CN104005884A - 排气循环系统 - Google Patents

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Abstract

用在排气循环系统，包括限定了第一和第二燃烧室的发动机，在其中燃料可燃烧以生产燃烧气体。系统包括设置为与第一和第二腔室流体连通的进气总管，设置为与第二腔室的排气总管，和设置为与第一腔室流体连通且配置为用于仅从第一腔室将气体引入进气总管的排气循环管道。系统包括旁通阀，其在第一位置和第二位置之间转变，在第一位置中管道设置为与排气总管流体连通从而气体从第一腔室流动到排气总管，且在第二位置中管道不设置为与排气总管流体连通从而气体不从第一腔室流动到排气总管。

Description

排气循环系统
技术领域
本发明涉及排气循环系统。
背景技术
内燃发动机可以让空气和燃料的混合物在一个或多个燃烧室中燃烧且由此生产排出气体。一些内燃发动机可以包括排气循环系统，配置为用于让排出气体的一部分在内燃发动机中循环流动，以允许改进效率和减少排放物。
发明内容
一种排气循环系统，包括内燃发动机，其限定第一燃烧室和第二燃烧室，其中燃料可在第一燃烧室和第二燃烧室中燃烧，以生产燃烧气体。排气循环系统还包括进气总管，设置为与第一燃烧室和第二燃烧室流体连通且配置为用于将空气引入到以第一燃烧室和第二燃烧室。进一步地，排气循环系统包括排气总管，设置为与第二燃烧室流体连通且配置为用于从内燃发动机去除燃烧气体。此外，排气循环系统包括设置为与第一燃烧室流体连通且配置为用于仅从第一燃烧室将燃烧气体引入到进气总管的排气循环管道。排气循环系统还包括旁通阀，其可在第一位置和第二位置之间转变，在第一位置中排气循环管道设置为与排气总管流体连通，从而燃烧气体从第一燃烧室流动到排气总管，且在第二位置中排气循环管道不设置为与排气总管流体连通，从而燃烧气体不从第一燃烧室流动到排气总管。
在一个实施例中，内燃发动机限定第一燃烧室和至少第二燃烧室，且包括进气总管，所述进气总管设置为与第一燃烧室和至少第二燃烧室流体连通且配置为用于将空气引入到第一燃烧室和至少第二燃烧室。进一步地，排气循环系统包括排气总管，其设置为与至少第二燃烧室流体连通且配置为用于引导来自内燃发动机的燃烧气体。排气循环系统还包括排气循环管道，其设置为与第一燃烧室流体连通且配置为用于仅从第一燃烧室将燃烧气体引入到进气总管。此外，排气循环系统包括旁通阀，其可在第一位置和第二位置之间转变，在第一位置中排气循环管道设置为与排气总管流体连通从而燃烧气体从第一燃烧室流动到排气总管，且在第二位置中排气循环管道不设置为与排气总管流体连通从而燃烧气体不从第一燃烧室流动到排气总管。内燃发动机能在第一负荷状态下运行，其中内燃发动机在第一负荷下产生第一扭矩，且内燃发动机能在第二负荷状态下运行，其中内燃发动机在第二负荷下产生第二扭矩，其中第一负荷大于第二负荷。进一步地，旁通阀在第一负荷状态期间设置在第一位置且在第二负荷状态期间设置在第二位置。
在另一个实施例中，内燃发动机限定第一燃烧室和至少第二燃烧室，且包括进气总管，所述进气总管设置为与第一燃烧室和至少第二燃烧室流体连通且配置为用于将空气引入到第一燃烧室和至少第二燃烧室。进一步地，排气循环系统包括排气总管，其设置为与至少第二燃烧室流体连通且配置为用于引导来自内燃发动机的燃烧气体。排气循环系统还包括排气循环管道，其设置为与第一燃烧室流体连通且配置为用于仅从第一燃烧室将燃烧气体引入到进气总管。此外，排气循环系统包括旁通阀，其可在第一位置和第二位置之间转变，在第一位置中排气循环管道设置为与排气总管流体连通从而燃烧气体从第一燃烧室流动到排气总管，且在第二位置中排气循环管道不设置为与排气总管流体连通从而燃烧气体不从第一燃烧室流动到排气总管。排气循环系统还包括进气阀和排气阀。进气阀配置为用于让第一燃烧室相对于进气总管封闭且在进气总管未相对于第一燃烧室封闭的打开位置和进气总管相对于第一燃烧室封闭的关闭位置之间转变;排气阀，配置为用于将第一燃烧室中的燃烧气体密封且在排气阀不密封第一燃烧室中的燃烧气体的未就位位置和排气阀密封第一燃烧室中的燃烧气体的就位位置之间转变;而且，在第一负荷状态期间进气阀设置在打开位置中且排气阀同时设置在未就位位置。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
图1是排气循环系统的平面示意图，其包括限定了第一燃烧室且可在第一负荷状态下运行的内燃发动机;
图2是图1的排气循环系统的平面示意图，其中内燃发动机可在第二负荷状态下运行;和
图3是图1和2的第一燃烧室的截面示意图，其中排气循环系统包括设置在打开位置的进气阀和同时设置在未就位位置的排气阀。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，排气循环系统10通常显示在图1中。排气循环系统10可以用于车辆，例如汽车，其要求具有良好效率的内燃发动机12。从而排气循环系统10也可以用于非汽车应用，例如包括房车应用。
参见图1，排气循环系统10包括内燃发动机12，其限定第一燃烧室14和第二燃烧室16。即内燃发动机12特点可以是多缸发动机，且可以包括限定第一燃烧室14的第一汽缸18和至少限定了第二燃烧室16、116的至少第二汽缸20、120。例如，内燃发动机12可以是2缸、3缸、4缸、6缸、8缸或12缸发动机。在操作期间，燃料(在图3中通常以22显示)和空气(在图3中通常以28显示)的混合物可以在第一燃烧室14和至少第二燃烧室16、116中燃烧，以实现活塞(在图3中通常以102显示)的直线平移和曲轴(在图3中通常以104显示)旋转，以由此生产扭矩。更具体地，燃料22可在第一燃烧室14和第二燃烧室16中燃烧，以生产燃烧气体(通常以24表示)，即排气。燃料22可以是任何合适的可燃材料，例如但不限于汽油和柴油。即内燃发动机12可以是火花塞点火式发动机或柴油发动机。
继续参考图1，排气循环系统10还包括设置为与第一燃烧室14和第二燃烧室16流体连通的进气总管26。进气总管26配置为用于在内燃发动机12运行期间将空气(通常通过28表示)引入到第一燃烧室14和第二燃烧室16中。即进气总管26可以布置为稳压室，以将空气28送到内燃发动机12。可以通过进气系统(在图1中通常以70表示)向进气总管26馈送，所述进气系统可以包括一个或多个入口管道72、空气过滤器74(图3)、压缩机76、混合器78、增压空气冷却器80和/或节流阀82。
此外，还如图1所示，排气循环系统10包括设置为与第二燃烧室16流体连通的排气总管30。对于包括第一燃烧室14和至少第二燃烧室16、116的实施例，即三个或更多14、16、116，排气总管30设置为与至少第二燃烧室16、116流体连通，例如第二燃烧室16和第三燃烧室116。排气总管30配置为用于从内燃发动机12去除燃烧气体24。即排气总管30可以布置为稳压室，用于在内燃发动机12运行期间从至少第二燃烧室16、116去除燃烧副产物，即燃烧气体24。排气总管30可以通到排气系统(在图1中通常以90表示)，其可以包括一个或多个排气管道92、加热排气氧气(HEGO)传感器94、蜗轮器96和/或催化器98。
再次参见图1，排气循环系统10进一步包括排气循环管道32，其设置为与第一燃烧室14流体连通，且配置为用于仅从第一燃烧室14将燃烧气体24引入到进气总管26。即排气循环管道32可以是专用排气循环(d-EGR)管道。换句话说，排气循环管道32可以仅将第一燃烧室14（而不将至少第二燃烧室16、116）连接到进气总管26。即排气循环管道32可以是专用于第一燃烧室14的。从而排气循环系统10可以专门将第一燃烧室14中产生的燃烧气体24引导到进气总管26。
更具体地，如继续参考图1所述的，排气循环管道32可以在内燃发动机12运行期间将第一燃烧室14中产生的燃烧气体24引导回到进气总管26，从而燃烧气体24可以在第一燃烧室14和至少第二燃烧室16、116中再次燃烧之前与新鲜的空气28混合。换句话说，排气循环管道32可以将第一燃烧室14中产生的燃烧气体24循环流动到进气总管26。进一步地，通用排气氧气传感器(UEGO)(通常在100显示)可以设置在排气循环管道32中且可以配置为用于测量燃烧气体24中氧气的比例。燃烧气体24的这种循环流动和在进气总管26中燃烧气体24与新鲜空气28的随后混合可以冷却燃烧过程，且使得一氧化氮NO和二氧化氮NO2（共同被称为NOx排放物）最小化。更具体地，循环流动的燃烧气体24可以吸收热量，让存在于第一和至少第二燃烧室14、16、116中的氧气散开，且减少运行期间内燃发动机12吞吐的空气28的量。如在下文详述的，这种优点可以对一定的运行条件下的内燃发动机12的效率增加有贡献。
再次参见图1，排气循环系统10还包括旁通阀34。旁通阀34可以设置在排气循环管道32中，例如在第一燃烧室14和进气总管26之间。旁通阀34可在第一位置(通常在36示出)和第二位置(通常在图2中在38示出)之间转变，在第一位置中排气循环管道32设置为与排气总管30流体连通，从而燃烧气体24从第一燃烧室14流动到排气总管30，且在第二位置中排气循环管道32不设置为与排气总管30流体连通，从而燃烧气体24不从第一燃烧室14流动到排气总管30。例如，旁通阀34可以是双位置阀。
即继续参考图1，第一燃烧室14可以相对于排气循环管道32封闭，从而在旁通阀34设置在第一位置36时燃烧气体24可以不从第一燃烧室14流动到进气总管26。换句话说，在旁通阀34设置在第一位置36或第二位置38(图2)时排气总管30可以相对于排气循环管道32封闭，从而燃烧气体24可以不通过旁通阀34从排气总管30流动到排气循环管道32。相反地，如图2所示，在旁通阀34设置在第二位置38时燃烧气体24可以从第一燃烧室14流动到进气总管26。从而旁通阀34允许内燃发动机12让排气循环管道32旁通，从而在旁通阀34在第一位置36时第一燃烧室14中产生的燃烧气体24不循环流动到进气总管26。
进而，内燃发动机12可以在第一负荷状态下运行(在图1中通常在40示出)，其中内燃发动机12在第一负荷44下产生第一扭矩42，且内燃发动机12可以运行在第二负荷状态(通常在图2中在46示出)，其中内燃发动机12在第二负荷48下产生第二扭矩142，其中第一负荷44大于第二负荷48。即第一负荷状态40(图1)可以对应于内燃发动机12的相对高负荷的运行状态。通过比较，第二负荷状态46(图2)可以对应于内燃发动机12的相对低负荷的运行状态。如在本文使用的，术语“负荷”是指内燃发动机12做功有多强的衡量，且通常以可用扭矩输出的百分比衡量。
再次参见图1，在内燃发动机12运行期间，旁通阀34可以在第一负荷状态40期间设置在第一位置36。即第一燃烧室14可以相对于排气循环管道32封闭，从而在第一负荷状态40期间燃烧气体24可以不从第一燃烧室14流动到进气总管26。换句话说，在相对高负荷的运行状态期间，即第一负荷状态40，燃烧气体24可以绕过排气循环管道32且代替地从第一燃烧室14直接流动到排气总管30。换句话说，通过排气循环管道32提供的专用排气循环系统可以在第一负荷状态40期间被停用。
在第一负荷状态40期间让在第一燃烧室14中产生的燃烧气体24流动通过排气循环管道32，则可以减少通过内燃发动机12产生的功率。然而，排气循环系统10可以在内燃发动机12在相对高负荷状态（例如完全负荷）下运行时针对内燃发动机12的这种功率损失进行补偿，如在下文详述的。
相反地，如参考图2所述的，在内燃发动机12运行期间，旁通阀34可以在第二负荷状态46期间设置在第二位置38。即第一燃烧室14可以设置为与排气循环管道32流体连通，从而燃烧气体24可以在第二负荷状态46期间从第一燃烧室14流动到进气总管26。换句话说，在相对低的负荷运行状态期间，即第二负荷状态46，燃烧气体24可以循环流动通过排气循环管道32且直接地从第一燃烧室14流动到进气总管26。换句话说，通过排气循环管道32提供的专用排气循环系统可以在第二负荷状态46期间启用。
因此，继续参考图2，在第二负荷状态46期间，排气循环管道32可以将第一燃烧室14中产生的燃烧气体24循环流动到进气总管26。在第二负荷状态46期间，燃烧气体24的这种循环流动和在进气总管26中燃烧气体24与新鲜空气28的随后混合可以冷却燃烧过程，且使得一氧化氮NO和二氧化氮NO2（共同被称为NOx排放物）最小化。更具体地，循环流动的燃烧气体24可以吸收热量，让存在于第一和至少第二燃烧室14、16、116中的氧气散开，且让在第二负荷状态46下运行期间通过内燃发动机12吞吐的空气28的量减少。因此，排气循环系统10可以对第二负荷状态46期间内燃发动机12的效率增加有贡献。
现在参见图3，排气循环系统10可以进一步包括进气阀50，其配置为用于让第一燃烧室14相对于进气总管26封闭。进气阀50可以在打开位置52和关闭位置54之间转换，在打开位置中进气总管26未相对于第一燃烧室14封闭，且在关闭位置54中进气总管26相对于第一燃烧室14封闭。因此，在进气阀50设置在打开位置52时空气28可以从进气总管26流动到第一燃烧室14，且在进气阀50设置在关闭位置54时空气28不从进气总管26流动到第一燃烧室14。此外，虽然未示出，但是排气循环系统10可以进一步包括对应于相应燃烧室14、16、116每一个的多个进气阀50。
进一步地，继续参考图3，排气循环系统10也可以包括排气阀56，所述排气阀配置为用于密封第一燃烧室14中的燃烧气体24。排气阀56可以在未就位位置58和就位位置60之间转变，在未就位位置中排气阀56不密封第一燃烧室14中的燃烧气体24，且在就位位置60中排气阀56密封第一燃烧室14中的燃烧气体24。因此，在排气阀56设置在未就位位置58时燃烧气体24可以从第一燃烧室14流动到旁通阀34，且在排气阀56设置在就位位置60时燃烧气体24不从第一燃烧室14流动到旁通阀34。此外，虽然未示出，但是排气循环系统10可以进一步包括对应于相应燃烧室14、16、116每一个的多个排气阀56。
再次参见图3，在第一负荷状态40期间，进气阀50可以设置在打开位置52且排气阀56可以同时设置在未就位位置58。即在第一负荷状态40期间，即内燃发动机12的相对高负荷运行状态(图1)，进气阀50和排气阀56每一个可以部分地同时“打开”，即至少部分地从第一汽缸18和至少第二汽缸20、120离开，以允许在旁通阀34被设置在第一位置36(图1)时燃烧气体24从第一燃烧室14和至少第二燃烧室16、116清除或除去。这种状态也可以被描述为进气和排气阀重叠，且可以通过车辆的发动机控制单元（未示出)控制。进一步地，如此从第一燃烧室14和至少第二燃烧室16、116清除或除去燃烧气体24与不如此做（即没有这种燃烧气体24的清除或除去）相比能允许内燃发动机12以相对更高的压缩比运行。相对更高的压缩比也可以对高负荷状态下（即在第一负荷状态40下运行期间）改进内燃发动机12的燃料经济性有贡献。在第一负荷状态40期间通过排气循环系统10提供的相对更高的压缩比可以在没有上述的功率损耗的情况下获得，这种功率损耗会在第一负荷状态40下通过专用排气循环（例如通过排气循环管道32）获得相对更高压缩比的情况下造成。
更具体地，进气阀50处的第一空气压力(通常在图3中通过62表示)可以大于排气阀56处的第二空气压力(通常在图3通过64表示)，从而在第一负荷状态40期间燃烧气体24从第一燃烧室14流动到旁通阀34。例如，对于包括涡轮增压器（未示出)德内燃发动机12，进气总管26和进气阀50处的第一空气压力62可以大于排气阀56处的第二空气压力64，从而燃烧气体24可以在第一负荷状态40期间从第一燃烧室14清除。同样，对于不包括涡轮增压器但是包括被调节或配置为在进气阀50和排气阀56之间提供正压差的排气总管30的自然吸气式内燃发动机12，在进气总管26和进气阀50处的第一空气压力62也可以大于排气阀56处的第二空气压力64，从而燃烧气体24可以在第一负荷状态40期间从第一燃烧室14清除。
因此，通过绕过排气循环管道32(图1)且代替地依赖于进气阀50(图3)和排气阀56(图3)，排气循环系统10(图1)允许内燃发动机12(图1)在第一负荷状态40(图1)期间在相对更高的压缩比下运行，其中所述进气阀50和排气阀56同时分别设置在打开位置52(图3)和未就位位置58(图3)，以由此改善内燃发动机12的效率。同样，通过让燃烧气体24从第一燃烧室14流过旁通阀34和排气循环管道32，排气循环系统10还允许内燃发动机12在第二负荷状态46(图2)期间在相对更高压缩比下运行，以由此改善内燃发动机12的效率。
从而本文所述的排气循环系统10(图1)允许在第一负荷状态40(图2)期间让发动机排量缩减，且在第一负荷状态40期间燃烧气体24直接地重新引导到排气总管30可以由于缓和了上述功率损耗而改善内燃发动机12的燃料效率。
通常，内燃发动机12可以在内燃发动机12以相对更高的压缩比运行时从给定质量的空气/燃料混合物转换相对更多的机械能。内燃发动机12可以在相对更高的压缩比下更有效地运行，因为与在相对更低的压缩比下运行的内燃发动机12相比，相对更高的压缩比允许以更少的燃料22(图3)达到相同的燃烧温度。同样，这样的相对更高压缩比也可以允许增加机械功率输出和降低燃烧气体24的温度。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种排气循环系统，包括:
内燃发动机，限定第一燃烧室和第二燃烧室，其中燃料能在第一燃烧室和第二燃烧室中燃烧，以生产燃烧气体;
进气总管，设置为与第一燃烧室和第二燃烧室流体连通且配置为用于将空气引入到以第一燃烧室和第二燃烧室;
排气总管，设置为与第二燃烧室流体连通且配置为用于从内燃发动机去除燃烧气体;
排气循环管道，设置为与第一燃烧室流体连通且配置为用于仅从第一燃烧室将燃烧气体引入到进气总管;和
旁通阀，能在第一位置和第二位置之间转变，在第一位置中排气循环管道设置为与排气总管流体连通，从而燃烧气体从第一燃烧室流动到排气总管，且在第二位置中排气循环管道设置为未与排气总管流体连通，从而燃烧气体不从第一燃烧室流动到排气总管。
2.如权利要求1所述的排气循环系统，其中，在旁通阀设置在第一位置时，第一燃烧室相对于排气循环管道封闭，从而燃烧气体不从第一燃烧室流动到进气总管。
3.如权利要求1所述的排气循环系统，其中，在旁通阀设置在第一位置或第二位置时，排气总管相对于排气循环管道封闭，从而燃烧气体不从排气总管通过旁通阀流动到排气循环管道。
4.如权利要求1所述的排气循环系统，其中，内燃发动机能在第一负荷状态下运行，其中内燃发动机在第一负荷下产生第一扭矩，且内燃发动机能在第二负荷状态下运行，其中内燃发动机在第二负荷下产生第二扭矩，其中第一负荷大于第二负荷。
5.如权利要求4所述的排气循环系统，其中，旁通阀在第一负荷状态期间设置在第一位置。
6.如权利要求4所述的排气循环系统，其中，旁通阀在第二负荷状态期间设置在第二位置。
7.如权利要求4所述的排气循环系统，其中，在第一负荷状态期间，第一燃烧室相对于排气循环管道封闭，从而燃烧气体不从第一燃烧室流动到进气总管。
8.如权利要求4所述的排气循环系统，其中，在第二负荷状态期间，第一燃烧室设置为与排气循环管道流体连通，从而燃烧气体从第一燃烧室流动到进气总管。
9.如权利要求6所述的排气循环系统，进一步包括:
进气阀，配置为用于让第一燃烧室相对于进气总管密封，且能在进气总管相对于第一燃烧室未封闭的打开位置和进气总管相对于第一燃烧室封闭的关闭位置之间转变;
其中，在进气阀设置在打开位置时空气从进气总管流动到第一燃烧室，且在进气阀设置在关闭位置时空气不从进气总管流动到第一燃烧室;和
排气阀，配置为用于将第一燃烧室中的燃烧气体密封，且能在排气阀未密封第一燃烧室中的燃烧气体的未就位位置和排气阀密封第一燃烧室中的燃烧气体的就位位置之间转变;
其中，在排气阀设置在未就位位置时燃烧气体从第一燃烧室流动到旁通阀，且在排气阀设置在就位位置时燃烧气体不从第一燃烧室流动到旁通阀。
10.如权利要求9所述的排气循环系统，其中在第一负荷状态期间进气阀设置在打开位置且排气阀同时设置在未就位位置。
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