CN108506119A - 外部废气再循环系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于发动机的外部废气再循环系统及其工作方法。所述外部废气再循环系统包括发动机、汽油供给系统、单缸EGR系统、多缸EGR系统和天然气供给系统。所述发动机包括至少两个气缸，其中一个所述气缸为混合燃烧缸，且至少一个所述气缸为汽油缸，所述混合燃烧缸燃烧包括汽油和天然气的浓混合气；所述汽油供给系统为每个所述气缸供油；所述天然气供给系统为所述混合燃烧缸提供天然气；所述单缸EGR系统分别与所述混合燃烧缸的排气口以及所有所述气缸的进气口连接；所述多缸EGR系统分别与所有汽油缸的排气口和所有气缸的进气口连接。本发明实现了25％至50％的EGR率稳定燃烧，降低了发动机油耗。

Description

外部废气再循环系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种外部废气再循环系统及其工作方法。
背景技术
开发高效低油耗汽油机是汽车工业面临的一个重要课题。制约汽油机低负荷热效率提升的主要因素包括泵气损失高、几何压缩比低以及混合气比热比低等。而对于高负荷而言，爆震燃烧是导致汽油机热效率低的主要障碍。同时改善汽油机低负荷和高负荷热效率的其中一个技术路线是将发动机排出的废气经冷却后，重新进入缸内参与燃烧，即废气再循环技术。
图1为现有技术中典型的外部废气再循环系统的结构示意图。废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)系统包括发动机81、进气总管84、排气总管85、以及EGR管路87。进气总管84的一端接入大气，另一端连接发动机81。排气总管85的一端连接发动机81，另一端排出废气。进气总管84上设置一节气门82。排气总管85上设置一尾气后处理装置83。EGR管路87的一端连接排气总管85，且位于发动机81与尾气后处理装置83之间；EGR管路87的另一端连接进气总管84，且位于发动机81与节气门82之间。EGR管路87上设置一EGR阀86。废气再循环系统还包括中冷器88，中冷器88设置在EGR管路87上，且中冷器88位于EGR管路87的一端与EGR阀86之间。废气再循环系统还包括尾气后处理装置83，尾气后处理装置83设置在排气总管85上，且位于排气总管85的另一端与EGR管路87的一端之间。大气经由进气总管84进入发动机81，发动机81的废气经由尾气后处理装置83排出。发动机81的废气在排气总管85处引出，经中冷器88冷却后，通过EGR管路87后进入进气总管84，再循环进入发动机81，构成EGR回路。
在低负荷工况，EGR回路的上游为排气总管85，该排气总管85处的压力大于大气压，EGR回路的下游为进气总管84，该进气总管84处的压力小于大气压，EGR阀86的上下游的压差较大，因此可以实现较大的EGR率，有利于充分发挥其废气稀释的作用，从而降低泵气损失。在高负荷工况，EGR系统引入的废气，由于增加了混合气比热容，使得燃烧温度得以降低。同时，EGR系统引入的废气内含有的惰性气体，会增加淬熄反应的程度，从而延长末端混合气的自燃时间。这两方面的因素都使得高负荷工况时的爆震燃烧得到了抑制。由上可知，不论低负荷工况还是高负荷工况，EGR系统都有助于提高混合气比热比和降低传热损失，从而改善发动机的热效率。
但随着EGR率的进一步增加，其在低负荷工况下改善泵气损失和高负荷下抑制爆震方面仍存在不足，不能充分发挥其节油的潜力。具体的，在低负荷工况下，增加EGR率，即增加进入缸内的废气质量与废气质量和空气质量之和的比值可以提高汽油热效率，但进一步提高EGR率会受到两个因素的制约：1)高的EGR率会导致燃烧不稳定，进而终止油耗随EGR率增加而降低的趋势。主要原因是废气中含有的惰性气体使得汽油机燃烧速度，特别是初始燃烧速度降低。2)EGR阀上下游压差不足以实现大的EGR率。随着发动机负荷的上升，位于EGR阀下游的进气总管的压力会随之而升高。也就是说EGR上下游的压差降低，不利于EGR率的提高。具体的，在高负荷工况下，由于废气未经三元催化转化即引入到EGR回路中，因此废气中包括大量的NOx，其含量约为三元催化转化后的50倍。申请人研究表明，EGR回路中大量的NOx会诱发爆震从而产生更多的NOx，即，EGR系统抑制爆震的效果大打折扣。
因此，为了进一步提高EGR的节油效果，必须要突破现有EGR系统对EGR率的限制，实现大EGR率燃烧的同时保持燃烧的稳定性，进一步提升热效率，节省油耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外部废气再循环系统及其工作方法，以解决现有的外部废气再循环系统及其工作方法EGR率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种外部废气再循环系统，包括发动机和汽油供给系统，还包括单缸EGR系统、多缸EGR系统和天然气供给系统；所述发动机包括至少两个气缸，其中一个所述气缸为混合燃烧缸，且至少一个所述气缸为汽油缸，每个所述气缸包括用于导入气体的进气口和用于排出气体的排气口，所述混合燃烧缸燃烧包括汽油和天然气的浓混合气，所述汽油缸仅燃烧汽油；所述汽油供给系统为每个所述气缸供油；所述天然气供给系统为所述混合燃烧缸提供天然气；所述单缸EGR系统分别与所述混合燃烧缸的排气口以及所有所述气缸的进气口连接，用于将所述混合燃烧缸产生的废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内；所述多缸EGR系统分别与所有汽油缸的排气口和所有气缸的进气口连接，用于将汽油缸的废气导入各个气缸内。
可选的，所述外部废气再循环系统还包括进气系统和排气系统；所述进气系统包括进气歧管、进气总管和节气门，所述进气总管的一端接入大气，另一端与所述进气歧管的一端连接，所述进气歧管的另一端与所述发动机的各个所述气缸的进气口连接，所述进气总管上设置有所述节气门；所述排气系统包括排气歧管和排气总管，所述排气歧管的一端与所述发动机的各个所述气缸的所述排气口连接，所述排气歧管的另一端与所述排气总管的一端连接，所述排气总管的另一端排出废气。
可选的，所述单缸EGR系统包括单缸EGR管道以及三通阀，所述单缸EGR管道的一端与所述混合燃烧缸的所述排气口连接，另一端与所有所述气缸的所述进气口连接，所述三通阀设置于所述单缸EGR管道上。
可选的，所述单缸EGR管道的所述另一端连接至所述进气总管，并位于所述进气总管的一端与所述节气门之间，进而与所有所述气缸的进气口连接。
可选的，所述排气系统还包括一排气支管，所述排气支管的一端与所述排气总管连接，所述排气支管的另一端与所述单缸EGR管道连接，所述三通阀位于所述排气支管的另一端与所述单缸EGR管道的连接处。
可选的，所述单缸EGR管道上还设置有用于过滤废气中的颗粒物的颗粒物过滤器，所述颗粒物过滤器设置于所述三通阀与所述单缸EGR管道的所述另一端之间。
可选的，所述多缸EGR系统包括多缸EGR管道以及EGR阀，所述多缸EGR管道的一端与所有汽油缸的排气口连接，另一端与所有所述气缸的进气口连接，所述EGR阀设置于所述多缸EGR管道上。
可选的，所述多缸EGR系统还包括设置在所述多缸EGR管道上的EGR中冷器。
可选的，所述多缸EGR系统还包括多缸EGR支路以及设置于所述多缸EGR支路的开关阀，所述多缸EGR支路的两端均与所述多缸EGR管道连接，所述EGR中冷器位于所述EGR阀与所述多缸EGR管道的一端之间，且所述EGR中冷器位于多缸EGR支路的两端之间。
可选的，所述多缸EGR系统还包括可驱动所述EGR阀的电机，所述电机用于改变所述EGR阀的流通面积。
可选的，所述天然气供给系统包括天然气供给管道、天然气罐、压力调节阀以及天然气喷嘴，所述天然气供给管道的一端连接所述天然气喷嘴，另一端连接所述天然气罐，所述天然气喷嘴用于向所述发动机的所述混合燃烧缸喷天然气，所述压力调节阀设置于所述天然气供给管道上，用于控制流经天然气喷嘴的天然气流量。
可选的，所述天然气喷嘴位于与所述混合燃烧缸对应的所述进气歧管处。
本发明还提供一种外部废气再循环系统的工作方法，所述外部废气再循环系统包括发动机、汽油供给系统、单缸EGR系统、多缸EGR系统和天然气供给系统，所述发动机包括至少两个气缸，其中一个所述气缸为混合燃烧缸，且至少一个所述气缸为汽油缸，每个所述气缸包括用于导入气体的进气口和用于排出气体的排气口，所述混合燃烧缸燃烧包括汽油和天然气的浓混合气，所述汽油缸仅燃烧汽油，所述方法包括：
当发动机在低负荷工况和高负荷工况时，所述汽油供给系统为所述发动机的每个所述气缸提供汽油，所述天然气供给系统为所述混合燃烧缸提供天然气，使得混合燃烧缸内形成浓混合气燃烧；通过控制所述三通阀，使得所述单缸EGR系统所述混合燃烧缸产生的全部废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内；所述多缸EGR系统将所述汽油缸产生的废气自各个汽油缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内。
可选的，所述进气系统包括进气歧管、进气总管和节气门，所述进气总管的一端接入大气，另一端与所述进气歧管的一端连接，所述进气歧管的另一端与所述发动机的各个所述气缸的所述进气口连接，所述进气总管上设置有所述节气门；所述排气系统与所述发动机连接，用于排出所述发动机的废气，所述排气系统包括排气歧管和排气总管，所述排气歧管的一端与所述发动机的各个所述气缸的所述排气口连接，所述排气歧管的另一端与所述排气总管的一端连接，所述排气总管的另一端排出废气；所述单缸EGR系统还包括单缸EGR管道以及三通阀，所述单缸EGR管道的一端与所述混合燃烧缸的所述排气口连接，另一端与所有所述气缸的所述进气口连接，所述三通阀设置于所述单缸EGR管道上，所述排气系统包括一排气支管，所述排气支管的一端与所述排气总管连接，另一端通过所述三通阀与所述单缸EGR管道连接；所述多缸EGR系统包括多缸EGR管道、EGR阀，多缸EGR支路以及设置于所述多缸EGR支路的开关阀，所述多缸EGR管道的一端与所有汽油缸的排气口连接，另一端与所有所述气缸的进气口连接，所述EGR阀设置于所述多缸EGR管道上，所述多缸EGR支路的两端均与所述多缸EGR管道连接，所述多缸EGR管道上还设置有EGR中冷器，且所述EGR中冷器位于所述EGR阀与所述多缸EGR管道的一端之间，所述EGR中冷器位于多缸EGR支路的两端之间；所述多缸EGR系统还包括可驱动所述EGR阀的电机，所述电机用于改变所述EGR阀的流通面积；所述排气总管上还设置有废气后处理装置，废气后处理装置用于净化和处理废气，所述处理后的废气经废气后处理装置排出；所述工作方法还包括：当所述发动机在低负荷工况时，打开所述多缸EGR系统中的所述EGR阀和所述开关阀，使废气依次经过所述多缸EGR支路和所述多缸EGR管道导入所述发动机各个所述气缸中，废气的流量通过控制所述多缸EGR系统中的所述电机驱动EGR阀的流通面积，来实现连续可调；当所述发动机在高负荷工况时，打开所述多缸EGR系统中的所述EGR阀，关闭所述开关阀，使废气依次经过所述EGR中冷器和所述多缸EGR管道进入所述发动机，废气的流量通过控制所述多缸EGR系统中的所述电机驱动EGR阀的流通面积，来实现连续可调；当发动机冷启动及废气后处理装置预热工况下，关闭多缸EGR系统中的EGR阀，所述天然气供给系统中的天然气喷嘴不喷射天然气，所述汽油供给系统为所述所有气缸提供汽油，通过控制所述三通阀，使得所述单缸EGR系统中所述混合燃烧缸产生的全部废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，流经排气歧管、单缸EGR管道、排气支管和排气总管后排入大气。
本发明提供的外部废气再循环系统及其工作方法，具有以下有益效果：
本发明通过设置单缸EGR系统和多缸EGR系统增加了EGR率，通过多缸EGR系统与单缸EGR系统协同工作，以及在混合燃烧缸内同时燃烧包括汽油和天然气的浓混合气，使得混合燃烧缸燃烧后形成包含有氢气的废气，并通过单缸EGR系统将氢气导入各个气缸中，从而使得发动机在低负荷工况时以较大的EGR率燃烧的情况下能稳定燃烧；并且，由于浓混合气燃烧，使得混合燃烧缸燃烧后形成包含有氢气和一氧化碳的废气，且氢气和一氧化碳的辛烷值较高，且此时发动机具有有较大的EGR率，因此能在高负荷时抑制爆震，使发动机稳定燃烧；可见，本发明增大EGR率的同时，提升了热效率，降低了油耗。
此外，本发明的多缸EGR系统设置有EGR阀，通过调节EGR阀，可实现EGR率在25％至50％的范围内可调，以适应不同的工况需求，降低油耗。
附图说明
图1是现有技术中外部废气再循环系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例中外部废气再循环系统的结构示意图。
图1中：
81-发动机；
82-节气门；
83-尾气后处理装置；
84-进气总管；
85-排气总管；
86-EGR阀；
87-EGR管路；
88-中冷器。
图2中：
10-发动机；
11-混合燃烧缸；
12-汽油缸；
20-进气系统；
21-进气歧管；
23-进气总管；
24-节气门；
25-空气滤清器；
26-压缩机；
27-进气中冷器；
30-排气系统；
31-排气歧管；
32-排气总管；
33-涡轮机；
34-排气支管
35-废气后处理装置
40-汽油供给系统；
41-汽油供给管道；
42-汽油箱；
43-喷油器；
44-油泵；
50-天然气供给系统；
51-天然气供给管道；
52-天然气罐；
53-压力调节阀；
54-天然气喷嘴；
60-单缸EGR系统；
61-单缸EGR管道；
62-三通阀；
63-颗粒物过滤器；
70-多缸EGR系统；
71-多缸EGR管道；
72-EGR阀；
73-多缸EGR支路；
74-开关阀；
75-EGR中冷器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的外部废气再循环系统及其工作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明一实施例的目的。
参考图2，本实施例提供一种外部废气再循环系统，其包括发动机10、进气系统20、排气系统30、汽油供给系统40、天然气供给系统50以及单缸EGR系统60。另外，所述外部废气再循环系统还包括多缸EGR系统70，通过多缸EGR系统70与单缸EGR系统60协同工作，进一步增大了EGR率。
发动机10包括至少两个气缸，其中一个气缸为混合燃烧缸11，且至少一个气缸为汽油缸12。具体的，本实施例中发动机10包括四个气缸，其中一个气缸为混合燃烧缸11，其余三个气缸均为汽油缸12。每个气缸包括用于导入气体的进气口和用于排出气体的排气口。混合燃烧缸11中可同时燃烧汽油和天然气，或者仅燃烧汽油。其中也可将天然气改为乙醇、甲醇、液化石油气等高H:C原子比的燃料，优选为压缩天然气。汽油缸12仅燃烧汽油。较佳的，混合燃烧缸11采用由天然气、汽油、空气组成的浓混合气燃烧，而汽油缸12采用汽油、空气的理论空燃比燃烧。
进气系统20与发动机10连接，为发动机10提供新鲜的大气。进气系统20包括进气歧管21、进气总管23和节气门24。进气总管23的一端接入大气，另一端与进气歧管21的一端连接，进气歧管21的另一端与发动机10的各个气缸的进气口连接。所述进气总管23上设置有节气门24，在发动机进气门打开且节气门24打开时，大气经过进气总管23和进气歧管21进入发动机10。所述进气总管23上还设置有空气滤清器25，所述空气滤清器25用于过滤大气。所述进气总管23上还设置有压缩机26，压缩机26用于压缩进入进气总管23的大气。所述进气总管23上还设置有进气中冷器27，进气中冷器27用于冷却进入进气总管23的大气。本实施例中，在发动机进气门打开且节气门24打开时，新鲜的大气进入进气总管23后，先经过空气滤清器25过滤，再经压缩机26压缩，最后经过进气中冷器27冷却，并最终通过进气歧管21进入到气缸内。
排气系统30与发动机10连接，排出发动机10的废气。排气系统30包括排气歧管31和排气总管32。排气歧管31的一端与发动机10的各个气缸的排气口连接，排气歧管31的另一端与排气总管32的一端连接，排气总管32的另一端排出废气。所述排气总管32上设置有涡轮机33，涡轮机33连接压缩机26，以驱动压缩机26转动从而压缩空气。所述排气总管32上还设置有废气后处理装置，废气后处理装置35用于净化和处理废气，所述处理后的废气经废气后处理装置35排出。
汽油供给系统40为发动机10的每个气缸提供汽油。汽油供给系统40包括汽油供给管道41、汽油箱42、喷油器43以及油泵44。汽油供给管道41的一端连接喷油器43，另一端连接汽油箱42。所述喷油器43用于向发动机10的每个气缸喷油。所述油泵44设置于所述汽油供给管道41上。进一步的，所述汽油供给系统40还可以设置有油轨(图中未示出)。具体的，本实施例中，喷油器43位于发动机10的缸盖处，其采用燃油缸内直喷的方式。在其他的实施例中，喷油器43也可位于进气歧管21处，采用进气歧管21处喷射燃油的方式。
天然气供给系统50为发动机10的混合燃烧缸11提供天然气。天然气供给系统50包括天然气供给管道51、天然气罐52、压力调节阀53以及天然气喷嘴54。天然气供给管道51的一端连接天然气喷嘴54，另一端连接天然气罐52。所述天然气喷嘴54用于向发动机10的混合燃烧缸11喷天然气。所述压力调节阀53设置于所述天然气供给管道51上，用于控制流经天然气喷嘴54的天然气流量。具体的，本实施例中，天然气喷嘴54位于与混合燃烧缸11对应的进气歧管21处，以向与混合燃烧缸11提供天然气。在其他的实施例中，天然气喷嘴54还可位于发动机10的缸盖处，采用缸内直喷的方式。
单缸EGR系统60与发动机10的混合燃烧缸11连接，用于废气再循环。单缸EGR系统60分别与混合燃烧缸11的排气口以及所有气缸的进气口连接，用于将混合燃烧缸11的废气导入各个气缸内。具体的，单缸EGR系统60包括单缸EGR管道61以及三通阀62。单缸EGR管道61的一端与混合燃烧缸11的排气口连接，另一端与所有气缸的进气口连接。所述三通阀62设置于单缸EGR管道61上。所述排气系统30还包括一排气支管34，排气支管34的一端与所述排气总管32连接，另一端通过三通阀62与单缸EGR管道61连接。更具体的，单缸EGR管道61的另一端连接至进气总管23，并位于进气总管23的一端与节气门24之间，进而与所有气缸的进气口连接。废气直接由发动机10的混合燃烧缸11引出后，有两种可能的走向，一种是流经排气总管32排入大气；另一种是流经单缸EGR管道61进入进气总管23，与进气总管23中新鲜的大气混合，再进入发动机10的所有气缸。所述单缸EGR管道61上还设置有颗粒物过滤器63，用于过滤废气中的颗粒物，以避免节气门24结焦和阻塞。具体的，颗粒物过滤器63设置于三通阀62与单缸EGR管道61的另一端之间。
多缸EGR系统70分别与所有汽油缸12的排气口和所有气缸的进气口连接，用于将汽油缸12的废气导入各个气缸内，用于废气再循环。具体的，多缸EGR系统70包括多缸EGR管道71以及EGR阀72。多缸EGR管道71的一端与所有汽油缸12的排气口连接，另一端与所有气缸的进气口连接。所述EGR阀72设置于多缸EGR管道71上。多缸EGR系统70还包括多缸EGR支路73以及设置于多缸EGR支路73的开关阀74。多缸EGR支路73的两端均与多缸EGR管道71连接。多缸EGR管道71上还设置有EGR中冷器75，且EGR中冷器75位于EGR阀72与多缸EGR管道71的一端之间。进一步的，EGR中冷器75位于多缸EGR支路73的两端之间。废气从排气歧管31引出后，有两种可能的走向，一种是在开关阀74关闭时，废气经由多缸EGR管道71进入进气总管23，再进入发动机10的所有气缸；另一种是在开关阀74开启时，废气流经多缸EGR支路73，然后进入节气门24与发动机10之间的进气总管23，最后经各个进气歧管21再进入发动机10的所有气缸。多缸EGR系统70还包括可驱动所述EGR阀72的电机(图中未示出)，所述电机可改变EGR阀72流通面积，进而控制废气的流量，实现多缸EGR系统70的EGR率可调。
本实施例中发动机的排气系统30优选包括涡轮机33，进气系统20中优选设置了压缩机26，这种发动机为涡轮增压发动机。但，本实施例中提供的外部废气再循环系统不限于用于涡轮增压发动机，还可用于机械增压发动机、机械加涡轮增压的发动机或者自然吸气发动机上。本实施例的外部废气再循环系统可用于至少包括两个气缸的发动机，例如三缸机、四缸机、六缸机和八缸机，均可实现较高的(如25％至50％)的EGR率。
以下结合发动机的不同工况具体说明上述外部废气再循环系统的工作原理。
当发动机10在低负荷工况时，汽油供给系统40为发动机10的每个气缸提供汽油，天然气供给系统50为发动机10的混合燃烧缸11提供天然气，使得混合燃烧缸11内形成包括汽油和天然气的浓混合气。本实施例中的浓混合气是指混合气的空燃比低于理论空燃比。而燃料仅为汽油的气缸12为理论空燃比燃烧。此时，通过控制三通阀62，将从混合燃烧缸11排出的废气(优选是经过颗粒物过滤器63过滤后的废气)全部经单缸EGR系统60的三通阀62流经单缸EGR管道61进入进气总管23，与进气总管23中新鲜的大气混合，再进入发动机10的所有气缸。此时外部废气再循环系统实现了25％的EGR率。同时，打开多缸EGR系统70中的EGR阀72和开关阀74，使废气保持原有温度经多缸EGR支路73，从而缓解低废气温度使燃烧速度大幅下降的问题。然后废气进入节气门24与发动机10之间的进气总管23，最后经各个进气歧管21再进入发动机10的所有气缸。废气的流量通过控制电机驱动的EGR阀72实现连续可调。综合单缸EGR和外部EGR，发动机10总的EGR率就可以在25％至50％范围内可调，这为实现发动机大EGR率燃烧降低油耗提供了可能。但需要指出的是，大的EGR率会使得燃烧速度变慢，燃烧稳定性变差，最终使得油耗随EGR率降低的趋势被打断而转为上升。申请人研究表明，汽油的缸内浓混合气燃烧，可以在废气中产生有助于有效加快燃烧速度的氢气。然而，一方面，汽油的浓混合气燃烧会使得单缸EGR系统60中对应气缸内的燃烧效率下降，另一方面，由于汽油中H原子和C原子比例较低，2.3:1，为了产生足够的氢气，就需要较浓的混合气燃烧，这两方面均不利于发动机10整体热效率的改善。但是，本实施例中通过在混合燃烧缸11内采用天然气和汽油的混合喷射，以在废气中产生氢气，通过偏浓燃烧实现缸内在线重整，在废气中产生氢气。天然气的氢原子与碳原子比例约为4:1，是汽油的1.7倍高。因此，天然气的引入将增加单缸EGR回路60中的氢气含量，从而支撑发动机10总的EGR率在25％到50％之间的大EGR率燃烧。同时，天然气的引入，也降低了对单缸EGR回路60对应气缸内混合气加浓的需求，从而实现油耗改善的最大化。需要指出的是，本专利中的天然气喷射只在一个发动机气缸内进行，因此，对天然气的消耗较低，并不需要大容量的天然气罐。当然，在其它的实施例中也可向其他汽油缸12中喷射天然气，以大幅度提高废气中的氢气含量。
在发动机10的高负荷工况时，汽油供给系统40为发动机10的每个气缸提供汽油，天然气供给系统50为发动机10的混合燃烧缸11提供天然气，使得混合燃烧缸11内形成包括汽油和天然气的浓混合气。而燃料仅为汽油的气缸12为理论空燃比燃烧。此时，通过控制三通阀62，将从混合燃烧缸11排出的废气全部经单缸EGR系统60的三通阀62流经单缸EGR管道61和颗粒物过滤器63进入进气总管23，与进气总管23中新鲜的大气混合，再进入发动机10的所有气缸。此时外部废气再循环系统实现了25％的EGR率。同时，打开多缸EGR系统70中的EGR阀72，并关闭开关阀74，使废气经中冷器75和EGR阀72进入节气门24与发动机10之间的进气总管23，最后经各个进气歧管21再进入发动机10的所有气缸。废气的流量通过控制电机驱动的EGR阀72实现连续可调。综合单缸EGR和外部EGR，发动机10总的EGR率就可以在25％至50％范围内可调。在高负荷工况时，发动机10易发生爆震，而发动机10的热效率提高的关键在于抑制爆震。本实施例中，一方面通过较高EGR率抑制爆震，另一方面，天然气和汽油的浓混合气燃烧易产生氢气和一氧化碳，由于其高的辛烷值使得高负荷爆震得到进一步抑制。其中氢气和一氧化碳辛烷值分别约为120和108，而汽油辛烷值为92到95。再次，在高负荷工况下，多缸EGR系统70的废气经中冷器75冷却后，降低了温度，也有利于抑制爆震。
当发动机10在冷启动及废气后处理装置35预热工况下，混合燃烧缸11产生的废气依次流经排气歧管31、单缸EGR管道61、排气支管34和排气总管32后排入大气。同时，关闭多缸EGR系统70中的EGR阀72，汽油缸12的废气经所有的排气歧管31后进入排气总管32，再排入大气。优选的，进入排气总管32的废气经过废气后处理装置35后排入大气。且此时，天然气供给系统50不提供天然气。优选的，所有气缸均喷射汽油且控制混合气的空燃比一致。
本实施例还提供一种应用于上述外部废气再循环系统的工作方法。所述外部废气再循环系统包括发动机、汽油供给系统、单缸EGR系统、多缸EGR系统和天然气供给系统，所述发动机包括至少两个气缸，其中一个所述气缸为混合燃烧缸，且至少一个所述气缸为汽油缸，每个所述气缸包括用于导入气体的进气口和用于排出气体的排气口，所述混合燃烧缸燃烧包括汽油和天然气的浓混合气，所述汽油缸仅燃烧汽油，所述外部废气再循环系统的工作方法包括：当发动机在低负荷工况和高负荷工况时，所述汽油供给系统为所述发动机的每个所述气缸提供汽油，所述天然气供给系统为所述混合燃烧缸提供天然气，使得混合燃烧缸内形成浓混合气燃烧；通过控制所述三通阀，使得所述单缸EGR系统所述混合燃烧缸产生的全部废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内；所述多缸EGR系统将所述汽油缸产生的废气自各个汽油缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内。
所述进气系统包括进气歧管、进气总管和节气门，所述进气总管的一端接入大气，另一端与所述进气歧管的一端连接，所述进气歧管的另一端与所述发动机的各个所述气缸的所述进气口连接，所述进气总管上设置有所述节气门；所述排气系统与所述发动机连接，用于排出所述发动机的废气，所述排气系统包括排气歧管和排气总管，所述排气歧管的一端与所述发动机的各个所述气缸的所述排气口连接，所述排气歧管的另一端与所述排气总管的一端连接，所述排气总管的另一端排出废气；所述单缸EGR系统还包括单缸EGR管道以及三通阀，所述单缸EGR管道的一端与所述混合燃烧缸的所述排气口连接，另一端与所有所述气缸的所述进气口连接，所述三通阀设置于所述单缸EGR管道上，所述排气系统包括一排气支管，所述排气支管的一端与所述排气总管连接，另一端通过所述三通阀与所述单缸EGR管道连接；所述多缸EGR系统包括多缸EGR管道、EGR阀，多缸EGR支路以及设置于所述多缸EGR支路的开关阀，所述多缸EGR管道的一端与所有汽油缸的排气口连接，另一端与所有所述气缸的进气口连接，所述EGR阀设置于所述多缸EGR管道上，所述多缸EGR支路的两端均与所述多缸EGR管道连接，所述多缸EGR管道上还设置有EGR中冷器，且所述EGR中冷器位于所述EGR阀与所述多缸EGR管道的一端之间，所述EGR中冷器位于多缸EGR支路的两端之间；所述多缸EGR系统还包括可驱动所述EGR阀的电机，所述电机用于改变所述EGR阀的流通面积；所述排气总管上还设置有废气后处理装置，废气后处理装置用于净化和处理废气，所述处理后的废气经废气后处理装置排出；所述外部废气再循环系统的工作方法还包括：当所述发动机在低负荷工况时，打开所述多缸EGR系统中的所述EGR阀和所述开关阀，使废气依次经过所述多缸EGR支路和所述多缸EGR管道导入所述发动机各个所述气缸中，废气的流量通过控制所述多缸EGR系统中的所述电机驱动EGR阀的流通面积，来实现连续可调；当所述发动机在高负荷工况时，打开所述多缸EGR系统中的所述EGR阀，关闭所述开关阀，使废气依次经过所述EGR中冷器和所述多缸EGR管道进入所述发动机，废气的流量通过控制所述多缸EGR系统中的所述电机驱动EGR阀的流通面积，来实现连续可调；当发动机冷启动及废气后处理装置预热工况下，关闭多缸EGR系统中的EGR阀，所述天然气供给系统中的天然气喷嘴不喷射天然气，所述汽油供给系统为所述所有气缸提供汽油，通过控制所述三通阀，使得所述单缸EGR系统中所述混合燃烧缸产生的全部废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，流经排气歧管、单缸EGR管道、排气支管和排气总管后排入大气。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (14)

1.一种外部废气再循环系统，包括发动机和汽油供给系统，其特征在于，还包括单缸EGR系统、多缸EGR系统和天然气供给系统；
所述发动机包括至少两个气缸，其中一个所述气缸为混合燃烧缸，且至少一个所述气缸为汽油缸，每个所述气缸包括用于导入气体的进气口和用于排出气体的排气口，所述混合燃烧缸燃烧包括汽油和天然气的浓混合气，所述汽油缸仅燃烧汽油；
所述汽油供给系统为每个所述气缸供油；
所述天然气供给系统为所述混合燃烧缸提供天然气；
所述单缸EGR系统分别与所述混合燃烧缸的排气口以及所有所述气缸的进气口连接，用于将所述混合燃烧缸产生的废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内；
所述多缸EGR系统分别与所有汽油缸的排气口和所有气缸的进气口连接，用于将汽油缸的废气导入各个气缸内。
2.如权利要求1所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述外部废气再循环系统还包括进气系统和排气系统；
所述进气系统包括进气歧管、进气总管和节气门，所述进气总管的一端接入大气，另一端与所述进气歧管的一端连接，所述进气歧管的另一端与所述发动机的各个所述气缸的进气口连接，所述进气总管上设置有所述节气门；
所述排气系统包括排气歧管和排气总管，所述排气歧管的一端与所述发动机的各个所述气缸的所述排气口连接，所述排气歧管的另一端与所述排气总管的一端连接，所述排气总管的另一端排出废气。
3.如权利要求2所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述单缸EGR系统包括单缸EGR管道以及三通阀，所述单缸EGR管道的一端与所述混合燃烧缸的所述排气口连接，另一端与所有所述气缸的所述进气口连接，所述三通阀设置于所述单缸EGR管道上。
4.如权利要求3所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述单缸EGR管道的所述另一端连接至所述进气总管，并位于所述进气总管的一端与所述节气门之间，进而与所有所述气缸的进气口连接。
5.如权利要求3所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述排气系统还包括一排气支管，所述排气支管的一端与所述排气总管连接，所述排气支管的另一端与所述单缸EGR管道连接，所述三通阀位于所述排气支管的另一端与所述单缸EGR管道的连接处。
6.如权利要求3所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述单缸EGR管道上还设置有用于过滤废气中的颗粒物的颗粒物过滤器，所述颗粒物过滤器设置于所述三通阀与所述单缸EGR管道的所述另一端之间。
7.如权利要求1所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述多缸EGR系统包括多缸EGR管道以及EGR阀，所述多缸EGR管道的一端与所有汽油缸的排气口连接，另一端与所有所述气缸的进气口连接，所述EGR阀设置于所述多缸EGR管道上。
8.如权利要求7所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述多缸EGR系统还包括设置在所述多缸EGR管道上的EGR中冷器。
9.如权利要求8所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述多缸EGR系统还包括多缸EGR支路以及设置于所述多缸EGR支路的开关阀，所述多缸EGR支路的两端均与所述多缸EGR管道连接，所述EGR中冷器位于所述EGR阀与所述多缸EGR管道的一端之间，且所述EGR中冷器位于多缸EGR支路的两端之间。
10.如权利要求8所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述多缸EGR系统还包括可驱动所述EGR阀的电机，所述电机用于改变所述EGR阀的流通面积。
11.如权利要求1所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述天然气供给系统包括天然气供给管道、天然气罐、压力调节阀以及天然气喷嘴，所述天然气供给管道的一端连接所述天然气喷嘴，另一端连接所述天然气罐，所述天然气喷嘴用于向所述发动机的所述混合燃烧缸喷天然气，所述压力调节阀设置于所述天然气供给管道上，用于控制流经天然气喷嘴的天然气流量。
12.如权利要求11所述的外部废气再循环系统，其特征在于，所述天然气喷嘴位于与所述混合燃烧缸对应的所述进气歧管处。
13.一种外部废气再循环系统的工作方法，其特征在于，所述外部废气再循环系统包括发动机、汽油供给系统、单缸EGR系统、多缸EGR系统和天然气供给系统，所述发动机包括至少两个气缸，其中一个所述气缸为混合燃烧缸，且至少一个所述气缸为汽油缸，每个所述气缸包括用于导入气体的进气口和用于排出气体的排气口，所述混合燃烧缸燃烧包括汽油和天然气的浓混合气，所述汽油缸仅燃烧汽油，所述方法包括：
当发动机在低负荷工况和高负荷工况时，所述汽油供给系统为所述发动机的每个所述气缸提供汽油，所述天然气供给系统为所述混合燃烧缸提供天然气，使得混合燃烧缸内形成浓混合气燃烧；
通过控制所述三通阀，使得所述单缸EGR系统所述混合燃烧缸产生的全部废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内；
所述多缸EGR系统将所述汽油缸产生的废气自各个汽油缸的排气口导出，再经各个气缸的进气口导入各个气缸内。
14.如权利要求13所述的外部废气再循环系统的工作方法，其特征在于，所述进气系统包括进气歧管、进气总管和节气门，所述进气总管的一端接入大气，另一端与所述进气歧管的一端连接，所述进气歧管的另一端与所述发动机的各个所述气缸的所述进气口连接，所述进气总管上设置有所述节气门；
所述排气系统与所述发动机连接，用于排出所述发动机的废气，所述排气系统包括排气歧管和排气总管，所述排气歧管的一端与所述发动机的各个所述气缸的所述排气口连接，所述排气歧管的另一端与所述排气总管的一端连接，所述排气总管的另一端排出废气；
所述单缸EGR系统还包括单缸EGR管道以及三通阀，所述单缸EGR管道的一端与所述混合燃烧缸的所述排气口连接，另一端与所有所述气缸的所述进气口连接，所述三通阀设置于所述单缸EGR管道上，所述排气系统包括一排气支管，所述排气支管的一端与所述排气总管连接，另一端通过所述三通阀与所述单缸EGR管道连接；
所述多缸EGR系统包括多缸EGR管道、EGR阀，多缸EGR支路以及设置于所述多缸EGR支路的开关阀，所述多缸EGR管道的一端与所有汽油缸的排气口连接，另一端与所有所述气缸的进气口连接，所述EGR阀设置于所述多缸EGR管道上，所述多缸EGR支路的两端均与所述多缸EGR管道连接，所述多缸EGR管道上还设置有EGR中冷器，且所述EGR中冷器位于所述EGR阀与所述多缸EGR管道的一端之间，所述EGR中冷器位于多缸EGR支路的两端之间；
所述多缸EGR系统还包括可驱动所述EGR阀的电机，所述电机用于改变所述EGR阀的流通面积；
所述排气总管上还设置有废气后处理装置，废气后处理装置用于净化和处理废气，所述处理后的废气经废气后处理装置排出；
所述工作方法还包括：
当所述发动机在低负荷工况时，打开所述多缸EGR系统中的所述EGR阀和所述开关阀，使废气依次经过所述多缸EGR支路和所述多缸EGR管道导入所述发动机各个所述气缸中，废气的流量通过控制所述多缸EGR系统中的所述电机驱动EGR阀的流通面积，来实现连续可调；
当所述发动机在高负荷工况时，打开所述多缸EGR系统中的所述EGR阀，关闭所述开关阀，使废气依次经过所述EGR中冷器和所述多缸EGR管道进入所述发动机，废气的流量通过控制所述多缸EGR系统中的所述电机驱动EGR阀的流通面积，来实现连续可调；
当发动机冷启动及废气后处理装置预热工况下，关闭多缸EGR系统中的EGR阀，所述天然气供给系统中的天然气喷嘴不喷射天然气，所述汽油供给系统为所述所有气缸提供汽油，通过控制所述三通阀，使得所述单缸EGR系统中所述混合燃烧缸产生的全部废气自所述混合燃烧缸的排气口导出，流经排气歧管、单缸EGR管道、排气支管和排气总管后排入大气。
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