专利名称：利用低压废气再循环/新鲜空气混合对发动机进气歧管进行超大气增压的混合进气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机，例如用于驱动机动车的柴油机，其具有增压装置且 利用废气再循环(EGR)作为排气管排放控制策略的一部分，增压装置用于在进气歧管中产 生超大气压力，即推进)。
背景技术：
一种用于涡轮增压柴油机的废气再循环策略包括采用高压废气再循环回路，该回 路具有一个至发动机排气系统上的插入点，该插入点位于或靠近排气歧管。一废气再循环 阀控制再循环废气向位于发动机进气系统中的混合器流动，在进入发动机气缸的进气歧管 之前，废气与已被涡轮增压器压缩机压缩过的新鲜空气在混合器中混合。通过测量进入新鲜空气中的废气可控量，废气再循环阀有效地稀释了空气，从而 由于燃烧所引起的气缸内的温度上升与不存在这种稀释时将会引起的温度上升相比是有 限的。因而，废气中因燃烧所产生的氮氧化物(NOx)的量也得到了限制。由于用于高压废气再循环回路的废气是直接来源于发动机排气歧管，未经过任何 冷却，因此是非常热的，而这迫使包括废气再循环阀在内的再循环通道提供足够的散热，从 而使得与新鲜空气混合的废气在与新鲜空气进入进气系统之前得到适当的冷却。为了提供足够的冷却，再循环通道一般具有一个作为废气再循环冷却器的气液热 交换功能。需要冷却的量越大，废气再循环冷却器的散热容量越大，如果废气再循环阀位于 废气再循环冷却器的上游，则废气再循环阀暴露于来自排气歧管的高温废气中。在再循环 通道中使用废气再循环冷却器也造成了废气中的成份凝结的可能性，这最终会导致废气再 循环部件的结垢。另一种用于涡轮增压柴油机的废气再循环策略包括采用一种低压废气再循环回 路，该回路具有一个在发动机排气系统上的插入点，该插入点位于涡轮增压器的蜗轮的下 游。一个废气再循环阀仍然控制再循环废气向位于发动机进气系统中的混合器流动，但该 混合器位于涡轮增压器中压缩机的上游，这就需要压缩机的尺寸大到足以能够处理不仅是 一定量的新鲜空气还有一定量的额外的再循环废气。对于大量的废气再循环，就提出了一 种潜在的涡轮增压器的不匹配问题，这会影响涡轮增压器的响应。
发明内容
本发明涉及一种内燃发动机，该内燃发动机包括，发动机气缸，燃料在其中燃烧以 运行发动机，空气进气系统，其包括进气歧管，空气通过进气歧管进入发动机气缸以支持燃 料燃烧，以及排气系统，用于输送来自发动机气缸的燃烧产生的废气。所述空气进气系统进一步包括一个新鲜空气入口，新鲜空气入口通向相对进气歧 管相互并联的第一和第二流动通道。所述第一流动通道包括涡轮增压器中的压缩机和经压缩机压缩后的空气流过的热交换器，其中涡轮增压器具有由排气系统输送的废气驱动的涡轮机。 所述第二流动通道包括一个初始部分，该初始部分使新鲜空气进入与阀的第一入
口连通，该阀进一步包括个第二入口、出口以及一个机构，该机构用于有选择地设置离开出
口的混合流中的已进入第一入口和第二入口的各自流体的相对比例。 废气再循环通道用于将废气从排气系统输送至阀的第二入口，且第二流动通道包
括一个终端部分，该终端部分包括容积式泵和一个热交换器，所述容积式泵用于压缩来自
阀的出口的流体，来自容积式泵的压缩流体通过热交换器进入进气歧管。本发明还涉及一种将内燃机的进气歧管增压至超大气压力的方法，该方法包括 运行第一压缩机，将被废气稀释后的新鲜空气压缩进入进气歧管；同时，运行第二压缩机， 将未被稀释的新鲜空气压缩，并流过一个允许从第二压缩机到进气歧管的方向的流动但不 允许相反方向流动的装置后进入进气歧管。对上述概要的进一步细节性描述，将在以下参照作为说明书的一部分的附图进行 详细说明。
图1是本发明所涉及的柴油机及其部件的原理图；图2是显示图1部分细节的详细视图。
具体实施例方式图1中示出发动机10，发动机10具有结构零部件，这些结构零部件装配而构成发 动机气缸12，燃料在发动机气缸内燃烧以操纵包括活塞、连杆和曲轴的运动机构。支持燃料 燃烧的新鲜空气通过空气进气系统14被输送至气缸12中，该空气进气系统包括用于气缸 12的进气歧管16。排气系统18包括排气歧管20，来自气缸12的燃烧产生的废气通过排气歧管20进 入排气系统，以输送至排气管22并进而排入周围大气中。离开排气歧管20的废气在通过 一个或多个废气后处理装置26和随后的排气管22之前，先通过一涡轮增压器24。废气后 处理装置的实例为柴油机颗粒过滤器(DPF)和柴油机氧化催化剂(DOC)。所示的涡轮增压器24是一种废气门式涡轮增压器，它包括被废气门24W分流的涡 轮机24T，废气门24W令一定量的废气通过从而旁通涡轮机24T。通过涡轮机24T的一定量 的废气驱动涡轮机24T并进而驱动设置在空气进气系统14中并和涡轮机24T机械耦合的 涡轮增压器压缩机24C。空气进气系统14包括通向相互并联的第一和第二流动通道30、32的新鲜空气入 口 28。在分开进入各流动通道之前，进入的空气流通过空气过滤器34，然后通过一空气流 量测量装置36。流动通道30包括压缩机24C和增压空气冷却器(CAC) 38，被压缩机压缩后的空气 流通过该增压空气冷却器(CAC)38。CAC38是一种用于冷却压缩空气的气液式或气气式热 交换器。止回阀40允许来自增压空气冷却器38的空气进入进气歧管16并防止来自进气 歧管16的逆向流动。流动通道32包括阀42、增压器44和中间冷却器46，并按此顺序输送流体进入进气歧管16。增压器44包括一个容积式旋转泵，比如螺旋机构式泵，该容积式旋转泵由从发 动机曲轴的外部轴端48获得的扭矩机械驱动。图1示出了作为皮带传动的机械传动50的 一个实施例，其通过各自的皮带轮耦合在轴端48和增压泵上。中间冷却器46是一种热交 换器，经增压器44压缩后的流体流通过中间冷却器46，且通过举例的方式中间冷却器46被 描绘成一种气液式热交换器。废气再循环通道52具有一个入口 54，该入口 54位于排气系统18上的排气后处理 装置26下游的插入点处。从所述插入点处，再循环通道52连续延伸通过废气再循环冷却 器56至阀42处。阀42包括一个第一入口 42A、一个第二入口 42B和一个出口 42C。流动通道32的 初始部分传送新鲜空气进入入口 42A，而包括增压器44和中间冷却器46在内的终端部分将 出口 42C与进气歧管16相连。图2更加详细地示出了阀42的结构，其包括一个Y形体58，Y形体58具有分别来 自入口 42A和42B的会聚通道60和62。通道64从通道60、62的会聚处延伸到出口 42C。Y形体58使分别进入入口 42A和入口 42B的流体沿着呈一锐角66的两个虚拟量 Vl和V2彼此靠近。阀42还包括一个叶片68形式的内部机构，叶片68能够绕轴72在角度 范围70内选择性定位，以选择性设置分别进入入口 42A和42B的流体的相对比例，从而形 成离开出口 42C的混合流。叶片68通过对分别来自量Vl和V2的流体的所在通道的不同程度的限制，能够有 效设置流体的相对比例，对通道的限制程度取决于叶片68绕轴72的角度位置，轴72垂直 于向量Vl和V2所在的平面。叶片68绕轴72的定位由致动器74进行控制，其中致动器74 通过连杆组76对叶片68作用。在角度范围70的中点，每个进入流量均被叶片68部分限 制。当叶片68在任何一个方向摆动时，都会增大对其中一个进入流量的限制并减小对另一 个进入流量的限制。阀可以认为是一种摆动挡板式控制阀，其能够对出口流在0%废气再循环至 100%废气再循环范围内调节时产生小的压力损失。上述已公开的配置可以提高燃料经济性，这是由于改进的提升排气背压关系，并 在不具有两级涡轮增压和可变几何涡轮增压的情况下可满足相关要求，可变几何涡轮增压 有时用来在废气再循环控制中对排气歧管压力进行控制。由于来自排气歧管20的所有废 气都流向涡轮增压器24，因此改进涡轮增压器的响应也成为可能。由于再循环废气来源于 涡轮机和后处理器的下游，因此相对洁净冷却。发动机10运行时，增压器44泵取相对冷却洁净的再循环废气与新鲜空气的受控 混合气经中间冷却器46进入与常规的废气门涡轮增压器24并联的进气歧管16，废气门涡 轮增压器24专用于驱动新鲜空气经过增压空气冷却器38。涡轮增压器24的大小构造成， 能在最多发动机运行条件下特别是那些超轻负荷和低速条件下，供应大多数的增压空气至 进气歧管16。增压器44可以在轻负荷/低速的发动机运行状态下提供大多数的增压空气， 以及适当量的相对冷却洁净的再循环废气至进气歧管，这令发动机的瞬态响应得到改进。
权利要求
一种内燃发动机，包括发动机气缸，燃料在其中燃烧以运行发动机；空气进气系统，其包括进气歧管，空气通过进气歧管进入发动机气缸以支持燃料燃烧；排气系统，用于输送来自发动机气缸的燃烧产生的废气；所述空气进气系统进一步包括新鲜空气入口，新鲜空气入口通向相对进气歧管相互并联的第一和第二流动通道，所述第一流动通道包括涡轮增压器中的压缩机和经压缩机压缩后的空气流过的热交换器，其中涡轮增压器具有由经过排气系统输送的废气所驱动的涡轮机，所述第二流动通道包括初始部分，该初始部分使新鲜空气入口与一个阀的第一入口连通，该阀进一步包括第二入口、出口以及一个机构，该机构用于选择性设置离开出口的混合流中的已分别进入第一入口和第二入口的流体的相对比例，废气再循环通道，用于将废气从排气系统输送至阀的第二入口，且，第二流动通道包括终端部分，该终端部分包括用于压缩来自阀的出口的流体的容积式泵和一个热交换器，来自容积式泵的压缩流体通过热交换器进入进气歧管。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括一个逆流防止装置，该逆流防止装 置用于防止从进气歧管向第一流动通道的逆向流动。
3.根据权利要求2所述的内燃发动机，其中所述逆流防止装置包括止回阀，该止回阀 允许流向进气歧管的顺流，同时，不允许流出进气歧管的逆向流动。
4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述容积式泵由发动机机械地驱动。
5.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述废气再循环通道包括在排气系统上的 插入点，该插入点位于涡轮增压器的涡轮机下游。
6.根据权利要求5所述的内燃发动机，其中所述排气系统包括至少一个位于涡轮机下 游的排气后处理装置，且排气系统上的插入点位于至少一个排气后处理装置的下游。
7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中阀包括Y形体，该Y形体使得已分别进入第 一入口和第二入口的流体以锐角形式向彼此靠近，且阀的机构包括一个能够选择性定位的 叶片，该叶片通过选择性偏转分别进入第一入口和第二入口的流体，对分别进入第一入口 和第二入口的在离开出口的混合流中的流体的相对比例进行选择性设置。
8.根据权利要求7所述的内燃发动机，其中所述叶片被设置为绕轴摆动，所述轴垂直 于虚拟向量所在的平面，其中虚拟向量表示进入第一入口和第二入口流体的各自的流动方 向。
9.根据权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括空气过滤器和空气流量测量装置， 空气过滤器设置成对进入新鲜空气入口的新鲜空气进行过滤，空气流量测量装置设置成对 离开空气过滤器并在分开进入第一流动通道和第二流动通道之前的空气流量进行测量。
10.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中废气再循环通道将全部量的再循环废气 提供到进气歧管。
11.根据权利要求10所述的内燃发动机，其中，离开排气歧管的全部量的废气流过涡 轮增压器。
12.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，离开排气歧管的全部量的废气流过涡轮增压器。
13.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中废气再循环通道包括设置在排气系统和 阀的第二入口之间的废气再循环冷却器。
14.一种将内燃机的进气歧管增压至超大气压力的方法，该方法包括运行第一压缩机，将被废气稀释后的新鲜空气压缩进入进气歧管；同时，运行第二压缩 机，压缩未被稀释的新鲜空气以通过一装置进入进气歧管，所述装置允许沿从第二压缩机 到进气歧管的方向流动但不允许相反方向流动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，运行第一压缩机的步骤包括由来自发动机曲 轴的扭矩机械地驱动第一压缩机。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，由来自发动机曲轴的扭矩机械地驱动第一压 缩机的步骤包括驱动一个螺旋式容积式泵，以将被废气稀释后的新鲜空气压缩进入进气歧 管。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，运行第二压缩机的步骤包括由一涡轮机机械 地驱动第二压缩机，该涡轮机由流过发动机排气系统的废气驱动。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，由流过发动机排气系统的废气驱动的涡轮机 机械地驱动第二压缩机的步骤包括，通过一个废气门式涡轮机驱动第二压缩机。
19.根据权利要求14所述的方法，进一步包括，通过一阀将被废气稀释后的新鲜空气 输送到第一压缩机，所述阀包括Y形体，所述Y形体导致输送至Y形体第一入口的新鲜空气 和输送至Y形体第二入口的废气以锐角形式向彼此靠近，而且，有选择地定位在Y形体内的 叶片来设置新鲜空气和废气的相对比例，该相对比例的新鲜空气和废气分别进入第一入口 和第二入口，进入第一入口和第二入口的流体形成混合流离开Y形体的出口。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在Y形体内有选择地定位叶片的步骤包括，有 选择地使叶片相对轴定位，该轴垂直于虚拟向量所在的平面，其中虚拟向量表示进入第一 入口和第二入口的各流体的流动方向。
全文摘要
利用低压废气再循环/新鲜空气混合对发动机进气歧管进行超大气增压的混合进气系统，一内燃发动机(10)的进气歧管(16)被增压至超大气压力，这是通过以下操作完成的运行第一压缩机(44)，将被废气稀释后的新鲜空气压缩进入进气歧管；同时，运行第二压缩机(24C)，将未被稀释的新鲜空气压缩，并流通经过一个允许从第二压缩机到进气歧管的流动但不允许相反方向流动的装置(40)进入进气歧管。
文档编号F02M35/10GK101994615SQ20101051163
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月12日
发明者B·B·帕维尔力克, T·G·伍德, 吴寿豪 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司