专利名称：燃烧气体再循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种再循环系统，尤其涉及一种发动机燃烧气体再循环系统。
背景技术：
发动机通过在燃烧室中燃烧燃料和空气以产生驱动发动机中诸如活塞的工作部件的高压燃烧气体，从而产生动力。发动机所产生的某些燃烧气体可能是有害的。在发动机的工作过程中所产生的燃烧气体可从燃烧室通过排气系统或发动机中诸如曲柄箱的其它部分排入大气。
至少构想了一种内燃机可将发动机所产生的至少一部分燃烧气体再循环回燃烧室中，以减少排入大气中的有害燃烧气体的量。例如，美国专利5884612(‘612专利)显示了一种带有窜漏气体流通系统的发动机，以将燃烧气体从曲柄箱再循环回发动机燃烧室中。该发动机包括将空气导向一缓冲槽的一节气门段。该节气门段包括一蝶阀，在空气流向缓冲槽时流经该蝶阀。该发动机具有窜漏气体流通管，它将燃烧气体从曲柄箱导入缓冲槽中。缓冲槽向进口管分配空气和燃烧气体，进口管将空气和燃烧气体导入发动机的燃烧室中。
虽然‘612专利的发动机将燃烧气体从曲柄轴再循环回发动机气缸中，但这样设计还是有缺陷。例如，节气门段中的蝶阀限制流向发动机的燃烧室的空气。这一限制会因减少流向发动机燃烧室的空气流而损害发动机的性能。包括有蝶阀还会增加发动机的成本和维护需求。
本发明的燃烧气体再循环系统可解决以上一个或多个问题。
发明内容
一个所揭示的实施例包括一种燃烧气体再循环系统，该系统可包括带有一混合室进口和一混合室出口的一混合室。该燃烧气体再循环系统还可包括与混合室进口连接的一管道。另外，该燃烧气体再循环系统可包括具有一实心外壁的一开口进口通道。开口进口通道可延伸进混合室，从而使开口进口通道的一端部位于混合室进口和混合室出口之间。另外，在开口进口通道中的空气压力可在大气压力附近或低于大气压力。
另一个实施例涉及一种向一发动机的一燃烧室供应空气和一种第二气体的方法。该方法可包括将空气引导通过压力在大气压力附近或低于大气压力的一开口进口通道，经过位于混合室中一混合室进口和一混合室出口之间的该开口进口通道的一端部，经过混合室，经过混合室出口，从而到达燃烧室。另外，该方法可包括将该第二气体引导通过一管道，经过混合室进口进入混合室，经过混合室，经过混合室出口，从而到达燃烧室。
再一个实施例涉及一种发动机。该发动机可包括一外壳，该外壳可包括一燃烧室。另外，该发动机可包括一空气进口系统。该空气进口系统可包括带有一混合室进口和一混合室出口的一混合室。该混合室出口可与燃烧室连接。另外，空气进口系统可包括一开口进口通道。该开口进口通道的一第一端可与大气流体连通。此外，开口进口通道可延伸进该混合室，从而使该开口进口通道的一第二端位于混合室进口和混合室出口之间。另外，空气进口系统可构造成在发动机工作过程中空气流经压力在大气压力附近或低于大气压力的开口进口通道。
图1是根据一个所揭示的实施例的发动机的示意图；以及图2是根据另一个所揭示的实施例的发动机的示意图。
具体实施例方式
图1提供了根据所揭示的一个示例性实施例的发动机10的示意图。发动机10可包括外壳12、工作部件14、空气进口系统16、燃料系统18、排气系统20和燃烧气体再循环系统22。
可将工作部件14可移动地支承于外壳12的内部，从而将燃烧室24与非燃烧室26分开。如图1所示，工作部件14可为支承在外壳12的圆筒形部分中的活塞。外壳12、工作部件14、燃烧室24和非燃烧室26并不限于图1中所示的结构。工作部件14可具有任意的形状，且可以任何方式可移动地支承在外壳12中，从而将燃烧室24和非燃烧室26分开。例如，工作部件14可为在外壳12中旋转的转子，比如在汪克尔内燃机中那样。
空气进口系统16可与外壳12连接，并被构造成向燃烧室24供应空气。空气进口系统16可包括用于将空气引入燃烧室24的管道28和29、以及用于通过管道29泵送空气的增压机33的压缩机31。空气进口系统16还可包括排放管30，该排放管将空气导入管道28，而且将第二气体导入空气进口系统16中，并将该第二气体输送到管道28。另外，空气进口系统16外壳16可包括压力通风系统、总管、阀门和/或过滤器(未示出)。另外，空气进口系统16可省略增压机33。
排放管30可包括混合室32和延伸进混合室32中的开口进口通道34。开口进口通道34的第一端36可与大气流体连通，或者如图1所示直接连接，或者通过空气进口系统16的一个或多个其它的元件连接，比如管道、压力通风系统、腔室、过滤器和/或增压机。开口进口通道34的第二端38可置于混合室32中。开口进口通道34的内部39没有阀门、节气门和类似的空气流限制装置。另外，在某些实施例中，开口进口通道34可具有基本恒定的内截面。根据某些实施例，开口进口通道34可具有实心外壁41，如图1所示。
混合室32还可包括混合室进口40和混合室出口42。混合室出口42可与燃烧室24连接，比如通过管道28和29以及压缩机31来连接。混合室进口40可置于开口进口通道34的第二端38的一侧，与混合室出口42相对。混合室32可构造有位于混合室进口40和开口进口通道34的第二端38之间的扩大部分43，且其截面大于开口进口通道34的第二端38和混合室出口42之间的截面。此外，混合室32可包括在混合室进口40和开口进口通道34的第二端38之间的锥形部分44。另外，混合室32在开口进口通道34的第二端38和混合室出口42之间的部分可具有基本恒定的内截面。
排放管30并不限于图1中所示的结构。例如，混合室32在混合室进口40和混合室出口42之间可具有不同的截面面积。此外，虽然图1中示出了沿一条直的轴向延伸的开口进口通道34和混合室32，但开口进口通道34和/或混合室32在开口进口通道34的第一端36和混合室出口42之间可以是弯曲的。另外，除了开口进口通道34以外，其它的管道也可伸进或伸出混合室32。此外，除了混合室进口40和混合室出口42以外，混合室32可包括其它的进口和出口。
可将燃料系统18构造成向燃烧室24输送燃料。可将燃料系统18构造成直接将燃料输送进燃烧室24中，如图1所示。或者，可将燃料系统18构造成将燃料输送进空气进口系统16中，由空气进口系统16中的空气将燃料送入燃烧室24中。可将燃料系统18构造成用来输送燃料，这包括但不限于柴油燃料、汽油和气体燃料。
可将排气系统20构造成将燃烧气体从燃烧室24排出。排气系统20可包括外壳12中的通道46、管道48和涡轮机外壳49，涡轮机外壳49将燃烧气体导入大气。排气系统20还可包括一个或多个气体处理单元和/或一个或多个消声器(未示出)。
可将燃烧气体再循环系统22构造成将燃烧气体从排气系统20再循环到空气进口系统16，以传送到燃烧室24。燃烧气体再循环系统22可包括排放管30、以及连接在排气系统20和混合室进口40之间的管道50。管道50可完全由独立于外壳12的元件形成，如图1所示。或者，外壳12可形成部分或全部的管道50。除了排放管30和管道50以外，燃烧气体再循环系统22还可包括其它元件，比如一个或多个阀门、传感器、控制器、泵和/或过滤器。
图2示出了发动机52的另一个实施例，该发动机包括燃烧气体再循环系统56的另一个实施例。可将燃烧气体再循环系统56构造成将燃烧气体从非燃烧室26再循环到空气进口系统16，以传送到燃烧室24。燃烧气体再循环系统56可包括排放管30和连接于非燃烧室26和混合室进口40之间的管道62。管道62可完全由独立于外壳12的元件形成，如图1所示。或者，外壳12可形成部分或全部的管道62。除了排放管30和管道62以外，燃烧气体再循环系统56还可包括其它元件，比如一个或多个阀门、传感器、控制器、泵和/或过滤器。
发动机10和52并不限于图1和2所示的结构。例如，发动机10或52可同时包括燃烧气体再循环系统22和56。在这样的实施例中，燃烧气体再循环系统22和56可各自包括独立的排放管30，或者它们可共享共用的排放管30。同样，在燃烧气体再循环系统22和56共享一个共用排放管30的实施例中，混合室32可包括分别用于燃烧气体再循环系统22和56的分离的混合室进口40，或者燃烧气体再循环系统22和56可共享一个共用的混合室进口40。另外，在某些实施例中，发动机10或52可在空气进口系统16中有一个或多个排放管30，其连接于系统的一个或多个混合室进口40被构造成可提供除燃烧气体以外的气体。另外，发动机10或52还可包括不通过排放管30而连接于空气进口系统16的燃烧气体再循环系统56和/或56。
工业可用性所揭示的发动机10和52的实施例有可能用在任何需要动力源的系统中。另外，所揭示的排放管30和燃烧气体再循环系统22、56的实施例可应用于任何发动机10或52。
在发动机10和52的工作过程中，空气进口系统16向燃烧室24提供空气。大气压力推动空气进入开口进口通道34的第一端36，经过开口进口通道34，经过开口进口通道34的第二端38，经过混合室32，经过混合室出口42，经过管道28，从而到达压缩机31。然后，压缩机31可将空气泵送通过管道29到达燃烧室24。在图1所示实施例发动机10、图2所示实施例发动机52以及发动机10和52的其它实施例的工作过程中，空气通过压力在大气压附近或低于大气压的开口进口通道34，在这些实施例中，空气进口系统16不包括在大气和开口进口通道34的第一端36之间的增压机。在发动机10或52的工作过程中，空气可流经未受阀门、节气门或类似的限流装置阻塞的开口进口通道34。这可促成通过开口进口通道34的高流量，这将提高发动机10、52的性能。
流出开口进口通道34的第二端38的空气流可将来自混合室进口40的气体流带到混合室32中。随着空气流出开口进口通道34的第二端38进入混合室32，空气膨胀且压力下降。这就会造成毗邻开口进口通道34的第二端38的局部低压区。如果在混合室进口40处的气体具有大于该局部区域的低压的压力，那么该气体将流过混合室进口40，进入混合室32，并流向开口进口通道34的第二端38。这样，将气体从管道50或60抽出。然后，气体将同空气一起，流经混合室32，经过混合室出口42，经过管道28，从而到达燃烧室24。
与空气进口系统16向燃烧室24供应空气相配合，燃料系统18向燃烧室24提供燃料。发动机10和52在燃烧室24中燃烧这一燃料和空气，产生驱动工作部件14以产生动力的高压燃烧气体。一些在燃烧室24中产生的燃烧气体会通过外壳12和工作部件14之间的空隙逃逸到非燃烧室26中。另外，排气系统20将在燃烧室24中所产生的一些燃烧气体导出燃烧室24。
燃烧气体再循环系统22或56可将在燃烧室24中所产生的一些燃烧气体再循环回空气进口系统16，以回到燃烧室24中。在包括燃烧气体再循环系统22的实施例中，流经排气系统20的一部分燃烧气体可经管道50流到混合室进口40。在包括燃烧气体再循环系统56的实施例中，燃烧气体可从非燃烧室26经管道62流到混合室进口40。由管道50或62输送到混合室进口40的燃烧气体可流经混合室进口40进入混合室32，经混合室32，经混合室出口42，经管道28，从而到达燃烧室24。根据某些实施例，燃烧气体可流经燃烧气体再循环系统22和/或56其它的元件，比如过滤器和/或阀门，进入燃烧室24。此外，根据燃烧气体再循环系统22和/或56包括一个或多个阀门的某些实施例，这些阀门可选择性地允许或阻止燃烧气体流通过管道50和/或62进入混合室进口40。另外，根据燃烧气体再循环系统22和/或56包括一个或多个泵的某些实施例，这些泵可将燃烧气体经管道50和/或62泵送到混合室进口40。
对熟悉本领域技术的人员来说，可以对发动机10、52和燃烧气体再循环系统22、56进行各种修改和变型而不会超出本发明的范围。在参考了此处所揭示的发动机10、52和燃烧气体再循环系统22、56之后，其它的实施例对于熟悉本领域技术的人员来说是显而易见的。这些实施例应该被视为仅仅是示例性的，所揭示的实施例的实际范围应由所附权利要求及其等效内容确定。
权利要求
1.一种燃烧气体再循环系统，它包括一混合室，该混合室带有一混合室进口和一混合室出口；一管道，该管道与混合室进口连接；一开口进口通道，该开口进口通道具有一实心外壁并延伸进混合室，从而使开口进口通道的一端部位于混合室进口和混合室出口之间；以及其中，在开口进口通道中的空气压力在大气压力附近或低于大气压力。
2.如权利要求1所述的燃烧气体再循环系统，其特征在于，该混合室包括一扩大部分，该扩大部分位于混合室进口和开口进口通道的端部之间，并具有大于开口进口通道的端部和混合室出口之间的混合室截面的一截面。
3.如权利要求2所述的燃烧气体再循环系统，其特征在于，该混合室包括在混合室进口和开口进口通道的端部之间的一锥形部分。
4.如权利要求3所述的燃烧气体再循环系统，其特征在于，该混合室的、位于开口进口通道的端部和混合室出口之间的一部分具有一基本恒定的内部截面。
5.如权利要求2所述的燃烧气体再循环系统，其特征在于，该混合室的、位于开口进口通道的端部和混合室出口之间的一部分具有一基本恒定的内部截面。
6.如权利要求1所述的燃烧气体再循环系统，其特征在于，开口进口通道具有一基本恒定的内部截面。
7.一种向一发动机的一燃烧室供应空气和一种第二气体的方法，该方法包括将空气引导通过压力在大气压力附近或低于大气压力的一开口进口通道，经过位于混合室内一混合室进口和一混合室出口之间的该开口进口通道的一端部，经过混合室，经过混合室出口，从而到达燃烧室；以及将该第二气体引导通过一管道，经过混合室进口进入混合室，经过混合室，经过混合室出口，从而到达燃烧室。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将第二气体引导通过管道包括将来自发动机的一排气系统的燃烧气体引导通过该管道。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，开口进口通道具有一基本恒定的内部截面。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，开口进口通道具有一基本恒定的内部截面。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将第二气体引导通过混合室包括将该第二气体引导通过混合室的一扩大部分，该扩大部分位于混合室进口和开口进口通道的端部之间并具有大于开口进口通道的端部和混合室出口之间的混合室截面的一截面。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将第二气体引导通过混合室包括将该第二气体引导通过混合室的、在混合室进口和开口进口通道的端部之间的一锥形部分。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将第二气体引导通过管道包括将该气体从发动机的一非燃烧室引导通过该管道。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，开口进口通道具有一基本恒定的内部截面。
15.一种发动机，它包括一外壳，该外壳包括一燃烧室；一空气进口系统，该空气进口系统包括一混合室，该混合室带有一混合室进口和一混合室出口，其中，该混合室出口与燃烧室流体连接；一开口进口通道，其中，该开口进口通道的一第一端与大气流体连通，并且开口进口通道延伸进该混合室，从而使开口进口通道的一第二端位于混合室进口和混合室出口之间；以及其中，该空气进口系统被构造成这样，即，在发动机工作过程中开口进口通道中的空气压力在大气压力附近或低于大气压力。
16.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，它还包括一排气系统，该排气系统与燃烧室连接并被构造成将燃烧气体引出燃烧室；以及一管道，该管道连接在排气系统和混合室进口之间。
17.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，该混合室包括一扩大部分，该扩大部分位于混合室进口和开口进口通道的第二端之间并具有大于开口进口通道的第二端和混合室出口之间的混合室截面的一截面。
18.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，它还包括一排气系统，该排气系统与燃烧室连接并被构造成将燃烧气体引出燃烧室；以及一管道，该管道连接在排气系统和混合室进口之间。
19.如权利要求18所述的发动机，其特征在于，混合室进口和开口进口通道的第二端之间的至少一个混合室截面大于开口进口通道的第二端和混合室出口之间的混合室截面。
20.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，该外壳还包括一非燃烧室，以及，该发动机还包括连接在非燃烧室和混合室进口之间的一管道。
21.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，该混合室包括一扩大部分，该扩大部分位于混合室进口和开口进口通道的第二端之间并具有大于开口进口通道的第二端和混合室出口之间的混合室截面的一截面。
22.如权利要求21所述的发动机，其特征在于，该混合室包括在混合室进口和开口进口通道的第二端之间的一锥形部分。
23.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，开口进口通道具有一基本恒定的内部截面。
全文摘要
一种燃烧气体再循环系统具有带有一混合室进口和一混合室出口的一混合室。该燃烧气体再循环系统还可包括与混合室进口连接的一管道。另外，该燃烧气体再循环系统可包括具有一实心外壁的一开口进口通道。开口进口通道可延伸进混合室，从而使开口进口通道的一端部位于混合室进口和混合室出口之间。另外，在开口进口通道中的空气压力可在大气压力附近或低于大气压力。
文档编号F23R3/00GK1840966SQ20061006819
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月21日 优先权日2005年3月31日
发明者D·D·鲍德温 申请人:卡特彼勒公司