[发明专利]一种具有余热回收和利用功能的内燃机及控制方法

权利要求书

1.一种具有余热回收和利用功能的内燃机，包括传统电控火花点火内燃机的内燃机气缸(4)、内燃机排气管(6)、曲轴转角位置传感器(8)、冷却水温度传感器(9)、进气温度和压力传感器(10)、节气门位置传感器(11)、爆震传感器(12)、线性氧传感器(13)、原机电控单元(14)、点火模块(16)、火花塞(17)、内燃机活塞(18)、燃料箱(19)、燃料压力调节器(20)、燃料喷嘴(21)、电子节气门(22)和内燃机进气空滤器(23)；其特征在于：增加了一套内燃机排气余热回收装置，包括换热器低温进气管(1)、换热器进气开关阀(2)、换热器进气空滤器(3)、换热器(5)、换热器高温出气管(7)、内燃机进气开关阀(25)和余热管理控制单元(15)；曲轴转角位置传感器(8)、冷却水温度传感器(9)、进气温度和压力传感器(10)、节气门位置传感器(11)、爆震传感器(12)、线性氧传感器(13)与原机电控单元(14)相连；余热管理控制单元(15)与原机电控单元(14)相连并获取与原机电控单元(14)相连的所有传感器(8)-(13)的信号；余热管理控制单元(15)与换热器进气开关阀(2)、点火模块(16)、燃料喷嘴(21)、电子节气门(22)和内燃机进气开关阀(25)相连，燃料箱(19)、燃料压力调节器(20)和燃料喷嘴(21)依次连接，燃料喷嘴(21)固连在内燃机进气管(24)上。内燃机进气空滤器(23)和内燃机进气开关阀(25)固连在内燃机进气管(24)上。换热器(5)固连在内燃机排气管(6)上，换热器进气开关阀(2)和换热器进气空滤器(3)依次连接在换热器低温进气管(1)上并整体连接在换热器(5)上，换热器(5)和内燃机进气管(24)之间通过换热器高温出气管(7)相连至电子节气门(22)和内燃机进气空滤器(23)之间。

2.根据权利要求1所述的一种具有余热回收和利用功能的内燃机，其特征在于，所用的燃料为汽油、甲醇、乙醇、液化石油气和天然气。

3.权利要求1所述的一种具有余热回收和利用功能的内燃机，其特征在于采用如下控制策略：1)内燃机处于起动、怠速和大负荷工况时，内燃机进气开关阀(25)打开，换热器进气开关阀(2)关闭，通过内燃机进气开关阀(25)、内燃机进气空滤器(23)和内燃机进气管(24)吸入常温空气，余热管理控制单元(15)完全采用原机电控单元(14)的起动、怠速和大负荷控制策略。2)内燃机处于部分负荷工况时，内燃机进气开关阀(25)关闭，换热器进气开关阀(2)打开，通过换热器低温进气管(1)、换热器进气开关阀(2)、换热器进气空滤器(3)、换热器(5)和换热器高温出气管(7)吸入经内燃机排气加热的空气，使内燃机工作在热空气、稀燃和大节气门状态。

4.根据权利要求3所述的一种具有余热回收和利用功能的内燃机的控制方法，其特征在于：余热管理控制单元(15)通过原机电控单元(14)接收曲轴转角位置传感器(8)的曲轴转角信号，冷却水温度传感器(9)的冷却水温度信号，节气门位置传感器(11)的节气门位置信号，线性氧传感器(13)的空燃比信号，根据节气门位置信号为1-3伏判定内燃机处于部分负荷工况；随着内燃机负荷的增加，排气温度增加，通过换热器低温进气管(1)、换热器进气开关阀(2)、换热器进气空滤器(3)、换热器(5)和换热器高温出气管(7)进入内燃机进气管(24)的空气温度不断提高，此时余热管理控制单元(15)根据进气温度和压力传感器(10)的进气温度信号，发出电子节气门控制信号(d)，将电子节气门(22)的开度增大，发出燃料喷射信号(c)使燃料喷嘴(21)减少燃料喷射量，使内燃机处于热空气、大节气门、稀薄燃烧状态；根据获得的进气温度和压力传感器(10)的进气温度信号和爆震传感器(12)的爆震信号，通过内燃机台架试验确定内燃机部分负荷实现热空气、大节气门、稀薄燃烧的节气门开度、过量空气系数和点火角脉谱。