CN209324532U - 一种进气自动控制发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种进气自动控制发动机，包括发动机本体、自动控制进气系统，发动机本体进气口连通自动控制进气系统出气口，自动控制系统进气口设有连接腔室和传感器，连接腔室连接自然进气管和/或空气增压器，传感器经自动控制进气系统内的控制器与空气增压器相连。本实用新型有益效果是：实现了发动机进气系统的自动控制，有效消除负压进气现象；确保进气压力和温度稳定；进气流量跟随进油流量同步变化，使发动机达到高效、节能、环保运行的水平；尾气排放低于排放标准，有效解决柴油机冒黑烟的问题；采用热交换器产生高压蒸汽，双气驱动汽轮机和涡轮增压器增加了动力，消除了涡轮增压器高温易燃的隐患和对涡轮增压器的转速控制。

Description

一种进气自动控制发动机

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，尤其是涉及一种进气自动控制发动机。

背景技术

现有的发动机主要是自然进气和涡轮增压进气。无论是自然进气还是涡轮增压进气，都没有实现自动控制。人们忽视了进气对发动机的重要性。广泛应用的尾气涡轮增压器只是随机运行，不能人为控制和自动控制其转速、空气输出流量和压力，无法保证发动机进气压力和温度稳定在最佳范围内运行。不能保证进气流量随进油流量同步变化、合理匹配。尤其是发动机低速运转时，进气流量跟不上进油流量的增加。缸内油气比例不能匹配，造成进气不足，燃烧不完全，发动机效率降低，尾气污染严重。现有的尾气涡轮增压器只是一项不成熟的技术。这是目前发动机效率低、污染严重的最主要原因。也是亟待解决的问题。

燃油发动机进气压力、流量和温度对发动机的输出功率影响很大。每一种发动机的进气压力和温度，都有一个合理范围或者说是标准。正常的发动机应该是：进气压力、温度稳定在合理范围内，进气流量跟随进油流量同步变化，保持缸内油、气比例匹配良好、燃烧完全。发动机运行全过程的进油量、进气量、输出功率三者始终同步增加和减小。这样的发动机才是高效、节能、环保的发动机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：发动机进气压力、温度稳定在合理范围内，进气流量随进油流量同步变化、匹配合理，缸内燃烧完全。发动机高效运行的同时，产生极少量的废气排放污染。目标是：燃油发动机单位做功能耗低于燃煤发电单位做功能耗。发动机单位做功废气排放污染，低于燃煤发电单位做功排放污染。让燃油发动机焕发活力，成为高效、节能、环保的发动机。让燃油车比电动车更有生命力。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种进气自动控制发动机，包括：发动机本体、自动控制进气系统，其特征在于：所述发动机本体进气口连通所述自动控制进气系统出气口构成进气自动控制发动机，由所述自动控制进气系统控制所述发动机的进气流量、压力、温度中的任意一项或几项。

所述自动控制进气系统包括：压力自动控制进气系统、流量自动控制进气系统、温度自动控制进气系统、气路转换自动控制进气系统、进气比例分配自动控制进气系统之中的任意一种或几种。

所述自动控制进气系统主要被控对象是发动机进气温度、压力和流量。保证发动机进气的温度和压力稳定、流量充足，使发动机缸内燃油充分燃烧，发动机运行在高效、节能、低污染排放的状态进一步，所述自动控制进气系统出气口与所述发动机本体进气口之间的任意位置设置传感器，所述传感器信号输出端连接所述自动控制进气系统内的控制器输入端，所述控制器输出端连接执行机构。构成所述自动控制进气系统。

还包括：所述自动控制进气系统出气口和所述发动机本体进气口上设置传感器。

所述执行机构出气口是所述自动控制进气系统出气口。

所述传感器包括：压力、温度、流量、液位、转速、油门位置、节气门位置传感器。所述传感器还包括：智能传感器或者带信号转换器的传感器和不带信号转换器的传感器。所述带信号转换器的传感器也称为变速器。

所述执行机构包括：压力控制执行机构、流量控制执行机构、温度控制执行机构、液位控制执行机构、气路转换执行机构。

所述控制器包括：自动控制器或电脑控制器或发动机中央控制单元。发动机中央控制单元简称：ECU。

所述执行机构是：按照控制器的指令，使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置转化成驱动作用的机构或者设备。是自动控制系统中必不可少的执行环节。

压力控制执行机构包括：空气压力调节器、发动机进气稳压器、空气增压器、泄压装置。

流量控制执行机构包括：空气流量调节器、鼓风机、排风扇、空气增压器

温度控制执行机构包括：空气加温装置、冷却装置、自然进气装置和冷热空气混合装置。

液位控制执行机构包括：进水控制装置、控制阀、流量调节器，自动放水装置。

气路控制执行机构包括：进气流量调节器或进气比例分配装置或气路转换装置。

进一步，所述发动机包括自然进气发动机、涡轮增压器进气发动机、活塞发动机、转子发动机、喷气发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、燃气轮机。

进一步，所述发动机是自然进气、增压进气、常温进气、加温进气或冷却进气方式之中任意一种或几种方式进气，所述进气气路之间设置有气路转换装置，或进气流量调节装置，或进气比例分配装置，优选是：空气增压器与自然进气并联方式进气。

所述加温进气包括：发动机本体加温、水箱加温和排气管加温。解决冬季进气温度低的问题。

采用常温和加温两路混合进气，可以通过改变各路进气的流量，有效调节混合进气温度。包括：两个进气气路之间设置气路转换装置，或设置进气流量分配装置，或各路单独设置进气流量调节装置。由所述控制器根据发动机进气温度变化，随时调节两路的进气流量或者分配比例，控制进气温度在合理范围内。

所述增压进气包括：电动空气增压器、尾气涡轮增压器、机械空气增压器增压进气。

采用尾气涡轮增压器进气与自然进气并联的方法，不但实现了稳压进气，还降低了进气温度，增加了涡轮增压器低速时的进气流量，弥补了涡轮增压器的两大缺陷。

进一步，所述发动机本体进气口和所述自动控制进气系统出气口之间设置有传感器，或者在自动控制进气系统中设置有传感器。

所述传感器包括：压力、温度、流量传感器。通过随机检测发动机进气压力、温度、流量的变化情况，为控制器提供及时的控制参数。

进一步，所述自动控制进气系统进气口设有过滤网。

进一步，所述控制器设置有若干个控制输出端，包括：压力控制、流量控制、温度控制、液位控制、转速控制、气路转换控制输出端之中的任意一个或几个。

所述控制输出端是控制器外围的输出端子或管脚或元件或连接部件。所述输出端包括：压力控制执行机构、流量控制执行机构、温度控制执行机构、液位控制执行机构、气路转换机构的控制输出端之中的任意一个或几个，可以连接所述执行机构，也可以空置备用。

进一步，所述发动机或涡轮增压器上设置有热交换器，将发动机余热转化为蒸汽；所述蒸汽单独驱动或者与发动机尾气共同驱动一汽轮机或涡轮增压器，优选蒸汽与尾气共同驱动汽轮机或涡轮增压器。

所述发动机上设置的热交换器还包括：在所述发动机外壳上或发动机歧管上或发动机汽缸外部或发动机尾气出口的任意部位设置热交换器，将发动机余热转化为高压蒸汽。所述汽轮机或涡轮增压器进气口，连接所述热交换器的高压蒸汽出口和所述发动机排气口，构成双动力汽轮机或涡轮增压器。

所述热交换器设置在涡轮增压器上的。这样可以吸收涡轮增压器的热量降低其温度，消除高温易燃的隐患。蒸汽与尾气共同驱动涡轮增压器，还可以弥补其低速效率低的缺陷。

还包括：所述热交换器设置在燃气轮机、喷气发动机、涡扇发动机、涡轴发动机排气口内部或者外部处的。吸收排气口的热量产生高压蒸汽，降低其温度。采用蒸汽与燃气共同驱动燃气轮机、喷气发动机、涡扇发动机、涡轴发动机。可以增加发动机输出动力，提高燃油效率，减少高温对发动机的损坏，降低对材料的要求，有效延长发动机寿命。

进一步，所述热交换器包括：水箱、热交换装置和储气装置。

所述水箱设置有进水阀和出水口。所述出水口连接热交换装置进水口。所述储气装置设置有进气口和出气口。所述进气口连接所述热交换装置出气口。所述储气装置出气口连接所述汽轮机进气口，为其提供二次动力。

还包括：所述水箱、热交换装置和储气装置上设置或者连接有安全阀、自动放水装置、自动进水装置的。

进一步，所述热交换器上设置有传感器和执行机构连接所述控制器输入、输出端，控制所述热交换器的内部压力、温度、液位、蒸汽输出流量、自动进水和自动放水；由所述中央控制器通过控制进入所述涡轮增压器或汽轮机的蒸汽流量，控制所述涡轮增压器或汽轮机的转速。

所述传感器包括：压力、温度、流量、液位和转速传感器。

所述执行机构包括：压力控制执行机构、流量控制执行机构、温度控制执行机构、液位控制执行机构、自动进水和自动放水装置。

采用热交换器产生高压蒸汽，实现了尾气和蒸汽双气同时驱动涡轮增压器，为涡轮增压器提供了充足的动力。

本发明还包括：通过对输入涡轮增压器蒸汽流量控制，实现对涡轮增压器的转速控制和输出空气的压力、流量自动控制。使原本只能随机运转的涡轮增压器，变为可以手动或自动控制的涡轮增压器。使涡轮增压发动机成为进气自动控制发动机。

双气同时驱动涡轮增压器动力充足，输出空气压力稳定、流量充足。有效保障了发动机进气压力和流量调节的空间。为压燃发动机高压进气提供了可靠保障。

还包括：双气同时驱动涡轮增压器和一个汽轮机。汽轮机连轴发动机，为发动机进一步增加动力。前提是：在涡轮增压器保证发动机进气充足的条件下，剩余的蒸汽再驱动汽轮机。

本发明的有益效果是：提出了：发动机“稳压进气”的概念，有效消除负压进气现象。实现了发动机进气压力、流量和温度的自动控制。确保进气压力和温度稳定；进气流量跟随进油流量同步变化，缸内油、气比例匹配良好、燃烧充分。达到发动机运行全过程的进油量、进气量、输出功率三者始终同步增、减，高效、节能、环保运行的水平。解决了现有发动机所存在的、进气压力波动大、缸内燃烧不完全、效率低、排放污染严重的问题。

采用热交换器产生高压蒸汽，为发动机和涡轮增压器提供了二次动力，实现了双气驱动汽轮机和涡轮增压器。不仅增加了动力还消除了涡轮增压器高温易燃的隐患。通过对输入涡轮增压器蒸汽流量的控制，可以有效实现对涡轮增压器的转速控制。使原本只能随机运转的涡轮增压器，实现自动控制。使涡轮增压发动机成为进气自动控制发动机。

本发明实现的发动机，燃油热效率超过50％、节油20％、减排60％。不需要专门处理尾气，可以低于国6排放标准。使燃油发动机进入一个高效率、低油耗、低污染的进气自动控制时代。通过进气自动控制可以实现压燃发动机高压进气，提高缸内气/油比例，彻底解决柴油机燃烧不完全冒黑烟问题。

附图说明

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

附图1为本发明发动机进气自动控制系统结构示意图；

附图2为本发明空气增压器与自然进气并联的进气自动控制发动机结构示意图；

附图3为本发明双气驱动涡轮增压器的进气自动控制发动机结构示意图；

附图4为本发明进气自动控制发动机结构示意图。

附图5为本发明压力自动控制进气系统发动机的电器连接示意图

图中：

1、发动机主体 2、发动机进气口

3、自动控制进气系统出气口 4、自动控制进气系统

5、自动控制进气系统进气口 6、空气增压器

7、单流阀 8、连接腔室

9、过滤网 10、空气增压器过滤网

11、自然进气管 12、混合气体排气管

13、发动机排气口 14、热交换器进气口

15、热交换器 16、双气驱动的涡轮增压器

17、蒸汽出口 18、发动机排气管

19、传感器 20、控制器

21、执行机构 22、气体流量调节器

23、电瓶 24、控制器输出端

25、空气增压器电动机 26、空气增压器

27、压力传感器 28、控制器输入端

29、电源线 30、电动机电源线

31、传感器信号线

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

如图1所示的发动机自动控制进气系统结构示意图，发动机自动控制进气系统4由发动机本体1的进气口2连通所述自动控制进气系统出气口3，构成进气自动控制发动机。发动机包括：活塞发动机、转子发动机、喷气发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、燃气轮机。自动控制进气系统由：设置在发动机进气口2上的传感器连接控制器输入端，执行机构连接控制器输出端构成，传感器为控制器提供控制信号，控制器根据设定信号，对输入信号进行对比、分析、诊断、运算得出正确结论，然后发出控制指令到输出端，控制执行机构做出正确调整，保证系统控制参数在合理范围内，控制参数包括：进气压力、温度、流量、不同进气管路和不同进气涵道的气路转换或进气流量调节或进气分配比例。传感器包括：压力、温度、流量传感器。

发动机自动控制进气系统还包括：水箱、储气罐或热交换器液位、压力、温度、蒸汽流量，发动机或涡轮增压器转速。

执行机构包括：压力控制执行机构、流量控制执行机构、温度控制执行机构、气路控制执行机构。

以压力自动控制系统为例：由压力传感器为中央控制器提供发动机进气压力信号，所述控制器根据设定压力信号，对输入信号进行对比、分析、诊断、运算得出正确结论。然后发出控制指令到输出端，调整空气增压器6的转速、输出流量和压力，保证系统压力参数在合理范围内。空气增压器是压力控制执行机构、流量控制执行机构之中的一种。

实施例2

如图2所示的空气增压器6与自然进气并联的进气自动控制发动机结构示意图，是在实施例1的基础上，增加了自然进气系统。

由空气增压器6出口通过连接腔连接自然进气系统的出口，空气增压器6连接中央控制器输出端，设置在发动机进气口2上的传感器连接控制器输入端。传感器检测发动机进气口的信号，输出给控制器，由控制器输出指令控制空气增压器6的转速和空气输出流量。

并联自然进气系统可以有效弥补发动机高转速时的空气增压器进气不足的缺陷。自然进气系统出气口3设置单流阀7，只能进气不能泄气。保证发动机进气压力不会从自然进气系统泄漏，实现发动机高压进气。尤其是由于柴油发动机进气系统。并联的自然进气系统还可以是其它驱动方式的副空气增压器。进一步增加进气系统的进气流量和压力，为大型发动机供气。

以压力自动控制系统为例：由压力传感器为控制器提供发动机进气压力信号，控制器根据设定压力信号，对输入信号进行对比、分析、诊断、运算得出正确结论。然后发出控制指令到输出端，调整空气增压器的转速、输出流量和压力，保证系统压力参数在合理范围内。

实施例3

如图3所示的双气驱动涡轮增压器的进气自动控制发动机结构示意图。发动机排气管穿过热交换器驱动涡轮增压器，同时将发动机余热传递给热交换器转化为蒸汽。所述蒸汽与发动机尾气输出端连接涡轮增压器输入端，蒸汽和尾气共同驱动涡轮增压器。

还包括：所述热交换器设置在涡轮增压器上的。这样可以吸收涡轮增压器的热量降低其温度，消除高温易燃的隐患。蒸汽与尾气共同驱动涡轮增压器，还可以弥补其低速效率低的缺陷。

设置在发动机进气口2上的传感器连接控制器输入端。传感器检测发动机进气口2的信号，输出给控制器，由控制器输出指令控制涡轮增压器的转速和空气输出流量。通过控制器自动控制涡轮增压器蒸汽进入流量，自动控制所述涡轮增压器转速和空气输出流量。实现发动机进气自动控制。

图4所示为本发明进气自动控制发动机结构示意图

发动机进气口连接自动控制进气系统出气口，构成进气自动控制发动机。

所述自动控制进气系统主要被控对象是发动机进气温度、压力和流量。控制发动机进气的温度和压力稳定、流量充足，使发动机缸内燃油充分燃烧，发动机运行在高效、节能、低污染排放的状态。

所述自动控制进气系统包括：压力自动控制进气系统、流量自动控制进气系统、温度自动控制进气系统、进气管路自动转换系统、进气管路比例自动分配系统之中的任意一种或几种。

实施例5

如图5所示，压力自动控制进气系统的执行机构是电动空气增压器、传感器是压力传感器。由电瓶连接控制器为电源，控制器输出端连接电动空气增压器的电动机，并且控制电动机的工作状态。压力传感器设置在发动机进气口，通过信号线连接控制器输入端，为控制器提供进气压力信号。自动控制进气系统出气口连接发动机进气口。

所述控制器检测压力传感器的输入信号，根据输入信号分析、判断发动机进气压力状况，经过对比运算得出正确结论、输出控制指令到输出端，通过控制电动空气增压器电动机的启停、转速和正反转，控制空气增压器的出口压力和流量，保证发动机进气压力稳定、流量充足。

Claims (10)

1.一种进气自动控制发动机，包括：发动机本体、自动控制进气系统，其特征在于：所述发动机本体进气口连通所述自动控制进气系统出气口构成进气自动控制发动机，所述自动控制进气系统控制所述发动机的进气流量、压力、温度中的任意一项或几项。

2.根据权利要求1所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述自动控制进气系统出气口与所述发动机本体进气口之间的任意位置设置传感器，所述传感器信号输出端连接所述自动控制进气系统内的控制器输入端，所述控制器输出端连接执行机构。

3.根据权利要求2所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述自动控制进气系统包括压力自动控制进气系统、流量自动控制进气系统、温度自动控制进气系统、气路转换自动控制进气系统、进气比例分配自动控制进气系统；所述传感器包括压力、温度、流量、转速、油门位置、节气门位置传感器，所述执行机构包括压力控制执行机构、流量控制执行机构、温度控制执行机构、液位控制执行机构、气路转换执行机构；所述发动机包括：自然进气发动机、涡轮增压器进气发动机、活塞发动机、转子发动机、喷气发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、燃气轮机。

4.根据权利要求1、2或3任意一种所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述发动机进气方式包括：自然进气、增压进气、常温进气、加温进气或冷却进气方式之中任意一种或几种方式进气，所述进气气路之间设置有气路转换装置，或进气流量调节装置，或进气比例分配装置，或增压进气与自然进气并联方式进气。

5.根据权利要求1所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述发动机排气口设有热交换器，所述热交换器在排气口经排气管道和/或蒸汽管道与增压器连通，所述增压器与自动控制进气系统连通；所述蒸汽管道设有气体流量调节器，经自动控制进气系统的控制器，与设置在发动机本体与自动控制进气系统出气口之间连接管路上的传感器相连。

6.根据权利要求5所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述自动控制进气系统进气口、自然进气管、空气增压器的进气口分别设有过滤网。

7.根据权利要求2所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述控制器设置有若干个输出端，包括：压力控制、流量控制、温度控制、液位控制、气路转换控制、电动机转速控制输出端、电源电压输出端、电源电流输出端、变频电源输出端之中的任意一个或几个。

8.根据权利要求3所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述发动机或涡轮增压器上设置有热交换器，将发动机余热转化为蒸汽；所述蒸汽单独驱动或者与发动机尾气共同驱动一汽轮机或涡轮增压器，或蒸汽与尾气共同驱动汽轮机或涡轮增压器。

9.根据权利要求8所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述热交换器包括：水箱、热交换装置和储气装置，所述涡轮增压器的转速或汽轮机的蒸汽流量由控制器控制。

10.根据权利要求9所述的进气自动控制发动机，其特征在于：所述热交换器上设置有传感器和执行机构连接所述控制器输入、输出端，控制所述热交换器的内部压力、温度、液位、蒸汽输出流量、自动进水和自动放水。