可變循環進氣量和廢氣再循環量的發動機進排氣裝置的制造方法
【專利說明】
[0001 ] 技術領域:
[0002]本實用新型涉及一種車用自然吸氣發動機的發動機進排氣裝置，特別是涉及一種可變循環進氣量和廢氣再循環量的發動機進排氣裝置。
[0003]【背景技術】:
[0004]能源危機和環境污染日趨嚴重，車用發動機面臨著嚴峻的燃料短缺和排放控制問題，迫切需要提高發動機的經濟性能和排放性能。發動機的性能很大程度上依賴其進換氣過程，即發動機排出本循環已經燃燒的廢氣和吸入下一循環的新鮮空氣或可燃混合氣。為了提高發動機的動力性和經濟性，需要提高每循環進入發動機氣缸的空氣量。同時為了控制發動機的氮氧化物有害排放，還需要進行廢氣再循環。傳統自然吸氣發動機的進排氣裝置一般由空氣濾清器、進氣管、氣缸和排氣管等部件組成。當發動機運轉時，曲軸驅動活塞由氣缸內的上止點運動至下止點，在活塞的運動過程中，氣缸容積逐漸增大，在氣缸內形成一定的真空度，空氣通過進氣管、進氣門被吸入氣缸。當活塞由氣缸內的下止點運動至上止點，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推動下經排氣門、排氣管排出氣缸外。廢氣再循環系統是將一定量的發動機廢氣從排氣管引出，并通過控制閥將廢氣引入進氣管中與新鮮空氣混合，再進入氣缸內抑制燃燒，降低氮氧化物有害排放。上述自然吸氣發動機進排氣裝置中存在的問題是:每循環進入發動機氣缸內的空氣量和再循環的廢氣量均受氣缸內進氣終了壓力的影響，由于傳統進排氣系統的結構不可變，因此每循環進入氣缸內的進氣量和廢氣再循環量均受到限制，最大進氣量無法靈活調整，廢氣再循環率也只能在較小的范圍內調整，無法根據發動機的工況進行自適應的最佳調控，因而無法滿足發動機各種復雜工況對進氣供給和廢氣再循環的要求，無法達到發動機功率優化和氮氧化物排放優化的效果。
[0005]經過對現有技術文獻和專利的檢索發現，專利名稱排氣管容積自適應式禍輪增壓系統，授權公告號ZL201110335093.X，該實用新型專利包括:氣缸、排氣管、渦輪、連接管、擋板環、移動板和彈性部件。采用該技術方案，發動機處于低速工況時，移動板向著靠近擋板環的方向移動，排氣管容積相對較小，脈沖能量可以充分利用，發動機整機性能較優；當發動機處于高速工況時，移動板向著遠離擋板環的方向移動，排氣管容積相對較大，栗氣損失較小，發動機整機性能較優。
[0006]但該實用新型只是針對排氣系統設計的排氣管容積自適應式調節，未涉及到進氣調節，因此每循環進入發動機氣缸內的空氣量和再循環廢氣量仍然受到限制；而且調節排氣管容積時，移動板和彈性部件受到排氣管長度的限制，移動位移十分有限，因而排氣管容積調節能力有限，無法滿足調節排氣管容積較大的要求。
[0007]【實用新型內容】:
[0008]本實用新型所要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、調節方法簡易可靠、能夠根據發動機的實際運行工況而自適應調節進氣和排氣的可變循環進氣量和廢氣再循環量的發動機進排氣裝置。
[0009]本實用新型的技術方案是:
[0010]一種可變循環進氣量和廢氣再循環量的發動機進排氣裝置，含有進氣管和排氣管，所述進氣管和排氣管通過進氣門和排氣門分別與發動機氣缸的內腔連通，所述發動機氣缸的內腔通過輔助進排氣門和連通管與伸縮氣缸的缸體內腔連通，所述伸縮氣缸的缸體內腔中設置有電磁鐵，并且，所述伸縮氣缸的缸體和活塞之間設置有回位彈簧，所述連通管上設置有輔助進氣管，所述輔助進氣管上設置有控制閥，所述排氣管和進氣管之間通過貫通管相互連通，所述貫通管上設置有廢氣再循環閥和廢氣冷卻器。
[0011 ] 所述伸縮氣缸為一級氣缸或二級氣缸，所述一級氣缸包括一個缸體和一個活塞，所述二級氣缸包括初級缸體、初級活塞、次級缸體和次級活塞，其中，所述初級缸體內套裝初級活塞，所述初級活塞作為次級缸體，所述次級缸體內套裝所述次級活塞，所述次級缸體與所述初級缸體連通，所述初級缸體、次級缸體和次級活塞內分別設置定電磁鐵、一級電磁鐵和二級電磁鐵，所述初級缸體與初級活塞之間以及所述次級缸體與次級活塞之間分別設置有所述回位彈簧。
[0012]所述廢氣冷卻器通過電動水栗與水箱連接，所述輔助進氣管上設置有空氣濾清器。所述進氣管的外端設置有空氣濾清器，所述發動機氣缸的活塞通過連桿與曲軸連接，所述曲軸上安裝有飛輪，所述飛輪或曲軸上設置有曲軸位置傳感器。
[0013]所述貫通管與進氣門之間的所述進氣管上分別設置有進氣壓力傳感器、進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，所述進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、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閥均分別與控制器連接。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]1、本實用新型根據發動機的實際運行工況，通過控制器控制伸縮氣缸的初級活塞、次級活塞逐級運動，在氣缸內部形成不同的真空度，將外界環境中的新鮮空氣吸入到伸縮氣缸內，再通過兩級活塞的回位運動將新鮮空氣擠壓到發動機氣缸內部，自適應的增大每循環進入發動機氣缸內的空氣量，提高發動機的進氣密度，從而提高發動機的功率，并改善經濟性和排放性。
[0016]2、本實用新型發動機運行在中小廢氣再循環量工況時，控制器控制排氣背壓閥關小閥門，減少排到外界環境中的廢氣量，從而提高排氣管中廢氣的壓力和流量，增大廢氣再循環量。運行在大廢氣再循環量工況時，控制器控制伸縮氣缸的初級活塞、次級活塞逐級運動將發動機氣缸內部的殘余廢氣擠壓到排氣管中，逐級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量。隨后在發動機的進氣行程中，電磁鐵使兩級活塞相繼運動，增加發動機氣缸內部的局部真空度;從進氣方面進一步提高了廢氣再循環量。
[0017]3、本實用新型伸縮氣缸的兩級活塞依靠電磁斥力逐級運動，振動噪聲小；運動平穩，切換工況時進排氣壓力和流量穩定，壓力波動小;且兩級活塞的工作、回位從進氣和排氣兩方面提高廢氣再循環量，節約了能量，提高了工作效率。
[0018]4、本實用新型廢氣冷卻器對排氣管進入到進氣管內的廢氣進行冷卻，并且電動水栗根據控制器的指令來增大或減小廢氣冷卻器的冷卻能力，提高冷卻效果。
[0019]5、本實用新型結構簡單和調節方法簡易可行，且工作可靠性高，可以充分滿足發動機的高低轉速、大小負荷等工況對進氣流量和廢氣再循環量的要求，應用范圍廣，推廣后具有良好的經濟效益和減排效果。
[0020]【附圖說明】:
[0021]圖1為可變循環進氣量和廢氣再循環量的發動機進排氣裝置的結構圖。
[0022]【具體實施方式】:
[0023]實施例:參見圖1，圖中，1-空氣濾清器A，2-三通接頭A，3-進氣管，4-進氣門，5-發動機氣缸，6-輔助進排氣口，7-排氣門，8-排氣管，9-三通接頭B，10-排氣背壓閥，11-廢氣再循環閥，12-廢氣冷卻器，13-電動水栗，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-進氣壓力傳感器，23-進氣溫度傳感器，24-二氧化碳傳感器，25-控制器，26-控制閥，27-伸縮氣缸，28-初級活塞，29-次級活塞，30-定電磁鐵，31-—級電磁鐵，32-二級電磁鐵，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的一個入口相連，三通接頭A2的出口與進氣管3的入口相連，進氣管3的出口經進氣門4與發動機氣缸5相連，發動機氣缸5經排氣門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的一個出口經排氣背壓閥10與外界環境相連，另一個出口經廢氣再循環閥11與廢氣冷卻器12的進氣口相連，廢氣冷卻器12的出氣口與三通接頭A2的另一個入口相連。廢氣冷卻器12的進水口經電動水栗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。進氣管3上安裝有進氣壓力傳感器22，進氣溫度傳感器23，二氧化碳傳感器24，分別測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，讓潔凈的空氣進入發動機氣缸5。排氣背壓閥10可以調節由排氣管8內排到外界環境中的廢氣量。廢氣再循環閥11可以調節排氣管8內進入到進氣管3內的廢氣量。廢氣冷卻器12對排氣管8進入到進氣管3內的廢氣進行冷卻。電動水栗13根據控制器25的指令來增大或減小廢氣冷卻器12的冷卻能力。
[0025]活塞15通過連桿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