專利名稱：排氣回流再循環(huán)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的受控操作，特別涉及一種預(yù)先建立的邏輯模式和對(duì)預(yù)先建立的邏輯模式的修正以順序地和可調(diào)節(jié)地控制氣閥定時(shí)使排氣氣體進(jìn)行再循環(huán)從而減少氧化氮(NOx)排放物。
未來(lái)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)需要符合氧化氮(NOx)排放標(biāo)準(zhǔn)，而該標(biāo)準(zhǔn)正在逐步減小許可的排放量。該排放標(biāo)準(zhǔn)旨在減少排出氣體對(duì)空氣的污染，以符合環(huán)境保護(hù)方面的公共利益。一般地說(shuō)，有兩種減少氧化氮(NOx)排放量的技術(shù)。一種技術(shù)是通過(guò)降低燃燒溫度來(lái)改善燃燒狀況，而另一種技術(shù)是對(duì)排氣氣體的后處理。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，主要技術(shù)是采用催化轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行排氣氣體的后處理以減少NOx的排放。然而，這種技術(shù)在轉(zhuǎn)換器或空燃比的控制系統(tǒng)特別是氧氣傳感器的使用壽命和成本方面有不足之處。對(duì)大型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，這些缺點(diǎn)就成為比較嚴(yán)重的問(wèn)題。就發(fā)動(dòng)機(jī)的耐用性和熱效率方面而言，通過(guò)燃燒的改善來(lái)降低NOx的技術(shù)是具有它的優(yōu)點(diǎn)的。
業(yè)已證明，排氣氣體再循環(huán)(EGR)可減少NOx，同時(shí)具有制動(dòng)比油耗和排氣煙氣罰款損失較小較小的優(yōu)點(diǎn)。排氣氣體再循環(huán)是用排氣氣體來(lái)稀釋新鮮空氣進(jìn)氣以降低NOx，這里由于排氣氣體降低了最高燃燒溫度因而減少了NOx的生成。
排氣氣體再循環(huán)(EGR)過(guò)去常用的一種方法是在與進(jìn)入空氣混合前使排氣氣體先冷卻。先前的提供冷卻的排氣氣體再循環(huán)的方法是使用發(fā)動(dòng)機(jī)的外部管道、泵和冷卻排氣氣體的熱交換器，把排氣系統(tǒng)的排出氣體傳送到空氣進(jìn)氣系統(tǒng)。排出氣體在廢氣渦輪增壓器的渦輪的前面或后面的排氣系統(tǒng)傳送到在廢氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)的前面或后面的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)。但其結(jié)果是由于增加了零部件的數(shù)量和復(fù)雜程度而增加了用戶的成本和增加了附件故障的可能性。
因此，就需要一種不用外部附件依靠發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的能力就能獲得冷卻的排氣氣體再循環(huán)的裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)則帶有控制進(jìn)、排氣門和噴油嘴的電子控制裝置。
本發(fā)明的目的就是要克服上述的一個(gè)或幾個(gè)方面的問(wèn)題。
本發(fā)明的一方面是提供一種裝置，它適用于包含數(shù)個(gè)燃燒室和每個(gè)燃燒室有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)排氣口的發(fā)動(dòng)機(jī)。在各個(gè)燃燒室內(nèi)活塞可以往復(fù)移動(dòng)以形成進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。所述裝置包括氣流控制裝置，該氣流控制裝置包括進(jìn)氣裝置，用于有選擇地阻止或許可氣流進(jìn)入和離開各燃燒室;和排氣裝置，用于有選擇地阻止或許可氣流進(jìn)入和離開各燃燒室。該裝置還包括根據(jù)控制信號(hào)，獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)所述的每個(gè)進(jìn)氣裝置和排氣裝置的裝置;和響應(yīng)于測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)的電子控制裝置。所述的電子控制裝置響應(yīng)于測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)，使被選擇的部分燃燒室的排氣裝置啟動(dòng)，把排氣氣體從排氣傳送裝置引入燃燒室內(nèi)，然后在燃燒室內(nèi)壓縮排氣氣體，使燃燒室內(nèi)的排氣氣體膨脹和通過(guò)所述進(jìn)氣裝置的啟動(dòng)而把排氣氣體排入進(jìn)氣傳導(dǎo)裝置內(nèi)。
在本發(fā)明的另一方面是提供一種使一發(fā)動(dòng)機(jī)工作(運(yùn)行)的方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)包含有數(shù)個(gè)燃燒室。每個(gè)燃燒室有一進(jìn)氣口和一排氣口和一個(gè)在每個(gè)燃燒室內(nèi)可往復(fù)移動(dòng)的活塞。這個(gè)方法包括以下步驟監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況、把控制信號(hào)送向進(jìn)氣裝置和排氣裝置、根據(jù)一控制信號(hào)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每個(gè)進(jìn)氣裝置和排氣裝置、把排氣氣體從排氣傳送裝置引入燃燒室內(nèi)、在燃燒室內(nèi)壓縮排氣氣體、使在燃燒室內(nèi)的排氣氣體膨脹以及通過(guò)進(jìn)氣裝置的啟動(dòng)把排氣氣體排入進(jìn)氣傳送裝置內(nèi)。


圖1是使用本發(fā)明的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的部分剖視的側(cè)面示意圖;
圖2是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的剖視圖;
圖3是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的部分剖視的平面示意圖;以及圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的部分剖視的平面示意圖;
請(qǐng)參見圖1、2和3。圖中所示為一個(gè)直列型、四缸、壓燃式內(nèi)燃增壓發(fā)動(dòng)機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10包含有一個(gè)獲得冷卻的排氣氣體再循環(huán)(EGR)的裝置11。在這個(gè)特例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是以一依次具有進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣沖程的傳統(tǒng)的四沖程方式工作的。雖然本發(fā)明是以一個(gè)直列型四缸發(fā)動(dòng)機(jī)10這例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明和揭示的，但應(yīng)予理解的是，該系統(tǒng)同樣可用于，例如一增壓的多缸的V型的具有不同工作方式的發(fā)動(dòng)機(jī)。
發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一缸體12，其內(nèi)有數(shù)個(gè)缸孔14和一個(gè)缸體頂部的安裝表面16。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括一氣缸蓋18，它有一底部安裝表面20、一頂部表面22、一第一安裝側(cè)表面24，和一第二安裝側(cè)表面26。所述缸蓋的底部安裝表面20置于缸體頂部安裝表面16上并由數(shù)個(gè)圖中未畫出的緊固件以通常方式剛性地連結(jié)成一體。缸體12和缸蓋18也可以是本來(lái)就形成一體的一個(gè)整體。
在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)可置換的、其內(nèi)形成有一缸套活塞孔32的缸套30，被置于每個(gè)缸體孔14內(nèi)。這些缸套活塞孔32形成數(shù)個(gè)缸筒1＃、2＃、3＃和4＃。每個(gè)活塞孔32內(nèi)設(shè)有一個(gè)可在其中滑動(dòng)的活塞，用于以傳統(tǒng)方式驅(qū)動(dòng)曲軸36。曲軸36可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在缸體12內(nèi)?；钊?4在其各自的缸套孔32內(nèi)，可在上止點(diǎn)(TDC)位置和下止點(diǎn)(BDC)位置之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。燃燒室44由所述的缸蓋18、缸套孔32和活塞34構(gòu)成。
如圖2所示，氣缸蓋18為所述缸筒1＃、2＃、3＃和4＃的每個(gè)燃燒室44形成一個(gè)進(jìn)氣口50和一排氣口52。各個(gè)進(jìn)氣口50從所述的缸蓋第一安裝側(cè)面24延伸到缸蓋底部安裝面20。各個(gè)排氣口52從所述的缸蓋第二安裝側(cè)面26延伸到缸蓋底部安裝面20。
在此具體實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是以標(biāo)準(zhǔn)的四沖程方式工作的。這種四沖程方式有一個(gè)預(yù)定的第一邏輯工作模式，在這個(gè)邏輯工作模式中，活塞34在各燃燒室44內(nèi)的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)位置之間作往復(fù)移動(dòng)以形成一進(jìn)氣沖程，在此進(jìn)氣沖程內(nèi)，新鮮空氣從進(jìn)氣口50被引入到燃燒室44內(nèi)。該活塞34進(jìn)一步在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一壓縮沖程，在該壓縮沖程內(nèi)，在燃燒室44內(nèi)的新鮮空氣被壓縮到預(yù)先確定的溫度范圍，燃油在上止點(diǎn)時(shí)或在上止點(diǎn)前被噴入，在此壓縮沖程過(guò)程中，在燃燒室44內(nèi)的燃油和空氣的混和物燃燒之前有一個(gè)所要求的延燃期。在活塞34運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)附近時(shí)，燃油和空氣混合物的燃燒發(fā)生。作為燃燒結(jié)果，通過(guò)膨脹的排氣氣體的驅(qū)動(dòng)，活塞34在燃燒室44內(nèi)的上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間運(yùn)動(dòng)以形成一個(gè)膨脹沖程。接著，活塞34在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一個(gè)排氣沖程，在此排氣沖程內(nèi)，排氣氣體從燃燒室44排入到排氣口52中。
從圖2和3中可以清楚地看出，一個(gè)進(jìn)氣傳送裝置53與燃燒室44相連以把氣流導(dǎo)入或引離燃燒室。所述的進(jìn)氣傳送裝置53包括一個(gè)進(jìn)氣歧管54，它是用數(shù)個(gè)緊固件55以通常方式剛性地連接于缸蓋的第一側(cè)表面24。該進(jìn)氣歧管54提供一進(jìn)氣歧管通道56和數(shù)個(gè)互連的進(jìn)氣歧管分支通路57。這些進(jìn)氣管分支通路以傳統(tǒng)方式與進(jìn)氣口50相通。
所述發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括一個(gè)廢氣渦輪增壓器58，它有一輸入空氣的壓縮機(jī)59和一由排氣氣體驅(qū)動(dòng)的渦輪60。該壓縮機(jī)59由一進(jìn)氣管61以傳統(tǒng)方式連結(jié)于進(jìn)氣歧管通道56，把經(jīng)增壓的空氣供向燃燒室44。一冷卻器62置于進(jìn)氣導(dǎo)管61管路中所述壓縮機(jī)59和進(jìn)氣歧管通道56之間。
排氣導(dǎo)管63連結(jié)于燃燒室44，以把氣體導(dǎo)入或引離燃燒室。該排氣導(dǎo)管裝置63包括一個(gè)排氣歧管64，由數(shù)個(gè)緊固件65以通常方式剛性地連結(jié)于氣缸蓋的第二安裝表面26。該排氣歧管64提供一排氣歧管通道66和數(shù)個(gè)互連的排氣歧管分支通路68。這些排氣歧管分支通路68以傳統(tǒng)方式與排氣口52相通。
廢氣渦輪增壓器58的由排氣氣體驅(qū)動(dòng)的渦輪60由一排氣氣體導(dǎo)管69連結(jié)于排氣歧管通道66。離開燃燒室44的排氣氣體驅(qū)動(dòng)渦輪60，渦輪60再以傳統(tǒng)方式驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)59。
該發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括氣流控制裝置70，用于選擇地使進(jìn)氣歧管54和排氣歧管62與燃燒室44連通。所述的氣流控制裝置70包括各燃燒室44的進(jìn)氣裝置72、排氣裝置74和根據(jù)一控制信號(hào)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每個(gè)進(jìn)氣裝置和排氣裝置的裝置76。
該進(jìn)氣裝置72在此具體實(shí)例中，包括一安裝在每一個(gè)進(jìn)氣口50內(nèi)的進(jìn)氣門82和用于氣缸蓋18內(nèi)支承往復(fù)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)氣門的進(jìn)氣門支承機(jī)構(gòu)84。但要認(rèn)識(shí)到，所述的進(jìn)氣裝置72可以包括多個(gè)進(jìn)氣門82和進(jìn)氣門支承裝置84。
所述進(jìn)氣門82包括一進(jìn)氣門桿88、一設(shè)置在進(jìn)氣門桿一端上的進(jìn)氣門頭部90和設(shè)置在另一端上的擴(kuò)大的進(jìn)氣門保持圈92。所述的進(jìn)氣門頭部90有一個(gè)環(huán)狀進(jìn)氣門密封面94，該密封面具有一足夠的尺寸，以密封地座落在進(jìn)氣口50的周圍的一環(huán)狀進(jìn)氣口座面96上。
所述的進(jìn)氣支承裝置84包括一進(jìn)氣門導(dǎo)管98。進(jìn)氣門導(dǎo)管98安裝在氣缸蓋18內(nèi)并包含所述的進(jìn)氣門桿88。一進(jìn)氣門彈簧100圍繞進(jìn)氣門桿88，并延伸在缸蓋頂面22和進(jìn)氣門保持圈92之間。該進(jìn)氣門彈簧100把進(jìn)氣門密封面94壓緊在進(jìn)氣口座面96上直到該進(jìn)氣門密封面94移離進(jìn)氣口座面。
參看圖1和2。在此具體實(shí)例中，排氣裝置74包括一安裝在每一排氣口52內(nèi)的排氣門112，和用于支承在氣缸蓋18內(nèi)的往復(fù)移動(dòng)的排氣門112的一排氣門支承裝置114。但要認(rèn)識(shí)到所述的排氣裝置可以包含多個(gè)排氣門112和排氣門支承裝置154。
所述的排氣門112包括一排氣門桿118、一設(shè)置在所述排氣門桿的一端的排氣門頭部120、和設(shè)備在另一端上的一個(gè)排氣門保持圈122。該排氣門頭部120具有一個(gè)環(huán)狀的排氣門密封面126，它有一個(gè)足夠的尺寸，以密封地座落在排氣口52周圍的一環(huán)狀排氣口座面128上。
該排氣門支承裝置114包括一排氣門導(dǎo)管130。排氣門導(dǎo)管130安裝在氣缸蓋18內(nèi)并包含排氣門桿118。一排氣門彈簧132圍繞所述的排氣門桿118設(shè)置并延伸在缸蓋頂面22和排氣門保持圈122之間。該排氣門彈簧把排氣門密封面126緊壓在排氣口的座面168上，直到排氣門密封面移離排氣口座面128。
在這個(gè)較佳實(shí)施例中，如圖2所示，用于驅(qū)動(dòng)每一個(gè)進(jìn)氣裝置72和排氣裝置74的裝置76包括相同數(shù)目的壓電式馬達(dá)136(圖中只畫出1個(gè))。但要認(rèn)識(shí)到，也可使用螺線管、音頻線圈或可作線性位移的電磁式組件來(lái)取代該電壓式馬達(dá)136。每個(gè)壓電式馬達(dá)136置于組合式閥門驅(qū)動(dòng)裝置138內(nèi)。該組合式閥門驅(qū)動(dòng)裝置138包括一個(gè)閥門驅(qū)動(dòng)組件140，它分別與相應(yīng)進(jìn)氣門和排氣門端保持圈92和122相鄰的進(jìn)、排氣門82和112嚙合以通過(guò)電子方式操縱進(jìn)、排氣門。該氣門驅(qū)動(dòng)組件140包括一氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)殼體144，所述殼體144設(shè)有一階梯式的內(nèi)腔146，在內(nèi)腔146內(nèi)設(shè)置有一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣門驅(qū)動(dòng)活塞148;一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的閥門放大器活塞150和一個(gè)在其間的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的閥流室152。
在技術(shù)中，熟知的這種壓電式馬達(dá)136，響應(yīng)于具有預(yù)定數(shù)量的能量的電激勵(lì)而作線性地伸長(zhǎng)而在電激勵(lì)終止時(shí)收縮。電激勵(lì)數(shù)量的變化將使該電壓式馬達(dá)136根據(jù)電激勵(lì)量的大小而產(chǎn)生不同的線性伸長(zhǎng)。該壓電式馬達(dá)在直線方向上產(chǎn)生很大的力，但是其線性伸長(zhǎng)量卻小于使進(jìn)、排氣門的密封表面94和126移離進(jìn)、排氣口座面96和128的所要求的量。因此，設(shè)置執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣門驅(qū)動(dòng)活塞148、執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門放大器活塞150執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥流室152以便以下列方式轉(zhuǎn)換和放大壓電式馬達(dá)136的線性位移。由于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣門驅(qū)動(dòng)活塞148的線性位移與執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門放大器活塞150的線性位移的液力放大比是與執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣門驅(qū)動(dòng)器活塞148與執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥放大器活塞150的表面面積比成反比例，因此該執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門放大器活塞150的尺寸遠(yuǎn)小于執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣門驅(qū)動(dòng)活塞148。這樣，壓電式馬達(dá)136的較小的線性位移就被放大從而使該執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門放大器活塞150產(chǎn)生大得多的線性位移量。
發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括各個(gè)燃燒室44的燃油噴射器裝置186。該燃油器噴射裝置186包括一個(gè)電子控制的噴油器工作機(jī)構(gòu)188。從圖1和2可以清楚地看出，該電子控制噴油器工作機(jī)構(gòu)188包括一由電子控制的單個(gè)噴油器190，它具有傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)并安置在氣缸蓋18上的一個(gè)階梯的噴油器孔192內(nèi);和通過(guò)電子方式獨(dú)立地控制每一單個(gè)燃油噴油器190的裝置76。該裝置76與每個(gè)噴油器190相嚙合。由于用于單個(gè)噴油器190的裝置76，其設(shè)計(jì)和功能與用于進(jìn)、排氣裝置72和74的設(shè)計(jì)和功能基本上是相同的，因此它們?cè)诖瞬蛔髟斒?。而且任何傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)都可以在這里使用。
如圖1所示，電子控制系統(tǒng)208與驅(qū)動(dòng)裝置76相連，把那里的合適的控制信號(hào)傳送到所述驅(qū)動(dòng)裝置，以用工作于通常的四沖程方式的第一預(yù)定邏輯工作模式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)行功能控制。
該裝置11適用于發(fā)動(dòng)機(jī)10通過(guò)轉(zhuǎn)換排氣流的方向進(jìn)行排氣氣體的再循環(huán)。該裝置11包括一電子控制裝置212，它以不同于所述第一預(yù)定邏輯工作模式的第二預(yù)定邏輯工作模式把控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)裝置76。該電子控制裝置212包括電子控制系統(tǒng)208、若干控制信號(hào)、多個(gè)傳感器216(圖中畫出了其中的一個(gè))、和一個(gè)微處理機(jī)218。所述的傳感器216把發(fā)動(dòng)機(jī)10的有關(guān)工作參數(shù)例如，噴油泵齒條的位置、氧化氮(NOx)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)、負(fù)荷、增壓度、溫度、與每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)的參數(shù)(rpms)和空氣燃油混合物的信息傳遞到微處理機(jī)218。
在所述第二預(yù)定邏輯工作模式中，所述的電子控制裝置212響應(yīng)于檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作參數(shù)，使選出的一小組燃燒室44以一四沖程排氣回流工作方式進(jìn)行工作，而其他的燃燒室則保持通常的四沖程工作方式。在該四沖程排氣回流方式中，一部分的被冷卻的排氣氣體進(jìn)行再循環(huán)并與新鮮空氣相混合。應(yīng)該理解所述的選出的組合可以是一個(gè)單個(gè)的燃燒室44也可以是兩個(gè)以上燃燒室，這并不背離本發(fā)明的本質(zhì)。
所述的四沖程回流工作方式依次具有回流進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣沖程。在所述的回流進(jìn)氣沖程內(nèi)，被選出的燃燒室的活塞34在燃燒室44內(nèi)上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間往復(fù)地移動(dòng)，在此過(guò)程中，排氣氣體通過(guò)活塞的下行程從排氣歧管的分支通道59返回進(jìn)入燃燒室44內(nèi)。在所述的回流進(jìn)氣沖程中，該進(jìn)氣門82保持密封地座落在進(jìn)氣口貼合面96上，防止新鮮空氣從進(jìn)氣歧管分支通道56吸入。
在所述的回流壓縮沖程內(nèi)，活塞34在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，排氣氣體通過(guò)活塞的上行程在燃燒室44內(nèi)受壓縮。在所述的回流動(dòng)壓縮沖程內(nèi)，進(jìn)氣門82和排氣門112分別保持密封地貼合在其進(jìn)氣口貼合面96和排氣口貼合面128上。在所述的回流動(dòng)壓縮沖程內(nèi)，用于選出的燃燒室44的該燃油噴油器執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件196未被驅(qū)動(dòng)因而沒有燃油噴射到燃燒室44內(nèi)。
在所述的回流膨脹沖程內(nèi)，活塞34在燃燒室44內(nèi)上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間作下行程運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，排氣氣體在燃燒室44內(nèi)膨脹。在該回流膨脹沖程內(nèi)，該進(jìn)氣門82和排氣門112分別密封地座落在其進(jìn)氣口座面96和排氣口座面128上。
在所述的回流排氣沖程內(nèi)，活塞34在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，排氣氣體通過(guò)活塞34的向上行程被從燃燒室44泵入進(jìn)氣歧管分支通道內(nèi)。在回流排氣沖程內(nèi)，進(jìn)氣裝置72被啟動(dòng)，打開進(jìn)氣門82，而排氣門112保持密封地貼合在排氣口貼合面128上。
現(xiàn)請(qǐng)參閱圖4。下面描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，一輸送導(dǎo)管230連接在進(jìn)氣導(dǎo)管61和一個(gè)進(jìn)氣歧管分支通道56之間。該導(dǎo)管230與導(dǎo)管61的連接點(diǎn)位于廢氣渦輪增壓器58的壓縮機(jī)59和冷卻器62之間。一個(gè)第一電子控制閥232設(shè)置在所述的導(dǎo)管230內(nèi)，它響應(yīng)于來(lái)自微處理機(jī)218的信號(hào)而有選擇地阻止或許可排氣氣體從一個(gè)所選定的燃燒室44通向進(jìn)氣導(dǎo)管61。一個(gè)第二電子控制閥234設(shè)置在一個(gè)進(jìn)氣分支通道56內(nèi)，它響應(yīng)于來(lái)自微處理機(jī)218的信號(hào)通過(guò)一進(jìn)氣分支通道56而有選擇地阻止或許可新鮮空氣流入所選定的一個(gè)燃燒室44內(nèi)。
在使用中，發(fā)動(dòng)機(jī)10利用裝置76驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣和排氣氣門裝置72和74。所述的微處理機(jī)218通過(guò)一個(gè)程序邏輯來(lái)處理由傳感器216提供的信息并根據(jù)分析的結(jié)果把一電流送向所選定的壓電式馬達(dá)136以驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門組件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)86、排氣門組件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)156、和燃油噴射器組件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)194。所述的進(jìn)、排氣門工作裝置72和74和燃油噴射器裝置186是彼此獨(dú)立地被驅(qū)動(dòng)的，因此，所述的進(jìn)氣門182、排氣門152和燃油噴油器190都被獨(dú)立控制，以獲得發(fā)動(dòng)機(jī)10的氣門開、閉和燃油噴射的最佳時(shí)刻而不論曲軸36的旋轉(zhuǎn)位置如何。
所述的電子控制裝置212包括所述的電子控制系統(tǒng)208、若干控制信號(hào)、傳感器216，而所述的微處理機(jī)218連接于驅(qū)動(dòng)裝置76，以所述的第一和第二預(yù)定邏輯工作模式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)行功能控制。在該第一預(yù)定邏輯工作模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)是以通常的四沖程方式工作的。在第二預(yù)定邏輯工作模式中，一個(gè)或多個(gè)被選定的所述燃燒室44以使排氣回流再循環(huán)的四沖程工作方式進(jìn)行工作。
在所述的回流進(jìn)氣沖程中，在活塞34的向下行程中通過(guò)排氣門112的開啟使排氣氣體從排氣歧管分支通道68返回到燃燒室44內(nèi)。在所述的回流壓縮沖程中，排氣氣體通過(guò)活塞34的上行程被壓縮。在所述的回流膨脹沖程中，排氣氣體在活塞34下行程中膨脹。在回流排氣沖程中排氣氣體由活塞34的上行程而從燃燒室44排過(guò)進(jìn)氣閥82，至此，排氣氣體加入進(jìn)氣歧管分支通道57內(nèi)的新鮮進(jìn)氣實(shí)現(xiàn)再循環(huán)。排氣氣體的冷卻是在回流壓縮和膨脹沖程過(guò)程中通過(guò)把熱量傳向較冷的缸套30而獲得的。通過(guò)用經(jīng)過(guò)冷卻的排氣氣體稀釋新鮮空氣的排氣氣體再循環(huán)可減少NOx，這種稀釋降低了最高燃燒溫度因而減少了NOx的產(chǎn)生。
如圖4所示，如果要求排氣氣體在進(jìn)入燃燒室44之前進(jìn)行冷卻，則排氣氣體在進(jìn)入冷卻器62之前先從進(jìn)氣歧管分支通道57進(jìn)入進(jìn)氣導(dǎo)管61。
所述的電子控制裝置212是根據(jù)所檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作參數(shù)進(jìn)行工作的，這些工作參數(shù)包括噴油泵齒條位置、氧化氮(NOx)含量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)、負(fù)荷、增壓度、溫度、與轉(zhuǎn)速有關(guān)的參數(shù)以及空燃混合物，它根據(jù)這些參數(shù)，輸出控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)裝置76，使發(fā)動(dòng)機(jī)10以第一或第二預(yù)定邏輯工作式進(jìn)行運(yùn)行。
所述的裝置11是通過(guò)利用發(fā)動(dòng)機(jī)10的內(nèi)在能力而不是利用諸如管道和泵等的外部附件來(lái)獲得冷卻的排氣氣體再循環(huán)(EGR)的。
本發(fā)明的其他的方面、目的和優(yōu)點(diǎn)可從研究附圖、所揭示的內(nèi)容和所附的權(quán)利要求書中獲得。
權(quán)利要求
1.一種適于與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合使用的排氣氣體再循環(huán)裝置，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)包括數(shù)個(gè)燃燒室、用于每個(gè)燃燒室的一進(jìn)氣口和一排氣口，和一個(gè)活塞，所述的活塞在每個(gè)燃燒室內(nèi)上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間往復(fù)移動(dòng)以形成一進(jìn)氣沖程、在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一壓縮沖程、在上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一膨脹沖程、和在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一排氣沖程，所述的裝置包括氣流控制裝置，它包括進(jìn)氣裝置，用以有選擇地阻止和許可氣流進(jìn)入和離開每個(gè)燃燒室；和排氣裝置，用以有選擇地阻止許可氣流進(jìn)入和離開每個(gè)燃燒室；響應(yīng)于一控制信號(hào)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每個(gè)進(jìn)氣裝置和排氣裝置的裝置；和進(jìn)氣傳送裝置，它連接到所述的進(jìn)氣裝置用于使氣流送入或離開燃燒室；排氣傳送裝置，它連接到所述的排氣裝置用于使氣流進(jìn)入或離開燃燒室；電子控制裝置，它響應(yīng)于被檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)，使所選定的燃燒室的排氣裝置啟動(dòng)，把排氣氣體從所述的排氣傳送裝置送入到燃燒室內(nèi)，壓縮在燃燒室內(nèi)的排氣氣體、使在燃燒室內(nèi)的排氣氣體膨脹，以及通過(guò)啟動(dòng)進(jìn)氣裝置把排氣氣體排入所述的進(jìn)氣傳送裝置內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于，所述的進(jìn)氣裝置包括多個(gè)進(jìn)氣門，每個(gè)進(jìn)氣門安裝在一個(gè)進(jìn)氣口內(nèi);和進(jìn)氣門支承裝置，用于往復(fù)地支承進(jìn)氣門。
3.如權(quán)利要求2所述的一種裝置，其特征在于，所述的進(jìn)氣門包括一個(gè)進(jìn)氣門桿、設(shè)置在所述進(jìn)氣門桿一端的一個(gè)進(jìn)氣門頭部和設(shè)置在另一端上的一個(gè)進(jìn)氣門保持圈;和進(jìn)氣門支承裝置，它包括包含所述進(jìn)氣門的一進(jìn)氣門導(dǎo)管和在所述的進(jìn)氣門桿周圍設(shè)置的一進(jìn)氣門彈簧。
4.如權(quán)利要求3所述的一種裝置，其特征在于所述的排氣裝置包括多個(gè)排氣門，其中每一個(gè)都安裝在一個(gè)排氣口內(nèi);和用于往復(fù)地支承排氣門的排氣門支承裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的一種裝置，其特征在于，所述的排氣門包括一排氣門桿、設(shè)置在排氣門桿的一端的一排氣門頭部和設(shè)置在另一端上的排氣門保持圈;和排氣門支承裝置，它包括包含所述排氣門桿的一排氣門導(dǎo)管和一設(shè)置排氣門桿周圍的一排氣門彈簧。
6.如權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于，用于驅(qū)動(dòng)的裝置包含一個(gè)壓電式馬達(dá)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于所述的電子控制裝置包括一個(gè)電子控制系統(tǒng)、一控制信號(hào)、一傳感器和一微處理機(jī)。
8.一種適用于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)燃燒室、用于每個(gè)燃燒室的一進(jìn)氣口和一排氣口;一廢氣渦輪增壓器，它包含一個(gè)連接于所述進(jìn)氣口的壓縮機(jī)和一個(gè)連接于所述排氣口的渦輪;和一活塞，它在每一燃燒室內(nèi)上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間往復(fù)地移動(dòng)以形成一進(jìn)氣沖程、在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以成一個(gè)壓縮沖程、在上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一個(gè)膨脹沖程、和在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一排氣沖程;所述的裝置包括氣流控制裝置，它包括用于有選擇地阻止和許可氣流進(jìn)入和離開各燃燒室的一進(jìn)氣門;一排氣裝置，它包括一排氣門，它用于有選擇地阻止和許可氣流進(jìn)入和離開每個(gè)燃燒室;根據(jù)一控制信號(hào)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每個(gè)進(jìn)氣門和排氣門的裝置;和進(jìn)氣傳送裝置，它連接于進(jìn)氣裝置，用以把氣流送入和引離燃燒室;排氣傳送裝置，它連接于排氣裝置，用于把氣流送入和引離燃燒室;電子控制裝置，用于使所選定的燃燒室的排氣門啟動(dòng)，把排氣氣體從所述的排氣傳送裝置送入燃燒室內(nèi)、壓縮在燃燒室內(nèi)的排氣氣體、膨脹在燃燒室內(nèi)的排氣氣體和通過(guò)進(jìn)氣閥的開啟將排氣氣體排入所述的進(jìn)氣傳送裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)包括一氣缸蓋，它有一缸蓋頂面;而氣流控制裝置還包括進(jìn)氣門支承裝置，用于往復(fù)地支承在氣缸蓋內(nèi)的進(jìn)氣門，以及所述的排氣門支承裝置，用于往復(fù)地支承在氣缸內(nèi)的排氣門。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該進(jìn)氣門包括一進(jìn)氣門桿、設(shè)置在所述進(jìn)氣門桿一端上的一進(jìn)氣門頭部和設(shè)置在另一端上的一進(jìn)氣門保持圈;所述的進(jìn)氣門支承裝置包括安裝在氣缸蓋內(nèi)的和包含所述進(jìn)氣門桿的一進(jìn)氣門導(dǎo)管;和一進(jìn)氣門彈簧，它圍繞所述進(jìn)氣門桿設(shè)置并延伸在缸蓋頂面和進(jìn)氣門保持圈之間。
11.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述的排氣門包括一排氣門桿、設(shè)置在排氣門桿一端上的一排氣門頭部和設(shè)置在另一端上的一排氣門保持圈，和所述的排氣門支承裝置包括安裝在氣缸蓋內(nèi)和包含進(jìn)氣門桿的一排氣門導(dǎo)管和一排氣門彈簧，它圍繞排氣門桿設(shè)置和延伸在缸蓋頂面和排氣門保持圈之間。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括一壓電式電動(dòng)機(jī)。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的電子控制裝置包括一電子控制系統(tǒng)、一控制信號(hào)、一傳感器和一微處理機(jī)。
14.一種使一發(fā)動(dòng)機(jī)工作的方法，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有多個(gè)燃燒室、用于每個(gè)燃燒室的一進(jìn)氣口和一排氣口，和一活塞，它在每個(gè)燃燒室內(nèi)上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間往復(fù)移動(dòng)以形成一進(jìn)氣沖程、在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一壓縮沖程、在上止點(diǎn)位置和下止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一膨脹沖程以及在下止點(diǎn)位置和上止點(diǎn)位置之間移動(dòng)以形成一排氣沖程;所述的方法包括以下步驟(a)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的工況;(b)把一控制信號(hào)輸出到進(jìn)氣裝置和排氣裝置;(c)響應(yīng)于一個(gè)控制信號(hào)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每個(gè)進(jìn)氣裝置和排氣裝置;(d)使排氣氣體從排氣傳送裝置進(jìn)入燃燒室內(nèi);(e)壓縮在燃燒室內(nèi)的排氣氣體;(f)使在燃燒室內(nèi)的排氣氣體膨脹;和(g)通過(guò)啟動(dòng)所述的進(jìn)氣裝置把排氣氣體送入進(jìn)氣傳送裝置。
全文摘要
一種通過(guò)排氣氣體再循環(huán)減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氧化氮的方法，本發(fā)明通過(guò)選擇至少一個(gè)燃燒室以四沖程排氣回流方式進(jìn)行工作來(lái)提供一排氣氣體再循環(huán)裝置，而其余未被選擇的燃燒室則以通常的四沖程方式工作。在所述的四沖程排氣回流工作方式中，排氣氣體被送入被選擇的部分燃燒室內(nèi)。排氣氣體然后在燃燒室中被壓縮和膨脹。排氣氣體的冷卻是在壓縮和膨脹沖程過(guò)程中獲得的。經(jīng)冷卻的排氣氣體再?gòu)娜紵遗懦雠c新鮮空氣混合。
文檔編號(hào)F02B3/06GK1080359SQ9310616
公開日1994年1月5日 申請(qǐng)日期1993年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月1日
發(fā)明者約翰·M·克拉克, 詹姆斯·J·費(fèi)萊梯 申請(qǐng)人:履帶拖拉機(jī)股份有限公司