[发明专利]发动机双效进气系统

说明书

技术领域

本发明属于内燃机结构，具体涉及一种发动机的进气系统装置。

背景技术

近年来，随着发动机技术的发展和排放法规的日益严格，对发动机的缸内燃烧提出了更高的要求。先进的燃烧技术能够使发动机动力性、经济型和排放性得到最佳兼顾。发动机采用富氧燃烧(进气氧浓度大于21％)能够缩短燃烧滞燃期，提高燃烧温度，加快火焰传播速度，显著降低柴油机颗粒物和碳烟的排放。尤其柴油机大负荷运行时，由于缸内燃烧不完全使得颗粒物和碳烟的排放剧增。另外，发动机在冷启动时由于缸内温度低，燃料燃烧不完全也将生成大量的碳烟和碳氢化合物，不仅污染环境，而且浪费燃料。如果此时给发动机增大富氧进气，就能够提高燃烧温度降低排放恶化，同时还能使后处理系统的催化剂快速达到工作温度。采用富氧燃烧虽然可以改善碳烟排放的恶化，但是富氧燃烧将带来的问题是燃烧后导致NOx的恶化排放。

富氮燃烧(进气氮浓度大于79％)也叫做贫氧燃烧，是一种广泛应用的燃烧技术。在中低负荷时，发动机采用富氮进气使燃烧室内的气体混合更加均匀，减少了燃烧室内局部高温、高氧区，降低了缸内的燃烧温度，破坏NOx的生成条件，使NOx的排放量有效降低，同时实现了NOx、碳烟和燃油消耗率的兼顾。

此外，提高发动机燃烧效率的途径还在于，发动机在不同工况下需要不同的进气压力和进气温度，如果能够根据发动机运行实际工况，实时的对进气压力和温度进行调整，就能保证其始终工作在最佳状态。因此，在发动机在冷启动工况和大负荷工况时采用富氧燃烧，而在中小负荷工况时采用富氮燃烧，同时在各工况下又能对进气温度和压力的实时调节，是提高发动机效率的最佳选择。既能充分发挥富氧燃烧和富氮燃烧的优势，又能保证发动机在全工况下实现动力性、经济性和排放性的最佳匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有富氧燃烧和富氮燃烧双效进气系统的发动机结构，同时可以实现对发动机进气压力、温度、氧浓度以及EGR率的实时调节，使发动机在不同的工况下采用不同的进气策略，从而保证发动机在全工况下都能实现动力性、经济型和排放性能的最佳兼顾。

本发明解决上述技术问题本发明是通过以下技术方案实现的：

发动机双效进气系统，包括可变截面压气机、温度调节器、氮氧调节装置、高分子氧分离膜、进气混合器、富氧进气管路电磁阀、富氮进气管路电磁阀、ECU单元(整车电气控制单元)、废气冷却器、进气温度传感器、进气压力传感器、进气流量传感器、进气氧浓度传感器、进气CO₂浓度传感器、相位传感器、EGR(废气再循环)阀以及开关电磁阀等。在部件连接结构上：可变截面压气机、温度调节器以及氮氧调节装置依次连接，在氮氧调节装置中设有高分子氧分离膜，高分子氧分离膜分成左右两个腔体：右侧腔体与富氧进气管路进气端相通；左侧腔体与富氮进气管路进气端相通。富氧与富氮进气管路的出气端通入进气混合器，同时在进气管路中的温度调节器与高分子氧分离膜之间设有空气旁通管路直接引入进气混合器中。发动机的排气管、废气冷却器亦依次接于进气混合器。富氧进气管路电磁阀、富氮进气管路电磁阀和空气旁通管路通过ECU单元分别独立控制。在进气混合器与发动机进气管路间设有进气温度传感器、进气压力传感器、进气流量传感器、进气氧浓度传感器和进气CO₂浓度传感器。由ECU单元、进气氧浓度传感器、高分子氧分离膜、氧分离膜相位控制执行器和相位传感器组成闭环控制系统。通过改变高分子氧分离膜左右两个腔体的相位获得不同浓度的富氧进气和富氮进气。