专利名称：一种小型汽油机废气再循环装置及再循环方法
一种小型汽油机废气再循环装置及再循环方法
技术领域：
本发明属于小型汽油机废气再循环技术领域。涉及一种由小型汽油机进气系统 负压驱动废气回流流量控制的废气再循环装置。该装置适用于汽油机NOx排放控制，尤其 适用于小型汽油机这样空间紧凑且成本要求苛刻、电力供应不稳定或无电力供应的应用场 合，例如摩托车用汽油机和通用小型汽油机等。
背景技术：
废气再循环(EGR)的流量控制是废气再循环装置的关键环节，废气再循环流量应 伴随小型汽油机工况变化而加以调节。现有技术中的废气再循环装置有多种形式，如专利 号为200580040554. 3号的中国发明专利中公开了一种“内燃机的EGR控制装置”，这种废气 再循环控制具有废气再循环流量控制的功能。但是，由于该装置结构复杂，在空间尺寸紧凑 的小型汽油机中难以布置，同时装置的成本对于小型汽油机应用场合也是难以承受的。其 次，在大量的小型汽油机应用领域，如通用小型汽油机和摩托车，小型汽油机本身只有简单 的 点火装置，如电磁感应式的点火系统，而且要求小型汽油机在没有电池的条件下仍能运 行，有相当多的应用场合甚至要求在没有电源和电池条件下正常工作。因此该专利的控制 单元在没有电力供应保障的条件下各种传感器和控制及执行单元的运作将无法工作。专利号为200810127273. 7的发明专利中公开了一种“确定EGR流量的车载方法”。 该专利是利用文丘里管来确定小型汽油机废气再循环的流量，而小型汽油机同样没有足够 的空间布置文丘里管。专利200580040554. 3以小型汽油机节气门开度为依据，兼顾废气再循环阀开度 和小型汽油机转速等确定小型汽油机运转工况，因此需要各种传感器进行相关小型汽油机 运转参数的测量，还需要数据采集装置。专利200810127273. 7为确定废气再循环流量与预期流量的差异，也需要增加文 丘里管并要求测量温度和压力。这些系统无论怎样简化也无法摆脱需要传感器和电控系 统，而在小型汽油机领域，一般要求在没有稳定的供电条件，或要求在完全没有供电(如电 池或发电机)条件下正常工作，而上述装置无法使用。即便为此增加供电装置，复杂的系统 引发的空间和成本问题也将使其无法应用于小型汽油机领域。
发明内容本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，针对现有废气再循环技术，为适应 小型汽油机特有的空间结构紧凑、电力供应条件差或没有电力供应的应用场合，提供一种 小型汽油机废气再循环装置及再循环方法。本发明提供的小型汽油机废气再循环装置，是在小型汽油机的排气系统与小型汽 油机进气系统之间增设一个废气再循环回路，该回路包括一个废气流量控制阀，废气流量 控制阀的进气口通过取气管与排气系统连通，废气流量控制阀的出气口通过导管与单向阀 的进气口连通，单向阀的出气口通过废气导管与发动机进气系统连通，废气导管可布置在位于小型汽油机进气系统节气门的上游或下游，废气流量控制阀的负压接口通过负压取压 管与小型汽油机进气歧管连通，如图2所示。所述的废气流量控制阀通过阀内设置的弹性膜片将阀体内腔分隔成负压室和工 作室两部分，负压室通过负压接口连接负压取压管，工作室内设置有通过柱塞杆与弹性膜 片固定连接的柱塞，在柱塞与弹性膜片之间的工作室内设置有一个支撑板，在支撑板与柱 塞之间的柱塞杆上设置有复位弹簧，废气流量控制阀的进气口与出气口分置于柱塞的两 侧。所述的废气流量控制阀的开度由负压室的工作压力即小型汽油机进气歧管内负 压控制，通过调整复位弹簧将小型汽油机怠速运行时进气歧管内的压力设为基准压力，并 将此时的废气流量控制阀设置为关闭状态。本发明同时提供了一种小型汽油机废气再循环方法，该方法包括第一、在小型汽油机的排气系统与小型汽油机进气系统之间增设一个废气再循环 回路；
第二、在该回路中设置一个废气流量控制阀，废气流量控制阀的进气口通过取气 管与小型汽油机的排气系统连通，废气流量控制阀的出气口通过导管与单向阀的进气口连 通，单向阀的出气口通过废气导管与小型汽油机的进气系统连通，废气流量控制阀的负压 接口通过负压取压管与小型汽油机进气歧管连通；第三、废气流量控制阀的开度由小型汽油机进气歧管内负压控制，将小型汽油机 怠速运行时进气歧管内的绝对压力设为基准压力，并将此时的废气流量控制阀设置为关闭 状态；第四、当小型汽油机进气歧管内绝对压力大于基准压力时，废气流量控制阀打开， 其开度亦即回流的废气流量大小由小型汽油机进气歧管内绝对压力高于基准压力的差值 决定，差值越大开度及废气流量也越大；第五、当小型汽油机进气系统内的压力瞬时超过排气系统内压力时，在单向阀的 作用下废气再循环系统被截止，阻断新鲜空气或油气混合气沿废气再循环系统管路流入小 型汽油机排气系统内。本发明的优点和积极效果本发明利用小型汽油机进气负压与小型汽油机负荷之间的相关性控制废气再循 环流量，使之随负荷变化。由于小型汽油机进气负压可提供驱动力，因此可利用小型汽油机 进气负压直接驱动废气再循环流量控制阀，装置运行可不需要电力供应，简化了系统结构。
图1是现有技术中废气再循环装置结构示意图。(为200580040554. 3号的中国发 明专利中公开的系统图)图2是本发明废气再循环控制装置结构示意图。图3是本发明实施例废气再循环控制装置结构示意图。图4是本发明机械式废气流量控制阀结构示意图。图5是本发明实施例单向阀结构示意图。图6是本发明实施例废气再循环控制装置流量控制阀开闭压力设定示意图。
图7是本发明实施例废气再循环控制装置流量控制阀开闭压力与开度关系示意 图。图中，1废气取气管，2废气流量控制阀，3单向阀，4废气导管，5负压取压管，6进 气空滤器，7进气流通管道，8节气门，9进气歧管，10排气管，11负压接口，12弹性膜片，13 复位弹簧，14柱塞，15废气流量控制阀出气口，16废气流量控制阀进气口，17负压室，18单 向阀出气口，19簧片，20单向阀进气口。
具体实施方式实施例1 小型汽油机废气再循环方法，参见图2，该方法包括第一、在小型汽油机的排气管与小型汽油机进气管系统之间增设一个废气再循环 回路；第二、在该回路中设置一个废气流量控制阀，废气流量控制阀的进气口通过取气 管与排气管连通，废气流量控制阀的出气口通过导管与单向阀的进气口连通，单向阀的出 气口通过废气导管与小型汽油机的进气系统连通，废气流量控制阀的负压接口通过负压取 压管与小型汽油机进气歧管连通；第三、废气流量控制阀的开度由小型汽油机进气歧管内负压控制，将小型汽油机 怠速运行时进气歧管内的绝对压力设为基准压力，并将此时的废气流量控制阀设置为关闭 状态；第四、当小型汽油机进气歧管内绝对压力大于基准压力时，废气流量控制阀打开， 其开度亦即回流的废气流量大小由小型汽油机进气歧管内绝对压力高于基准压力的差值 决定，差值越大开度及废气流量也越大；第五、当小型汽油机进气系统内的压力瞬时超过排气系统内压力时，在单向阀的 作用下废气再循环系统被截止，阻断新鲜空气或油气混合气沿废气再循环系统管路流入小 型汽油机排气系统内。实施例2、小型汽油机废气再循环装置如图3所示，以单缸汽油机为例说明本发明的废气再循环(EGR)流量控制系统。本 发明提供的小型汽油机废气再循环装置，是在小型汽油机的排气管10与小型汽油机进气 系统之间增设一个废气再循环回路，该回路包括一个废气流量控制阀2，废气流量控制阀的 进气口 16通过废气取气管1与排气管10连通，废气流量控制阀2的出气口 15通过导管与 单向阀3的进气口 20连通，单向阀的出气口 18通过废气导管4与进气系统进气系统连通， 导管可布置在位于小型汽油机进气系统节气门8的上游或下游，废气流量控制阀的负压接 口 11通过负压取压管5与小型汽油机进气歧管9连通。图4是图3中机械式废气流量控制阀2的结构示意图。废气流量控制阀通过阀内 设置的弹性膜片12将阀体内腔分隔成负压室17和工作室两部分，负压室通过负压接口 11 连接负压取压管5，工作室内设置有通过柱塞杆与弹性膜片固定连接的柱塞14，在柱塞与 弹性膜片之间的工作室内设置有一个支撑板，在支撑板与柱塞之间的柱塞杆上设置有复位 弹簧13，废气流量控制阀的进气口 16与出气口 15分置于柱塞14的两侧。图5为簧片式单向阀结构示意图，单向阀进气口 20与废气流量控制阀2相连，废 气由单向阀出气口 18与废气导管4相连。当单向阀进气口 20压力大于单向阀出气口 18压力时，簧片19打开，废气可以流通。反之，当单向阀出气口 18压力大于单向阀进气口 20 压力时，簧片19在逆向压力作用下关闭。本发明工作原理及工作过程由于小型汽油机排放的废气在排气管10与进气系统二者之间存在一定的压差， 在该压差的作用下，废气再循环回路依次经取气管1、废气流量控制阀2、单向阀3和废气导 管4回流至小型汽油机进气系统实现废气再循环。废气流量控制阀2的开度由负压取压管 5传递的小型汽油机进气歧管9内的进气负压控制，随小型汽油机进气歧管9内的进气负压 增大(即，进气歧管内的绝对压力降低)废气流量控制阀2的开度减小。本发明以小型汽 油机怠速运行时进气歧管9内的绝对压力为基准，当进气歧管9内的绝对压力低于该基准 压力时，废气流量控制阀2处于关闭的状态。在小型汽油机突减负荷的过程中，进气绝对压 力也将迅速降低至基准压力以下，此时亦可实现阻断废气再循环。当小型汽油机由怠速工 况加大负荷后，进气歧管9内的绝对压力也将随之增大，废气流量控制阀2从关闭状态迅速 打开。当废气导管4所在进气系统内压力瞬时超过排气管10的内压力时，单向阀3关闭， 可阻断新鲜空气或油气混合气沿废气再循环系统流入排气管10。废气导管4可布置在小型 汽油机进气系统节气门8的上游或下游。负压接口 11与负压取压管5相连，弹性膜片12将负压室17与工作室隔开，进气 绝对压力被负压取压管5传递到负压室17。小型汽油机负载越大，进气歧管9内的进气绝 对压力越高，废气流量控制阀膜片12两边压差就较小，在弹簧13的作用下柱塞14抬起位 置就越高。此时废气取气管1内的废气可以有更大的流通截面从废气出气口 15流出，即， 处于图6的打开区以及图7的Pa左侧区域。小型汽油机负荷越低，进气绝对压力降低，膜 片12两侧压差增大，柱塞14被向下拉动，导致废气流通截面缩小，即，处于图6的过渡区以 及图7的Pa与Pb之间的区域。通过实测小型汽油机怠速工况进气负压，即Pb，通过设定弹 簧刚度，使小型汽油机处于怠速工况或突减负荷时在进气负压的驱动下柱塞14向下移动 至关闭状态，此时，废气将被流量控制阀2阻断，S卩，处于图6的关闭区以及图7的Pb右侧 区域。本应用实施例所有部件均为机械式，由于进气歧管9内的绝对压力与环境大气压 之间的压差可直接驱动机械式废气流量控制阀2实现开度控制，因此整个系统无需电力供 应即可实现正常工作。
权利要求
一种小型汽油机废气再循环装置，其特征在于在小型汽油机的排气系统与进气系统之间增设一个废气再循环回路，该回路包括一个废气流量控制阀，废气流量控制阀的进气口通过取气管与小型汽油机的排气系统连通，废气流量控制阀的出气口通过导管与单向阀的进气口连通，单向阀的出气口通过导管与小型汽油机的进气系统连通，废气流量控制阀的负压接口通过负压取压管与小型汽油机的进气歧管连通。
2.根据权利要求1所述的小型汽油机废气再循环装置，其特征在于所述的废气流量控 制阀通过阀内设置的弹性膜片将阀体内腔分隔成负压室和工作室两部分，负压室通过负压 接口连接负压取压管，工作室内设置有通过柱塞杆与弹性膜片固定连接的柱塞，在柱塞与 弹性膜片之间的工作室内设置有一个支撑板，在支撑板与柱塞之间的柱塞杆上设置有复位 弹簧，废气流量控制阀的进气口与出气口分置于柱塞的两侧。
3.根据权利要求2所述的小型汽油机废气再循环装置，其特征在于所述的废气流量控 制阀的开度由负压室的工作压力即小型汽油机进气歧管内负压控制，通过调整复位弹簧将 小型汽油机怠速运行时进气歧管内的压力设为基准压力，并将此时的废气流量控制阀亦即 柱塞设置为关闭状态。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的小型汽油机废气再循环装置，其特征在于所述的 废气导管可布置在小型汽油机进气系统节气门的上游或下游。
5.一种小型汽油机废气再循环方法，其特征在于该方法包括第一、在小型汽油机的排气系统与进气系统之间增设一个废气再循环回路；第二、在上述废气再循环回路中设置一个废气流量控制阀，废气流量控制阀的进气口 通过取气管与小型汽油机的排气系统连通，废气流量控制阀的出气口通过导管与单向阀的 进气口连通，单向阀的出气口通过废气导管与小型汽油机的进气系统连通，废气流量控制 阀的负压接口通过负压取压管与小型汽油机进气歧管连通；第三、废气流量控制阀的开度由小型汽油机进气歧管内负压控制，将小型汽油机怠速 运行时进气歧管内的压力设为基准压力，并将此时的废气流量控制阀设置为关闭状态；第四、当小型汽油机进气歧管内绝对压力大于基准压力时，废气流量控制阀打开，其开 度亦即回流的废气流量大小由小型汽油机进气歧管内绝对压力高于基准压力的差值决定， 差值越大开度及废气流量也越大；第五、当小型汽油机进气系统内的压力瞬时超过排气系统内压力时，在单向阀的作用 下废气再循环系统被截止，阻断新鲜空气或油气混合气沿废气再循环系统管路流入小型汽 油机排气系统内。
全文摘要
一种小型汽油机废气再循环装置及再循环方法。本发明是在小型汽油机的排气系统与进气系统之间增设一个废气再循环回路，该回路包括一个废气流量控制阀，流量控制阀的进气口通过取气管与排气系统连通，流量控制阀的出气口通过导管与单向阀的进气口连通，单向阀的出气口通过废气导管与小型汽油机进气系统连通，流量控制阀的负压接口通过负压取压管与小型汽油机进气歧管连通。流量控制阀的开度由小型汽油机进气歧管内负压控制，通过调整流量控制阀内复位弹簧和弹性膜片将小型汽油机怠速运行时进气歧管内的压力设为基准压力，并将此时的流量控制阀设置为关闭状态。本发明所有部件均为机械式，整个系统无需电力供应即可实现废气再循环的正常工作。
文档编号F02M25/07GK101832200SQ201010127839
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者林漫群, 贾滨, 阎希成 申请人:天津内燃机研究所