氣缸和觸媒的積碳處理裝置及處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣缸和觸媒的積碳處理裝置及處理方法，處理裝置包括：壓縮空氣發生機構，具有由內置的活塞分隔形成第一腔室和第二腔室的活塞腔和壓縮空氣存儲腔，第二腔室上設有空氣進口并經單向閥單向連接壓縮空氣存儲腔；第一閥體設置在排氣管上，位于燃燒室與觸媒之間；第二閥體，控制第二腔室上的空氣進口的通斷；第三閥體，設在所述連接管上；空氣噴嘴，與壓縮空氣存儲腔連接并設有控制閥，噴口位于氣缸的燃燒室內；檢測壓縮空氣存儲腔內氣壓的壓力傳感器。本發明可以消除氣缸和觸媒的積碳，不需要化學品，也不需要外加動力，不影響發動機的正常工作。
【專利說明】氣缸和觸媒的積碳處理裝置及處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發動機的部分，具體涉及一種用于清除氣缸和觸媒的積碳的處理裝置，及其處理方法。
【背景技術】
[0002]發動機的氣缸主要由氣缸體和氣缸蓋構成，氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構成燃燒室，與燃燒室連通設有進氣門、排氣門和噴油嘴。在高壓油泵作用下，汽油從噴油嘴噴入燃燒室內，汽油中的膠質與無法完全引爆的碳氫化合物在爆炸后，產生的微小碳粒未來得及排出，久而久之就會在燃燒室的缸壁上產生積碳；同時，噴油嘴噴油后殘留的汽油中的蠟和膠質物反復受熱后變硬也會在噴油嘴處形成積碳。燃燒室如果積碳嚴重會使燃燒室溫度升高，造成火花塞在點火的同時，燃燒室內的混合氣也自行引爆，兩股爆燃點使汽缸壓力突然升高，傷害引擎內部周邊零件，產生爆震。由此，導致發動機工作不良，出現啟動困難、怠速不穩、加速不良、急加油回火、尾氣超標、油耗增多等異常現象。如果再嚴重會造成氣門封閉不嚴，使氣缸因沒有缸壓而徹底不工作，甚至粘連氣門使之不回位。此時氣門與活塞會產生運動干涉，最終損壞發動機。
[0003]另外，為降低尾氣污染，在排氣管中會設置觸媒，以催化分解有害氣體。由此，排出燃燒室的微小碳粒也會在觸媒上形成積碳，影響觸媒的使用效果，降低觸媒的壽命。
[0004]現有技術中，處理積碳主要采用以下方法:①利用清潔液對進氣管內的積碳進行清理；②添加燃料混合劑，使得積碳減少。這類方法會增加使用成本，同時，市售的部分添加劑會對發動機產生不良影響。
[0005]日本發明專利公開文件特開2000-320836A公開了一種燃料噴射裝置及燃料和空氣的噴射方法，通過對噴嘴的改進，實現混合氣的良好混合，保證充分燃燒，從而降低積碳的產生可能。但是，一方面，這種噴嘴結構復雜；另一方面，采用這種方法只能減慢積碳的形成速度，并不能清除積碳。
[0006]另外，現有技術的上述方案均不能解決觸媒積碳的問題。
[0007]
【發明內容】
[0008]本發明的發明目的是提供一種氣缸和觸媒的積碳處理裝置，以不使用化學品實現積碳的清除；本發明的另一個發明目的是提供采用這種裝置進行氣缸和觸媒積碳處理的方法。
[0009]為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是:一種氣缸和觸媒的積碳處理裝置，包括:
壓縮空氣發生機構，所述壓縮空氣發生機構具有活塞腔和壓縮空氣存儲腔，所述活塞腔由內置的活塞分隔形成第一腔室和第二腔室，所述第二腔室上設有空氣進口，所述第二腔室經單向閥單向連接壓縮空氣存儲腔； 第一閥體，所述第一閥體設置在排氣管上，位于燃燒室與觸媒之間，所述第一腔室經連接管連通排氣管，連接管與排氣管的連接點位于燃燒室與第一閥體之間；
第二閥體，所述第二閥體控制所述第二腔室上的空氣進口的通斷；
第三閥體，設在所述連接管上；
空氣噴嘴，所述空氣噴嘴與壓縮空氣存儲腔連接并設有控制閥，噴口位于氣缸的燃燒室內；
檢測壓縮空氣存儲腔內氣壓的壓力傳感器。
[0010]進一步的技術方案，所述單向閥是設置在壓縮空氣存儲腔與第二腔室的分隔壁上的單向橡膠孔。
[0011]上述技術方案中，設有2?4個所述單向橡膠孔。
[0012]其中，所述第二閥體上游設有空氣過濾器。
[0013]采用上述積碳處理裝置進行氣缸和觸媒的積碳處理方法，包括空氣吸入步驟、空氣壓縮步驟、噴射步驟；
所述空氣吸入步驟是，在燃燒室排氣時，打開第一閥體、第二閥體和第三閥體，在連接管與排氣管連接點處產生負壓吸引力，帶動活塞運動，減小第一腔室，增大第二腔室，空氣經空氣進口進入第二腔室；
所述空氣壓縮步驟是，完成空氣吸入步驟后，在燃燒室排氣時，關閉第一閥體和第二閥體，打開第三閥體，燃燒室排出的氣體進入第一腔室，推動活塞運動，壓縮第二腔室，當第二腔室中的氣壓大于壓縮空氣存儲腔中的氣壓時，第二腔室中的空氣經單向閥進入壓縮空氣存儲腔，完成壓縮后打開第一閥體；
所述噴射步驟是，在怠速狀態下，強制排氣階段，當壓縮空氣存儲腔中的氣壓大于設定氣壓時，打開空氣噴嘴的控制閥，向燃燒室內噴氣，清除積碳，所述設定氣壓為120?150kPa。
[0014]上述技術方案中，所述空氣吸入步驟在燃燒室壓力為200?500 kPa時進行。
[0015]上述技術方案中，當壓縮空氣存儲腔中的氣壓低于設定氣壓且發動機處于怠速狀態時，所述空氣吸入步驟和所述空氣壓縮步驟交替進行。
[0016]由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:
1.本發明通過設置壓縮空氣發生機構和噴嘴，利用缸內噴嘴氣流吹拂，將噴嘴部、氣門部、缸壁部的沾附的油膜除去，達到了消除積碳的目的。
[0017]2.本發明中的壓縮空氣發生機構利用燃燒室的排氣作為動力，不需要外加動力，不影響發動機的正常工作。
[0018]3.本發明中，通過在排氣管上設置第一閥體，交替打開和關閉第一閥體，一方面實現空氣壓縮，同時也使排氣管壓力呈現波動變化，達到除去排氣管(觸媒)側的積碳顆粒作用，也使得觸媒的壽命延長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明實施例中空氣吸入步驟時的結構示意圖；
圖2是實施例中空氣壓縮步驟時的結構示意圖；
圖3是實施例中噴射步驟時的結構示意圖；圖4是實施例中的處理流程圖；
圖5是噴嘴和第一閥門的工作占空比開關控制圖；
圖6是實施例工作過程時序示意圖。
[0020]其中:1、第一腔室；2、第二腔室；3、壓縮控制存儲腔；4、空氣進口 ；5、單向閥；6、燃燒室；7、排氣管；8、觸媒；9、第一閥體；10、第二閥體；11、第三閥體；12、連接管；13、空氣噴嘴；14、控制閥。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
實施例一:參見圖1至圖3所示，一種氣缸和觸媒的積碳處理裝置，包括:
壓縮空氣發生機構，所述壓縮空氣發生機構具有活塞腔和壓縮空氣存儲腔，所述活塞腔由內置的活塞分隔形成第一腔室和第二腔室，所述第二腔室上設有空氣進口，所述第二腔室經單向閥單向連接壓縮空氣存儲腔；
第一閥體，所述第一閥體設置在排氣管上，位于燃燒室與觸媒之間，所述第一腔室經連接管連通排氣管，連接管與排氣管的連接點位于燃燒室與第一閥體之間；
第二閥體，所述第二閥體控制所述第二腔室上的空氣進口的通斷；所述第二閥體上游設有空氣過濾器；
第三閥體，設在所述連接管上；
空氣噴嘴，所述空氣噴嘴與壓縮空氣存儲腔連接并設有控制閥，噴口位于氣缸的燃燒室內；
檢測壓縮空氣存儲腔內氣壓的壓力傳感器。
[0022]本實施例中，所述單向閥是設置在壓縮空氣存儲腔與第二腔室的分隔壁上的多個單向橡膠孔。
[0023]采用上述積碳處理裝置進行氣缸和觸媒的積碳處理方法，參見圖4所示，包括空氣吸入步驟、空氣壓縮步驟、噴射步驟；
參見附圖1所示，所述空氣吸入步驟是，在燃燒室排氣時，打開第一閥體、第二閥體和第三閥體，在連接管與排氣管連接點處產生負壓吸引力，帶動活塞運動，減小第一腔室，增大第二腔室，空氣經空氣進口進入第二腔室；
參見附圖2所示，所述空氣壓縮步驟是，完成空氣吸入步驟后，在燃燒室排氣時，關閉第一閥體和第二閥體，打開第三閥體，燃燒室排出的氣體進入第一腔室，推動活塞運動，壓縮第二腔室，當第二腔室中的氣壓大于壓縮空氣存儲腔中的氣壓時，第二腔室中的空氣經單向閥進入壓縮空氣存儲腔，完成壓縮后打開第一閥體；
參見附圖3所示，所述噴射步驟是，在怠速狀態下，強制排氣階段，當壓縮空氣存儲腔中的氣壓大于設定氣壓時，打開空氣噴嘴的控制閥，向燃燒室內噴氣，清除積碳，所述設定氣壓為120kPa。
[0024]發動機排氣階段分為自由排氣和強制排氣兩個階段。
[0025]自由排氣:
排氣門開啟是在活塞運動到下止點前30-80度曲軸轉角，此時汽缸內廢氣壓力較高，約為2-5個大氣壓，此階段廢氣排量與排氣管內壓力無關，只決定于汽缸內氣體狀態和氣門最小開啟截面。
[0026]到某一時刻內缸內壓力與排氣管內壓力相近時(下止點后10-30度曲軸轉角)，自由排氣階段結束。
[0027]強制排氣:
此階段廢氣被上行活塞推出。因為要克服排氣系統阻力，缸內壓力略高于排氣管內壓力約IOKpa左右。排氣過程一直進行到上止點之后10~35度曲軸轉角，排氣門才完全關閉。
[0028]強制排氣階段,噴氣噴嘴噴射壓力可定在120kPa，所以作功的壓力設置為120kPa即可。調節第一閥門關閉(關閉的時間由傳感器控制，120kPa時打開)利用尾氣壓力達到120kPa以上空氣即可被壓入氣體儲存腔室中，而對發動機的排氣幾乎無影響。高壓噴嘴在排氣階段打開，自由排氣階段不能夠進行噴氣，當進入強制排氣階段后，利用壓力差(噴嘴120kPa,氣缸內IOOkPa)噴嘴噴氣吹拂積碳。
[0029]廢氣用來壓縮作功和噴嘴噴氣吹拂并不在同時進行的。能噴氣的前提是氣體儲存腔室中的壓力在120kPa以上，壓縮作功時是在儲存腔室中的壓力在120kPa以下。所以噴嘴噴氣時氣缸中強制排氣階段的壓力在IOOkPa,壓縮氣體時進入強制排氣階段的氣缸壓力在120kPa，二者并無影響。
[0030]噴嘴噴射氣體的多少，由造成積碳的程度決定，而油氣的混合程度決定著燃燒效果最終決定積碳程度。所以空燃比的大小(利用空燃比傳感器檢測)最終決定噴射量。
[0031]參見附圖5所示，
用空氣過量系數λ為依據對噴射量進行大小調節。
[0032]λ =實際空燃比+理論空燃比系數(14.7)` 噴嘴的打開率al的計算方法如下:
空氣過量系數λ與噴嘴打開率(空氣噴射量)呈線性關系 al= (a(1-λ) + b) X 100%
式中，
al:噴嘴打開率 a:噴嘴打開系數 b:噴嘴打開常數 λ:空氣過量系數
例:若A/F = 14.7，入=1，則噴嘴打開率al=bX100%
若A/F= 12，λ =0.82，則噴嘴打開率al= (0.18a+b) X 100%噴油過多，需要加大噴嘴的
噴氣量
若A/F= 16，入=1.09，則噴嘴打開率&1=(-0.09&+13)\100%噴油過少，則需減小噴嘴的
噴氣量。
[0033]附圖6所示是實施例工作過程時序示意圖。在怠速階段，空氣首先被吸入，此后廢氣被壓縮作功，當壓縮空氣壓力達到設定值時，在每個排氣沖程中打開噴嘴進行噴射，去除積碳。而在非怠速狀態，則不進行上述操作。
[0034]由于前面兩個過程對排氣壓力的利用關系，會造成觸媒處壓力的波峰與波谷變化，從而使得觸媒處的積碳也更容易被清除掉，使得觸媒的催化效率得到提高。
【權利要求】
1.一種氣缸和觸媒的積碳處理裝置，其特征在于，包括: 壓縮空氣發生機構，所述壓縮空氣發生機構具有活塞腔和壓縮空氣存儲腔，所述活塞腔由內置的活塞分隔形成第一腔室和第二腔室，所述第二腔室上設有空氣進口，所述第二腔室經單向閥單向連接壓縮空氣存儲腔； 第一閥體，所述第一閥體設置在排氣管上，位于燃燒室與觸媒之間，所述第一腔室經連接管連通排氣管，連接管與排氣管的連接點位于燃燒室與第一閥體之間； 第二閥體，所述第二閥體控制所述第二腔室上的空氣進口的通斷； 第三閥體，設在所述連接管上； 空氣噴嘴，所述空氣噴嘴與壓縮空氣存儲腔連接并設有控制閥，噴口位于氣缸的燃燒室內； 檢測壓縮空氣存儲腔內氣壓的壓力傳感器。
2.根據權利要求1所述的氣缸和觸媒的積碳處理裝置，其特征在于:所述單向閥是設置在壓縮空氣存儲腔與第二腔室的分隔壁上的單向橡膠孔。
3.根據權利要求1所述的氣缸和觸媒的積碳處理裝置，其特征在于:設有2?4個所述單向橡膠孔。
4.根據權利要求1所述的氣缸和觸媒的積碳處理裝置，其特征在于:所述第二閥體上游設有空氣過濾器。
5.一種氣缸和觸媒的積碳處理方法，其特征在于:米用權利要求1至4中任一積碳處理裝置進行，包括空氣吸入步驟、空氣壓縮步驟、噴射步驟； 所述空氣吸入步驟是，在燃燒室排氣時，打開第一閥體、第二閥體和第三閥體，在連接管與排氣管連接點處產生負壓吸引力，帶動活塞運動，減小第一腔室，增大第二腔室，空氣經空氣進口進入第二腔室； 所述空氣壓縮步驟是，完成空氣吸入步驟后，在燃燒室排氣時，關閉第一閥體和第二閥體，打開第三閥體，燃燒室排出的氣體進入第一腔室，推動活塞運動，壓縮第二腔室，當第二腔室中的氣壓大于壓縮空氣存儲腔中的氣壓時，第二腔室中的空氣經單向閥進入壓縮空氣存儲腔，完成壓縮后打開第一閥體； 所述噴射步驟是，在怠速狀態下，強制排氣階段，當壓縮空氣存儲腔中的氣壓大于設定氣壓時，打開空氣噴嘴的控制閥，向燃燒室內噴氣，清除積碳，所述設定氣壓為120?150kPa。
6.根據權利要求5所述的積碳處理方法，其特征在于:所述空氣吸入步驟在燃燒室壓力為200?500 kPa時進行。
7.根據權利要求5所述的積碳處理方法，其特征在于:當壓縮空氣存儲腔中的氣壓低于設定氣壓且發動機處于怠速狀態時，所述空氣吸入步驟和所述空氣壓縮步驟交替進行。
【文檔編號】F02B77/04GK103883397SQ201410112990
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】吳敬明 申請人:日立汽車部件（蘇州）有限公司