可變循環(huán)進(jìn)氣量和廢氣再循環(huán)量的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實(shí)用新型涉及一種車用自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置，特別是涉及一種可變循環(huán)進(jìn)氣量和廢氣再循環(huán)量的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]能源危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，車用發(fā)動(dòng)機(jī)面臨著嚴(yán)峻的燃料短缺和排放控制問(wèn)題，迫切需要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能很大程度上依賴其進(jìn)換氣過(guò)程，即發(fā)動(dòng)機(jī)排出本循環(huán)已經(jīng)燃燒的廢氣和吸入下一循環(huán)的新鮮空氣或可燃混合氣。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，需要提高每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的空氣量。同時(shí)為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物有害排放，還需要進(jìn)行廢氣再循環(huán)。傳統(tǒng)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣裝置一般由空氣濾清器、進(jìn)氣管、氣缸和排氣管等部件組成。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸驅(qū)動(dòng)活塞由氣缸內(nèi)的上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至下止點(diǎn)，在活塞的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，氣缸容積逐漸增大，在氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣通過(guò)進(jìn)氣管、進(jìn)氣門被吸入氣缸。當(dāng)活塞由氣缸內(nèi)的下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推動(dòng)下經(jīng)排氣門、排氣管排出氣缸外。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將一定量的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣從排氣管引出，并通過(guò)控制閥將廢氣引入進(jìn)氣管中與新鮮空氣混合，再進(jìn)入氣缸內(nèi)抑制燃燒，降低氮氧化物有害排放。上述自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置中存在的問(wèn)題是:每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量和再循環(huán)的廢氣量均受氣缸內(nèi)進(jìn)氣終了壓力的影響，由于傳統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不可變，因此每循環(huán)進(jìn)入氣缸內(nèi)的進(jìn)氣量和廢氣再循環(huán)量均受到限制，最大進(jìn)氣量無(wú)法靈活調(diào)整，廢氣再循環(huán)率也只能在較小的范圍內(nèi)調(diào)整，無(wú)法根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況進(jìn)行自適應(yīng)的最佳調(diào)控，因而無(wú)法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各種復(fù)雜工況對(duì)進(jìn)氣供給和廢氣再循環(huán)的要求，無(wú)法達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)功率優(yōu)化和氮氧化物排放優(yōu)化的效果。
[0005]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)和專利的檢索發(fā)現(xiàn)，專利名稱排氣管容積自適應(yīng)式禍輪增壓系統(tǒng)，授權(quán)公告號(hào)ZL201110335093.X，該實(shí)用新型專利包括:氣缸、排氣管、渦輪、連接管、擋板環(huán)、移動(dòng)板和彈性部件。采用該技術(shù)方案，發(fā)動(dòng)機(jī)處于低速工況時(shí)，移動(dòng)板向著靠近擋板環(huán)的方向移動(dòng)，排氣管容積相對(duì)較小，脈沖能量可以充分利用，發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能較優(yōu)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速工況時(shí)，移動(dòng)板向著遠(yuǎn)離擋板環(huán)的方向移動(dòng)，排氣管容積相對(duì)較大，栗氣損失較小，發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能較優(yōu)。
[0006]但該實(shí)用新型只是針對(duì)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的排氣管容積自適應(yīng)式調(diào)節(jié)，未涉及到進(jìn)氣調(diào)節(jié)，因此每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量和再循環(huán)廢氣量仍然受到限制；而且調(diào)節(jié)排氣管容積時(shí)，移動(dòng)板和彈性部件受到排氣管長(zhǎng)度的限制，移動(dòng)位移十分有限，因而排氣管容積調(diào)節(jié)能力有限，無(wú)法滿足調(diào)節(jié)排氣管容積較大的要求。
[0007]【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)易可靠、能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況而自適應(yīng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣的可變循環(huán)進(jìn)氣量和廢氣再循環(huán)量的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0010]一種可變循環(huán)進(jìn)氣量和廢氣再循環(huán)量的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置，含有進(jìn)氣管和排氣管，所述進(jìn)氣管和排氣管通過(guò)進(jìn)氣門和排氣門分別與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的內(nèi)腔連通，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的內(nèi)腔通過(guò)輔助進(jìn)排氣門和連通管與伸縮氣缸的缸體內(nèi)腔連通，所述伸縮氣缸的缸體內(nèi)腔中設(shè)置有電磁鐵，并且，所述伸縮氣缸的缸體和活塞之間設(shè)置有回位彈簧，所述連通管上設(shè)置有輔助進(jìn)氣管，所述輔助進(jìn)氣管上設(shè)置有控制閥，所述排氣管和進(jìn)氣管之間通過(guò)貫通管相互連通，所述貫通管上設(shè)置有廢氣再循環(huán)閥和廢氣冷卻器。
[0011 ] 所述伸縮氣缸為一級(jí)氣缸或二級(jí)氣缸，所述一級(jí)氣缸包括一個(gè)缸體和一個(gè)活塞，所述二級(jí)氣缸包括初級(jí)缸體、初級(jí)活塞、次級(jí)缸體和次級(jí)活塞，其中，所述初級(jí)缸體內(nèi)套裝初級(jí)活塞，所述初級(jí)活塞作為次級(jí)缸體，所述次級(jí)缸體內(nèi)套裝所述次級(jí)活塞，所述次級(jí)缸體與所述初級(jí)缸體連通，所述初級(jí)缸體、次級(jí)缸體和次級(jí)活塞內(nèi)分別設(shè)置定電磁鐵、一級(jí)電磁鐵和二級(jí)電磁鐵，所述初級(jí)缸體與初級(jí)活塞之間以及所述次級(jí)缸體與次級(jí)活塞之間分別設(shè)置有所述回位彈簧。
[0012]所述廢氣冷卻器通過(guò)電動(dòng)水栗與水箱連接，所述輔助進(jìn)氣管上設(shè)置有空氣濾清器。所述進(jìn)氣管的外端設(shè)置有空氣濾清器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的活塞通過(guò)連桿與曲軸連接，所述曲軸上安裝有飛輪，所述飛輪或曲軸上設(shè)置有曲軸位置傳感器。
[0013]所述貫通管與進(jìn)氣門之間的所述進(jìn)氣管上分別設(shè)置有進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器和二氧化碳傳感器;所述貫通管與排氣門之間的所述排氣管上分別設(shè)置有排氣壓力傳感器和排氣溫度傳感器，所述貫通管外的所述排氣管上安裝有排氣背壓閥，所述進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、二氧化碳傳感器、排氣壓力傳感器、排氣溫度傳感器、電磁鐵、控制閥、排氣背壓閥和廢氣再循環(huán)閥均分別與控制器連接。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]1、本實(shí)用新型根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，通過(guò)控制器控制伸縮氣缸的初級(jí)活塞、次級(jí)活塞逐級(jí)運(yùn)動(dòng)，在氣缸內(nèi)部形成不同的真空度，將外界環(huán)境中的新鮮空氣吸入到伸縮氣缸內(nèi)，再通過(guò)兩級(jí)活塞的回位運(yùn)動(dòng)將新鮮空氣擠壓到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部，自適應(yīng)的增大每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，并改善經(jīng)濟(jì)性和排放性。
[0016]2、本實(shí)用新型發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中小廢氣再循環(huán)量工況時(shí)，控制器控制排氣背壓閥關(guān)小閥門，減少排到外界環(huán)境中的廢氣量，從而提高排氣管中廢氣的壓力和流量，增大廢氣再循環(huán)量。運(yùn)行在大廢氣再循環(huán)量工況時(shí)，控制器控制伸縮氣缸的初級(jí)活塞、次級(jí)活塞逐級(jí)運(yùn)動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部的殘余廢氣擠壓到排氣管中，逐級(jí)提高排氣管中廢氣的壓力和流量，從排氣方面提高了廢氣再循環(huán)量。隨后在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣行程中，電磁鐵使兩級(jí)活塞相繼運(yùn)動(dòng)，增加發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部的局部真空度;從進(jìn)氣方面進(jìn)一步提高了廢氣再循環(huán)量。
[0017]3、本實(shí)用新型伸縮氣缸的兩級(jí)活塞依靠電磁斥力逐級(jí)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)噪聲?。贿\(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，切換工況時(shí)進(jìn)排氣壓力和流量穩(wěn)定，壓力波動(dòng)小;且兩級(jí)活塞的工作、回位從進(jìn)氣和排氣兩方面提高廢氣再循環(huán)量，節(jié)約了能量，提高了工作效率。
[0018]4、本實(shí)用新型廢氣冷卻器對(duì)排氣管進(jìn)入到進(jìn)氣管內(nèi)的廢氣進(jìn)行冷卻，并且電動(dòng)水栗根據(jù)控制器的指令來(lái)增大或減小廢氣冷卻器的冷卻能力，提高冷卻效果。
[0019]5、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)易可行，且工作可靠性高，可以充分滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的高低轉(zhuǎn)速、大小負(fù)荷等工況對(duì)進(jìn)氣流量和廢氣再循環(huán)量的要求，應(yīng)用范圍廣，推廣后具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和減排效果。
[0020]【附圖說(shuō)明】:
[0021]圖1為可變循環(huán)進(jìn)氣量和廢氣再循環(huán)量的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]【具體實(shí)施方式】:
[0023]實(shí)施例:參見圖1，圖中，1-空氣濾清器A，2-三通接頭A，3-進(jìn)氣管，4-進(jìn)氣門，5-發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，6-輔助進(jìn)排氣口，7-排氣門，8-排氣管，9-三通接頭B，10-排氣背壓閥，11-廢氣再循環(huán)閥，12-廢氣冷卻器，13-電動(dòng)水栗，14-水箱，15-活塞，16-連桿，17-曲軸，18-飛輪，19-曲軸位置傳感器，20-排氣壓力傳感器，21-排氣溫度傳感器，22-進(jìn)氣壓力傳感器，23-進(jìn)氣溫度傳感器，24-二氧化碳傳感器，25-控制器，26-控制閥，27-伸縮氣缸，28-初級(jí)活塞，29-次級(jí)活塞，30-定電磁鐵，31-—級(jí)電磁鐵，32-二級(jí)電磁鐵，33-回位彈簧，34-三通接頭C，35-空氣濾清器B。圖中箭頭所示為氣體流動(dòng)方向，虛線是控制線路。
[0024]空氣濾清器Al與三通接頭A2的一個(gè)入口相連，三通接頭A2的出口與進(jìn)氣管3的入口相連，進(jìn)氣管3的出口經(jīng)進(jìn)氣門4與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸5相連，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸5經(jīng)排氣門7與排氣管8的入口相連，排氣管8的出口與三通接頭B9的入口相連，三通接頭B9的一個(gè)出口經(jīng)排氣背壓閥10與外界環(huán)境相連，另一個(gè)出口經(jīng)廢氣再循環(huán)閥11與廢氣冷卻器12的進(jìn)氣口相連，廢氣冷卻器12的出氣口與三通接頭A2的另一個(gè)入口相連。廢氣冷卻器12的進(jìn)水口經(jīng)電動(dòng)水栗13與水箱14相連，廢氣冷卻器12的出水口直接與水箱14相連。進(jìn)氣管3上安裝有進(jìn)氣壓力傳感器22，進(jìn)氣溫度傳感器23，二氧化碳傳感器24，分別測(cè)量新鮮空氣或新鮮空氣/廢氣混合氣的壓力、溫度和廢氣再循環(huán)率。排氣管8上安裝有排氣壓力傳感器20，排氣溫度傳感器21，分別測(cè)量排氣壓力和排氣溫度。空氣濾清器Al濾除了外界空氣中的雜質(zhì)，讓潔凈的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸5。排氣背壓閥10可以調(diào)節(jié)由排氣管8內(nèi)排到外界環(huán)境中的廢氣量。廢氣再循環(huán)閥11可以調(diào)節(jié)排氣管8內(nèi)進(jìn)入到進(jìn)氣管3內(nèi)的廢氣量。廢氣冷卻器12對(duì)排氣管8進(jìn)入到進(jìn)氣管3內(nèi)的廢氣進(jìn)行冷卻。電動(dòng)水栗13根據(jù)控制器25的指令來(lái)增大或減小廢氣冷卻器12的冷卻能力。
[0025]活塞15通過(guò)連桿16安裝在曲軸17上，在曲軸17的后端安裝有飛輪18，飛輪18的外殼上安裝有曲軸位置傳感器1