技术领域
[0001] 本实用新型涉及
柴油发动机领域，尤其是涉及一种柴油发动机空气管理系统。
背景技术
[0002] 目前，排放法规执行的越来越严格，国内执行到国六排放阶段，对柴油发动机的空气系统设计工作越发重要。
[0003] 柴油发动机排出的废气中，通常含有大量的氮
氧化合物(NOx)，它是造成大气污染的一个主要来源，因此目前尾气的后处理工作主要使用
选择性催化还原(SCR)技术来降低NOx的含量。SCR催化剂的转化效率和排气
温度有直接的关系，低温时催化效率较低，而柴油发动机在低速小负荷工况下，发动机排气温度较低，大大降低了后处理中SCR催化剂的催化活性，使NOx得不到有效处理。
[0004]
现有技术中的柴油发动机中没有成熟的既可以降低排气中的污染物，又可以配合尾气后处理工作的柴油发动机空气系统。例如，一种在中国
专利文献上公开的“柴油发动机”，其公告号CN1285832C，在柴油发动机内设置有限制排气流量的流量调节装置、加热吸气的吸气加热装置、通过使热介质送行循环而提高柴油发动机温度的热介质循环装置、实施减缸运转的减缸运转装置及将供给汽缸
燃料的燃料供给时间提前的燃料供给时间提前装置，至少在从高速空转之前的阶段至接近高速空转的期间内使这些装置动作，从而可在供给到汽缸内的燃料量少、且燃料的燃烧时间短的期间内，促使柴油发动机的燃料燃烧状态迅速地达到稳定，可大幅度降低白烟的排出及发生发动机抖动的可能性。
[0005] 因此现有技术中的柴油发动机通常排放的污染物浓度较高，在低速小负荷运行工况下尾气的后处理工作效率低，排放很难达到国家标准。
发明内容
[0006] 本实用新型是为了克服现有技术中的柴油发动机通常排放的污染物浓度较高，且在低速小负荷运行工况下尾气的后处理工作效率低，排放很难达到国家标准的问题，提供一种柴油发动机空气管理系统，既可以降低尾气排放中的污染物含量，又可以配合尾气后处理工作，提高低速小负荷运行工况下尾气的后处理效率，使排放稳定达到国家标准。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0008] 一种柴油发动机空气管理系统，包括发动机缸体、设置在发动机缸体顶部的缸盖以及与缸盖相连接的进气管路和排气管路，缸体内设有若干
气缸，缸盖两侧对应各气缸处分别设有与各气缸连通的进气通道和排气通道，进气通道和排气通道分别与进气管路和排气管路相连接，进气管路包括依次连接的文丘里进气管、进气接管和进气管，文丘里进气管上设有空气流量计，文丘里进气管和进气接管之间设有
电子进气节流
阀，进气接管与进气管连接处设有进气压
力传感器，进气管一侧设有与缸盖上的各进气通道对应的进气
歧管，
进气歧管与进气通道连接，排气管路包括排气管和设置在排气管上的
涡轮增压器，排气管一侧设有与缸盖上的各排气通道对应的
排气歧管，排气歧管与排气通道连接，排气管和进气管之间设有废气再循环系统，废气再循环系统包括依次连接的废气再循环进气管、废气再循环阀和废气再循环出气管，废气再循环进气管与排气管相连接，废气再循环出气管与进气管相连接。
[0009] 发动机工作时，空气从进气管路进入发动机气缸与柴油进行燃烧，燃烧后的气体经过排气管路排出，进入后续的尾气后处理单元进行后处理。本实用新型在进气管和排气管之间设置废气再循环系统，经排气管排出的废气在废气再循环阀的作用下一部分进入废气再循环进气管，经废气再循环出气管进入进气管，与新鲜空气混合一起进入发动机气缸再参与燃烧。将已经燃烧过的废气与新鲜空气混合使之再次燃烧，可以降低混合气的含氧浓度、吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度减慢、燃烧温度降低，因此可以有效减少NOx的生成量，降低污染物的浓度。
[0010] 但设置废气再循环系统，降低燃烧温度后，同时会导致发动机在低速小负荷运行工况下排气温度过低，使后续的尾气后处理过程中的SCR催化剂的催化活性大大降低，从而导致NOx得不到有效处理，尾气排放难以达到标准。
[0011] 因此本实用新型在设置废气再循环系统的
基础上又在文丘里进气管上设置空气流量计，在文丘里进气管和进气接管之间设置电子进气
节流阀，在进气接管与进气管连接处设置进气
压力传感器，利用电子进气节流阀和废气再循环阀对进入发动机气缸内的进气量进行调节，同时利用空气流量计和进气压力传感器对进气量进行监控等布置设计，通过空气流量计实时
感知发动机的实际进气量，并与发动机的设定进气量进行比较，通过废气再循环阀开度大小来实时调整，达到闭环控制的目的。同时引入电子进气节流阀的控制，与安装进气接管上的进气压力传感器进行闭环控制，通过电子进气节流阀的开度调节进气量，从而控制
空燃比，实现排气温度调节，对发动机进行
热管理，提高低速小负荷运行工况下的发动机排气温度，不会影响尾气后处理过程中的SCR催化剂的催化活性，提高NOx的处理效率，使尾气排放达到国家标准。
[0012]
涡轮增压器是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的
叶轮，叶轮压缩输送空气，使之增压之后通过进气管进入气缸。设置废气再循环系统后，由于
涡轮增压器效率的提高，涡轮增压器之后的进气压力在很多情况下会高于涡轮增压器之前的排气压力，造成废气再循环的困难，因此本实用新型在进气管路中使用文丘里进气管，利用文丘里进气管的降压作用，提高废气再循环阀前与文丘里进气管喉口的压差，使废气再循环顺利进行。(空气流量计、电子进气节流阀、进气压力传感器、废气再循环阀、涡轮增压器均为本领域的常规装置，不是本实用新型的重点)
[0013] 作为优选，废气再循环阀和废气再循环出气管之间设有废气再循环冷却器。由于燃烧后的废气与低温新鲜空气在混合过程中容易产生冷凝
水，冷凝水会冲击涡轮增压器的
压气机叶片，导致压气机失效，因此本实用新型在废气再循环阀和废气再循环出气管之间设置废气再循环冷却器，对废气进行冷却后再与新鲜空气混合，减少冷凝水的产生，避免损坏涡轮增压器。
[0014] 作为优选，废气再循环进气管和废气再循环出气管的中部设有一段可伸缩的
波纹管。废气再循环进气管和废气再循环出气管的中部采用可伸缩的波纹管，可以使废气再循环系统的布置适用于不同的发动机布置空间，结构简单，节约空间，维护方便，有利于废气再循环系统的布置。
[0015] 作为优选，涡轮增压器上设有
废气旁通阀。当发动机低转速运转时，涡轮增压器中的压气机出口压力较低，废气旁通阀关闭，发动机排出的废气全部通过增压器的涡轮端，从而提高了涡轮的转速，能够产生较大的进气
增压压力，提高进气量，改善发动机的低速小负荷性能；当发动机高速运转时，增压后的进气压力超过一定值，增压后的气体将废气旁通阀排气执行器中的膜片顶起，带动废气旁通阀的拉杆移动，打开废气旁通阀
门，于是一部分废气不通过增压器的涡轮端，从废气旁通阀的排气通道直接排入大气，使涡轮进口流量减少，压力降低，减少增压的压力。起到协助控制进气压力和进气量的作用，从而使尾气排放得到控制。
[0016] 作为优选，缸盖两侧边缘对应各气缸处设有若干均匀分布的安装孔，缸盖和发动机缸体通过穿过安装孔的紧固
螺栓连接。缸盖紧固螺栓的布置，对
汽车缸盖的受力情况，对气缸孔的
变形，对汽车缸盖的密封
衬垫的可靠性都有密切关系，紧固螺栓的数量应适量且距气缸边缘的距离尽可能近，保障各紧固螺栓分布的
载荷尽可能均匀，不使紧固螺栓将缸盖拉变形。
[0017] 作为优选，从各气缸对应的靠近排气管一侧的安装孔到靠近进气管一侧的安装孔之间分别设有纵向排列的用于布置水道的水道孔、用于安装
气门导管的气门导管孔和用于安装
喷油器的喷油器孔，靠近排气管一侧的各安装孔横向的两侧分别设有用于安装
推杆的推杆孔，水道孔横向的一侧设有
摇臂座安装面，气门导管孔包括进气门导管孔和排气门导管孔，进气门导管孔和排气门导管孔在横向上位于一条直线上，喷油器孔横向的一侧设有
电热塞安装孔。
[0018] 缸盖受到高温高压燃气作用，承受很大的紧固螺栓的预紧力，导致机械
应力大，且缸盖结构复杂，如果温度场严重不均匀，导致
热应力大，会引起缸盖出现裂纹和整体变形，因此缸盖的合理布置极为重要。本实用新型中的缸盖布置合理，温度场均匀，可以保证发动机的工作性能。
[0019] 作为优选，进气接管一端和进气管上分别设有接管
法兰，进气接管和进气管上的接管法兰通过固定螺栓和
螺母连接，进气歧管和排气歧管端部分别设有歧管法兰，歧管法兰上和缸盖上的进气通道和排气通道对应歧管法兰处设有连接孔，进气歧管和排气歧管通过穿过连接孔的固定螺栓和螺母分别与进气通道和排气通道相连接。用接管法兰连接进气歧管和进气管，安装方便快捷，安装效率高，且连接牢固可靠，不易漏气。在进气歧管和排气歧管上设置歧管法兰，安装时可以实现快速对位，安装操作简单，安装效率高，且便于拆卸和维护。
[0020] 因此，本实用新型具有如下有益效果：
[0021] (1)在进气管和排气管之间设置废气再循环系统，将已经燃烧过的废气与新鲜空气混合使之再次燃烧，可以降低混合气的含氧浓度、吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度减慢、燃烧温度降低，因此可以有效减少NOx的生成量，降低污染物的浓度；
[0022] (2)利用电子进气节流阀和废气再循环阀对进入发动机气缸内的进气量进行调节，同时利用空气流量计和进气压力传感器对进气量进行监控等布置设计，通过空气流量计实时感知发动机的实际进气量，并与发动机的设定进气量进行比较，通过废气再循环阀开度大小来实时调整，达到闭环控制的目的；同时引入电子进气节流阀的控制，与安装进气接管上的进气压力传感器进行闭环控制，通过电子进气节流阀的开度调节进气量，对发动机进行热管理，提高低速小负荷运行工况下的发动机排气温度，不会影响尾气后处理过程中的SCR催化剂的催化活性，提高NOx的处理效率，使尾气排放达到国家标准；
[0023] (3)在进气管路中使用文丘里进气管，利用文丘里进气管的降压作用，提高废气再循环阀前与文丘里进气管喉口的压差，使废气再循环可以顺利进行；
[0024] (4)在废气再循环阀和废气再循环出气管之间设置废气再循环冷却器，对废气进行冷却后再与新鲜空气混合，减少冷凝水的产生，避免损坏涡轮增压器。
附图说明
[0025] 图1是本实用新型的俯视图。
[0026] 图中：1缸盖、101进气通道、102排气通道、103安装孔、104推杆孔、105水道孔、106气门导管孔、107喷油器孔、108摇臂座安装面、109电热塞安装孔、2文丘里进气管、3空气流量计、4电子进气节流阀、5进气接管、501接管法兰、6进气压力传感器、7进气管、701进气歧管、8排气管、801排气歧管、802歧管法兰、9涡轮增压器、901废气旁通阀、10废气再循环进气管、11废气再循环阀、12废气再循环冷却器、13废气再循环出气管。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
[0028] 本实用新型中使用的空气流量计、电子进气节流阀、进气压力传感器、废气再循环阀、废气再循环冷却器、涡轮增压器、废气旁通阀等均为本领域的常规装置，不是本实用新型的重点。
[0030] 如图1所示的实施例中，一种四缸柴油发动机空气管理系统，包括发动机缸体、设置在发动机缸体顶部的缸盖1以及与缸盖相连接的进气管路和排气管路。
[0031] 缸体内设有四个气缸，缸盖1两侧对应各气缸处分别设有四个与各气缸连通的进气通道101和排气通道102，缸盖两侧边缘对应各气缸处分别设有一个安装孔103，两侧各有四个均匀分布的安装孔，缸盖和发动机缸体通过穿过安装孔的紧固螺栓连接。从各气缸对应的靠近排气通道一侧的安装孔到靠近进气通道一侧的安装孔之间分别设有纵向排列的用于布置水道的水道孔105、用于安装气门导管的气门导管孔106和用于安装喷油器的喷油器孔107，靠近排气管一侧的各安装孔左右两侧分别设有用于安装推杆的推杆孔104，水道孔右侧设有摇臂座安装面108，气门导管孔包括进气门导管孔和排气门导管孔，进气门导管孔和排气门导管孔在横向上位于一条直线上，喷油器孔右侧设有电热塞安装孔109。
[0032] 进气管路包括依次连接的文丘里进气管2、进气接管5和进气管7，文丘里进气管上设有空气流量计3，文丘里进气管和进气接管之间设有电子进气节流阀4，进气接管一端和进气管上分别设有接管法兰501，进气接管和进气管上的接管法兰通过固定螺栓和螺母连接，进气接管与进气管连接处设有进气压力传感器6，进气管靠近缸盖一侧设有与缸盖上的四个进气通道对应的进气歧管701，进气歧管端部设有歧管法兰802，歧管法兰上和缸盖上的进气通道对应歧管法兰处设有连接孔，进气歧管通过穿过连接孔的固定螺栓和螺母与对应的进气通道相连接。
[0033] 排气管路包括排气管8和涡轮增压器9，排气管靠近缸盖一侧设有与缸盖上的四个排气通道对应的排气歧管807，排气歧管端部设有歧管法兰802，歧管法兰上和缸盖上的排气通道对应歧管法兰处设有连接孔，排气歧管通过穿过连接孔的固定螺栓和螺母与对应的排气通道相连接。
[0034] 涡轮增压器由涡轮室和增压器组成，涡轮室的进气口与发动机的排气歧管相连，涡轮室的排气口则接在排气管上；增压器的进气口与新鲜空气的进气管道相连，排气口接在进气管上，涡轮室和增压器内分别设有涡轮和叶轮，二者同轴刚性连接，涡轮增压器上还设有废气旁通阀901，废气旁通阀包括排气执行器和与排气执行器连接的拉杆。
[0035] 排气管和进气管之间设有废气再循环系统，废气再循环系统包括依次连接的废气再循环进气管10、废气再循环阀11、废气再循环冷却器12和废气再循环出气管13，废气再循环进气管通过连接法兰与排气管相连接，废气再循环出气管通过法兰与进气管相连接，废气再循环进气管和废气再循环出气管的中部设有一段可伸缩的波纹管。
[0036] 柴油发动机工作时，新鲜空气依次经过文丘里进气管、进气接管、进气管和进气歧管进入发动机气缸，支持柴油进行燃烧，燃烧后的废气经排气歧管进入排气管。
[0037] 进入排气管中的废气一部分进入涡轮增压器，涡轮增压器利用废气的惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的叶轮，叶轮压缩输送由新鲜空气的进气管道来的空气，使之增压之后进入气缸，废气则排入尾气后处理单元进行后处理。当发动机低转速运转时，涡轮增压器中的出口气体压力较低，废气旁通阀关闭，发动机排出的废气全部通过增压器的涡轮端，从而提高了涡轮的转速，能够产生较大的进气增压压力，提高进气量，改善发动机的低速小负荷性能；当发动机高速运转时，增压后的进气压力超过一定值，增压后的气体将废气旁通阀排气执行器中的膜片顶起，带动废气旁通阀的拉杆移动，打开废气旁通阀门，于是一部分废气不通过增压器的涡轮端，从废气旁通阀的排气通道直接排入大气，使涡轮进口流量减少，压力降低，减少增压的压力。
[0038] 进入排气管中的另一部分废气在废气再循环阀的作用下进入废气再循环进气管，经废气再循环冷却器冷却后由废气再循环出气管进入进气管，与新鲜空气混合一起进入发动机气缸再参与燃烧。可以降低混合气的含氧浓度、吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度减慢、燃烧温度降低，因此可以有效减少NOx的生成量，降低污染物的浓度。
[0039] 利用电子进气节流阀和废气再循环阀对进入发动机气缸内的进气量进行调节，同时利用空气流量计和进气压力传感器对进气量进行监控等布置设计，通过空气流量计实时感知发动机的实际进气量，并与发动机的设定进气量进行比较，通过废气再循环阀开度大小来实时调整，达到闭环控制的目的。同时引入电子进气节流阀的控制，与安装进气接管上的进气压力传感器进行闭环控制，通过电子进气节流阀的开度调节进气量，从而控制空燃比，实现排气温度调节，对发动机进行热管理，提高低速小负荷运行工况下的发动机排气温度，不会影响尾气后处理过程中的SCR催化剂的催化活性，提高NOx的处理效率，使尾气排放达到国家标准。
