专利名称：一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法及控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于内燃机领域，特别是一种内燃发动机纯氧进气富氧燃 烧控制方法及控制系统。
背景技术：
目前，环境污染正成为一个众所关注的社会问题，各国制订的柴
油机排放法规逐年趋于严格。柴油机有害排放物主要是NOx和微粒子 (碳烟和可溶性有机物)，由于其净化方法相互抵触和矛盾。给全面满足 排放法规带来了困难。发动机研究者采用各种不同的技术，如直喷化 增压、中冷、高压喷射、废气再循环(EGR)、电子控制、低润滑油消耗 等措施，对降低排放水平带来了一定的好处，但从根本上解决上述问 题仍是一个技术难题。众所周知，EGR可降低氮氧化物排放，但是高 EGR意味着进气稀释及02浓度降低，会致使燃烧恶化，从而导致柴油 机工作性能下降，碳烟水平上升。理论上，纯氧进气可使碳烟排放下 降，但是单纯使用纯氧进气则会导致气缸内02浓度增高，燃烧急剧而 充分，会导致燃烧温度过高，NOx排放水平升高，对喷油嘴和燃烧室 的烧蚀过大，压力升高率和燃烧噪声过高等方面的负面因素都无法保 证发动机的工作平顺和可靠，所以纯氧进气一直无法在发动机上使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内燃发动机纯 氧进气富氧燃烧控制方法，将废气再循环与纯氧进气进行结合作为内 燃发动机全部进气，使其优势互补，达到降低内燃发动机NOx和微粒 子排放的目的，同时可以让发动机工作正常，保证气缸内的燃烧平稳 可控。
本发明解决上述技术问题是通过以下技术方案实现的 一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法，采用部分再循环废 气作为内燃发动机全部进气的部分进气，其特征在于采用纯氧作为 内燃发动机全部进气的剩余部分进气，其中纯氧占全部进气量的21
3的79% 70%。
而且，采用纯氧作为内燃发动机全部进气的剩余部分进气的具体 步骤为采用纯氧供气源提供纯氧；通过调节阀调节纯氧流量；将纯 氧通入稳压混和罐与经稳压、调节流量、冷却后的再循环废气进行充 分混和、稳压后通入内燃发动机的进气总管。
而且，所述的纯氧供气源为高分子氧分离装置或者纯氧储存装置。 一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制系统，包括内燃发动机及 废气再循环系统，废气再循环系统主要由与内燃发动机排气总管出口 端相连的排气稳压罐、与排气稳压罐出口相连接的背压阀及EGR阀、 与EGR阀出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与内燃发 动机进气总管连接，其特征在于内燃发动机的进气总管连接一稳压 混和罐的出口，该稳压混和罐的一进口端与纯氧供气源相连通，该稳 压混和罐的另一进口端与EGR冷却器出口相连通，在纯氧供气源与稳 压混和罐之间安装有含氧量调节阀。
而且，所述的纯氧供气源为高分子氧分离装置或者纯氧储存装置。 本发明的优点和有益效果为
1. 本发明的内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法采用高废气再 循环与纯氧进气相结合，实现富氧燃烧，使其优势互补，则可达到同 时控制柴油机NOx、 CO、 HC和PM排放的目的，解决以往发动机在 氮氧排放与微粒控制的策略上的矛盾之处。
2. 本发明的内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制系统，通过在内燃 发动机进气总管上连通纯氧供气系统，从而实现纯氧与循环废气的结 合，并通过对氧含量调节阀、背压阀、EGR阀开度的调节可以实现稳 压混合罐内的混合气氧气含量大于普通空气的21%，从而发动机的实 现富氧燃烧，提高发动机动力输出，降低燃油消耗率。可较为方便的 在现有内燃发动机上实现，无需对发动机缸盖、机体、供油系统、等 主要部件及系统做重大改变。
3. 本发明内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法及控制系统可实 现高废气再循环与纯氧进气相结合，实现富氧燃烧，从而达到降低内 燃发动机NOx和微粒子排放的目的，同时可以让发动机工作正常，保 证气缸内的燃烧平稳可控。
图1为本发明控制系统的示意图。
具体实施例方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法，采用部分再循环废 气作为内燃发动机全部进气的部分进气，其创新之处为采用纯氧作 为内燃发动机全部进气的剩余部分进气，其具体步骤为采用纯氧供 气源提供纯氧，纯氧供气源为高分子氧分离装置或者纯氧储存装置。 通过调节阀调节纯氧流量。将纯氧通入稳压混和罐与经稳压、调节流 量、冷却后的再循环废气进行充分混和、稳压后通入内燃发动机的进 气总管。其中纯氧占全部进气量的21% 30%，再循环废气占全部进
气量的79% 70%。
实现上述控制方法所采用的一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控 制系统，包括内燃发动机2及废气再循环系统，废气再循环系统主要 由与内燃发动机排气总管3出口端相连的排气稳压罐8、与排气稳压 罐出口相连接的背压阀7及EGR阀9、与EGR阀出口相连接的EGR 冷却器10构成，EGR冷却器出口与内燃发动机进气总管1连接。本 控制系统的创新之处为内燃发动机的进气总管连接一稳压混和罐6 的出口，该稳压混和罐的一进口端与纯氧供气源4相连通，该稳压混 和罐的另一进口端与EGR冷却器出口相连通，在纯氧供气源与稳压混 和罐之间安装有含氧量调节阀5。纯氧供气源为高分子氧分离装置， 或者纯氧储存装置，或者其它可分离出纯氧的装置。
本发明控制系统的工作原理为
发动机工作时产生的废气进入排气稳压罐稳定压力，消除排气脉 动，使发动机EGR废气的供应更加平稳。进入排气稳压罐的废气一部 分多余废气通过背压阀排入大气，有用的部分通过EGR阀。EGR阀 的作用是与排气背压阀共同配合，由它们来实现维持内燃发动机工作 所需进气总量中79%~70%的废气的流量控制。这部分废气接着进入 EGR冷却器，在通过EGR冷却器的时候其温度将下降，这有利于提 高内燃发动机的进气冲量，并且能使得燃烧时的火焰温度降低，燃烧
5速度延缓，压力升高率降低，这些都有助于燃烧的控制。EGR废气经 冷却后进入稳压混和罐与纯氧混合，并进一步消减进气与排气的脉动， 提高进气压力稳定性，最终混合均匀的纯氧与EGR废气组成的混合气 进入进气总管，最终参与燃烧。
氧分离装置将普通空气分离为氧气和氮气，其中氧气通过氧含量 调节阔进入稳压混合罐与罐内与EGR废气混合，并进入发动机燃烧做 功，实现纯氧进气；氮气则排入大气。通过对氧含量调节阀、背压阀、 EGR阀开度的调节可以实现稳压混合罐内的混合气氧气含量在于 21 30%，从而实现发动机的富氧燃烧。
由于纯氧与EGR废气组成的混合气，其中氧气占21%~30% (根 据发动机的具体工况和油量供给而变化)，剩下的79%~70%全部由发 动机废气组成，而废气又主要是C02和水蒸汽组成，这部分废气取代 了传统发动机的进气的N2份额，由于进气中不再含有氮气，所以在此 条件下内燃发动机的排气成分中的NOx将大为减少或几乎消失(因为 燃料里边可能含有氮，所以不能说完全消除NOx)。
通过氧含量调节阀的控制，始终保证混合气中的氧气含量高于普 通大气的氧气21%的含量，从而发动机实现富氧燃烧，促进燃料充分 燃烧，从而降低CO、 HC、 PM污染物的排放。另一方面，促进燃料 的充分燃烧，也同时提高经济性，从而节省燃料。通过纯氧供气富氧 燃烧不但实现了内燃发动机的清洁排放还可以提高经济性而又不牺牲 发动机的动力性。另外，气缸内的富氧不但可以保证油料在燃烧室内 能够燃烧得更加充分且完全，而排气管内的富氧，则可充分利用后燃 和排气管内的温度使大部分在缸内未得以反应完全中间产物继续燃 烧，从而大幅降低CO、 HC微粒的排放。这样不但能提升发动机功率 密度，还可以实现改善燃油利用率及降低各种污染物排放的目的。
针对EGR的废气温度过高，影响发动机的充气效率的问题，本 发明采用了EGR冷却器，实现了EGR冷循环，降低了进气温度，使 发动机的燃烧准备期和急燃时间得以适当延缓，这样将使缸内的油气 混合更加均匀，对燃烧有一定的改善。由此可见，本发明的控制系统 可以从源头上同时降低NOx、 CO、 CH、 PM的排放，提高发动机的动 力输出，降低燃油消耗率。
权利要求
1. 一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法，采用部分再循环废气作为内燃发动机全部进气的部分进气，其特征在于采用纯氧作为内燃发动机全部进气的剩余部分进气，其中纯氧占全部进气量的21％～30％，再循环废气占全部进气量的79％～70％。
2. 根据权利要求1所述的内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法，其 特征在于采用纯氧作为内燃发动机全部进气的剩余部分进气的具体步骤 为采用纯氧供气源提供纯氧；通过调节阀调节纯氧流量；将纯氧通入稳 压混和罐与经稳压、调节流量、冷却后的再循环废气进行充分混和、稳压 后通入内燃发动机的进气总管。
3. 根据权利要求2所述的内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法，其 特征在于所述的纯氧供气源为高分子氧分离装置或者纯氧储存装置。
4. 一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制系统，包括内燃发动机及废 气再循环系统，废气再循环系统主要由与内燃发动机排气总管出口端相连 的排气稳压罐、与排气稳压罐出口相连接的背压阀及EGR阀、与EGR阀 出口相连接的EGR冷却器构成，EGR冷却器出口与内燃发动机进气总管 连接，其特征在于内燃发动机的进气总管连接一稳压混和罐的出口，该 稳压混和罐的一进口端与纯氧供气源相连通，该稳压混和罐的另一进口端 与EGR冷却器出口相连通，在纯氧供气源与稳压混和罐之间安装有含氧量 调节阀。
5. 根据权利要求4所述的内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制系统，其 特征在于所述的纯氧供气源为高分子氧分离装置或者纯氧储存装置。
全文摘要
本发明涉及一种内燃发动机纯氧进气富氧燃烧控制方法及控制系统，采用再循环废气作为内燃发动机全部进气的部分进气，并采用纯氧作为内燃发动机全部进气的剩余部分进气，实现高废气再循环与纯氧进气相结合，实现富氧燃烧，使其优势互补，可达到控制柴油机NO<sub>X</sub>、CO、HC和PM排放的目的，同时可保证发动机气缸内的燃烧平稳可控，并提高发动机动力输出，降低燃油消耗率。
文档编号F02M25/10GK101503983SQ200910068088
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者卫海桥, 祚 张, 韦 张, 梁兴雨, 舒歌群, 睿 韩 申请人:天津大学