專利名稱：實(shí)現(xiàn)egr系統(tǒng)的方法與裝置以及閥和調(diào)節(jié)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)EGR(廢氣再循環(huán))的方法與裝置，EGR尤其應(yīng)用于重型柴油機(jī)中。本發(fā)明還涉及一種特別適用于本發(fā)明的所述方法和裝置的閥，但該閥也可應(yīng)用在其它領(lǐng)域內(nèi)。最后，本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)柴油機(jī)的方法和裝置。
為減少有害廢氣含量，尤其是氮氧化物(NOX)，許多年以來，在許多型式的內(nèi)燃機(jī)中采用了所謂的EGR系統(tǒng)。這些系統(tǒng)允許一部分廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)，在那里它與輸入空氣混合而再被輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)。被再循環(huán)的廢氣替代一部分的輸入空氣，因而具有減少NOX形成的作用。一種所謂的EGR閥此時(shí)連同發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)一起安裝，所述閥的用途是調(diào)節(jié)再循環(huán)廢氣量。
在DE A 14 007 516中公開了按所附權(quán)利要求1至6前敘部分所述的方法和裝置。雖然該現(xiàn)有技術(shù)能將EGR系統(tǒng)應(yīng)用于增壓柴油機(jī)中，然而在增壓柴油機(jī)中，在增壓器下游的進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力高于再循環(huán)管道中的壓力，這是由于在該現(xiàn)有技術(shù)中，EGR閥的某些重大的缺點(diǎn)是固有的。因此，這些閥裝置包括設(shè)置在EGR再循環(huán)腔道內(nèi)和進(jìn)氣腔道內(nèi)的單獨(dú)的風(fēng)門。為這些風(fēng)門設(shè)置單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，使閥裝置變得復(fù)雜，同樣也使控制裝置變得復(fù)雜。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的是提供一種能使空氣/再循環(huán)廢氣的比率關(guān)系是調(diào)節(jié)變得更可靠而簡單的方法。至于本發(fā)明的裝置，其目的是要使閥裝置簡單化，并提供對其更可靠而簡單的控制。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種適用于混合兩股流經(jīng)兩輸入腔道的流體的閥。這樣一種閥應(yīng)適合于一般的用途，但尤其適用于柴油機(jī)的EGR系統(tǒng)，包括增壓柴油機(jī)的EGR系統(tǒng)。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種調(diào)節(jié)的方法和裝置，能改善裝有EGR系統(tǒng)的柴油機(jī)的調(diào)節(jié)。
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是藉助于權(quán)利要求1至6的特征部分中所規(guī)定的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。該閥裝置的結(jié)構(gòu)，由于包括兩風(fēng)門，其中兩風(fēng)門中的至少一個(gè)總是開啟著的，而另一個(gè)可借助于為這些風(fēng)門所共有的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)而關(guān)閉，因此變得簡單而工作可靠。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是藉助于權(quán)利要求13的前敘部分中所限定的閥來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是藉助于權(quán)利要求13和16的前敘部分中所規(guī)定的調(diào)節(jié)方法和裝置來實(shí)現(xiàn)的。因此，本發(fā)明的這方面是基于采用和閥裝置的控制裝置相連的測頭和傳感器，從而不僅能調(diào)節(jié)空氣/再循環(huán)廢氣比率關(guān)系，而且能調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料比率關(guān)系。本發(fā)明的這方面，對發(fā)動(dòng)機(jī)提供了改善的綜合調(diào)節(jié)，因此，使產(chǎn)生的污染量較少。
本發(fā)明的基本方面的優(yōu)先發(fā)展被規(guī)定在從屬權(quán)利要求中。
按本發(fā)明設(shè)想的EGR系統(tǒng)在Z設(shè)有現(xiàn)有技術(shù)催化劑和微粒過濾器的發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，導(dǎo)致NOX含量顯著減少。這一減少可達(dá)50％，因而能將現(xiàn)有柴油機(jī)升格到滿足現(xiàn)代排放要求，并將現(xiàn)代柴油機(jī)升格到滿足未來排放要求。
附圖簡述現(xiàn)在借助于附圖中所示的非限制性實(shí)施例來說明本發(fā)明。


圖1表示本發(fā)明的EGR系統(tǒng)的示意圖；圖2a表示本發(fā)明的切開的閥的一端部位；圖2b表示按圖2a中的箭頭B-B方向看時(shí)該閥的剖視圖；圖3a表示本發(fā)明的切開的閥的中間部位；圖3b表示按圖3a中的箭頭B-B方向看時(shí)該閥的剖視圖；圖4a表示本發(fā)明的切開的閥的第二端部位；圖4b表示按圖4a中的箭頭B-B方向看時(shí)該閥的剖視圖。
圖1是表示以標(biāo)號(hào)1指示的內(nèi)燃機(jī)的一些部件的示意圖，這是部件對于本發(fā)明是至關(guān)重要的。在所選的實(shí)施例例子中，該發(fā)動(dòng)機(jī)為透平增壓柴油機(jī)，但正如已提到的，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以是無增壓的柴油機(jī)或不同于透平增順型式的增壓柴油機(jī)?？諝饨?jīng)一空氣入口、一空氣濾清器2吸入發(fā)動(dòng)機(jī)1，并經(jīng)一空氣進(jìn)口管路3導(dǎo)入透平增壓器4，在增壓器中空氣被增壓，然而經(jīng)一中冷器5繼續(xù)輸送，在中冷器中，被增壓的空氣在它被輸入發(fā)動(dòng)機(jī)1之前被冷卻下來。來自發(fā)動(dòng)機(jī)1的廢氣首先流經(jīng)透平增壓器4的第二側(cè)，即驅(qū)動(dòng)側(cè)，然后經(jīng)排氣管6，觸媒7和微粒收集器8，最后經(jīng)尾管9排到大氣。
從尾管9，即在觸媒和微粒收集器后的排氣管的延伸，分出一支管，即再循環(huán)導(dǎo)管10，它將一部分廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)。再循環(huán)管10經(jīng)冷卻再循環(huán)廢氣的冷卻器11，并經(jīng)由EGR控制裝置13控制的閥裝置12連接于進(jìn)氣管3。閥裝置12，借助于EGR控制閥13，可調(diào)節(jié)來自進(jìn)氣管3的新鮮空氣供應(yīng)量和來自再循導(dǎo)管10的再循環(huán)廢氣供應(yīng)量之間的比率關(guān)系。
對調(diào)節(jié)該閥裝置12的EGR控制裝置13提供來自Lambda測頭、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器15和負(fù)荷傳感器16的關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的信息，并且使該控制閥按程序控制該閥裝置12，因此，達(dá)到了使離開尾管9并排入大氣的有害物質(zhì)含量最少的新鮮空氣/廢氣混合比率關(guān)系。EGR控制閥13就所上文所給的各種因素之間的比率關(guān)系以先前已知的方式執(zhí)行程序。如眾所周知的，Lambda測頭提供隨廢氣氧含量而變的輸出信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器16，例如，可以是一種節(jié)流閥位置傳感器和/或感知噴入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料量的傳感器。并且可附加上述傳感器之外的其它傳感器，以達(dá)到精細(xì)的調(diào)節(jié)。
閥裝置12可包進(jìn)氣道3中和再循環(huán)導(dǎo)管10中的一些單獨(dú)的閥，此時(shí)這些閥由EGR控制裝置13可單獨(dú)控制。或者，閥裝置12還可包括一個(gè)組件，在該組件內(nèi)，來自進(jìn)氣道3和再循環(huán)導(dǎo)管10的氣流借助于包含在該閥裝置內(nèi)的一些閥被一起帶到一公共輸出氣流，該氣流被再一步輸送到透平增壓器供增壓，并經(jīng)中冷器5輸入發(fā)動(dòng)機(jī)。一種成一體的特別適當(dāng)?shù)拈y裝置12是本發(fā)明的一個(gè)特殊部件，下文會(huì)作更詳細(xì)的說明。
在圖2-4中所示的閥是一種混合閥，它以這樣方式提供兩種流入流體的混合，使兩進(jìn)氣道之一中的流入流體自零可被調(diào)節(jié)到最大，隨后第二進(jìn)氣道中的流入流體自最大被調(diào)節(jié)到零。
按照本發(fā)明的方法和裝置，在圖2-4中被示為閥裝置12的本發(fā)明的閥的使用中，進(jìn)氣道3連于該閥的第二進(jìn)氣道18，而再循導(dǎo)管10連于該閥的第一進(jìn)氣道17。此外，在該閥中有一出氣道19，它在本實(shí)施例中將該閥中混合的氣體輸送到透平增壓器4。在兩進(jìn)氣道17和18中，有調(diào)節(jié)風(fēng)門20和21，它借助于一調(diào)節(jié)馬達(dá)22，如步進(jìn)馬達(dá)，能在開、閉位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，以開、閉該進(jìn)氣道。該兩風(fēng)門20、21被配置在中心軸23、24上，它們可借助于調(diào)節(jié)馬達(dá)22和一個(gè)由該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的作動(dòng)銷25來轉(zhuǎn)動(dòng)，所述作動(dòng)銷能使分別連于該軸23、24的作動(dòng)臂26、27擺動(dòng)。該作動(dòng)臂26、27由一個(gè)或多個(gè)彈簧28、29被彈簧加載到圖3中所示的名義位置，此時(shí)，將兩風(fēng)門20、21保持在使進(jìn)氣道17、18開啟位置。
在圖2a、b中所述的開動(dòng)位置上，調(diào)節(jié)馬達(dá)22借助其作動(dòng)銷25和作動(dòng)臂26，已將風(fēng)門20轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置，這樣，連于再循環(huán)導(dǎo)管10的第一進(jìn)氣道17被關(guān)閉，因而無廢氣可再循環(huán)到透平增壓器和發(fā)動(dòng)器。第二作動(dòng)臂27由彈簧29保持在其名義位置，這意味著在連接于進(jìn)氣道3的第二進(jìn)氣道18中的風(fēng)門21保持在其名義開啟位置，并允許輸入空氣經(jīng)出氣道19經(jīng)該閥自由流到透平增壓器。調(diào)節(jié)馬達(dá)22受EGR控制裝置13控制，以調(diào)節(jié)流經(jīng)進(jìn)氣道3的新鮮空氣和流經(jīng)再循環(huán)導(dǎo)管10的再循環(huán)廢氣之間的比率關(guān)系。在風(fēng)門21開啟的這個(gè)位置上，調(diào)節(jié)馬達(dá)22借助于其作動(dòng)銷25和作動(dòng)臂26，可將風(fēng)門20自圖2a、b中所示的全閉位置轉(zhuǎn)動(dòng)到圖3a、b中所示的位置，此時(shí)，風(fēng)門20還處在這樣一個(gè)第一進(jìn)氣道17也開啟位置。調(diào)節(jié)馬達(dá)還可將風(fēng)門20調(diào)節(jié)到在這兩個(gè)端部位置之間的任何位置。
在圖3a、b中所示的調(diào)節(jié)馬達(dá)2a的名義位置是這樣一個(gè)位置，它使調(diào)節(jié)馬達(dá)的作動(dòng)銷25并不作動(dòng)任何作動(dòng)臂26、27，但它們由彈簧28、29保持在一名義位置，此時(shí)，風(fēng)門20、21開啟兩進(jìn)氣道17、18。
圖4a、b表示和圖2a、b之一相反的位置，調(diào)節(jié)馬達(dá)22用其作動(dòng)銷25和作動(dòng)臂27將風(fēng)門21已轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置，這意味著進(jìn)氣道3和出氣道19的連接已完全中斷，而相反，連接于再循環(huán)導(dǎo)管10的第一進(jìn)氣道17全開，從而允許再循環(huán)廢氣繼續(xù)自由流經(jīng)出氣道19然而流到透平增壓器4，并進(jìn)一步流到發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，借助于調(diào)節(jié)馬達(dá)22，可將風(fēng)門21調(diào)節(jié)到圖3和4中所示的兩端部位置之間的任何中間位置，并允許新鮮空氣和再循環(huán)廢氣，受EGR控制裝置13控制，混合到所需要的值。
這樣，借助于本發(fā)明的閥，能以簡單的方式控制一個(gè)具有兩進(jìn)氣道和一名義位置的三通閥，此時(shí)兩進(jìn)道是開啟的，因此，這些進(jìn)氣道中的一個(gè)或另一個(gè)可被連續(xù)地調(diào)節(jié)，同時(shí)保持進(jìn)氣道繼續(xù)開啟。該閥當(dāng)然可用不同于上上述EGR控制裝置13的其它方式來控制，并可用于和上述十分不同的連接，此時(shí)需要有相應(yīng)的控制特點(diǎn)。
在本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法中，采用一控制裝置，將來自Lambda測頭14、馬達(dá)轉(zhuǎn)速傳感器15和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器16的信息供給該控制裝置。該控制裝置連接于一相應(yīng)于上文所述的閥裝置12的閥裝置，以調(diào)節(jié)流入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和/或再循環(huán)廢氣的量。該閥裝置被安排在空氣濾清器和發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道之間，并且，也像對該閥裝置12所說明的那樣，在進(jìn)氣道和再循環(huán)廢氣道內(nèi)可包括單獨(dú)的閥，即上文中也說明的這種三通閥。該一些閥裝置可按也如上述中所說明的相應(yīng)方式控制，因此，該控制裝置，根據(jù)所收到的輸入信號(hào)，通過調(diào)節(jié)流入空氣量同時(shí)調(diào)節(jié)所供給的新鮮空氣和再循環(huán)廢氣之間的比率關(guān)系。可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料比率關(guān)系。本發(fā)明的這方面能適用于帶或不帶增壓。
借助于本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法和裝置，能進(jìn)一步減少自柴油機(jī)尾管排出的廢氣中的NOX含量。
權(quán)利要求
1.一種使一部分廢氣自柴油機(jī)(1)的排氣管(6，9)再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的方法，該廢氣自排氣管(6，9)分流出來，經(jīng)再循環(huán)導(dǎo)管(10)被引到安置在發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣入口(2)之間的可控閥裝置(12)，能以所希望的比率關(guān)系將空氣/再循環(huán)廢氣供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，該閥裝置包括安置在進(jìn)氣道(17，18)內(nèi)的分別為再循環(huán)廢氣和空氣的風(fēng)門(20，21)，其特征在于這些風(fēng)門(20，21)之中的至少一個(gè)保持常開，而另一風(fēng)門(20，21)借助于為這些風(fēng)門所共有的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(22)來關(guān)閉。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于來自排氣管(6，9)的廢氣在觸媒(7)和微粒過濾器(8)之后被分流。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于由控制裝置(13)調(diào)節(jié)空氣/再循環(huán)廢氣的比率關(guān)系，該控制裝置根據(jù)有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息(14，15，16)來控制該閥裝置(12)。
4.按前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于再循環(huán)導(dǎo)管(10)中的廢氣在安置在再循環(huán)導(dǎo)管(10)內(nèi)的冷卻器(11)內(nèi)被冷卻。
5.按前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在增壓柴油機(jī)中，將再循環(huán)廢氣供給到空氣進(jìn)口(2)和增壓器(4)之間。
6.一種將一部分廢氣自柴油機(jī)(1)的排氣管(6，9)再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的裝置，設(shè)置一再循環(huán)導(dǎo)管(10)將廢氣自排氣管(6，9)分流出來，并將它們引導(dǎo)到安置在發(fā)動(dòng)機(jī)和其空氣入口(2)之間的可控閥裝置(12)，該閥能將空氣/再循環(huán)廢氣以所希望的比率關(guān)系供給發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的燃燒室，該閥裝置包括安排在進(jìn)氣道(17，18)內(nèi)的分別為再循環(huán)廢氣和空氣的風(fēng)門(20，21)，其特征在于將該閥裝置安排成使這些風(fēng)門中的至少一個(gè)保持常開，而將為這些風(fēng)門所共用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)安排成關(guān)閉這些風(fēng)門(20，21)中的另一個(gè)。
7.按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于閥裝置(12)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(22)受控制裝置(13)的控制，該控制裝置根據(jù)關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息(14，15，16)借助于風(fēng)門(20，21)的各種位置來調(diào)節(jié)該閥裝置(12)中空氣/再循環(huán)廢氣的比率關(guān)系。
8.按權(quán)利要求6-7之一所述的裝置，其特征在于該再循環(huán)導(dǎo)管(10)在觸媒(7)和微粒過濾器(8)之后連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管(6，9)。
9.按權(quán)利要求6-8之一所述的裝置，其特征在于具有一個(gè)安置在再循環(huán)導(dǎo)管(10)內(nèi)冷卻再循環(huán)廢氣的冷卻器(11)。
10.按權(quán)利要求6-9之一所述的裝置，其特征在于在具有增壓器的柴油機(jī)中，該閥(12)被安排在空氣入口(2)和該增壓器之間。
11.按權(quán)利要求6-10之一所述的裝置，其特征在于該驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)，它被安置來每次操作這些風(fēng)門(20，21)之一，并將其調(diào)節(jié)到一隨機(jī)位置。
12.按權(quán)利要求6-11之一所述的裝置，其特征在于在一名義位置上的兩風(fēng)門(20，21)由彈簧加載(28，92)到一開啟位置。
13.一種用以混合兩股流經(jīng)兩進(jìn)氣道(17，18)的流體的閥，其特征在于風(fēng)門(20，21)被安置在兩進(jìn)氣道(17，18)內(nèi)，這些風(fēng)門中的至少一個(gè)是常開的，一公用馬達(dá)(22)被安排來關(guān)閉所述風(fēng)門(20，21)中的另一個(gè)。
14.按權(quán)利要求13所述的閥，其特征在于是一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)(22)，它被安置來每次操作這些風(fēng)門(20，21)中的一個(gè)，并將其調(diào)節(jié)到一隨機(jī)位置。
15.按權(quán)利要求13或14所述的閥，其特征在于在一名義位置上的兩風(fēng)門(20，21)由彈簧加載(28，29)到一開啟位置。
16.一種調(diào)節(jié)柴油機(jī)的方法，來自柴油機(jī)的一部分廢氣被再循環(huán)到其進(jìn)氣口，供給柴油機(jī)的新鮮空氣和再循環(huán)廢氣由受控制裝置(13)控制的閥裝置(12)調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)所供給的新鮮空氣和再循環(huán)廢氣之間的比率關(guān)系，其特征在于將來自Lambda測頭(14)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(15)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器(16)的信息供給該控制裝置(13)，以借助于所述信息和該閥裝置來調(diào)節(jié)柴油機(jī)的空氣/燃料比率關(guān)系。
17.按權(quán)利要求16所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于將按 13-15之一所述的閥用作該閥裝置。
18.一種柴油機(jī)調(diào)節(jié)裝置，包括用以使來自柴油機(jī)的一部分廢氣再循環(huán)到其進(jìn)氣口的裝置，和一個(gè)受控制裝置(13)控制用來調(diào)節(jié)供給柴油機(jī)的新鮮空氣和再循環(huán)廢氣從而調(diào)節(jié)所供新鮮空氣和再循環(huán)廢氣之間比率關(guān)系的閥裝置(12)，其特征在于將Lambda測頭(14)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(15)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器(16)連接于控制裝置，從而對其提供信息，并且設(shè)置一控制裝置(13)，借助于所述信息和閥裝置(12)來調(diào)節(jié)柴油機(jī)的空氣/燃料比率關(guān)系。
19.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于該閥裝置是一個(gè)按權(quán)利要求13-15之一所述的閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將一部分廢氣從柴油機(jī)(1)的排氣管(6,9)再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的方法和裝置,該廢氣自排氣管(6,9)分流出來,經(jīng)一再循環(huán)導(dǎo)管(10)被引導(dǎo)到設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)和其進(jìn)氣管(2)之間的一可控閾裝置(12),該可控閥裝置允許空氣/再循環(huán)廢氣以所希望的比率關(guān)系供給發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的燃料室。本發(fā)明還涉及一種具有兩可控進(jìn)氣口的特殊閥,所述閥用于本發(fā)明的方法或裝置以及用于調(diào)節(jié)柴油機(jī)空氣/燃燒比率關(guān)系的調(diào)節(jié)方法和裝置。
文檔編號(hào)F02B29/04GK1332828SQ9981521
公開日2002年1月23日 申請日期1999年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月9日
發(fā)明者I·艾利松, M·布洛姆奎斯特 申請人:Stt伊姆特克公司