[發明專利]一種具有余熱回收和利用功能的內燃機及控制方法

有效

• 申請號: 201010204750.2
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101915180A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 紀常偉;汪碩峰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02;F02D9/02;F02D41/06;F02D41/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.一種具有余熱回收和利用功能的內燃機，包括傳統電控火花點火內燃機的內燃機氣缸(4)、內燃機排氣管(6)、曲軸轉角位置傳感器(8)、冷卻水溫度傳感器(9)、進氣溫度和壓力傳感器(10)、節氣門位置傳感器(11)、爆震傳感器(12)、線性氧傳感器(13)、原機電控單元(14)、點火模塊(16)、火花塞(17)、內燃機活塞(18)、燃料箱(19)、燃料壓力調節器(20)、燃料噴嘴(21)、電子節氣門(22)和內燃機進氣空濾器(23)；其特征在于：增加了一套內燃機排氣余熱回收裝置，包括換熱器低溫進氣管(1)、換熱器進氣開關閥(2)、換熱器進氣空濾器(3)、換熱器(5)、換熱器高溫出氣管(7)、內燃機進氣開關閥(25)和余熱管理控制單元(15)；曲軸轉角位置傳感器(8)、冷卻水溫度傳感器(9)、進氣溫度和壓力傳感器(10)、節氣門位置傳感器(11)、爆震傳感器(12)、線性氧傳感器(13)與原機電控單元(14)相連；余熱管理控制單元(15)與原機電控單元(14)相連并獲取與原機電控單元(14)相連的所有傳感器(8)-(13)的信號；余熱管理控制單元(15)與換熱器進氣開關閥(2)、點火模塊(16)、燃料噴嘴(21)、電子節氣門(22)和內燃機進氣開關閥(25)相連，燃料箱(19)、燃料壓力調節器(20)和燃料噴嘴(21)依次連接，燃料噴嘴(21)固連在內燃機進氣管(24)上。內燃機進氣空濾器(23)和內燃機進氣開關閥(25)固連在內燃機進氣管(24)上。換熱器(5)固連在內燃機排氣管(6)上，換熱器進氣開關閥(2)和換熱器進氣空濾器(3)依次連接在換熱器低溫進氣管(1)上并整體連接在換熱器(5)上，換熱器(5)和內燃機進氣管(24)之間通過換熱器高溫出氣管(7)相連至電子節氣門(22)和內燃機進氣空濾器(23)之間。

2.根據權利要求1所述的一種具有余熱回收和利用功能的內燃機，其特征在于，所用的燃料為汽油、甲醇、乙醇、液化石油氣和天然氣。

3.權利要求1所述的一種具有余熱回收和利用功能的內燃機，其特征在于采用如下控制策略：1)內燃機處于起動、怠速和大負荷工況時，內燃機進氣開關閥(25)打開，換熱器進氣開關閥(2)關閉，通過內燃機進氣開關閥(25)、內燃機進氣空濾器(23)和內燃機進氣管(24)吸入常溫空氣，余熱管理控制單元(15)完全采用原機電控單元(14)的起動、怠速和大負荷控制策略。2)內燃機處于部分負荷工況時，內燃機進氣開關閥(25)關閉，換熱器進氣開關閥(2)打開，通過換熱器低溫進氣管(1)、換熱器進氣開關閥(2)、換熱器進氣空濾器(3)、換熱器(5)和換熱器高溫出氣管(7)吸入經內燃機排氣加熱的空氣，使內燃機工作在熱空氣、稀燃和大節氣門狀態。

4.根據權利要求3所述的一種具有余熱回收和利用功能的內燃機的控制方法，其特征在于：余熱管理控制單元(15)通過原機電控單元(14)接收曲軸轉角位置傳感器(8)的曲軸轉角信號，冷卻水溫度傳感器(9)的冷卻水溫度信號，節氣門位置傳感器(11)的節氣門位置信號，線性氧傳感器(13)的空燃比信號，根據節氣門位置信號為1-3伏判定內燃機處于部分負荷工況；隨著內燃機負荷的增加，排氣溫度增加，通過換熱器低溫進氣管(1)、換熱器進氣開關閥(2)、換熱器進氣空濾器(3)、換熱器(5)和換熱器高溫出氣管(7)進入內燃機進氣管(24)的空氣溫度不斷提高，此時余熱管理控制單元(15)根據進氣溫度和壓力傳感器(10)的進氣溫度信號，發出電子節氣門控制信號(d)，將電子節氣門(22)的開度增大，發出燃料噴射信號(c)使燃料噴嘴(21)減少燃料噴射量，使內燃機處于熱空氣、大節氣門、稀薄燃燒狀態；根據獲得的進氣溫度和壓力傳感器(10)的進氣溫度信號和爆震傳感器(12)的爆震信號，通過內燃機臺架試驗確定內燃機部分負荷實現熱空氣、大節氣門、稀薄燃燒的節氣門開度、過量空氣系數和點火角脈譜。