CN112664361B - 内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气、和高比热容或惰性气体的两种系统装置，前者整体装置由三部分组成，即再循环废气系统；喷射系统；以及动力系统组成。后者由四部分组成，添加了高比热容气体或惰性气体通路。喷射器的位置可在气缸中活塞上、下止点间任意一处，喷射器可设置1～3层，每层2‑6个。参与燃烧的气体从内燃机扫气口和喷射器两个进气通道进入气缸，其自身携带的动能会显著提升缸内涡流比，促进油气混合并加快了燃烧速率。本发明不需要对缸体结构做大幅度的改动；通过分层喷射，改善了氮氧化物的排放和弥补了EGR技术缺陷、燃油经济性降低等问题，不仅可以满足Tier III排放限值，还能同时减少燃油的消耗量。

Description

内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置
技术领域
本发明属于内燃机结构技术，具体涉及一种利用喷射再循环废气实现船用内燃机缸内清洁燃烧的装置。
背景技术
船用低速机作为船舶的核心设备，其可靠性、经济性、环境友好性等关键指标直接决定了船舶运输的运行成本和全球污染的排放水平。2016年1月1日起实施的Tier III排放标准，较Tier II标准更为严格，NOx排放量须降低75％，故船用低速机的首要发展方向是在满足Tier III排放限值的基础上提高燃油经济性。目前，满足Tier III排放限值的主要技术是均质废气再循环技术(EGR)，EGR是降低废气排放对环境污染的有效途径，其原理是将发动机燃烧产生的一部分高温废气经过冷却后引入进气管与新鲜空气混合后进入气缸参与后续燃烧，降低气缸内混合气的含氧量，降低燃烧最高温度，从而达到降低废气中NOx污染物、改善排放的目的。所以均质再循环废气的引入也同时会降低缸内整体的燃烧化学反应速率，使内燃机的热效率下降，油耗升高。以一艘一万箱级别的集装箱船为例，油耗每升高1g/KW·h意味着每年需要多花费150万元人民币的燃油费用。针对该问题，本发明开发一种可直接向缸内喷射再循环废气(IEGR)实现缸内分层控制燃烧的装置，在满足Tier III排放限值的基础上，还能同时减少燃油的消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置，实现内燃机高效清洁燃烧，可以大幅度改善内燃机的燃烧与排放性能。本发明可涉及到四冲程、二冲程以及双燃料内燃机的充量调节技术及喷射系统。
本发明包括内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统、和分层喷射高比热容和惰性气体的系统两种装置，在第二种装置中还包括分层喷射新鲜空气系统。
在本发明中，为实现分层喷射模式，在目前船用内燃机的气缸上部(应处于排气门接近关闭或已关闭时刻活塞对应位置之上)改装添加喷射器，此时气缸具有两个进气口：一个位于气缸上部的喷射器；另一个位于气缸下部的扫气口。
以下对喷射再循环废气的原理与技术方案进行说明，文中IEGR的中文释义是：喷射再循环废气。
(1)首先对内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置的技术方案进行说明。装置包括：涡轮机、压气机、控制阀、排气集管、扫气集管、中冷器、废气过滤器、水汽捕捉器、增压泵、稳压管、压力传感器、喷射器、旁通阀、冷凝器、以及内燃机等，内燃机包括气缸、喷射器、扫气口。其技术方案为：整体装置由三部分组成，其中第一旁通阀、第一控制阀、中冷器、废气过滤器、以及水汽捕捉器依次连接、第二旁通阀出口并联接于第一旁通阀和第一控制阀之间，由此构成再循环废气系统通路。再循环废气喷射系统通路由增压泵、稳压管、压力传感器、第二控制阀、以及内燃机中的喷射器依次连接组成。动力系统的结构是排气集管出口接至涡轮机的进口，涡轮机与压气机同轴连接，压气机出口接至冷凝器，冷凝器与扫气集管相接，扫气集管出口接至内燃机中的扫气口。内燃机排出的废气接至排气集管，涡轮机的后端部分废气排入大气，部分废气接至第一旁通阀；排气集管出口与涡轮机进口并联后通过管路接至第二旁通阀的进口。
分层喷射再循环废气系统装置的原理是，再循环废气首先通过第一控制阀控制IEGR率上限；随后通过中冷器，将再循环废气冷却至进气温度；随后进入废气过滤器，过滤掉废气中对再循环废气系统及增压泵会造成腐蚀的杂质；随后进入水汽捕捉器，吸收废气中的过饱和水滴。IEGR喷射系统为：对应进气温度下含有饱和水蒸汽的废气通过增压泵，对再循环废气加压提高废气流量，使再循环废气在设定喷射持续期内喷射进入气缸；经过增压的再循环废气进入稳压管(同时具备冷却功能)，经稳压及冷却至进气温度后的气体通过第二控制阀进入气缸中的喷射器。增压泵协同压力传感器及喷射器精确控制IEGR率，操作处理后的废气最终通过喷射器进入气缸，与扫气口进入的新鲜空气在缸内形成IEGR分层，参与后续燃烧。
再循环废气来源具备二条路线，1)路线一，第一旁通阀打开，第二旁通阀关闭，涡轮机出口部分废气直接排入大气，部分废气通过第一旁通阀引入IEGR通路；路线二，第一旁通阀关闭，第二旁通阀打开，部分废气进入涡轮驱动动力系统，部分废气通过第二旁通阀引入IEGR通路。2)再循环废气依次通过第一控制阀、中冷器、废气过滤器、水汽捕捉器进入增压泵，经加压后进入稳压管，随后通过第二控制阀进入喷射器，最终直接喷射进入气缸形成IEGR分层，参与后续燃烧。
分层喷射再循环废气的优点在于：1)缸内燃烧后废气通过IEGR系统通路及IEGR喷射系统通路直接喷射进入气缸，在气缸壁面的引导下，其自身携带的动能会显著提升缸内涡流比，促进油气混合并加快了燃烧速率。2)通过该装置可实现气缸内新鲜进气与再循环废气的分层，包括浓度分层及温度分层(浓度分层：由扫气口进入的新鲜空气主要分布在气缸中心，再循环废气主要分布在气缸壁面，温度分层：再循环废气经冷却后温度相对较低，以及再循环废气比热容较高，导致压缩过程末期缸壁侧区域温度低于中心区域，缸壁侧区域温度低于中心区域)。一方面，再循环废气分布在气缸壁面的形态可以有效的形成气体隔热层，减小气缸壁面的传热损失；另一方面，氮氧化物的主要生成区域位于气缸壁面附近，通过再循环废气在气缸壁面的分布形态可以有效抑制氮氧化物的生成。
除再循环废气外，本发明装置也可以喷射其他气体，由此引出分层喷射高比热容和惰性气体的系统(其中包括分层喷射新鲜空气系统)。
(2)以下对内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容和惰性气体系统装置的技术方案进行说明。系统装置包括：储气装置、控制阀、水汽捕捉器、增压泵、稳压管、压力传感器、排气集管、涡轮机、压气机、冷凝器、扫气集管、排气集管、以及内燃机，内燃机包括气缸、喷射器、扫气口。其技术方案是，整体装置由四部分组成：其中储气装置与第三控制阀连接构成高比热容气体或惰性气体通路；由第四控制阀与水汽捕捉器连接构成新鲜空气进气通路；喷射系统通路由增压泵、稳压管、压力传感器、第二控制阀、以及内燃机中的喷射器依次连接组成；动力系统的结构是排气集管出口接至涡轮机的进口，涡轮机与压气机同轴连接，压气机出口接至冷凝器，冷凝器与扫气集管相接，扫气集管出口接至内燃机中的扫气口，内燃机排出的废气接至排气集管，涡轮机的后端排气接至大气。
作为本发明主要创新性之一：为实现不同的IEGR率、或者是高比热容和惰性气体喷射，喷射器的位置可选择在内燃机气缸中活塞上止点与下止点之间的任意一处，喷射器的层数可设为1至3层，每层喷射器的数量按可设为2-6个，按圆周向均匀分布。喷射器位置越靠近缸盖，再循环废气与新鲜进气的混合时间越短，分层越明显，同时涡流比衰减越小。
喷射高比热容气体的原理是，储气装置中的CO2、H2O等高比热容气体通过第三控制阀进入增压泵，对高比热容气体加压提高气体流量，使喷射高比热容气体在设定喷射持续期内喷射进入气缸；经过增压的高比热容气体进入稳压管，经稳压及冷却至进气温度后的气体通过第二控制阀进入气缸中的喷射器。增压泵协同压力传感器及喷射器精确控制高比热容气体流量及分层效果，操作处理后的高比热容气体最终通过喷射器进入气缸，与扫气口进入的新鲜空气在缸内形成组分分层进而实现温度分层，参与后续燃烧。
喷射惰性气体的原理是，储气装置中的惰性气体通过第三控制阀进入增压泵，对惰性气体加压提高气体流量，使喷射惰性气体在设定喷射持续期内喷射进入气缸；经过增压的惰性气体进入稳压管，经稳压及冷却至进气温度后的惰性气体通过第二控制阀进入气缸中的喷射器。增压泵协同压力传感器及喷射器精确控制惰性气体流量及分层效果，操作处理后的惰性气体最终通过喷射器进入气缸，与扫气口进入的新鲜空气在缸内形成组分分层，进而实现温度分层，同时可降低氧气浓度，通过抑制燃烧速率降低最高燃烧温度，抑制NOx生成。
喷射新鲜空气的原理是，含有过饱和水的新鲜空气通过第四控制阀首先通过水汽捕捉器，吸收新鲜空气中的过饱和水滴；对应进气温度下含有饱和水蒸汽的新鲜空气通过增压泵，对新鲜空气加压提高气体流量，使新鲜空气在设定喷射持续期内喷射进入气缸；经过增压的新鲜空气进入稳压管，经稳压及冷却至进气温度后的气体通过第二控制阀进入气缸中的喷射器。增压泵协同压力传感器及喷射器精确控制新鲜空气流量及分层效果，操作处理后的新鲜空气最终通过喷射器进入气缸，与扫气口进入的新鲜空气在缸内形成气体分层进而形成温度分层与浓度分层，参与后续燃烧。
分层喷射高比热容和惰性气体系统装置的优点在于：
(1)喷射CO2、H2O(水蒸气)等高比热容气体，考虑到IEGR在燃烧过程中抑制NOx(氮氧化物)生成的因素主要是热效应及稀释效应，而这正是再循环废气中CO2、H2O组分的作用，三原子分子的高比热容特性可以显著降低最高燃烧温度进而抑制NOX生成。通常在废气中CO2和H2O的质量分数相对较低，如果将喷射再循环废气更改为直接喷射CO2、H2O等高比热容气体，在满足Tier III排放法规的同时可大幅度减少气体的总喷射量，并降低增压泵的负荷。
(2)喷射N2(氮)、Ar(氩)等惰性气体，在实现惰性气体与缸内气体温度分层的同时可降低氧气浓度，通过抑制燃烧速率降低最高燃烧温度，抑制NOx生成。
(3)喷射新鲜空气，一方面通过喷射进入的新鲜空气与缸内气体的温度分层达到降低NOX的目的，另外一方面通过氧气含量的增加，可以促进Soot(碳烟)后期氧化，降低排放。
本发明的特点以及产生的有益效果在于：本发明不需要对内燃机缸体结构进行大幅度的改动；通过再循环废气、高比热容气体、惰性气体或新鲜气体分层喷射，改善了内燃机为满足氮氧化物排放而使用均质EGR技术带来的缺陷、燃油经济性降低等问题。本发明装置不仅可以满足Tier III排放限值，还能同时减少燃油的消耗量。且喷射新鲜气体可以降低碳烟排放，同时改善碳烟、油耗与氮氧化物的折衷关系。
附图说明
图1是分层喷射再循环废气系统装置各部件组成的原理及结构系统图。
图2是分层喷射高比热容和惰性气体系统装置各部件组成的原理及结构系统图。
图3是内燃机燃烧室内喷射器结构及安装位置示意图，图下方BDC处的网格是内燃机气缸中的扫气口，其进气来自扫气集管。
图4是喷射器采取单层布置，数量为2个的示意图。
图5是喷射器采取单层布置，数量为4个的示意图。
图6是喷射器采取单层布置，数量为6个的示意图。
图7是船用柴油机燃烧室内IEGR分层实施例结构图。
具体实施方式
以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构装置作进一步的说明。
(1)内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置(如图1)，其部件组成结构是：整体装置由三部分组成，其中：1)第一旁通阀1-1、第一控制阀1-3、中冷器1-4、废气过滤器1-5、以及水汽捕捉器1-6依次连接、第二旁通阀出口1-2并联接于第一旁通阀和第一控制阀之间，由此构成再循环废气系统通路1。2)再循环废气喷射系统通路2由增压泵2-1、稳压管2-2、压力传感器2-3、第二控制阀2-4、以及内燃机3中的喷射器2-5依次连接组成。3)动力系统4的结构是：排气集管5出口接至涡轮机4-1的进口，涡轮机与压气机4-2同轴连接，压气机出口接至冷凝器4-3，冷凝器与扫气集管4-4相接，扫气集管出口接至内燃机中的扫气口3-1，内燃机排出的废气接至排气集管。涡轮机的后端排气接至第一旁通阀；排气集管出口与涡轮机进口并联接至第二旁通阀的进口。或者说在排气集管出口与涡轮机进口之间的管路中设有第二旁通阀与第一控制阀进气口相连。再循环废气可从所述涡轮机的后端引出，也可从涡轮的前端通过旁通阀引出。
来自再循环废气系统通路的气体进入喷射系统通路，通过喷射器分层射入气缸的上部；来自扫气集管的新鲜空气从气缸下部扫气口进入。
来自内燃机喷射器的再循环废气与扫气口进入的新鲜空气进行浓度分层；也可以进行两种进气的温度分层。
内燃机燃烧产生的废气进入排气集管，一部分废气进入涡轮用以驱动压气机，一部分再循环废气从涡轮后端通过第一旁通阀引出。也可以使一部分再循环废气从涡轮前端通过第二旁通阀引出。压力传感器可以检测稳压管内压力变化，增压泵协同压力传感器及喷射器布置精确控制IEGR率。
(2)内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容和惰性气体的系统装置(如图2)，其部件组成结构是：整体装置由四部分组成，其中：1)储气装置6-1与第三控制阀6-2连接构成高比热容气体或惰性气体通路6；2)由第四控制阀7-1与水汽捕捉器7-2连接构成新鲜空气进气通路7；3)喷射系统通路2由增压泵2-1、稳压管2-2、压力传感器2-3、第二控制阀2-4、以及内燃机3中的喷射器2-5依次连接组成；4)动力系统4的结构是排气集管5出口接至涡轮机4-1的进口，涡轮机与压气机4-2同轴连接，压气机出口接至冷凝器4-3，冷凝器与扫气集管4-4相接，扫气集管出口接至内燃机中的扫气口3-1，内燃机排出的废气接至排气集管，涡轮机的后端排气接至大气。
内燃机燃烧产生的废气进入排气集管，随后进入涡轮机用以驱动压气机，最终从涡轮机后端排入大气。压力传感器可以检测稳压管内压力变化，增压泵协同压力传感器及喷射器布置精确控制高比热容气体与惰性气体喷射。
进入增压泵的气体可以是高比热容气体；也可以是惰性气体；也可以是来自水汽捕捉器的新鲜空气，但三种气体只能选择一种。三种气体中的一种经增压后通过喷射器分层射入气缸的上部；来自扫气集管的新鲜空气从气缸下部扫气口进入。
高比热容气体是CO2、水蒸汽；惰性气体是氮气或者是氩气。
来自高比热容气体或惰性气体通路的气体与扫气口进入的新鲜气体可以进行组分分层，提高缸内涡流比；喷射CO2、H2O蒸汽也可以进行混合气体的温度分层，改善燃烧效果。
两种分层喷射系统装置，其喷射器的位置可选择在内燃机气缸中活塞上止点与下止点之间的任意一处，喷射器的层数可设为1至3层，每层喷射器的数量可设为2-6个，按圆周向均匀分布(如图4、图5、图6)。布置位置越靠近缸盖，喷射气体与新鲜进气的混合时间越短，分层越明显，同时涡流比衰减越小。
两种分层喷射系统装置，其喷射器的喷射角度α可在20°至80°的范围内选取。喷射气体在气缸壁面的导向作用下进入气缸，有效的增大了缸内涡流比。
具体实施例1：
本实施例中，所用低速二冲程船用柴油机缸径为340mm，转速为157r/min(100％负荷)，气缸长度为1600mm。第一旁通阀关闭，第二旁通阀打开，部分废气进入涡轮驱动动力系统，占扫气口进入新鲜空气量20％比例的再循环废气经过第二旁通阀引入IEGR通路系统直接喷射进入气缸。喷射器采取单层布置方案，数量为2个，沿周向均匀分布，喷射角度α为35°，废气喷射器位置处于距压缩上止点(TDC)370mm处(如图3)。
与未采用IEGR技术的内燃机相比，再循环废气在气缸壁面的导向作用下进入气缸，有效的增大了缸内涡流比，在压缩上止点涡流比由原机的3提升至13，增加幅度达333％；涡流比的提升大幅度增加了燃油和空气的混合速率及燃烧速率，放热率峰值提升了7.94％，爆发压力提高了8.41％。此外，临近上止点燃烧室内新鲜进气与再循环进气可实现较理想的分层状态(如图6)。图4中新鲜空气主要位于气缸中心A区域，再循环废气主要位于缸壁侧B区域，在压缩上止点区域B的温度约比区域A温度低200K。一方面，再循环废气分布在气缸壁面的形式可以有效的形成气体隔热层，壁面传热损失减小了19.92％。另一方面，氮氧化物的主要生成区域位于气缸壁面附近，通过再循环废气在气缸壁面的分布形式可以有效抑制氮氧化物的生成。最终，氮氧化物的生成量由(未采用IEGR技术的内燃机)10.1g/KW·h减少至2.9g/KW·h，满足了Tier III的排放标准(Tier III的限值是3.4g/KW·h)，功率提升了2.82％，燃油消耗减少了4.7g/KW·h(对一万箱级别集装箱船而言，每年可节省燃油费用约700万元人民币)。
具体实施例2：
本实施例中，所用低速二冲程船用柴油机缸径为340mm，转速为157r/min(100％负荷)，气缸长度为1600mm。第一旁通阀关闭，第二旁通阀打开，部分废气进入涡轮驱动动力系统，占扫气口进入新鲜空气量20％比例的再循环废气经过第二旁通阀引入IEGR通路系统直接喷射进入气缸。喷射器采取单层布置方案，数量为2个，沿周向均匀分布，喷射角度α为50°，废气喷射器位置处于距压缩上止点(TDC)370mm处(如图3)。
与未采用IEGR技术的内燃机相比，在压缩上止点涡流比由原机的3提升至17，增加幅度达466％；放热率峰值提升了9.32％，爆发压力提高了10.1％。最终，氮氧化物的生成量由(未采用IEGR技术的内燃机)10.1g/KW·h减少至3.15g/KW·h，满足了Tier III的排放标准(Tier III的限值是3.4g/KW·h)，功率提升了3.25％，燃油消耗减少了5.42g/KW·h。
具体实施例3：
本实施例中，所用低速二冲程船用柴油机缸径为340mm，转速为157r/min(100％负荷)，气缸长度为1600mm。第一旁通阀关闭，第二旁通阀打开，部分废气进入涡轮驱动动力系统，占扫气口进入新鲜空气量20％比例的再循环废气经过第二旁通阀引入IEGR通路系统直接喷射进入气缸。喷射器采取单层布置方案，数量为2个，沿周向均匀分布，喷射角度α为65°，废气喷射器位置处于距压缩上止点(TDC)370mm处(如图3)。
与未采用IEGR技术的内燃机相比，在压缩上止点涡流比由原机的3提升至20.5，增加幅度达583％；放热率峰值提升了10.4％，爆发压力提高了10.9％。最终，氮氧化物的生成量由(未采用IEGR技术的内燃机)10.1g/KW·h减少至3.37g/KW·h，满足了Tier III的排放标准(Tier III的限值是3.4g/KW·h)，功率提升了3.48％，燃油消耗减少了5.8g/KW·h。
具体实施例4：
本实施例中，所用低速二冲程船用柴油机缸径为340mm，转速为157r/min(100％负荷)，气缸长度为1600mm。排气集管中废气进入涡轮驱动动力系统，占扫气口进入新鲜空气量10％比例的CO2经过第三控制阀引入高比热容气体通路系统直接喷射进入气缸。喷射器采取单层布置方案，数量为2个，沿周向均匀分布，喷射角度α为35°，废气喷射器位置处于距压缩上止点(TDC)370mm处(如图3)。
与未采用分层喷射高比热容气体技术的内燃机相比，在压缩上止点涡流比由原机的3提升至8，增加幅度达167％；放热率峰值提升了3.15％，爆发压力提高了3.4％。最终，氮氧化物的生成量由(未采用IEGR技术的内燃机)10.1g/KW·h减少至3.24g/KW·h，满足了Tier III的排放标准(Tier III的限值是3.4g/KW·h)，功率提升了2.4％，燃油消耗减少了4.0g/KW·h。
具体实施例5：
本实施例中，所用低速二冲程船用柴油机缸径为340mm，转速为157r/min(100％负荷)，气缸长度为1600mm。排气集管中废气进入涡轮驱动动力系统，占扫气口进入新鲜空气量20％比例的N2经过第三控制阀引入惰性气体通路系统直接喷射进入气缸。喷射器采取单层布置方案，数量为2个，沿周向均匀分布，喷射角度α为35°，废气喷射器位置处于距压缩上止点(TDC)370mm处(如图3)。
与未采用分层喷射惰性气体技术的内燃机相比，在压缩上止点涡流比由原机的3提升至13，增加幅度达333％；放热率峰值提升了8.5％，爆发压力提高了9.15％。最终，氮氧化物的生成量由(未采用IEGR技术的内燃机)10.1g/KW·h减少至3.36g/KW·h，满足了TierIII的排放标准(Tier III的限值是3.4g/KW·h)，功率提升了3.05％，燃油消耗减少了5.03g/KW·h。
具体实施例6：
本实施例中，所用低速二冲程船用柴油机缸径为340mm，转速为157r/min(100％负荷)，气缸长度为1600mm。排气集管中废气进入涡轮驱动动力系统，占扫气口进入新鲜空气量20％比例的新鲜空气经过第四控制阀引入新鲜空气气体通路系统直接喷射进入气缸。喷射器采取单层布置方案，数量为2个，沿周向均匀分布，喷射角度α为35°，废气喷射器位置处于距压缩上止点(TDC)370mm处(如图3)。
与未采用分层喷射新鲜气体技术的内燃机相比，在压缩上止点涡流比由原机的3提升至13.1，增加幅度达336％；放热率峰值提升了10.6％，爆发压力提高了11.4％。最终，氮氧化物的生成量由(未采用IEGR技术的内燃机)10.1g/KW·h减少至3.7g/KW·h，接近Tier III的排放标准(Tier III的限值是3.4g/KW·h)，但是Soot减少了80％，同时功率提升了4.1％，燃油消耗减少了6.83g/KW·h。

Claims (10)

1.内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置，包括：涡轮机、压气机、控制阀、排气集管、扫气集管、中冷器、废气过滤器、水汽捕捉器、增压泵、稳压管、压力传感器、旁通阀、冷凝器、以及内燃机，内燃机包括气缸、喷射器、扫气口，其特征在于：整体装置由三部分组成，其中第一旁通阀(1-1)、第一控制阀(1-3)、中冷器(1-4)、废气过滤器(1-5)、以及水汽捕捉器(1-6)依次连接、第二旁通阀(1-2)出口并联接于第一旁通阀和第一控制阀之间，由此构成再循环废气系统通路(1)；再循环废气喷射系统通路(2)由增压泵(2-1)、稳压管(2-2)、压力传感器(2-3)、第二控制阀(2-4)、以及内燃机(3)中的喷射器(2-5)依次连接组成，动力系统(4)的结构是排气集管(5)出口接至涡轮机(4-1)的进口，涡轮机与压气机(4-2)同轴连接，压气机出口接至冷凝器(4-3)，冷凝器与扫气集管(4-4)相接，扫气集管出口接至内燃机中的扫气口(3-1)，内燃机排出的废气接至排气集管，涡轮机的后端部分废气排入大气，部分废气接至第一旁通阀；排气集管出口与涡轮机进口并联后通过管路接至第二旁通阀的进口。
2.按照权利要求1所述内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置，其特征在于：再循环废气可从所述涡轮机的后端引出，也可从涡轮的前端通过所述第二、第一旁通阀引出。
3.按照权利要求1所述内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置，其特征在于：所述喷射器喷射的再循环废气分层射入气缸的上部；来自扫气集管的新鲜空气从气缸下部扫气口进入。
4.按照权利要求1所述内燃机清洁燃烧的分层喷射再循环废气系统装置，其特征在于：在来自所述内燃机喷射器的再循环废气与所述扫气口进入的新鲜进气进行浓度分层；也可以进行两种进气的温度分层。
5.一种内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容气体和惰性气体的系统装置，包括：储气装置、控制阀、水汽捕捉器、增压泵、稳压管、压力传感器、排气集管、涡轮机、压气机、冷凝器、扫气集管、排气集管、以及内燃机，内燃机包括气缸、喷射器、扫气口，其特征在于：整体装置由四部分组成，其中储气装置(6-1)与第三控制阀(6-2)连接构成高比热容气体或惰性气体通路(6)；由第四控制阀(7-1)与水汽捕捉器(7-2)连接构成新鲜空气进气通路(7)；喷射系统通路(2)由增压泵(2-1)、稳压管(2-2)、压力传感器(2-3)、第二控制阀(2-4)、以及内燃机(3)中的喷射器(2-5)依次连接组成；动力系统(4)的结构是排气集管(5)出口接至涡轮机(4-1)的进口，涡轮机与压气机(4-2)同轴连接，压气机出口接至冷凝器(4-3)，冷凝器与扫气集管(4-4)相接，扫气集管出口接至内燃机中的扫气口(3-1)，内燃机排出的废气接至排气集管，涡轮机的后端排气接至大气。
6.按照权利要求5所述内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容气体和惰性气体的系统装置，其特征在于：进入所述增压泵的气体可以是高比热容气体；也可以是惰性气体；也可以是来自所述水汽捕捉器的新鲜空气，三种气体的一种经增压后通过所述喷射器分层射入气缸的上部；来自扫气集管的新鲜空气从气缸下部扫气口进入。
7.按照权利要求5所述内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容气体和惰性气体的系统装置，其特征在于：来自所述高比热容气体或惰性气体通路的气体与所述扫气口进入的新鲜气体可以进行组分分层；也可以进行混合气体的温度分层。
8.按照权利要求5所述内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容气体和惰性气体的系统装置，其特征在于：所述高比热容气体是CO2、水蒸汽；所述惰性气体是氮气或者是氩气。
9.按照权利要求5所述内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容气体和惰性气体的系统装置，其特征在于：所述喷射器的位置可选择在内燃机气缸中活塞上止点与下止点之间的任意一处，喷射器的层数可设为1至3层，每层的数量设为2-6个，按圆周向均匀分布。
10.按照权利要求5所述内燃机清洁燃烧的分层喷射高比热容气体和惰性气体的系统装置，其特征在于：所述喷射器喷射角度在20°至80°的范围内选取。
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