專利名稱：一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)。
技術(shù)背景當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，已經(jīng)到了每改進(jìn)一步都要付出巨大的代價。在內(nèi)燃機(jī)性能上，從著重追求動力性和經(jīng)濟(jì)性，發(fā)展到追求經(jīng)濟(jì)性和排放環(huán)保性。面對排放法規(guī)和燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)，以及其它新興動力系統(tǒng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，內(nèi)燃機(jī)需要綜合解決動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性之間的突出矛盾，特別要解決內(nèi)燃機(jī)及其設(shè)備的節(jié)能和環(huán)保問題，雖然以車用內(nèi)燃機(jī)采用的排氣凈化措施最多，技術(shù)也最先進(jìn)，但仍顧此失彼，不夠完美，使世界各大城市仍受排放性污染的困擾。
由于增壓技術(shù)在節(jié)約能源、防止大氣污染和降低噪音等方面所發(fā)揮的重大作用，首先使增壓技術(shù)在柴油機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是渦輪增壓器廣泛應(yīng)用于重型汽車、工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)車、坦克和發(fā)電機(jī)組上，但在轎車上卻沒有多少應(yīng)用；然而，近十幾年來，隨著電噴技術(shù)的成熟，共軌技術(shù)的應(yīng)用，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性及排放性得到提高，終于使油耗比汽油機(jī)低30％～40％的柴油機(jī)，在歐洲等國生產(chǎn)的轎車上得到應(yīng)用。不過，柴油機(jī)排放控制技術(shù)不夠成熟，多采取機(jī)內(nèi)凈化控制措施，難以重點(diǎn)降低氮化物NOx和碳煙微粒，使人們節(jié)能應(yīng)該首選的柴油機(jī)，在轎車應(yīng)用上并未大量普及；還有，車用內(nèi)燃機(jī)的工況隨路況不斷發(fā)生變化，難以固定在高效區(qū)運(yùn)行，與之匹配的渦輪增壓器，由于有確定的工作范圍，只能顧及柴油機(jī)特定的工況，也不可能使壓氣機(jī)工作在高效區(qū)，使節(jié)能受到限制，存在不足。
汽油機(jī)的增壓一直沒有廣泛的應(yīng)用于車用汽油機(jī)上，尤其是化油器式汽油機(jī)上，原因在于汽油機(jī)增壓要比柴油機(jī)困難的多，但隨著汽車排放污染日益嚴(yán)重，各國在改進(jìn)發(fā)動機(jī)上不遺余力，不僅克服了汽油機(jī)增壓的困難，并通過電噴、電控等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了稀燃，使節(jié)能環(huán)保效果顯著提高，若排放污染機(jī)內(nèi)凈化措施不夠，就進(jìn)一步采取機(jī)外凈化措施滿足要求，使汽油機(jī)在轎車應(yīng)用上仍有較大優(yōu)勢。但是，混合氣濃度畢竟是影響汽油機(jī)排放的最主要因素，需要使用三元催化劑重點(diǎn)降低HC和CO，這樣雖可環(huán)保卻不節(jié)能；同樣，車用汽油機(jī)增壓，采用渦輪增壓系統(tǒng)節(jié)能，也受到不在高效區(qū)的限制，而采用機(jī)械增壓系統(tǒng)使經(jīng)濟(jì)性有所下降；結(jié)果，使人們在轎車上選擇柴油機(jī)還是汽油機(jī)左右為難，難怪日本等國另選節(jié)油達(dá)34％的混合動力車進(jìn)一步節(jié)能。
對于控制車輛節(jié)能和排放問題，美國等國家除從車輛和發(fā)動機(jī)及其附件的結(jié)構(gòu)入手以外，還重點(diǎn)提高汽油的品質(zhì)，推廣清潔燃料，以及加強(qiáng)道路建設(shè)；因?yàn)樘岣哂推肥褂们鍧嵢剂峡芍苯痈纳栖囕v排放，改善大氣環(huán)境，并且能夠?yàn)橛嘘P(guān)排氣處理新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造條件；而且，改善油品使用清潔燃料比排放法規(guī)的加嚴(yán)起作用更快；排放法規(guī)的加嚴(yán)一般而言，只能要求新車達(dá)到法規(guī)規(guī)定的新標(biāo)準(zhǔn)，真正見效需在幾年之后，而油品質(zhì)量的提高可以惠及所有在用車輛，能起到立竿見影的效果。不過，重整汽油和傳統(tǒng)汽油比較起來，由于重整汽油里添加了含氧劑，其經(jīng)濟(jì)性要差1％～3％；就是推廣燃?xì)馄?，也有“氣、車、站”問題，需要復(fù)雜的管理系統(tǒng)和排放控制系統(tǒng)控制凈化，否則排放污染反而增加。
具體到中國，我國的機(jī)動車油耗水平比歐洲高25％，比日本高20％；其中，汽油機(jī)油耗比國外同類產(chǎn)品高10％～15％，柴油機(jī)高10％～13％。除歐洲轎車大量選擇節(jié)油30％以上的現(xiàn)代柴油機(jī)，日本推廣節(jié)油34％的混合動力轎車外，主要原因在于我國內(nèi)燃機(jī)沒有及時更新?lián)Q代，需要動力裝置柴油機(jī)化，廣泛應(yīng)用增壓、電噴及電控等技術(shù)。然而，存在技術(shù)、資金、市場、政策及管理等制約因素，造成在用車輛中仍有一定量的化油器式汽油機(jī)，以及無增壓柴油機(jī)，在轎車上普遍沒有渦輪增壓器，若進(jìn)行更新?lián)Q代需要幾年、甚至十幾年的時間，才能逐步擺脫技術(shù)上一再跟進(jìn)的局面。
在已經(jīng)公開的專利技術(shù)中，如申請日為1997年3月11日，申請?zhí)枮?7207737.5的實(shí)用新型《一種內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣增氧裝置》；包含進(jìn)氣管殼體、支架和電臭氧發(fā)生元件；支架裝在進(jìn)氣管殼體上，電臭氧發(fā)生元件安裝在支架上；當(dāng)電臭氧發(fā)生元件電路接通時，即產(chǎn)生臭氧，增加進(jìn)氣中氧的含量。又如申請日為2003年3月26日，申請?zhí)枮?3120983.1的實(shí)用新型《內(nèi)燃機(jī)增氧器》由高壓儲氧罐提供氧氣來源，通過減壓閥、緩沖筒無級電動調(diào)節(jié)閥、緩沖筒、電磁開關(guān)總閥、供氧量調(diào)節(jié)閥，最后將氧氣輸入內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)。上述公開專利雖做了一些創(chuàng)新，但針對汽車環(huán)保節(jié)能難題，卻沒有全面考慮“氣、車、站”三大技術(shù)要素在內(nèi)的必要條件，并用先進(jìn)技術(shù)與供氧拿出綜合解決方案；沒有深入研究稀燃技術(shù)，用分層充氣主要手段來解決著火與燃燒存在的困難；沒有認(rèn)識到加油站與供氧站的關(guān)鍵作用，讓人們方便使用而迅速普及得到推廣；沒有認(rèn)識到排放控制系統(tǒng)的重要性，以及車用內(nèi)燃機(jī)采取電腦管理的意義。結(jié)果單獨(dú)的輔助供氧控制排放方案，難以具備現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)必備的基本配置和要求，與先進(jìn)的轎車技術(shù)和推廣的燃?xì)馄嚰夹g(shù)相比，更顯然技術(shù)方案不完整和存在嚴(yán)重缺陷，反映在效果上也無法滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的綜合性能及其工況控制加氧的車用加氧式內(nèi)燃機(jī)。其可根據(jù)設(shè)備工況對內(nèi)燃機(jī)動力性的要求，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)中速時，由于經(jīng)濟(jì)性好而無須加氧，在怠速、加速或最高速時，因混合氣過濃或缸內(nèi)大量噴油，實(shí)施大量加氧迅速提高燃燒速度，以確保完全燃燒并相對減少廢氣熱量損失；而在低速和高速時，因混合氣較濃或缸內(nèi)較多噴油，只進(jìn)行少量加氧以適當(dāng)提高燃燒速度，來保證完全燃燒且相應(yīng)減少廢氣熱量損失。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，包括有進(jìn)氣總管、燃燒室、排氣總管的內(nèi)燃機(jī)，具體技術(shù)措施還包括內(nèi)燃機(jī)配裝有可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的綜合性能及其工況控制加氧的加氧機(jī)構(gòu)；加氧機(jī)構(gòu)包括相連通的氧氣瓶組件、減壓閥、氧氣表、組合控制閥、電控單元及連接管路；排氣總管連通排氣管和廢氣控制閥，廢氣控制閥分兩路，一路廢氣管連通進(jìn)氣管，另一路經(jīng)氧氣濃度傳感器接電控單元。
為優(yōu)化上述方案采取的措施具體包括組合控制閥和電控單元根據(jù)設(shè)備工況控制加供氧氣的供應(yīng)量供給內(nèi)燃機(jī)，并可控制內(nèi)燃機(jī)燃燒室燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俾?，從而控制了燃燒的速度和完善程度；加氧機(jī)構(gòu)的加供氧氣采用吸氧方式或噴氧方式輸送到內(nèi)燃機(jī)；內(nèi)燃機(jī)為具有介于開循環(huán)和閉循環(huán)之間的綜合循環(huán)方式。
加氧機(jī)構(gòu)中的氧氣瓶組件與連接管路為可拆卸連接，已便于換瓶補(bǔ)充氧氣；氧氣瓶組件為相配接的氧氣瓶、瓶閥和安全閥。
排氣總管連通有排氣控制系統(tǒng)；進(jìn)氣總管與進(jìn)氣管之間連通有節(jié)氣門，節(jié)氣門控制混合氣的流量，節(jié)氣門還可直接與腳控閥聯(lián)動控制加供氧供應(yīng)量。
排氣總管連通有渦輪增壓器，該渦輪增壓器一路經(jīng)排氣控制系統(tǒng)連通排氣管，另一路經(jīng)中冷器連通進(jìn)氣管；該渦輪增壓器還連通進(jìn)氣管。
加氧機(jī)構(gòu)的加供氧氣可控制內(nèi)燃機(jī)混合氣的空燃比，并可控制內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴油燃燒時的局部缺氧，以及壓縮自燃著火前后的局部缺氧。
內(nèi)燃機(jī)加供氧氣可控制貫通至噴油嘴腔混合氣的空燃比；混合氣和加供氧氣的進(jìn)氣道分別連通至氣缸，并且沿進(jìn)氣道隔有隔板；內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門可啟閉混合氣和加供氧氣至噴油嘴腔的進(jìn)氣口。
為保障使用安全，內(nèi)燃機(jī)安置在轎車上，氧氣瓶平放并鎖定安裝在轎車后備箱中。
組合控制閥為電磁閥或手控閥或腳控閥；手控閥或腳控閥可受電磁閥控制。為了操縱方便，可將手控閥或腳控閥與手油門或腳踏板聯(lián)動，并受電鑰匙控制的電磁閥控制，以及受電空單元的控制。
為優(yōu)化方案，取得好的效果，應(yīng)根據(jù)人們的要求和內(nèi)燃機(jī)具備的基本條件來選擇，加供氧控制原理有機(jī)械方式控制、電子裝置控制和多點(diǎn)噴射控制，具體構(gòu)成可采取簡單的混合器與流量控制閥實(shí)現(xiàn)機(jī)械控制，還可利用微處理器配合壓力調(diào)節(jié)器控制，或者利用氧氣控制模塊單點(diǎn)噴射技術(shù)、以及采取多點(diǎn)噴射技術(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過內(nèi)燃機(jī)配裝有可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的綜合性能及其工況控制加氧的加氧機(jī)構(gòu)；加氧機(jī)構(gòu)包括相連通的氧氣瓶組件、減壓閥、氧氣表、組合控制閥、電控單元及連接管路；排氣總管連通排氣管和廢氣控制閥，廢氣控制閥分兩路，一路廢氣管連通進(jìn)氣管，另一路經(jīng)氧氣濃度傳感器接電控單元。在保證內(nèi)燃機(jī)動力性的前提下，采取了與燃料供油不同的控制途徑和方法，對混合氣的形成與著火、燃燒，以及排放在內(nèi)的整個循環(huán)過程施加有利的影響，可在減少燃料消耗的同時，改善內(nèi)燃機(jī)的排放性能，達(dá)到一舉多得的目的。本實(shí)用新型可綜合提高內(nèi)燃機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性與運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理示意圖；圖2為圖1對汽油機(jī)加氧改造結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1對柴油機(jī)加氧改造結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1對HCCI發(fā)動機(jī)加氧改造結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1至圖4所示，一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，包括有進(jìn)氣總管18、燃燒室、排氣總管2的內(nèi)燃機(jī)，其具有介于開循環(huán)和閉循環(huán)之間的綜合循環(huán)方式，并配裝有可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)1的綜合性能及其工況控制加氧的加氧機(jī)構(gòu)11。車用加氧式內(nèi)燃機(jī)1雖然仍以空氣為工質(zhì)，可是有了加供氧氣13后，將具有開循環(huán)和閉循環(huán)，以及介于二者之間的循環(huán)。內(nèi)燃機(jī)1加供氧氣13可控制貫通至噴油嘴腔28混合氣22的空燃比；混合氣22和加供氧氣13的進(jìn)氣道分別連通至氣缸，并且沿所述的進(jìn)氣道隔有隔板27；內(nèi)燃機(jī)1的進(jìn)氣門26可啟閉所述的混合氣22和加供氧氣13至噴油嘴腔28的進(jìn)氣口。
組合控制閥9為電磁閥或手控閥或腳控閥；手控閥或腳控閥可受電磁閥控制。為了操縱方便，可將手控閥或腳控閥與手油門或腳踏板聯(lián)動，并受電鑰匙控制的電磁閥控制，以及受電空單元10的控制。組合控制閥9和電控單元10根據(jù)設(shè)備工況控制加供氧氣13的供應(yīng)量供給內(nèi)燃機(jī)1，并可控制混合氣22在內(nèi)燃機(jī)1燃燒室燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俾?，從而控制了燃燒的速度和完善程度?br> 加氧機(jī)構(gòu)11包括相連通的氧氣瓶組件、減壓閥7、氧氣表8、組合控制閥9、電控單元10及連接管路，加供氧氣13時可采用吸氧方式或噴氧方式輸送到內(nèi)燃機(jī)1；加氧機(jī)構(gòu)11中的氧氣瓶組件與連接管路為可拆卸連接，已便于換瓶補(bǔ)充氧氣；氧氣瓶組件為相配接的氧氣瓶4、瓶閥5和安全閥6。加氧機(jī)構(gòu)11的加供氧氣13可控制內(nèi)燃機(jī)1混合氣22的空燃比，并可控制內(nèi)燃機(jī)1缸內(nèi)噴油燃燒時的局部缺氧，包括著火前后的局部缺氧。
排氣總管2連通排氣管3和廢氣控制閥16；廢氣控制閥16分兩路，一路廢氣管15連通進(jìn)氣管12，另一路經(jīng)氧氣濃度傳感器14接電控單元10；排氣總管2可通過排氣控制系統(tǒng)19與排氣管3連通，也可通過渦輪增壓器24、排氣控制系統(tǒng)19與排氣管3連通，并且該渦輪增壓器24一路經(jīng)排氣控制系統(tǒng)19連通排氣管3，另一路經(jīng)中冷器23連通進(jìn)氣管12；在進(jìn)氣總管18與進(jìn)氣管12之間可連通有節(jié)氣門21，節(jié)氣門21作用是控制混合氣22的流量。節(jié)氣門還可直接與腳控閥聯(lián)動控制加供氧供應(yīng)量。
本實(shí)用新型的依據(jù)條件、加供氧過程及工作原理依據(jù)條件在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展過程中，既有汽油機(jī)技術(shù)柴油機(jī)化，又有柴油機(jī)吸取汽油機(jī)技術(shù)，直至有組合的HCCI發(fā)動機(jī)，通過稀燃技術(shù)和分層燃燒技術(shù)，幾乎解決了供油與混合上的所有問題，但始終存在燃燒或著火方面的不足，因?yàn)楣?yīng)的空氣沒有實(shí)質(zhì)變化，雖然對自然吸氣提高充氣效率，進(jìn)而采取增壓技術(shù)措施，但都是提高空氣的數(shù)量，并沒有改變其中氧氣的濃度，于是混合、燃燒與排放存在不足，需要用加氧的辦法來克服。因此，加氧機(jī)構(gòu)11加氧是有條件的，應(yīng)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的綜合性能，內(nèi)燃機(jī)及其設(shè)備工況實(shí)際需要，以能夠完全燃燒，且不浪費(fèi)加供氧氣13為標(biāo)準(zhǔn)。
車用加氧式內(nèi)燃機(jī)與其它內(nèi)燃機(jī)的主要區(qū)別在于有加供氧過程，并且可納入整個微機(jī)管理系統(tǒng)中，依據(jù)設(shè)備工況實(shí)際需要來確定加供氧氣13供應(yīng)量。根據(jù)設(shè)備工況對內(nèi)燃機(jī)動力性的要求，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)中速時，由于經(jīng)濟(jì)性好而無須加氧，在怠速、加速和最高速時，因混合氣過濃或缸內(nèi)大量噴油，實(shí)施大量加氧迅速提高燃燒速度，以確保完全燃燒并相對減少廢氣熱量損失；而在低速和高速時，因混合氣較濃或缸內(nèi)較多噴油，只進(jìn)行少量加氧以適當(dāng)提高燃燒速度，來保證完全燃燒且相應(yīng)減少廢氣熱量損失。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)性能不同，對濃燃汽油機(jī)可大量加氧，對稀燃汽油機(jī)和柴油機(jī)可少加氧；以及對增壓發(fā)動機(jī)在增壓低效時多加氧，在高效時少加氧或不加氧；而對均質(zhì)充量壓縮著火發(fā)動機(jī)，則采取進(jìn)氣加氧或分層充氧。
加供氧過程工業(yè)用氧氣由氧氣廠和氧氣站提供，經(jīng)營中也可以由加油站代供，加氧機(jī)構(gòu)11則將其所在設(shè)備上的加供氧氣13，輸送到內(nèi)燃機(jī)1進(jìn)氣入口17中，具體在供氧時，可通過吸氧方式或噴氧方式，以及噴氧到缸內(nèi)或者缸外進(jìn)行，最終都由組合控制閥9和電控單元10，依據(jù)設(shè)備工況實(shí)際來確定加供氧氣13供應(yīng)量，并且所供氧氣能夠得到不斷補(bǔ)充。在實(shí)際循環(huán)中，可通過更換氧氣瓶4的辦法使加供氧氣13得到不斷補(bǔ)充，而且每次補(bǔ)充的加供氧氣13重量受到限制，以保證安全上的需要和減輕質(zhì)量節(jié)能上的需要。
工作原理在內(nèi)燃機(jī)1一定動力性要求前提下，加供氧氣13首先使著火有了可靠保證，同時將著火和燃燒兩部分組成了一個完整的燃燒過程，并加快了火焰?zhèn)鞑サ乃俾?，控制了燃燒的速度和完善程度，不僅提高了燃燒速度保證了動力性，且相應(yīng)降低了油耗具有經(jīng)濟(jì)性，還對排放性能及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性產(chǎn)生有利影響。
在圖1中，車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，包括有進(jìn)氣總管18、燃燒室、排氣總管2的內(nèi)燃機(jī)1。對內(nèi)燃機(jī)1來說，由于燃燒過程發(fā)生的空間極為有限，且每次燃燒過程持續(xù)的時間極為短暫，在空氣中加供氧氣濃度一定的情況下，加快燃燒速度就成為稀燃技術(shù)的必要條件和實(shí)施基礎(chǔ)，雖采取電噴技術(shù)精確控制各種工況汽油的噴射量，以使汽油盡量完全燃燒，同時用電子控制技術(shù)配合點(diǎn)火時刻，使得燃料過程盡量可控，以減少汽油機(jī)的排放量，但仍然有燃燒過程進(jìn)行得很不完全情況，需要經(jīng)過必不可少的措施，采用三元催化轉(zhuǎn)換器等排放控制系統(tǒng)19，以進(jìn)一步降低排放，但這樣不可能提高動力性和提高經(jīng)濟(jì)性。并且在怠速、低速及加速時，油耗增加排放污染物增多，都說明空氣量不足，混合氣整體缺氧，需要用加供氧氣13與燃料“加油”、燃燒“點(diǎn)火”一起，共同控制燃燒的速度和完善程度。
加供氧氣可以提高內(nèi)燃機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能。因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)工作過程的熱力循環(huán)，是由循環(huán)的熱力過程和缸內(nèi)工質(zhì)兩大因素決定的，那么要提高內(nèi)燃機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩，既有賴于進(jìn)入氣缸的燃料量，也有賴于進(jìn)入氣缸的空氣量；又因，通常使用的液體燃料所占的體積極小，則主要受限于進(jìn)入氣缸的空氣量，其實(shí)是受限于其中的加供氧氣量。何況內(nèi)燃機(jī)從燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為有效輸出功的過程，是決定發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。如果要求燃燒過程迅速、及時、完整，就離不開氧氣的作用。因此，提高內(nèi)燃機(jī)的動力性，除采取增加技術(shù)、加大燃料供應(yīng)以外，加供氧氣13同樣是一種直接的有效辦法。
在圖2中，與圖1相比增加了排放控制系統(tǒng)19、混合管20、節(jié)氣門21和進(jìn)氣入口22。現(xiàn)代汽油機(jī)加氧改造，只須通過加氧機(jī)構(gòu)11，將氧氣瓶4中的氧氣，經(jīng)過瓶閥5、安全閥6、減壓閥7、組合控制閥9中的電磁閥、手控閥、腳控閥控制，以及電控單元10進(jìn)一步控制，可及時適量供應(yīng)到進(jìn)氣入口17中，來較大幅度改變空燃比，用純氧直接提高混合氣中氧氣的濃度，加快燃燒速度保證動力性、提高完善程度保證經(jīng)濟(jì)性、減少污染物保證排放性，達(dá)到一舉多得的目的。為優(yōu)化方案，取得好的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)根據(jù)人們的要求和內(nèi)燃機(jī)1具備的基本條件，選擇電子裝置控制和多點(diǎn)噴射控制，具體構(gòu)成可利用微處理器配合壓力調(diào)節(jié)器控制，或者利用氧氣控制模塊單點(diǎn)噴射技術(shù)、以及采取多點(diǎn)噴射技術(shù)。進(jìn)氣管12中空氣經(jīng)與加供氧氣13混合后經(jīng)混合管20，流至節(jié)氣門21，在節(jié)氣門21一定的情況下，加供氧氣13將使排氣管3中氧氣增多，但經(jīng)過氧氣傳感器14測量與控制，所增加的氧氣并不一定使總的氮化物增加。
加供氧氣可以提高現(xiàn)代汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。根據(jù)燃燒基本原理可知，內(nèi)燃機(jī)是一種高速燃燒現(xiàn)象，且預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒是內(nèi)燃機(jī)最基本的兩種燃燒方式，也是汽油機(jī)和柴油機(jī)在燃燒特性、排放污染物生成及控制機(jī)理、動力性、經(jīng)濟(jì)性和噪聲振動等多方面不同的根本原因。但內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性主要取決于它的燃燒過程，需要縮短燃燒過程持續(xù)的時間，而供氧加快了火焰?zhèn)鞑ニ俾?，自然可提高?jīng)濟(jì)性。
在圖3中，與圖1、圖2相比增加了中冷器23、渦輪增壓器24。柴油機(jī)最難解決的問題是顆粒PM排放和氮化物NOx排放，其實(shí)同時還有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性問題?，F(xiàn)代柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性雖然可以采取燃油噴射與共軌技術(shù)改善，且擴(kuò)散燃燒為富氧燃燒，好象無須供氧。但燃燒方式仍是汽油機(jī)和柴油機(jī)在燃燒特性、排放污染物生成及控制機(jī)理、動力性、經(jīng)濟(jì)性和噪聲振動等多方面不同的根本原因。就是汽油機(jī)采用缸內(nèi)噴射供油時，也與柴油機(jī)一樣排放中有顆粒物，以及平穩(wěn)性有所變化，只是該變化不太明顯。
原因雖是局部缺氧造成的，其實(shí)缺氧造成了局部著火困難，特別是火焰?zhèn)鞑ニ俾实褪谷紵裏o法進(jìn)行下去。因整個燃燒過程中空氣已經(jīng)過量，顯然用空氣過量辦法難以解決問題，需要及時適量加供氧氣13到氣缸內(nèi)，與燃油一樣對各缸分配均勻，可相應(yīng)地解決柴油機(jī)的問題。這時加氧機(jī)構(gòu)11與燃燒室可有一定的變化，一方面可采用稀燃技術(shù)或分層充氣系統(tǒng)吸氧，另一方面也可選擇單點(diǎn)或多點(diǎn)噴氧，以提高缸內(nèi)局部含氧濃度和均勻程度，并要求通過加氧機(jī)構(gòu)11實(shí)施精確控制?，F(xiàn)代柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化還包括增壓器24和中冷器23，以及機(jī)外措施也有排放控制系統(tǒng)19。進(jìn)氣管12中空氣經(jīng)與加供氧氣13混合后經(jīng)混合管20，流至進(jìn)氣入口17。
加供氧氣可提高現(xiàn)代柴油機(jī)的排放性能與運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。通常一氧化碳、碳化氫、及碳煙生成的條件都與缺氧有關(guān)，似乎氮化物與運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性一樣不能用加供氧氣的辦法解決，其實(shí)氮化物不是燃燒過程的直接產(chǎn)物，而是在燃燒的高溫時期，燃燒室空氣中的氧和氮化合形成的。在工業(yè)制氧過程中，氧氣先液化得到，根本就沒有氮?dú)?，使得加供氧氣本身就減少了氮化物排放，假如進(jìn)氣中全部是氧氣，那么因空氣形成氮化物問題就不存在。另外，供應(yīng)燃料不同，燃燒生成的二氧化碳量也不同。
在圖4中，與圖1、圖2、圖3相比，增加了對圖4(1)、圖4(2)、圖4(3)、圖4(4)的描述，其組成中有排氣門25、進(jìn)氣門26、隔板27、噴油嘴腔28、加氧狀態(tài)29、凸臺30。均質(zhì)充量壓縮著火燃燒HCCI發(fā)動機(jī)，包括使用清潔燃料，由于混合氣22在發(fā)動機(jī)中的燃燒過程，對發(fā)動機(jī)的性能和排放有重要影響。如果，燃燒過程的持續(xù)時間過長，發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動力性將下降，需要火焰?zhèn)鞑ニ俾蚀笄覀鞑ヂ烦潭?，那么加供氧?3就可控制混合氣22的空燃比，特別提高噴油嘴腔28中氧氣的濃度，消除因燃料增加而含氧相對減少的狀況，以及天然氣與空氣混合氣后火焰?zhèn)鞑ニ俾首钚〉膯栴}，有利解決HCCI發(fā)動機(jī)在混合氣22形成時，控制點(diǎn)火時刻，擴(kuò)大負(fù)荷運(yùn)行范圍以及冷啟動等方面存在的問題。具體混合氣的形成與燃燒的過程，可通過噴油嘴腔28氧氣狀態(tài)29的變化得到理解，使均質(zhì)充量壓縮著火燃燒HCCI發(fā)動機(jī)，成為幾乎不需要凈化的內(nèi)燃機(jī)。
現(xiàn)用的分層充氣系統(tǒng)，為了燃用稀混合氣，以節(jié)約燃油和凈化排氣，雖然分層充氣是稀混合氣燃燒的主要手段，但如何使稀混合氣著火并迅速燃燒則是關(guān)鍵。在形成多火核著火能量方面，可以說高能高頻的火花塞較強(qiáng)，每秒可有1600個火花，然而壓縮噴油著火更強(qiáng)，可形成107個火核，顯然選擇壓縮噴油著火最好。以分層充氣的兩層燃燒發(fā)動機(jī)為例，進(jìn)氣管被隔板27分成兩進(jìn)氣道，一部分單獨(dú)進(jìn)混合氣22，另一部分進(jìn)加供氧氣。進(jìn)氣時分層輸入，加供氧氣13沿氧氣進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸，充滿噴油嘴腔28下面那部分容積。輸入的混合氣22沿混合氣進(jìn)氣道進(jìn)入缸內(nèi)遠(yuǎn)離噴油嘴腔28處。雖然進(jìn)氣時混合氣產(chǎn)生渦流，但由于新鮮混合氣是分層分布的，所以在一定程度上可保持到壓縮結(jié)束為止。噴油著火瞬間，噴油嘴腔28內(nèi)形成為極稀的加氧可燃混合氣，無噴油嘴腔28的稀混合氣仍為一定過量空氣系數(shù)的混合氣。在兩級分層燃燒發(fā)動中，第一級燃燒時，加氧的混合氣用壓縮自燃，并在循環(huán)中的高溫、高壓、高速下進(jìn)行燃燒。尚未燃燒的混合氣的絕大部分，由噴油嘴腔進(jìn)入無噴油嘴腔。此時無噴油嘴腔內(nèi)的混合氣成分發(fā)生變化，并在此處形成局部濃混合氣，以便更易于著火燃燒，加速燒盡第二腔內(nèi)的稀混合氣。
加供氧氣可滿足內(nèi)燃機(jī)未來的發(fā)展需要。目前，汽油機(jī)通過稀燃技術(shù)實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)化，再加上成熟的后處理技術(shù)，使動力提高5％至10％的同時，燃料消耗下降了5％至10％，排氣污染物減少90％以上，出現(xiàn)超低排放及零排放汽油車；柴油機(jī)則在機(jī)械噴射和增壓技術(shù)之后也采用了電控噴射技術(shù)，并且人們把電控噴射技術(shù)看作是柴油機(jī)問世以來的第三個里程碑，也出現(xiàn)了帶先進(jìn)控制系統(tǒng)的柴油機(jī)。還有，均質(zhì)充量壓縮著火的HCCI發(fā)動機(jī)，研究已經(jīng)表明，不僅具有較高的熱效率，能適用汽油、柴油、液化石油氣和天然氣等多種燃料，還可以減少甚至達(dá)到無顆粒排放，且大大減少了氮化物排放，在某些工況下不用催化劑，也能滿足越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)。均質(zhì)充量壓縮著火燃燒HCCI發(fā)動機(jī)，加氧分層燃燒方案可有多種形式，除單燃燒室外還可雙燃燒室。
總之，從汽油機(jī)到柴油機(jī)，以及發(fā)展HCCI發(fā)動機(jī)，卻存在燃燒或著火方面問題，需要加氧來克服。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這個控制目標(biāo)，需要不斷提高綜合控制水平，利用微電腦控制技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)人們的追求。最終需要加氧機(jī)構(gòu)通過加供氧氣13，與燃料“加油”、燃燒“點(diǎn)火”一起，共同控制了燃燒的速度和完善程度，包括控制燃燒時的局部缺氧，以及均質(zhì)充量壓縮著火前后的局部缺氧，不僅符合燃燒基本原理，而且滿足了燃燒的充分必要條件，可以綜合解決內(nèi)燃機(jī)動力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放性能和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性之間的突出矛盾，包括重點(diǎn)解決內(nèi)燃機(jī)節(jié)能和排放的問題。
本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)一是加供氧氣可以提高內(nèi)燃機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能；二是加供氧氣還可提高內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和排放性能；三是加供氧氣滿足了內(nèi)燃機(jī)未來的發(fā)展需要；四是對燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的改造費(fèi)用低，有利于推廣和普及；五是具備“氣、車、站”三大要素中的必備條件；六是符合國家“空氣凈化工程的清潔汽車行動計劃”，能夠滿足人們緊迫要求節(jié)能環(huán)保的需要。
本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例已被闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會脫離本實(shí)用新型的范圍。
權(quán)利要求1.一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，包括有進(jìn)氣總管(18)、燃燒室、排氣總管(2)的內(nèi)燃機(jī)(1)，其特征是所述的內(nèi)燃機(jī)(1)配裝有可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)(1)的綜合性能及其工況控制加氧的加氧機(jī)構(gòu)(11)；所述的加氧機(jī)構(gòu)(11)包括相連通的氧氣瓶組件、減壓閥(7)、氧氣表(8)、組合控制閥(9)、電控單元(10)及連接管路；所述的排氣總管(2)連通排氣管(3)和廢氣控制閥(16)，所述的廢氣控制閥(16)分兩路，一路廢氣管(15)連通進(jìn)氣管(12)，另一路經(jīng)氧氣濃度傳感器(14)接電控單元(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的加氧機(jī)構(gòu)(11)中的氧氣瓶組件與連接管路為可拆卸連接；所述的氧氣瓶組件為相配接的氧氣瓶(4)、瓶閥(5)和安全閥(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的排氣總管(2)連通有排氣控制系統(tǒng)(19)；所述的進(jìn)氣總管(18)與所述的進(jìn)氣管(12)之間連通有節(jié)氣門(21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的排氣總管(2)連通有渦輪增壓器(24)，該渦輪增壓器(24)一路經(jīng)排氣控制系統(tǒng)(19)連通所述的排氣管(3)，另一路經(jīng)中冷器(23)連通進(jìn)氣管(12)；該渦輪增壓器(24)還連通進(jìn)氣管(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的內(nèi)燃機(jī)(1)的加供氧氣(13)的進(jìn)氣道分別連通至氣缸，并且沿所述的進(jìn)氣道隔有隔板(27)；所述的內(nèi)燃機(jī)(1)的進(jìn)氣門(26)可啟閉所述的混合氣(22)和加供氧氣(13)至噴油嘴腔(28)的進(jìn)氣口。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的內(nèi)燃機(jī)(1)安置在轎車上，所述的氧氣瓶(4)平放并鎖定安裝在所述的轎車后備箱中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的組合控制閥(9)為電磁閥或手控閥或腳控閥；所述的手控閥或腳控閥可受電磁閥控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種車用加氧式內(nèi)燃機(jī)，包括有進(jìn)氣總管、燃燒室、排氣總管的內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)配裝有可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的綜合性能及其工況控制加氧的加氧機(jī)構(gòu)；加氧機(jī)構(gòu)包括相連通的氧氣瓶組件、減壓閥、氧氣表、組合控制閥、電控單元及連接管路；排氣總管連通排氣管和廢氣控制閥，廢氣控制閥分兩路，一路廢氣管連通進(jìn)氣管，另一路經(jīng)氧氣濃度傳感器接電控單元。本實(shí)用新型在保證內(nèi)燃機(jī)動力性的前提下，采取了與燃料供油不同的控制途徑和方法，對混合氣的形成與著火、燃燒，以及排放在內(nèi)的整個循環(huán)過程施加有利的影響，可在減少燃料消耗的同時，改善內(nèi)燃機(jī)的排放性能，達(dá)到一舉多得的目的。本實(shí)用新型可綜合提高內(nèi)燃機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性與運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
文檔編號F02M25/00GK2846775SQ20052001434
公開日2006年12月13日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者趙志賢 申請人:趙志賢