CN102966469A - Egr文丘里管柴油喷射 - Google Patents

Abstract

一种用于预混合第一和第二气流的装置，例如，在发动机内的进气流带有废气回流。空气导管具有一个用于第一气流的进气口以及用于第二气流的进气口，以实现混合。阀体被安装布置在空气导管的纵向上，在第二气流的进气口处，以实现可变文丘里效应以及这样的可变吸入和混合气流的混合物。一个或多个燃料喷射器向空气导管内喷射燃料以将燃料和第一第二气流预先混合，在到达内燃机汽缸燃烧之前。

Description

EGR文丘里管柴油喷射

技术领域

本发明大体涉及内燃机中的废气再循环，更特别地，涉及柴油机燃料喷射式废气再循环系统。

背景技术

众所周知，内燃机通过将燃料引入燃料汽缸而工作。能量以由于燃料迅速燃烧而膨胀的气体的形式被释放，其作用于活塞上并将燃料的化学能转换成机械能。活塞被连接到曲轴上，活塞的线性的、上-下运动转化成需要驱动车辆的车轮的旋转运动。为了产生快速的燃烧，在空气被压缩之前或之后，燃料与吸入的空气混合，然后被点燃以引起燃烧。燃烧发生后，剩余的废气被迫离开汽缸，随后被排放到环境中或者，最近，被处理和/或再循环进入发动机进气口，这就是废气再循环(EGR)。

在柴油的涡轮增压中，例如，然而并非限制性地，在大多数情况下废气压力要低于吸入的空气，在没有采取计量装置来获得废气的充足供应的情况下，废气没有得到有效地再循环。这些计量装置可能采取例如，文丘里管装置、排气节流阀或进气节流阀的形式。

通过将文丘里管放置在进气道流中，在排气通道侧和进气通道侧之间的有利压差可以在本地的文丘里管内获得，且从涡轮上游移除的废气可被送入发动机的进气管。减少的氮氧化物水平由于较低的燃烧温度而获得。然而，传统的文丘里解决方案通常与，例如因高压损失而降低的发动机动力、增加燃料消耗和烟雾生成等形式的缺点相联系。

美国专利US7,036,529(Berggren等)，其被整体引用作为参考，其通过提供EGR系统排除了与现有技术相关的问题，该EGR系统包括设置为在靠近EGR进气口附近的线的纵向方向上被移置的流线体。该流线体可以获得可变文丘里效应，以及在这种方式下的可变吸入效应和混合流的混合。该系统也包括用于在所述线上的向前和向后移动该流线体的驱动器。

进气和EGR随后流向发动机。燃料传统地被直接喷射到柴油机的汽缸中，造成不均匀的填充和扩散的火焰，此处燃料喷射量受到计量以控制功率输出。然而，直接在汽缸内注入燃料不需要考虑到最佳燃料/空气混合以用于燃烧。

因此，具有用于废气再循环(EGR)文丘里柴油喷射的优越系统以及方法将是有益的。

发明内容

此处提出的需求和进一步的其他的需求以及优势在本发明的实施例中被记载，本发明的实施例在下面描述了解决方案和优势。

本发明实施例的系统包括，但不仅限于，具有用于第一气流以及通过其空气流入发动机的进气口的空气导管，所述空气导管具有缩小部分。阀体被布置成在空气导管的纵向上被移动以实现可变文丘里效应以及由此形成的可变吸入。一个或多个燃料喷射器被设置于阀体处或阀体上游从而向空气导管注入燃料。这样，在混合物流向发动机用于燃烧之前，被注入到空气导管内的燃料与气流混合以形成该混合物。

本发明实施例的方法包括以下的步骤，但并不限于，通过具有缩小部分的空气导管向发动机内供应第一气流；将阀体定位在空气导管内的纵向方向上以实现可变文丘里效应以及由此形成的可变吸入；以及在阀体或其上游位置处的空气导管内注入燃料。在所述混合物流向发动机用于燃烧之前，被注入到空气导管内的燃料与气流混合以形成混合物。

该系统和方法的其他实施例在下面详细描述，也是本教导的一部分。

为了更好地了解了本发明的实施例，连同其他以及进一步的方面，参考附图和详细说明，并且其范围将在附加的权利要求中指出。

附图说明

图1是根据本教导用于控制发动机进气流的系统一个实施例的示意图；

图2是图1中系统使用压力传感器作为实施例中的传感器的示意图；

图3A-3C是描述使用图1系统的进气流的节流和关闭的部分横截面侧视图；

图4是没有使用用于废气再循环的供应部件的图3B的空气导管的部分横截面侧视图；

图5是描述燃料喷射到进气流的实施例的部分横截面侧视图。

具体实施方式

本教导以下参考附图更充分地描述，其中显示了本发明的实施例。下面的说明书仅用于说明的目的，并且本教导不应限于这些实施例。

图1描述了根据本教导的发动机进气控制系统10的一个实施例的基本部件。说明书中所使用的术语“顶部”，“底部”，“上”，“下”，“以上”，“以下”，“在......上”，“在......下”，“在......上面”，“在......下面”，“上”，“下”，“上部”，“下部”，“前”，“后”，“后方”，“向前”和“向后”指的是当附图中描述的方向上的被参考物体，其对于完成本教导的目标不是必要的。

本教导涉及用于内燃机，包括柴油和汽油发动机但不局限于此，其中燃料喷射到EGR(废气再循环)中。一般来说，可变文丘里管被放在发动机的上游，并包括用于新鲜空气摄入的主进口以及用于摄入来自于发动机出口再循环的废气的另一进口。文丘里管的锥形结构用于将废气“泵”入到管线内，阀体可用于控制废气与进气混合的比率。

通常，柴油燃料被直接注入到柴油发动机的汽缸内。然而，直接向汽缸内注入燃料不会考虑到用于燃烧的良好的燃料/空气混合物。更完整的混合物可以通过在EGR系统内提供燃料喷射器从而在其到达汽缸之前预先混合柴油和空气而获得。尽管这可能不会消除直接向汽缸注入燃料的需求，但是它提供了极好的燃料/空气混合物，减少了需要被喷射进入汽缸的燃料量，允许燃料被更迅速地注入汽缸中，并给出一个不复杂的燃料喷射系统。此外，该系统有助于减少燃料的消耗和浪费。

现在参照图1，显示根据本教导用于控制发动机进气流的系统的一个实施例的示意图。系统10包括一个为发动机22供应空气的空气导管20。由于空气流经导管20，其可能会或可能不会流经一个或多个压缩空气的压缩机(例如，增压器，涡轮增压器等)(未显示)，并且随后通过进气歧管28(由箭头A所示)被引入到发动机22的汽缸26内。

在汽缸26内，燃料被注入并与空气混合用于燃烧。在点燃富含燃料的空气燃烧后，废气被从汽缸26排出并通过排气歧管32(箭头B所示)被导向到排气导管30内。由于废气流经排气导管30，其可能会或可能不会流经上述的压缩机/涡轮增压器以旋转在那里的涡轮，其旋转压缩机，从而压缩流经空气导管20的进气。

通常情况下，并非所有的气体都通过排气歧管32排出。这是因为发动机22通过汽缸26内的气体的压缩和膨胀而产生压缩和燃烧冲程从而引起其中活塞的运动，以及在此过程中，某些气体通过活塞环泄露并进入曲轴箱。因此，在某些情况下，也处理这些曲轴箱气体的装置也纳入到排气系统中，例如，在霍尔姆的美国专利US7,721,530所描述的那样，其说明书因此被作为整体纳入参考。

废气可能会继续通过排气导管30进到废气后处理设备40内，在此处在将废气排入空气中和/或返回到进气导管20进行系统内的再循环之前，该废气可被过滤。后处理设备40，例如，包括微粒过滤器，如上游的柴油微粒过滤器或壁流式柴油微粒过滤器，其包括氧化和/或还原催化剂和微粒过滤器。

当EGR系统在废气再循环之前将其过滤，这被称为“低压”或“长路线”系统。在“高压”或“短路线”的EGR系统中，在这些废气被引入到任何涡轮机或后处理系统之前，再循环的废气从排气歧管被改为直接返回到进气口。

至少一个传感器42可位于后处理设备40内，以测量反映那里的温度和/或压力下降的参数。在某些实施例中，温度传感器42可用于测量后处理设备40内的温度。然而，在其他实施例中，至少一个传感器可直接测量其他参数，温度可从其中推导出来或估算出来。例如，图2所示，传感器可包括用于测量压力下降的压力传感器48。

传感器42可以产生被传递到与传感器42进行通信的处理器44的传感器信号。处理器44，反过来，可以产生至少部分地基于从传感器42所接收到的信号的控制信号，并将控制信号传递到驱动器50上，该驱动器50在空气导管20内驱动阀体52，正如在下面进一步详细描述的那样。

处理器44可包括数字处理器，模拟处理器，或两者的混合体，可以体现为硬件，软件，固件等，可理解的是，处理器44的精确配置是不重要的，只要处理器44能够执行这里讨论的操作。一个单一通信链路可被提供用于传感器42和驱动器50，可提供两个独立的通信链路(例如，一个用于将传感器连接到处理器44，另一个用于将驱动器连接到处理器44)，或提供多个通信链路。在某些情况下，已被发现的是，将通信链路配置为控制区域网络(CAN)总线或作为CAN总线的一部分是可取的。

处理器44可使用任何的多种手段以产生控制信号，如所展示的方式(但不是限制)，使用公式或算法，或应用查找表或类似物。在某些情况下，所希望的是为处理器44提供某些类型的存储器46，从而公式，算法，表格等可以被存储在其中。处理器44至少部分地基于温度高于或低于适于后处理设备正常运作的一个特定的确定温度的数量可以产生所述控制信号，因此，所希望的是将那个温度值存储在存储器46中。在某些情况下，该温度可能包括一个静态值，而在其他情况下，它可能会取决于操作条件而改变，并可基于公式或算法而被计算出来或者从查找表中被提取出来。

参考图3A-3C，显示的是使用图1系统的进气流的节流和关闭的实施例的部分横截面侧视图。阀体52可被安置在空气导管20内，在那里被固定器54所保持，且在纵向上是可移动的。空气导管20可有缩小部分60，其具有在导管20流动方向上减少的截面面积。因此，缩小部分60逐渐减小以产生小的咽喉状部分62，代表空气导管20的最小直径。如图3A所描述的，阀体52可具有定位在缩小部分60内的第一端部64以使穿过的气流节流。

在某些有利的实施例中，供应部分70可被用来将再循环废气引入空气导管20内，且阀体52可被用于控制进气和再循环废气的混合，正如在Berggen等人的美国专利US7,036,529中所披露的那样，其说明书在此被整体引用作为参考。因此，在某种程度上，这里参考的是通过空气导管20的空气或气流，应理解的是，这意味着包括或者是新鲜进气，再循环废气，和/或两者的混合物。

当前系统中的EGR系统的一个优势是，在冷启动的过程中，可使用节流来增加超出正常值的EGR比率，从而在没有有效的SCR(选择性催化还原)系统的情况下遵循(NOx)排放水平，且这些非常高的EGR比率也将提高燃烧温度、改善燃烧的稳定性，由于大量的排气热能通过EGR冷却器被转移到冷却系统中，这也将加速发动机暖车。

至少一个传感器42(图1和图2中所示)可被用来监测温度，以便当温度降低到低于某一临界温度时，处理器44将一个适当的控制信号通信到驱动器50上，其控制阀体52的位置。应当注意的是，可以使用各种装置来保持或启动阀体52，这些在Berggen等人的美国专利US7,036,529中有所披露。

如图3B所示，当驱动器50接收控制信号时，它会引起阀体52向下游移动，以便阀体52的端部64移动通过缩小部分60，从而改变气流被节流的程度。因此，更少的空气流入发动机22，并且因此，由于更少的质量用于吸收燃烧产生的热量，更少量的废气变得更热。

被测量或估计的温度可能包括用于产生控制信号的唯一控制变量，或可能只包括多个用于生成控制信号的控制变量的其中一个。例如，该系统可能包括至少一个额外的传感器，其检测各种额外的参数并生成和传输到处理器44的表明这些额外参数的传感器信号，正如Holm的美国专利US6,886,545所披露的那样，其说明书被整体引用作为参考。

阀体52具有第二端部66。在某些有利的实施例中，阀体是流线体，该第二端部66具有一个大体卵形的形状，然而，阀体可以是任何合适的形状以改变文丘里管。正如图3C所示，阀体具有最大直径68，其可能至少与咽喉部分62的最小直径一样大(在某些情况下会更大)。因此，阀体可被移动到在下游足够远的位置，从而使得空气导管20的横截面积被完全封闭。在一些实施例中，这可响应于处理器44(或单独的处理器)接收的紧急关闭信号。通过以这种方式限制空气供给，发动机关闭的过程中可以更快且具有更少噪音。

虽然在图3A-3C所示的节流机构已经参照使用利用了空气导管20的缩小部分60的文丘里效用于引入再循环废气的供应部分70的组件而被示出了，但是应当指出的是，对发动机进气流的上述节流同样也可以没有供应部分70而实现。现在参考图4，显示的是图3B中空气导管的部分横截面剖视图，没有使用供应部分用于再循环废气。正如下文将进一步讨论的，燃料喷射器80可用于在到达汽缸之前混合燃料和空气。

参照图5，所示的是描述燃料喷射到进气气流的实施例的部分横截面侧视图。例如，然而不受限于此，柴油发动机传统地在汽缸内混合燃料和空气，这导致不均匀的填充和扩散火焰，此处燃料喷射量必须被计量以控制功率输出。在根据本教导的一个实施例中，在引入燃料到汽缸内用于燃烧(例如，通过传统的直喷等)之前，一个或多个燃料喷射器80可用于预混合燃料与进气以及EGR。因此，进入汽缸的混合物包括空气，EGR和优选的非可燃数量的燃料，但不受限于此。

文丘里管可与燃料喷射一起使用以控制EGR和空气混合物。如上所述，阀体52可用于控制进入发动机的气流。这里，空速非常高，提供了在其达到发动机之前预混合燃料和气流的机会。燃料喷射可由一个或多个传感器40监视和控制，但不局限于此。预混合填充的一个问题是，填充物在发动机压缩(相对于传统的柴油机，其中燃料喷射后只有空气被压缩)过程中是可燃烧的。当压缩气体时，温度升高，由于出现了燃料，均质填充物可自动点燃，导致燃烧失控(如发动机爆震等)和发动机损坏。因此，所希望的是在空气导管20内将燃料在不可燃的水平预混合。当混合物然后进入汽缸26并开始被压缩时，少量额外燃料可被引入(例如传统的直接喷射等)以达到可燃的混合物。预混合燃料在其到达汽缸之前改善了油耗，因为剩余更少的未燃燃料，且由于少量燃料这一事实，在汽缸内额外的直接燃料喷射更好地混合。

众所周知的是，燃料可沿着空气导管20的任何点被喷射进入气流中，且本教导不限于所述的特定实施例。然而，优选的是在由阀体52形成的混合区82中引入燃料。供应部分70可能有一个临近定位在阀体52处或定位在其上游处的空气导管20的进气口。因此，燃料可在阀体52处或其上游处被引入。这里，部分由于高空气速度，进气和EGR(通过供应部分70进入)的混合保证了与燃料的有效混合。温暖的EGR也可提供足够的燃料蒸发。

在一个实施例中，但不局限于此，燃料可通过一个或多个燃料喷射器80而被摄入。如图5中所示的在阀体52上部和下部的燃料喷射器80，一个或多个燃料喷射器80可临近空气导管20并从其延伸。这样，燃料可与气流沿着空气导管在优选的位置被引入，以保证燃料与空气的充分混合。如果引入在进气和EGR气的混合所形成的混合区82中的话，高空气速度和EGR的热量有助于蒸发和混合燃料。

在另一个实施例中，至少一个或多个燃料喷射器80可从阀体52上延伸。在此实施例中，燃料可进入通过固定器54，尽管不限于此，并在混合区82的中部被分散，在那里空气由于阀体52的布置而加速。通过阀体52上小孔的燃料喷射在达到汽缸之前提供了空气、EGR和燃料的适当混合。众所周知，燃料喷射器80，其包括一个或多几个燃料喷射器80，可被定位在沿空气导管20长度的任何位置，且本教导不限于此处所述的实施例。

虽然本教导已根据具体的实施例在上面被说明，但可理解的是，它们并不限于这些披露的实施例。本领域的技术人员会想到其适合的许多修改和其他实施例，且其旨在且被该发明和附加的权利要求所覆盖。其目的是本教导的范围应当由适当的说明书和附加的权利要求及其法律等值的结构所确定，这些被本领域的技术人员说明书和附图的披露而理解。

Claims (33)

1.一种用于预混合气流和燃料的装置，包括：

空气导管，具有用于第一气流的进气口，并且通过进气口空气流入发动机内，所述空气导管具有缩小部分；

阀体，被安装布置在空气导管的纵向上，以实现可变文丘里效应，以及以这样的方式实现可变吸入；以及

用于在空气导管内喷射燃料的一个或多个燃料喷射器，所述一个或多个燃料喷射器被定位在阀体处或阀体的上游；

其中，在混合物流向发动机燃烧之前，被摄入到空气导管内的燃料与所述气流混合以形成所述混合物。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述燃料是柴油。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个燃料喷射器的至少其中之一临近所述空气导管。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个燃料喷射器的至少其中之一临近所述阀体。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述混合物在所述空气导管内是不可燃的。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个汽缸，其中混合物流入所述一个或多个汽缸内，并且额外数量的燃料被注入到一个或多个汽缸内用于混合物的燃烧。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：

供应部分，具有临近空气导管用于引入第二气流到所述空气导管的进气口；

其中，进气口在阀体处或在阀体上游；

第一和第二气流与燃料混合以形成混合物。

8.根据权利要求7所述的装置，其中第一气流和第二气流包括进气流和再循环废气流。

9.根据权利要求7所述的装置，其中混合区由第一和第二气流的混合形成。

10.根据权利要求9所述的装置，其中燃料在混合区被喷射。

11.根据权利要求7所述的装置，所述阀体穿过垂直于进气口处的供应部分的纵向轴线的平面。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括：

驱动器，其在所述空气导管内向前和向后移动所述阀体；

其中所述阀体和所述供应部分在二者之间限定文丘里管。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述空气导管的缩小部分为锥形。

14.根据权利要求1所述的系统，其中被定位在所述空气导管的缩小部分上的所述阀体的端部为锥形。

15.根据权利要求14所述的系统，其中在锥形的所述端部的上游所述阀体具有第二端部，其中所述第二端部为卵形形状。

16.根据权利要求1所述的系统，其中

所述空气导管的缩小部分具有最小直径；

所述阀体具有最大直径；以及

所述阀体的最大直径至少与所述空气导管的最小直径一样大。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述阀体能移动通过所述空气导管的缩小部分，从而在某种程度上所述缩小部分的横截面被完全封闭。

18.一种用于预混合气流和燃料的装置，包括：

空气导管，具有用于第一气流的进气口，并且通过该进气口空气流入发动机内，所述的空气导管具有缩小部分；

阀体，被安装布置在空气导管的纵向上，以实现可变文丘里效应，以及以这样的方式实现可变吸入；以及

供应部分，具有临近空气导管的进气口，用于将第二气流引入到空气导管内，供应部分被定位在阀体处或阀体上游；以及

用于向空气导管内喷射燃料的一个或多个燃料喷射器，该一个或多个燃料喷射器被定位在阀体处或阀体上游；

其中，在混合物流向发动机燃烧之前，被摄入到空气导管内的燃料与所述气流混合以形成所述混合物。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述燃料是柴油。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述一个或多个燃料喷射器的至少其中之一临近空气导管。

21.根据权利要求18所述的装置，其中所述一个或多个燃料喷射器的至少其中之一临近阀体。

22.根据权利要求18所述的装置，其中，所述混合物在空气导管内是不可燃的。

23.根据权利要求18所述的装置，还包括一个或多个汽缸，其中所述混合物流入一个或多个汽缸内，并且额外数量的燃料被注入到一个或多个汽缸内用于混合物的燃烧。

24.根据权利要求18所述的装置，其中第一气流和第二气流包括进气流和再循环废气流。

25.根据权利要求18所述的装置，还包括：

驱动器，其在空气导管内向前和向后移动阀体；

其中阀体和供应部分在二者之间限定文丘里管。

26.一种用于预混合气流和燃料的方法，包括以下步骤：

通过具有缩小部分的空气导管向发动机内供应第一气流；

将阀体定位在空气导管内的纵向方向上，以实现可变文丘里效应，以及以这样的方式实现可变吸入；

在阀体位置处或阀体上游位置处向空气导管内注入燃料；

其中，在混合物到达发动机用于燃烧之前，注入到空气导管内的燃料与气流混合形成所述混合物。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括步骤：

向带有供应部分的空气导管内供应第二气流，该供应部分具有临近空气导管的进气口；

其中，进气口被定位在阀体处或阀体上游，且第一和第二气流与燃料混合以形成混合物。

28.根据权利要求27所述的方法，其中第一气流和第二气流包括进气流和再循环废气流。

29.根据权利要求26所述的方法，其中所述燃料是柴油。

30.根据权利要求26所述的方法，其中所述燃料由一个或多个燃料喷射器注入，且所述一个或多个燃料喷射器的至少其中之一临近所述空气导管。

31.根据权利要求26所述的方法，其中所述燃料由一个或多个燃料喷射器注入，且所述一个或多个燃料喷射器的至少其中之一临近所述阀体。

32.根据权利要求26所述的方法，其中所述混合物在空气导管内是不可燃的。

33.根据权利要求26所述的方法，其中所述混合物流入一个或多个汽缸中，所述方法还包括将额外数量的燃料注入一个或多个汽缸内用于混合物燃烧的步骤。

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