本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機及汽車。
背景技術(shù)：
不管是汽油發(fā)動機還是柴油發(fā)動機都會產(chǎn)生污染物；其中，汽油發(fā)動機主要產(chǎn)生co、nox和hc(未燃燒完全的碳氫化合物)等污染物，而柴油發(fā)動機會產(chǎn)生大量的微粒物質(zhì)和nox等污染物。即使是目前正在逐步擴展應(yīng)用的甲醇燃料汽車、天然氣燃料汽車，甚至是各汽車企業(yè)和研究所正研究的氫燃料汽車，都會產(chǎn)生污染。
眾所周知，發(fā)動機需要吸收空氣進入氣缸才能使燃料和空氣產(chǎn)生氧化反應(yīng)，以此為發(fā)動機提供動力來源。然而，空氣由多種氣體混合而成，空氣中的氧氣參加化學(xué)反應(yīng)的同時，也會有其他氣體在高溫高壓的氣缸里面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生污染物，甚至于一部分燃料燃燒時也因產(chǎn)生中間產(chǎn)物而形成污染物。因此，在合適的進氣壓力和進氣溫度條件下，控制進入發(fā)動機氣缸的氧氣和氮氣的含量，能有效的減少排氣污染物。
目前，改善發(fā)動機的工況和減少尾氣污染是通過egr(廢氣再循環(huán))裝置來實現(xiàn)，該egr裝置主要作用是將發(fā)動機產(chǎn)生的部分廢氣再次引入氣缸，進行二次燃燒氧化，同時廢氣可以對新鮮氣體進行預(yù)熱，使混合氣達到合適的燃燒溫度，但該egr裝置具有較高的生產(chǎn)成本，且只能回收部分廢氣。
鑒于我國將在2020年實行國六標(biāo)準(zhǔn)，要求輕型車百公里油耗標(biāo)準(zhǔn)降低到5l，且汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)接近歐五標(biāo)準(zhǔn)，因此對于汽車企業(yè)而言，亟需改善發(fā)動機性能，不僅要在提高汽車動力性、經(jīng)濟性等指標(biāo)的同時，也要滿足越來越嚴格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點與不足，提供一種可以控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機及汽車，使得燃料燃燒更加完全，能降低發(fā)動機污染物的產(chǎn)生，替代傳統(tǒng)egr裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機，其與汽車車載電腦ecu相配合，包括氣缸、進氣歧管、排氣管、氮氧分離裝置和渦輪增壓器；其中，
所述氣缸上安裝有所述進氣歧管和所述排氣管；
所述氮氧分離裝置設(shè)置于所述進氣歧管上，其包括用于氮氣和氧氣分離的聚合膜組、旁通管、進給泵、泄氮管、泄氮閥、氮氣流量控制閥、進氣管、泄氧管、泄氧閥和氣體混合室；其中，
所述聚合膜組的中間部位連接所述旁通管并與所述氣體混合室相導(dǎo)通形成氮氣進氣支路，底部連接所述進氣管并與所述氣體混合室相導(dǎo)通形成氧氣進氣支路；
所述旁通管上安裝有所述進給泵、所述泄氮管和所述氮氣流量控制閥；其中，所述進給泵位于靠近所述聚合膜組的一側(cè)；所述氮氣流量控制閥位于靠近所述氣體混合室一側(cè)，其上還設(shè)有與所述ecu相連的氮氣流量傳感器；所述泄氮管位于所述進給泵和所述氮氣流量控制閥之間，其上還設(shè)有與所述ecu相連的泄氮閥；
所述進氣管上安裝有所述泄氧管，且所述泄氧管位于靠近所述聚合膜組一側(cè)，其上設(shè)有與所述ecu相連的泄氧閥；
所述渦輪增壓器跨接在所述氮氧分離裝置的進氣管和所述進氣管上，且兩端葉輪分別位于所述進氣管和所述進氣管中。
其中，所述聚合膜組由多孔聚合膜構(gòu)成，且其頂部設(shè)有用于過濾空氣的空氣濾清器。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機處于中小負荷運行狀態(tài)時，則所述進給泵開啟及所述渦輪增壓器關(guān)閉。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機處于中高負荷運行狀態(tài)時，則所述進給泵及所述渦輪增壓器同時開啟。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述發(fā)動機滿足車況時所需要的進氣量中氮氧含量為0≤ψ<1時，則所述ecu驅(qū)動所述泄氮閥關(guān)閉及驅(qū)動所述泄氧閥開啟。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述發(fā)動機滿足車況時所需要的進氣量中氮氧含量為ψ＝1時，則所述ecu驅(qū)動所述泄氮閥及所述泄氧閥同時關(guān)閉。
其中，當(dāng)所述ecu判定所述發(fā)動機滿足車況時所需要的進氣量中氮氧含量為1<ψ≤4.76時，則所述ecu驅(qū)動所述泄氮閥開啟及驅(qū)動所述泄氧閥關(guān)閉。
其中，所述控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機還包括安裝于所述進氣歧管上的節(jié)氣門，所述節(jié)氣門位于所述氣缸和所述氮氧分離裝置之間。
其中，所述控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機還包括安裝于所述進氣歧管上的冷凝器，所述冷凝器位于所述節(jié)氣門和所述氮氧分離裝置的氣體混合室之間。
本發(fā)明實施例還提供了一種汽車，其包括前述的控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果：
本發(fā)明使用由多孔聚合膜構(gòu)成的氮氧分離裝置將空氣進行氮氣與氧氣的分離并按照ecu指令進行混合，使得重新混合的空氣與燃油形成混合氣在氣缸中燃燒時能夠達到較理想的燃燒速度，燃料燃燒更加完全，從而降低了發(fā)動機產(chǎn)生的污染物及溫度，控制燃燒過程，同時省略了傳統(tǒng)發(fā)動機所使用的egr系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例一中提供的控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機的局部平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明所提到的方向和位置用語，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內(nèi)」、「外」、「頂部」、「底部」、「側(cè)面」等，僅是參考附圖的方向或位置。因此，使用的方向和位置用語是用以說明及理解本發(fā)明，而非對本發(fā)明保護范圍的限制。
如圖1所示，為本發(fā)明實施例一中，提出的一種控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機，其與汽車車載電腦ecu(未圖示)相配合，包括氣缸1、進氣歧管2、排氣管3、氮氧分離裝置4和渦輪增壓器5；其中，
氣缸1上安裝有進氣歧管2和排氣管3；
氮氧分離裝置4設(shè)置于進氣歧管2上，其包括用于氮氣和氧氣分離的聚合膜組41、旁通管42、進給泵43、泄氮管44、泄氮閥45、氮氣流量控制閥46、進氣管47、泄氧管48、泄氧閥49和氣體混合室410，；其中，
聚合膜組41由多孔聚合膜構(gòu)成，其中間部位連接旁通管42并與氣體混合室410相導(dǎo)通形成氮氣進氣支路，底部連接進氣管47并與氣體混合室410相導(dǎo)通形成氧氣進氣支路，這樣使得氮氣和氧氣分離后又可以重新在氣體混合室410進行混合。應(yīng)當(dāng)說明的是，氣體混合室410中氮氣和氧氣的混合比例是由ecu根據(jù)多個傳感器斷定的車況決定的，因此需對氮氣進氣支路的氮氣進入量和氧氣進氣支路的氧氣進入量進行調(diào)節(jié)，具體為分別對旁通管42和進氣管47進行設(shè)置調(diào)節(jié)。
首先，旁通管42上安裝有進給泵43、泄氮管44和氮氣流量控制閥45；其中，進給泵43位于靠近聚合膜組41一側(cè)；氮氣流量控制閥45位于靠近氣體混合室410一側(cè)，其上還設(shè)有與ecu相連的氮氣流量傳感器；泄氮管44位于進給泵43和氮氣流量控制閥45之間，其上還設(shè)有與ecu相連的泄氮閥45，這樣就可以通過ecu對泄氮管45上的泄氮閥46和氮氣流量控制閥47來調(diào)節(jié)氮氣進入量；
其次，進氣管47上安裝有泄氧管48，且泄氧管48位于靠近聚合膜組41一側(cè)，其上設(shè)有與ecu相連的泄氧閥49，，這樣可以通過ecu對泄氧管48上的泄氧閥49來調(diào)節(jié)氧氣進入量；渦輪增壓器5跨接在氮氧分離裝置4的進氣管47和進氣管48上，且兩端葉輪分別位于進氣管47和進氣管48中。
應(yīng)當(dāng)說明的是，ecu是通過進氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、進氣流量傳感器、氮氣流量傳感器、氧傳感器等多個信號判定本發(fā)明實施例一中控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機工況，計算出該發(fā)動機滿足工況條件所需燃油量和所需的氧氣含量，從而對氮氧分離裝置4進行進氣調(diào)節(jié)。
然而，該發(fā)動機在不同負荷運行狀態(tài)下，進氣工作方式也不同，使得進給泵43和渦輪增壓器5開啟條件也不同，具體為：
當(dāng)ecu判定該發(fā)動機處于中小負荷運行狀態(tài)時，則進給泵43開啟及渦輪增壓器5關(guān)閉，此時渦輪增壓器5不介入發(fā)動機進氣工作，進給泵43工作并與外界空氣形成壓力差，進而造成聚合膜組41上的多孔聚合膜上下表面形成壓力差，使得空氣在壓力作用下被吸附到聚合膜的高壓上表面，通過聚合膜分離層時形成濃度梯度而擴散，最后脫離聚合膜低壓下表面，分離出來的氮氣被進給泵43從旁通管42進入氣體混合室410，而氧氣通過進氣管47進入氣體混合室410；
當(dāng)ecu判定該發(fā)動機處于中高負荷運行狀態(tài)時，則進給泵43及渦輪增壓器5同時開啟，此時渦輪增壓器5介入發(fā)動機進氣工作，進給泵43和渦輪增壓器5工作并與外界空氣形成壓力差，進而造成聚合膜組41上的多孔聚合膜上下表面形成壓力差，使得空氣在壓力作用下被吸附到聚合膜的高壓上表面，通過聚合膜分離層時形成濃度梯度而擴散，最后脫離聚合膜低壓下表面，分離出來的氮氣被進給泵43從旁通管42進入氣體混合室410，而氧氣通過進氣管47進入氣體混合室410。
在本發(fā)明實施例一中，對氣缸1中參與燃燒的氧氣比例，可以用富氧燃燒、標(biāo)準(zhǔn)燃燒及富氮燃燒進行描述。將標(biāo)準(zhǔn)空氣組分看成是由21％的氧氣和79％的氮氣組成，定義無量綱的氮氧控制參數(shù)ψ，由理想氣體狀態(tài)方程得：
其中，
氮氧控制參數(shù)ψ滿足0≤ψ≤4.76。且
碳氫化合物燃料與供給的空氣形成的可燃混合氣在氣缸中燃燒時的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
其中，φ是當(dāng)量比。
因此，對于氣缸1上述兩種負荷狀態(tài)的運行工況，都可以根據(jù)氣缸1中氧氣比例大小來調(diào)節(jié)氮氧分離裝置4中氮氣和氧氣的混合比例，即調(diào)節(jié)旁通管42上的泄氮閥44和進氣管48上的泄氧閥49的開啟或關(guān)閉來實現(xiàn)，具體為：
(i)氣缸1中富氮燃燒：當(dāng)ecu判定氣缸1所需要的進氣量中氮氧含量為0≤ψ<1時，即氣體混合室410供給氣缸1空氣的氧氣比例低于標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣比例，則ecu驅(qū)動泄氮閥44關(guān)閉及驅(qū)動泄氧閥49開啟；
(ii)氣缸1中標(biāo)準(zhǔn)燃燒：當(dāng)ecu判定氣缸1所需要的進氣量中氮氧含量為ψ＝1時，即氣體混合室410供給氣缸1空氣的氧氣比例等于標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣比例，則ecu驅(qū)動泄氮閥44及泄氧閥49同時關(guān)閉；
(iii)氣缸1中富氧燃燒：當(dāng)ecu判定氣缸1所需要的進氣量中氮氧含量為1<ψ≤4.76時，即氣體混合室410供給氣缸1空氣的氧氣比例大于標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣比例，則ecu驅(qū)動泄氮閥44開啟及驅(qū)動泄氧閥49關(guān)閉。
為了避免空氣中大顆粒物質(zhì)進入氣缸1中，因此在聚合膜組42的頂部設(shè)有用于隔離空氣大顆粒的空氣濾清器6。
為了便于控制氮氧分離裝置4中氮氧混合氣體通過進氣歧管2進入氣缸1，因此該控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機還包括安裝于進氣歧管2上的節(jié)氣門7，該節(jié)氣門7位于氣缸1和氮氧分離裝置4之間；
為了降低氮氧混合氣體進入氣缸1的溫度，因此該控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機還包括安裝于進氣歧管2上的冷凝器8，冷凝器8位于節(jié)氣門7和氣體混合室410之間；
相應(yīng)于本發(fā)明實施例一的控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機，本發(fā)明實施例二還提供了一種汽車，具有本發(fā)明實施例一中所述的控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機，該控制進氣中氮氧含量的發(fā)動機的構(gòu)成及連接關(guān)系等此處不再一一贅述。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果：
本發(fā)明使用由多孔聚合膜構(gòu)成的氮氧分離裝置將空氣進行氮氣與氧氣的分離并按照ecu指令進行混合，使得重新混合的空氣與燃油形成混合氣在氣缸中燃燒時能夠燃燒更加完全，從而降低了發(fā)動機產(chǎn)生的污染物及溫度，同時省略了傳統(tǒng)發(fā)動機所使用的egr系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。