專利名稱：排氣再循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機，且更特定地涉及發(fā)動機內的排氣再循環(huán)(EGR) 系統(tǒng)。更特定地，本發(fā)明涉及更有效的排氣再循環(huán)。
發(fā)明內容
本發(fā)明是用于平穩(wěn)(即最小化脈動)在發(fā)動機內再循環(huán)的排氣流的 解決方案。
圖1是帶有具有存儲機構的EGR系統(tǒng)的發(fā)動機的圖；和 圖2是圖1中的EGR系統(tǒng)的另一個構造的圖。
具體實施例方式
為控制內燃機(例如柴油機)內的排放物，來自發(fā)動機的排氣的一 些可以再次引導或再循環(huán)回到發(fā)動機的氣缸內。將惰性物(即排氣)引 入到氣缸內可以最小化或防止NOx的產生，所述的NOx是關心的污染 物。本解決方案可以稱為排氣再循環(huán)(EGR) 。 EGR系統(tǒng)可以是開環(huán)系 統(tǒng)或取決于促動器的協(xié)調，例如可變噴嘴渦輪機(VNT)的翼片位置， 這可以協(xié)調排氣流回到發(fā)動機內。本系統(tǒng)可以通過將存儲設備添加到 EGR系統(tǒng)而改進排氣再循環(huán)。
圖1示出了本系統(tǒng)的示例性例子。圖中示出了系統(tǒng)10具有發(fā)動機 11和排氣再循環(huán)(EGR)機構，EGR機構具有流動控制機構12。流動 控制機構12可以是閥、泵等。現(xiàn)代發(fā)動機使用排氣再循環(huán)(EGR)以 降低發(fā)動機排出的NOx排放物以滿足嚴格的排放法規(guī)。EGR是將發(fā)動 機11的排氣14的一些再循環(huán)回到發(fā)動機。排氣14可以在進氣歧管15 前在位置18處或在進氣歧管15內與新鮮空氣16組合為混合物36。然 后，新鮮空氣16和排氣14的混合物可以通過進氣口 19在正確的時間 進入氣缸17。在此點上關心的是來自發(fā)動機的排氣14可能脈動地到來。 本系統(tǒng)可以有利地利用脈動且也提供平穩(wěn)的排氣流以分別再循環(huán)到歧 管15和氣缸17。這可以通過添加存儲設備42實現(xiàn)，存儲設備42可以 存儲來自發(fā)動機的排氣14。在脈動期間，排氣的流動可以用于將排氣的 一些存儲在存儲設備42內。用于在進氣歧管15的入口 34處再循環(huán)的 排氣43可以從存儲設備42供給，而同時可以以來自排氣歧管23的排 氣14通過入口流動控制機構44 (可以是選擇的)、管路41和排氣管 28再填充存儲設備42。接口 44可以可能地通過連接到控制器40的線 45控制。接口 44可以根據壓力、壓力脈動和/或流量而控制排氣14的 進入或排氣43的離開。接口 44可以是流動控制閥，該閥在一定時間允 許排氣14到存儲設備42內的單向流動。接口 44可以在排氣14的壓力 脈動期間或當排氣14超過一定的壓力時允許排氣14進入存儲設備42。 這意味著可以實現(xiàn)存儲設備42內的排氣的一定的壓力。此改進的壓力 可以幫助排氣43以充足的壓力通過EGR閥12,盡管在進氣系統(tǒng)區(qū)18 內的總壓力高于發(fā)動機的排氣系統(tǒng)管道28內的壓力。從存儲設備42輸 出的排氣43可以無脈動。另一方面，設備42的輸入口/輸出口可以簡單 地打開且作為對進入流動控制機構12內的排氣14的壓力脈動的緩沖。 存儲或容量的設備42可以最小化或消除對于排氣壓力脈動的處理和 EGR閥動作與脈動的相關協(xié)作的必需性。本解決方案也可以幫助控制對 排氣43的需求的氣缸與氣缸之間的變化，且按要求向不同的氣缸17提 供不同水平的EGR43。
圖2揭示了具有存儲設備42的EGR系統(tǒng)的另一個構造。 一些具有 壓力脈動的排氣14可以進入存儲設備42。 一些排氣14可以直接流向流 動控制機構12。也可以存在來自設備42的存儲的排氣43流向流動控制 機構12?？梢跃哂羞x擇的接口 44,所述的接口 44通過連接到控制器40 的線45控制且位于設備42的輸入/輸出處。接口44可以根據壓力、壓 力脈動和/或流量控制排氣14的進入或排氣43的離開。設備42的輸入 口/輸出口可以簡單地打開且作為對進入流動控制機構12內的排氣14的 壓力脈動的緩沖。
接口 44可以是閥，該閥在一定的時間允許排氣14到存儲設備42 內的單向流動。在排氣14的壓力脈動期間或當排氣14超過一定的壓力 時，接口 44可以允許排氣14進入存儲設備42。這意味著可以實現(xiàn)存儲 設備42內的排氣的一定的壓力。此改進的壓力可以幫助排氣43以充足 的壓力通過EGR閥或流動控制機構12,盡管在排氣43來流的時刻降低 的壓力和在進氣系統(tǒng)區(qū)18內的總壓力高于發(fā)動機的排氣系統(tǒng)管道28內 的壓力。從存儲設備42輸出的排氣43可以無脈動。存儲設備42可以 平穩(wěn)總的排氣14和43的壓力變化，且仍在流動控制機構12的輸入處
提供相對于排氣系統(tǒng)管道28內的排氣14的較高的總壓力。
如下可以提供本系統(tǒng)的基礎。 一定量的燃料在進入前或在通過到氣 缸的進氣門后可以添加到混合物36 (通過化油器或燃料噴射器)。此新 的混合物36可以在進氣循環(huán)期間進入各氣缸，如由到氣缸17的進氣門 25所允許。隨后，進氣門可以關閉且活塞21在氣缸內向上向在此未明 確地示出的氣缸蓋結構(氣缸蓋)壓縮混合物36,該氣缸蓋接附到包含 了氣缸的缸體的頂部。氣缸蓋可以蓋住且密封氣缸17,從而在活塞和氣 缸蓋之間封閉了體積。當活塞向其最靠近氣缸蓋的位置(即，上止點-TDC)移動時，混合物36的體積降低且壓力顯著地增加，同時位于氣 缸蓋內的進氣門25和排氣門26被關閉，因此維持了混合物36的體積 的密封。歧管15和23也接附到具有口 19和22的氣缸蓋，口19和22 將歧管連接到其各自的氣門25和26。氣門25和26可以是圓形的，但 在附圖中顯示為橢圓形，因為它們在氣缸蓋內相對于活塞21的頂部傾 斜地定向。替代地，氣門25和26可以與各進氣歧管和排氣歧管一起位 于發(fā)動機的氣缸體的頂部內，進氣歧管和排氣歧管接附到氣缸體。進氣 門25和排氣門26可以通過凸輪軸(未示出)打開和關閉，凸輪軸連接 到曲軸24。其他機構可以用于將燃料混合物置入發(fā)動機且從發(fā)動^/L去除 排氣。在大約活塞的最靠近氣缸蓋的點處，被壓縮的混合物36可以被 點燃(在柴油機內由于^f支高度壓縮的混合物的熱點燃，或在汽油機內由 于火花塞被點燃)且膨脹，因此在活塞上提供了很大壓力且將活塞從氣 缸蓋推離。活塞21可以連接到曲軸24,曲軸24通過燃燒的混合物36 在活塞上的力被旋轉，從而導致做功循環(huán)。當活塞接近其最遠離氣缸蓋 的位置(即下止點-BDC)時，排氣門26可以打開且活塞21沿氣缸17 向上返回且推動燃燒過的混合物或排氣14通過排氣門26離開氣缸17 通過排氣口 22到排氣歧管23,從而導致排氣循環(huán)。排氣門26可以關閉 且進氣門打開，因此當活塞21沿氣缸17向下移動離開氣缸蓋時允許活 塞21在其下一次進氣循環(huán)期間抽入另外的混合物36和一些燃料到氣缸 17內。對于給定的活塞21和氣缸17,次序或進氣、壓縮、做功和排氣 循環(huán)可以在曲軸24的下兩轉內自身重復。其他活塞21和氣缸17的每 個可以繼續(xù)相同的過程。然而，每個活塞可以具有其自己的循環(huán)次序， 該次序略微與其他活塞偏移曲軸24的半個到一個半轉。因此，在圖1 中示出的四缸發(fā)動機11的情況中，在曲軸24的每半轉期間，可以存在
來自活塞21中的一個的一個做功循環(huán)。發(fā)動機11可以替代地具有不同 個數(shù)的氣缸和構造，例如氣缸的直列布置、"V"型布置或對置布置。 發(fā)動機可以是任何類型的不具有活塞的內燃機。這樣的發(fā)動機的例子可 以是汪克爾發(fā)動機。
可以通過在混合物36進入氣缸17前將其與燃料一起壓縮而增加發(fā) 動機ll的功率，壓縮使用例如渦輪增壓器的機構進行。離開發(fā)動機ll 到歧管23內的排氣14可以通過排氣管28行進到渦輪機。排氣14可以 使得渦輪機以相對地高的每分鐘轉數(shù)(rpm)轉動或旋轉。在排氣14通 過渦輪機后，它們可以通過排氣管而離開渦輪增壓器。渦輪機又可以通 過軸使得壓縮機渦輪機轉動。渦輪機可以通過進氣管吸入新鮮空氣16 且將其輸出到管34內，管34連接到歧管15。因為空氣16到管34內的 移動遠快于自然吸氣發(fā)動機11的正常進氣，所以空氣16在通過歧管15 進入發(fā)動機時可能變得被壓縮。如果壓縮空氣16的壓力高于管28內的 排氣14的壓力，則排氣可能不經過打開的閥12且在管34或歧管15內 與空氣16混合以導致EGR。在此關心的是此差壓。
EGR可以通過可將排氣歧管23或排氣管28連接到進氣歧管或進氣 管34的管35或其他用于傳送的設備完成。在EGR流動管35內，開/ 關閥、比例流動閥或簧片閥可以作為閥12而位于管內。當使用開/關閥 或比例流動閥時，任一個可以以常規(guī)的慢時間尺度控制，以取決于發(fā)動 機11的曲軸24的載荷和速度來調節(jié)EGR。在兩個此情況中，排氣壓力 應大于進氣壓力以提供在正確的方向上的EGR流動。進氣壓力和排氣 壓力可以分別通過壓力傳感器37和38測量。傳感器37和38可以連接 到控制器40。來自傳感器37和38的信號可以用于確定跨過流動控制機 構12的差壓。壓力也可以通過合適地定位的差壓或壓差傳感器檢測。 可以通過傳感器39檢測曲軸的速度或轉速或轉數(shù)，所述的傳感器39靠 近接附到曲軸24的飛輪51。傳感器39可以連接到控制器40。閥和枳j 構12可以通過連接件53連接到控制器40?？刂破?0在計算來自與發(fā) 動機相關的參數(shù)的控制信號中可以利用數(shù)學模型和合適的控制邏輯、查 表和其他方案，以用于流動控制才幾構12。
當4吏用簧片閥時，EGR流動可以取決于這樣的非主動地控制的閥的 特征。在良好地設計的高度渦輪增壓的發(fā)動機11內，例如在柴油機內， 渦輪增壓器可以造成高于發(fā)動機排氣歧管壓力的進氣增壓。因此，為將
排氣14的流動從排氣歧管23或排氣管28引導到進氣管34或進氣歧管 15，時間平均的排氣歧管23的壓力應升高到進氣歧管15的壓力以上。 這可能是有問題的，因為基本上高于排氣壓力的進氣壓力可能否定渦輪 增壓器的正向泵送貢獻，且導致發(fā)動機的效率和燃料經濟性的損失。此 外，因為由于單獨的氣缸的作用，排氣壓力可能是脈動的，來自排氣的 脈動可能傳遞到進氣歧管15。在排氣歧管23的壓力下降且進氣歧管15 的壓力暫時地高于排氣壓力時，在壓力脈動期間完成的排氣14的流動 的一些可能逆轉。為獲得實現(xiàn)希望的EGR率的凈結果，發(fā)動機可能例 如通過阻塞了管28內的排氣14的流動而"背壓"，這可能導致發(fā)動機 的燃料經濟性損失。此外，因為要求了較高水平的EGR,燃料經濟性不 利增加，且在一些情況中，由于渦輪增壓器和發(fā)動機11的熱力學上的 限制，發(fā)動機將不能實現(xiàn)要求的EGR水平。
本設備或閥12可以解決導致EGR的流動的問題而不增加背壓。這 可以通過首先認識到排氣14壓力具有脈動且這些壓力脈動的幅值使得 它們對于一定時間期間超過進氣混合物36壓力來實現(xiàn)。這些壓力脈動 可以通過傳感器38檢測。通過在不利的或負壓梯度期間關閉管或管道 35內的EGR路徑，本流動控制才幾構或閥12可以防止逆向的EGR流動； 然而，在正向或向前的壓力期間然后可以再次打開路徑而具有最小的流 動約束。益處在于可以降低或消除導致希望的EGR流動的發(fā)動機背壓 要求。因此，EGR能"向上"流動，即在從排氣歧管23或排氣管28通 過管35到進氣歧管15或進氣管34流動的適當方向上，即使其中時間 平均的進氣歧管壓力高于時間平均的排氣歧管壓力。流體(例如氣體14 ) 的流動或流量可以使用流動傳感器檢測和測量，該流動傳感器可以通過 線53連接到控制器40。流動傳感器可以位于管35內靠近流動控制機構 12或在才幾構12內。
為實現(xiàn)此現(xiàn)象，本設備或閥12可以具有可控的打開的"窗，，區(qū)， 使得流動面積、打開時間和關閉時間可以被控制以符合有利的壓力脈 動，因此僅當將發(fā)生向前流動時打開，且僅對于與希望的EGR流量相 容的持續(xù)時間打開。閥可以非常迅速地控制流體(即氣體或液體)的流 動，其中以可移動的機械障礙物打開和關閉窗。
基于一個個氣缸可以控制閥12打開面積和定時以實現(xiàn)對于每個排 氣脈動的定制的EGR流動，且名義上將EGR流動相對于每個脈動均等
化。每個氣缸可以具有通過連接線52連接到控制器40的單獨的壓力傳 感器(未示出)。如果存在導致了在排氣再循環(huán)率上的循環(huán)與循環(huán)和氣 缸與氣缸之間的變化的排氣脈動強度的顯著的在循環(huán)與循環(huán)之間的變 化，這可能是特別地有用的。這可能意味著如果氣缸提供不同的功率的 量，則再循環(huán)氣體可能以調節(jié)的和不同的量以適時的方式提供到氣缸的 每個，以導致來自氣缸的每個的相同的功率量。來自氣缸的功率的此均 勻性可能導致運行非常平穩(wěn)和有效的發(fā)動機。
因為來自給定的氣缸情況的排放物可能特別地對于EGR率敏感， 所以作為排氣壓力脈動強度的函數(shù)來控制EGR率可以特別地在排放、 經濟性和動力上是有益的。此控制策略可以通過使用多種其他類型的傳 感器而被強化，這些傳感器可以用于測量沖擊、振動、脈動、溫度、混 合物和發(fā)動機系統(tǒng)的其他參數(shù)。來自這些傳感器的信號可以輸入到處理 器或控制器，以向流動控制機構12提供合適的信號而用于有效的EGR。 EGR流動控制可以基于使用壓力傳感器和/或其他相關傳感器連同數(shù)學 模型和合適的控制邏輯?？刂破?0可以合并了用于基于來自壓力傳感 器和/或其他如上所述的相關傳感器的參數(shù)信號來控制EGR流動的數(shù)學 模型和控制邏輯。
在本說明書中，問題的一些可以具有假設性或預言性本質，但以另 外的方式或時態(tài)來陳述。
雖然已參考至少一個圖示的例子描述了本發(fā)明，但在閱讀本說明書
時，許多變化和修改對于本領域一般技術人員將變得顯見。因此，意圖 是考慮到現(xiàn)有技術盡可能寬泛地解釋附帶的權利要求，以包括所有這樣 的變化和修改。
權利要求
1. 一種排氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括:具有輸入口和輸出口的流動控制機構；和具有連接到流動控制機構的輸入口的輸出口的存儲設備。
2. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中 流動控制機構的輸出口用于連接到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)；和 存儲設備的輸入口用于連接到發(fā)動機的排氣系統(tǒng)。
3. 根據權利要求2所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到流動控制機構的 控制器。
4. 根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其中存儲設備具有連接到存儲設備 的輸入口的流動控制閥。
5. 根據權利要求4所述的系統(tǒng)，其中流動控制閥允許排氣到存儲設 備的單向流動。
6. 根椐權利要求5所述的系統(tǒng)，其中在排氣的壓力脈動期間，流動 控制機構允許排氣進入到存儲設備內。
7. 根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其中流動控制機構連接到控制器。
8. —種用于排氣再循環(huán)的方法，包括 將排氣的部分從發(fā)動機引導到室；和 將排氣從室傳送到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)。
9. 根據權利要求8所述的方法，進一步包括將排氣與空氣在進氣系 統(tǒng)內組合。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中排氣的部分來自發(fā)動機的排 氣的壓力脈動。
11. 根據權利要求IO所述的方法，進一步控制了排氣從室向進氣 系統(tǒng)的傳送。
12. 根據權利要求11所述的方法，以控制器控制了排氣的傳送。
13. —種排氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括 具有輸入和l敘出的流動控制機構；和具有連接到流動控制機構的輸入的輸出和輸入的存儲設備。
14. 根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中 流動控制機構的輸入用于連接到發(fā)動機的排氣系統(tǒng)；和 流動控制機構的輸出用于連接到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)。
15. 根據權利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到流動機構的 控制器。
16. 根據權利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括 在流動控制機構的輸入處的第一壓力傳感器；和 在流動控制機構的輸出處的第二壓力傳感器；和 其中第一和第二壓力傳感器連接到控制器。
17. —種具有存儲器的按需的EGR控制設備，包括 具有用于連接到發(fā)動機的進氣的輸出的排氣再循環(huán)閥；和 具有用于連接到發(fā)動機的排氣的輸入且具有連接到排氣再循環(huán)閥的輸入的輸出的容器。
18. 根據權利要求17所述的控制設備，其中容器用于吸收排氣的 壓力樂&動。
19. 根據權利要求18所述的控制設備，進一步包括在容器的輸入 處的接口機構。
20. 根據權利要求19所述的控制設備，其中接口機構允許在一定 的壓力以上的排氣進入到容器內。
全文摘要
一種連接到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的流動控制機構。機構可以實現(xiàn)盡管在變化的差壓或壓力脈動時的排氣再循環(huán)?？刂茩C構可以連接到存儲設備。脈動可以用于將排氣的一些存儲在存儲設備內?？梢怨┙o在進氣歧管處需要的排氣而同時補充排氣。存儲可以消除處理壓力脈動且流動控制機構與脈動的相關協(xié)作的必需性。
文檔編號F02M25/07GK101395359SQ200680049045
公開日2009年3月25日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權日2005年10月26日
發(fā)明者S·N·科拉維努 申請人:霍尼韋爾國際公司