本發(fā)明涉及燃氣發(fā)動機領(lǐng)域，特別涉及一種單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

發(fā)動機的有害排放物是造成大氣污染的一個主要來源，隨著環(huán)境保護問題的重要性日趨增加，降低發(fā)動機有害排放和CO₂排放這一目標成為當今世界上發(fā)動機發(fā)展的一個重要方向。所以開展發(fā)動機燃油經(jīng)濟性提升、NO_X、THC等有害排放物控制方法和技術(shù)的研究是所有發(fā)動機設(shè)計者的首要任務(wù)。其中為減少發(fā)動機尾氣中的NOx(氮氧化物)排放，EGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))作為一種技術(shù)手段通過延緩燃燒過程，降低缸內(nèi)燃燒溫度的技術(shù)，可以有效的減少廢氣排放中的NO_X含量。而燃氣發(fā)動機作為現(xiàn)在市場上柴油機的主要清潔燃燒替代產(chǎn)品，其可以有效的降低發(fā)動機CO₂排放和PM排放。目前市場上生產(chǎn)銷售的國五排放燃氣發(fā)動機主要通過稀薄燃燒+氧化型(GOC)后處理技術(shù)手段達到排放要求，但要達到更高一級的國六排放，需要在稀薄燃燒+GOC的基礎(chǔ)上引入SCR系統(tǒng)，或者采用當量燃燒+EGR+三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)。而稀燃+GOC+SCR路線存在生產(chǎn)成本和用戶使用成本高的缺陷，故當量燃燒+EGR+三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)成為了一個當前世界的一個主流燃氣發(fā)動機技術(shù)路線。

但是，傳統(tǒng)的當量+EGR發(fā)動機存在部分負荷泵氣損失大，發(fā)動機由于受到燃燒速度降低、點火系統(tǒng)性能的限值等影響，無法實現(xiàn)較高的EGR率。同時由于燃燒速度降低，發(fā)動機循環(huán)波動大，燃燒穩(wěn)定性差，發(fā)動機失火風險大。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理的單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)，該單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞周圍合適的燃料和空氣以及少量EGR氣體的混合氣，而缸壁周圍是EGR氣體濃度較高的空氣、燃料混合氣，進而有效的利用EGR降低NO_X排放、降低發(fā)動機熱負荷的同時保持較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋瑥亩鴮崿F(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性能以及耐久性的有機高效結(jié)合。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)，該單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)包括：EGR混合器；燃氣混合器；中冷器，其出口端設(shè)置有第一節(jié)氣門，該第一節(jié)氣門分別與所述燃氣混合器的第一進口和所述EGR混合器的第一進口連通；燃氣噴嘴，其與所述燃氣混合器的第二進口連通；第一進氣總管，其與所述燃氣混合器的出口連通，并分別與各缸的第一進氣門連通；EGR冷卻器，其入口端與渦前高溫排氣總管連通，該EGR冷卻器的出口端設(shè)置有EGR閥，該EGR閥與所述EGR混合器的第二進口連通；以及第二進氣總管，其與所述EGR混合器的出口連通，并分別與各缸的第二進氣門連通。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，EGR混合器的第一進口設(shè)置有第二節(jié)氣門。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，燃氣發(fā)動機為四氣門發(fā)動機。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：該單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)采用雙進氣道，一個進氣道進入燃料和空氣混合氣，另一個進入EGR氣體或者EGR和新鮮空氣，能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞周圍合適的燃料和空氣以及少量EGR氣體的混合氣，而缸壁周圍是EGR氣體濃度較高的空氣、燃料混合氣，進而有效的利用EGR降低NO_X排放、降低發(fā)動機熱負荷的同時保持較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，從而實現(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性能以及耐久性的有機高效結(jié)合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中一個運行工況降泵氣損失原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述，但應(yīng)當理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明具體實施方式的單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)只能在四氣門發(fā)動機上應(yīng)用，其具體結(jié)構(gòu)包括：渦輪增壓器3、中冷器4、第一節(jié)氣門5、第二節(jié)氣門6、燃氣混合器7、燃氣噴嘴8、第一進氣總管9、第一進氣門1、渦前高溫排氣總管10、EGR冷卻器11、EGR閥12、EGR混合器13、第二進氣總管14和第二進氣門2。其中，渦輪增壓器3、中冷器4、第一節(jié)氣門5、燃氣混合器7、燃氣噴嘴8、第一進氣總管9、第一進氣門1形成一個進入燃料和空氣混合氣的進氣道，第二節(jié)氣門6、渦前高溫排氣總管10、EGR冷卻器11、EGR閥12、EGR混合器13、第二進氣總管14和第二進氣門2形成一個進入EGR氣體或者EGR和新鮮空氣的進氣道，從而實現(xiàn)缸內(nèi)分層燃燒，可以有效的保持傳統(tǒng)當量+EGR發(fā)動機的經(jīng)濟性好的優(yōu)勢，同時還可以有效的降低燃燒死區(qū)的燃料殘余量，降低THC、CH₄等排放。

具體來講，第一節(jié)氣門5設(shè)置在中冷器4的出口端，再通過管路分別與燃氣混合器7的第一進口和EGR混合器13的第一進口連通，第二節(jié)氣門6設(shè)置在EGR混合器13的第一進口；燃氣噴嘴8與燃氣混合器7的第二進口連通，燃氣混合器7的出口與第一進氣總管9連通，第一進氣總管9分別與各缸的第一進氣門1連通，新鮮空氣經(jīng)渦輪增壓器3增壓后進入中冷器4冷卻，一部分再進入燃氣混合器7與由燃氣噴嘴8進入的燃料混合，燃料和新鮮空氣的混合氣從第一進氣總管9進入第一進氣門1所對應(yīng)氣道，通過第一進氣門1進入氣缸；通過缸蓋氣道以及氣門座圈、氣門錐角等結(jié)構(gòu)設(shè)計，把通過第一進氣門1的氣體流入缸內(nèi)中心區(qū)域。

渦前高溫排氣總管10與EGR冷卻器11的入口端連通，EGR閥12設(shè)置在EGR冷卻器11的出口端，再與EGR混合器13的第二進口連通，EGR混合器13的出口與第二進氣總管14連通，第二進氣總管14分別與各缸的第二進氣門2連通，廢氣進入渦前高溫排氣總管10后，一部分(EGR氣體)進入EGR冷卻器11冷卻，再進入EGR混合器13與新鮮空氣混合進入第二進氣總管14，EGR氣體或EGR氣體和新鮮空氣的混合氣從第二進氣總管14進入第二進氣門2所對應(yīng)的進氣道，通過第二進氣門2進入氣缸。而通過第二進氣門2進入氣缸的氣體具有較大渦流和較大的旋轉(zhuǎn)半徑，把EGR氣體或EGR、新鮮空氣的混合氣沿著氣缸壁進入氣缸，填充氣缸內(nèi)活塞環(huán)上部、氣缸壁周圍，從而實現(xiàn)中間區(qū)域是燃料濃度、新鮮空氣濃度相對較高而EGR氣體濃度低的內(nèi)層混合氣，而靠近缸壁周圍的邊緣區(qū)域是EGR氣體濃度高、燃料濃度低的外層混合氣。這樣處于中心位置的火花塞可以有效的點燃混合氣，并且具有較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?；而由于缸壁周圍、活塞環(huán)上部等燃燒死區(qū)聚集的是不可燃燒的EGR氣體或新鮮空氣，可以充分吸收中心區(qū)域釋放的熱能，同時有效的降低傳統(tǒng)燃氣發(fā)動機由于燃燒室死區(qū)帶來的無法燃燒的THC、CH₄排放，實現(xiàn)發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和低排放性的有機結(jié)合。

該系統(tǒng)還可以根據(jù)發(fā)動機負載不同采取不同控制燃燒方式，具體工作方式如下：

當發(fā)動機處于較小負荷下工作時(節(jié)氣門后壓力低于大氣壓)，第二節(jié)氣門6完全關(guān)閉，第二進氣總管14中只引入EGR氣體，而燃氣、新鮮空氣從第一進氣總管9由第一進氣門1進入氣缸。此時，由于只有第一進氣門1引入新鮮空氣以及燃料，為了確保與傳統(tǒng)發(fā)動機相同進氣量，則需要加大第一節(jié)氣門5開度，增加進入氣缸的進氣壓力，如圖2所示，進氣壓力的增加可以有效的降低發(fā)動機泵氣損失，從而提高發(fā)動機熱效率。同時，通過第二進氣總管14和第二進氣門2進入氣缸的EGR氣體可以有效的填充缸壁周圍的燃燒死區(qū)，同時又可以吸收缸內(nèi)燃燒溫度，有效的降低發(fā)動機最高燃燒溫度，從而降低發(fā)動機NOX排放，實現(xiàn)提高發(fā)動機燃氣經(jīng)濟性、降低NOX、THC、CH₄等排放、降低發(fā)動機熱負荷、拓寬發(fā)動機失火邊界，實現(xiàn)高EGR率下發(fā)動機經(jīng)濟性、排放、熱負荷、穩(wěn)定性等多種優(yōu)勢的有效結(jié)合。并且進氣氣缸內(nèi)的EGR氣體的量可以通過EGR閥以及相關(guān)傳感器來實現(xiàn)精確地控制。當發(fā)動機處于增壓壓力較高的中等負荷或全負荷下，第二節(jié)氣門6根據(jù)實際進氣量的需要來控制開度，實現(xiàn)新鮮空氣從第一進氣門1和第二進氣門2兩個進氣門同時進入，這樣仍然可以保持傳統(tǒng)四氣門發(fā)動機充氣效率高的優(yōu)勢。采用雙進氣道，一個進氣道進入燃料和空氣混合氣、一個進入EGR氣體或者EGR和新鮮空氣，實現(xiàn)缸內(nèi)分層燃燒，可以有效的保持傳統(tǒng)當量+EGR發(fā)動機的經(jīng)濟性好的優(yōu)勢，同時還可以有效的降低燃燒死區(qū)的燃料殘余量，降低THC、CH₄等排放。

在泵氣損失大的節(jié)氣門前后壓差大的工況，通過單氣道進氣模式，可有效的降低發(fā)動機泵氣損失，從而提高發(fā)動機中小負荷的效率。特別是怠速工況，城市公交循環(huán)路譜有40～60％是怠速工況，通過該技術(shù)降低怠速的泵氣損失可以有效降低怠速氣耗，提高整車經(jīng)濟性。

綜上，該單點噴射的燃氣發(fā)動機分層燃燒系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞周圍合適的燃料和空氣以及少量EGR氣體的混合氣，而缸壁周圍是EGR氣體濃度較高的空氣、燃料混合氣，進而有效的利用EGR降低NO_X排放、降低發(fā)動機熱負荷的同時保持較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋瑥亩鴮崿F(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性能以及耐久性的有機高效結(jié)合。

前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。