CN106499548A - 一种四冲程内燃机排气再循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了内燃机领域内的一种四冲程内燃机排气再循环装置，包括与内燃机排气门相连的排气道，每缸对应设有一个或两个排气道，所述排气道分为两组，第一组排气道的出口与内燃机排气通道的进口相连，其特征在于：所述内燃机是分层进气系统的内燃机，所述第二组排气道的出口连接在所述分层进气系统内燃机相应的进气通道上。本发明应用于四冲程增压内燃机上，可充分利用废气能量、提供定量EGR至分层进气系统的相应进气通道,从而在内燃机缸内实现EGR的分层燃气燃烧，实现内燃机热效率或排放的大幅提高，是内燃机分层燃烧的一次技术飞跃、更是点燃式内燃机的一次技术革命。

Description

一种四冲程内燃机排气再循环装置

技术领域

本发明涉及四冲程内燃机，特别涉及四冲程内燃机的进、排气系统。

背景技术

内燃机分层燃烧或分层均质燃烧技术，是大幅降低内燃机燃油耗或排放的一种有效措施。对空燃比有严格要求内燃机，缸内废气分层，还可保证三元催化后处理系统的高效率。

现有的空气与燃气分层燃烧技术控制困难、控制系统复杂；对于废气再循环（简称EGR）的分层燃烧技术，控制系统更复杂，进气分层和EGR率需同时控制；分层进气系统的EGR率控制，是内燃机的公认技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种四冲程内燃机排气再循环装置，其应用于分层进气系统的四冲程增压内燃机上，可充分利用废气能量、定量EGR提供至分层进气系统的相应进气通道，使EGR分层技术在内燃机的部分或全部气缸实施。由部分气缸提供定量的EGR可以大大简化内燃机对EGR率控制，分层进气系统可使定量的EGR在内燃机的气缸内顺利分层，从而在内燃机缸内实现EGR分层的燃气燃烧；具有定量EGR的燃气分层燃烧，即可实现保证内燃机空燃比的分层燃烧，是内燃机分层燃烧的一次技术飞跃、更是点燃式内燃机燃烧的一次技术革命。

本发明公开了内燃机领域内的一种四冲程内燃机排气再循环装置，包括与内燃机排气门相连的排气道，每缸对应设有一个或两个排气道，所述排气道分为两组，第一组排气道的出口与内燃机排气通道的进口相连，其特征在于：所述内燃机是分层进气系统的内燃机，所述第二组排气道的出口连接在所述分层进气系统内燃机相应的进气通道上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：其工作时，第二组排气道向分层进气系统的内燃机相应进气通道提供定量EGR，通过分层进气系统向气缸提供分层的空气（或燃气）和废气，实现内燃机气缸稳定的EGR分层，为内燃机气缸的分层燃烧提供必要的条件。

作为本发明的进一步改进之一，所述内燃机是单缸分层进气系统的内燃机，气缸对应设有二个排气道的内燃机，所述第一组排气道的个数为一个，所述第二组排气道的个数为一个。本发明的进一步改进可以用于多缸内燃机，只是在进一步改进之一的基础上增加相应的排气道，所增加的排气道分在第一组排气道或第二组排气道。

作为本发明的进一步改进之二，所述内燃机是两缸分层进气系统的内燃机，所述第一组排气道是一个气缸的排气道，所述第二组排气道是另一个气缸的排气道。本发明的进一步改进可以用于两缸以上的内燃机，只是在进一步改进之二的基础上增加相应的排气道，所增加的排气道分在第一组排气道或第二组排气道。

上述技术方案的具体改进之一，所述分层进气系统的内燃机，每缸设有两个进气道，包括进气管和EGR进气管，可使不同气体沿不同的进气道进入气缸，从而使不同气体在气缸内的左、右达到分层的目的；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的排气管的进口；所述内燃机的空气滤清器出口与进气管相连，进气管再与每缸的一个进气道相连；所述EGR进气管与每缸的另一个进气道相连；所述第二组排气道的个数为一个，其出口与EGR进气管的进口相连。只要有一个气缸采用分层进气系统提供的定量废气再循环，均在本发明保护范围之内，只是收益只是一个气缸的收益；当然，优化方案是每个气缸均采用分层进气系统的定量废气再循环（该说明适用本发明的所有技术方案）。

上述技术方案的具体改进之二，所述内燃机是每缸设有两个进气道的分层进气系统的涡轮增压内燃机，包括进气管和EGR进气管，每缸两个进气道，可使不同气体沿不同的进气道进入气缸，从而使不同气体在气缸内的左、右达到分层的目的；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的涡轮增压器涡轮机的进口；所述内燃机的空气滤清器出口经涡轮增压器的压气机、空气中冷器与进气管相连，进气管再与每缸的一个进气道相连；所述EGR进气管与每缸的另一个进气道相连；所述第二组排气道的个数为两个，其出口均与EGR进气管的进口相连。

技术方案的具体改进之一和之二的优化方案是，所述进气管与所述EGR进气管之间设有流量调节阀，使进气管或EGR进气管的气体成分根据内燃机工况要求进行调整。

上述技术方案的具体改进之三，所述内燃机是分段进气的分层进气系统的内燃机，包括先进气的第一分段进气管和后进气的第二分段进气管；空气（或燃气）与废气先后进入气缸，从而使不同气体在气缸内的上下达到分层的目的；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的排气管的进口；所述内燃机的空气滤清器出口与第一进气管相连，第一进气管通过分段进气装置（分段进气装置把内燃机气缸一个完整的进气过程划分成先后两个短的进气持续期）与每缸的进气道在第一进气持续期相通；所述第二组排气道的个数为一个，其出口与第二进气管的进口相连，所述第二进气管通过分段进气装置与每缸的进气道在第二进气持续期相通。

上述技术方案的具体改进之四，所述内燃机是分段进气的分层进气系统的涡轮增压内燃机，包括先进气的第一分段进气管和后进气的第二分段进气管，气缸通过先后进入不同气体、从而使不同气体在气缸内的上下达到分层的目的；所述内燃机的空气滤清器出口经涡轮增压器的压气机、经空气中冷器，与第一进气管相连，第一进气管通过分段进气装置与每缸的进气道在第一进气持续期相通；所述第二组排气道的个数为多个，其出口均与第二进气管的进口相连，所述第二进气管通过分段进气装置与每缸的进气道在第二进气持续期相通。

技术方案的具体改进之三和之四的优化方案是，所述第一进气管与第二进气管之间设有流量调节阀，使第一进气管或第二进气管的气体成分根据内燃机工况要求进行调整。

上述技术方案的具体改进之五，所述第二组排气道的出口与所述内燃机分层进气系统的相应进气通道之间设有EGR冷却器。EGR冷却器可降低废气的温度，进一步降低废气的排放；为改善内燃机的冷态等排放，EGR冷却器又可发展为具有旁通管路的EGR冷却器。

上述技术方案的具体改进之六，所述第二组排气道的出口与所述内燃机分层进气系统的相应进气通道之间设有节流阀，节流阀可控制EGR率的流速。

上述技术方案的具体改进之七，所述第二组排气道的出口与所述内燃机分层进气系统的相应进气通道之间设有EGR冷却器和节流阀，所述第二组排气道的出口经EGR冷却器、再经节流阀连接在所述内燃机分层进气系统的相应进气通道上。

附图说明

图1 本发明一种单缸四冲程自然吸气内燃机排气再循环装置示意图。

图2 本发明一种优化的三缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置示意图。

图3 本发明一种优化的三缸四冲程自然吸气内燃机排气再循环装置示意图。

图4 本发明另一种优化的三缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1，为一种单缸四冲程自然吸气内燃机排气再循环装置示意图，每缸对应设有两个排气门。包括：由排气道1-1-P组成的第一组排气道，由排气道1-2-P组成的第二组排气道，排气通道由排气管P组成，由空气滤清器10、进气管J、EGR进气管30、2个进气道1-1-J、1-2-J组成的进气通道, EGR连接管20。2个排气道1-1-P、1-2-P的进口分别与气缸排气门M1-1、M1-2相连；排气道1-1-P的出口与排气管P的进口相连；排气道1-2-P的出口经EGR连接管20、再经EGR进气管30与进气道1-2-J相连；空气滤清器10的出口经进气管J与进气道1-1-J相连。

本实施例工作时，气缸排出的一半废气经排气道1-1-P的出口进入排气管P；气缸排出的另一半废气经排气道1-2-P、EGR连接管20、EGR进气管30，通过进气道1-2-J进入气缸；空气滤清器10的空气经进气管J，通过进气道1-1-J进入气缸。由于进气道1-1-J、1-2-J所提供的不同气体，在气缸的左、右同时进入气缸；左右进入气缸的气体便自然在气缸内分为两层，即空气与废气分为左右两层。本实施例实现了定量EGR率的分层进入气缸，使内燃机的分层燃烧技术的进一步发展，提供了简易、实用的实施方案。

本实施例优化方案之一，所述EGR连接管20和经EGR进气管30之间设有EGR冷却器，EGR冷却器可降低的温度，进一步降低废气的排放。

本实施例优化方案之二，所述EGR连接管20和经EGR进气管30之间设有节流阀，节流阀可控制EGR率的流速。

本实施例优化方案之三，所述EGR连接管20和经EGR进气管30之间设有EGR冷却器、节流阀，EGR连接管20经EGR冷却器、节流阀和EGR进气管30相连。

本实施例优化方案之四，所述进气管J、EGR进气管30之间设有流量调节阀，进气管J或EGR进气管30的气体成分根据内燃机工况要求进行调整，进一步改善分层燃烧。

本实施例可以用于多缸内燃机，只是在本实施例的基础上增加相应的排气道，所增加的排气道分配在第一组排气道或第二组排气道。

实施例2

如图2，为一种优化的三缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置示意图。包括：由排气道1-1-P、1-2-P、2-1-P、2-2-P组成的第一组排气道，由排气道3-1-P、3-2-P组成的第二组排气道，排气通道由涡轮增压器的涡轮机W组成，由空气滤清器10、涡轮增压器的压气机Y、空气中冷器KL、进气管J、EGR进气管30、6个进气道1-1-J、1-2-J、2-1-J、2-2-J、3-1-J、3-2-J组成的进气通道, EGR冷却器EL，EGR连接管20，节流阀JF。6个排气道1-1-P、1-2-P、2-1-P、2-2-P、3-1-P、3-2-P的进口分别与气缸排气门M1-1、M1-2、M2-1、M2-2、M3-1、M3-2相连；排气道1-1-P、1-2-P、2-1-P、2-2-P的出口均与涡轮增压器涡轮机W的进口相连；排气道3-1-P、3-2-P的出口均经EGR冷却器EL 、EGR连接管20、节流阀JF、EGR进气管30与3个进气道1-2-J、2-2-J、3-2-J相连；空气滤清器10的出口经涡轮增压器的压气机Y、空气中冷器KL与进气管J的进口相连，进气管J的3个出口分别与3个进气道1-1-J、2-1-J、、3-1-J的进口相连。

本实施例工作时，一缸、二缸排出的废气经各自的排气道1-1-P、1-2-P、2-1-P、2-2-P的出口进入涡轮增压器涡轮机W，一缸、二缸提供的废气能量供涡轮机使用；三缸排出的废气经排气道3-1-P、3-2-P，再经EGR冷却器EL、EGR连接管20、节流阀JF、EGR进气管30，通过3个进气道1-2-J、2-2-J、3-2-J分别进入相应的气缸；空气滤清器10的空气经涡轮增压器的压气机Y、空气中冷器KL、进气管J，通过3个进气道1-1-J、2-1-J、、3-1-J分别进入相应的气缸。由于进气道i-1-J和i-2-J(i表示第几气缸)，所提供的不同气体，在i气缸的左、右同时进入气缸；左右进入气缸的气体便自然在气缸内分为两层，即空气与废气分为左右两层。本实施例实现了定量EGR率的分层进入气缸，使内燃机的分层燃烧技术的进一步发展，提供了简易、实用的实施方案。

本实施例优化方案：所述进气管J与所述EGR进气管30之间设有流量调节阀，进气管J或EGR进气管30的气体成分根据内燃机工况要求进行调整，进一步改善分层燃烧。

本实施例可以分解为二缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置在第一组排气道数目增加了一个气缸的排气道数目（当一个气缸有两个进气道时，其排气道一般也是两个），为使三缸方案实施最优化，进气分层系统的相应进气管可以增加所连接的进气道。

本实施例可以用于三缸以上的内燃机，只要在本实施例的基础上增加相应的排气道，所增加的排气道分配在第一组排气道或第二组排气道；此时，进气分层系统的相应进气管可（但不是必须）增加所连接的进气道。

实施例3

如图3，为一种三缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置。包括：由排气道1-P组成的第一组排气道，由排气道2-P、3-P组成的第二组排气道，排气通道由排气管P组成，由空气滤清器10、第一分段进气管J1、第二分段进气管J2、分段进气装置FDJQ、3个进气道1-J、2-J、3-J组成的进气通道, EGR冷却器EL，EGR连接管20，节流阀JF；分段进气装置FDJQ把内燃机气缸一个完整的进气过程划分成先后两个短的进气持续期：第一进气持续期、第二进气持续期；3个排气道1-P、2-P、3-P的进口分别与气缸排气门M1、M2、M3相连；排气道1-P出口与排气管P的进口相连；排气道3-1-P、3-2-P的出口均经EGR冷却器EL 、EGR连接管20、节流阀JF、第二分段进气管J2，通过分段进气装置FDJQ在第二进气持续期与3个进气道1-J、2-J、3-J相通；空气滤清器10的出口与第一分段进气管J1的进口相连，通过分段进气装置FDJQ在第一进气持续期与3个进气道1-J、2-J、3-J相通。

本实施例工作时，空气滤清器10的空气经第一分段进气管J1，通过分段进气装置FDJQ在第一进气持续期分别通过3个进气道1-J、2-J、3-J向各自相连的气缸提供空气；一缸排出的废气经排气道1-P的出口进入排气管P，二缸、三缸排出的废气经排气道2-P、3-P，经EGL冷却器EL、EGR连接管20、节流阀JF、第二分段进气管J2，通过分段进气装置FDJQ在第二进气持续期分别通过3个进气道1-J、2-J、3-J向各自相连的气缸提供废气；由于进气道i (i表示第几气缸)，所提供的空气和废气，先后进入i气缸，先后进入气缸的气体便自然在气缸内分为两层，即空气与废气分下、上两层。本实施例实现了定量EGR的分层进入气缸，使内燃机的分层燃烧技术的进一步发展，提供了另一种简易、实用的实施方案。

本实施例优化方案：所述第一分段进气管J1与第二分段进气管J2之间设有流量调节阀，第一分段进气管J1或第二分段进气管J2气体成分根据内燃机工况要求进行调整，进一步改善分层燃烧。

本实施例可以分解为二缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置在第二组排气道数目增加了一个气缸的排气道数目，为使三缸方案实施最优化，进气分层系统的相应进气管增加所连接的进气道。

本实施例可以用于三缸以上的内燃机，只是在本实施例的基础上增加相应的排气道，所增加的排气道分配在第一组排气道或第二组排气道；此时，进气分层系统的相应进气管可增加所连接的进气道。

实施例4

如图4，为一种三缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置。包括：由排气道1-P组成的第一组排气道，由排气道2-P、3-P组成的第二组排气道，排气通道由涡轮增压器的涡轮机W组成，由空气滤清器10、涡轮增压器的压气机Y、空气中冷器KL、第一分段进气管J1、第二分段进气管J2、分段进气装置FDJQ、3个进气道1-J、2-J、3-J组成的进气通道, EGR冷却器EL，EGR连接管20，节流阀JF；分段进气装置FDJQ把内燃机单缸一个完整的进气过程划分成先后两个短的进气持续期：第一进气持续期、第二进气持续期；3个排气道1-P、2-P、3-P的进口分别与气缸排气门M1、M2、M3相连；排气道1-P出口与涡轮增压器涡轮机W的进口相连；排气道2-P、3-P的出口均经EGR冷却器EL 、EGR连接管20、节流阀JF、第二分段进气管J2，通过分段进气装置FDJQ在给第二进气持续期与3个进气道1-J、2-J、3-J相通；空气滤清器10的出口经涡轮增压器的压气机Y、空气中冷器KL与第一分段进气管J1的进口相连，通过分段进气装置FDJQ在第一进气持续期与3个进气道1-J、2-J、3-J相通。

本实施例工作时，空气滤清器10的空气经涡轮增压器的压气机Y、空气中冷器KL、第一分段进气管J1，通过分段进气装置FDJQ在第一进气持续期分别通过3个进气道1-J、2-J、3-J向各自相连的气缸提供空气；一缸排出的废气经排气道1-P的出口进入涡轮增压器涡轮机W，一缸提供的废气能量供涡轮机使用，二缸、三缸排出的废气经排气道2-P、3-P，经EGR冷却器EL、EGR连接管20、节流阀JF、第二分段进气管J2，通过分段进气装置FDJQ在第二进气持续期分别通过3个进气道1-J、2-J、3-J向各自相连的气缸提供废气；由于进气道i (i表示第几气缸)，所提供的空气和废气，先后进入i气缸，先后进入气缸的气体便自然在气缸内分为两层，即空气与废气分下、上两层。本实施例实现了定量EGR的分层进入气缸，使内燃机的分层燃烧技术的进一步发展，提供了另一种简易、实用的实施方案。

实施例优化方案：所述第一分段进气管J1与第二分段进气管J2之间设有流量调节阀，第一分段进气管J1或第二分段进气管J2气体成分根据内燃机工况要求进行调整，进一步改善分层燃烧。

本实施例可以分解为二缸四冲程涡轮增压内燃机排气再循环装置在第二组排气道数目增加了一个气缸的排气道数目，为使三缸方案实施最优化，进气分层系统的相应进气管也增加所连接的进气道。

本实施例可以用于三缸以上的内燃机，只是在本实施例的基础上增加相应的排气道，所增加的排气道分配在第一组排气道或第二组排气道；此时，进气分层系统的相应进气管可增加所连接的进气道。

Claims (10)

1.一种四冲程内燃机排气再循环装置，包括与内燃机排气门相连的排气道，每缸对应设有一个或两个排气道，所述排气道分为两组，第一组排气道的出口与内燃机排气通道的进口相连，其特征在于：所述内燃机是分层进气系统的内燃机，所述第二组排气道的出口连接在所述分层进气系统内燃机相应的进气通道上。

2.根据权利要求1所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述内燃机是单缸内燃机，单缸设有两个排气道，所述第一组排气道的个数为一个，所述第二组排气道的个数为一个。

3.根据权利要求1所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述内燃机是两缸内燃机，所述第一组排气道是一个气缸的排气道，所述第二组排气道是另一个气缸的排气道。

4.根据权利要求2所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述内燃机是单缸设有两个进气道的分层进气系统的内燃机，包括进气管和EGR进气管；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的排气管的进口；所述内燃机的空气滤清器出口与进气管相连，进气管再与单缸的一个进气道相连；所述EGR进气管与单缸的另一个进气道相连；所述第二组排气道的的出口与EGR进气管的进口相连。

5.根据权利要求1所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述内燃机是每缸设有两个进气道的分层进气系统的涡轮增压内燃机，包括进气管和EGR进气管；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的涡轮增压器涡轮机的进口；所述内燃机的空气滤清器出口经涡轮增压器的压气机、经空气中冷器与进气管相连，进气管再与每缸的一个进气道相连；所述EGR进气管与每缸的另一个进气道相连；所述第二组排气道的出口均与EGR进气管的进口相连。

6.根据权利要求1所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述内燃机是多缸分段进气内燃机，包括先进气的第一分段进气管和后进气的第二分段进气管；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的排气管的进口；所述内燃机的空气滤清器出口与第一进气管进口相连，第一进气管通过进气分段装置再与每缸的进气道相连；所述第二组排气道的出口与第二进气管的进口相连，所述第二进气管通过进气分段装置与每缸的进气道相连；所述第二组排气道的出口均与第二进气管的进口相连。

7.根据权利要求1所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述内燃机是多缸分段进气涡轮增压内燃机，包括先进气的第一分段进气管和后进气的第二分段进气管；所述内燃机的排气通道的进口是内燃机的涡轮增压器涡轮机的进口；所述内燃机的空气滤清器出口经涡轮增压器的压气机、经空气中冷器，与第一进气管进口相连，第一进气管通过进气分段装置再与每缸的进气道相连；所述第二组排气道的出口与第二进气管的进口相连，所述第二进气管通过进气分段装置与每缸的进气道相连；所述第二组排气道的出口均与第二进气管的进口相连。

8.根据权利要求1所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述第二组排气道的出口与所述内燃机分层进气系统的相应进气通道之间设有EGR冷却器和节流阀；所述第二组排气道的出口经EGR冷却器和节流阀连接在所述内燃机分层进气系统的相应进气通道上。

9.根据权利要求4-5任意一项所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述进气管与所述EGR进气管之间设有流量调节阀。

10.根据权利要求6-7任意一项所述的一种四冲程内燃机排气再循环装置，其特征在于：所述第一进气管与所述第二进气管之间设有流量调节阀。