CN103982340A - 一种柴油机工质混合辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直喷柴油机工质混合辅助装置，包括辅助气孔(1)、排气旁通管(5)、单向气阀(6)、冷却加压器(7)、温度传感器(8)、压力传感器(9)、气腔出口管(10)、辅助高压电磁阀(11)、辅助气道(12)、电控辅助气阀(13)、环形气道(14)及电子控制单元(15)，辅助气孔(1)布置在喷油器(19)周围，在喷油之后喷入适当温度和压力的气流，吹散油束，增加局部紊流，提高油气混合效率；气流将油雾吹向气流旋转线速度较快的活塞顶部，增加油气混合，形成了分层燃烧；喷入气缸的排气有利于降低NOx排放；通过辅助气孔进入的高压气体经过冷却加压器降温，可对缸盖进行局部冷却。

Description

一种柴油机工质混合辅助装置
技术领域
本发明属于内燃机工作过程技术领域，具体涉及一种直喷柴油机工质混合辅助装置。
背景技术
直喷柴油机的燃油在压缩上止点前喷入气缸，并在极短的时间能混合至一定的均匀程度，最后压燃。因此，工质混合(即混合气形成)过程是控制和决定燃烧过程的关键因素。它在喷油过程与着火及燃烧过程之间起着承上启下的纽带作用。
目前，直喷柴油机采用的是高压喷射方式，通过在喷油压力较高的条件下，较小的喷孔直径形成细小的燃油颗粒，这样喷入气缸内的燃油会形成雾状，并在缸内较高的温度和压力下，迅速雾化、蒸发，到达较好的混合效果。
高压喷射技术方案形成的工质混合方式，对进气涡流的要求较低，能够避免复杂的进气道以及由此造成的充量系数的下降，因而柴油机的经济性较好。但随着柴油机转速的升高，可用于工质混合的时间变得极短，甚至只有几毫秒。而在这种极短的时间内，燃油要能快速地破碎、物化、吸热、汽化、扩散，并与空气在一定程度上混合均匀，是十分困难的。
而且为了优化柴油机的性能，降低热负荷、机械负荷和有害气体排放，在一定程度上要尽量避免过高的放热峰值、最大压力升高率、最高燃烧压力以及燃烧压力振荡，这样就要适当减少预混合燃烧的燃油量，势必要减少着火前的喷油量，导致柴油机的着火困难。
因此，现有直喷柴油机的工质混合过程较难控制，无法根据工况需求，灵活地进行工质混合过程的控制，进而实现发动机性能的最优化。
发明内容
本发明为了解决现有直喷柴油机工质混合过程较难灵活控制的技术问题。提出一种直喷柴油机工质混合辅助装置对直喷柴油机工质混合过程进行改善，以达到优化发动机性能，降低热负荷、机械负荷和有害气体排放的目的。
本发明的技术方案是：
一种直喷柴油机工质混合辅助装置，包括辅助气孔1、排气旁通管5、单向气阀6、冷却加压器7、温度传感器8、压力传感器9、气腔出口管10、辅助高压电磁阀11、辅助气道12、电控辅助气阀13、环形气道14及电子控制单元15，其特征在于：辅助气孔1先后经由环形气道14、电控辅助气阀13、辅助气道12、气腔出口管10、冷却加压器7、单向气阀6、排气旁通管5连接到排气管4，所述辅助气孔1布置在喷油器19周围，在喷油之后喷入适当温度和压力的气流；温度传感器8、压力传感器9分别采集冷却加压器7中的温度和压力，并由电子控制单元15进行记录和分析；冷却加压器7、辅助高压电磁阀11、电控辅助气阀13由电子控制单元15进行控制。
冷却加压器7由气腔出口管10、气腔入口管22、热交换管23、气腔体24以及加压活塞20组成。发动机的排气沿着排气道3和排气管4，再通过排气旁通管5经由单向气阀6连接到气腔入口管22后，通入气腔体24，由在气腔体24内布置的热交换管23对排气进行冷却，并由温度传感器8测量排气温度。等排气温度下降到一定程度后，加压活塞24下行对排气进行加压，再由压力传感器9测量排气压力，等到排气压力增加到一定程度后，辅助高压电磁阀11开启，冷却加压后的排气便通过气腔出口管10排出。
电控辅助气阀13由电磁气阀机构27与阀体30组成，辅助气道12与环形气道14由阀体30内部的管道连接；电子控制单元15控制电磁气阀机构27中流经电磁铁29的电流产生的电磁力对抗弹簧28的弹力，实现对电磁气阀机构27的控制。
本发明的有益效果：辅助气孔通过环形气道在喷油器周围布置，结合高压电磁阀、电磁气阀机构、冷却加压器和单向气阀，连接到发动机排气管，并通过冷却加压器产生适当温度和压力的气流，根据工况需求，通入气流，吹散油束，增加局部紊流，提高油气混合效率；由上向下的气流在活塞上行的时候与挤流方向相同，将油雾吹向气流旋转线速度较快的活塞顶部，增加油气混合，可使燃烧相对集中在活塞顶部凹面，客观上形成了分层燃烧；活塞凹坑底面形成的是高温、贫氧的混合气，对于降低NOx排放有帮助，此外，喷入气缸的气体为排气，其中含有的二氧化碳、水蒸汽等的三原子气体，也有利于降低NOx排放；通过辅助气孔进入的高压气体经过冷却加压器降温，可对缸盖进行局部冷却。
附图说明
图1为本发明原理示意图。
图2为辅助气孔原理示意图。
图3为冷却加压器原理示意图。
图4为电磁气阀机构原理示意图。
1-辅助气孔，2-排气门，3-排气道，4-排气管，5-排气旁通管，6-单向气阀，7-冷却加压器，8-温度传感器，9-压力传感器，10-气腔出口管，11-辅助高压电磁阀，12-辅助气道，13-电控辅助气阀，14-5环形气道，15-电子控制单元，16-气缸盖，17-进气道，18-进气门，19-喷油器，20-活塞，21-气缸套，22-气腔入口管，23-热交换管，24-气腔体，25-加压活塞，26-气阀，27-电磁气阀机构，28-弹簧，29-电磁铁，30-阀体
具体实施方式
在发动机气缸盖16上加装辅助气孔1与环形气道14，辅助气孔1通过环形气道14在喷油器19周围按一定角度和位置进行布置，辅助气孔4先后经由环形气道14、电控辅助气阀13、辅助气道12、气腔出口管10、冷却加压器7、单向气阀6、排气旁通管5连接到排气管4。冷却加压气腔、辅助高压电磁阀11、电控辅助气阀13由电子控制单元15进行控制。发动机的排气沿着排气道3和排气管4，再通过排气旁通管5经由单向气阀6连接到气腔入口管22后，通入气腔体24，由在气腔体24内布置的热交换管23对排气进行冷却，并由温度传感器8测量排气温度。等排气温度下降到一定程度后，加压活塞24下行对排气进行加压，再由压力传感器9测量排气压力，等到排气压力增加到一定程度后，辅助高压电磁阀11开启，冷却加压后的排气便通过气腔出口管10排出。辅助气孔1中喷入的适当温度和压力的气流会对喷油器19中喷出的燃油产生一定的吹拂作用，达到控制与加强工质混合的目的。
本发明的最佳实施例如图1所示，一种发动机辅助换气装置，包括辅助气孔1、环形气道14、辅助气道12以及电控辅助气阀13安装在气缸盖16上，由于电控辅助气阀13中的的气阀26质量较小，电磁气门机构27能够迅速有效地控制气阀26的开闭。辅助气孔1、环形气道14、辅助气道12以及电控辅助气阀13由于尺寸较小，布置方便，不会造成气缸盖设计的可靠性问题。冷却加压气腔、辅助高压电磁阀11、电控辅助气阀13由电子控制单元15进行控制。
发动机的排气沿着排气道3和排气管4，再通过排气旁通管5经由单向气阀6连接到气腔入口管22后，通入气腔体24，由在气腔体24内布置的热交换管23对排气进行冷却，并由温度传感器8测量排气温度。等排气温度下降到一定程度后，加压活塞24下行对排气进行加压，再由压力传感器9测量排气压力，等到排气压力增加到一定程度后，辅助高压电磁阀11开启，冷却加压后的排气便通过气腔出口管10排出。
电控辅助气阀13由电磁气阀机构27与阀体30组成，辅助气道12与环形气道14由阀体30内部的管道连接。电子控制单元15控制电磁气阀机构27中流经电磁铁29的电流产生的电磁力对抗弹簧28的弹力，实现对电磁气阀机构27的控制。
发动机的排气经由排气门2、排气道3以及排气管4，连接到排气旁通管5，并通过单向气阀6连接到冷却加压器7的气腔入口管22后，进入当气腔体24；此时，气腔体24内充满了高温高压的排气，通过布置在气腔体24内部的热交换管23对排气进行冷却，并由温度传感器8对温度进行监控，当气体温度冷却到100～150℃时，加压活塞25下行，对气体进行加压，并由压力传感器9对压力进行监控，当气体压力上升到高于喷油时刻缸内压力时，辅助高压电磁阀11开启，适当温度和压力的气体经过气腔出口管10排出，连接到电控辅助气阀13。
当喷油器19开始喷油时，电子控制单元15控制电磁气阀机构27中流经电磁铁29的电流，电流产生的电磁力对抗弹簧28的弹力，实现对电磁气阀机构27的控制。此时，气阀26升高，气腔出口管10内的气体经由阀体30内的管道与环形气道14形成通路，气体最后通过布置在喷油器19周围的辅助气孔1进入气缸，对喷油器19喷出的油束产生吹拂作用，吹散油束，增加局部紊流，提高油气混合效率；由上向下的气流在发动机活塞20上行的时候与挤流方向相同，将油雾吹向气流旋转线速度较快的活塞20顶部，增加油气混合，可使燃烧相对集中在活塞20顶部凹面，客观上形成了分层燃烧；活塞凹坑底面形成的是高温、贫氧的混合气，对于降低NOx排放有帮助，此外，喷入气缸的气体为发动机排气，其中含有的二氧化碳、水蒸汽等的三原子气体，也有利于降低NOx排放；通过辅助气孔1进入的高压气体经过冷却加压器7降温，可对缸盖16进行局部冷却。

Claims (3)

1.一种直喷柴油机工质混合辅助装置，包括辅助气孔(1)、排气旁通管(5)、单向气阀(6)、冷却加压器(7)、温度传感器(8)、压力传感器(9)、气腔出口管(10)、辅助高压电磁阀(11)、辅助气道(12)、电控辅助气阀(13)、环形气道(14)及电子控制单元(15)，其特征在于：辅助气孔(1)先后经由环形气道(14)、电控辅助气阀(13)、辅助气道(12)、气腔出口管(10)、冷却加压器(7)、单向气阀(6)、排气旁通管(5)连接到排气管(4)，所述辅助气孔(1)布置在喷油器(19)周围，在喷油之后喷入适当温度和压力的气流；温度传感器(8)、压力传感器(9)分别采集冷却加压器(7)中的温度和压力，并由电子控制单元(15)进行记录和分析；冷却加压器(7)、辅助高压电磁阀(11)、电控辅助气阀(13)由电子控制单元(15)进行控制。
2.根据权利要求1所述的直喷柴油机工质混合辅助装置，其特征在于：所述冷却加压器(7)由气腔出口管(10)、气腔入口管(22)、热交换管(23)、气腔体(24)以及加压活塞(20)组成。
3.根据权利要求1所述的直喷柴油机工质混合辅助装置，其特征在于：所述电控辅助气阀(13)由电磁气阀机构(27)与阀体(30)组成，辅助气道(12)与环形气道(14)由阀体(30)内部的管道连接；电子控制单元(15)控制电磁气阀机构(27)中流经电磁铁(29)的电流产生的电磁力对抗弹簧(28)的弹力，实现对电磁气阀机构(27)的控制。
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