专利名称：配有废气再循环(egr)的汽油机混合分层进气系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种向燃料-空气混合气中加入少量二次燃料用的发动机有关装置和方法，进一步涉及一种配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统及方法。
背景技术：
近年来，汽车的排气污染和CO2排放引起的地球生态环境破坏和温室效应问题日益严重。排污好燃油消耗率低的汽车不仅可缓解地球温室效应而带来的气候变暖、生态环境平衡破坏的影响，而且可以节省燃油，经济性好，增强市场竞争力，一些先进的汽车技术逐渐崭露头角并日渐趋于成熟，其中汽油机稀燃技术即是一种先进的节能减排技术。汽油机稀燃技术在降低油耗的同时，还能有效的降低汽油机尾气污染物的排放，但美中不足的是由于排气处于富氧条件，传统的三效催化转化器(TWC)不能很好的将排气中的NOx去除。 因此，需要一种既能降低汽油机HC和CO的排放，同时又能控制排气中的NOx含量的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配有废气再循环(EGR)的汽油机进气滚流发生装置， 该装置能够实现废气与新鲜空气混合后进入汽缸时产生滚流，从而可以在传统EGR的基础上进一步改善稀燃汽油机的动力性、经济性和排放性，特别是控制NOx的排放，进而提高汽油机的稀燃极限值。首先定义汽缸活塞往复运动的方向定义为X方向，与X方向垂直的进气歧管中心线定义为Y方向，与X、Y方向同时垂直的方向定义为ζ方向。配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，包括发动机进气歧管，连接到发动机的排气管上的EGR总管，安装在EGR总管上的1个节流阀和1个EGR阀，节流阀通过联动机构与发动机节气门连接，安装在发动机进气歧管上的1个真空取气口，安装在发动机缸体水套上一个冷却水温度控制开关，将真空取气口、冷却水温度开关和EGR阀的真空孔连接起来的真空管，气缸盖，进气门，位于气缸盖内的进气道，进气道与发动机进气歧管相连，安装在进气歧管与进气道之间的滚流发生装置；所述滚流发生装置设置在Y方向上的一段进气管；所述滚流发生装置在该段进气管上设置1个第一挡气板，该第一挡气板将此处进气管的流通面积减小，且第一挡气板在管道中的分界线为一条直线，该直线与X 方向的夹角为90度，该第一挡气板垂直于Y方向，可沿X方向移动；空气经过进气总管后进入进气歧管，然后与来自EGR总管的废气进行混合，依次经过第一挡气板、气缸盖气道和气门进入发动机气缸。作为优选方案，所述第一挡气板在气道内的遮挡面积大于或等于0，且小于或等于该处气道截面积的1/2 ；所述导气板上开有与气缸盖上通气孔截面相同的导气孔，导气板有一沿X方向移动的滑道或滑槽；所述第一挡气板在滑道或滑槽中沿X方向移动；所述导气板在滑道或滑槽一侧开有一个侧孔，侧孔连通导气孔与EGR总管；废气与空气在进入第一挡气板之前混合；
作为进一步优选方案，所述第一挡气板在气道中的分界线中部连接一个第二挡气板，第二挡气板的形状为矩形，其中一条边与第一挡气板与进气管的分界线重合，第二挡气板与第一挡气板的夹角大于90度，且小于或等于180度，当夹角不等于180度时，第二挡气板偏向于气体流动的前进方向。当发动机有N个汽缸，且N > 2时，所述N个第一挡气板由一个沿Z方向延伸的顶板连接，实现同步控制。上述内燃机进气涡流发生装置的分层进气控制方法，当冷却水温度低于50°C或负荷小于35%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧；当冷却水温度高于 500C，但负荷大于70%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧。汽油机废气再循环(EGR)技术将部分废气引入进气系统，随进气进入发动机气缸参与发动机燃烧，由于废气中含有部分二氧化碳(CO2)和水(H2O),提高了燃烧混合气的热容量，从而使最高燃烧温度下降，使得燃烧速度降低，从而降低了 NOx的排放，因此采用废气再循环技术(EGR)后，可以有效的减少NOx的排放。但是，传统的废气再循环技术(EGR) 将废气引入进气总管中与新鲜空气均勻混合在一起，这样一旦EGR的量增加到一定程度， 会造成火花塞附近废气含量过多，从而使火花塞附近燃气浓度降低进而降低燃气被点燃的可能性，即使燃气被点燃也会使火焰的传播速度降低从而使得汽油机的燃油经济性下降， 功率下降，严重的影响了汽油机的经济性、动力性等方面的性能。本发明采用可变进气流动方式及缸内分层式废气再循环，可以避免上述问题，该发明废气不直接接入进气总管，而是在进气歧管处与空气进行混合，然后通过第一挡气板， 最后以滚流的形式进入气缸，由于进气分层的存在，这就使得可燃混合气在火花塞到气缸壁之间形成浓度梯度，在火花塞周围的是适合于着火的混合气，在气缸周围的是废气较多的区域，这样既能保证点火的可靠性，又不能影响火焰的传播速度，所以可以在降低稀燃汽油机NOx排放的同时，基本不影响发动机的动力性和经济性，在适当的EGR量的情况下，还会使发动机的功率增加5-7%，比油耗降低5-8%。同时，由于第一挡气板的挡气面积可控，在水温较低或负荷较大的情况下，废气不参与燃烧，保证了发动机的整体性能。
图1是本发明系统示意图。图中，1代表发动机排气管，2代表EGR总管，3代表EGR 阀，4代表发动机进气总管，5代表节气门，6代表导气板，7a、7b、7c代表导气孔
图2是实施例中第一挡气板和顶板连接示意图。图中，8代表顶板，lh、12b、12c 代表第一挡气板，15a、15b、15c代表第二挡气板，13代表丝杠螺纹孔。图3是实施例中导气板局部剖面示意图。图中，6代表导气板，7a、7b、7c代表导气孔，10a、10b、IOc代表侧孔，11a、lib、11c、Ild代表固定螺孔，13代表丝杠，14代表密封垫。图4是基于图2右视图的示意图。图5是图3沿A-A方向的剖视图。图6是图2装置和图3装置装配好后沿A-A方向的剖视图。图7是滚流在气缸内形成示意图。图中，17代表气缸，18代表进气门，19代表进气道。
具体实施例方式实施例对照图1-7，配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统包括发动机进气歧管，连接到发动机排气管1上的EGR总管2，安装在EGR总管2上的1个节流阀和1个EGR 阀3，节流阀通过联动机构与发动机节气门5连接，安装在发动机进气歧管上的1个真空取气口，安装在发动机缸体水套上一个冷却水温度控制开关，将真空取气口、冷却水温度开关和EGR阀3的真空孔连接起来的真空管，气缸盖17，进气门18，位于气缸盖17内的进气道19，进气道19与发动机进气歧管相连，安装在进气歧管与进气道之间的滚流发生装置； 所述滚流发生装置设置在Y方向上的一段进气管；在该段进气管上设置的第一挡气板12a、 12b、12c，该第一挡气板12a、12b、12c将此处的进气管流通面积减小，且第一挡气板12a、 12b、12c在进气管中的分界线为一条直线，该直线与X方向的夹角为90度；所述第一挡气板12a、12bU2c垂直于Y方向；所述第一挡气板12a、12bU2c可沿X方向移动；所述第一挡气板12a、12b、12c在该处的遮挡面积大于或等于0，且小于或等于该处气道截面积的1/2。在汽缸盖17与进气歧管之间有1个导气板8，所述导气板8上开有与气缸盖17上通气孔截面相同的导气孔7a、7b、7c，导气板8有一沿X方向移动的滑道或滑槽；所述第一挡气板12a、12b、12c在滑道或滑槽中沿X方向移动。所述导气板在滑道或滑槽一侧开有一个侧孔10a、10b、10c，侧孔10a、IObUOc连通导气孔7a、7b、7c和废气再循环进气歧管；所述废气与空气在进入第一挡气板12a、12b、12c之前混合；所述第一挡气板12a、12b、12c在导气孔7a、7b、7c分界线中部连接一个第二挡气板15a、15b、15c，第二挡气板15a、15b、15c 的形状为矩形，其中一条边与第一挡气板12a、12b、12c与导气孔7a、7b、7c的分界线重合； 第二挡气板15a、15b、15c与第一挡气板12a、12b、12c的夹角大于90度，且小于或等于180 度，当夹角不等于180度时，第二挡气板偏向于气体流动的前进方向。对于三缸发动机来说，需要按照汽缸的数量并联三个配有废气再循环(EGR)的汽油机进气滚流发生装置，三个第一挡气板由一个沿Z方向延伸的顶板8连接，实现同步控制。导气板上的固定螺孔lla、llb、llc、lld用来固定导气板。当冷却水温度低于50°C或负荷小于35%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧；当冷却水温度高于50°C，但符合大于70%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧。由丝杠13在丝杠螺纹孔9中的运动确定第一挡气板的遮挡面积。
权利要求
1.配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，定义汽缸活塞往复运动的方向定义为χ方向，与X方向垂直的进气歧管中心线定义为Y方向，与X、Y方向同时垂直的方向定义为Z方向；其特征在于，包括发动机进气歧管，连接到发动机的排气管上的EGR 总管，安装在EGR总管上的1个节流阀和1个EGR阀，节流阀通过联动机构与发动机节气门连接，安装在发动机进气歧管上的1个真空取气口，安装在发动机缸体水套上一个冷却水温度控制开关，将真空取气口、冷却水温度开关和EGR阀的真空孔连接起来的真空管，气缸盖，进气门，位于气缸盖内的进气道，进气道与发动机进气歧管相连，安装在进气歧管与进气道之间的滚流发生装置；所述滚流发生装置设置在Y方向上的一段进气管；所述滚流发生装置在该段进气管上设置1个第一挡气板，该第一挡气板将此处进气管的流通面积减小，且第一挡气板在管道中的分界线为一条直线，该直线与X方向的夹角为90度，该第一挡气板垂直于Y方向，可沿X方向移动；空气经过进气总管后进入进气歧管，在进气歧管处与来自EGR总管的废气进行混合，然后经过第一挡气板、气缸盖气道和气门进入发动机气缸。
2.根据权利要求1所述配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，其特征在于，所述第一挡气板在气道内的遮挡面积大于或等于0，且小于或等于该处管道截面积的 1/2。
3.根据权利要求2所述配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，其特征在于，还包括位于汽缸盖与进气管之间的导气板，所述导气板上开有与气缸盖上通气孔截面相同的导气孔，导气板有一沿X方向移动的滑道或滑槽；所述第一挡气板在滑道或滑槽中沿X方向移动。
4.根据权利要求3所述配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，其特征在于，所述导气板在滑道或滑槽一侧开有一个侧孔，侧孔连通导气孔与EGR总管；废气与空气在进入第一挡气板之前混合。
5.根据权利要求4所述配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，其特征在于，所述第一挡气板在气道中的分界线中部连接一个第二挡气板，第二挡气板的形状为矩形，其中一条边与第一挡气板与进气管的分界线重合。
6.根据权利要求5所述配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，其特征在于，第二挡气板与第一挡气板的夹角大于90度，且小于或等于180度，当夹角不等于180度时，第二挡气板偏向于气体流动的前进方向。
7.并联N个权利要求1至6任何一项所述配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统，其特征在于，N >2，所述N个第一挡气板由一个沿Z方向延伸的顶板连接，实现同步控制。
8.在权利要求1至6任何一项所述内燃机进气涡流发生装置的分层进气控制方法，其特征在于，当冷却水温度低于50°C或负荷小于35%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧；当冷却水温度高于50°C，但符合大于70%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧。
9.在权利要求7所述内燃机进气涡流发生装置的分层进气控制方法，其特征在于，当冷却水温度低于50°C或负荷小于35%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧；当冷却水温度高于50°C，但符合大于70%的最大扭距时，关闭EGR阀，废气不进入气缸参与燃烧。
全文摘要
本发明涉及一种配有废气再循环(EGR)的汽油机混合分层进气系统及方法。进气系统包括发动机进气歧管，连接到发动机的排气管上的EGR总管，安装在EGR总管上的1个节流阀和1个EGR阀，安装在发动机进气歧管上的1个真空取气口，安装在发动机缸体水套上一个冷却水温度控制开关，安装在进气歧管与进气道之间的滚流发生装置。本发明在适当的EGR量的情况下，还会使发动机的功率增加5-7％，比油耗降低5-8％。
文档编号F02D21/08GK102425507SQ201110348790
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者张瀛, 李志军, 毕凤荣, 贾旭岩, 陈韶舒 申请人:天津大学