用于汽油燃料發動機的廢氣再循環系統的制作方法

專利名稱：用于汽油燃料發動機的廢氣再循環系統的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及內燃機中的廢氣再循環，更精確的說涉及一種特別適用于汽油 燃料發動機的廢^f盾環系統。
背景技術：
由于針對柴油機廢氣中氮氧化物(NOx)水平的所預期的更為嚴格的法規，現 在*界都在廣泛地開展研發活動以生產出 一種可在這種柴油機中凈化廢氣并降 低NOx排放水平的系統。這些研發工作大部分都集中在用于大功率(即在it^各上) 應用(例如重型貨車的發動機)的渦輪增壓柴油機的廢氣凈^^支術上。
為itbR出了一些解決方案，包括含有幾個子過程(例如，水的噴射，尿素的添 加)的催化處理方法，其不僅昂貴且具有復雜又占空間的零部件這樣形式的缺陷。 EGR (廢氣再循環)概念吸引人們的興M因為其不僅具有成本方面的優勢而且預 期能夠提供安全的運行以及簡單緊湊的結構。
在重型柴油機運轉過程中發生的渦輪增壓期間，排氣壓力在大多數情況下低于 入口壓力，因此若在沒有為獲得紋的廢氣供給而采取措施時，無法4級氣進行再 循環。這些措施可以為的形式，例如，文氏管方案，排氣節iH進氣節流。然而， 直到現在這些解決方案仍然帶有這樣一些缺陷，形式為，例如，高壓力損失帶來的 發動機效率降低，連同油耗增大以W因塵產生。
通itt入口氣流中設置文氏管，可以在文氏管中局部獲得在進氣道側和排氣道 側間有益的壓力差，以;S^渦輪上游就已經轉移的廢氣，可以i^A發動機的進氣管。 由于較低的燃燒溫度，可以降低的NOx排放水平。
美國專利No.5，333，456 (Bollinger)公開了設置在EGR供應流上游的旋管形式 的流量閥。該控制閥設定為不能^^]在渦輪增壓發動機的進氣道中。
美國專利No.5，611，203 (Henderson等)公開了設置在緊挨著EGR供應流的進 氣管道中具有文氏管功能的流量調節器。廢氣供應的開口并不是位于新鮮空^itt 強節流的地方，這樣就會伴隨有比所需要的更加強烈的節流，同時在由，例如附近 的扭^^幾構而產生的總壓力損失變得顯著。SAE2000世界大會出片反物，SAE技術論文系列2000-01-0225公開了一種具有 軸向EGR供給的可變文氏管。該設計方案并未給出適當的文氏管形狀，因為在噴 射管的端部區域會出現新鮮空氣的瞬時增大，并且因jtbi力損失會變得顯著。由于 因軸向供給而產生的相關壓力損失，組件必須裝酉沐彎管。而且，組件的尺寸無謂 的龐大，這也是缺陷。該配置主要打算用于測量的目的而并沒有考慮正常工作狀態。
上述2003年7月7日申請的美國專利申請No.10/363350，在此將其糾引入 作為參考，它通過提供包括設置為在入口處管道軸向移動的流線型主體的EGR系 統而消除了上述m^"技術的相關缺陷。該主體可以獲得可變文氏管效果并且因此可 獲得可變抽pA^丈果以及';l^流的混合。該系統還包括在使該主體在管路中向前或向 后移動的扭Jf^/U勾。
美國專利申請No.10/363，350公開的EGR系統提供了關于柴油機的極好的效 果，但該申請并沒有提出所公開的裝置關于汽油機的應用，汽油才;i4^見出在柴油機 中不會遇到的性能特點和相關問題。汽油機和柴油機之間的區別之一是汽油機采用 通常會降jtt動機效率的節流閥來控制功率輸出，而柴油機并沒有節流閥。另外一 個區別是當視圖提高汽油機的功率時(即通過提高壓縮比，提前定時等)會產生爆 震問題；柴油機不會有這樣的爆震問題。另外的區別是汽油機依靠三元催化轉換器 (三元指處理三種排放物氮氧化物，碳氫^^f勿以及一氧^/友)來減少排放，其 催化劑在冷啟動和高負荷運行過程中不肯汰揮作用，而柴油機并不JM這樣的三元 催化劑。而另外一個區別即是汽油機產生碳iU^4勿(HC)、 一氧^/友(CO)以及 NOx排放物，柴油機并不會排放大量的HC或是CO (但是有更多的NOx和孩fcf立)。
雖然已經作出了很多努力來將EGR系統應用到汽油機上，^il些努力通常只 取得了有限的成效并且僅僅是集中于降低NOx (如上所述，&十于柴油機比對于現 代汽油機更值得考慮)上，而沒有解決汽油機面對的問題。這種不夠完善的努力公 開于美國專利No.4,174,027 (Nakazumi)和4,224,912 (Tanaka)中。然而，自,脈 汽油機中開始廣泛運用三元催化器，用來將EGR系鄉秘用在汽油機上的努力如果 還有也只是很少(因為常規的知識一直都說明EGR系統僅^5U!十減少NOx有用，并 且因為三元催化器對NOx減排處理得如jlb^好以致于不再需要另外的NOx減排措 施)。
標題為"通過^^]冷卻的EGR在渦輪增壓式火花點火發動機中的爆震抑制" 的SAE技術論文系列出版物982476公開了由于渦輪增壓發動機的高功率密度，爆 震燃燒以及高排氣溫度在高負荷時產生問題。該文獻還提出為了降低氣體溫度以及 抑制爆震，通常會消耗掉過多的燃料。該文獻提出爆震抑制和排氣溫度的降低可以
通it^冷卻渦輪增壓的汽油機中使用EGR系統來實現，而不是傳統的使用過多的
燃料。SAE技術論文系列1999-01-3505中標題為"代替渦輪增壓式火花點妓動機 中的燃料富集貧燃或冷卻的EGR"，以及SAE技術論文系列2003-01-0629中標題 為"渦輪增壓式火花點火發動機中稀釋的考慮"的文章中者P〉開了類似的主題。
標題為"比較貧燃和EGR"的SAE技術論文系列970505,將貧》斜支術和EGR 技^ii行了比較，并且確定出采用EGR和采用貧燃時的燃料燃燒幾乎同樣好。標 題為"提高化學計量火花點;^動機效率的策略，，的SAE技術論文系列961953公 開了作為,#暴震的手段的EGR使提前點火以及更高的壓縮成為可能。這提高了 整個發動機負荷范圍的發動機效率。此外，因為更高的管ii^力使得泵送損失在部 分負荷處也減少了 。標題為"改善具有EGR的噴射f洽物的火花點火發動機的NOx 和燃料經濟性"的SAE技術論文系列950684公開了采用EGR系統的汽油機，其 中為了與燃燒空氣4產生iii'J 50%EGR的分層混合物而在氣缸蓋上設置一個機 才^驅動的'/V曰t4^勿噴射閥以及一個d 、';私合室。
雖然在前兩段中所描述的這六篇文獻確實認識到將EGR使用在汽油機上的一 些潛在的好處，但卻沒有一篇公開了在混合物燃燒之前用于將EGR引入和/或將 EGR和空氣混合的有效的il7或實際的方法。并且,這些引用文獻僅僅認識到將EGR 系統運用到汽油機上的一些可實現的好處。
美國專利申請No.10/363，350的申請M現了其所公開的EGR系統當運用到汽 油機上時獲得了新的且未預料到的結果，這些結果是在此以前運用在汽油機上的任 何EGR系統都無法獲得的。
本發明的一個目的是提供一種特別適于用到汽油機上并且能夠提高其性能和 效率的EGR系統。
在本發明的一個實施例中得以實現，該廢氣再循環系統包括入口空氣供給管道，再 循環廢氣供^f道，以及輸出管道。通it^口空氣供^f道i^的空氣和通過再循 環廢氣供給管道ii^的冷卻廢氣混合從而在排出輸出管道之前產生空氣和冷卻廢 氣的〉V曰o^物。 一個主體可^l丈動以控制在';^^物中空^i目對于再循環冷卻廢氣的比 例，并且將計量好的燃料源注入〉，^物。致動器使該主體動作以改變';F洽物中空氣 相對于再循環冷卻廢氣的比例，從而使得發動機至少在一些發動機^^牛下運行時燃 燒溫度得以下降。

發明內容
卩系統而在一些實施例中，該主體包括一個被設置成在管道內沿縱向移動的閥體，從而 獲得可變的文氏管效應并且可控制空氣的質量流量以及混合物中空氣相對于再循 環冷卻廢氣的比例。在一些實施例中，致動器使得再循環冷卻廢氣以一定的量注入 "^物以使得燃燒溫度降^JlJ一定的程度從而使得發動機爆震減少。
在一些實施例中，將該系統配置為可選擇地供給暖廢氣而不是冷卻廢氣，將該 曰tt氣與空氣'/V曰洽以在排出輸出管道之前產生空氣和C^氣的;IL^4勿，致動器使得
一些條件下運行時變暖。在某些這種實施例中，致動器使得再循環暖廢氣以一定的 量注入〉'^^^勿從而使得發動才7M^^動期間可以ilki4變暖，以最小化^^4亍，由此 減少相關的排放。在某些實施例中，致動器使得再循環暖廢氣以一定的量注入'"曰洽 物從而使得廢氣溫度升高到一定的程度以足夠在冷啟動期間itt激活三元催化劑。
在一些實施例中，再循環冷卻廢氣包含有碳氫化合物，它們中的至少一卩分會 在再循環過程中燃燒掉。
根據本發明的另一實施例，適用于汽油機上的廢氣再循環系統包括入口空氣供 ^f道，再循環廢氣供^f道，以及輸出管道。通it/v口空氣供^f道ii7v的空氣
和通過再循環廢氣供給管道進入的暖廢氣混合以在排出輸出管道之前產生空氣和
B克疫氣的〉T洽物。 一個主^^l丈動以控制在〉V曰t^物中空M目對于再循環暖廢氣的比
例，并且將計量好的燃料源注入';^^物。致動器使該主體動作以改變"曰洽物中空氣 相對于再循環暖廢氣的比例，從而使得發動機至少在一些條件下運行時變暖。
在一些實施例中，該主體包括一個被沒置成在管道內沿縱向移動的閥體，從而 獲得可變的文氏管效應并且可控制空氣流量以及混合物中空氣相對于再循環暖廢 氣的比例。在一些實施例中，致動器使得再循環暖廢氣以一定的量注入混合物以使
得發動枳在;4^動期間可以iiki4變暖，以最小化冷運行，從而減少相關排放。在一 些實施例中，致動器使得再循環暖廢氣以一定的量注入'/V曰洽物從而使得廢氣溫度升
高到一定的程度以足夠在冷啟動期間itt激活三元催化劑。
在一些實施例中，將該系統配置為可選擇地供給冷卻廢氣而不是暖廢氣，將該
冷卻廢氣與空氣'"曰洽以在排出輸出管道之前產生空氣和冷卻廢氣的'"曰^4勿，致動器
使得主體動作以改變混合物中空氣相對于再循環冷卻廢氣的比例從而使得發動機 在至少一些條件下運行時燃燒溫度降低。在某些這種實施例中，致動器使得再循環
冷卻廢氣以一定的量注入〉v曰^4勿，因此燃燒溫度降低到一定的程度從而使得發動機
爆震減少。
在一些實施例中，再循環冷卻廢氣包含有碳氪化^4勿，它們中的至少j卩分會在再循環過程中燃燒掉。
才艮據本發明的另一個實施例，汽油機系統包括汽油機，用于測量輸A^L動機的 燃燒氣體的節流閥，以及注入燃燒氣體'/V給物的計量好的燃料源。該節流閥包括入 口空氣供^f道，再循環廢氣供^f道，以及輸出管道。將通itA口空氣供^f道 i^V的空氣和通過再循環廢氣供給管道ii^的廢氣混合從而在排出輸出管道之前 產生空氣和廢氣的燃燒氣體^洽物。 一個主體可操縱以控制在燃燒空氣)'n物中空
^i目對于再循環廢氣的比例。
在一些實施例中，該主體包括一個被設置成在管道內沿縱向移動的閥體，從而 獲得可變的文氏管效應并且控制空氣質量流量以及燃燒氣體混合物中空氣相對于 再循環廢氣的比例。在一些實施例中，該系統配置為可選擇地供給冷卻廢氣，將該 冷卻廢氣與空氣〉'f^以在排出輸出管道之前產生空氣和冷卻廢氣的〉V曰t^4勿，而該系 統另外包括一個致動器，該致動器可使得主體動作以改變混合物中空^i目對于再循 環冷卻廢氣的比例從而使得發動機在至少一些條件下運行時燃燒溫度降低。在某些 這種實施例中，致動器促使再循環冷卻廢氣以一定的量注入〉V曰洽物以使得燃燒溫度 降^J"一定的程度從而減少發動機爆震。
在一些實施例中，該系統配置為可選擇地供給a爰廢氣，將該暖廢氣與空氣';IL^ 以在排出輸出管道之前產生空氣和日M氣的';fo^4勿，并且該系統另外包括一個致動 器，該致動器可促^^體動作以改變〉v曰t^物中空^i目對于再循環暖廢氣的比例從而 使得發動機在至少一些發動機^f牛下運行時變暖。在某些這種實施例中，致動器使 得再循環暖廢氣以 一定的量注入〉v曰洽物以使得發動才/M^^動期間可以迅逸變暖， 以最小化冷運行，由此減少相關排放。在某些實施例中，致動器使得再循環暖廢氣 以 一定的量注入混合物從而使得廢氣溫度升高到 一定的程度以足夠在冷啟動期間 艦激活三元催化劑。
在一些實施例中，再循環冷卻廢氣包含有碳氬化^t勿，它們中的至少4分會 在再循環過程中燃燒掉。
根據本發明的另外一個實施例，用于將汽油機中的輸入^d口廢氣回流混合的設 置包括用于第一流的管道；用于該管道中第二流的入口，以便完成混合；在入口處 被設置為在管道的縱向移動的流線主體以獲得可變文氏管效應且因此而獲得可變 抽吸作用以及混合流的〉V曰洽物；以及^^體在管道中向前或向后移動的致動器；其 特征為流線型主體和管道設計成在接il/v口的管道中實現獨立于主體位置的最大 節流，從而卩吏對節流的需求以及伴隨的壓力損失最小化。
在一些實施例中，致動器設置在主體內部或者管道外部以使其不干護3']第一流
并且不在其中產生壓力損失。在一些實施例中，入口設置在管道橫截面周圍以使得 抽吸作用最大并因此最小化壓力損失。在某些這種實施例中，將入口設計為縫隙的 形式。在某些這種實施例中，該縫隙的縫隙寬度可以調節，從而可以為了壓力損失 最小化而根據不同的^曰t^^ ^f牛來優化流通面積。
在一些實施例中，^i戈主體利用延伸到管道一個外表面的保持件懸掛在前端。 在某些這樣的實施例中，為了最小化壓力損失，該保持件具有流線型橫截面。在某 些實施例中，當致動器設置在主體內部或管iiif部時，該保持件包括給致動器提供 能量的方法。在這某些這樣的實施例中，當致動器設置在管勤卜部時，該保持件由 設置為可由在管道外壁里的孔內的軸承上滑動的，具有螺紋的或是可作為滾珠螺桿 工作的光滑桿構成。
通過以下的詳細描述并參考附圖，本發明和它的詳細特征及其優點會更加明白。


圖1是根據本發明的一個實施例中EGR系統的部分截面側視圖2是^i戔主體部分以及它的圖1中EGR系統的，;M控制致動器的實施
例的部分截面側視圖3是顯示了更詳細的圖1中EGR系統的流線主體部分的，致動器的實施
例的截面側一見圖4是可由圖1中EGR系統所采用的流量調節器部斜口外部致動器的實施例 的更詳細的部分截面側視圖5是示出可由圖1中EGR系統采用的流量調節器部分和外部致動器的另一 個實施例的更詳細的部分截面側視圖6A和6B^^動才球低負荷時將典型節流閥的運行和圖1中EGR系統的運 行進行比較的示意性側視圖7A和7B^^動機在中負荷時將典型節流問的運行和圖1中EGR系統的運 行進行比較的示意性側視圖；以及
圖8A和8B是發動機在滿負荷時將典型節流閥的運行和圖1中EGR系統的運 行進行比較的示意性側視具體實施例方式
本發明的EGR系統特別適用于結合汽油枳使用。傳統汽油機和柴油發動枳之
間的主要區別之一是可燃〉V曰t^4勿注入量(即空氣和/或其他氣體與燃料的〉v曰洽物)的
準備。傳統汽油才w尋燃料與空^汽缸夕卜部進行混合(即在化油器或燃料噴射系統 中)，獲得均質的注入氣體，其中空氣質量和燃料質量之間的關系是得到控制的。 質量比是固定的以使所有燃津材口所有氧氣在燃燒期間都被消耗掉。因此，為了在部 分載荷下運行發動機，空氣和燃料的供給者睡限制(即節流)。雖然一些現代汽油 機已經j^為將其中的燃料直接噴入汽缸，但逸樣的噴射通常都是在燃燒循環中完
成的很早，這樣爆震的問題仍會出現。將本發明中的EGR系統與這些類型的發動 機關聯^JI]還是有利的。
這些情況不會發生在柴油機中，柴油機將燃^H口空U汽缸內';f^，這可以得 到非均質的注入燃^K口分敬的火焰，其中為了控制功率輸出僅僅必須計量燃料的噴 射量。因此，由于柴油機并不需要計量空氣供給，它并不需要節流閥(與汽油才;l4目 反)。
對汽油機的進氣進行節流需要發動才;iit過節流閥泵送氣體。這一泵送工作完全 是浪費，導致其相對于柴油機更低的效率。預f洽注入的另一個問^A在發動機壓 縮期間注入量都是可燃的(相比較而言，這在柴油機中只是發生在空氣被壓縮且燃 油一皮噴射^^后)。當壓縮氣體時，溫度升高，并且因為已經具有燃料，該均質注入 量可以自燃，即會導致不受控制的燃燒(即發動機曝震)以M動機損壞。在具有 更多更熱的注入量存在的渦輪增壓汽油機中這一問題會更加惡化。
現在，對于M^汽車的排放法規都限定為部分載荷運行，因為通常只是在高載 荷時才考慮要防止爆震。因此，發動機廠商選#^^遲點火(導致低的熱效率)
和用附加燃料冷卻燃燒(即高于和超出燃燒所需的量)來解決爆震問題。這樣，在 燃燒期間有多達30%的噴射燃料不能消^#，只能在汽缸內部充當冷卻介質。這是 事實，因為過量的燃料由于所有的氧氣都已經被"原始量"的燃料消耗掉而無法燃 燒。結果即是碳氬^^物的排放量很高(即未燃燒的燃料)，以及甚至更低的發動 機效率。這并不是在目前的排放法規下所要考慮的，因為如上所述，僅僅是在發動 機處于部分負荷狀態(并不^^耳x4普施減少爆震后的狀態)下運行時才限制排放并 且燃油消耗仍然根本不是消費者總體上考慮的重要因素。然而，這很可能會改 變一一對于to汽車的排放';^見可能會在不遠的將來變得更加嚴格，并Jii然油價格 正在13ki4上漲。為了提高效率，渦輪增壓將很可能在將來的l^汽車中使用得更加 廣泛，并且將會尋找僅僅添加附加燃料以降^j;然燒溫度的替代方法。
本發明的實施例將在下文中作為關于渦輪增壓汽油機的廢氣再循環系統的優
選實施例^i^W葛述。
在優選的應用中，EGR供給^if過未示出的渦輪增壓器中由16表示的進氣道 或管道中的供^^件2徑向引入。
供纟^tM牛2插入管道16中一對管件13和13，的法蘭1, r之間。供^^件2與 下面所描述的it^主體8 —^^形成流量調節器。以濟ii戈主體8和供給部件2的設計 為勤出，在用于引入茇氣的縫隙3處，新鮮空氣可以獨立于主體8的位置始終獲得 最大的節流。在所示的實施例中，供給部件2為此目的設計^f黃截面積減小到管道 16中流動方向的狹縫。供給部件2的橫截面積的減小，更進一步的，大于流線主體 8在管道16的流動方向中其最大橫截面積下游的橫截面積的減小。在狹縫3下游的 活動擴散區域，管道16具有，如該實施例所示，恒定的橫截面積，而流線主體8 的橫截面積在此區域卻繼續減小。致動器20設置為使得流線主體8的最大橫截面 積不會向3夾i逢3的下游移動。
因此，卩艮定在供給部件2和^i戔主體8之間的環形通道，獨立于主體8的位置， 在朝向狹縫3的流動方向上總是為匯聚的過程而在狹縫3之后為發散過程。
供給流伊述地經由連續的圓形狹縫3通過供給部件2而產生，該部件在這種情 況下為兩部分，但它也可以是通過周邊(未示出)周圍的多個^il者狹縫而實現。
即使供給徑向地產生，供纟M卩件2在入口 7處的供給的方向也可選擇為位于這 樣的角度能使得在將兩氣體〉'^^時&寸理想的流動^^牛以*小流動損失。
根據本發明，通過在廢氣入口3處將新鮮空氣的節流最大化，也可以實現可能 的最大泵吸作用，也就是說，該方案引起的壓力損失非常小。由于在自身中顯示出 文氏管效應的現省流線主體8周圍的空氣的自由流，因而在實現EGR供給的良好 調節的同時也以同樣的方式避免了發動機功率的降低。
連續的，柱狀的空腔4存在于縫隙3的周圍。村墊6設置于供給部件的這兩個 零件之間。通過選擇襯墊6的厚度可以獲得開口 3理想的縫隙間距。EGR供給流的
給部件2的入口 7處。
輸入空氣在渦輪增壓器的下游由未示出的中冷器以常規的方式冷卻，且EGR 氣體在供給i^yV進氣道之前經由單獨的EGR冷卻器以同樣的方式冷卻。流量調節 器設置于渦輪增壓器下游自由選擇的位置。但是，流量調節器優選位于中冷器的下 游以防止后者被石li:因污染或被S臾性廢氣腐蝕。
利用從主體8的前沿延伸并向外iiA管部件16的保持件12可將流線主體8自 由懸掛在供^^件2的內部。4艮據本發明，用于^^體8相對于供^^P件2向前或
向后移動的致動器20可以根據本發明設置在主體8的內部或管道16的外部。
才艮據圖1和圖2的實施例中，保持件12固定在管件13的外壁且包4封周節致動 器20的輸入管12。
致動器20可以由液壓方式或通過氣流來調節，優選商用汽車上經過整個制動 系統可提供的壓縮空氣。致動器20與主體8結合為一體，也就是說，它是定位于 主體中的。汽缸9設置于主體內部，汽缸9穿過密封退出到主體8的最大橫截面積 或最小橫截面積部分的前面部分的輸入管12,優選是最大橫截面積部分的前面外表 面。輸入管12裝有另外的較小的輸送管14。未示出的彈簧元件可以與設置在相對 于距離進氣管最遠端的汽缸9的壁面而固定，該彈簧元件作用于放置在輸入管12 的末端的活塞11上。而活塞又安裝有在活塞11的一個自由端開口的通道13。沿著 也可以包含未顯示彈簧元件的通道部件并設置在活塞和最接近輸入管12的氣R 間的外圍孔10在活塞的第二端安裝有ii7v輸入管12的開口 15。因jtbit過一方面在 輸入管12內，另一方面在較小輸送管14內的流體壓力的變化，固定在汽缸9上的 流線主體8即可以在供給部件2內相對于縫隙3向前和向后移動，該移動通過一方 面變化輸入管12而另一方面變化更小的進氣管14中的流體壓力完成。。
正如上述描述所示，通過將致動器20與主體8結合即可實現流量調節器特別 簡單和堅固的結構。
如圖3,圖4和圖5所啟發，致動器20可以是普通的類型。除液壓的或氣動的， 電動才;^成的0卜，致動器還可以通過保持件12內的電纜24提供電能(圖3 )或者 是構建在主體內的電動機或螺線管。它還可以是^i;U成的，例如，假設電纜24由 波頓(Bowden)電纜代替，該電纜通iiif部致動器2(Ht^體與主體8內部的復位 彈簧(未示出)力相對而沿著保持件12的軸向部分向前或向后移動。
致動器設置在管道16外部的兩個實施例在圖4和圖5表示。根據圖4,保持件 穿過供^^件2內的孔18的下游以一定的角度延伸。根據圖5,保持件穿過孔18 沿直線延伸，在這種情況下該孔定位在管道16的彎曲處。保持件12可作為安^ 軸承中并在孔18內滑動的桿實施。保持件還可以帶有螺玟或者實施為滾珠螺桿， 也可選為可以斜目應的主體8中有內螺纟丈或者孔18，由jH^管道16外部僅需要完 成旋專鏈動。
如圖3所建議，為了將管道16內的壓力損失最小化，穿過管道16中流體而延 伸的保持件12的部分可以具有延伸的流線型截面。
因此，與先前已知的設計方案相比，才艮據本發明，通過集成的致動器或設置在 管道外部的致動器可以實現例如由于設置在通道內的致動器的干擾作用而引起的
管道中的壓力損失減少。
與先前技料目比，根據本發明，除了別的以外，應用可移動的線圏形成的主體 和固定文氏管部分相結合形式的類似閥門的文氏管解決方案，能夠在很大程度上消 除入口空氣中的壓力損失。
通過^^]本發明的EGR系統，可以避免很多，不是一;tA所有，上述的問題。 關于發動才M暴震控制以AM燒溫度降低，對于較高負荷，采用冷卻的EGR而 不用燃料冷卻輸入空氣^^吏得燃油消庫財口排放量相當低。另夕卜，EGR帶來的冷卻效
果可以比過量燃油的效果還要好(因為EGR并不像過量燃油那樣要節約地使 用)一一低溫意味著更低的爆 險。而且，由于更^氐的廢^力(因為一些廢氣 并不需要經過節流的渦輪)導致的更低的殘留氣體的存在意味著更低的溫度，也因 此意味著更低的爆震風險。反過來，更低的爆震風險意味著可以提高壓縮比，從而 獲得更高的發動機熱效率，并且點火可以提前，獲得更加高的發動機熱效率。更低 溫度的燃燒(以及廢氣)意味著渦輪增壓器和管道的壽命更長。
至于節流最小化，而不是在部分負荷下節流進氣(這等于浪費能量)，則可以 將冷卻的EGR與進^i目混合。對于特定功率輸出需要有一定數量的空氣和燃油(因 為如上所iiit是均質進氣量)。也可以a分數量的EGR，這樣即可需要更少的節 流。本發明的可變文氏管可以部分關閉以允許有限(即測量好的)量的空氣通過， 正如節流閥一樣。同時它允許EGR與導致高進口壓力以及最小化的壓降的輸入氣 體混合。這可以獲得更高的發動機效率。注意到這同樣可以用任何節流閥完成。但 是在發動機高負荷時該文氏管低的壓降和大的可變性使其性能勝過普通節流閥。
以上所述示奮&也示于圖6A-6B。關于圖6A和6B，表示了經過標準節流閥的 液流(圖6A)以及當發動才;iil行在發動才;i4氐負荷的情況下^^ 了本發明的EGR系 統代替標準節流閥(圖6B)的情況。在標準節流閥的情況中，在非常低的壓力下 獲得計量好的氣流(意味著經過節流閥有很高的壓降，導致了低的發動機效率)。 另一方面，在用本發明的EGR系統替換掉標準節流閥的情況中，在較高壓力下獲 得具有高EGR的計量好的氣流(意味著經過文氏管有較低的壓降，從而獲得更高 的發動機效率)。圖7A和7B，表示出當發動^li^行在中等發動機負荷下時相同的 設置情況。在標準節流閥的情況中(圖7A)，在壓P爭并不顯著的情況下獲得計量好 的氣流(獲得高發動機效率)，并且排放由催化劑所控制。另一方面，在用本發明 的EGR系統替換掉標準節流閥的情況中(圖7B)，在較高壓力下獲得具有低EGR 率的計量好的氣流(獲得同樣較高的發動機效率)，而同時排放由催化劑和EGR系 統(即部分氣體再循環)所控制。圖8A和8B,表示出當發動才Ai^行在滿發動機負
荷(即渦輪增壓器工作時)下時相同的設置情況。在標準節流閥的情況中(圖8A)， 可在沒有壓降的情況下獲得計量好的氣流。但是，過量的燃料被作為燃燒溫度冷卻 劑注入，并且因此發動機效率較^JL碳氬^^排放物較高。另一方面，在用本發明
的EGR系統替換掉標準節流閥的情況中(圖8B),獲得了具有顯著EGR率的計量 好的氣流(以便EGR作為燃燒溫度冷卻劑而不是過量燃油)并且沒有壓力下降。 il^得了高發動機效率以及^#放，因為不需要過量燃油來作為燃燒溫度冷卻劑。 當然，需要注意到本發明的EGR系統實際上使用于^H形式的汽油機上，而不僅 是滿輪增壓發動機上的時候，都可以獲得益處(盡管在許多情況下，渦輪增壓發動 機負^MM本發明的EGR系統中最大 )。
因此，正如所看到的，運行jt^]本發明的EGR系統而不是標準節流閥的汽油 機可以在所有三種運行^j牛(即發動才M氐負荷，發動機中負荷，以M動機滿負荷) 下獲得明顯的有益效果。
<^本發明的EGR系統的另一個益處涉及減少排放。除了考慮到上述HC排 放的問題"卜，另外的問題涉及由節流閥運行而引起的事實，進氣進^A管中的變 化的壓力引起"濕墻"并且不時會產生汽化，還有預'"給的進^4在于燃燒室內部 的冷裂縫中。通過IM EGR,廢氣將會"再燃燒"，從而燒掉殘余的碳氫^^物。 另夕卜，EG!Ut^在汽油機中具有類似于如前所述的^^l在柴油機中的減少NOx的 作用，盡管是更小的程度(因為汽油機比柴油機的NOx問題少)。而且，在冷起動 期間，大量(優選未冷卻)的EGR用^ii4i。熱發動機，以最小化冷運行(以及 因itbf目關的排放)。同樣的，很大的EGR量可用來提高排氣的溫度，這可用于;缺 動期間以i敫活三元催4匕劑(因為在催化劑的激活之前，汽油機并沒有運行的減排系 統)。
在汽油機中j錢本發明的EGR系統提供了一些在柴油機中所沒有的附加控制 的可能l"生，例如，因為在汽油機中^^]本發明的EGR系統所帶來的主要益處之一 關系到防止發動才M暴震，因此應該可以給該系統提供一個爆震傳感器且然后至少部 分基于所傳感的爆震而控制EGR系統。因為發動機爆震可以極其iiki4地損害和破 壞發動機，并且因為通過EGR控制來減少/消除發動枳爆震還不能快到足以避免發 動牙M員壞，最優選的是通過點火定時控制(這可以iSil變化，例如從一個發動才/U盾 環到另 一個)和EGR率控制相結合來實現爆震的預防/減少。
如上所述，本領域技術人員清楚了解到本發明提供的EGR系統特別適用于汽 油機，并且其能提高汽油機的性能和效率。
盡管本發明已經通過參考部件的M布置、特征等等進行敘述，但這并沒有詳
細討論所有可能的排列和特征，而確實對于本領域技術人員來說可以確定有很多其 它的^務改和變^匕。
權利要求
1、一種適用于汽油機上的廢氣再循環系統，所述廢氣再循環系統包括入口空氣供給管道，再循環廢氣供給管道，以及輸出管道，將通過所述入口空氣供給管道進入的空氣和通過所述再循環廢氣供給管道進入的冷卻廢氣混合從而在排出輸出管道之前產生空氣和冷卻廢氣的混合物；可操縱從而控制混合物中空氣相對于再循環冷卻廢氣的比例的主體；注入混合物的可計量燃料源；以及使所述主體動作以改變混合物中空氣相對于再循環冷卻廢氣的比例的致動器，從而使得所述發動機在至少某些發動機條件下運行時所述發動機的燃燒溫度得以下降。
2、 如權利要求l所述的系統，其中所iii體包^i殳置成在管道內沿縱向方向 移動的閥體，從而獲得可變文氏管效應并且可控制空氣質量流量以及'"曰洽物中空氣 相對于再循環冷卻廢氣的比例。
3、 如權利要求2所述的系統，其中所述可變文氏管效應確^ifit^m體的 損失最小。
4、 如權利要求l所述的系統，其中所述致動器使得再循環冷卻廢氣以一定的 量注入〉V曰洽物，以使得所述燃燒溫度P爭^^)j一定的程度，從而使得發動機爆震減少。
5、 如權利要求1所述的系統，其中所述系統配置為可選棒^i也供給暖廢氣而 不是冷卻廢氣，將該日1^氣與空氣'/V曰洽以在排出輸出管道之前產生空氣和B1A氣的 〉V曰t^物，并且其中所述致動器使得主體動作以改變';F4物中空氣相對于再循環暖廢 氣的比例，從而使得發動機在至少一些發動機條件下運行時發動機變暖。
6、 如權利要求5所述的系統，其中所述致動器使得再循環暖廢氣以一定的量 注入〉'fo^物，從而使得發動積在;4^動期間可以iiki4變暖以減少冷運行，因此以減 少相關排放。
7、 如權利要求5所述的系統，其中所述致動器使得再循環暖廢氣以一定的量 注入混合物從而使得廢氣溫度升高到一定的程度以足夠在冷啟動期間迅速激活三 元催化劑。
8、 如權利要求l所述的系統，其中再循環冷卻廢氣包含有碳氫化合物，至少 碳氫^^4勿的"P分會在再循環過程中燃燒掉。
9、 一種適用于汽油機上的廢氣再循環系統，所述廢氣再循環系統包括 入口空氣供給管道，再循環廢氣供給管道，以及輸出管道，將通過該入口空氣 供給管道進入的空氣和通過該再循環廢氣供給管道進入的暖廢氣混合從而在排出輸出管道之前產生空氣和暖廢氣的混合物。 可操縱以控制混合物中空氣相對于再循環暖廢氣比例的主體；注入混合物的可計量燃料源；以及使所敘述主體動作以改混合物中空氣相對于再循環暖廢氣的比例的致動器，從而使得發動機在至少一些發動機條件下運行時發動機變暖。
10、 如權利要求9所述的系統，其中所述主體包4封皮設置成在管道內沿縱向方向移動的閥體，以便獲得可變的文氏管效應并且控制空氣質量流量以混合物中空氣相對于再循環暖廢氣的比例。
11、 如權利要求9所述的系統，其中所述致動器使得再循環暖廢氣以一定的量注入混合物以使得發動機再冷起動期間可以迅逸變暖以最小化冷運行，因此以減少相關排放。
12、 如權利要求9所述的系統，其中所述致動器使得再循環暖廢氣以一定的量注入混合物從而使得廢氣溫度升高到一定的程度以足夠在冷啟動期間迅速激活三 元催化器。
13、 如權利要求9所述的系統，其中所述系統配置為可選性地供給冷卻廢氣 而不是暖廢氣，將該冷卻廢氣與空氣混合以在排出輸出所述管道之前產生空氣和冷卻廢氣的混合物，并且其中所述致動器使得主體動作以改變混合物中空相對于再循環冷卻廢氣的比例從而使得所述動機在至少一些發動機條件下運行時所tt 動才幾的燃燒溫度降低。
14、 如權利要求13所述的系統，其中所述致動器使得再循環冷卻廢氣以一定的量注入混合物從而使得燃燒溫度降低到一定的程度從而使得發動積爆震減少。
15、 如權利要求9所述的系統，其中再循環冷卻廢氣包含有碳iU^4勿，它們 中的至少"p分會在再循環過程中燃燒掉。
16、 一種汽油機系統，包括 汽油機；用于測量輸入發動機的燃燒氣體供給的節流閥，所述節流閥包括 入口空氣供給管道，再循環廢氣供給管道，以及輸出管道，通過入口空氣供給管道進入的空氣和通過再循環廢氣供給管道進入的廢氣混合從而在排出輸出管道之前產生空氣和廢氣的燃燒氣體混合物；可操縱以控制燃燒空混合物中空氣相對于再循環廢氣比例的主體；以及注入然燒氣體混合物的計量燃料源。
17、 如權利要求16所述的系統，其中所述主體包括設置成在管道內沿縱向 方向移動的閥體，從而獲得可變的文氏管效應并且控制空氣質量流量以及燃燒氣體混合物中空氣相對于再循環廢氣的比例。
18、 如權利要求17所述的系統，其中所述可變文氏管效應確保通過所述述主體 的損失最小。
19、 如權利要求16所述的系統，其中所述系統配置為可選擇地供給冷卻廢氣，該冷卻廢氣與空氣'混合物以在排出輸出管道之前產生空氣和冷卻廢氣的混合物，并且還包括可使得主體動作以改變混合物中空氣相對于再循環冷卻廢氣的比例從而使 得所tt動機至少在一些發動機條件下運行時燃燒溫度降低的致動器。
20、 如權利要求19所述的系統，其中所述致動器使得再循環冷卻廢氣以一定 的量注入〉V曰D^4勿以使得燃燒溫度降^^一定的程度從而使得發動糸"暴震減少。
21、 如權利要求16所述的系統，其中所述系統配置為可選擇性地供給暖廢氣， 該暖廢氣與空氣混合物給以在排出輸出管道之前產生空氣和暖廢氣的混合物，并且另外 包括可使得主體動作以改變混合物中空氣相對于再循環暖廢氣的比例從而使得該 發動機在至少一些發動機條件下運行時該發動機變暖的致動器。
22、 如權利要求21所述的系統，其中所述致動器使得再循環暖廢氣以一定的 量注入混合物以使得所述發動機在冷起動期間可以迅速變暖以最小化冷運行，因此 以減少相關的排放。
23、 如權利要求21所述的系統，其中所述致動器使得再循環暖廢氣以一定的 量注入混合物從而使得廢氣溫度升高到 一定的程度以足夠在冷啟動期間迅速激活 三元催化器。
24、 如權利要求16所述的系統，其中再循環冷卻廢氣包含有碳氫化合物，它 們中的至少一部分會在再循環過程中燃燒掉。
全文摘要
本發明涉及一種用于汽油燃料發動機的廢氣再循環系統，該汽油燃料發動機包括汽油機，用于計量流入發動機的燃燒氣體供給的節流閥，以及注入燃燒氣體混合物的計量燃料源。該節流閥包括入口空氣供給管道，再循環廢氣供給管道，以及輸出管道。通過入口空氣供給管道進入的空氣和通過再循環廢氣供給管道進入的廢氣混合以在排出輸出管道之前產生空氣、燃料和廢氣的燃燒氣體混合物。可操縱從而控制燃燒空氣混合物中空氣相對于再循環廢氣比例的主體。
文檔編號F02M25/07GK101187347SQ20071019444
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月19日 優先權日2006年9月19日
發明者古斯塔夫·伯格倫 申請人:哈爾德克斯水利學公司