用于汽油燃料发动机的废气再循环系统的制作方法

专利名称：用于汽油燃料发动机的废气再循环系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及内燃机中的废气再循环，更精确的说涉及一种特別适用于汽油 燃料发动机的废^f盾环系统。
背景技术：
由于针对柴油机废气中氮氧化物(NOx)水平的所预期的更为严格的法规，现 在*界都在广泛地开展研发活动以生产出 一种可在这种柴油机中净化废气并降 低NOx排放水平的系统。这些研发工作大部分都集中在用于大功率(即在it^各上) 应用(例如重型货车的发动机)的涡轮增压柴油机的废气净^^支术上。
为itbR出了一些解决方案，包括含有几个子过程(例如，水的喷射，尿素的添 加)的催化处理方法，其不仅昂贵且具有复杂又占空间的零部件这样形式的缺陷。 EGR (废气再循环)概念吸引人们的兴M因为其不仅具有成本方面的优势而且预 期能够提供安全的运行以及简单紧凑的结构。
在重型柴油机运转过程中发生的涡轮增压期间，排气压力在大多数情况下低于 入口压力，因此若在没有为获得紋的废气供给而采取措施时，无法4级气进行再 循环。这些措施可以为的形式，例如，文氏管方案，排气节iH进气节流。然而， 直到现在这些解决方案仍然带有这样一些缺陷，形式为，例如，高压力损失带来的 发动机效率降低，连同油耗增大以W因尘产生。
通itt入口气流中设置文氏管，可以在文氏管中局部获得在进气道侧和排气道 侧间有益的压力差，以;S^涡轮上游就已经转移的废气，可以i^A发动机的进气管。 由于较低的燃烧温度，可以降低的NOx排放水平。
美国专利No.5，333，456 (Bollinger)公开了设置在EGR供应流上游的旋管形式 的流量阀。该控制阀设定为不能^^]在涡轮增压发动机的进气道中。
美国专利No.5，611，203 (Henderson等)公开了设置在紧挨着EGR供应流的进 气管道中具有文氏管功能的流量调节器。废气供应的开口并不是位于新鲜空^itt 强节流的地方，这样就会伴随有比所需要的更加强烈的节流，同时在由，例如附近 的扭^^几构而产生的总压力损失变得显著。SAE2000世界大会出片反物，SAE技术论文系列2000-01-0225公开了一种具有 轴向EGR供给的可变文氏管。该设计方案并未给出适当的文氏管形状，因为在喷 射管的端部区域会出现新鲜空气的瞬时增大，并且因jtbi力损失会变得显著。由于 因轴向供给而产生的相关压力损失，组件必须装酉沐弯管。而且，组件的尺寸无谓 的庞大，这也是缺陷。该配置主要打算用于测量的目的而并没有考虑正常工作状态。
上述2003年7月7日申请的美国专利申请No.10/363350，在此将其糾引入 作为参考，它通过提供包括设置为在入口处管道轴向移动的流线型主体的EGR系 统而消除了上述m^"技术的相关缺陷。该主体可以获得可变文氏管效果并且因此可 获得可变抽pA^丈果以及';l^流的混合。该系统还包括在使该主体在管路中向前或向 后移动的扭Jf^/U勾。
美国专利申请No.10/363，350公开的EGR系统提供了关于柴油机的极好的效 果，但该申请并没有提出所公开的装置关于汽油机的应用，汽油才;i4^见出在柴油机 中不会遇到的性能特点和相关问题。汽油机和柴油机之间的区别之一是汽油机采用 通常会降jtt动机效率的节流阀来控制功率输出，而柴油机并没有节流阀。另外一 个区别是当视图提高汽油机的功率时(即通过提高压缩比，提前定时等)会产生爆 震问题；柴油机不会有这样的爆震问题。另外的区别是汽油机依靠三元催化转换器 (三元指处理三种排放物氮氧化物，碳氢^^f勿以及一氧^/友)来减少排放，其 催化剂在冷启动和高负荷运行过程中不肯汰挥作用，而柴油机并不JM这样的三元 催化剂。而另外一个区别即是汽油机产生碳iU^4勿(HC)、 一氧^/友(CO)以及 NOx排放物，柴油机并不会排放大量的HC或是CO (但是有更多的NOx和孩fcf立)。
虽然已经作出了很多努力来将EGR系统应用到汽油机上，^il些努力通常只 取得了有限的成效并且仅仅是集中于降低NOx (如上所述，&十于柴油机比对于现 代汽油机更值得考虑)上，而没有解决汽油机面对的问题。这种不够完善的努力公 开于美国专利No.4,174,027 (Nakazumi)和4,224,912 (Tanaka)中。然而，自,脉 汽油机中开始广泛运用三元催化器，用来将EGR系乡秘用在汽油机上的努力如果 还有也只是很少(因为常规的知识一直都说明EGR系统仅^5U!十减少NOx有用，并 且因为三元催化器对NOx减排处理得如jlb^好以致于不再需要另外的NOx减排措 施)。
标题为"通过^^]冷却的EGR在涡轮增压式火花点火发动机中的爆震抑制" 的SAE技术论文系列出版物982476公开了由于涡轮增压发动机的高功率密度，爆 震燃烧以及高排气温度在高负荷时产生问题。该文献还提出为了降低气体温度以及 抑制爆震，通常会消耗掉过多的燃料。该文献提出爆震抑制和排气温度的降低可以
通it^冷却涡轮增压的汽油机中使用EGR系统来实现，而不是传统的使用过多的
燃料。SAE技术论文系列1999-01-3505中标题为"代替涡轮增压式火花点妓动机 中的燃料富集贫燃或冷却的EGR"，以及SAE技术论文系列2003-01-0629中标题 为"涡轮增压式火花点火发动机中稀释的考虑"的文章中者P〉开了类似的主题。
标题为"比较贫燃和EGR"的SAE技术论文系列970505,将贫》斜支术和EGR 技^ii行了比较，并且确定出采用EGR和采用贫燃时的燃料燃烧几乎同样好。标 题为"提高化学计量火花点;^动机效率的策略，，的SAE技术论文系列961953公 开了作为,#暴震的手段的EGR使提前点火以及更高的压缩成为可能。这提高了 整个发动机负荷范围的发动机效率。此外，因为更高的管ii^力使得泵送损失在部 分负荷处也减少了 。标题为"改善具有EGR的喷射f洽物的火花点火发动机的NOx 和燃料经济性"的SAE技术论文系列950684公开了采用EGR系统的汽油机，其 中为了与燃烧空气4产生iii'J 50%EGR的分层混合物而在气缸盖上设置一个机 才^驱动的'/V曰t4^勿喷射阀以及一个d 、';私合室。
虽然在前两段中所描述的这六篇文献确实认识到将EGR使用在汽油机上的一 些潜在的好处，但却没有一篇公开了在混合物燃烧之前用于将EGR引入和/或将 EGR和空气混合的有效的il7或实际的方法。并且,这些引用文献仅仅认识到将EGR 系统运用到汽油机上的一些可实现的好处。
美国专利申请No.10/363，350的申请M现了其所公开的EGR系统当运用到汽 油机上时获得了新的且未预料到的结果，这些结果是在此以前运用在汽油机上的任 何EGR系统都无法获得的。
本发明的一个目的是提供一种特别适于用到汽油机上并且能够提高其性能和 效率的EGR系统。
在本发明的一个实施例中得以实现，该废气再循环系统包括入口空气供给管道，再 循环废气供^f道，以及输出管道。通it^口空气供^f道i^的空气和通过再循 环废气供给管道ii^的冷却废气混合从而在排出输出管道之前产生空气和冷却废 气的〉V曰o^物。 一个主体可^l丈动以控制在';^^物中空^i目对于再循环冷却废气的比 例，并且将计量好的燃料源注入〉，^物。致动器使该主体动作以改变';F洽物中空气 相对于再循环冷却废气的比例，从而使得发动机至少在一些发动机^^牛下运行时燃 烧温度得以下降。

发明内容
卩系统而在一些实施例中，该主体包括一个被设置成在管道内沿纵向移动的阀体，从而 获得可变的文氏管效应并且可控制空气的质量流量以及混合物中空气相对于再循 环冷却废气的比例。在一些实施例中，致动器使得再循环冷却废气以一定的量注入 "^物以使得燃烧温度降^JlJ一定的程度从而使得发动机爆震减少。
在一些实施例中，将该系统配置为可选择地供给暖废气而不是冷却废气，将该 曰tt气与空气'/V曰洽以在排出输出管道之前产生空气和C^气的;IL^4勿，致动器使得
一些条件下运行时变暖。在某些这种实施例中，致动器使得再循环暖废气以一定的 量注入〉'^^^勿从而使得发动才7M^^动期间可以ilki4变暖，以最小化^^4亍，由此 减少相关的排放。在某些实施例中，致动器使得再循环暖废气以一定的量注入'"曰洽 物从而使得废气温度升高到一定的程度以足够在冷启动期间itt激活三元催化剂。
在一些实施例中，再循环冷却废气包含有碳氢化合物，它们中的至少一卩分会 在再循环过程中燃烧掉。
根据本发明的另一实施例，适用于汽油机上的废气再循环系统包括入口空气供 ^f道，再循环废气供^f道，以及输出管道。通it/v口空气供^f道ii7v的空气
和通过再循环废气供给管道进入的暖废气混合以在排出输出管道之前产生空气和
B克疫气的〉T洽物。 一个主^^l丈动以控制在〉V曰t^物中空M目对于再循环暖废气的比
例，并且将计量好的燃料源注入';^^物。致动器使该主体动作以改变"曰洽物中空气 相对于再循环暖废气的比例，从而使得发动机至少在一些条件下运行时变暖。
在一些实施例中，该主体包括一个被没置成在管道内沿纵向移动的阀体，从而 获得可变的文氏管效应并且可控制空气流量以及混合物中空气相对于再循环暖废 气的比例。在一些实施例中，致动器使得再循环暖废气以一定的量注入混合物以使
得发动枳在;4^动期间可以iiki4变暖，以最小化冷运行，从而减少相关排放。在一 些实施例中，致动器使得再循环暖废气以一定的量注入'/V曰洽物从而使得废气温度升
高到一定的程度以足够在冷启动期间itt激活三元催化剂。
在一些实施例中，将该系统配置为可选择地供给冷却废气而不是暖废气，将该
冷却废气与空气'"曰洽以在排出输出管道之前产生空气和冷却废气的'"曰^4勿，致动器
使得主体动作以改变混合物中空气相对于再循环冷却废气的比例从而使得发动机 在至少一些条件下运行时燃烧温度降低。在某些这种实施例中，致动器使得再循环
冷却废气以一定的量注入〉v曰^4勿，因此燃烧温度降低到一定的程度从而使得发动机
爆震减少。
在一些实施例中，再循环冷却废气包含有碳氪化^4勿，它们中的至少j卩分会在再循环过程中燃烧掉。
才艮据本发明的另一个实施例，汽油机系统包括汽油机，用于测量输A^L动机的 燃烧气体的节流阀，以及注入燃烧气体'/V給物的计量好的燃料源。该节流阀包括入 口空气供^f道，再循环废气供^f道，以及输出管道。将通itA口空气供^f道 i^V的空气和通过再循环废气供给管道ii^的废气混合从而在排出输出管道之前 产生空气和废气的燃烧气体^洽物。 一个主体可操纵以控制在燃烧空气)'n物中空
^i目对于再循环废气的比例。
在一些实施例中，该主体包括一个被设置成在管道内沿纵向移动的阀体，从而 获得可变的文氏管效应并且控制空气质量流量以及燃烧气体混合物中空气相对于 再循环废气的比例。在一些实施例中，该系统配置为可选择地供给冷却废气，将该 冷却废气与空气〉'f^以在排出输出管道之前产生空气和冷却废气的〉V曰t^4勿，而该系 统另外包括一个致动器，该致动器可使得主体动作以改变混合物中空^i目对于再循 环冷却废气的比例从而使得发动机在至少一些条件下运行时燃烧温度降低。在某些 这种实施例中，致动器促使再循环冷却废气以一定的量注入〉V曰洽物以使得燃烧温度 降^J"一定的程度从而减少发动机爆震。
在一些实施例中，该系统配置为可选择地供给a爰废气，将该暖废气与空气';IL^ 以在排出输出管道之前产生空气和日M气的';fo^4勿，并且该系统另外包括一个致动 器，该致动器可促^^体动作以改变〉v曰t^物中空^i目对于再循环暖废气的比例从而 使得发动机在至少一些发动机^f牛下运行时变暖。在某些这种实施例中，致动器使 得再循环暖废气以 一定的量注入〉v曰洽物以使得发动才/M^^动期间可以迅逸变暖， 以最小化冷运行，由此减少相关排放。在某些实施例中，致动器使得再循环暖废气 以 一定的量注入混合物从而使得废气温度升高到 一定的程度以足够在冷启动期间 舰激活三元催化剂。
在一些实施例中，再循环冷却废气包含有碳氬化^t勿，它们中的至少4分会 在再循环过程中燃烧掉。
根据本发明的另外一个实施例，用于将汽油机中的输入^d口废气回流混合的设 置包括用于第一流的管道；用于该管道中第二流的入口，以便完成混合；在入口处 被设置为在管道的纵向移动的流线主体以获得可变文氏管效应且因此而获得可变 抽吸作用以及混合流的〉V曰洽物；以及^^体在管道中向前或向后移动的致动器；其 特征为流线型主体和管道设计成在接il/v口的管道中实现独立于主体位置的最大 节流，从而卩吏对节流的需求以及伴随的压力损失最小化。
在一些实施例中，致动器设置在主体内部或者管道外部以使其不干护3']第一流
并且不在其中产生压力损失。在一些实施例中，入口设置在管道横截面周围以使得 抽吸作用最大并因此最小化压力损失。在某些这种实施例中，将入口设计为缝隙的 形式。在某些这种实施例中，该缝隙的缝隙宽度可以调节，从而可以为了压力损失 最小化而根据不同的^曰t^^ ^f牛来优化流通面积。
在一些实施例中，^i戈主体利用延伸到管道一个外表面的保持件悬挂在前端。 在某些这样的实施例中，为了最小化压力损失，该保持件具有流线型横截面。在某 些实施例中，当致动器设置在主体内部或管iiif部时，该保持件包括给致动器提供 能量的方法。在这某些这样的实施例中，当致动器设置在管勤卜部时，该保持件由 设置为可由在管道外壁里的孔内的轴承上滑动的，具有螺紋的或是可作为滚珠螺杆 工作的光滑杆构成。
通过以下的详细描述并参考附图，本发明和它的详细特征及其优点会更加明白。


图1是根据本发明的一个实施例中EGR系统的部分截面侧视图2是^i戋主体部分以及它的图1中EGR系统的，;M控制致动器的实施
例的部分截面侧视图3是显示了更详细的图1中EGR系统的流线主体部分的，致动器的实施
例的截面侧一见图4是可由图1中EGR系统所采用的流量调节器部斜口外部致动器的实施例 的更详细的部分截面侧视图5是示出可由图1中EGR系统采用的流量调节器部分和外部致动器的另一 个实施例的更详细的部分截面侧视图6A和6B^^动才球低负荷时将典型节流阀的运行和图1中EGR系统的运 行进行比较的示意性侧视图7A和7B^^动机在中负荷时将典型节流问的运行和图1中EGR系统的运 行进行比较的示意性侧视图；以及
图8A和8B是发动机在满负荷时将典型节流阀的运行和图1中EGR系统的运 行进行比较的示意性侧视具体实施例方式
本发明的EGR系统特别适用于结合汽油枳使用。传统汽油机和柴油发动枳之
间的主要区别之一是可燃〉V曰t^4勿注入量(即空气和/或其他气体与燃料的〉v曰洽物)的
准备。传统汽油才w寻燃料与空^汽缸夕卜部进行混合(即在化油器或燃料喷射系统 中)，获得均质的注入气体，其中空气质量和燃料质量之间的关系是得到控制的。 质量比是固定的以使所有燃津材口所有氧气在燃烧期间都被消耗掉。因此，为了在部 分载荷下运行发动机，空气和燃料的供给者睡限制(即节流)。虽然一些现代汽油 机已经j^为将其中的燃料直接喷入汽缸，但逸样的喷射通常都是在燃烧循环中完
成的很早，这样爆震的问题仍会出现。将本发明中的EGR系统与这些类型的发动 机关联^JI]还是有利的。
这些情况不会发生在柴油机中，柴油机将燃^H口空U汽缸内';f^，这可以得 到非均质的注入燃^K口分敬的火焰，其中为了控制功率输出仅仅必须计量燃料的喷 射量。因此，由于柴油机并不需要计量空气供给，它并不需要节流阀(与汽油才;l4目 反)。
对汽油机的进气进行节流需要发动才;iit过节流阀泵送气体。这一泵送工作完全 是浪费，导致其相对于柴油机更低的效率。预f洽注入的另一个问^A在发动机压 缩期间注入量都是可燃的(相比较而言，这在柴油机中只是发生在空气被压缩且燃 油一皮喷射^^后)。当压缩气体时，温度升高，并且因为已经具有燃料，该均质注入 量可以自燃，即会导致不受控制的燃烧(即发动机曝震)以M动机损坏。在具有 更多更热的注入量存在的涡轮增压汽油机中这一问题会更加恶化。
现在，对于M^汽车的排放法规都限定为部分载荷运行，因为通常只是在高载 荷时才考虑要防止爆震。因此，发动机厂商选#^^迟点火(导致低的热效率)
和用附加燃料冷却燃烧(即高于和超出燃烧所需的量)来解决爆震问题。这样，在 燃烧期间有多达30%的喷射燃料不能消^#，只能在汽缸内部充当冷却介质。这是 事实，因为过量的燃料由于所有的氧气都已经被"原始量"的燃料消耗掉而无法燃 烧。结果即是碳氬^^物的排放量很高(即未燃烧的燃料)，以及甚至更低的发动 机效率。这并不是在目前的排放法规下所要考虑的，因为如上所述，仅仅是在发动 机处于部分负荷状态(并不^^耳x4普施减少爆震后的状态)下运行时才限制排放并 且燃油消耗仍然根本不是消费者总体上考虑的重要因素。然而，这很可能会改 变一一对于to汽车的排放';^见可能会在不远的将来变得更加严格，并Jii然油价格 正在13ki4上涨。为了提高效率，涡轮增压将很可能在将来的l^汽车中使用得更加 广泛，并且将会寻找仅仅添加附加燃料以降^j;然烧温度的替代方法。
本发明的实施例将在下文中作为关于涡轮增压汽油机的废气再循环系统的优
选实施例^i^W葛述。
在优选的应用中，EGR供给^if过未示出的涡轮增压器中由16表示的进气道 或管道中的供^^件2径向引入。
供纟^tM牛2插入管道16中一对管件13和13，的法兰1, r之间。供^^件2与 下面所描述的it^主体8 —^^形成流量调节器。以济ii戈主体8和供给部件2的设计 为勤出，在用于引入茇气的缝隙3处，新鲜空气可以独立于主体8的位置始终获得 最大的节流。在所示的实施例中，供给部件2为此目的设计^f黄截面积减小到管道 16中流动方向的狭缝。供给部件2的横截面积的减小，更进一步的，大于流线主体 8在管道16的流动方向中其最大横截面积下游的横截面积的减小。在狭缝3下游的 活动扩散区域，管道16具有，如该实施例所示，恒定的横截面积，而流线主体8 的横截面积在此区域却继续减小。致动器20设置为使得流线主体8的最大横截面 积不会向3夹i逢3的下游移动。
因此，卩艮定在供给部件2和^i戋主体8之间的环形通道，独立于主体8的位置， 在朝向狭缝3的流动方向上总是为汇聚的过程而在狭缝3之后为发散过程。
供给流伊述地经由连续的圓形狭缝3通过供给部件2而产生，该部件在这种情 况下为两部分，但它也可以是通过周边(未示出)周围的多个^il者狭缝而实现。
即使供给径向地产生，供纟M卩件2在入口 7处的供给的方向也可选择为位于这 样的角度能使得在将两气体〉'^^时&寸理想的流动^^牛以*小流动损失。
根据本发明，通过在废气入口3处将新鲜空气的节流最大化，也可以实现可能 的最大泵吸作用，也就是说，该方案引起的压力损失非常小。由于在自身中显示出 文氏管效应的现省流线主体8周围的空气的自由流，因而在实现EGR供给的良好 调节的同时也以同样的方式避免了发动机功率的降低。
连续的，柱状的空腔4存在于缝隙3的周围。村垫6设置于供给部件的这两个 零件之间。通过选择衬垫6的厚度可以获得开口 3理想的缝隙间距。EGR供给流的
给部件2的入口 7处。
输入空气在涡轮增压器的下游由未示出的中冷器以常规的方式冷却，且EGR 气体在供给i^yV进气道之前经由单独的EGR冷却器以同样的方式冷却。流量调节 器设置于涡轮增压器下游自由选择的位置。但是，流量调节器优选位于中冷器的下 游以防止后者被石li:因污染或被S臾性废气腐蚀。
利用从主体8的前沿延伸并向外iiA管部件16的保持件12可将流线主体8自 由悬挂在供^^件2的内部。4艮据本发明，用于^^体8相对于供^^P件2向前或
向后移动的致动器20可以根据本发明设置在主体8的内部或管道16的外部。
才艮据图1和图2的实施例中，保持件12固定在管件13的外壁且包4封周节致动 器20的输入管12。
致动器20可以由液压方式或通过气流来调节，优选商用汽车上经过整个制动 系统可提供的压缩空气。致动器20与主体8结合为一体，也就是说，它是定位于 主体中的。汽缸9设置于主体内部，汽缸9穿过密封退出到主体8的最大横截面积 或最小横截面积部分的前面部分的输入管12,优选是最大横截面积部分的前面外表 面。输入管12装有另外的较小的输送管14。未示出的弹簧元件可以与设置在相对 于距离进气管最远端的汽缸9的壁面而固定，该弹簧元件作用于放置在输入管12 的末端的活塞11上。而活塞又安装有在活塞11的一个自由端开口的通道13。沿着 也可以包含未显示弹簧元件的通道部件并设置在活塞和最接近输入管12的气R 间的外围孔10在活塞的第二端安装有ii7v输入管12的开口 15。因jtbit过一方面在 输入管12内，另一方面在较小输送管14内的流体压力的变化，固定在汽缸9上的 流线主体8即可以在供给部件2内相对于缝隙3向前和向后移动，该移动通过一方 面变化输入管12而另一方面变化更小的进气管14中的流体压力完成。。
正如上述描述所示，通过将致动器20与主体8结合即可实现流量调节器特别 简单和坚固的结构。
如图3,图4和图5所启发，致动器20可以是普通的类型。除液压的或气动的， 电动才;^成的0卜，致动器还可以通过保持件12内的电缆24提供电能(图3 )或者 是构建在主体内的电动机或螺线管。它还可以是^i;U成的，例如，假设电缆24由 波顿(Bowden)电缆代替，该电缆通iiif部致动器2(Ht^体与主体8内部的复位 弹簧(未示出)力相对而沿着保持件12的轴向部分向前或向后移动。
致动器设置在管道16外部的两个实施例在图4和图5表示。根据图4,保持件 穿过供^^件2内的孔18的下游以一定的角度延伸。根据图5,保持件穿过孔18 沿直线延伸，在这种情况下该孔定位在管道16的弯曲处。保持件12可作为安^ 轴承中并在孔18内滑动的杆实施。保持件还可以带有螺玟或者实施为滚珠螺杆， 也可选为可以斜目应的主体8中有内螺纟丈或者孔18，由jH^管道16外部仅需要完 成旋專链动。
如图3所建议，为了将管道16内的压力损失最小化，穿过管道16中流体而延 伸的保持件12的部分可以具有延伸的流线型截面。
因此，与先前已知的设计方案相比，才艮据本发明，通过集成的致动器或设置在 管道外部的致动器可以实现例如由于设置在通道内的致动器的干扰作用而引起的
管道中的压力损失减少。
与先前技料目比，根据本发明，除了别的以外，应用可移动的线圏形成的主体 和固定文氏管部分相结合形式的类似阀门的文氏管解决方案，能够在很大程度上消 除入口空气中的压力损失。
通过^^]本发明的EGR系统，可以避免很多，不是一;tA所有，上述的问题。 关于发动才M暴震控制以AM烧温度降低，对于较高负荷，采用冷却的EGR而 不用燃料冷却输入空气^^吏得燃油消库財口排放量相当低。另夕卜，EGR带来的冷却效
果可以比过量燃油的效果还要好(因为EGR并不像过量燃油那样要节约地使 用)一一低温意味着更低的爆 险。而且，由于更^氐的废^力(因为一些废气 并不需要经过节流的涡轮)导致的更低的残留气体的存在意味着更低的温度，也因 此意味着更低的爆震风险。反过来，更低的爆震风险意味着可以提高压缩比，从而 获得更高的发动机热效率，并且点火可以提前，获得更加高的发动机热效率。更低 温度的燃烧(以及废气)意味着涡轮增压器和管道的寿命更长。
至于节流最小化，而不是在部分负荷下节流进气(这等于浪费能量)，则可以 将冷却的EGR与进^i目混合。对于特定功率输出需要有一定数量的空气和燃油(因 为如上所iiit是均质进气量)。也可以a分数量的EGR，这样即可需要更少的节 流。本发明的可变文氏管可以部分关闭以允许有限(即测量好的)量的空气通过， 正如节流阀一样。同时它允许EGR与导致高进口压力以及最小化的压降的输入气 体混合。这可以获得更高的发动机效率。注意到这同样可以用任何节流阀完成。但 是在发动机高负荷时该文氏管低的压降和大的可变性使其性能胜过普通节流阀。
以上所述示奮&也示于图6A-6B。关于图6A和6B，表示了经过标准节流阀的 液流(图6A)以及当发动才;iil行在发动才;i4氐负荷的情况下^^ 了本发明的EGR系 统代替标准节流阀(图6B)的情况。在标准节流阀的情况中，在非常低的压力下 获得计量好的气流(意味着经过节流阀有很高的压降，导致了低的发动机效率)。 另一方面，在用本发明的EGR系统替换掉标准节流阀的情况中，在较高压力下获 得具有高EGR的计量好的气流(意味着经过文氏管有较低的压降，从而获得更高 的发动机效率)。图7A和7B，表示出当发动^li^行在中等发动机负荷下时相同的 设置情况。在标准节流阀的情况中(图7A)，在压P争并不显著的情况下获得计量好 的气流(获得高发动机效率)，并且排放由催化剂所控制。另一方面，在用本发明 的EGR系统替换掉标准节流阀的情况中(图7B)，在较高压力下获得具有低EGR 率的计量好的气流(获得同样较高的发动机效率)，而同时排放由催化剂和EGR系 统(即部分气体再循环)所控制。图8A和8B,表示出当发动才Ai^行在满发动机负
荷(即涡轮增压器工作时)下时相同的设置情况。在标准节流阀的情况中(图8A)， 可在没有压降的情况下获得计量好的气流。但是，过量的燃料被作为燃烧温度冷却 剂注入，并且因此发动机效率较^JL碳氬^^排放物较高。另一方面，在用本发明
的EGR系统替换掉标准节流阀的情况中(图8B),获得了具有显著EGR率的计量 好的气流(以便EGR作为燃烧温度冷却剂而不是过量燃油)并且没有压力下降。 il^得了高发动机效率以及^#放，因为不需要过量燃油来作为燃烧温度冷却剂。 当然，需要注意到本发明的EGR系统实际上使用于^H形式的汽油机上，而不仅 是满轮增压发动机上的时候，都可以获得益处(尽管在许多情况下，涡轮增压发动 机負^MM本发明的EGR系统中最大 )。
因此，正如所看到的，运行jt^]本发明的EGR系统而不是标准节流阀的汽油 机可以在所有三种运行^j牛(即发动才M氐负荷，发动机中负荷，以M动机满负荷) 下获得明显的有益效果。
<^本发明的EGR系统的另一个益处涉及减少排放。除了考虑到上述HC排 放的问题"卜，另外的问题涉及由节流阀运行而引起的事实，进气进^A管中的变 化的压力引起"湿墙"并且不时会产生汽化，还有预'"給的进^4在于燃烧室内部 的冷裂缝中。通过IM EGR,废气将会"再燃烧"，从而烧掉残余的碳氢^^物。 另夕卜，EG!Ut^在汽油机中具有类似于如前所述的^^l在柴油机中的减少NOx的 作用，尽管是更小的程度(因为汽油机比柴油机的NOx问题少)。而且，在冷起动 期间，大量(优选未冷却)的EGR用^ii4i。热发动机，以最小化冷运行(以及 因itbf目关的排放)。同样的，很大的EGR量可用来提高排气的温度，这可用于;缺 动期间以i敫活三元催4匕剂(因为在催化剂的激活之前，汽油机并没有运行的减排系 统)。
在汽油机中j錢本发明的EGR系统提供了一些在柴油机中所没有的附加控制 的可能l"生，例如，因为在汽油机中^^]本发明的EGR系统所带来的主要益处之一 关系到防止发动才M暴震，因此应该可以给该系统提供一个爆震传感器且然后至少部 分基于所传感的爆震而控制EGR系统。因为发动机爆震可以极其iiki4地损害和破 坏发动机，并且因为通过EGR控制来减少/消除发动枳爆震还不能快到足以避免发 动牙M员坏，最优选的是通过点火定时控制(这可以iSil变化，例如从一个发动才/U盾 环到另 一个)和EGR率控制相结合来实现爆震的预防/减少。
如上所述，本领域技术人员清楚了解到本发明提供的EGR系统特别适用于汽 油机，并且其能提高汽油机的性能和效率。
尽管本发明已经通过参考部件的M布置、特征等等进行叙述，但这并没有详
细讨论所有可能的排列和特征，而确实对于本领域技术人员来说可以确定有很多其 它的^务改和变^匕。
权利要求
1、一种适用于汽油机上的废气再循环系统，所述废气再循环系统包括入口空气供给管道，再循环废气供给管道，以及输出管道，将通过所述入口空气供给管道进入的空气和通过所述再循环废气供给管道进入的冷却废气混合从而在排出输出管道之前产生空气和冷却废气的混合物；可操纵从而控制混合物中空气相对于再循环冷却废气的比例的主体；注入混合物的可计量燃料源；以及使所述主体动作以改变混合物中空气相对于再循环冷却废气的比例的致动器，从而使得所述发动机在至少某些发动机条件下运行时所述发动机的燃烧温度得以下降。
2、 如权利要求l所述的系统，其中所iii体包^i殳置成在管道内沿纵向方向 移动的阀体，从而获得可变文氏管效应并且可控制空气质量流量以及'"曰洽物中空气 相对于再循环冷却废气的比例。
3、 如权利要求2所述的系统，其中所述可变文氏管效应确^ifit^m体的 损失最小。
4、 如权利要求l所述的系统，其中所述致动器使得再循环冷却废气以一定的 量注入〉V曰洽物，以使得所述燃烧温度P争^^)j一定的程度，从而使得发动机爆震减少。
5、 如权利要求1所述的系统，其中所述系统配置为可选棒^i也供给暖废气而 不是冷却废气，将该日1^气与空气'/V曰洽以在排出输出管道之前产生空气和B1A气的 〉V曰t^物，并且其中所述致动器使得主体动作以改变';F4物中空气相对于再循环暖废 气的比例，从而使得发动机在至少一些发动机条件下运行时发动机变暖。
6、 如权利要求5所述的系统，其中所述致动器使得再循环暖废气以一定的量 注入〉'fo^物，从而使得发动积在;4^动期间可以iiki4变暖以减少冷运行，因此以减 少相关排放。
7、 如权利要求5所述的系统，其中所述致动器使得再循环暖废气以一定的量 注入混合物从而使得废气温度升高到一定的程度以足够在冷启动期间迅速激活三 元催化剂。
8、 如权利要求l所述的系统，其中再循环冷却废气包含有碳氢化合物，至少 碳氢^^4勿的"P分会在再循环过程中燃烧掉。
9、 一种适用于汽油机上的废气再循环系统，所述废气再循环系统包括 入口空气供给管道，再循环废气供给管道，以及输出管道，将通过该入口空气 供给管道进入的空气和通过该再循环废气供给管道进入的暖废气混合从而在排出输出管道之前产生空气和暖废气的混合物。 可操纵以控制混合物中空气相对于再循环暖废气比例的主体；注入混合物的可计量燃料源；以及使所叙述主体动作以改混合物中空气相对于再循环暖废气的比例的致动器，从而使得发动机在至少一些发动机条件下运行时发动机变暖。
10、 如权利要求9所述的系统，其中所述主体包4封皮设置成在管道内沿纵向方向移动的阀体，以便获得可变的文氏管效应并且控制空气质量流量以混合物中空气相对于再循环暖废气的比例。
11、 如权利要求9所述的系统，其中所述致动器使得再循环暖废气以一定的量注入混合物以使得发动机再冷起动期间可以迅逸变暖以最小化冷运行，因此以减少相关排放。
12、 如权利要求9所述的系统，其中所述致动器使得再循环暖废气以一定的量注入混合物从而使得废气温度升高到一定的程度以足够在冷启动期间迅速激活三 元催化器。
13、 如权利要求9所述的系统，其中所述系统配置为可选性地供给冷却废气 而不是暖废气，将该冷却废气与空气混合以在排出输出所述管道之前产生空气和冷却废气的混合物，并且其中所述致动器使得主体动作以改变混合物中空相对于再循环冷却废气的比例从而使得所述动机在至少一些发动机条件下运行时所tt 动才几的燃烧温度降低。
14、 如权利要求13所述的系统，其中所述致动器使得再循环冷却废气以一定的量注入混合物从而使得燃烧温度降低到一定的程度从而使得发动积爆震减少。
15、 如权利要求9所述的系统，其中再循环冷却废气包含有碳iU^4勿，它们 中的至少"p分会在再循环过程中燃烧掉。
16、 一种汽油机系统，包括 汽油机；用于测量输入发动机的燃烧气体供给的节流阀，所述节流阀包括 入口空气供给管道，再循环废气供给管道，以及输出管道，通过入口空气供给管道进入的空气和通过再循环废气供给管道进入的废气混合从而在排出输出管道之前产生空气和废气的燃烧气体混合物；可操纵以控制燃烧空混合物中空气相对于再循环废气比例的主体；以及注入然烧气体混合物的计量燃料源。
17、 如权利要求16所述的系统，其中所述主体包括设置成在管道内沿纵向 方向移动的阀体，从而获得可变的文氏管效应并且控制空气质量流量以及燃烧气体混合物中空气相对于再循环废气的比例。
18、 如权利要求17所述的系统，其中所述可变文氏管效应确保通过所述述主体 的损失最小。
19、 如权利要求16所述的系统，其中所述系统配置为可选择地供给冷却废气，该冷却废气与空气'混合物以在排出输出管道之前产生空气和冷却废气的混合物，并且还包括可使得主体动作以改变混合物中空气相对于再循环冷却废气的比例从而使 得所tt动机至少在一些发动机条件下运行时燃烧温度降低的致动器。
20、 如权利要求19所述的系统，其中所述致动器使得再循环冷却废气以一定 的量注入〉V曰D^4勿以使得燃烧温度降^^一定的程度从而使得发动糸"暴震减少。
21、 如权利要求16所述的系统，其中所述系统配置为可选择性地供给暖废气， 该暖废气与空气混合物給以在排出输出管道之前产生空气和暖废气的混合物，并且另外 包括可使得主体动作以改变混合物中空气相对于再循环暖废气的比例从而使得该 发动机在至少一些发动机条件下运行时该发动机变暖的致动器。
22、 如权利要求21所述的系统，其中所述致动器使得再循环暖废气以一定的 量注入混合物以使得所述发动机在冷起动期间可以迅速变暖以最小化冷运行，因此 以減少相关的排放。
23、 如权利要求21所述的系统，其中所述致动器使得再循环暖废气以一定的 量注入混合物从而使得废气温度升高到 一定的程度以足够在冷启动期间迅速激活 三元催化器。
24、 如权利要求16所述的系统，其中再循环冷却废气包含有碳氢化合物，它 们中的至少一部分会在再循环过程中燃烧掉。
全文摘要
本发明涉及一种用于汽油燃料发动机的废气再循环系统，该汽油燃料发动机包括汽油机，用于计量流入发动机的燃烧气体供给的节流阀，以及注入燃烧气体混合物的计量燃料源。该节流阀包括入口空气供给管道，再循环废气供给管道，以及输出管道。通过入口空气供给管道进入的空气和通过再循环废气供给管道进入的废气混合以在排出输出管道之前产生空气、燃料和废气的燃烧气体混合物。可操纵从而控制燃烧空气混合物中空气相对于再循环废气比例的主体。
文档编号F02M25/07GK101187347SQ20071019444
公开日2008年5月28日 申请日期2007年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者古斯塔夫·伯格伦 申请人:哈尔德克斯水利学公司