CN101313140A - 进气层化的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一台用于机动车辆的内燃机，包括多个汽缸(1)，每个汽缸配置了用于空气和再循环排气(EGR)的至少一个进气口(3，7)，以及至少一个排气口(9，10)，一个旁路口(15)，它带有一个阀门(16)用来控制再循环排气(EGR)的流率并在一个联接点(21，22)处将该排气口连接到该进气口，其特征在于事实上该空气进气口(3a，7a)包括用于控制空气流率的一个阀(17a，18a)，它被置于该联接点(21，22)上游的空气进气管道内部，并在于控制装置(23)能够对用于控制再循环排气(EGR)流率的阀和用于控制空气流率的阀起作用，由此交替地通过该进气口吸入或者空气或者再循环排气(EGR)。

Description

进气层化的内燃机
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的柴油型内燃机中的燃烧，更具体地说是压燃式内燃机中的燃烧。
在此类内燃机中，通常是利用空气和再循环的排气(因此它们已耗尽了氧气)的混合物进入燃烧室。这样的一种混合物是用来减小污染物排放，或者(根据要求)控制燃烧过程。当这些再循环排气从燃烧室流出并通过一个燃烧室外回路重新引进入口时，它们被称为排气再循环(EGR)。当这些气体为燃烧产生的废气并仍然被限制在燃烧室内时，它们被称作“内部气体”或燃尽气体再循环(BGR)。
本发明本质上涉及外部再循环废气(EGR)的管理，以及将这些气体引入燃烧室以便获得所希望效果的方式，特别是进入燃烧室的这些气体的层化。
背景技术
专利申请书GB-A-2328716(福特)试图通过经一个特殊的管道引入这些气体而围绕汽缸的轴线在燃烧室内获得EGR气体的层化，该管道将EGR气体输送到进气阀的位置。新鲜空气进气管道包括一个旋转瓣，用于控制新鲜空气在进气管道中的流率。在这份先有技术文件中声明的目标是本质上是为了将再循环的排气维持在燃烧室的中心。
专利US-A-5918577描述了在内燃机燃烧室内用于燃尽气体的径向层化的一个系统，它是通过经排气阀重新抽取在排气阶段先前被去除的气体。因此，这些考虑中的排气为废气，就是说再循环的排气被称为“内部气体”。这些燃尽气体围绕汽缸轴线的层化是通过控制在燃烧室的特定区域内的排气流率而获得的。
专利US-A-6318348(Visteon)也讨论了进入燃烧室的气体的径向层化，使整个进气沿汽缸轴线旋转并且废弃的燃尽气体优选被维持在汽缸的外周上。这个专利还涉及被称为“内部气体”的再循环排气的层化，它们是优选地维持在汽缸的外周上。
英国专利申请书GB-A-2298896(福特)采用两个进气管道，其中一个被一个隔板分成两部分，以便通过对应的进气阀引入空气和EGR气体的混合物。通过控制流入EGR气体的流率来获得一个径向或垂直的层化。
法国专利申请书FR-A-2860555(雷诺)中描述了一个有些类似的安排，其中一个进气管道被一个移动壁分成两部分，它用于更改用于EGR气体和用于流入的空气与燃料混合物的流动截面积。
法国专利申请书FR-A-2859765(雷诺)描述了采用两个进气管道接收空气和EGR气体混合物，其中也可以为每个入口提供空气或另外的EGR气体。
英国专利申请书GB-A-2328980(IFP)描述了在一个汽缸内空气进气管道中的一个EGR气体旁路管道的一个分支，并进一步描述了附加的一个装置用来导引进气，这时通过迫使它们被压到燃烧室壁上，以便获得一种径向层化。
在所有这些已知的装置中，当提供了一种EGR气体的引入时，这是通过将EGR气体与入口空气经过一个通向排气管道的支路均匀混合来完成的，该支路在入口处将EGR气体重新注入。
这里还应注明，这些废气(这就是说这些内部排气)比外部再循环排气更热，所以，根据这些气体是废气或是外部气体，这些气体的层化所产生的问题是不同的。
发明内容
与某些先有技术文件中声明的内容相反，本发明的目标是以一种特别简单和有效的方式产生这些外部再循环排气(EGR)在燃烧室内围绕汽缸轴线的层化。
在一个实施方案中，用于机动车辆的内燃机的类型包括多个汽缸，每个汽缸配置了用于空气和再循环排气(EGR)的至少一个进气管道，以及至少一个排气管道、带一个阀门的用来控制再循环排气(EGR)流率的一个旁路管道在一个联接点处将该排气管道连接到进气管道。该空气进气管道包括一个空气流率控制阀，它被置于该联接点上游的空气进气管道内部。该种控制装置能够对再循环排气(EGR)流率控制阀和空气流率控制阀启作用，以便交替地通过该进气管道吸入空气或再循环排气(EGR)。例如，这种控制装置可以包括安装在机动车辆上并适当地编程的一个电子控制单元，或者可以包括能够为控制阀发送控制信号的电子电路。
空气和再循环排气(EGR)的交替输入用来顺序地为在汽缸内的燃烧室供气，并因此而获得再循环排气在燃烧室内围绕汽缸轴线的层化。事实上，空气进入的速度取决于同发动机的运行相关联的不同因素，特别是在汽缸内移动的活塞的速度和位置。由于不同气体被顺序地吸入燃烧室，它们具有不同的速度，导致这些气体在燃烧室内的层化。
优选地，提供了控制气体进入汽缸的速度的装置。
例如，这种装置可以包括安装在联接点下游的空气进气管道内的一个旋转瓣。这样的一个瓣的位置可以通过电子控制单元生成的信号来控制。
在另一个实施方案中，用来控制吸入汽缸的气体速度的装置可以包括用于控制进气阀的开启运动的装置。例如，这些控制装置可以包括活塞的速度和/或位置的传感器。来自这些传感器的信号可以被传送到一个为这些进气阀产生控制信号的电子控制单元。
在其他的实施方案中，用来控制气体进入汽缸的速度的装置可以包括同样用来控制燃烧室内气体的空气动力学的不同运动构件，例如一个漩涡瓣，它是一个能够创建气体在燃烧室内围绕汽缸轴线的旋转运动的瓣，该旋转运动被称为漩涡。
本发明也可以应用于发动机的每个汽缸包括多个进气管道的情况。在这种情况下，每个进气管道包括安装在联接点上游的空气进气管道内的一个空气流率控制阀。
本发明的另一个方面涉及一种方法，用于控制机动车辆的内燃机汽缸中吸入的空气和再循环排气(EGR)，其中空气或再循环排气(EGR)被交替地吸入该汽缸。
根据一个实施方案，这种交替进气的顺序是根据该汽缸内活塞的位置或速度来执行的。
也可以控制将气体吸入汽缸的速度。
附图说明
从对于描述为示例性的和非限制的、并通过附图展示的一个特别的实施方案的研究中将会更好地理解本发明，该附图示意性地显示了一个内燃机汽缸以及不同的进气和排气管道的平面视图。
具体实施方式
如图1所示，它示意性地示出了一台内燃机、特别是一台柴油型压燃式内燃机的汽缸1的上部。显然，该发动机包括多个相同的汽缸。不同的进气和排气孔配置在汽缸盖(未示出)和汽缸1之间的连接处。一个第一进气管道3终止在一个第一进气孔4处，并允许或者是由箭头5所示的、在一个旁路3a中输送的新鲜空气流，或者是由箭头6所示的、在一个旁路3b中输送的外部EGR再循环排气流的顺序进入。
一个第二进气管道7终止在一个第二进气孔8处，并允许或者是由箭头5所示的、在一个旁路7中输送的新鲜空气流，或者是由(按顺序的)箭头6标识的、在一个旁路7b中输送的EGR再循环排气流的进入。
该汽缸还包括两个排气管道9和10，各自终止在排气孔11、12处，并允许进行由箭头6所示的、通过两个管端9、10交会于其内的排气管道13的气流中的燃烧气体的排气。一个燃料喷嘴14基本上安装在汽缸轴线上，所述喷嘴能够在一个合适的时刻在燃烧室内喷射油雾。
在所示的例子中，4个小孔4、8、11和12基本上以规律的间隔布置在汽缸1的外周上。这些小孔具有圆形截面，并可以借助于多个阀门(未示出)交替地打开或关闭。进气孔4和8布置在汽缸1的同一侧，而排气孔11和12布置在另一侧。
一个由管道15形成的、在排气管道13上分支的外部旁路回路允许由箭头6示意性地示出的部分排气朝向入口的再循环。一个被称为“EGR阀”的受控阀16用于根据内燃机的运行来控制EGR再循环排气的流率。
在每个旁路管道(3a、3b和7a、7b)上布置了一个受控的控制阀。这样，一个阀门17a安装在旁路管道3a上，一个阀门17b安装在旁路管道3b上。类似地，一个阀门18a安装在旁路管道7a上，一个阀门18b安装在旁路管道7b上。对这些不同的控制阀的控制用来打开或关闭相关的旁路管道。以此方式，有可能允许当控制阀17a打开时由箭头5标识的、经由旁路管道3a的新鲜空气，或者当控制阀17b打开时由箭头6标识的、经由旁路管道3b的再循环排气流交替地通过进气管道3进入进气孔4。当控制阀17a打开时，控制阀17b关闭，反之亦然。以此方式，通过进气管道3吸入的气体依次为新鲜空气，随后是EGR再循环排气，或是相反的顺序。
进气管道7遵循同样的操作，它可以交替地输送当控制阀18a打开时由箭头5标识的、经由旁路管道7a的新鲜空气流，以及随后当控制阀18b打开时经由旁路管道7b的EGR气体流。类似地，对于控制阀17a和17b，控制阀18a和18b交替地或者打开、或者关闭，当其中一个打开时，另一个关闭，从而进气管道7顺序地输送或者是一个新鲜空气流，或者是一个EGR气体流。
通过进气管道3和7进入的气体的速度取决于活塞在汽缸1内运动的速度。由于不同类型的气体被顺序地吸入燃烧室，因此每种顺序在燃烧室的进气过程中具有不同的速度。根据本发明，每种类型的气体之间速度的这些变化也导致了这些气体在燃烧室内的层化。
由于有本发明，因此有可能在汽缸的进气过程中利用燃烧室内气体的空气动力学的变化来获得允许的不同气体的所希望的层化。
在该图示出的例子中，并且作为一个任选的替代方案，在两个进气管道3和7中也配置了一个漩涡瓣19，20，以便修正通过进气管道3和7进入的气体的速度。
应该注明的是，这些控制阀17a、17b和18a、18b被布置在联接点21或22上游的对应的旁路管道3a、3b和7a、7b内，在这些联接点处对应的旁路管道3a、3b和7a、7b交会以形成单一的进气管道3或7。以此方式，很明确的是这些控制阀中一个阀的关闭用来完全阻隔安装了相关的控制阀的旁路管道内的相关气体流。以此方式，在与其中一个控制阀的关闭以及另一个控制阀的打开相对应的顺序的过程中允许进入的气体流明确地是单独地由或者是新鲜空气或者是再循环排气(EGR)组成的气体。
相反，这些漩涡瓣19，20(若进行配置)是安装在联接点21、22下游的进气管道3和7内，以便对进气流的速度起作用，不论其类型如何。
不同的控制阀17a、17b和18a、18b，以及还有EGR阀16和这些瓣19、20(若存在)是由一个电子控制单元23(图中表示为ECU)进行控制。这个电子控制单元通过由箭头24标识的连接来接收不同的发动机操作参数，并可以生成不同的控制信号，它们通过连接25被传送到EGR阀16，通过连接26和27到移动瓣19和20，通过连接28和29到控制阀17a和17b，并且通过连接30和31到控制阀18a和18b。
由此，气体进入燃烧室的顺序被生成作为操作控制阀17a、17b和18a、18b的策略的一个函数，它是由(例如)存储在电子控制单元23内的一个控制软件所定义。以相同的方式，通过瓣19和20的位置可以控制进气的速度。
由于在燃烧室内不同气体的这种顺序以不同速度的引入，这些气体趋向于被布置在汽缸轴线的不同的半径上，由此导致燃烧室内的层化。
还有可能考虑由传感器生成的在汽缸1内活塞的位置或行进速度的信号，这些传感器在本图中未示出。可以由电子控制单元23考虑由此类传感器传送的信号来调整用于操作不同控制阀的策略。
在另一个实施方案中(图中未示出)，也有可能设想采用一个可变分布装置，它通过该电子控制单元传送的信号适当地控制进气和排气阀的打开和关闭动作。
尽管在示出的例子中汽缸1包括两个进气管道，显而易见，很清楚的是本发明适用于其他结构，例如包括一个单一的进气管道。

Claims (8)

1.一台用于机动车辆的内燃机，其类型是包括多个汽缸(1)，每个汽缸配置了用于空气和再循环排气(EGR)的至少一个进气管道(3，7)，以及至少一个排气管道(9，10)，一个旁路管道(15)，该旁路管道带有用来控制再循环排气(EGR)的流率的一个阀门(16)并在一个联接点(21，22)处将该排气管道连接到该进气管道，其特征在于该空气进气管道(3a，7a)包括一个空气流率控制阀(17a，18a)，它被置于该联接点(21，22)上游的该空气进气管道内部，并且在于控制装置(23)能够对该再循环排气(EGR)流率控制阀并对该空气流率控制阀起作用，从而通过该进气管道交替地吸入空气或再循环排气(EGR)。
2.根据权利要求1所述的内燃机，进一步包括用于控制吸入汽缸的气体的速度的装置。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其中该用于控制吸入汽缸的气体的速度的装置包括安装在该联接点下游的该空气进气管道内的一个漩涡瓣(19，20)。
4.根据权利要求2所述的内燃机，其中该用于控制吸入汽缸的气体的速度的装置包括用于控制多个进气阀的开启运动的装置。
5.根据前述权利要求之一所述的内燃机，包括用于每个汽缸的多个进气管道，其中每个进气管道包括安装在该联接点上游的该空气进气导管内的一个空气流率控制阀。
6.用于控制机动车辆的内燃机的一个汽缸吸入空气和再循环排气(EGR)的一种方法，其特征在于空气或再循环排气(EGR)被交替地吸入该汽缸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中这种交替进气顺序是根据在该汽缸内活塞的位置或速度来控制。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中这些气体吸入该汽缸的速度也受到控制。
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