CN101187347A - 用于汽油燃料发动机的废气再循环系统 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于汽油燃料发动机的废气再循环系统
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别适用于汽油燃料发动机的废气循环系统。
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，现在全世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(即在道路上)应用(例如重型货车的发动机)的涡轮增压柴油机的废气净化技术上。
为此提出了一些解决方案，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)概念吸引人们的兴趣是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充足的废气供给而采取措施时，无法使废气进行再循环。这些措施可以为的形式，例如，文氏管方案，排气节流或进气节流。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，连同油耗增大以及烟尘产生。
通过在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，以及在涡轮上游就已经转移的废气，可以送入发动机的进气管。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使用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气被最强节流的地方，这样就会伴随有比所需要的更加强烈的节流，同时在由，例如附近的执行机构而产生的总压力损失变得显著。
SAE2000世界大会出版物，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，并且因此压力损失会变得显著。由于因轴向供给而产生的相关压力损失，组件必须装配有弯管。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，在此将其整体引入作为参考，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系统而消除了上述现有技术的相关缺陷。该主体可以获得可变文氏管效果并且因此可获得可变抽吸效果以及混合流的混合。该系统还包括在使该主体在管路中向前或向后移动的执行机构。
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，汽油机表现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低发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，碳氢化合物以及一氧化碳)来减少排放，其催化剂在冷启动和高负荷运行过程中不能发挥作用，而柴油机并不使用这样的三元催化剂。而另外一个区别即是汽油机产生碳氢化合物(HC)、一氧化碳(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和微粒)。
虽然已经作出了很多努力来将EGR系统应用到汽油机上，但这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，这对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，自从在汽油机中开始广泛运用三元催化器，用来将EGR系统运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系统仅仅对减少NOx有用，并且因为三元催化器对NOx减排处理得如此之好以致于不再需要另外的NOx减排措施)。
标题为“通过使用冷却的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过在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火发动机中的燃料富集：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”的文章中都公开了类似的主题。
标题为“比较贫燃和EGR”的SAE技术论文系列970505，将贫燃技术和EGR技术进行了比较，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火发动机效率的策略”的SAE技术论文系列961953公开了作为降低爆震的手段的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，因为更高的管道压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的喷射混合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一起产生达到50％EGR的分层混合物而在气缸盖上设置一个机械驱动的混合物喷射阀以及一个小混合室。
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且/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的申请人发现了其所公开的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。
发明内容
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。
这个目的以及其它目的都可以通过提供适用于汽油机上的废气再循环系统而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。一个主体可被致动以控制在混合物中空气相对于再循环冷却废气的比例，并且将计量好的燃料源注入混合物。致动器使该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，从而使得发动机至少在一些发动机条件下运行时燃烧温度得以下降。
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混合物以使得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，将该系统配置为可选择地供给暖废气而不是冷却废气，将该暖废气与空气混合以在排出输出管道之前产生空气和暖废气的混合物，致动器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发动机至少在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混合物从而使得发动机在冷起动期间可以迅速变暖，以最小化冷运行，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。
在一些实施例中，再循环冷却废气包含有碳氢化合物，它们中的至少一部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暖废气混合以在排出输出管道之前产生空气和暖废气的混合物。一个主体被致动以控制在混合物中空气相对于再循环暖废气的比例，并且将计量好的燃料源注入混合物。致动器使该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机在冷起动期间可以迅速变暖，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。
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混合以在排出输出管道之前产生空气和冷却废气的混合物，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混合物，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氢化合物，它们中的至少一部分会在再循环过程中燃烧掉。
根据本发明的另一个实施例，汽油机系统包括汽油机，用于测量输入发动机的燃烧气体的节流阀，以及注入燃烧气体混合物的计量好的燃料源。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。将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。一个主体可操纵以控制在燃烧空气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混合以在排出输出管道之前产生空气和冷却废气的混合物，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，致动器促使再循环冷却废气以一定的量注入混合物以使得燃烧温度降低到一定的程度从而减少发动机震。
在一些实施例中，该系统配置为可选择地供给暖废气，将该暖废气与空气混合以在排出输出管道之前产生空气和暖废气的混合物，并且该系统另外包括一个致动器，该致动器可促使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发动机在至少一些发动机条件下运行时变暖。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混合物以使得发动机在冷起动期间可以迅速变暖，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迅速激活三元催化剂。
在一些实施例中，再循环冷却废气包含有碳氢化合物，它们中的至少一部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流和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混合物；以及使主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近入口的管道中实现独立于主体位置的最大节流，从而使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扰到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混合物条件来优化流通面积。
在一些实施例中，流线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道外部时，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，当致动器设置在管道外部时，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，具有螺纹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。
附图说明
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；
图2是流线主体部分以及它的图1中EGR系统的整体液压控制致动器的实施例的部分截面侧视图；
图3是显示了更详细的图1中EGR系统的流线主体部分的整体致动器的实施例的截面侧视图；
图4是可由图1中EGR系统所采用的流量调节器部分和外部致动器的实施例的更详细的部分截面侧视图；
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；
图6A和6B是发动机在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；
图7A和7B是发动机在中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；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图；
具体实施方式
本发明的EGR系统特别适用于结合汽油机使用。传统汽油机和柴油发动机之间的主要区别之一是可燃混合物注入量(即空气和/或其他气体与燃料的混合物)的准备。传统汽油机将燃料与空气在汽缸外部进行混合(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料和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，空气和燃料的供给都要限制(即节流)。虽然一些现代汽油机已经发展为将其中的燃料直接喷入汽缸，但这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使用还是有利的。
这些情况不会发生在柴油机中，柴油机将燃料和空气在汽缸内混合，这可以得到非均质的注入燃料和分散的火焰，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(与汽油机相反)。
对汽油机的进气进行节流需要发动机通过节流阀泵送气体。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。预混合注入的另一个问题是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被喷射之后)。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(即发动机爆震)以及发动机损坏。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，对于载客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，发动机厂商选择通过延迟点火(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％的喷射燃料不能消耗掉，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。结果即是碳氢化合物的排放量很高(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(并不是采取措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——对于载客汽车的排放法规可能会在不远的将来变得更加严格，并且燃油价格正在迅速上涨。为了提高效率，涡轮增压将很可能在将来的载客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低燃烧温度的替代方法。
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来进行描述。
在优选的应用中，EGR供给流通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给部件2径向引入。
供给部件2插入管道16中一对管件13和13’的法兰1，1’之间。供给部件2与下面所描述的流线主体8一起形成流量调节器。以流线主体8和供给部件2的设计为基础，在用于引入废气的缝隙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为此目的设计成横截面积减小到管道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狭缝3的下游移动。
因此，限定在供给部件2和流线主体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。
供给流优选地经由连续的圆形狭缝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)周围的多个孔或者狭缝而实现。
即使供给径向地产生，供给部件2在入口7处的供给的方向也可选择为位于这样的角度：能使得在将两气体混合时达到理想的流动条件以及最小流动损失。
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有流线主体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。衬垫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供给流的供给管可以从发动机用于排出废气的管道的延伸处以并以未示出的方式安装到供给部件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气体在供给进入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碳烟污染或被酸性废气腐蚀。
利用从主体8的前沿延伸并向外进入管部件16的保持件12可将流线主体8自由悬挂在供给部件2的内部。根据本发明，用于使主体8相对于供给部件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。
根据图1和图2的实施例中，保持件12固定在管件13的外壁且包括调节致动器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的气缸之间的外围孔10在活塞的第二端安装有进入输入管12的开口15。因此通过一方面在输入管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，电动机械的之外，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。它还可以是纯机械的，例如，假设电缆24由波顿(Bowden)电缆代替，该电缆通过外部致动器20使主体与主体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，保持件穿过供给部件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可作为安装在轴承中并在孔18内滑动的杆实施。保持件还可以带有螺纹或者实施为滚珠螺杆，也可选为可以在相应的主体8中有内螺纹或者孔18，由此在管道16外部仅需要完成旋转运动。
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，根据本发明，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。
与先前技术相比，根据本发明，除了别的以外，应用可移动的线圈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。
通过使用本发明的EGR系统，可以避免很多，不是一定是所有，上述的问题。
关于发动机爆震控制以及燃烧温度降低，对于较高负荷，采用冷却的EGR而不用燃料冷却输入空气会使得燃油消耗和排放量相当低。另外，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)——低温意味着更低的爆震风险。而且，由于更低的废气压力(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与进气相混合。对于特定功率输出需要有一定数量的空气和燃油(因为如上所述这是均质进气量)。也可以是充分数量的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。
以上所述示意性地示于图6A-6B。关于图6A和6B，表示了经过标准节流阀的液流(图6A)以及当发动机运行在发动机低负荷的情况下使用了本发明的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，表示出当发动机运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)，在压降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，表示出当发动机运行在满发动机负荷(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低且碳氢化合排放物较高。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。这获得了高发动机效率以及低排放，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系统实际上使用于任何形式的汽油机上，而不仅是涡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，涡轮增压发动机能从使用本发明的EGR系统中最大获益)。
因此，正如所看到的，运行使用本发明的EGR系统而不是标准节流阀的汽油机可以在所有三种运行条件(即发动机低负荷，发动机中负荷，以及发动机满负荷)下获得明显的有益效果。
使用本发明的EGR系统的另一个益处涉及减少排放。除了考虑到上述HC排放的问题之外，另外的问题涉及由节流阀运行而引起的事实，进气进气歧管中的变化的压力引起“湿墙”并且不时会产生汽化，还有预混合的进气存在于燃烧室内部的冷裂缝中。通过使用EGR，废气将会“再燃烧”，从而烧掉残余的碳氢化合物。另外，EGR使用在汽油机中具有类似于如前所述的使用在柴油机中的减少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用来迅速加热发动机，以最小化冷运行(以及因此相关的排放)。同样的，很大的EGR量可用来提高排气的温度，这可用于冷起动期间以激活三元催化剂(因为在催化剂的激活之前，汽油机并没有运行的减排系统)。
在汽油机中使用本发明的EGR系统提供了一些在柴油机中所没有的附加控制的可能性，例如，因为在汽油机中使用本发明的EGR系统所带来的主要益处之一关系到防止发动机爆震，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迅速地损害和破坏发动机，并且因为通过EGR控制来减少/消除发动机爆震还不能快到足以避免发动机损坏，最优选的是通过点火定时控制(这可以迅速变化，例如从一个发动机循环到另一个)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具体布置、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修改和变化。

Claims (24)

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1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，从而获得可变文氏管效应并且可控制空气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。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述可变文氏管效应确保通过所述主体的损失最小。
4.如权利要求1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，以使得所述燃烧温度降低到一定的程度，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择性地供给暖废气而不是冷却废气，将该暖废气与空气混合以在排出输出管道之前产生空气和暖废气的混合物，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混合物，从而使得发动机在冷起动期间可以迅速变暖以减少冷运行，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1所述的系统，其中再循环冷却废气包含有碳氢化合物，至少碳氢化合物的一部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
使所述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，其中所述主体包括被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及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在冷起动期间可以迅速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择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气相对于再循环冷却废气的比例从而使得所述发动机在至少一些发动机条件下运行时所述发动机的燃烧温度降低。
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机爆震减少。
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氢化合物，它们中的至少一部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气混合物中空气相对于再循环废气比例的主体；以及
注入燃烧气体混合物的计量燃料源。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述主体包括被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述发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混合物以使得燃烧温度降低到一定的程度从而使得发动机爆震减少。
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，因此以减少相关的排放。
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。
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