專利名稱：一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于內燃機領域，特別是一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃 燒控制方法及控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前，環(huán)境污染正成為一個眾所關注的社會問題，各國制訂的柴
油機排放法規(guī)逐年趨于嚴格。柴油機有害排放物主要是NOx和微粒子 (碳煙和可溶性有機物)，由于其凈化方法相互抵觸和矛盾。給全面滿足 排放法規(guī)帶來了困難。發(fā)動機研究者采用各種不同的技術，如直噴化 增壓、中冷、高壓噴射、廢氣再循環(huán)(EGR)、電子控制、低潤滑油消耗 等措施，對降低排放水平帶來了一定的好處，但從根本上解決上述問 題仍是一個技術難題。眾所周知，EGR可降低氮氧化物排放，但是高 EGR意味著進氣稀釋及02濃度降低，會致使燃燒惡化，從而導致柴油 機工作性能下降，碳煙水平上升。理論上，純氧進氣可使碳煙排放下 降，但是單純使用純氧進氣則會導致氣缸內02濃度增高，燃燒急劇而 充分，會導致燃燒溫度過高，NOx排放水平升高，對噴油嘴和燃燒室 的燒蝕過大，壓力升高率和燃燒噪聲過高等方面的負面因素都無法保 證發(fā)動機的工作平順和可靠，所以純氧進氣一直無法在發(fā)動機上使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種內燃發(fā)動機純 氧進氣富氧燃燒控制方法，將廢氣再循環(huán)與純氧進氣進行結合作為內 燃發(fā)動機全部進氣，使其優(yōu)勢互補，達到降低內燃發(fā)動機NOx和微粒 子排放的目的，同時可以讓發(fā)動機工作正常，保證氣缸內的燃燒平穩(wěn) 可控。
本發(fā)明解決上述技術問題是通過以下技術方案實現(xiàn)的 一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法，采用部分再循環(huán)廢 氣作為內燃發(fā)動機全部進氣的部分進氣，其特征在于采用純氧作為 內燃發(fā)動機全部進氣的剩余部分進氣，其中純氧占全部進氣量的21
3的79% 70%。
而且，采用純氧作為內燃發(fā)動機全部進氣的剩余部分進氣的具體 步驟為采用純氧供氣源提供純氧；通過調節(jié)閥調節(jié)純氧流量；將純 氧通入穩(wěn)壓混和罐與經(jīng)穩(wěn)壓、調節(jié)流量、冷卻后的再循環(huán)廢氣進行充 分混和、穩(wěn)壓后通入內燃發(fā)動機的進氣總管。
而且，所述的純氧供氣源為高分子氧分離裝置或者純氧儲存裝置。 一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制系統(tǒng)，包括內燃發(fā)動機及 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)主要由與內燃發(fā)動機排氣總管出口 端相連的排氣穩(wěn)壓罐、與排氣穩(wěn)壓罐出口相連接的背壓閥及EGR閥、 與EGR閥出口相連接的EGR冷卻器構成，EGR冷卻器出口與內燃發(fā) 動機進氣總管連接，其特征在于內燃發(fā)動機的進氣總管連接一穩(wěn)壓 混和罐的出口，該穩(wěn)壓混和罐的一進口端與純氧供氣源相連通，該穩(wěn) 壓混和罐的另一進口端與EGR冷卻器出口相連通，在純氧供氣源與穩(wěn) 壓混和罐之間安裝有含氧量調節(jié)閥。
而且，所述的純氧供氣源為高分子氧分離裝置或者純氧儲存裝置。 本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為
1. 本發(fā)明的內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法采用高廢氣再 循環(huán)與純氧進氣相結合，實現(xiàn)富氧燃燒，使其優(yōu)勢互補，則可達到同 時控制柴油機NOx、 CO、 HC和PM排放的目的，解決以往發(fā)動機在 氮氧排放與微?？刂频牟呗陨系拿苤?。
2. 本發(fā)明的內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制系統(tǒng)，通過在內燃 發(fā)動機進氣總管上連通純氧供氣系統(tǒng)，從而實現(xiàn)純氧與循環(huán)廢氣的結 合，并通過對氧含量調節(jié)閥、背壓閥、EGR閥開度的調節(jié)可以實現(xiàn)穩(wěn) 壓混合罐內的混合氣氧氣含量大于普通空氣的21%，從而發(fā)動機的實 現(xiàn)富氧燃燒，提高發(fā)動機動力輸出，降低燃油消耗率?？奢^為方便的 在現(xiàn)有內燃發(fā)動機上實現(xiàn)，無需對發(fā)動機缸蓋、機體、供油系統(tǒng)、等 主要部件及系統(tǒng)做重大改變。
3. 本發(fā)明內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法及控制系統(tǒng)可實 現(xiàn)高廢氣再循環(huán)與純氧進氣相結合，實現(xiàn)富氧燃燒，從而達到降低內 燃發(fā)動機NOx和微粒子排放的目的，同時可以讓發(fā)動機工作正常，保 證氣缸內的燃燒平穩(wěn)可控。


圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法，采用部分再循環(huán)廢 氣作為內燃發(fā)動機全部進氣的部分進氣，其創(chuàng)新之處為采用純氧作 為內燃發(fā)動機全部進氣的剩余部分進氣，其具體步驟為采用純氧供 氣源提供純氧，純氧供氣源為高分子氧分離裝置或者純氧儲存裝置。 通過調節(jié)閥調節(jié)純氧流量。將純氧通入穩(wěn)壓混和罐與經(jīng)穩(wěn)壓、調節(jié)流 量、冷卻后的再循環(huán)廢氣進行充分混和、穩(wěn)壓后通入內燃發(fā)動機的進 氣總管。其中純氧占全部進氣量的21% 30%，再循環(huán)廢氣占全部進
氣量的79% 70%。
實現(xiàn)上述控制方法所采用的一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控 制系統(tǒng)，包括內燃發(fā)動機2及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)主要 由與內燃發(fā)動機排氣總管3出口端相連的排氣穩(wěn)壓罐8、與排氣穩(wěn)壓 罐出口相連接的背壓閥7及EGR閥9、與EGR閥出口相連接的EGR 冷卻器10構成，EGR冷卻器出口與內燃發(fā)動機進氣總管1連接。本 控制系統(tǒng)的創(chuàng)新之處為內燃發(fā)動機的進氣總管連接一穩(wěn)壓混和罐6 的出口，該穩(wěn)壓混和罐的一進口端與純氧供氣源4相連通，該穩(wěn)壓混 和罐的另一進口端與EGR冷卻器出口相連通，在純氧供氣源與穩(wěn)壓混 和罐之間安裝有含氧量調節(jié)閥5。純氧供氣源為高分子氧分離裝置， 或者純氧儲存裝置，或者其它可分離出純氧的裝置。
本發(fā)明控制系統(tǒng)的工作原理為
發(fā)動機工作時產(chǎn)生的廢氣進入排氣穩(wěn)壓罐穩(wěn)定壓力，消除排氣脈 動，使發(fā)動機EGR廢氣的供應更加平穩(wěn)。進入排氣穩(wěn)壓罐的廢氣一部 分多余廢氣通過背壓閥排入大氣，有用的部分通過EGR閥。EGR閥 的作用是與排氣背壓閥共同配合，由它們來實現(xiàn)維持內燃發(fā)動機工作 所需進氣總量中79%~70%的廢氣的流量控制。這部分廢氣接著進入 EGR冷卻器，在通過EGR冷卻器的時候其溫度將下降，這有利于提 高內燃發(fā)動機的進氣沖量，并且能使得燃燒時的火焰溫度降低，燃燒
5速度延緩，壓力升高率降低，這些都有助于燃燒的控制。EGR廢氣經(jīng) 冷卻后進入穩(wěn)壓混和罐與純氧混合，并進一步消減進氣與排氣的脈動， 提高進氣壓力穩(wěn)定性，最終混合均勻的純氧與EGR廢氣組成的混合氣 進入進氣總管，最終參與燃燒。
氧分離裝置將普通空氣分離為氧氣和氮氣，其中氧氣通過氧含量 調節(jié)闊進入穩(wěn)壓混合罐與罐內與EGR廢氣混合，并進入發(fā)動機燃燒做 功，實現(xiàn)純氧進氣；氮氣則排入大氣。通過對氧含量調節(jié)閥、背壓閥、 EGR閥開度的調節(jié)可以實現(xiàn)穩(wěn)壓混合罐內的混合氣氧氣含量在于 21 30%，從而實現(xiàn)發(fā)動機的富氧燃燒。
由于純氧與EGR廢氣組成的混合氣，其中氧氣占21%~30% (根 據(jù)發(fā)動機的具體工況和油量供給而變化)，剩下的79%~70%全部由發(fā) 動機廢氣組成，而廢氣又主要是C02和水蒸汽組成，這部分廢氣取代 了傳統(tǒng)發(fā)動機的進氣的N2份額，由于進氣中不再含有氮氣，所以在此 條件下內燃發(fā)動機的排氣成分中的NOx將大為減少或幾乎消失(因為 燃料里邊可能含有氮，所以不能說完全消除NOx)。
通過氧含量調節(jié)閥的控制，始終保證混合氣中的氧氣含量高于普 通大氣的氧氣21%的含量，從而發(fā)動機實現(xiàn)富氧燃燒，促進燃料充分 燃燒，從而降低CO、 HC、 PM污染物的排放。另一方面，促進燃料 的充分燃燒，也同時提高經(jīng)濟性，從而節(jié)省燃料。通過純氧供氣富氧 燃燒不但實現(xiàn)了內燃發(fā)動機的清潔排放還可以提高經(jīng)濟性而又不犧牲 發(fā)動機的動力性。另外，氣缸內的富氧不但可以保證油料在燃燒室內 能夠燃燒得更加充分且完全，而排氣管內的富氧，則可充分利用后燃 和排氣管內的溫度使大部分在缸內未得以反應完全中間產(chǎn)物繼續(xù)燃 燒，從而大幅降低CO、 HC微粒的排放。這樣不但能提升發(fā)動機功率 密度，還可以實現(xiàn)改善燃油利用率及降低各種污染物排放的目的。
針對EGR的廢氣溫度過高，影響發(fā)動機的充氣效率的問題，本 發(fā)明采用了EGR冷卻器，實現(xiàn)了EGR冷循環(huán)，降低了進氣溫度，使 發(fā)動機的燃燒準備期和急燃時間得以適當延緩，這樣將使缸內的油氣 混合更加均勻，對燃燒有一定的改善。由此可見，本發(fā)明的控制系統(tǒng) 可以從源頭上同時降低NOx、 CO、 CH、 PM的排放，提高發(fā)動機的動 力輸出，降低燃油消耗率。
權利要求
1. 一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法，采用部分再循環(huán)廢氣作為內燃發(fā)動機全部進氣的部分進氣，其特征在于采用純氧作為內燃發(fā)動機全部進氣的剩余部分進氣，其中純氧占全部進氣量的21％～30％，再循環(huán)廢氣占全部進氣量的79％～70％。
2. 根據(jù)權利要求1所述的內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法，其 特征在于采用純氧作為內燃發(fā)動機全部進氣的剩余部分進氣的具體步驟 為采用純氧供氣源提供純氧；通過調節(jié)閥調節(jié)純氧流量；將純氧通入穩(wěn) 壓混和罐與經(jīng)穩(wěn)壓、調節(jié)流量、冷卻后的再循環(huán)廢氣進行充分混和、穩(wěn)壓 后通入內燃發(fā)動機的進氣總管。
3. 根據(jù)權利要求2所述的內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法，其 特征在于所述的純氧供氣源為高分子氧分離裝置或者純氧儲存裝置。
4. 一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制系統(tǒng)，包括內燃發(fā)動機及廢 氣再循環(huán)系統(tǒng)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)主要由與內燃發(fā)動機排氣總管出口端相連 的排氣穩(wěn)壓罐、與排氣穩(wěn)壓罐出口相連接的背壓閥及EGR閥、與EGR閥 出口相連接的EGR冷卻器構成，EGR冷卻器出口與內燃發(fā)動機進氣總管 連接，其特征在于內燃發(fā)動機的進氣總管連接一穩(wěn)壓混和罐的出口，該 穩(wěn)壓混和罐的一進口端與純氧供氣源相連通，該穩(wěn)壓混和罐的另一進口端 與EGR冷卻器出口相連通，在純氧供氣源與穩(wěn)壓混和罐之間安裝有含氧量 調節(jié)閥。
5. 根據(jù)權利要求4所述的內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制系統(tǒng)，其 特征在于所述的純氧供氣源為高分子氧分離裝置或者純氧儲存裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內燃發(fā)動機純氧進氣富氧燃燒控制方法及控制系統(tǒng)，采用再循環(huán)廢氣作為內燃發(fā)動機全部進氣的部分進氣，并采用純氧作為內燃發(fā)動機全部進氣的剩余部分進氣，實現(xiàn)高廢氣再循環(huán)與純氧進氣相結合，實現(xiàn)富氧燃燒，使其優(yōu)勢互補，可達到控制柴油機NO_X、CO、HC和PM排放的目的，同時可保證發(fā)動機氣缸內的燃燒平穩(wěn)可控，并提高發(fā)動機動力輸出，降低燃油消耗率。
文檔編號F02M25/10GK101503983SQ200910068088
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權日2009年3月11日
發(fā)明者衛(wèi)海橋, 祚 張, 韋 張, 梁興雨, 舒歌群, 睿 韓 申請人:天津大學