CN101858261A - 柴油机缸内废气再循环方法及其实施该方法的凸轮轴 - Google Patents

柴油机缸内废气再循环方法及其实施该方法的凸轮轴 Download PDF

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尹必峰
何建光
徐毅
王伟峰
黄晨春
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Abstract

本发明涉及一种柴油机缸内废气再循环方法，通过设置在凸轮轴上进气凸轮上的进气门预开启凸轮，使进气门在活塞做功冲程末期的下止点前，进气门在进气预开启提前角ω时开启，并在活塞排气冲程的上止点前，进气门在预开启迟闭角ψ时关闭，即曲轴具有一个进气门预开启曲轴转角，使部分废气进入进气道和进气管内，并在活塞进气冲程阶段，将这部分废气与新鲜空气一起吸入气缸内，参与油气混合和燃烧，降低燃烧的速率与温度，以抑制氮氧化物NOx的生成，能够有效解决通过推迟喷油以降低NOx排放带来的燃油耗增加及冷起动难的问题，具有开发成本低，结构简单，废气再循环率较好的优点，能有效的降低柴油机的排放。

Description

柴油机缸内废气再循环方法及其实施该方法的凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种柴油机缸内废气再循环方法及其实施该方法的凸轮轴，属于柴油机排放控制技术领域。
背景技术
由于柴油机的燃烧特点，其排放污染主要问题为氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)。颗粒排放的降低，主要通过强化燃烧，降低机油耗来解决。而在控制NOx排放方面，国内外汽车厂商和研究机构在这方面已做了大量研究工作，并提出了多种控制措施，如推迟喷油提前角、使用多次喷射及后处理等措施。但是由于这些控制技术在降低NOx排放的同时，要么如推迟喷油提前角使发动机热效率降低，燃油消耗率增加，燃油经济性下降，要么提高制造成本，因此在降低NOx排放时受到限制。而废气再循环技术(Exhaust Gas Recirculation)，简称EGR，在成本增加较少的情况下，可以有效抑制NOx的生成，故而受到了广泛重视。它被认为是柴油机达到欧Ⅲ上排放标准不可缺少的一项重要技术。
按照废气的循环方式，废气再循环主要分为内部废气再循环技术和外部废气再循环技术两种模式：
1、内部废气再循环。如《内燃机学报》第23卷(2005)第5期石磊、邓康耀、崔毅、刘宇所著“不同EGR方法对柴油燃料HCCI燃烧影响的探讨”，通过排气门在排气行程上止点前关闭，能使部分废气残留在气缸内，当进气门开启后，与充入气缸内的新鲜空气混合，参与下一个循环的燃烧，这种结构虽然能达到结构简单的目的，且气流只在一个方向上流动，但废气再循环率不稳定，废气再循环率不是很高，特别是在低转速下，无法满足高废气再循环率的要求，而在全负荷时废气再循环率又过高，同样不能满足发动时实际工作时在满负荷情况下EGR稍低的需求。对于带涡轮增压的大功率发动机，会造成涡轮增压效率较低。
2、外部废气再循环的废气来自排气管，废气经过冷却器和进气管重新进入气缸，通过调节排气背压和废气再循环阀可以调节进入气缸的废气再循环量。但外部废气再循环存着在结构复杂，制造成本高。
发明内容
本发明的目的是提供了一种通过控制进气气门的预开启，以形成内部废气再循环，提高废气再循环率，开发成本低，结构简单的柴油机缸内废气再循环方法及其实施该方法的凸轮轴。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种柴油机缸内废气再循环方法，其特征在于：通过设置在凸轮轴上进气凸轮上的进气门预开启凸轮，使进气门在活塞做功冲程末期的下止点前，进气门在进气预开启提前角ω时开启，并在活塞排气冲程的上止点前，进气门在进气预开启迟闭角ψ时关闭，使曲轴具有一个进气门预开启曲轴转角，部分废气进入进气道和进气管内，并在活塞进气冲程阶段，将这部分废气与新鲜空气一起吸入气缸内，参与油气混合和燃烧，降低燃烧的速率与温度，以抑制氮氧化物的生成。
其中所述的进气预开启提前角ω在下止点前0°～30°曲轴转角之间，进气预开启迟闭角ψ在上止点前60°～95°的曲轴转角之间。
所述的进气预开启提前角ω最好在下止点前10°～25°曲轴转角之间，进气预开启迟闭角ψ最好在上止点前70°～85°曲轴转角之间。
本发明实施柴油机缸内废气再循环方法的凸轮轴，凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，其特征在于：所述沿进气凸轮的工作旋转方向，在进气门开启凸轮一侧还具有进气门预开启凸轮，且进气门预开启凸轮的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，进气门预开启凸轮的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2.0mm之间。
所述进气门预开启凸轮的包角λ在42°～75°凸轮轴转角之间，且进气门预开启凸轮的包角λ对应的曲轴转角在85°～150°曲轴转角之间。
本发明通过凸轮轴上的进气凸轮进行改进，在原正常开启凸轮基础上，在其一侧还具有预开启凸轮，通过进气凸轮上的两个不同作用的凸轮，使配气机构在做功冲程和排气冲程中还能预开启进气门，使曲轴上具有一个进气门预开启曲轴转角，将部分废气进入进气道和进气管内，而这部分废气与新鲜空气一起吸入气缸内，参与油气混合和燃烧，不仅结构简单，对原有柴油机改动很小，开发成本低，且由于排气压力在做功行程下止点时依然很高，使废气再循环率较好，虽然废气再循环率随负荷的增大而减小，使全负荷时废气再循环率稍低，因此整个过程均满足发动机工作时的实际需求。本发明在柴油机的各个工况下，均能对降低NOx排放的作用都很明显，又可以有效解决通过推迟喷油以降低NOx排放带来的燃油耗增加及冷起动难的问题，同时达到节能与环保的综合目的。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。
图1是下置凸轮轴的顶置气门式配气机构图。
图2是本发明进气凸轮的结构示意图。
图3是发明气缸内废气再循环配气相位图。
图4是本发明预进气凸轮升程对NOx及PM排放影响的曲线图。
其中：1-凸轮轴，1-1-进气凸轮，1-11-进气门开启凸轮，1-12-进气门预开启凸轮，2-挺柱，3-推杆，4-摇臂轴，5-摇臂，6-气门弹簧座，7-气门弹簧，8-气门导管，9-进气门，10-进气门座。
具体实施方式
见图1所示，是常规柴油机下置凸轮轴的顶置气门式的配气机构，各挺柱2与凸轮轴1上各自的进气凸轮1-1、排气凸轮对应，而推杆3分别与摇臂5和挺柱2对应，摇臂5铰接在摇臂轴4上，安装在气缸盖上的进气门9和排气门分别与各自的进气门座9和排气门座对应，而套在气门导管8上的气门弹簧7分别顶在气门弹簧座6和气缸盖上，进气门9和排气门分别设置在各自的气门导管8内能轴向移动。在柴油机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴1旋转，由于凸轮轴1上配置与各气缸的进、排气凸轮，通过进气凸轮1-1和排气凸轮控制气门的运动并使其按一定的工作次序和时间关闭。见图1、2所示，当进气凸轮1-1转到进气门开启凸轮1-11时顶起挺柱2，通过推杆3使摇臂5绕摇臂轴4摆动，压缩气门弹簧7，使进气门9离开进气门座10，即进气门开启。而当进气凸轮1-1的进气门开启凸轮1-11离开挺柱2后，进气门9便在气门弹簧力7的作用下而落在进气门座10，即进气门关闭。见图2所示，本发明进气凸轮1-1上的进气凸轮基圆直径φ在30mm～35mm，为常规尺寸，而进气凸轮1-1上的进气门开启凸轮1-11具有正常的进气门凸轮升程h1，该进气门凸轮升程h1在5mm～8mm之间，通过该进气门开启凸轮1-11控制进气门9的开启，而凸轮轴1沿进气凸轮1-1的工作旋转方向，本发明在进气门开启凸轮1-11一侧还具有进气门预开启凸轮1-12，且进气门预开启凸轮1-12的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮1-11的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，该角度θ在95°～125°凸轮轴转角之间，且进气门预开启凸轮1-12的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮1-11的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ可选85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°或140°凸轮轴转角等，而进气门预开启凸轮1-12的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2mm之间，该预进气凸轮升程h2在0.8mm～1.5mm之间，预进气凸轮升程h2可控制在0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm等，且进气门预开启凸轮的包角λ在42°～75°凸轮轴转角之间，包角λ在50°～65°凸轮轴转角之间，如控制在43°、45°、50°、55°、60°、65°、70°等，而该进气门预开启凸轮的包角λ对应的曲轴转角在85°～150°曲轴转角之间，进气门预开启凸轮的包角λ对应的曲轴转角在100°～130°曲轴转角之间，如控制在86°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°、145°等，本发明通过进气凸轮1-1上的两级凸轮线型，使柴油机在做功冲程和排气冲程中还能预开启进气门，使部分废气进入进气道和进气管内，与下一循环的新鲜空气一起进入气缸内，参与油气混合和燃烧。
见图3所示，本发明的柴油机缸内废气再循环方法，通过设置在凸轮轴1上进气凸轮1-1上的进气门预开启凸轮1-12，使进气门在活塞做功冲程末期的下止点前，进气门在进气预开启提前角ω时开启，并在活塞排气冲程的上止点前，进气门在进气预开启迟闭角ψ时关闭，进气预开启提前角ω在0°～30°曲轴转角之间，进气预开启迟闭角ψ在60°～95°曲轴转角之间，最好进气预开启提前角ω在10°～25°曲轴转角之间，进气预开启迟闭角ψ在70°～85°曲轴转角之间，使曲轴具有一个进气门预开启曲轴转角，将部分废气进入进气道和进气管内，并在活塞进气冲程阶段，将这部分废气与新鲜空气一起吸入气缸内，参与油气混合和燃烧，降低燃烧的速率与温度，以抑制氮氧化物的生成。
见图3所示，本发明在柴油机工作时，当上一个循环排气冲程接近终了，活塞在上止点前具有一个进气提前角α时，进气提前角α通常在0°～30°曲轴转角之间，该进气门开启，当活塞越过上止点后，排气门才关闭，排气门在排气迟闭角δ时关闭，排气迟闭角δ通常在0°～10°曲轴转角之间，进气管中的新鲜空气与部分废气的混合气进入气缸，直到活塞在下止点后的进气迟闭角β时，进气门关闭，进气迟闭角β在40°～70°曲轴转角之间，整个进气冲程持续时间相当于(180°+α+β)曲轴转角。此后活塞在气缸内进入压缩冲程，活塞压缩气缸内的新鲜空气与部分废气的混合气，当气缸压力和温度迅速上升，而进入做功冲程，在上止点前燃油由喷油器喷入气缸内，与气缸内气体形成可燃混合气，混合气达到可燃条件后，即迅速燃烧，在高温、高压气体推动活塞向下移动对外做功，通过连杆、带动曲轴旋转，到做功行程接近终了的下止点前，活塞在下止点前在排气提前角γ时，排气门开启，该排气提前角γ在40°～60°曲轴转角之间，而活塞离下止点位置前进气预开启提前角ω时，由于进气凸轮1-1上设置的一段特殊的进气门预开启凸轮1-12，进气门进入预开启段，使进气门开启至该进气预开启迟闭角ψ时，随着活塞上行，气缸内的废气一部分从排气门正常排出，另一部分则通过进气门进入进气道和进气管中，到活塞离上止点前进气预开启迟闭角ψ时，进气门关闭，此时，排气门依旧开启，残留在缸内的废气通过排气门排出。此过程中，进排气门存在一个气门叠开角(β+ω)曲轴转角。当活塞越过上止点后，至排气迟闭角δ时，排气门才关闭。依此循环，形成缸内废气再循环系统。
按GB 20891-2007：《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国I、II阶段)》，对用本发明制作的单缸柴油机进行检测，该单缸柴油机的排量0.996L，见图4是所示，八工况预进气凸轮升程对NOx及PM排放的影响，在柴油机的各个工况下，均能降低NOx排放。

Claims (5)

1.一种柴油机缸内废气再循环方法，其特征在于：通过设置在凸轮轴上进气凸轮上的进气门预开启凸轮，使进气门在活塞做功冲程末期的下止点前，进气门在进气预开启提前角ω时开启，并在活塞排气冲程的上止点前，进气门在进气预开启迟闭角ψ时关闭，使曲轴具有一个进气门预开启曲轴转角，部分废气进入进气道和进气管内，并在活塞进气冲程阶段，将这部分废气与新鲜空气一起吸入气缸内，参与油气混合和燃烧，降低燃烧的速率与温度，以抑制氮氧化物的生成。
2.根据权利要求1所述的柴油机缸内废气再循环方法，其特征在于：所述的进气预开启提前角ω在下止点前0°～30°曲轴转角之间，进气预开启迟闭角ψ在上止点前60°～95°的曲轴转角之间。
3.根据权利要求2所述的柴油机缸内废气再循环方法，其特征在于：所述的进气预开启提前角ω最好在下止点前10°～25°曲轴转角之间，进气预开启迟闭角ψ最好在上止点前70°～85°曲轴转角之间。
4.一种实施权利要求1所述柴油机缸内废气再循环方法的凸轮轴，凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，其特征在于：所述沿进气凸轮的工作旋转方向，在进气门开启凸轮一侧还具有进气门预开启凸轮，且进气门预开启凸轮的最大预进气凸轮升程与进气门开启凸轮的最大进气门凸轮升程之间的夹角θ在80°～145°凸轮轴转角之间，进气门预开启凸轮的预进气凸轮升程h2在0.6mm～2.0mm之间。
5.根据权利要求4所述的凸轮轴，其特征在于：所述进气门预开启凸轮的包角λ在42°～75°凸轮轴转角之间，且进气门预开启凸轮的包角λ对应的曲轴转角在85°～150°曲轴转角之间。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103758596A (zh) * 2014-01-27 2014-04-30 安徽江淮汽车股份有限公司 一种发动机凸轮轴
WO2014111033A1 (zh) * 2013-01-16 2014-07-24 Lu Zhanggen 发动机结构
CN104481742A (zh) * 2014-09-23 2015-04-01 上海理工大学 一种控制发动机再循环废气量的方法
CN108223036A (zh) * 2018-02-07 2018-06-29 广西玉柴机器股份有限公司 可以实现内部egr的排气凸轮
CN112324583A (zh) * 2020-11-05 2021-02-05 潍柴动力股份有限公司 冷启动暖机控制方法及装置
CN112689705A (zh) * 2018-09-13 2021-04-20 曼卡车和巴士欧洲股份公司 用于运行内燃机的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546914A (en) * 1994-07-14 1996-08-20 Mercedes-Benz Ag Arrangement for recirculating exhaust gas in an internal combustion engine
US6244257B1 (en) * 1995-08-08 2001-06-12 Diesel Engine Retarders, Inc. Internal combustion engine with combined cam and electro-hydraulic engine valve control
JP2003269181A (ja) * 2002-03-18 2003-09-25 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジン
CN1603583A (zh) * 2003-09-30 2005-04-06 三菱扶桑卡客车公司 内燃机的气门驱动装置
JP2006144713A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Mazda Motor Corp ４サイクルガソリンエンジン
CN201321875Y (zh) * 2008-11-12 2009-10-07 广西玉柴机器股份有限公司 一种凸轮轴
US20100121558A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-13 Luca Gentile Diesel engine having cams for controlling the intake valves, which have a main lobe and an additional lobe radiused to each other

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546914A (en) * 1994-07-14 1996-08-20 Mercedes-Benz Ag Arrangement for recirculating exhaust gas in an internal combustion engine
US6244257B1 (en) * 1995-08-08 2001-06-12 Diesel Engine Retarders, Inc. Internal combustion engine with combined cam and electro-hydraulic engine valve control
JP2003269181A (ja) * 2002-03-18 2003-09-25 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジン
CN1603583A (zh) * 2003-09-30 2005-04-06 三菱扶桑卡客车公司 内燃机的气门驱动装置
JP2006144713A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Mazda Motor Corp ４サイクルガソリンエンジン
US20100121558A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-13 Luca Gentile Diesel engine having cams for controlling the intake valves, which have a main lobe and an additional lobe radiused to each other
CN201321875Y (zh) * 2008-11-12 2009-10-07 广西玉柴机器股份有限公司 一种凸轮轴

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014111033A1 (zh) * 2013-01-16 2014-07-24 Lu Zhanggen 发动机结构
CN103758596A (zh) * 2014-01-27 2014-04-30 安徽江淮汽车股份有限公司 一种发动机凸轮轴
CN104481742A (zh) * 2014-09-23 2015-04-01 上海理工大学 一种控制发动机再循环废气量的方法
CN108223036A (zh) * 2018-02-07 2018-06-29 广西玉柴机器股份有限公司 可以实现内部egr的排气凸轮
CN112689705A (zh) * 2018-09-13 2021-04-20 曼卡车和巴士欧洲股份公司 用于运行内燃机的方法
US11732660B2 (en) 2018-09-13 2023-08-22 Man Truck & Bus Se Method for operating an internal combustion engine
CN112324583A (zh) * 2020-11-05 2021-02-05 潍柴动力股份有限公司 冷启动暖机控制方法及装置

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