本發(fā)明涉及燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放物是造成大氣污染的一個(gè)主要來(lái)源，隨著環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的重要性日趨增加，降低發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放和CO₂排放這一目標(biāo)成為當(dāng)今世界上發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。所以開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性提升、NO_X、THC等有害排放物控制方法和技術(shù)的研究是所有發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者的首要任務(wù)。其中為減少發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的NOx(氮氧化物)排放，EGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))作為一種技術(shù)手段通過(guò)延緩燃燒過(guò)程，降低缸內(nèi)燃燒溫度的技術(shù)，可以有效的減少?gòu)U氣排放中的NO_X含量。而燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)作為現(xiàn)在市場(chǎng)上柴油機(jī)的主要清潔燃燒替代產(chǎn)品，其可以有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)CO₂排放和PM排放。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)銷(xiāo)售的國(guó)五排放燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)主要通過(guò)稀薄燃燒+氧化型(GOC)后處理技術(shù)手段達(dá)到排放要求，但要達(dá)到更高一級(jí)的國(guó)六排放，需要在稀薄燃燒+GOC的基礎(chǔ)上引入SCR系統(tǒng)，或者采用當(dāng)量燃燒+EGR+三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)。而稀燃+GOC+SCR路線存在生產(chǎn)成本和用戶使用成本高的缺陷，故當(dāng)量燃燒+EGR+三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)成為了一個(gè)當(dāng)前世界的一個(gè)主流燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線。

但是，傳統(tǒng)的當(dāng)量+EGR發(fā)動(dòng)機(jī)存在部分負(fù)荷泵氣損失大，發(fā)動(dòng)機(jī)由于受到燃燒速度降低、點(diǎn)火系統(tǒng)性能的限值等影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高的EGR率。同時(shí)由于燃燒速度降低，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)波動(dòng)大，燃燒穩(wěn)定性差，發(fā)動(dòng)機(jī)失火風(fēng)險(xiǎn)大。

公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理的單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)，該單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞周?chē)线m的燃料和空氣以及少量EGR氣體的混合氣，而缸壁周?chē)荅GR氣體濃度較高的空氣、燃料混合氣，進(jìn)而有效的利用EGR降低NO_X排放、降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷的同時(shí)保持較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，從而?shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性能以及耐久性的有機(jī)高效結(jié)合。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)，該單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)包括：EGR混合器；燃?xì)饣旌掀鳎恢欣淦?，其出口端設(shè)置有第一節(jié)氣門(mén)，該第一節(jié)氣門(mén)分別與所述燃?xì)饣旌掀鞯牡谝贿M(jìn)口和所述EGR混合器的第一進(jìn)口連通；燃?xì)鈬娮?，其與所述燃?xì)饣旌掀鞯牡诙M(jìn)口連通；第一進(jìn)氣總管，其與所述燃?xì)饣旌掀鞯某隹谶B通，并分別與各缸的第一進(jìn)氣門(mén)連通；EGR冷卻器，其入口端與渦前高溫排氣總管連通，該EGR冷卻器的出口端設(shè)置有EGR閥，該EGR閥與所述EGR混合器的第二進(jìn)口連通；以及第二進(jìn)氣總管，其與所述EGR混合器的出口連通，并分別與各缸的第二進(jìn)氣門(mén)連通。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，EGR混合器的第一進(jìn)口設(shè)置有第二節(jié)氣門(mén)。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)為四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：該單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)采用雙進(jìn)氣道，一個(gè)進(jìn)氣道進(jìn)入燃料和空氣混合氣，另一個(gè)進(jìn)入EGR氣體或者EGR和新鮮空氣，能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞周?chē)线m的燃料和空氣以及少量EGR氣體的混合氣，而缸壁周?chē)荅GR氣體濃度較高的空氣、燃料混合氣，進(jìn)而有效的利用EGR降低NO_X排放、降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷的同時(shí)保持較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，從而?shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性能以及耐久性的有機(jī)高效結(jié)合。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中一個(gè)運(yùn)行工況降泵氣損失原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式的單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)只能在四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，其具體結(jié)構(gòu)包括：渦輪增壓器3、中冷器4、第一節(jié)氣門(mén)5、第二節(jié)氣門(mén)6、燃?xì)饣旌掀?、燃?xì)鈬娮?、第一進(jìn)氣總管9、第一進(jìn)氣門(mén)1、渦前高溫排氣總管10、EGR冷卻器11、EGR閥12、EGR混合器13、第二進(jìn)氣總管14和第二進(jìn)氣門(mén)2。其中，渦輪增壓器3、中冷器4、第一節(jié)氣門(mén)5、燃?xì)饣旌掀?、燃?xì)鈬娮?、第一進(jìn)氣總管9、第一進(jìn)氣門(mén)1形成一個(gè)進(jìn)入燃料和空氣混合氣的進(jìn)氣道，第二節(jié)氣門(mén)6、渦前高溫排氣總管10、EGR冷卻器11、EGR閥12、EGR混合器13、第二進(jìn)氣總管14和第二進(jìn)氣門(mén)2形成一個(gè)進(jìn)入EGR氣體或者EGR和新鮮空氣的進(jìn)氣道，從而實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)分層燃燒，可以有效的保持傳統(tǒng)當(dāng)量+EGR發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還可以有效的降低燃燒死區(qū)的燃料殘余量，降低THC、CH₄等排放。

具體來(lái)講，第一節(jié)氣門(mén)5設(shè)置在中冷器4的出口端，再通過(guò)管路分別與燃?xì)饣旌掀?的第一進(jìn)口和EGR混合器13的第一進(jìn)口連通，第二節(jié)氣門(mén)6設(shè)置在EGR混合器13的第一進(jìn)口；燃?xì)鈬娮?與燃?xì)饣旌掀?的第二進(jìn)口連通，燃?xì)饣旌掀?的出口與第一進(jìn)氣總管9連通，第一進(jìn)氣總管9分別與各缸的第一進(jìn)氣門(mén)1連通，新鮮空氣經(jīng)渦輪增壓器3增壓后進(jìn)入中冷器4冷卻，一部分再進(jìn)入燃?xì)饣旌掀?與由燃?xì)鈬娮?進(jìn)入的燃料混合，燃料和新鮮空氣的混合氣從第一進(jìn)氣總管9進(jìn)入第一進(jìn)氣門(mén)1所對(duì)應(yīng)氣道，通過(guò)第一進(jìn)氣門(mén)1進(jìn)入氣缸；通過(guò)缸蓋氣道以及氣門(mén)座圈、氣門(mén)錐角等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把通過(guò)第一進(jìn)氣門(mén)1的氣體流入缸內(nèi)中心區(qū)域。

渦前高溫排氣總管10與EGR冷卻器11的入口端連通，EGR閥12設(shè)置在EGR冷卻器11的出口端，再與EGR混合器13的第二進(jìn)口連通，EGR混合器13的出口與第二進(jìn)氣總管14連通，第二進(jìn)氣總管14分別與各缸的第二進(jìn)氣門(mén)2連通，廢氣進(jìn)入渦前高溫排氣總管10后，一部分(EGR氣體)進(jìn)入EGR冷卻器11冷卻，再進(jìn)入EGR混合器13與新鮮空氣混合進(jìn)入第二進(jìn)氣總管14，EGR氣體或EGR氣體和新鮮空氣的混合氣從第二進(jìn)氣總管14進(jìn)入第二進(jìn)氣門(mén)2所對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣道，通過(guò)第二進(jìn)氣門(mén)2進(jìn)入氣缸。而通過(guò)第二進(jìn)氣門(mén)2進(jìn)入氣缸的氣體具有較大渦流和較大的旋轉(zhuǎn)半徑，把EGR氣體或EGR、新鮮空氣的混合氣沿著氣缸壁進(jìn)入氣缸，填充氣缸內(nèi)活塞環(huán)上部、氣缸壁周?chē)?，從而?shí)現(xiàn)中間區(qū)域是燃料濃度、新鮮空氣濃度相對(duì)較高而EGR氣體濃度低的內(nèi)層混合氣，而靠近缸壁周?chē)倪吘墔^(qū)域是EGR氣體濃度高、燃料濃度低的外層混合氣。這樣處于中心位置的火花塞可以有效的點(diǎn)燃混合氣，并且具有較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?；而由于缸壁周?chē)?、活塞環(huán)上部等燃燒死區(qū)聚集的是不可燃燒的EGR氣體或新鮮空氣，可以充分吸收中心區(qū)域釋放的熱能，同時(shí)有效的降低傳統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)由于燃燒室死區(qū)帶來(lái)的無(wú)法燃燒的THC、CH₄排放，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和低排放性的有機(jī)結(jié)合。

該系統(tǒng)還可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載不同采取不同控制燃燒方式，具體工作方式如下：

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于較小負(fù)荷下工作時(shí)(節(jié)氣門(mén)后壓力低于大氣壓)，第二節(jié)氣門(mén)6完全關(guān)閉，第二進(jìn)氣總管14中只引入EGR氣體，而燃?xì)狻⑿迈r空氣從第一進(jìn)氣總管9由第一進(jìn)氣門(mén)1進(jìn)入氣缸。此時(shí)，由于只有第一進(jìn)氣門(mén)1引入新鮮空氣以及燃料，為了確保與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相同進(jìn)氣量，則需要加大第一節(jié)氣門(mén)5開(kāi)度，增加進(jìn)入氣缸的進(jìn)氣壓力，如圖2所示，進(jìn)氣壓力的增加可以有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。同時(shí)，通過(guò)第二進(jìn)氣總管14和第二進(jìn)氣門(mén)2進(jìn)入氣缸的EGR氣體可以有效的填充缸壁周?chē)娜紵绤^(qū)，同時(shí)又可以吸收缸內(nèi)燃燒溫度，有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)最高燃燒溫度，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOX排放，實(shí)現(xiàn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饨?jīng)濟(jì)性、降低NOX、THC、CH₄等排放、降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷、拓寬發(fā)動(dòng)機(jī)失火邊界，實(shí)現(xiàn)高EGR率下發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放、熱負(fù)荷、穩(wěn)定性等多種優(yōu)勢(shì)的有效結(jié)合。并且進(jìn)氣氣缸內(nèi)的EGR氣體的量可以通過(guò)EGR閥以及相關(guān)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)精確地控制。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于增壓壓力較高的中等負(fù)荷或全負(fù)荷下，第二節(jié)氣門(mén)6根據(jù)實(shí)際進(jìn)氣量的需要來(lái)控制開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)新鮮空氣從第一進(jìn)氣門(mén)1和第二進(jìn)氣門(mén)2兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)同時(shí)進(jìn)入，這樣仍然可以保持傳統(tǒng)四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率高的優(yōu)勢(shì)。采用雙進(jìn)氣道，一個(gè)進(jìn)氣道進(jìn)入燃料和空氣混合氣、一個(gè)進(jìn)入EGR氣體或者EGR和新鮮空氣，實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)分層燃燒，可以有效的保持傳統(tǒng)當(dāng)量+EGR發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還可以有效的降低燃燒死區(qū)的燃料殘余量，降低THC、CH₄等排放。

在泵氣損失大的節(jié)氣門(mén)前后壓差大的工況，通過(guò)單氣道進(jìn)氣模式，可有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)中小負(fù)荷的效率。特別是怠速工況，城市公交循環(huán)路譜有40～60％是怠速工況，通過(guò)該技術(shù)降低怠速的泵氣損失可以有效降低怠速氣耗，提高整車(chē)經(jīng)濟(jì)性。

綜上，該單點(diǎn)噴射的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞周?chē)线m的燃料和空氣以及少量EGR氣體的混合氣，而缸壁周?chē)荅GR氣體濃度較高的空氣、燃料混合氣，進(jìn)而有效的利用EGR降低NO_X排放、降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷的同時(shí)保持較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，從而?shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性能以及耐久性的有機(jī)高效結(jié)合。

前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說(shuō)明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開(kāi)的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書(shū)及其等同形式所限定。