CN104763557A - 具有egr超压保护的发动机系统 - Google Patents

Abstract

公开一种具有EGR超压保护的发动机系统，具体地，公开一种与至少具有第一缸和第二缸的发动机一起使用的发动机系统。发动机系统可以具有流体地连接至第一缸的第一排放歧管、流体地连接至第二缸的第二排放歧管、以及从第一排放歧管延伸至第一缸和第二缸中的至少一个的再循环通道。发动机系统还可以具有将第一排放歧管连接至第二排放歧管的限流孔、从第一排放歧管延伸的压力释放通道、以及设置在压力释放通道内并且能够运动以选择性地减小第一排放歧管的背压的阀。

Description

具有EGR超压保护的发动机系统

技术领域

本发明整体涉及一种发动机系统，更具体地，涉及一种具有EGR超压保护的发动机系统。

背景技术

燃烧发动机燃烧空气和燃料的混合物，产生机械功和排放物流。发动机排放物尤其包含未燃燃料、诸如煤烟的颗粒物质、和诸如一氧化二氮或一氧化碳的有害气体。现代发动机需要满足严格的排放标准，其要求发动机将减少水平的一氧化二氮和煤烟排至大气。为了满足这些标准，一些发动机使用排气再循环(EGR)回路以使由发动机产生的排放物的一部分再循环回过发动机的燃烧室，这已知为减少排至大气的不期望的排放。

MTU Friedrichshafen GmbH的2011年8月公开的题为“EngineGas Recirculation：Internal engine technology for reducing nitrogenoxide emissions”的技术论文(“技术论文”)中公开了一种实施排气再循环的示例性的涡轮增压发动机。具体地，该技术论文公开了一种具有布置成两个不同排的多个缸的内燃发动机。两排缸设有自三涡轮增压器布置(即，高压涡轮增压器和平行的低压涡轮增压器)的压缩空气。缸排之一将排放物排至涡轮增压器，而另一排被认为是原料排(donor bank)并且排出排放物用于在发动机内再循环。单个EGR冷却器安装至发动机的顶部，用于在排放物分配至所有缸用于随后与空气混合并燃烧之前冷却来自原料排的缸的排放物。第一控制阀位于EGR冷却器的上游并且用以控制EGR流速，而第二控制阀位于旁路中。第二控制阀用以建立驱动EGR过程的背压，并且还用以选择性地将过量的排放物从原料排的缸引至涡轮增压器。

虽然技术论文的排放系统可以在一些应用中提供减少的排放，但其仍然不是最佳的。具体地，第一控制阀可能无法独立地改变再循环至两个排的缸的排放物流，这会在一些应用中限制发动机功能。另外，第一控制阀位于冷却器上游可以形成控制阀的极端环境，其能够导致阀的过度磨损。另外，过频繁地使用第二控制阀来产生驱动EGR的背压和释放来自原料排的过量排放物会使第二控制阀负担过度并使其过早失效。

本发明的发动机系统解决了上面提及的问题和/或本领域中的其它问题中的一个或多个。

发明内容

一方面，本发明涉及一种用于至少具有第一缸和第二缸的发动机的发动机系统。发动机系统可以包括流体地连接至第一缸的第一排放歧管、流体地连接至第二缸的第二排放歧管、以及从第一排放歧管延伸至第一缸和第二缸中的至少一个的再循环通道。发动机系统还可以包括将第一排放歧管连接至第二排放歧管的限流孔、从第一排放歧管延伸的压力释放通道、以及设置在压力释放通道内并且能够运动以选择性地减小第一排放歧管的背压的阀。

另一方面，本发明涉及一种操作具有第一缸和第二缸的发动机的方法。方法可以包括将空气引入第一缸和第二缸，将排放物从第一缸引入第一排放歧管，以及将排放物从第二缸引入第二排放歧管。方法还可以包括限制从第一排放歧管进入第二排放歧管的排放物流，以及引导从第一排放歧管的排放物以与进入第一缸和第二缸中的至少一个的空气混合。方法还可以包括选择性地释放第一排放歧管中的排放物的压力。

附图说明

图1是示例性公开的发动机的剖视示意图；

图2-5是可以与图1的发动机结合使用的示例性公开的发动机系统的示意图；

图6是另一示例性公开的发动机的剖视示意图；和

图7是可以与图6的发动机结合使用的示例性公开的发动机系统的示意图。

具体实施方式

图1图示示例性内燃发动机10的一部分。虽然发动机10被示出且描述为四冲程柴油发动机，可以设想发动机10可以是另外类型的发动机(例如，二冲程柴油发动机、二或四冲程汽油发动机、或二或四冲程气态燃料动力发动机)。发动机10尤其可以包括具有至少两个缸14、16的发动机缸体12。缸14、16中的每个可以包括连接至发动机缸体12的缸套18和缸盖20。活塞22可以可滑动地设置在缸套18内，并且活塞22与缸套18和缸盖20一起可以限定燃烧室24。缸14相较于缸16可以具有相同或不同的尺寸和相同或不同的操作参数。可以设想，发动机10可以包括任何数量的缸14、16，并且缸14、16可以设置成“直列”构型、“V”构型、对置活塞构型或任何其它适当的构型。

活塞22可以被配置成在缸套18内在上止点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间往复运动。特别地，活塞22可以枢转地连接至可旋转地设置在发动机缸体12内的曲轴(未示出)，使得每个活塞22在缸套18内的滑动动作导致曲轴的旋转。类似地，曲轴的旋转可以导致活塞22的滑动动作。随着曲轴旋转经过大约180°，活塞22可以运动经过BDC和TDC之间的一个完整冲程。随着曲轴旋转经过大约360°，发动机10(作为四冲程发动机)可以经历包括动力冲程、排气冲程、进气冲程和压缩冲程的完整燃烧循环。

在进气冲程过程中，空气可以经由位于缸套18的环形表面34内的一个或多个进气口30、32被抽吸和/或迫使进入燃烧室24。特别地，随着活塞22在缸套18内向下运动，将最终到达进气口30、32不再被活塞22阻挡而是与燃烧室24流体地连通的位置。当进气口30、32与燃烧室24流体连通并且进气口30、32处的空气压力大于燃烧室24内的压力时，空气将经过进气口30、32通入燃烧室24。在空气进入燃烧室24之前、过程中和/或之后，燃料可以与空气混合。可以设想，如果期望的话，进气口30、32可以位于其它位置(例如，缸盖15内)。

在上述压缩冲程开始过程中，随着活塞22开始其向上冲程以将任何残余气体与燃烧室24中的空气(和燃料，如果存在)混合，空气仍然可以经由进气口30、32进入燃烧室24。最终，进气口30、32可以由活塞22阻挡，并且活塞22的进一步向上动作可以压缩混合物。随着燃烧室24内的混合物被压缩，混合物的压力和温度将增大，直到其燃烧并释放化学能量。这可以导致燃烧室24内的压力和温度进一步且显著增大。

在活塞22到达TDC之后，由燃烧导致的压力增大可以迫使活塞22向下，由此向曲轴施加机械功。在活塞22返回过程中(即，在排气冲程的随后向上运动过程中)，位于缸盖20内的一个或多个排放阀38可以打开以允许燃烧室24内的加压排放物离开进入相关联的排放歧管40和42。特别地，随着活塞22在缸套18内向上运动，将最终到达排放阀38运动以使燃烧室24与排放口36流体地连通的位置。当燃烧室24与排放口36流体连通并且燃烧室24中的压力大于排放口36处的压力时，排放物将从燃烧室24经过排放口36通入排放歧管40、42中的相应的一个内。在本发明的实施方式中，排放阀38的运动可以被周期性地控制，例如经由机械地连接至曲轴的凸轮(未示出)或其它装置。但是，可以设想，如果期望的话，排放阀38的运动可以替代地以非周期性方式控制。还可以设想，排放口36可以替代地位于缸套18内，排放口36的打开和闭合通过活塞22的动作指示(即，排放阀38将省略)，诸如在回流扫气二行程发动机中。虽然已参照图1描述四冲程发动机10的操作，本领域技术人员将理解在二冲程发动机10中可以以类似的方式燃烧燃料和产生排放物。

如图1图示，从缸14的排放物可以通入第一排放歧管40，而从缸16的排放物可以分离地通入第二排放歧管42。为了帮助减少有害排放物，从第二排放歧管42的排放物可以与新鲜空气混合并经过缸14的进气口30重新引入用于在第二周期中燃烧。一些排放物还可以从第二排放歧管42经过孔(例如，固定孔)50通入第一排放歧管40。第一排放歧管40中的排放物(包括从第二排放歧管42接收的排放物和从缸14接收的排放物)可以排至大气。本公开中，供给用于再循环的排放物的缸16将被称为原料缸16。相反，本公开中，缸14将被称为非原料缸14。从非原料缸14的排放物一般可以不再循环经过原料缸16或非原料缸14。如果期望的话，非原料缸14和原料缸均可以仅接收新鲜空气或新鲜空气和再循环排放物的混合物。

图2图示可以与发动机10结合使用的发动机系统100。如图2所示，发动机10的缸可以布置成第一排102和第二排104。但是，可以设想，发动机10可以包括任何数量的缸排102、104。第一排102和第二排104中的每个可以包括一个或多个非原料缸14和一个或多个原料缸16。还可以设想，如果期望的话，第一和/或第二排102、104可以替代地每个仅包含非原料缸14或仅包含原料缸16(参照图7)。

发动机系统100可以包括被配置为将空气引入非原料缸14和原料缸16并且将非原料缸14和原料缸16中产生的排放物排至大气的部件。例如，发动机系统100可以包括涡轮增压器110、第一进入布置120、第二进入布置130、排放布置140、第一EGR回路150、第二EGR回路160和控制器210。本领域技术人员将理解，为了清楚，图2仅图示发动机系统100的一些部件并且发动机系统100可以包括许多附加部件。

涡轮增压器110可以包括压缩器112，压缩器112可以压缩空气并且经由通道51将压缩空气分别经过第一后冷却器122和第二后冷却器132引入第一进气歧管26和第二进气歧管28。压缩器112可以由涡轮机114驱动，涡轮机114可以由经过通道54从排放布置140流出的排放物推进。排放物可以离开涡轮机114并经由通道171排至大气。压缩器112可以体现为固定几何结构压缩器、可变几何结构压缩器、或被配置为从大气抽吸空气并且在空气进入发动机10之前将空气压缩至预定水平的任何其它类型的压缩器。涡轮机114可以经由轴116直接且机械地连接至压缩器112以形成涡轮增压器110。随着离开排放布置140的热排气运动经过涡轮机114且在涡轮机114中膨胀，涡轮机114可以旋转并且驱动压缩器112以对入口空气加压。虽然图2中仅描绘了一个涡轮增压器110，可以设想，发动机系统100可以包括任何数量的涡轮增压器110。此外，每个涡轮增压器110可以包括任何数量的压缩器112和涡轮机114。

第一进入布置120可以包括第一进气歧管26和第一后冷却器122。第一后冷却器122可以从压缩器112接收压缩空气、冷却压缩空气、以及将冷却压缩空气引入第一进气歧管26。第一进气歧管26又可以将空气引至第一排102的非原料缸14和原料缸16。类似地，第二进入布置130可以包括第二进气歧管28和第二后冷却器132。关于第二排104，第二进入布置130可以以与第一进入布置120类似的方式起作用。虽然图2描绘了两个进入布置120、130，可以设想，空气可以经由任何数量的进入布置被引入非原料缸14和原料缸16。

排放布置140可以包括第一排放歧管40、第二排放歧管42、第三排放歧管44、第四排放歧管46、第一孔50和第二孔52。第一排放歧管40可以接收由第一缸排102的一个或多个非原料缸14产生的排放物，同时第二排放歧管42可以接收由第一缸排102的一个或多个原料缸16产生的排放物。第三排放歧管44可以接收由第二缸排104的一个或多个非原料缸14产生的排放物，而第四排放歧管46可以接收由第二缸排104的一个或多个原料缸16产生的排放物。第一孔50可以限制第二排放歧管42和第一排放歧管40之间的排放物流，而第二孔52可以限制第四排放歧管46和第三排放歧管44之间的排放物流。由第一孔50和第二孔52产生的流动限制可以分别导致第二排放歧管42和第四排放歧管46内的压力增大(通常被称为背压)。该背压可以用以驱动期望的排放物量进入第一EGR回路150和第二EGR回路160。不管背压，一些排放物仍然可以从第二排放歧管42行进经过第一孔50进入第一排放歧管40内，并且一些排放物仍然可以从第四排放歧管46行进经过第二孔52进入第三排放歧管44。

虽然上面已描述与非原料缸14相关联的两个分离的排放歧管(即，40和44)，可以设想，第一排放歧管40和第三排放歧管44可以由接收来自所有非原料缸14的排放物的单个排放歧管(参照图7)替代。类似地，可以设想，第二排放歧管42和第四排放歧管46可以由与所有原料缸16相关联的单个排放歧管(参照图7)替代。还可以设想，在一些示例性实施方式中，可以具有多于两个与非原料缸14和/或与原料缸16相关联的排放歧管。另外，与原料缸16相关联的排放歧管可以通过一个或多个孔50、52连接与非原料缸14相关联的排放歧管。

第一EGR回路150可以包括第一EGR冷却器152和第一控制阀154。第一控制阀154可以调节从第一EGR冷却器152经过通道178进入第一进气歧管26的排放物流。第一EGR冷却器152可以冷却排放物，排放物可以接着与由压缩器112供应的新鲜空气混合。空气和排放物的混合物可以在进入第一进气歧管26之前通过第一后冷却器122进一步冷却。冷却的混合物可以进入第一进气歧管26并且接着分配到第一排102的非原料缸14和原料缸16内。一些排放物可以同时从第二排放歧管42经过第一孔50通入第一排放歧管40。

第二EGR回路160可以包括第二EGR冷却器162和第二控制阀164。第二控制阀164可以调节从第二EGR冷却器162经过通道179进入第二进气歧管28的排放物流。类似第一EGR冷却器152，第二EGR冷却器162可以冷却排放物，排放物可以接着与由压缩器112供应的新鲜空气混合。空气和排放物的混合物可以在进入第二进气歧管28之前通过第二后冷却器132进一步冷却。冷却的混合物可以进入第二进气歧管28并且接着分配到第二排104的非原料缸14和原料缸16。一些排放物可以同时从第四排放歧管46经过第二孔52通至第三排放歧管44。虽然图2描绘第一控制阀154和第二控制阀164分别位于第一EGR冷却器152和第二EGR冷却器162的下游，可以设想，第一控制阀154和第二控制阀164可以位于第一EGR回路150和第二EGR回路160中的任何位置。还可以设想，第一EGR回路150和第二EGR回路160可以包括任意数量的控制阀。

第一EGR冷却器152和第二EGR冷却器162可以被配置成冷却分别流经第一EGR回路150和第二EGR回路160的排放物。第一EGR冷却器152和第二EGR冷却器162可以包括空气至液体热交换器、空气至空气热交换器、或本领域中已知的用于冷却排放物流的任何其它类型的热交换器。类似地，第一后冷却器122和第二后冷却器132可以包括空气至液体热交换器、空气至空气热交换器、或本领域中已知的用于冷却排放物流或压缩器排出物的任何其它类型的热交换器。

第一控制阀154可以是具有可动以调节经过通道178的排放物流的阀元件的两位置或比例式阀。第一控制阀154中的阀元件可以是液压或气动的，并且可电磁操作以在通流位置和阻流位置之间运动。可以设想，第一控制阀154中的阀元件可以以本领域中已知的任何其它方式操作。在通流位置，第一控制阀154可以允许排放物流经基本上不受第一控制阀154限制的通道178。相反，在阻流位置，第一控制阀154可以限制或完全阻止排放物流经通道178。第二控制阀164可以调节经过通道179的排放物流，并且可以具有类似于第一控制阀154的结构和操作方法的结构和操作方法。

来自第一排放歧管40和第三排放歧管44的排放物可以并入通道54，通道54可以将排放物引入涡轮机114。通道171可以将来自涡轮机114的排放物引至大气。一个或多个后处理部件180可以设置在通道171中以在排放物排出到大气中之前处理排放物。在本发明的例子中，后处理部件180包括柴油氧化催化器(DOC)182和柴油颗粒过滤器(DPF)184。DOC 182可以位于DPF 184的上游。DPF184可以捕捉在通道171中流动的排放物中的煤烟。当DOC 182达到启动温度时，流经通道171的一氧化二氮可以与DPF 184中捕捉的煤烟相互作用，以氧化一些或全部煤烟。本领域技术人员将认识到来自第一排放歧管40和第三排放歧管44的排放物可以经由一个或多个通道56、58供应至一个或多个涡轮机114。本领域技术人员还将认识到，多于一个DOC 182和/或DPF 184可以由发动机系统100利用以处理通道171中的排放物。另外，本领域技术人员将认识到，除了后处理部件180之外或者作为后处理部件180的替代，本领域中已知的任何其它类型的后处理装置可以由发动机系统100利用。

DOC 182可以包括通流基底，通流基底具有例如蜂窝状或其它等同结构，蜂窝状或其它等同结构带有用于排放物流过的通路。基底的结构可以增大DOC 182的接触面积，允许更多排放物组分在通过其时被氧化。催化剂涂层(例如，铂组金属涂层)可以施加至基底的表面，以促进排放物在流经DOC 182时其特定组分(例如，碳氢氧化物、一氧化碳、氮氧化物等)的氧化。

DPF 184可以是用以将煤烟或颗粒物质从排放物流物理地分离的装置。DPF 184可以包括例如壁流基底。排放物可以通过DPF 184的壁，留下较大的颗粒物质聚集在壁上。可以设想，DPF 184可以是具有网筛、多孔陶瓷结构或适用于捕捉煤烟颗粒的其它构造的过滤器。如本领域中已知的，DPF 184可以周期性再生以清除聚集的颗粒物质。附加或替代地，DPF 184可以在常规维护过程中被从发动机系统100移除，并且清洁或更换。

第一后处理部件190可以设置在通道53中以处理从第二排放歧管42流入第一EGR回路150的排放物，并且第二后处理部件195可以设置在通道57中以处理从第四排放歧管46流入第二EGR回路160的排放物。第一后处理部件190可以包括DOC 192和DPF 194，同时第二后处理部件195可以包括DOC 196和DPF 198。DOC 192可以位于DPF 194的上游，并且DOC 196可以位于DPF 198的上游。DOC 192、196可以以类似于DOC 182的方式起作用。类似地，DPF194、198可以以类似于DPF 184的方式起作用。本领域技术人员将认识到，第一后处理部件190和第二后处理部件195中的一个或多个可以设置在通道53、57中的一个或多个中。另外，本领域技术人员将认识到，除了第一和/或第二后处理部件190、195之外或者作为第一和/或第二后处理部件190、195的替代，本领域中已知的任何其它类型的后处理装置可以由发动机系统100利用。

控制器210可以被配置为基于发动机10的操作状况控制发动机系统100的操作。特别地，控制器210可以接收指示发动机10的操作状况(例如，第一、第二、第三和第四排放歧管40、42、44、46和/或第一和第二EGR回路150、160内的排放物的实际流速、温度、压力和/或一致性(constituency))的数据。这些数据可以接收自另一控制器或计算机(未示出)、自策略性地遍布发动机系统100定位的传感器(未示出)、和/或自发动机10的使用者。控制器210接着可以利用存储的算法、公式、子程序、查询图和/或表，以分析操作状况数据并确定通道171内的排放物的相应期望的流速和/或一致性，以充分减少排出至大气的常规污染物的产生。基于期望的流速和/或一致性，控制器210接着可以使第一控制阀154和第二控制阀164被调节，使得期望的排放物量可以通过第一EGR回路150和第二EGR回路160再循环回到第一进气歧管26和第二进气歧管28中。可以设想，通过第一EGR回路150的排放物量可以被控制为大于、小于或大约等于通过第二EGR回路160的排放物量。

控制器210还可以被配置为选择性地调节原料缸16的操作参数，以调整由原料缸16产生的特定排放物成分。例如，控制器210可以控制用于原料缸16的操作参数，使得排放物中的气态成分与煤烟的比大约等于预定值。在一种示例性实施方式中，气态成分是一氧化二氮并且预定值为大约3：1。

控制器210还可以帮助确保DPF 194的再生通过原料缸16的控制以期望的间隔发生。即，控制器210可以帮助确保一氧化二氮的量(即，期望的比)在足以氧化捕捉在DPF 194中的煤烟的期望的时间获得。可以设想，煤烟的氧化(即，DPF 194的再生)可以被动地和/或主动地实施。如本发明中使用的被动再生是指随着包括期望比的一氧化二氮的排放物流过通道53，煤烟在DOC 192中被氧化的过程，不需要喷射碳氢化合物以触发氧化。但是，可以设想，如果期望的话，主动再生(碳氢化合物的喷射或人工地升高排放温度并由此触发氧化的其它方式)可以替代地或附加地被利用。DPF 194的再生可以帮助减少或消除为了清洁移除DPF 194的需要，由此减少发动机10不能被使用的时间，并且因此降低与执行DPF 194上的这种维护相关的成本。

控制器210可以类似地调整非原料缸14的操作参数，以帮助确保诸如由非原料缸14产生的一氧化二氮和煤烟的有害排放物的量减少。在一种示例性实施方式中，操作参数可以包括喷射定时，其可以作为TDC之前或之后的时间测量，在喷射定时，燃料喷射到非原料缸14中。在另一示例性实施方式中，操作参数可以包括进入定时或进气口30未被阻挡并准备允许空气进入燃烧室24的时间。

控制器210可以体现为单个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)等，其包括用于控制发动机系统100和发动机10的操作的装置。多种商业上可获得的微处理器可以被配置为执行控制器210的功能。应当理解的是，控制器210可以容易地体现为与控制其它机器相关功能分离的微处理器，或者控制器210可以与机器微处理器成一体并且能够控制众多机器功能和操作模式。如果与总的机器微处理器分离，控制器210可以经由数据链或其它方法与总的机器微处理器通信。各种其它已知线路可以与控制器210相联，包括电源线路、信号调节线路、致动器驱动器线路(即，电路驱动电磁阀、马达或压电致动器)、以及通信线路。

图3图示一种替代的发动机系统200，其可以结合图1的发动机10使用。发动机系统200的许多部件类似于已参照发动机系统100描述的那些。在以下公开中，仅描述不同于发动机系统100的那些部件。

如图3所示，来自第二排放歧管42和第四排放歧管46的排放物可以并入通道53内并且流至第一EGR回路150和第二EGR回路160。如图3中进一步图示的，来自通道55和57的排放物可以使用一个或多个后处理部件190来处理，所述一个或多个后处理部件190可以设置在通道53中。还可以设想，一个或多个第一和第二后处理部件190和195可以用以在来自通道55和57的排放物流入通道53中之前分别处理通道55和57中的排放物。

图4图示另一示例性发动机系统300，其可以结合图1的发动机10使用。发动机系统300的许多部件类似于已参照发动机系统100描述的那些。在以下公开中，仅描述与发动机系统100不同的那些部件。

如图4所示，第一进入布置220可以包括第一后冷却器122、第一歧管区段124和第二歧管区段126。第一歧管区段124可以接收来自第一后冷却器122的冷却空气和来自第一EGR回路150的排放物的混合物，并且将混合物引至第一缸排102中的一个或多个非原料缸14。本领域技术人员将理解，诸如孔或控制阀的附加部件可以并入第一后冷却器122和第一歧管区段124之间，以帮助确保来自通道178的排放物不进入第一后冷却器122或通道176。第二歧管区段126可以接收经由通道176离开第一后冷却器122的冷却空气，并且将冷却空气引至第一缸排102中的一个或多个原料缸16。因此，在发动机系统300中，不同于发动机系统100，第一缸排102中的原料缸16可以只接收新鲜空气，而非原料缸14可以接收新鲜空气和通过第一EGR回路150再循环的排放物的混合物。

第二缸排104可以以与第一缸排102类似的方式起作用。发动机系统300可以包括具有第二后冷却器132、第三歧管区段134和第四歧管区段136的第二进入布置230。类似于第一歧管区段124，第三歧管区段134可以将新鲜空气和来自第二EGR回路160的排放物的混合物引至第二缸排104中的非原料缸14。再次，本领域技术人员将理解，诸如孔或控制阀的附加部件可以并入第二后冷却器132和第三歧管区段134之间，以帮助确保来自通道179的排放物不进入第二后冷却器132或通道175。类似于第二歧管区段126，第四歧管区段136可以仅将经由通道175接收的新鲜空气引至第二缸排104中的原料缸16。

如图4还图示的，在发动机系统300中，第一和第二EGR回路150和160中的排放物可以不分别通过第一和第二后冷却器122和132。替代地，排放物可以与分别从第一和第二后冷却器122和132离开的冷却空气混合。结果，可能不需要处理流过发动机系统300中的第一和第二EGR回路150和160的排放物，并且第一和第二后处理部件190、195可以从发动机系统300省略。但是，可以设想，如果期望的话，发动机系统300仍可以包括第一和第二后处理部件190、195。图4描绘来自第二和第四排放歧管42、46的排放物分离地流过通道53、57并且分别流入第一和第二EGR回路150和160。但是，可以设想，如果期望的话，来自第二和第四排放歧管42、46的排放物可以经由单个通道合并并流入第一和第二EGR回路150和160，如图2中描绘的。

图5图示另一示例性发动机系统400，其可以结合图1的发动机10使用。发动机系统400中的许多部件类似于已参照发动机系统100和300描述的那些。在以下公开中，仅描述与发动机系统100和300不同的那些部件。

如图5所示，第一进入布置420可以包括布置在通道173中的第三控制阀156。通道173可以允许再循环的排放物从通道178通过通道176流入第二歧管区段126。此时，来自第一后冷却器122的冷却空气可以直接流至第一歧管区段124并且同时经过通道176通入第二歧管区段126。再循环的排放物可以与通道176中的冷却空气混合并且以第一浓度进入第二歧管区段126。再循环的排放物还可以流过通道178并且以第二浓度与进入第一歧管区段124的冷却空气混合。因此，在发动机系统400中，不同于发动机系统300，第一缸排102中的原料缸16和非原料缸14均可以接收新鲜空气和通过第一EGR回路150再循环的排放物的混合物，并且供应至原料缸16的排放物的量可以与供应至第一缸排102中的非原料缸14的排放物的量相同或不同。因此，排放物的第一浓度和排放物的第二浓度可以相同或不同。图5描绘一种示例性布置，其中，第三控制阀156使排放物远离第一歧管区段124并朝向第二歧管区段126转向。但是，本领域技术人员将认识到，可能具有用于将不同浓度的排放物引至第一缸排102中的原料缸16和非原料缸14的其它发动机系统构造。

发动机系统400中的第二缸排104可以以与上述第一缸排102类似的方式起作用。发动机系统400可以包括第二进入布置430，其可以包括布置在通道177中的第四控制阀166。通道177可以允许排放物从通道179经过通道175流入第四歧管区段136。来自第二后冷却器132的冷却空气可以直接流入第三歧管区段134并且经过通道175流入第四歧管区段136。排放物可以与通道175中的冷却空气混合并且进入第四歧管区段136，该第四歧管区段136可以将混合物供应至原料缸16。排放物可以流过通道179并且与进入第三歧管区段134的冷却空气混合，其随后可以被供应至非原料缸14。因此，发动机系统400的第二缸排104中的原料缸16和非原料缸14可以接收新鲜空气和通过第二EGR回路160再循环的排放物的混合物。并且，不同于发动机系统300，供应至发动机系统400中的原料缸16的排放物的量可以与供应至第二缸排104中的非原料缸14的排放物的量相同或不同。图5描绘一种示例性布置，其中，第四控制阀166使来自第三歧管区段134的排放物转向至第四歧管区段136。但是，本领域技术人员将认识到，可能具有用于将排放物引至第二缸排104中的原料缸16和非原料缸14的其它发动机系统构造。控制器210可以调节第三和第四控制阀156、166以分别控制从第一和第二EGR回路150、160供应至原料缸16的排放物的量。

图5描绘来自第二和第四排放歧管42、46的排放物分别分离地经过通道53、57流入第一和第二EGR回路150和160。但是，可以设想，如果期望的话，来自第二和第四排放歧管42、46的排放物可以替代地首先合并并随后经由单个通道流入第一和第二EGR回路150和160，如图2描绘的。还可以设想，发动机系统100(图2)中的第一和第二进入布置120、130可以分别用第一和第二进入布置220、230替换，或者反之亦然。还可以设想，发动机系统100(图2)中的第一和第二进入布置120、130可以分别用第一和第二进入布置420、430(图5)替换，或者反之亦然。

图6图示一种替代的发动机600。类似于图1-5的发动机10，图6的发动机600可以包括接收空气和/或空气与来自进气歧管26、28和/或歧管区段124、126、134、136的任意组合的再循环排放物的混合物的非原料缸14和原料缸16。发动机600的非原料缸14和原料缸16正如发动机10的非原料缸14和原料缸16也可以将排放物排至排放歧管40-46的任意组合。并且类似于发动机10，发动机600的排放歧管40、44可以被连接以分别经由孔50、52接收来自排放歧管42、46的过量流。

但是，与图1-5的发动机10形成对照，图6的发动机600可以包括分别将排放歧管40、44与排放歧管42、46连接的附加通道602、604和布置在通道602、604内的附加阀606、608。在该构造中，阀606、608可以用作主要在极端升高的背压状况过程中使用的减压阀。在一些实施方式中，阀606、608可以仅在排放歧管42、46内的压力接近或超过发动机600的设计限制(例如，原料缸16的设计限制)时使用。例如，在排气再循环回到非原料缸14和/或原料缸16中是不期望的且控制阀154、156、164和/或177与限流位置或阻流位置相关联时的状况过程中，排放歧管42和/或46内的背压会上升(即，因为原料缸16仍产生排放物并且排放物不经由EGR减少)。在这些状况下，孔50、52的固有特性可以允许很少的排放物从排放歧管42、46通至排放歧管40、44。并且，为了帮助保持排放歧管42、46内的背压在发动机设计限制以下，阀606、608可以选择性地打开以使来自排放歧管42、46的附加排放物通至排放歧管40、44(例如，与经过孔50、52的流动并行)，由此释放排放歧管42、46内的背压。

阀606、608可以采用适当地释放来自排放歧管42、46的背压所必要的任何形式。在一种例子中，阀606、608是控制阀，其操作通过控制器210调节。特别地，基于排放歧管42、46内的测量和/或预期的背压值，控制器210可以选择性地使阀606和/或阀608打开并使过量的排放物通至排放歧管40和/或44。替代地，基于用以减小排气再循环的控制阀154、156、164和/或177的已知、受控和/或即将进行的运动，可以使阀606和/或阀608自动且同时地打开相应的量，使得排放歧管42、46内的背压保持基本上不受控制阀154、156、164和/或177的闭合运动的影响。在又一实施方式中，阀606和/或阀608可以基于地理位置(例如，当确定发动机600处于EGR应当减少的位置，诸如在隧道)或其它类似的参数选择性地打开。在最终的例子中，阀606、608可以是不受控的压力偏置阀(例如，簧片阀)，其通过排放歧管42、46内的压力达到或超过阈值而直接运动。

在也是图6所示的一种替代实施方式中，除了将过量的排放物从排放歧管42、46释放至排放歧管40、44(实线所示)之外或替代将过量的排放物从排放歧管42、46释放至排放歧管40、44(实线所示)，阀606、608可以用以将过量的排放物引至其它位置(由从阀606、608伸出的虚线表示)。例如，过量的排放物可以从排放歧管42、46分别经过阀606、608引至涡轮机114下游的位置。在该构造中，否则可能导致涡轮机114过速的过量的排放物可以被可控地排至大气。

图7图示可以与图6的发动机600一起使用的替代的发动机系统700。虽然发动机系统700具有与图2-5的发动机系统100-400相同的许多部件(例如，非原料缸14、原料缸16、涡轮增压器110、进气歧管26和28、排放歧管42和40、孔50、后冷却器122和132、EGR冷却器152和162、控制阀154和164、后处理部件180等)，这些部件的布置在发动机系统700中不同。例如，在发动机系统700中，所有非原料缸14位于单个排104内，从单个进气歧管28抽吸空气，并且将排放物排至公共歧管44。类似地，所有原料缸16位于单个排102内，从单个进气歧管26抽吸空气，并且将排放物排至公共歧管42。另外，涡轮增压器110被布置为位于一对低压涡轮增压器702的下游的高压涡轮增压器，并且具有废物门706的旁通通道704被用以选择性地将排放物从排放歧管40围绕涡轮增压器110引至排出通道171。

在图7的构造中，位于通道602内的阀606以与上述关于图6描述的类似的方式使用。特别地，阀606可以用以当再循环至进气歧管26和/或28的排气量减少时选择性地降低排放歧管42内的背压。通过阀606的过量的排放物可以被引至发动机系统700内的多个不同位置中的任意一处，诸如直接引入排放歧管40、引至高压涡轮增压器110上游的另一位置、引至高压涡轮增压器110下游但在低压涡轮增压器702上游的位置、引至低压涡轮增压器702下游的位置(例如，引入通道171中)、引至这些位置的结合、或者引至另一适当的位置。如上所述，如果期望的话，阀606可以通过控制器210调节或者直接通过歧管42内的排放物压力运动。

工业实用性

本发明的发动机系统可以用在任何机器或动力系统应用中，其中，减少有害气体的排放是有益的，同时还从相关联的发动机输送期望的动力输出。本发明的发动机系统尤其应用在诸如机车的移动机器中，其能够经受负载和排放物要求的大变化。本发明的发动机系统可以提供用于减少排至大气的排放物中的有害排放，同时将足够的排放物输送至涡轮增压器以满足在任何负载下从发动机的动力输出需求并且保护相关联的缸不会升高背压的改进的方法。现在将描述示例性的发动机系统操作。

在发动机系统100的操作过程中，空气或空气与燃料的混合物可以通过压缩器112加压、通过第一和第二后冷却器122、132冷却、并且引入非原料缸14和原料缸16用于随后燃烧。空气/燃料混合物的燃烧可以导致机械功以旋转曲轴的形式产生。燃烧副产物(即，排放物和热)可以从发动机系统100经过涡轮机114流至大气。

由发动机系统100产生的排放物和热的一部分也可以选择性地分别从第二和第四排放歧管42和46再循环到空气进入布置120和130中。该排放物可以从第二排放歧管42经过第一EGR冷却器152和第一控制阀154流入通道178。第一EGR冷却器152可以在排放物与来自压缩器112的压缩空气混合之前冷却排放物。冷却和压缩的混合物还可以在连同燃料一起进入非原料缸14和原料缸16用于随后燃烧之前通过第一后冷却器122进一步冷却。排放物的再循环可以帮助稀释燃料和空气的混合物，并且增加非原料缸14和原料缸16内的热能力，导致较低的燃烧温度。如本领域中已知的，较低的燃烧温度可以帮助降低在燃烧过程中形成的一氧化二氮的速率。经由第一后冷却器122冷却新鲜空气和排放物的混合物也可以帮助降低燃烧过程中一氧化二氮形成的速率。

在活塞22的进气冲程过程中，第一进气歧管26可以将进气充量引入非原料缸14。进气充量可以包括新鲜空气或空气和再循环排气的混合物。控制器210可以调节第一控制阀154的位置以将排放物从第二排放歧管42经过第一EGR回路150引至第一进气歧管26。同时，第一孔50可以允许限制的排放物流从第二排放歧管42通至第一排放歧管40。控制器210还可以与测量在通道171中流动的排放物中的一氧化二氮和/或煤烟的量的传感器通信。

控制器210可以调节第一控制阀154的位置以选择性地增加从第二排放歧管42流至第一进气歧管26的排放物量，以帮助确保通道171中的一氧化二氮或煤烟的量保持在允许限制以下。当控制器210将第一控制阀154调节至部分关闭位置时，第二排放歧管42内的压力可以增大。第一孔50可以允许一些排放物基于第二排放歧管42内的压力从第二排放歧管42流至第一排放歧管40。控制器可以类似地调节第二控制阀164的位置，以控制排放物从第四排放歧管46流至第二进气歧管28。例如，当控制器210将第二控制阀164调节至部分关闭位置时，第四排放歧管46内的压力可以增大。第二孔52可以允许一些排放物基于第四排放歧管46内的压力从第四排放歧管46流至第三排放歧管44。因此，控制器210可以控制第一和第二控制阀154和164以帮助确保足够量的排放物可以分别从第二和第四排放歧管42、46再循环到第一和第二进气歧管26、28，由此帮助减少有害排放的产生。另外，控制器210可以允许足够量的排放物通过第一和第二孔50、52以帮助确保期望量的排放物可以供应至推进涡轮增压器110，同时仍然产生驱动再循环的排放物的期望量的背压。

在一些情况中，分别从第二和/或第四排放歧管42、46向回通入第一和/或第二进气歧管26、28的再循环的排气量可以减少。这种减少可以基于任意数量的不同的因素，包括例如改变环境状况(例如，驱动经过隧道)、改变排放法规、改变发动机操作状况等。当再循环的排气量减小到阈值量以下时，第一和第三排放歧管内的背压可以上升至能够通过第一和第二孔50、52充分释放的水平以上。此时，控制器210可以需要选择性地使阀606和/或608打开并由此将背压降低至发动机10的设计限制以下。

控制器210还可以与测量流出第二和第四排放歧管42、46的一氧化二氮或其它排气的量的传感器通信。控制器接着可以响应性地调节原料缸16或非原料缸14的操作参数，使得一氧化二氮与煤烟的比是期望值。通过允许较高的一氧化二氮浓度，控制器210可以帮助确保DOC 192可获得足够量的一氧化二氮，以帮助促进DPF 194中的煤烟的氧化。通过以此方式使DPF 194自再生，控制器210可以允许发动机系统100执行众多操作，而不需要关闭发动机10以便DPF 194的移除和清洁。

控制器210可以从存储在存储器中的一个或多个查询表确定非原料缸14和/或原料缸16的操作参数。查询表可以使感测的数据值与发动机10上的负载相关。附加地或替代地，数据值可以在表中与发动机10的速度相关，发动机10的速度可以通过例如发动机10中的曲轴的旋转速率或包括发动机10的机器(未示出)的行进速率表示。

发动机系统200可以以与发动机系统100相似的方式操作。在发动机系统200的示例性操作过程中，控制器210可以调节第一控制阀154以帮助将期望量的排放物从原料缸16输送至第一排102的非原料缸14。在系统200中，由于通道55和57并入通道53，流过第一EGR回路150的排放物的量可以来自第二和第四排放歧管42、46之一或两者。控制器210可以类似地调节第二控制阀164以帮助将排放物从原料缸16输送至第二排104的非原料缸14。流过第二EGR回路160的排放物可以来自第二和第四排放歧管42、46之一或两者。并且，在第二和/或第四排放歧管42、46内的背压变得过度的情况中，控制器210可以打开阀606、608之一或两者，以选择性地释放背压。

发动机系统300可以以与发动机系统100类似的方式操作。在发动机系统300的示例性操作过程中，控制器210可以调节第一控制阀154以帮助将期望量的排放物从原料缸16输送至第一排102内的非原料缸14。控制器210可以类似地调节与第二缸排104相关联的第二控制阀164。由于排放物可以仅再循环经过发动机系统300中的非原料缸14，再循环经过发动机系统300的排放物量可以小于再循环经过发动机系统100的排放物量。通过减少再循环经过发动机系统300的排放物量，可以获得更多的排放物以推进涡轮增压器110，由此增加涡轮增压器能量。并且，在第二和/或第四排放歧管42、46内的背压变得过度的情况中，控制器210可以打开阀606、608之一或两者以选择性地释放背压。

发动机系统400可以以与发动机系统300类似的方式操作。在发动机系统400的操作过程中，控制器210可以调节第三控制阀156以帮助将再循环的排放物输送至第一排102的原料缸16。剩余的再循环的排放物流可以输送至第一排102的非原料缸14。控制器210可以类似地调节与第二排104的缸相关联的第二控制阀164。并且，在第二和/或第四排放歧管42、46内的背压变得过度的情况中，控制器210可以打开阀606、608之一或两者以选择性地释放背压。

发动机系统700可以类似于发动机系统100-300操作。特别地，在发动机10的操作过程中，控制器210可以调节第一和第二控制阀154、164以帮助将再循环的排放物分别输送至第一和第二排102、104的所有缸14、16。流过第一和第二EGR回路150、160的排放物可以来自第二和第四排放歧管42、46之一和/或两者。并且在第二和/或第四排放歧管42、46内的背压变得过度的情况中，控制器210可以打开阀606、608之一或两者以选择性地释放背压。

本发明的发动机系统可以具有若干优点。例如，由于再循环的排放物流至不同排的缸和流至每个排内的不同缸可以独立地改变，发动机的功能性可以增强。另外，控制阀154、156、164、166位于EGR冷却器152、162下游可以形成用于阀的冷却操作环境，其能够使阀磨损减少。另外，由于阀606和608主要仅用以释放极端背压，阀可以具有延长的寿命。

本领域技术人员将明白，能够对本发明的发动机系统做出各种修改和变形，而不背离本发明的范围。通过考虑这里公开的发动机系统的说明书和实践，本领域技术人员将明白发动机系统的其它实施方式。说明书和例子仅意于被认为是示例性的，本发明的真正范围通过以下权利要求书及其等效指明。

Claims (10)

1.一种用于至少具有第一缸和第二缸的发动机的发动机系统，发动机系统包括：

第一排放歧管，其流体地连接至第一缸；

第二排放歧管，其流体地连接至第二缸；

再循环通道，其从第一排放歧管延伸至第一缸和第二缸中的至少一个；

限流孔，其将第一排放歧管连接至第二排放歧管；

压力释放通道，其从第一排放歧管延伸；和

阀，其设置在压力释放通道内并且能够运动以选择性地减小第一排放歧管的背压。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，再循环通道从第一排放歧管延伸至第一缸和第二缸两者。

3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：

发动机还至少具有第三缸和第四缸；

再循环通道是第一再循环通道；

限流孔是第一限流孔；

压力释放通道是第一压力释放通道；

阀是第一阀；并且

发动机系统还包括：

第三排放歧管，其流体地连接至第三缸；

第四排放歧管，其流体地连接至第四缸；

第二再循环通道，其从第一排放歧管延伸至第三缸和第四缸中的至少一个；

第二限流孔，其将第三排放歧管连接至第四排放歧管；

第二压力释放通道，其从第三排放歧管延伸；和

第二阀，其设置在第二压力释放通道内并且能够运动以选择性地减小第三排放歧管的背压。

4.根据权利要求3所述的发动机系统，还包括：

第一进气歧管，其连接第一缸和第二缸；和

第二进气歧管，其连接第三缸和第四缸，

其中：

第一再循环通道流体地连接至第一进气歧管；并且

第二再循环通道流体地连接至第二进气歧管。

5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：

发动机还至少具有第三缸和第四缸；

限流孔是第一限流孔；

压力释放通道是第一压力释放通道；

阀是第一阀；

发动机系统还包括：

第三排放歧管，其流体地连接至第三缸；

第四排放歧管，其流体地连接至第四缸；

第二限流孔，其将第三排放歧管连接至第四排放歧管；

第二压力释放通道，其从第三排放歧管延伸；和

第二阀，其设置在第二压力释放通道内并且能够运动以选择性地减小第三排放歧管的背压；并且

再循环通道并行地连接至第一排放歧管和第三排放歧管。

6.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括连接在第二排放歧管的下游的涡轮增压器，其中，压力释放通道从第一排放歧管延伸至涡轮增压器。

7.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括连接在第二排放歧管的下游的涡轮增压器，其中，压力释放通道从第一排放歧管延伸至涡轮增压器下游的位置。

8.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：

高压涡轮增压器，其连接在第二排放歧管的下游；和

低压涡轮增压器，其连接在高压涡轮增压器的下游，

其中，压力释放通道从第一排放歧管延伸至高压涡轮增压器下游且低压涡轮增压器上游的位置。

9.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：

高压涡轮增压器，其连接在第二排放歧管的下游；和

低压涡轮增压器，其连接在高压涡轮增压器的下游；

其中，压力释放通道从第一排放歧管延伸至低压涡轮增压器下游的位置。

10.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：

再循环控制阀，其设置在再循环通道中；和

冷却器，其设置在再循环通道中，其中，再循环控制阀位于冷却器的下游，其中：

阀是能够在通流位置和阻流位置之间运动的释放控制阀；并且

发动机系统还包括控制器，控制器与释放控制阀连通并且能够使释放控制阀基于再循环控制阀的位置运动。