲程开始，ECU向第一继电器发出闭合指令；在进气冲程结束，ECU向第一继电器发出断开指令，第一继电器在进气冲程期间处于闭合状态，在压缩、做功、排气冲程期间处于断开状态；

第二继电器：ECU在压缩冲程开始，向第二继电器发出闭合指令；在做功冲程结束，向第二继电器发出断开指令，第二继电器在压缩冲程和做功冲程期间处于闭合状态，在进气、排气冲程期间处于断开状态；

第三继电器：ECU在做功冲程开始，向第三继电器发出闭合指令；ECU在做功冲程结束，向第三继电器发出断开指令，第三继电器在做功冲程处于闭合状态，在进气、压缩、排气冲程期间处于断开状态；

第四继电器：在大负荷下，近壁面温度高，ECU在做功冲程开始，向第四继电器发出闭合指令；ECU在排气冲程结束，向第四继电器发出断开指令，第四继电器在做功和排气冲程处于闭合状态，在进气和压缩冲程处于断开状态。

2.根据权利要求1所述的针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法，其特征在于：相邻两块环形电极板的外边缘之间沿径向之间的间距为5mm-10mm。

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