CN101313140B - 进气层化的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的内燃机，包括多个汽缸(1)，每个汽缸配置有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)，带有用来调节再循环排气(EGR)的流量的阀门(16)的旁路口(15)在接点(21，22)处将所述排气口连接到所述进气口，其特征在于，所述空气进气口(3a，7a)包括被置于该接点(21，22)上游的空气进气管道内部的用于调节空气流量的阀(17a，18a)，并且控制装置(23)能够作用于用于调节再循环排气(EGR)流量的阀和用于调节空气流量的阀以交替地通过所述进气口引进空气或再循环排气(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排气(因此它们已耗尽氧气)的混合物进入燃烧室。这种混合物是用来减小污染物排放的，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燃烧室外回路重新引进入口时，它们称为排气再循环(EGR)。当这些气体是燃烧产生的废气并仍然被限制在燃烧室内时，它们称作“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排气(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，特别是进入燃烧室的气体的层化。 
背景技术
专利申请GB-A-2328716(福特)试图通过经特定管道引入气体而获得围绕汽缸轴的燃烧室内的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旋转瓣，用于调节新鲜空气在进气管道中的流量。该现有技术文件的目的本质上是为了将再循环排气保持在燃烧室的中心。 
专利US-A-5918577描述了一种在内燃机燃烧室内用于燃尽气体的径向层化的系统，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，这些考虑中的排气是废气，就是说再循环的排气称为“内部气体”。这些燃尽气体围绕汽缸轴的层化是通过控制在燃烧室的特定区域内的排气流量而获得的。 
专利US-A-6 318 348(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旋转并且废弃的燃尽气体优选地被保持在汽缸的外周上。这个专利还涉及称为“内部气体”的再循环排气的层化，它们优选地被保持在汽缸的外周上。 
英国专利申请GB-A-2 298 896(福特)采用两个进气管道，其中一个被隔板分成两部分，以便通过相应的进气阀引入空气和EGR气体的混合物。通过控制流入EGR气体的流量来获得径向的或垂直的层化。 
法国专利申请FR-A-2 860 555(雷诺)中描述了一种类似的安排，其中一个进气管道被移动壁分成两部分，它用于更改用于EGR气体和进入的空气与燃料混合物的通过截面。 
法国专利申请FR-A-2 859 765(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额外的EGR气体。 
英国专利申请GB-A-2 328 980(IFP)描述了在汽缸内空气进气管道中的EGR气体旁路管道的分支，还描述了附加的用于导引进气的装置，其通过将所述进气压到燃烧室壁上而获得径向层化。 
在所有这些已知的装置中，当提供了EGR气体的引入时，这是通过经由排气管道上的穿孔来均匀混合EGR气体与入口空气来完成的，该支路在入口处将EGR气体重新注入。 
还应当指出，这些废气(即内部排气)比外部再循环排气更热，所以，根据这些气体是废气还是外部气体，这些气体的层化所产生的问题是不同的。 
发明内容
与一些现有技术文件中描述的内容相反，本发明的目的是以一种特别简单且有效的方式实现外部再循环排气(EGR)在燃烧室内围绕汽缸轴线的层化。 
在一个实施例中，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，带有用于调节再循环排气(EGR)流量的阀门的旁路管道在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空气流量调节阀，它被置于该接点上游的空气进气管道内部。该种控制装置能够作用于再循环排气(EGR)流量调节阀和空气流量调节阀以交替地通过该进气管道引进空气或再循环排气(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电子控制单元，或者可以包括能够为调节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，提供了用于调节进入汽缸的气体的速度的装置。 
例如，这种装置可以包括安装在接点下游的空气进气管道内的旋转瓣。这种瓣的位置可以通过电子控制单元生成的信号来控制。 
在另一个实施例中，用来调节进入汽缸的气体的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给为这些进气阀产生控制信号的电子控制单元。 
在其他实施例中，用来调节进入汽缸的气体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，例如漩涡瓣，它是一种能够创建气体在燃烧室内围绕汽缸轴的旋转运动的瓣，该旋转运动称为漩涡。 
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接点上游的空气进气管道内的空气流量调节阀。 
本发明的另一个方面涉及一种用于控制机动车辆内燃机汽缸中引进的空气和再循环排气(EGR)的方法，其中空气或再循环排气(EGR)交替地被引进该汽缸。 
根据一个实施例，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。 
也可以控制进入汽缸的气体的速度。 
附图说明
参考附图，通过阅读对作为非限制性实例而给出的特定实施例的描述，将更好地理解本发明，图1示意性地显示了内燃机汽缸以及不同的进气和排气管道的顶视图。 
具体实施方式
如图1所示，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。第一进气管道3终止于第一进气孔4，并允许或者是由箭头5所示的、在旁路3a中输送的新鲜空气流，或者是由箭头6所示的、在旁路3b中输送的外部EGR再循环排气流的顺序进入。 
第二进气管道7终止于第二进气孔8，并允许或者是由箭头5所示的、在旁路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，分别终止于排气孔11、12，并允许进行由箭头6所示的、通过两个管端9、10接合于其内的排气管道13的气流中的燃烧气体的排气。燃料喷嘴14基本上安装在汽缸轴上，所述喷嘴能够在合适的时刻在燃烧室内喷射油雾。 
在所示的例子中，四个小孔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。 
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。称为“EGR阀”的受控阀16用于根据内燃机的运行来调节EGR再循环排气的流量。 
在每个旁路管道(3a、3b和7a、7b)上布置有受控的调节阀。这样，阀门17a安装在旁路管道3a上，阀门17b安装在旁路管道3b上。类似地，阀门18a安装在旁路管道7a上，阀门18b安装在旁路管道7b上。对这些不同的调节阀的控制用来打开或关闭相关的旁路管道。以此方式，有可能允许当调节阀17a打开时由箭头5标识的、经由旁路管道3a的新鲜空气，或者当调节阀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。当调节阀17a打开时，调节阀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调节阀18a打开时由箭头5标识的、经由旁路管道7a的新鲜空气流，以及随后当调节阀18b打开时经由旁路管道7b的EGR气体流。类似地，对于调节阀17a和17b，调节阀18a和18b交替地打开或者关闭，当其中一个打开时，另一个关闭，从而进气管道7顺序地输送新鲜空气流或者是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。 
由于本发明，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不同进入气体的所希望的层化。 
在该图示出的例子中，并且作为可选的替代方案，在两个进气管道3和7中也配置有漩涡瓣19、20，以便修正通过进气管道3和7进入的气体的速度。 
应当指出，这些调节阀17a、17b和18a、18b被布置在接点21或22 上游的相应的旁路管道3a、3b和7a、7b内，在这些接点处相应的旁路管道3a、3b和7a、7b接合以形成单一的进气管道3或7。以此方式，很明确的是这些调节阀中一个阀的关闭用来完全阻隔安装有相关调节阀的旁路管道内的相关气体流。以此方式，在与其中一个调节阀的关闭以及另一个调节阀的打开相对应的顺序的过程中允许进入的气体流是由新鲜空气或再循环排气(EGR)唯一组成的气体。 
相反，这些漩涡瓣19、20(若有的话)是安装在接点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，而不管其类型如何。 
不同的调节阀17a、17b和18a、18b，以及还有EGR阀16和这些瓣19、20(若存在)是由电子控制单元23(图中表示为ECU)进行控制的。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到调节阀17a和17b，并且通过连接30和31到调节阀18a和18b。 
由此，气体进入燃烧室的顺序根据操作调节阀17a、17b和18a、18b的策略而被生成，它是由(例如)存储在电子控制单元23内的控制软件所定义的。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，这些气体趋于被放置于汽缸轴的不同半径上，由此导致燃烧室内的层化。 
还可以考虑由传感器生成的、汽缸1内活塞的位置或行进速度的信号，这些传感器在图中未示出。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调节阀的策略。 
在另一个实施例中(未示出)，也可以设想采用可变分布装置，它通过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，显然本发明也适用于其他结构，例如包括单一的进气管道。 

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的、包括多个汽缸(1)的内燃机，每个汽缸配置有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)，带有用于调节再循环排气(EGR)的流量的阀门(16)的旁路管道(15)在接点(21，22)处将所述排气管道连接到所述进气管道，其特征在于，所述进气管道包括空气进气管道(3a，7a)，所述空气进气管道包括被安装在所述接点(21，22)上游的所述空气进气管道内的空气流量调节阀(17a，18a)，并且控制装置(23)能够作用于所述再循环排气(EGR)流量调节阀和所述空气流量调节阀以通过所述进气管道交替地引进空气和再循环排气(EGR)。
2.根据权利要求1所述的内燃机，还包括用于调节进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，所述用于调节进入汽缸的气体的速度的装置包括安装在所述接点下游的所述空气进气管道内的漩涡瓣(19，20)。
4.根据权利要求2所述的内燃机，其中，所述用于调节进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所述接点上游的所述空气进气管道内的空气流量调节阀。
6.一种用于控制机动车辆的内燃机的汽缸中的进入空气和再循环排气(EGR)的方法，其特征在于，使空气和再循环排气(EGR)交替地进入所述汽缸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，根据在所述汽缸内活塞的位置或速度来控制所述交替进入的顺序。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，还控制进入所述汽缸的气体的速度。
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