一种柴油发动机气缸进排气系统及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柴油发动机动力系统，详细讲是一种结构简单，制造、使用成本低廉，废气与空气分层显著，显著降低氮氧化物、同时降低颗粒物排放量，柴油机热效率高的柴油发动机气缸进排气系统及工作方法。
【背景技术】
[0002]我们知道，柴油发动机为了控制缸内燃油燃烧过程，降低氮氧化物与颗粒物排放，一种做法是将气缸排气口排出的废气再循环、由进气口进入气缸内，使空气与废气在气缸内均匀分布，需要引用大量废气才能到达目标，大量引入废气会产生柴油机热效率降低、能耗大等一系列缺陷。目前，国内外在柴油机气缸内废气分层技术的实现，是借助向柴油机的螺旋与切向进气道内分别供给空气与废气，引导空气与废气在气缸内的不同区域分布，形成分层。这种方式由于循环的废气与空气同时进入气缸，混合时间长，且在进气门处气体流动强烈会引起空气与废气快速混合，致使废气与空气在气缸内的分层程度不显著，对排放控制及柴油机性能改善能力有限。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单，制造、使用成本低廉，废气与空气分层显著，显著降低氮氧化物、同时降低颗粒物排放量，柴油机热效率高的柴油发动机气缸进排气系统及工作方法。
[0004]本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是:
一种柴油发动机气缸进排气系统，包括气缸、进气稳压罐和中冷器，气缸上设有进气口和排气口，进气口和排气口上分别设有进气门和排气门，进气稳压罐的出口经进气门与进气口相连，中冷器的入口经排气门与排气口相连，进气门和排气门上设有用于控制进气门和排气门开闭的进气凸轮轴和排气凸轮轴，其特征在于气缸上设有废气进气口，废气进气口上设有废气进气门，废气进气门上设有用于控制废气进气门开闭的废气进气凸轮轴，进气凸轮轴和废气进气凸轮轴控制进气门和废气进气门在气缸的吸气冲程中进气门和废气进气门先后依次开关；中冷器的出口连接有废气稳压罐，废气稳压罐出口经废气进气门与废气进气口相连。
[0005]本发明中所述的废气进气凸轮轴旋转一周，进气门打开的时间为吸气冲程时间的
0.6-0.8倍，废气进气门打开的时间为吸气冲程时间的0.2-0.4倍，进气门打开时间与废气进气门打开时间的和为吸气冲程时间。适用于四冲程往复式柴油发动机。
[0006]本发明中所述的废气稳压罐出口与废气进气门间设有废气控制阀。可以根据柴油机转速调节废气控制阀的开度，满足在不同转速下工作所需的废气量。
[0007]本发明中所述的废气稳压罐上设有安全阀。当废气稳压罐内的废气压力超过设定值时，安全阀打开泄压、将废气稳压罐内的废气压力稳定在理想范围内，保证柴油机电控单元精确控制进入气缸内的废气量。
[0008]上述柴油发动机气缸进排气系统的工作方法是:吸气冲程开始时，进气门在进气凸轮轴控制下打开，气缸将进气稳压罐内的气体吸入缸体内，达到设定时间后，进气门在进气凸轮轴控制下关闭，进气门关闭的同时、废气进气门在废气进气门凸轮轴的控制下打开，气缸将废气稳压罐内的废气吸入缸体内，吸气冲程结束时，废气进气门在废气进气凸轮轴控制下关闭，完成吸气冲程;排气冲程开启后，排气门在排气凸轮轴控制下打开，气缸内的废气经中冷器冷却后排入废气稳压罐、供吸气冲程使用;废气稳压罐内的废气超出设定压力时，安全阀打开泄压。
[0009]柴油机工作过程中，本发明可以使吸气过程结束时，循环的废气在气缸燃烧室顶部分布较浓，进气稳压罐提供的空气在气缸燃烧室底部分布较浓，C02含量较高的废气与02含量较高的空气分层明显;压缩冲程中，活塞将分层明显的废气层和空气层压缩后，在做功冲程中，高压喷射入气缸内的燃油首先贯穿上部的废气层，与废气发生混合继而燃烧，燃烧区域C02较浓，燃烧温度较低，有效抑制氮氧化物的生成，在燃烧后期，燃烧室底部充足的02在气流迀移作用下，补充到燃烧区域，有利于缸内颗粒物的后期氧化，降低颗粒物的生成，同时不致引起燃烧热效率的恶化。本发明将空气与废气很好的分离开，进入气缸的过程不互相干扰，由废气进气凸轮轴单独控制废气进气门的开闭，控制稳定性高。
[0010]本发明废气使用量较少，仅为吸气冲程吸入气体总量的0.05-0.3倍(体积)，大幅降低氮氧化物排放的同时，显著降低颗粒物排放，同时不损失柴油机热效率及燃油消耗;更多的废气可用于涡轮增压器对进气空气进行增压。经过废气稳压罐稳压后废气压力波动小，压力稳定，再经废气控制阀的开度控制废气的流量，保证精确控制柴油机缸内引入的废气量，废气进气凸轮轴和进气凸轮轴、排气凸轮轴经曲轴同步控制。废气进气凸轮结构及废气稳压罐内压力固定，引入柴油机中的废气量取决于废气控制阀的开度，而废气控制阀的开度由柴油机电控单元根据柴油机工况进行控制，废气进气凸轮、废气稳压罐及废气控制阀相互配合精确控制进入气缸内的废气量、废气进气时刻与废气进气压力。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的系统结构示意图。
[0012]图2是本发明中气缸的进气结构的示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1、2所示的柴油发动机气缸进排气系统，包括气缸、进气稳压罐I和中冷器8，气缸缸盖13上设有进气口和排气口，进气口和排气口上分别设有进气门3和排气门4，进气稳压罐I的入口与大气连通或与增压器出口相连，进气稳压罐I的出口经空气进气控制阀2、进气门3与进气口相连，中冷器8的入口经排气门4与排气口相连，进气门3和排气门4上设有用于控制进气门和排气门开闭的进气凸轮轴10和排气凸轮轴12，气缸的缸盖13上设有废气进气口，废气进气口上设有废气进气门9，废气进气门9上设有用于控制废气进气门开闭的废气进气凸轮轴12，进气凸轮轴11和废气进气凸轮轴12控制进气门3和废气进气门9在气缸的吸气冲程中进气门和废气进气门先后依次开关;废气进气凸轮轴旋转一周，进气门打开的时间为吸气冲程时间的0.6-0.8倍，优选0.7倍，废气进气门打开的时间为吸气冲程时间的0.2-0.4倍，优选0.3倍，进气门打开时间与废气进气门打开时间的和为吸气冲程时间。本实施例以四冲程往复式内燃机为例，气缸的缸盖上设有两个进气门、两个排气门和一个废气进气门。中冷器8的出口连接有废气稳压罐6，废气稳压罐6出口经废气进气门9与废气进气口相连，废气稳压罐出口与废气进气门间设有废气控制阀7;废气稳压罐上设有安全阀5;安全阀5可以排出废气稳压罐内多余的废气、稳定其内部压力。
[0014]本发明的柴油发