CN110905700B - 发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机系统，其可以包括：发动机，其包括通过燃烧燃料产生驱动力的多个燃烧室；废气净化装置，其安装在排气管线中，从燃烧室排放的废气流动通过所述排气管线；EGR气体收集设备，其用于收集来自发动机的排气歧管的一部分废气并将废气供应至发动机的进气歧管；以及EGR气体供应控制阀，其设置在所述EGR气体收集设备和所述进气歧管之间，并适用于调节供应至所述进气歧管的EGR气体的流量。

Description

发动机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年9月17日提交的韩国专利申请第10-2018-0110969号的优先权，其以全文引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发动机系统。更具体地，本发明涉及一种发动机系统，其使用发动机的排气门打开时产生的排气脉动将EGR气体供应至发动机。
背景技术
通常，在大多数安装在车辆上的汽油发动机中，安装废气再循环(EGR)系统以应对废气法规。
废气再循环(EGR)系统通过将从发动机排放的一部分废气返回至汽缸的进气装置而降低发动机的燃烧温度并减少产生的氮氧化物(NOx)的量。
设置EGR阀和EGR冷却器使得再循环的废气(EGR气体)被冷却至设定温度，并被供应至进气歧管。
现有EGR系统使用发动机的进气系统和排气系统之间产生的压差将EGR气体供应至发动机。然而，存在这样的问题：在没有充分形成进气和排气压力差的操作区域中EGR气体不平稳地供应至发动机。
此外，当EGR气体通过的通道的长度较长时，EGR气体控制响应性受限。
因此，需要开发一种发动机系统，其中在全部操作区域中平稳地供应EGR气体，并改进EGR控制响应性。
在该背景技术部分公开的信息仅用于提高对本发明的一般背景的理解，而不可作为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种发动机系统，其通过在发动机的排气门打开时产生的排气脉动(exhaust pulsation)将EGR气体供应至发动机从而在全部驱动区域中使用EGR气体。
本发明的另一目的是通过相比于现有EGR系统显著减少的EGR通道的长度而改进EGR响应性。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以包括：发动机，其包括通过燃烧燃料产生驱动力的多个燃烧室；废气净化装置，其安装在排气管线中，从燃烧室排放的废气流动通过所述排气管线；EGR气体收集设备，其用于收集来自发动机的排气歧管的一部分废气并将废气供应至发动机的进气歧管；以及EGR气体供应控制阀，其设置在所述EGR气体收集设备和所述进气歧管之间，并适用于调节供应至所述进气歧管的EGR气体的流量。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以进一步包括：涡轮增压器，其包括涡轮和压缩机，所述涡轮安装在所述废气净化装置的上游的排气管线中并通过废气旋转，所述压缩机安装在进气管线中并与所述涡轮关联地旋转。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以进一步包括：中间冷却器和节气门，所述中间冷却器连接至所述压缩机并安装在所述进气歧管的上游的进气管线中从而冷却由压缩机压缩的空气，所述节气门连接至所述中间冷却器并安装在所述进气歧管的入口处从而调节供应至所述进气歧管的空气量。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以进一步包括多个EGR排放通道，其从排气歧管侧上的多个燃烧室分出并结合至所述EGR气体收集设备的入口。
所述EGR气体收集设备的入口可以设置有EGR气体收集设备止回阀，其通过所述进气歧管和所述排气歧管之间的压力差打开或关闭。
所述EGR气体收集设备止回阀在发生排气脉动时打开，EGR气体可以引入所述EGR气体收集设备。
EGR排放通道止回阀通过所述进气歧管和所述排气歧管之间的压力差打开或关闭，所述EGR排放通道止回阀可以设置在多个EGR排放通道的入口处。
所述EGR排放通道止回阀在发生排气脉动时打开，EGR气体可以通过所述多个EGR排放通道引入所述EGR气体收集设备。
与发动机的周期同步的凸轮驱动止回阀可以安装在发动机的排气歧管侧上。
凸轮驱动止回阀可以包括在所述排气歧管的纵向方向上延伸的中空管道。
穿透所述中空管道的侧壁的至少一个通孔可以形成在所述凸轮驱动止回阀中。
所述凸轮驱动止回阀可以设置成通过在驱动凸轮正时链和带时与凸轮轴同步旋转来打开或关闭所述EGR气体收集设备的入口。
所述凸轮驱动止回阀可以旋转以驱动所述凸轮正时链和带从而在排气脉动发生时，所述通孔与所述EGR气体收集设备的入口连通以允许EGR气体流入所述EGR气体收集设备。
所述凸轮驱动止回阀可以具有穿过对应于EGR排放通道的中空管道的多个通孔，所述EGR排放通道对应于燃烧室设置。
所述多个通孔可以沿着凸轮驱动止回阀的周向方向以45℃的间隔顺序形成。
所述凸轮驱动止回阀旋转操作以使得燃烧室中一个处于排气冲程的燃烧室与通孔中的一个流体连通，并通过在排气冲程时连接至燃烧室的EGR排放通道，EGR气体可以流动进入所述EGR气体收集设备。
根据本发明的示例性实施方案，通过使用在发动机的排气门打开时产生的排气脉动将EGR气体供应至发动机，EGR气体可以在全部操作区域中使用，无需考虑发动机的进气系统和排气系统之间产生的差压，从而可以改进EGR率和发动机的燃料经济性。
此外，相比于现有的EGR系统，EGR通道的长度显著地减小，可以改进EGR的响应。
此外，可以通过去除在应用EGR时可能发生的发动机燃烧的不稳定性而确保燃烧稳定性。
本发明的方法和装置具有在引入本文的附图和如下具体描述中变得明显或详细阐述的其他特征和优点，所述引入本文的附图和如下具体描述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图2为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
图3为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图4为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
图5为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图6为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
图7为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图8为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
图9A和图9B为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中的凸轮驱动止回阀的示意图。
应了解，附图并不必须按比例绘制，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的具体设计，包括例如具体的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。
在这些图形中，相同的附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各个具体实施方案，其示例在附图中进行说明并如下进行描述。尽管本发明将结合本发明的示例性的具体实施方案进行描述，但应了解本说明书不旨在将本发明限制于那些示例性的具体实施方案。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性具体实施方案，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方案。
下文中将参考附图更完整地描述本发明的各个实施方案，在所述附图中显示本发明的示例性实施方案。如本领域技术人员会理解，所述实施方案可以以各种不同的方式修改，其全部不脱离本发明的主旨或范围。
此外，在本发明的示例性实施方案中，因为相似的附图标记表示具有相同构造的元件，因此对各个示例性实施方案进行有代表性地描述，而在本发明的其他示例性实施方案中，将仅描述与所述各个示例性实施方案不同的构造。
附图为示意性的，且不按比例显示。在附图中的部分的相对尺寸和比例为了清楚和方便而在尺寸上夸大或缩小地显示，该尺寸仅是示例性的而不受限制。此外，在两个或更多的附图中显示的相同的结构、元件或组件使用相同的附图标记用于显示相似的特征。应理解当例如层、薄膜、区域或基层的元件被描述为在另一元件“上”时，其可以直接地在其他元件上，或者还可以存在第三元件。
本发明的示例性实施方案详细地显示本发明的示例性实施方案。因此，可以预期附图的各种修改。因此，本发明的示例性实施方案不限于所示区域的具体方面，例如包括制造方面的修改。
现将参考附图1和图2描述根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统。
图1为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图，图2为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
参考图1，根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统包括：发动机10、废气净化装置20、EGR气体收集设备30和EGR气体供应控制阀40。
发动机10包括通过燃烧燃料产生驱动力的多个燃烧室11。发动机10设置有进气管线5和排气管线7，供应至燃烧室11的进气(外部空气)流动通过进气管线5，从燃烧室11排放的废气流动通过排气管线7。
用于将进气分布至多个燃烧室11的进气歧管13安装在进气管线5的出口处。用于收集从多个燃烧室11排放至排气管线7中的废气的排气歧管15安装在排气管线7的入口处。
供应至发动机10的燃烧室11的进气通过进气管线5和进气歧管13供应至发动机10的燃烧室11，从燃烧室11供应的废气通过排气歧管15和排气管线7排出至外部。与此同时，排气管线7设置有用于净化废气的废气净化装置20。
废气净化装置20设置在排气管线7中，并净化从燃烧室11排放的废气中包含的各种有害物质。废气净化装置20可以包括用于净化氮氧化物的三元催化剂。所述三元催化剂是用于去除废气的有害组分的一氧化碳、氮氧化物和烃化合物的催化剂。所述三元催化剂可以仅使用Pd，或使用Pt/Rh、Pd/Rh或Pt/Pd/Rh。
EGR气体收集设备30收集来自发动机10的排气歧管15的一部分废气并将其再次供应至发动机10的进气歧管13。
多个隔离物可以安装在EGR气体收集设备30的内壁上，多个鳍片可以安装在外壁上。EGR气体收集设备30的内部和外部的气体接触区域通过多个隔墙和鳍片而增加，使得EGR气体可以被有效地冷却。
多个EGR排放通道17连接至发动机10的排气歧管15侧的多个燃烧室11，多个EGR排放通道17结合在一起并连接至EGR气体收集设备30的入口。从多个燃烧室11排放的废气通过多个EGR排放通道17流动进入EGR气体收集设备30。
EGR气体收集设备止回阀32通过进气歧管13和排气歧管15之间的压差打开或关闭，EGR气体收集设备止回阀32设置在EGR气体收集设备30的入口处。EGR气体收集设备止回阀32在发生发动机10的排气脉动时打开，EGR气体可以被引入EGR气体收集设备30。
EGR气体收集设备止回阀32通过设置在车辆中的控制器如ECU(发动机控制单元)的控制信号操作，并可以控制成在发生发动机10的排气脉动时打开。控制器可以设置有由程序组操作的一个或多个处理器。控制器可以控制EGR气体收集设备止回阀32在进气歧管13和排气歧管15之间的压差变为等于或大于预定压力值时打开。此外，当排气歧管15的压力高于EGR气体收集设备30内部的压力时，可控制EGR气体收集设备止回阀32打开。
EGR气体供应控制阀40设置在EGR气体收集设备30和进气歧管13之间，并可以设置成控制供应至进气歧管13的EGR气体的流量。
同时，如图2中所示，发动机系统可以进一步包括：涡轮增压器50，其包括涡轮51和压缩机52，涡轮51安装在废气净化装置20的上游的排气管线7中并通过废气旋转，压缩机52安装在进气管线5中并与涡轮51协同地旋转。
涡轮增压器50压缩流动通过进气管线5的进气并将其供应至燃烧室11。
此外，发动机系统可以进一步包括：中间冷却器60和节气门9，中间冷却器60连接至压缩机52并安装在进气歧管13上游的进气管线5中从而冷却由压缩机52压缩的空气，节气门9连接至中间冷却器60并安装在进气歧管13的入口处从而调节供应至进气歧管13的空气量。
节气门9安装在进气管线5和进气歧管13汇合的点处，其可以控制供应至进气歧管13的进气空气的量。节气门9通过设置在车辆中的控制器的控制信号操作从而可以调节供应至进气歧管13的进气空气的量。
同时，用于过滤流动通过进气管线5的外部空气的空气滤清器3可以安装在进气管线5上。
图3为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图，图4为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
参考图3和图4，多个EGR排放通道17连接至发动机10的排气歧管15侧的多个燃烧室11，多个EGR排放通道17结合在一起并连接至EGR气体收集设备30的入口。
EGR排放通道止回阀19设置在多个EGR排放通道17的入口处。可以通过进气歧管13和排气歧管15之间的压力差打开或关闭EGR排放通道止回阀19。
EGR排放通道止回阀19通过设置在车辆中的控制器如ECU(发动机控制单元)的控制信号操作，使得进气歧管13和排气歧管15之间的压力差变为等于预定的压力值。这样，可以控制EGR排放通道止回阀19打开。此外，控制器可以控制EGR排放通道止回阀19打开使得排气歧管15的压力高于EGR气体收集设备30内部的压力。
此外，控制器可以控制使得仅对应于多个燃烧室11中处于排气冲程的燃烧室11的EGR排放通道止回阀19打开。此外，当处于排气冲程的燃烧室11的压力高于EGR气体收集设备30内部的压力时，控制器可以控制对应于燃烧室的EGR排放通道止回阀19打开。
EGR气体通过打开的EGR排放通道止回阀19和EGR排放通道17引入EGR气体收集设备30.
尽管EGR气体收集设备止回阀32在图3和图4中未示出，EGR气体收集设备止回阀32可以额外地和EGR排放通道止回阀19一起设置在EGR气体收集设备30的入口处。
图5为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图。图6为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图。
参考图5和图6，与发动机的周期同步的凸轮驱动止回阀18可以安装于发动机的排气歧管15侧。
凸轮驱动止回阀18可以安装成在排气歧管15的纵向方向上延伸，并包括中空管道16。
在当前要保护的本发明的示例性实施方案中，中空管道16可以通过穿透EGR气体收集设备30的入口而安装在EGR气体收集设备30的入口中，如图9A中所示。凸轮驱动止回阀18还可以设置有穿透中空管道16的侧壁的至少一个通孔14。
在本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中，形成在凸轮驱动止回阀18中的通孔14可以形成在对应于EGR气体收集设备30的入口的位置处。
凸轮驱动止回阀18可以设置成通过在驱动凸轮正时链和带时与凸轮轴同步旋转来打开和关闭所述EGR气体收集设备30的入口。
当凸轮正时链和带驱动时凸轮驱动止回阀18旋转以在发生发动机10的排气脉动时连接通孔14和EGR气体收集设备30的入口，EGR气体可以设置成被引入收集设备30。
图7为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统的示意图，图8为显示在根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中应用涡轮增压器的示例的示意图，图9A和图9B为显示根据本发明的各个示例性实施方案的发动机系统中凸轮驱动止回阀的示意图。
参考图7、图8和图9，与发动机10的周期同步的凸轮驱动止回阀18可以安装在排气歧管15侧上。
凸轮驱动止回阀18可以安装成在排气歧管15的纵向方向上延伸，并包括中空管道16。
在当前要保护的本发明的示例性实施方案中，中空管道16可以通过穿透EGR排放通道17而安装在EGR排放通道17中，如图9B中所示。
此外，凸轮驱动止回阀18具有穿透对应于EGR排放通道17的中空管道16的侧壁的多个通孔14，所述EGR排放通道17对应于发动机10的燃烧室11设置。多个通孔14可以沿着凸轮驱动止回阀的18周向方向以45℃的间隔顺序形成。凸轮驱动止回阀18包括链轮12、从链轮12延伸的中空管道16、以及穿过中空管道16延伸的多个通孔14。
凸轮驱动止回阀18可以在驱动凸轮正时链和带时与凸轮轴同步地旋转。
凸轮驱动止回阀18旋转操作以使得燃烧室11中一个处于排气冲程的燃烧室与通孔14中的一个流体连通，使得EGR气体流动通过连接至燃烧室的EGR排放通道17，并可以设置成流入EGR气体收集设备30。
如此，根据本发明的示例性实施方案，通过利用在发动机的排气门打开时产生的排气脉动将EGR气体供应至发动机，EGR气体可以在全部操作区域中使用，无需考虑发动机的进气系统和排气系统之间产生的压差，从而可以改进EGR率和发动机的燃料经济性。
此外，相比于现有的EGR系统，EGR通道的长度显著地减小，可以改进EGR的响应。
此外，可以通过去除在应用EGR时可能发生的发动机燃烧的不稳定性而确保燃烧稳定性。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背部”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
本发明的特定示例性具体实施方案的前述描述是为了说明和描述的目的呈现。它们不旨在穷举或限制本发明至公开的精确形式，根据上述教导，许多改变和变化明显是可能的。为了解释本发明的特定原理和它们的实际应用而选择并描述上述示例性的具体实施方案，使得本领域技术人员形成和利用本发明的各个示例性的具体实施方案及其各个替代和改变。本发明的范围由权利要求书和它们的等同替代限定。

Claims (14)

1.一种发动机系统，其包括：
发动机，所述发动机包括：通过燃烧燃料产生驱动力的多个燃烧室；以及流体连接至所述多个燃烧室的进气歧管和排气歧管，其中排气管线连接至所述排气歧管；
废气净化装置，其安装在所述排气管线中，从所述多个燃烧室排放的废气流动通过所述排气管线；
废气再循环气体收集设备，其连接至所述排气歧管和所述进气歧管，并配置成用于收集来自所述发动机的所述排气歧管的一部分废气，并将收集的废气供应至所述发动机的所述进气歧管；
废气再循环气体供应控制阀，其安装在所述废气再循环气体收集设备和所述进气歧管之间，并设置成调节供应至所述进气歧管的废气再循环气体的流量；以及
多个废气再循环排放通道，所述多个废气再循环排放通道从与所述排气歧管相邻的多个燃烧室分出并联接至所述废气再循环气体收集设备的入口，
其中，废气再循环排放通道止回阀通过所述进气歧管和所述排气歧管之间的压力差打开或关闭，所述废气再循环排放通道止回阀设置在所述多个废气再循环排放通道的入口处，
所述废气再循环排放通道止回阀在发生排气脉动时打开，废气在所述废气再循环排放通道止回阀打开时通过所述多个废气再循环排放通道被引入所述废气再循环气体收集设备中。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括：
涡轮增压器，其包括涡轮和压缩机，所述涡轮安装在所述废气净化装置的上游的排气管线中并通过废气旋转，所述压缩机安装在连接至所述进气歧管的进气管线中，并与所述涡轮关联地旋转。
3.根据权利要求2所述的发动机系统，其进一步包括：
中间冷却器，其流体连接至所述压缩机，并安装在所述进气歧管的上游的进气管线中从而冷却由所述压缩机压缩的空气，以及
节气门，其安装于所述中间冷却器的下游的进气歧管的入口，并配置成调节供应至所述进气歧管的空气量。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述废气再循环气体收集设备的入口设置有废气再循环气体收集设备止回阀，所述废气再循环气体收集设备止回阀通过所述进气歧管和所述排气歧管之间的压力差打开或关闭。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，其中，所述废气再循环气体收集设备止回阀在发生排气脉动时打开，用于将废气引入所述废气再循环气体收集设备。
6.一种发动机系统，其包括：
发动机，所述发动机包括：通过燃烧燃料产生驱动力的多个燃烧室；以及流体连接至所述多个燃烧室的进气歧管和排气歧管，其中排气管线连接至所述排气歧管；
废气净化装置，其安装在所述排气管线中，从所述多个燃烧室排放的废气流动通过所述排气管线；
废气再循环气体收集设备，其连接至所述排气歧管和所述进气歧管，并配置成用于收集来自所述发动机的所述排气歧管的一部分废气，并将收集的废气供应至所述发动机的所述进气歧管；以及
废气再循环气体供应控制阀，其安装在所述废气再循环气体收集设备和所述进气歧管之间，并设置成调节供应至所述进气歧管的废气再循环气体的流量，
其中，与发动机的周期同步的凸轮驱动止回阀与所述排气歧管相邻地安装。
7.根据权利要求6所述的发动机系统，其中，所述凸轮驱动止回阀包括在所述排气歧管的纵向方向上延伸的中空管道。
8.根据权利要求7所述的发动机系统，其中，穿透所述中空管道的侧壁的至少一个通孔形成在所述凸轮驱动止回阀中。
9.根据权利要求8所述的发动机系统，其中，所述凸轮驱动止回阀的所述中空管道设置在所述废气再循环气体收集设备的入口中从而通过在驱动凸轮正时链和带时与凸轮轴同步旋转而打开或关闭所述废气再循环气体收集设备的入口。
10.根据权利要求9所述的发动机系统，其中，所述凸轮驱动止回阀旋转以驱动所述凸轮正时链和带从而在排气脉动发生时，至少一个通孔与所述废气再循环气体收集设备的入口流体连通以允许废气流入所述废气再循环气体收集设备。
11.根据权利要求8所述的发动机系统，其进一步包括：
多个废气再循环排放通道，所述多个废气再循环排放通道从与所述排气歧管相邻的多个燃烧室分出并联接至所述废气再循环气体收集设备的入口，
其中所述凸轮驱动止回阀的所述中空管道安装在所述废气再循环排放通道中从而根据所述中空管道的旋转选择性地打开所述废气再循环排放通道。
12.根据权利要求11所述的发动机系统，其中，所述凸轮驱动止回阀具有穿过对应于所述废气再循环排放通道的中空管道的侧壁的多个通孔，所述废气再循环排放通道对应于所述多个燃烧室设置。
13.根据权利要求12所述的发动机系统，其中，所述多个通孔沿着所述凸轮驱动止回阀的周向方向以45℃的间隔顺序形成。
14.根据权利要求13所述的发动机系统，其中，所述凸轮驱动止回阀旋转操作以使得燃烧室中一个处于排气冲程的燃烧室与通孔中的一个流体连通，并通过在排气冲程时连接至燃烧室的废气再循环排放通道，废气流动进入所述废气再循环气体收集设备。
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