CN203809152U - 一种发动机系统及发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机械的发动机系统。该发动机系统可具有第一进气歧管，其被配置成将空气分配到发动机的第一气缸排。发动机系统还可具有第二进气歧管，其被配置成将空气分配到发动机的第二气缸排中。该发动机系统可具有第一排气歧管，其配置成将废气从第一气缸排排出到大气中。该发动机系统还可具有第二排气歧管，其配置成将废气从第二气缸排中的非供体气缸排出到大气中。此外，发动机系统可以具有第三排气歧管，该第三排气歧管与第一排气歧管和第二排气歧管独立并被配置成将来自第二气缸排中的供体气缸的废气再循环到所述第一和第二进气歧管。采用本实用新型的技术方案，可以降低成本和减少向大气排放的污染物量。
Description
技术领域
本实用新型总体上涉及一种发动机系统，更具体地涉及一种发动机系统，其具有专用供体气缸，用于废气再循环（EGR）。
背景技术
内燃机例如柴油发动机在发动机内燃烧空气和燃料的混合物，产生机械功率以及随之发生的废气流。发动机废气含有空气污染物，包括未燃烧的燃料、颗粒物质如烟灰，和有害气体（如一氧化氮或一氧化碳）。现代发动机必须满足严格的排放标准，这限制了发动机可以排放到大气中的污染物的量和类型。
现代发动机通常使用EGR系统来帮助减少发动机废气中的污染物。EGR系统通过将一些废气与进入燃烧室的新鲜空气混合而将发动机废气通过发动机的燃烧室再循环。该废气-空气混合物降低了燃烧温度和有助于减小发动机的运行过程中产生的有害污染物的排放量。
一种示例性EGR系统被公开在Kasper等人的美国专利第7,941,999号中，该专利于2011年5月17日授权（以下简称：'999专利）。'999专利公开了一种发动机，其具有第一气缸排和第二气缸排。来自第一气缸排中的第一气缸组的废气在第一部分中被收集并被提供给涡轮增压器。来自第一气缸排中的第二气缸组的废气在第二部分中被收集并被供给到连接到所述第一和第二气缸排的所述增压空气供应管线。来自第二气缸排的废气在被排放到大气之前被提供给不同涡轮增压器。'999专利的示例性EGR系统还包括三个控制设备，用于设置废气再循环率。第一控制装置位于第一和第二部分之间。第二控制装置位于所述第二部分与所述涡轮增压器之间。第三控制装置位于冷却器的下游，用于在将废气供应到增压空气供应管线之前冷却来自第二部分的废气。
尽管'999专利的系统可通过发动机的所有气缸再循环废气，来帮助降低发动机的排放，所述系统可以仍然不是最佳的。具体地说，'999专利的系统使用的控制设备的数量可能会增加发动机的成本和复杂性。另外，该第一和第二控制装置可遭受极端环境，导致这些装置过度磨损和过早失效。
发明内容
本实用新型提供了一种发动机系统及发动机，它可以减少向大气排放的污染物的量。本实用新型的发动机系统解决了本领域中的一个或多个上述问题和/或其它问题。
在一个方面，本实用新型提出了一种发动机系统，所述发动机系统包括第一进气歧管，其被配置为将空气分配到发动机的第一气缸排；所述发动机系统还包括第二进气歧管，其被配置成将空气分配到发动机的第二气缸排中；所述发动机系统还包括第一排气歧管，其配置成将废气从第一气缸排排出到大气中；所述发动机系统还包括第二排气歧管，其被配置为从第二气缸排中的非供体气缸将废气排出到大气中；另外，所述发动机系统还包括第三排气歧管，其与第一排气歧管和第二排气歧管分离并被配置以将来自第二气缸排中的供体气缸的废气再循环到所述第一和第二进气歧管。
进一步的，在所述发动机系统中还包括第一冷却器，其被配置为冷却从第三排气歧管流到第一进气歧管的废气；和第二冷却器，其被配置为冷却从第三排气歧管流向第二进气歧管的废气。
进一步的，在所述发动机系统中还包括第一控制阀，其设置在第一冷却器的下游，所述第一阀被配置成选择性地将第一量的废气从第三排气歧管引导到第一进气歧管；和第二控制阀，其设置在第二冷却器的下游，所述第二阀被配置成选择性地将第二量的废气从第三排气歧管引导到第二进气歧管。
其中，所述第一量的废气等于所述第二量的废气。
其中，所述供体气缸彼此相邻定位；供体气缸中的至少一个位于所述第二气缸排的第一端附近。
进一步的，在所述发动机系统中还包括通道，所述通道流体连接所述第二排气歧管和第三排气歧管；和第三控制阀，其设置在所述通道中并被构造成选择性地将第三量的废气从第三排气歧管引导到第二排气歧管。
其中，所述第一气缸排和所述第二气缸排相对于彼此以一定角度设置。
其中，所述供体气缸在第二气缸排彼此相邻定位；第一非供体气缸位于所述第二气缸排的第一端附近；和第二非供体气缸位于所述第二气缸排的第二端附近。
本实用新型还公开了一种发动机，其包括第一气缸排和第二气缸排，所述第二气缸排包括供体气缸，所述供体气缸彼此相邻定位；第一非供体气缸，其邻近所述第二气缸排的第一端定位；和第二非供体气缸，其邻近所述第二气缸排的第二端定位；所述发动机还包括：第一进气歧管，其连接在大气和所述第一气缸排之间；第二进气歧管，其连接在大气和所述第二气缸排之间；第一排气歧管，其连接在所述第一气缸排和所述大气之间；第二排气歧管，其连接在所述第一非供体气缸和第一进气歧管之间；第三排气歧管，其连接在所述供体气缸和所述第一及第二进气歧管之间；以及第四排气歧管，其连接在第二非供体气缸和第一排气歧管之间。
进一步的，所述发动机还包括第一控制阀，其设置在所述第三排气歧管和第一进气歧管之间；第二控制阀，其设置在所述第三排气歧管和第二进气歧管之间；连接第二排气歧管和第三排气歧管的通道；第三控制阀，其设置在所述通道中；和控制器，其被配置成选择性地调节第一、第二和第三控制阀。
在另一个方面，本实用新型还提出了一种操作发动机的方法，该方法包括通过第一进气歧管将空气分配到发动机的第一气缸排；该方法还可以包括通过第二进气歧管将空气分配到发动机的第二气缸排；该方法可以包括通过第一排气歧管将废气从第一气缸排排放到大气中；该方法还可通过第二排气歧管将来自第二气缸排中的非供体气缸的废气排放到大气中；此外，该方法可以包括通过第三排气歧管将来自第二气缸排中的供体气缸的废气再循环到所述第一和第二进气歧管；所述的第三排气歧管可以与所述第一排气歧管和第二排气歧管分开。
采用本实用新型的技术方案，可以降低成本和减少向大气排放的污染物量。
附图说明
图1是示例性公开的发动机的立体图；
图2是可以与图1的发动机结合使用的示例性公开的系统的图示；
图3是可以与图1的发动机结合使用的另一示例性公开的系统的图示；
图4是可以与图1的发动机结合使用的另一示例性公开的系统的图示；
图5是可以与图1的发动机结合使用的另一示例性公开的系统的图示；
图6是可以与图1的发动机结合使用的另一示例性公开的系统的图示。
具体实施方式
图1示出了示例性内燃机20。发动机20可以是二冲程柴油发动机。可以设想，发动机20可以是另一类型的发动机例如四冲程柴油发动机、两冲程或四冲程汽油发动机、或两冲程或四冲程气体燃料发动机。发动机20尤其可以包括发动机缸体22，其包括燃烧室24。在所示的实施例中，发动机20包括布置成V形配置的12个燃烧室24。然而可以设想，发动机20可以包括任何数量的燃烧室24，其可设置成直排的配置、成相对活塞配置，或成任何其他合适的配置。发动机20还可以包括空气进气系统26和排气系统28。
图2示出发动机系统30，其可与发动机20相结合使用。如图2所示，发动机系统30可以包括第一气缸排32和第二气缸排34。尽管图2仅示出两个气缸排（例如32、34），可设想发动机系统30可以包括任意数目气缸排。在一个示例性实施例中，第一气缸排32和第二气缸排34可设置成相互之间形成一角度。在另一个示例性实施例中，该角度可以是大约45度。
第一气缸排32可包括气缸1、2、3、4、5、和6。气缸1可以靠近第一气缸排32的第一端31。气缸6可位于第一气缸排32第二端33的附近。气缸2-5可以设置在气缸1和气缸6之间。第二气缸排34可以包括气缸7、8、9、10、11、和12。气缸7位于第二气缸排34的第一端35附近。气缸12可以位于第二气缸排34的第二端37附近。气缸8-11可以设置在气缸7和气缸12之间。虽然，图2描绘了第一和第二气缸排32，34为具有6个气缸，可以想到，第一和第二气缸排32，34中的每一个可具有多于或少于6个气缸。一些或所有的气缸1-12可以是供体气缸或非供体气缸。如在本公开中使用的，供体气缸是发动机气缸，其提供该气缸所产生的一些或所有的废气用于通过发动机中任一个气缸再循环。相反，如在本公开中所用的，非供体气缸是发动机气缸，来自它的所有废气被排放到大气中，而不提供任何废气用于通过发动机中的任一个气缸再循环。在公开的实施例中，气缸10、11、和12是供体气缸。相反，气缸1-9是非供体气缸。尽管图2中所公开的实施例仅示出了三个供体气缸，可以设想，第二气缸排34可以包含任意数量的供体气缸。还可以设想，第一和第二气缸排32，34可以各自仅含有非供体气缸、只有供体气缸、或供体气缸和非供体气缸二者的组合。
发动机系统30可以包括配置成将空气引入气缸1-12和将废气从气缸1-12排出的组件。例如，发动机系统30可以包括涡轮增压器36、第一进气歧管38、第二进气歧管40，排出装置42、第一EGR回路44和第二EGR回路46。
涡轮增压器36可以包括压缩机48，其可以压缩空气并将压缩空气通过通道50引入到第一进气歧管38和第二进气歧管40。压缩机48可被涡轮52驱动，涡轮可被通过通道54从排出装置42流出的废气推动。废气可被从涡轮52排放到大气中。本领域已知的任何数目和类型的后处理部件（未示出）可以位于涡轮52的上游或下游，以在将废气排放到大气中之前从废气中进一步除去有害的污染物。压缩机48可以实施为固定几何形状压缩机、可变几何形状压缩机或任何其它类型的压缩机，其配置成将空气从大气中吸取并将空气压缩到预定压力水平。涡轮52可通过轴56直接和机械地连接到压缩机48以形成涡轮增压器36。随着热废气离开排出装置42通过通道54移动通过涡轮52并在涡轮52中膨胀，涡轮52可以转动并驱动压缩机48以加压和将空气送到第一和第二进气歧管38、40。尽管只有一个涡轮增压器36被示于图2，可设想发动机系统30可以包括任意数量的涡轮增压器36。而且，每个涡轮增压器36可包括任何数量的压缩机48和涡轮52。
第一进气歧管38可通过通道50接收来自压缩机48的压缩空气。第一进气歧管38可将压缩空气分配到第一气缸排32中的气缸1-6。类似地，第二进气歧管40可以通过通道50接收来自压缩机48的压缩空气，第二进气歧管40可以将压缩空气分配到第二气缸排34中的气缸7-12。虽然图2描述了两个进气歧管（例如38、40），可以设想，发动机系统30可以包括任意数量的进气歧管。
排气装置42可以包括第一排气歧管58、第二排气歧管60，和第三排气歧管62。第一排气歧管58可以接收第一气缸排32的非供体气缸1-6产生的废气。来自第一排气歧管58的废气可以在排放到大气中之前通过通道54被引导到涡轮增压器36。第二排气歧管60可以接收第二气缸排34中的非供体气缸7-9产生的废气。来自第二排气歧管60的废气可在排放到大气中之前通过通道64被引导到涡轮增压器36。通道64与通道54可以汇合，使得第二排气歧管60可与第一排气歧管58流体连接。然而，可以设想，通路54、64可以分开地分别将来自第一排气歧管58和第二排气歧管60废气传送到涡轮增压器36。第三排气歧管62可以接收来自供体气缸10-12的废气并通过通道66分别将废气再循环至第一和第二EGR回路44、46。第三排气歧管62可以独立于第一排气歧管58和第二排气歧管60。如在本公开中使用的，独立意味着完全断开连接或隔离。因此，没有连接在第一排气歧管58和/或第二排气歧管60与第三排气歧管62之间的通道。
虽然已经在上面描述了与非供体气缸1-9相关联的两个独立的排气歧管（例如58，60），但可以想到，第一排气歧管和第二排气歧管58、60可以被替换为单一的排气歧管，该单一的排气歧管接收来自所有非供体气缸1-9的废气。还可以设想，在一些示例性实施方式中，可以有少于或多于两个与非供体气缸1-9和与供体气缸10-12相关联的排气歧管。另外，尽管图2描绘了气缸7-9作为供体气缸、任何其它气缸组合，例如在具体实施例中，气缸1-3、4-6、或7-9可被选为供体气缸。
优选地，可选择相邻气缸作为供体气缸以帮助确保发动机20中的第一、第二、和第三排气歧管58、60、62和发动机系统30的其他部件的紧凑封装。选择非相邻气缸作为供体气缸可能需要设计更复杂的通路，以收集来自非相邻供体气缸的废气，这可能导致发动机20的尺寸的增加。
选择相邻气缸作为供体气缸还可以是优选的，以有助于减小可用于EGR的废气量的可变性。当供体气缸10-12中的燃烧阶段时间间隔不均匀时，在发动机系统30的运行期间，在第三排气歧管62中的可用于EGR的废气量也会随时间变化。这种可用于EGR的废气量的变化可能会不希望地增加气缸1-12产生的污染物。为了最小化由气缸1-12所产生的污染物的排放量，优选地是使得供体气缸10-12以均匀间隔发生燃烧阶段，这可有助于确保在发动机系统30的运行期间，可获得更均匀的用于EGR的废气量。
在一个示例性实施例中，气缸1-12中的燃烧阶段可以分别在气缸1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10中顺序发生，分别通过选择彼此相邻定位的任意三个气缸作为供体气缸且所述三个供体气缸中的至少一个气缸靠近所述第一或第二气缸排32、34的第一端或第二端，可以获得用于EGR的均匀的废气量。例如，气缸1-3、4-6、7-9、或10-12可以被选择为供体气缸，使得燃烧阶段可以在非供体气缸（例如1、2、3、4，5，6，7，8，或9）中的三个连续的燃烧阶段之后在供体气缸（例如，10、11或12）中发生。在燃烧阶段间的间隔可以按照曲轴角度确定，其为曲轴的转动的角度量。在所公开的示例性实施例中，当燃烧阶段顺序发生在气缸1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10中时，选择气缸1-3、4-6、7-9、或10-12作为供体气缸可以导致在供体气缸10-12中的燃烧阶段之间具有240度曲柄角的均匀间隔。
第一EGR回路44可包括第一EGR冷却器68。第一EGR冷却器68可以冷却流过通道70的第一量的废气。第一量的废气可在第一进气歧管38中与由压缩机48提供的新鲜空气混合，第一进气歧管38可将空气-废气混合物分配到非供体气缸1-6。
第二EGR回路46可包括第二EGR冷却器72。类似于第一EGR冷却器68，第二EGR冷却器72可冷却流动通过通道74第二量的废气。第二量的废气在第二进气歧管40中可与由压缩机48中提供的新鲜空气混合，第二进气歧管40可将所述空气-废气混合物分配到非供体气缸7-9和供体气缸10-12。第一和第二EGR冷却器68、72可以包括气-液热交换器、空气-空气热交换器，或本领域已知的用于冷却废气流的任何其它类型的热交换器。
如图2所示、所有供体气缸10-12产生的废气可通过第一和第二EGR回路44、46再循环到气缸1-9中。在公开的实施例中，来自三个供体气缸10-12的废气被再循环到12个气缸1-12中，提供约25%的EGR率。如在本实施例公开中使用的，EGR率是指选作供体气缸的数量和发动机系统30中气缸的总数的比率。该EGR率可表示为一个分数，十进制数，或为百分比。更多或更少数量的气缸可以选择为供体气缸以提供发动机系统30中更大或更小的EGR率。
可以设想，任何的气缸1-12可被选作供体气缸或非供体气缸。还可以设想在第一和第二气缸排32、34的一个或二者中的多于或小于3个气缸可以被指定为供体气缸或非供体气缸。例如，在气缸1-12中选择任何四个气缸作为供体气缸可以提供大约33%的EGR率。类似地，在气缸1-12中选择任六个气缸作为供体气缸可以提供约为50%的EGR率。
如图2所示，发动机系统30不包括任何流动控制部件，以控制分别从第三排气集管62流向第一和第二进气歧管38、40的废气量。从发动机系统30排除流动控制部件，有助于降低和维护发动机系统30的成本。
图3示出发动机系统80，其可结合发动机20一起使用。发动机系统80的很多部件与已经参照发动机系统30描述的那些相类似。在下面的公开内容中，仅涉及不同于发动机系统30的各部件的说明。
如图3所示，发动机系统80可包括第一控制阀82、第二控制阀84和第三控制阀86。第一控制阀82可以设置在第一EGR回路44中的通道70中，以控制从第三排气歧管62流到第一进气歧管38的废气。第一控制阀82可位于第一EGR冷却器68的下游并可构造成选择性地将第一量的废气从第三排气歧管62引导到第一进气歧管38。如同第一控制阀82，第二控制阀84可以设置在第二EGR回路46中的通道74中，第二控制阀84可以控制从第三排气歧管62流到第二进气歧管40的废气。第二控制阀84可以设置第二EGR冷却器72的下游并可构造成选择性地将第二量的废气从第三排气歧管62引导到第二进气歧管40。尽管图3仅示出一个第一控制阀82和一个第二控制阀84，可以想到，第一EGR回路44可包括一个以上的第一控制阀82，且第二EGR回路46可包括一个以上的第二控制阀84。将第一和第二控制阀82、84设置在第一和第二EGR冷却器68、72的下游，可以使第一和第二控制阀82、84与相对冷的废气接触，这可有助于防止磨损并增加第一和第二控制阀82、84的使用寿命。然而，可以设想，在一些示例性实施例中，第一和第二控制阀82、84可分别设置在第一和第二EGR冷却器68、72的上游。发动机系统80可包括连接第二排气歧管60和第三排气歧管62的通道88。第三控制阀86可以设置在通道88中，以控制可以从第三排气歧管62流动到第二排气歧管60的废气量。
第一控制阀82可以是双位或比例型阀门，其具有阀元件，该阀元件可移动以调节通过通道70的废气流。在第一控制阀82中的阀元件可以是液压或气动的，并且可以操作以在流动通过位置和流动阻塞位置之间移动。在所述流体通过位置，第一控制阀82可使废气能够流过通道70基本不受第一控制阀82的限制。与此相反，在流动阻塞位置，第一控制阀82可完全阻止废气流过通道70。第二和第三控制阀84、86可以调节分别通过通道74、88的废气流，还可以具有类似于第一控制阀82的结构和操作方法。
发动机系统80还可包括控制器90，该控制器90可以被配置成控制发动机系统80的操作。在经第一、第二、和第三控制阀82、84、86调节通过第一和第二EGR回路44、46的废气流之前、期间和/或之后，控制器90可以接收表示发动机20的运行状态的数据和/或在第一、第二、和第三排气歧管58、60、62和/或第一和第二EGR回路44、46中的废气的实际流量、温度、压力、和/或组分。这种数据可以接收自另一控制器或计算机（未示出）、自策略性地分布在整个发动机系统80中的传感器、和/或自发动机20的用户。然后，控制器90可利用存储的算法、等式、子程序、查找图和/或表来分析所述运行状况数据，并确定通道54内废气的相应的所需流量和/或组成，其充分地减少了向大气中排出的污染物的排放量。基于期望的流量和/或组成，控制器90可使第一、第二、和第三控制阀82、84、86能够进行调节，使得第一和第二量的废气可以分别由第一和第二EGR回路44，46提供到第一和第二进气歧管38、40中。可以构想，穿过第一EGR回路44的第一量的废气可以大于、小于或约等于可以通过第二EGR回路46的第二量的废气。
控制器90可具体化为单个微处理器、多个微处理器、数字信号处理器（DSP）等等，其包括用于控制发动机系统80和发动机20的操作的装置。许多可购得的微处理器可构造成执行控制器90的功能。应当理解，控制器90可容易地实施为微处理器，其与控制其它机器相关功能的微处理器独立，或与机器控制器90集成并能够控制多个机械功能和操作模式。如果独立于通用机械微处理器，控制器90可以通过数据链路或其他方法与通用机械微处理器通信。各种其它已知电路可与控制器90相关联，包括电源电路、信号调节电路、致动器驱动器电路（即，电路供电的螺线管、电动机、压电致动器）、和通信电路。
图4示出发动机系统100，其可与发动机20相结合使用。发动机系统100的许多部件类似于已经参照发动机系统30和发动机系统80描述的那些，在下面的公开内容中，仅描述不同于所述发动机系统30或80的部件。
如图4所示、在发动机系统100中，四个气缸9-12可以是供体气缸且八个气缸1-8可以非供体气缸。因此，发动机系统100可提供大约33%的EGR率。尽管图4描述了气缸9-12为供体气缸，在其它示例性实施例中气缸1-4或3-6或7-10可以被选择为供体气缸。如发动机系统30和80的上下文中所说明的，选择四个相邻气缸1-4、3-6、7-10或9-12为供体气缸可以简化第一、第二、和第三排气歧管58、60、62的设计，因而可以使发动机系统100的部件的紧凑封装。
然而，与发动机系统30、80不同，选择四个相邻的气缸作为供体气缸仍然可能导致从第三排气歧管62到第一和第二进气歧管38、40的不均匀废气流。例如，在12缸发动机中，其中气缸1-12中的燃烧阶段分别在气缸1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10中顺序发生，选择第一或第二气缸排32、34上的气缸1-4、3-6、7-10或9-12作为供体气缸可在供体气缸之间产生120度、120度、240度、和240度曲轴角的燃烧时间间隔。尽管供体气缸中的燃烧阶段之间的间隔可以是不相等的，供体气缸的这种布置可以仍然有助于确保最少量的污染物由气缸1-12产生。
图5示出发动机系统110，其可与发动机20相结合使用。发动机系统110的很多部件类似于已经参照发动机系统30、80和100说明的内容。在下面的公开内容中，仅说明不同于所述发动机系统的部件30、80和100的部件的那些部件。
如图5所示，发动机系统110中，四个气缸8-11可以是供体气缸，且八个气缸1-6、7和12可以是非供体气缸。在图5中的所公开的实施例中，第二气缸排34中相邻定位的气缸8-11可以是供体气缸。第一非供体气缸7可以位于第二气缸排34的第一端35。第二非供体气缸12可以位于第二气缸排34的第二端37。发动机系统可包括第四排气歧管112，其可以通过通路114连接到第一排气歧管58。第四排气歧管112可以接收从第二非供体气缸12的废气。因此，来自气缸1-6、7、和12的废气可以分别通过第一、第二、和第四排气歧管58、60、和112到达涡轮52。类似于发动机系统100，发动机系统110还可提供约33%的EGR率。尽管图5描绘了气缸8-11作为供体气缸，在另一示例性实施例，可以选择气缸2-5为供体气缸，且非供体缸1和6分别位于第一气缸排32的第一端31和第二端33。如在发动机系统30、80和100的上下文中讨论的，选择四个邻近气缸2-5或8-11可以简化第一、第二、第三、和第四排气歧管58、60、62、112的设计，因而可以使发动机系统110的部件紧凑的封装。
与发动机系统100相似，发动机系统110也可以具有从第三排气歧管62到第一和第二进气歧管38、40的不均匀废气流。例如，在12缸发动机中，其中气缸1-12中的燃烧阶段在气缸1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10中顺序地发生，分别选择在第一或第二气缸排32、34上的2-5或8-11作为供体气缸可在供体气缸之间产生120度、240度、120度，和240度曲轴角的燃烧时间间隔。尽管供体气缸2、3、4、5或8、9、10、11中的燃烧阶段之间的间隔可以是不相等的，供体气缸的这种布置可以仍然有助于确保由供体产生气缸按所需的EGR率产生最少量的污染物。尽管图4和5分别描绘了相邻定位的供体气缸9-12和8-11，可以构想到，在某些示例性实施例中，四个供体气缸可以不彼此相邻定位，且来自气缸1-12中的任意四个气缸可以被选作供体气缸。
图6示出了发动机系统120，其可与发动机20相结合使用。发动机系统120的多个部件类似于已经参照发动机系统30、80、100和110描述的那些。在以下公开中，仅不同于所述发动机系统的部件30、80、100和110的部件的那些部件的说明。
如图6所示，在发动机系统120中，第二气缸排34的所有六个气缸7-12可以是供体气缸而第一气缸排32的全部六个气缸1-6可以是非供体气缸。发动机系统120可包括第二排气歧管60，其可接收来自气缸7-12的废气。第二排气歧管60可通过通道88连接到第一排气歧管58。第三控制阀86可位于通道88中，并且可控制从第二排气歧管60流动到第一排气歧管58的废气。发动机系统120在发动机20的任何操作状态下可以提供约50%的EGR率。虽然图6描述了气缸7-12作为供体气缸，在另一示例性实施例中，气缸1-6可选择作为供体气缸而气缸7-12可以选择为非供体气缸。如在发动机系统30、80、100和110的上下文中讨论的，选择6个相邻的气缸1-6或7-12作为供体气缸可以简化第一排气歧管和第二排气歧管58、60的设计，并使发动机系统120的部件的紧凑封装。
与发动机系统80类似，发动机系统120还可具有从第二排气歧管60到第一和第二进气歧管38、40的均匀的废气流。例如，在12缸发动机中，其中气缸1-12中的燃烧阶段分别在气缸1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10中顺序地发生，分别选择第一或第二气缸排32、34上的气缸1-6或7-12为供体气缸可以在两个非供体气缸的燃烧时间之间产生供体气缸中的燃烧阶段。因此，任何两个供体气缸中的燃烧阶段之间的间隔可以是均匀的，大约120度的曲轴角。
图3-6分别描述了发动机系统80、100、110、120为包括第一、第二、和第三控制阀82、84、86以及控制器90。可以预期的是在某些示例性实施例中，发动机系统80、100、110可实现而不使用任何的第一、第二、和第三控制阀82、84、86，或控制器90。还可以设想，发动机系统30、80、100、110可以包括一个或多个附加的部件，如喷射器、泵、过滤器、鼓风机等，它们可以是发动机系统30、80、100、110操作所需要的。
工业实用性
本实用新型公开的发动机系统可用于任何机械或动力系统用途，在此它有益于降低在向大气排放的污染物量。所公开的发动机系统可与移动机器找到特定的应用，例如机车，其可承受大的负荷变化。所公开的发动机系统可以提供一种改进的方法，用于减少排放到大气的废气中的污染物的量。所公开的发动机系统还可以提供一种减少污染物的量的方法而不需要采用附加的部件，例如控制阀来控制发动机系统中的废气的流动。发动机系统30的示例性操作将在下面描述。
在发动机系统30的操作过程中，空气或空气和燃料的混合物可被压缩机48加压并被引导到气缸1-12，用于随后的燃烧。空气/燃料混合物的燃烧可以产生机械动力借助于曲轴从发动机系统30产生并引导。燃烧的副产品，即废气和热，可以从发动机系统30通过涡轮52到大气中。
发动机系统30的供体气缸10-12中产生的废气和热通过第三排气歧管62可以分别再循环到第一和第二进气歧管38、40。第一EGR冷却器68可从第三排气歧管62接收第一量的废气，并在第一量的废气在第一进气歧管38中与来自压缩机48的压缩空气混合之前冷却该第一量的废气，它可以将废气-空气混合物分配到非供体气缸1-6。第二EGR冷却器72可从第三排气歧管62接收第二量的废气，并可以在第二量的废气在第二进气歧管40中与来自压缩机48的压缩空气混合之前冷却该第二量的废气，其可以将废气-空气混合物分配到非供体气缸7-9和供体气缸10-12。废气的再循环可帮助稀释燃料和空气的混合物并增加气缸1-12内的热容量，从而导致较低的燃烧温度。在气缸1-12中较低的燃烧温度可以帮助减少燃烧过程中产生的污染物的量。因此，发动机系统30可以在发动机的所有操作条件下提供大约25%的废气再循环率，而不使用任何流量控制单元来控制EGR率。
发动机系统80可以以类似于发动机系统30的方式操作。在发动机系统80的示例性操作过程中，控制器90可以调节第一控制阀82，以便帮助将第一量的废气从第三排气歧管62传送到第一进气歧管38。类似地，控制器90可以调节第二控制阀84以帮助将第二量的废气从第三排气歧管62传送到第二进气歧管40。控制器90还可以调节第三控制阀86以控制第三量的废气从第三排气歧管62流到第二排气歧管60。
例如，控制器90可以分别打开第一和第二控制阀82、84并关闭第三控制阀86来将第一量和第二量的废气从第三排气歧管62转移到第一和第二进气歧管38、40。此外，通过关闭第三控制阀86，控制器90可有助于确保供体气缸10-12产生所有的废气可以在第一和第二EGR回路44、46中再循环。相反，当发动机20在高海拔或在较低的环境温度下运行时，可能需要只允许新鲜进气进入气缸1-12。此外，由于来自寒冷外部环境的进气的低温，可以不需要使用EGR来降低气缸1-12中的燃烧温度，来控制由气缸1-12产生的污染物的量。在这样的工作条件下，控制器90可以关闭第一和第二控制阀82、84并打开第三控制阀86，以允许来自供体气缸10-12的所有废气从第三排气歧管62穿行到第二排气歧管60并到涡轮52。换句话说，通过关闭第一和第二控制阀82、84并打开第一控制阀86，控制器90可以允许将第三量的废气（大约等于第一和第二量的废气的总和）从第三排气歧管62流到第二排气歧管60。此外，通过关闭第一和第二控制阀82、84，控制器90可以确保没有来自第三排气歧管62的废气分别通过第一和第二EGR回路44、46再循环到第一和第二进气歧管38、40。
发动机系统120可以以类似于发动机系统80的方式操作。在发动机系统120的示例性操作过程中，控制器90可以调节第一控制阀82，以便帮助将第一量的废气从第二排气歧管60传送到第一进气歧管38。类似地，控制器90可以调节第二控制阀84以帮助将第二量的废气从第二排气歧管60传送到第二进气歧管40。控制器90还可以调节第三控制阀86以控制第三量的废气从第二排气歧管60流向第一排气歧管58。
例如，控制器90可以打开第一和第二控制阀82、84并关闭第三控制阀86以分别将来自第二排气歧管60的所述第一量和第二量的废气转移到第一和第二进气歧管38、40。此外，通过关闭第三控制阀86，控制器90可有助于确保供体气缸7-12产生的所有废气可以在第一和第二EGR回路44、46中再循环。相反，当发动机20在高海拔或在较低的环境温度下操作时，可能需要只允许新鲜进气进入气缸1-12。此外，由于来自寒冷外部环境的进气的低温，可以不需要使用EGR来降低气缸1-12中的燃烧温度来控制由气缸1-12产生的污染物的量。在这样的工作条件下，控制器90可以关闭第一和第二控制阀82、84并打开第三控制阀86，以允许来自供体气缸7-12的所有的废气从第二排气歧管60穿行到第一排气歧管58并到涡轮52。换句话说，通过关闭第一和第二控制阀82、84并打开第三控制阀86，控制器90可允许第三量的废气（大约等于第一和第二量的废气的总和）从第二排气歧管60流向第一排气歧管58。此外，通过关闭第一和第二控制阀82、84，控制器90可以确保没有来自第二排气歧管60的废气分别通过第一和第二EGR回路44、46再循环到第一和第二进气歧管38、40。
发动机系统80，100，110，和120在没有第一、第二、和第三控制阀82、84、86的情况下实现时可以分别以类似于上述发动机系统30的操作方法的方式操作。发动机系统100和110在具有第一、第二、和第三控制阀82、84、86的情况下实现时可以分别以类似于上述发动机系统80和120的操作方法的方式操作。
显然，对于本领域技术人员来说，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以对所公开的发动机系统做出各种修改和变化。发动机系统的其它实施例将从在此公开的发动机系统的说明书和实践的考虑中由本领域技术人员理解到。意图是本说明书和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的保护范围应由所附权利要求书及其等同物确定。
Claims (10)
1.一种发动机系统，其特征在于，包括:
第一进气歧管，其被配置为将空气分配到发动机的第一气缸排；
第二进气歧管，其被配置为将空气分配到发动机的第二气缸排；
第一排气歧管，其被配置为将废气从所述第一气缸排排出到大气中；
第二排气歧管，其被配置为将废气从第二气缸排中的非供体气缸排出到大气中；和
第三排气歧管，所述第三排气歧管独立于第一排气歧管和第二排气歧管并被配置成将来自第二气缸排的供体气缸的废气再循环到所述第一和第二进气歧管。
2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，还包括:
第一冷却器，其被配置为冷却从第三排气歧管流到第一进气歧管的废气；和
第二冷却器，其被配置为冷却从第三排气歧管流向第二进气歧管的废气。
3.如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，还包括:
第一控制阀，其设置在第一冷却器的下游，所述第一阀被配置成选择性地将第一量的废气从第三排气歧管引导到第一进气歧管；和
第二控制阀，其设置在第二冷却器的下游，所述第二阀被配置成选择性地将第二量的废气从第三排气歧管引导到第二进气歧管。
4.如权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，所述第一量的废气等于所述第二量的废气。
5.如权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述供体气缸彼此相邻定位；供体气缸中的至少一个位于所述第二气缸排的第一端附近。
6.如权利要求5所述的发动机系统，其特征在于，还包括:
通道，所述通道流体连接所述第二排气歧管和第三排气歧管；和
第三控制阀，其设置在所述通道中并被构造成选择性地将第三量的废气从第三排气歧管引导到第二排气歧管。
7.如权利要求6所述的发动机系统，其特征在于，所述第一气缸排和所述第二气缸排相对于彼此以一定角度设置。
8.如权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，
所述供体气缸在第二气缸排彼此相邻定位；
第一非供体气缸位于所述第二气缸排的第一端附近；和
第二非供体气缸位于所述第二气缸排的第二端附近。
9.一种发动机，其特征在于，其包括:
第一气缸排；
第二气缸排，所述第二气缸排包括:
供体气缸，所述供体气缸彼此相邻定位；
第一非供体气缸，其邻近所述第二气缸排的第一端定位；和
第二非供体气缸，其邻近所述第二气缸排的第二端定位；
所述发动机还包括：
第一进气歧管，其连接在大气和所述第一气缸排之间；
第二进气歧管，其连接在大气和所述第二气缸排之间；
第一排气歧管，其连接在所述第一气缸排和所述大气之间；
第二排气歧管，其连接在所述第一非供体气缸和第一进气歧管之间；
第三排气歧管，其连接在所述供体气缸和所述第一及第二进气歧管之间；以及
第四排气歧管，其连接在第二非供体气缸和第一排气歧管之间。
10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，还包括:
第一控制阀，其设置在所述第三排气歧管和第一进气歧管之间；
第二控制阀，其设置在所述第三排气歧管和第二进气歧管之间；
连接第二排气歧管和第三排气歧管的通道；
第三控制阀，其设置在所述通道中；和
控制器，其被配置成选择性地调节第一、第二和第三控制阀。
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