本發(fā)明涉及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車。
背景技術(shù)：
不管是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生污染物；其中，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)主要產(chǎn)生co、nox和hc(未燃燒完全的碳?xì)浠衔?等污染物，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的微粒物質(zhì)和nox等污染物。即使是目前正在逐步擴(kuò)展應(yīng)用的甲醇燃料汽車、天然氣燃料汽車，甚至是各汽車企業(yè)和研究所正研究的氫燃料汽車，都會(huì)產(chǎn)生污染。
眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)需要吸收空氣進(jìn)入氣缸才能使燃料和空氣產(chǎn)生氧化反應(yīng)，以此為發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力來(lái)源。然而，空氣由多種氣體混合而成，空氣中的氧氣參加化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，也會(huì)有其他氣體在高溫高壓的氣缸里面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生污染物，甚至于一部分燃料燃燒時(shí)也因產(chǎn)生中間產(chǎn)物而形成污染物。因此，在合適的進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度條件下，控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氧氣和氮?dú)獾暮浚苡行У臏p少排氣污染物。
目前，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工況和減少尾氣污染是通過(guò)egr(廢氣再循環(huán))裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該egr裝置主要作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的部分廢氣再次引入氣缸，進(jìn)行二次燃燒氧化，同時(shí)廢氣可以對(duì)新鮮氣體進(jìn)行預(yù)熱，使混合氣達(dá)到合適的燃燒溫度，但該egr裝置具有較高的生產(chǎn)成本，且只能回收部分廢氣。
鑒于我國(guó)將在2020年實(shí)行國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)，要求輕型車百公里油耗標(biāo)準(zhǔn)降低到5l，且汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)接近歐五標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)于汽車企業(yè)而言，亟需改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能，不僅要在提高汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)的同時(shí)，也要滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種可以控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車，使得燃料燃燒更加完全，能降低發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的產(chǎn)生，替代傳統(tǒng)egr裝置。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)，其與汽車車載電腦ecu相配合，包括氣缸、進(jìn)氣歧管、排氣管、氮氧分離裝置和渦輪增壓器；其中，
所述氣缸上安裝有所述進(jìn)氣歧管和所述排氣管；
所述氮氧分離裝置設(shè)置于所述進(jìn)氣歧管上，其包括用于氮?dú)夂脱鯕夥蛛x的聚合膜組、旁通管、進(jìn)給泵、泄氮管、泄氮閥、氮?dú)饬髁靠刂崎y、進(jìn)氣管、泄氧管、泄氧閥和氣體混合室；其中，
所述聚合膜組的中間部位連接所述旁通管并與所述氣體混合室相導(dǎo)通形成氮?dú)膺M(jìn)氣支路，底部連接所述進(jìn)氣管并與所述氣體混合室相導(dǎo)通形成氧氣進(jìn)氣支路；
所述旁通管上安裝有所述進(jìn)給泵、所述泄氮管和所述氮?dú)饬髁靠刂崎y；其中，所述進(jìn)給泵位于靠近所述聚合膜組的一側(cè)；所述氮?dú)饬髁靠刂崎y位于靠近所述氣體混合室一側(cè)，其上還設(shè)有與所述ecu相連的氮?dú)饬髁總鞲衅鳎凰鲂沟芪挥谒鲞M(jìn)給泵和所述氮?dú)饬髁靠刂崎y之間，其上還設(shè)有與所述ecu相連的泄氮閥；
所述進(jìn)氣管上安裝有所述泄氧管，且所述泄氧管位于靠近所述聚合膜組一側(cè)，其上設(shè)有與所述ecu相連的泄氧閥；
所述渦輪增壓器跨接在所述氮氧分離裝置的進(jìn)氣管和所述進(jìn)氣管上，且兩端葉輪分別位于所述進(jìn)氣管和所述進(jìn)氣管中。
其中，所述聚合膜組由多孔聚合膜構(gòu)成，且其頂部設(shè)有用于過(guò)濾空氣的空氣濾清器。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)處于中小負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則所述進(jìn)給泵開(kāi)啟及所述渦輪增壓器關(guān)閉。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)處于中高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則所述進(jìn)給泵及所述渦輪增壓器同時(shí)開(kāi)啟。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述發(fā)動(dòng)機(jī)滿足車況時(shí)所需要的進(jìn)氣量中氮氧含量為0≤ψ<1時(shí)，則所述ecu驅(qū)動(dòng)所述泄氮閥關(guān)閉及驅(qū)動(dòng)所述泄氧閥開(kāi)啟。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述發(fā)動(dòng)機(jī)滿足車況時(shí)所需要的進(jìn)氣量中氮氧含量為ψ＝1時(shí)，則所述ecu驅(qū)動(dòng)所述泄氮閥及所述泄氧閥同時(shí)關(guān)閉。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述發(fā)動(dòng)機(jī)滿足車況時(shí)所需要的進(jìn)氣量中氮氧含量為1<ψ≤4.76時(shí)，則所述ecu驅(qū)動(dòng)所述泄氮閥開(kāi)啟及驅(qū)動(dòng)所述泄氧閥關(guān)閉。
其中，所述控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝于所述進(jìn)氣歧管上的節(jié)氣門，所述節(jié)氣門位于所述氣缸和所述氮氧分離裝置之間。
其中，所述控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝于所述進(jìn)氣歧管上的冷凝器，所述冷凝器位于所述節(jié)氣門和所述氮氧分離裝置的氣體混合室之間。
本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種汽車，其包括前述的控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
本發(fā)明使用由多孔聚合膜構(gòu)成的氮氧分離裝置將空氣進(jìn)行氮?dú)馀c氧氣的分離并按照ecu指令進(jìn)行混合，使得重新混合的空氣與燃油形成混合氣在氣缸中燃燒時(shí)能夠達(dá)到較理想的燃燒速度，燃料燃燒更加完全，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的污染物及溫度，控制燃燒過(guò)程，同時(shí)省略了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的egr系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)的局部平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明所提到的方向和位置用語(yǔ)，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內(nèi)」、「外」、「頂部」、「底部」、「?jìng)?cè)面」等，僅是參考附圖的方向或位置。因此，使用的方向和位置用語(yǔ)是用以說(shuō)明及理解本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例一中，提出的一種控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)，其與汽車車載電腦ecu(未圖示)相配合，包括氣缸1、進(jìn)氣歧管2、排氣管3、氮氧分離裝置4和渦輪增壓器5；其中，
氣缸1上安裝有進(jìn)氣歧管2和排氣管3；
氮氧分離裝置4設(shè)置于進(jìn)氣歧管2上，其包括用于氮?dú)夂脱鯕夥蛛x的聚合膜組41、旁通管42、進(jìn)給泵43、泄氮管44、泄氮閥45、氮?dú)饬髁靠刂崎y46、進(jìn)氣管47、泄氧管48、泄氧閥49和氣體混合室410，；其中，
聚合膜組41由多孔聚合膜構(gòu)成，其中間部位連接旁通管42并與氣體混合室410相導(dǎo)通形成氮?dú)膺M(jìn)氣支路，底部連接進(jìn)氣管47并與氣體混合室410相導(dǎo)通形成氧氣進(jìn)氣支路，這樣使得氮?dú)夂脱鯕夥蛛x后又可以重新在氣體混合室410進(jìn)行混合。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，氣體混合室410中氮?dú)夂脱鯕獾幕旌媳壤怯蒭cu根據(jù)多個(gè)傳感器斷定的車況決定的，因此需對(duì)氮?dú)膺M(jìn)氣支路的氮?dú)膺M(jìn)入量和氧氣進(jìn)氣支路的氧氣進(jìn)入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體為分別對(duì)旁通管42和進(jìn)氣管47進(jìn)行設(shè)置調(diào)節(jié)。
首先，旁通管42上安裝有進(jìn)給泵43、泄氮管44和氮?dú)饬髁靠刂崎y45；其中，進(jìn)給泵43位于靠近聚合膜組41一側(cè)；氮?dú)饬髁靠刂崎y45位于靠近氣體混合室410一側(cè)，其上還設(shè)有與ecu相連的氮?dú)饬髁總鞲衅?；泄氮?4位于進(jìn)給泵43和氮?dú)饬髁靠刂崎y45之間，其上還設(shè)有與ecu相連的泄氮閥45，這樣就可以通過(guò)ecu對(duì)泄氮管45上的泄氮閥46和氮?dú)饬髁靠刂崎y47來(lái)調(diào)節(jié)氮?dú)膺M(jìn)入量；
其次，進(jìn)氣管47上安裝有泄氧管48，且泄氧管48位于靠近聚合膜組41一側(cè)，其上設(shè)有與ecu相連的泄氧閥49，，這樣可以通過(guò)ecu對(duì)泄氧管48上的泄氧閥49來(lái)調(diào)節(jié)氧氣進(jìn)入量；渦輪增壓器5跨接在氮氧分離裝置4的進(jìn)氣管47和進(jìn)氣管48上，且兩端葉輪分別位于進(jìn)氣管47和進(jìn)氣管48中。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，ecu是通過(guò)進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、進(jìn)氣流量傳感器、氮?dú)饬髁總鞲衅鳌⒀鮽鞲衅鞯榷鄠€(gè)信號(hào)判定本發(fā)明實(shí)施例一中控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，計(jì)算出該發(fā)動(dòng)機(jī)滿足工況條件所需燃油量和所需的氧氣含量，從而對(duì)氮氧分離裝置4進(jìn)行進(jìn)氣調(diào)節(jié)。
然而，該發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，進(jìn)氣工作方式也不同，使得進(jìn)給泵43和渦輪增壓器5開(kāi)啟條件也不同，具體為：
當(dāng)ecu判定該發(fā)動(dòng)機(jī)處于中小負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則進(jìn)給泵43開(kāi)啟及渦輪增壓器5關(guān)閉，此時(shí)渦輪增壓器5不介入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣工作，進(jìn)給泵43工作并與外界空氣形成壓力差，進(jìn)而造成聚合膜組41上的多孔聚合膜上下表面形成壓力差，使得空氣在壓力作用下被吸附到聚合膜的高壓上表面，通過(guò)聚合膜分離層時(shí)形成濃度梯度而擴(kuò)散，最后脫離聚合膜低壓下表面，分離出來(lái)的氮?dú)獗贿M(jìn)給泵43從旁通管42進(jìn)入氣體混合室410，而氧氣通過(guò)進(jìn)氣管47進(jìn)入氣體混合室410；
當(dāng)ecu判定該發(fā)動(dòng)機(jī)處于中高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則進(jìn)給泵43及渦輪增壓器5同時(shí)開(kāi)啟，此時(shí)渦輪增壓器5介入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣工作，進(jìn)給泵43和渦輪增壓器5工作并與外界空氣形成壓力差，進(jìn)而造成聚合膜組41上的多孔聚合膜上下表面形成壓力差，使得空氣在壓力作用下被吸附到聚合膜的高壓上表面，通過(guò)聚合膜分離層時(shí)形成濃度梯度而擴(kuò)散，最后脫離聚合膜低壓下表面，分離出來(lái)的氮?dú)獗贿M(jìn)給泵43從旁通管42進(jìn)入氣體混合室410，而氧氣通過(guò)進(jìn)氣管47進(jìn)入氣體混合室410。
在本發(fā)明實(shí)施例一中，對(duì)氣缸1中參與燃燒的氧氣比例，可以用富氧燃燒、標(biāo)準(zhǔn)燃燒及富氮燃燒進(jìn)行描述。將標(biāo)準(zhǔn)空氣組分看成是由21％的氧氣和79％的氮?dú)饨M成，定義無(wú)量綱的氮氧控制參數(shù)ψ，由理想氣體狀態(tài)方程得：
其中，
氮氧控制參數(shù)ψ滿足0≤ψ≤4.76。且
碳?xì)浠衔锶剂吓c供給的空氣形成的可燃混合氣在氣缸中燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
其中，φ是當(dāng)量比。
因此，對(duì)于氣缸1上述兩種負(fù)荷狀態(tài)的運(yùn)行工況，都可以根據(jù)氣缸1中氧氣比例大小來(lái)調(diào)節(jié)氮氧分離裝置4中氮?dú)夂脱鯕獾幕旌媳壤?，即調(diào)節(jié)旁通管42上的泄氮閥44和進(jìn)氣管48上的泄氧閥49的開(kāi)啟或關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體為：
(i)氣缸1中富氮燃燒：當(dāng)ecu判定氣缸1所需要的進(jìn)氣量中氮氧含量為0≤ψ<1時(shí)，即氣體混合室410供給氣缸1空氣的氧氣比例低于標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣比例，則ecu驅(qū)動(dòng)泄氮閥44關(guān)閉及驅(qū)動(dòng)泄氧閥49開(kāi)啟；
(ii)氣缸1中標(biāo)準(zhǔn)燃燒：當(dāng)ecu判定氣缸1所需要的進(jìn)氣量中氮氧含量為ψ＝1時(shí)，即氣體混合室410供給氣缸1空氣的氧氣比例等于標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣比例，則ecu驅(qū)動(dòng)泄氮閥44及泄氧閥49同時(shí)關(guān)閉；
(iii)氣缸1中富氧燃燒：當(dāng)ecu判定氣缸1所需要的進(jìn)氣量中氮氧含量為1<ψ≤4.76時(shí)，即氣體混合室410供給氣缸1空氣的氧氣比例大于標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣比例，則ecu驅(qū)動(dòng)泄氮閥44開(kāi)啟及驅(qū)動(dòng)泄氧閥49關(guān)閉。
為了避免空氣中大顆粒物質(zhì)進(jìn)入氣缸1中，因此在聚合膜組42的頂部設(shè)有用于隔離空氣大顆粒的空氣濾清器6。
為了便于控制氮氧分離裝置4中氮氧混合氣體通過(guò)進(jìn)氣歧管2進(jìn)入氣缸1，因此該控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝于進(jìn)氣歧管2上的節(jié)氣門7，該節(jié)氣門7位于氣缸1和氮氧分離裝置4之間；
為了降低氮氧混合氣體進(jìn)入氣缸1的溫度，因此該控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝于進(jìn)氣歧管2上的冷凝器8，冷凝器8位于節(jié)氣門7和氣體混合室410之間；
相應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例一的控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)，本發(fā)明實(shí)施例二還提供了一種汽車，具有本發(fā)明實(shí)施例一中所述的控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)，該控制進(jìn)氣中氮氧含量的發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成及連接關(guān)系等此處不再一一贅述。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
本發(fā)明使用由多孔聚合膜構(gòu)成的氮氧分離裝置將空氣進(jìn)行氮?dú)馀c氧氣的分離并按照ecu指令進(jìn)行混合，使得重新混合的空氣與燃油形成混合氣在氣缸中燃燒時(shí)能夠燃燒更加完全，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的污染物及溫度，同時(shí)省略了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的egr系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。