專利名稱：內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路。
背景技術(shù)：
排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)或回路用來使車輛燃料效率最大化且減少車輛排氣系統(tǒng) 的有害排放。隨著車輛排放規(guī)定變得更加嚴(yán)格，車輛需要變得更加"綠色"，不斷需要減少排 放特別是來自發(fā)動機(jī)尤其是柴油發(fā)動機(jī)的N0x氣體。減少排氣排放的一個方法是使用與排 氣再循環(huán)結(jié)合的催化轉(zhuǎn)換器，在排氣再循環(huán)中使用高排氣背壓使排氣歧管中的排氣流向進(jìn) 氣歧管。在排放上的更嚴(yán)格的規(guī)定的問題是產(chǎn)生足夠的回流必須增加排氣背壓，這會開始 影響燃料效率。來自排氣歧管的再循環(huán)的另一個缺點(diǎn)是再循環(huán)的氣體可以包含碳煙、水蒸 氣及未使用的燃料，從而會污染安裝的排氣冷卻系統(tǒng)和進(jìn)氣歧管。此外，若存在由于系統(tǒng)泄 漏造成的故障、EGR故障等，則這會導(dǎo)致其他構(gòu)件如微粒過濾器或催化轉(zhuǎn)化器上的過載。 通常，渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)的EGR系統(tǒng)在渦輪增壓器渦輪使排氣再循環(huán)到進(jìn)氣歧 管之前使用較高的壓力差。這不總是足以減少NOx排放?；蛘撸梢栽贓GR系統(tǒng)中使用機(jī) 械泵，但這些增加了發(fā)動機(jī)上的操作負(fù)荷。 其他的EGR系統(tǒng)從渦輪增壓器渦輪的下游抽取再循環(huán)的排氣通過微粒過濾器，然 后供應(yīng)氣體到主渦輪增壓器的前部以流向汽缸。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是氣流量不足以減少NOx排 放。 本實(shí)用新型尋求改善上述問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的包括提供用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路，以改進(jìn)EGR氣流
與新鮮空氣的混合，改進(jìn)主渦輪增壓器單元的瞬態(tài)響應(yīng)并減少N0x排放。 根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)(EGR)回路，該
內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸、具有用于來自一個或多個汽缸的排氣的排氣后處理裝置的
排氣系統(tǒng)、及包括供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的主進(jìn)氣增壓器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，該排氣再循環(huán)回
路包括經(jīng)可控EGR閥將排氣后處理裝置的下游側(cè)連接到主進(jìn)氣增壓器的新鮮空氣供應(yīng)通
路的通道，其中排氣流泵(exhaust gas flow pump)位于所述通道中以供應(yīng)期望的氣流與
主進(jìn)氣增壓器的空氣供應(yīng)混合。 優(yōu)選地進(jìn)氣增壓器是來自一個或多個汽缸的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器。 排氣流泵還可以是來自一個或多個汽缸的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器的形式，優(yōu)選地
可以旁通繞過泵/渦輪增壓器的渦輪以限制所述通道中到主增壓器的EGR氣流。使用這種
類型的泵不會在發(fā)動機(jī)上施加額外的負(fù)荷，因此基本上不影響燃料消耗，在低轉(zhuǎn)速和低發(fā)
動機(jī)負(fù)荷上確保充足的EGR質(zhì)量流量。 來自汽缸的排氣還可以從排氣歧管直接轉(zhuǎn)向到空氣供應(yīng)系統(tǒng)以形成較短的第二 EGR回路。[0011] 當(dāng)EGR閥關(guān)閉時，優(yōu)選地排氣流泵上游的通道可以選擇性地經(jīng)閥裝置與在EGR閥 和排氣流泵之間的通道連接以形成再循環(huán)回路。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面提供內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，優(yōu)選地為柴油發(fā)動機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā) 動機(jī)具有至少一個汽缸、具有用于來自一個或多個汽缸的排氣的排氣后處理裝置的排氣系 統(tǒng)、包括用于供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的主進(jìn)氣增壓器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，且具有根據(jù)本實(shí)用新 型的第一方面的排氣再循環(huán)回路。 根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面提供一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路，所述內(nèi)燃發(fā) 動機(jī)具有至少一個汽缸、具有用于來自一個或多個汽缸的排氣的排氣后處理裝置的排氣系 統(tǒng)、及包括供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的主進(jìn)氣增壓器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述排氣再循環(huán)回路包 括經(jīng)可控EGR閥將所述排氣后處理裝置的下游側(cè)連接到主進(jìn)氣增壓器的新鮮空氣供應(yīng)通 路的通道，所述主進(jìn)氣增壓器是渦輪增壓器，且該渦輪增壓器的渦輪通過來自 一個或多個 汽缸的排氣驅(qū)動；位于所述通道中以供應(yīng)期望的氣流與所述主進(jìn)氣增壓器上游的空氣供應(yīng) 混合的排氣流泵，所述排氣流泵位于所述主進(jìn)氣增壓器的渦輪的下游，所述排氣流泵還包 括通過來自汽缸的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器；來自所述汽缸的排氣還可以從所述排氣歧管轉(zhuǎn) 向到所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)以形成較短的第二 EGR回路。 本實(shí)用新型可以使主渦輪增壓器單元以改進(jìn)的效率操作從而提高燃料經(jīng)濟(jì)性并 減少N0x排放。

圖1是具有根據(jù)本實(shí)用新型的EGR回路的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示意圖； 圖2是具有根據(jù)本實(shí)用新型的第二 EGR回路的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施方式下面通過實(shí)例參考附圖描述本實(shí)用新型。 現(xiàn)參考圖l，示出機(jī)動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的示意圖。本實(shí)用新型可以應(yīng)用于柴 油發(fā)動機(jī)和汽油發(fā)動機(jī)。本示例的圖1中所示的發(fā)動機(jī)是柴油發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)io具 有多個汽缸11，在該示例中為六汽缸，但也可以是設(shè)置在V型配置中的任何期望數(shù)目的汽 缸。 可以通過空氣過濾器13、通道12及形式為渦輪增壓器的進(jìn)氣增壓器14向汽缸供 應(yīng)新鮮的空氣。渦輪增壓器壓縮輪15的高壓側(cè)通過通道12B經(jīng)中間冷卻器17，優(yōu)選地為空 氣對空氣中間冷卻器輸送空氣到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管16。眾所周知，汽缸11具有在汽缸孔中往 復(fù)運(yùn)動的活塞(未示出)、至少一個進(jìn)氣門(未示出)、及至少一個排氣門(未示出)，進(jìn)氣 門每個連接到進(jìn)氣歧管16，排氣門連接到相應(yīng)的排氣歧管支路18A或18B。排氣歧管支路 18A、18B合并到單個排氣通道31中，該排氣通道31引導(dǎo)排氣到排氣后處理裝置19，例如形 式為柴油氧化轉(zhuǎn)化器(diesel oxygenconverter)的催化轉(zhuǎn)化器。柴油微粒過濾器21設(shè)置 在排氣后處理裝置19的下游。來自排氣歧管支路18A的排氣用來驅(qū)動主渦輪增壓器14的 渦輪22，渦輪22位于排氣歧管支路18A和18B的直接下游的通道31中。 排氣通過排氣再循環(huán)(EGR)回路或排氣再循環(huán)系統(tǒng)40再循環(huán)回到新鮮空氣供應(yīng) 系統(tǒng)。EGR系統(tǒng)40包括具有通道41的較長的環(huán)形EGR回路，該通道41通過排氣流泵42使
4微粒過濾器21下游的排氣通道31與新鮮空氣供應(yīng)系統(tǒng)相互連接。排氣流泵42進(jìn)而通過 通道43連接到新鮮空氣供應(yīng)通道12A。通道41通過位于排氣流泵42上游的中間冷卻器 47和EGR閥48。若需要的話中間冷卻器47典型地包括水/空氣中間冷卻器或空氣/空氣 中間冷卻器。EGR閥48開啟或關(guān)閉較長的環(huán)形EGR系統(tǒng)。 排氣流泵42優(yōu)選地為小輸出量渦輪增壓器(small output turbocharger)的形 式，該渦輪增壓器的渦輪44通過來自排氣歧管支路18B的排氣驅(qū)動。排氣流泵42在其壓 縮機(jī)葉輪45處應(yīng)產(chǎn)生足夠的低壓以從排氣通道31抽取產(chǎn)生所需的排氣流率。通過由旁通 閥52控制的排氣旁路51可以限制來自壓縮機(jī)45的輸出。若需要的話，從壓縮機(jī)葉輪45通 過通道43到新鮮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的氣流可以通過又一個中間冷卻器46，及第一再循環(huán)閥49。 來自壓縮機(jī)45的排氣可以通過通道54和第二再循環(huán)閥55再循環(huán)回到壓縮機(jī)45。 當(dāng)不需要較長的環(huán)形EGR時，可以關(guān)閉閥48，然而排氣流泵42的渦輪44仍旋轉(zhuǎn)， 來自壓縮機(jī)45的氣體將再循環(huán)。 較長的環(huán)形EGR的附加的益處是再循環(huán)的排氣清潔而不含碳煙和燃料，從而大幅 度減少污垢、改進(jìn)耐用性。相比較于常規(guī)的較短的環(huán)形EGR系統(tǒng)可較大地冷卻提供到發(fā)動 機(jī)的EGR氣體，這對相同的再循環(huán)排氣質(zhì)量流率可以減少多至20-30X的N0x排放。當(dāng)混合 發(fā)生在主渦輪增壓器14的壓縮機(jī)葉輪15中以及在進(jìn)氣歧管之前的通道的長度內(nèi)時，將確 保EGR與進(jìn)入到發(fā)動機(jī)中的新鮮空氣的混合。因?yàn)镋GR現(xiàn)配置到主渦輪增壓器壓縮機(jī)葉輪 的前部，主渦輪增壓器單元將以改進(jìn)的效率操作，這改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性。 另外，相對于標(biāo)準(zhǔn)的較短的環(huán)形EGR回路，該主渦輪增壓器單元的瞬態(tài)響應(yīng)可得 到改進(jìn)，在標(biāo)準(zhǔn)的較短的環(huán)形EGR回路中當(dāng)啟用較短的環(huán)形EGR時，通過壓縮機(jī)葉輪的空氣 質(zhì)量流量較少。在EGR系統(tǒng)故障的情況下，該系統(tǒng)相對于較短的環(huán)形EGR系統(tǒng)進(jìn)一步具有 兩個優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谳^長的環(huán)形EGR上可以在不同的位置監(jiān)測EGR氣體，從而可以發(fā)現(xiàn)任何與 正常情況的偏離。在過載的微粒過濾器的情況下，可以產(chǎn)生較高的排氣系統(tǒng)背壓，EGR流率 不受影響，而較短的環(huán)形EGR不可避免地增加EGR流率。這增加了該系統(tǒng)的穩(wěn)健性以防止 進(jìn)一步的系統(tǒng)損壞。 當(dāng)不使用較長的EGR回路且關(guān)閉在通道41中的EGR閥48時，來自壓縮機(jī)45的氣
流經(jīng)通道54再循環(huán)，其中第一再循環(huán)閥49關(guān)閉，第二再循環(huán)閥55開啟。 作為后備，該EGR系統(tǒng)還包括具有從排氣歧管支路18B經(jīng)包含中間冷卻器57和第
二 EGR閥58的通道連接至進(jìn)氣歧管16的通道56的常規(guī)的較短回路，以便通過閥58開啟
/關(guān)閉較短的回路。閥48、49、52、55及58由合適的耐高溫材料制成，典型地為通常用于排
氣再循環(huán)閥的類型的抗腐蝕金屬化合物。 閥48、49、52、55及58可由可編程ECU 23 (發(fā)動機(jī)控制單元)可操作地控制，該可 編程ECU 23連接到燃料噴射器(未示出)和多個示意性地示出為傳感器28的其他發(fā)動機(jī) 工況傳感器。發(fā)動機(jī)工況傳感器28可以包括但不限于監(jiān)測以下工況的傳感器，如發(fā)動機(jī)位 置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、歧管靜態(tài)壓力、進(jìn)入歧管的質(zhì)量空氣流量、發(fā)動機(jī)溫度、空氣溫度、凸輪軸 位置(進(jìn)氣和排氣)、進(jìn)氣歧管調(diào)節(jié)閥、大氣壓力、EGR量、VCT位置、扭矩需求、擋位位置等。 閥的狀況即開啟/關(guān)閉可以取決于各種感測的工況和要求的發(fā)動機(jī)控制通過可編程ECU 28控制。 參考圖2，示出基本上類似于圖1中所示的系統(tǒng)的EGR系統(tǒng)，只是該系統(tǒng)使用在具
5有直列式配置或V型配置的汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)上。如圖1中所示的相同的構(gòu)件可以應(yīng)用相 同的參考符號。 排氣歧管18通過通道131連接到排氣流泵42的渦輪。離開排氣流泵42的渦輪 44的氣體通過通道31供應(yīng)到上述主渦輪增壓器14的渦輪22。排氣然后通過柴油氧化催 化器19和微粒過濾器21。 同樣，通過從微粒過濾器21的下游延伸到排氣流泵42上的壓縮機(jī)45的低壓側(cè)的 通道41提供較長的EGR回路。來自壓縮機(jī)45的氣體通過上述通道43泵送到新鮮空氣供 應(yīng)通道12A。通過在EGR通道43和渦輪44下游的通道41之間連接的旁通通道154提供用 于排氣流泵42的渦輪44的速度限制器。來自排氣流泵42的EGR氣體泵送到上述新鮮空 氣供應(yīng)通道12A，并同樣在EGR閥48關(guān)閉的情況下通過閥49、55和通道154提供再循環(huán)回 路。 同樣，通過連接排氣歧管18和進(jìn)氣歧管16的通道156可以提供附加的較短的環(huán) 形EGR。 如上所述，該系統(tǒng)通過連接到閥48、49、55、58及152的ECU操作。
權(quán)利要求一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸、具有用于來自一個或多個汽缸的排氣的排氣后處理裝置的排氣系統(tǒng)、及包括供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的主進(jìn)氣增壓器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣再循環(huán)回路包括經(jīng)可控EGR閥將所述排氣后處理裝置的下游側(cè)連接到主進(jìn)氣增壓器的新鮮空氣供應(yīng)通路的通道，其中排氣流泵位于所述通道中以供應(yīng)期望的氣流與所述主進(jìn)氣增壓器上游的空氣供應(yīng)混合。
2. 如權(quán)利要求1所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，所述主進(jìn)氣增壓器是渦輪增壓 器，且該渦輪增壓器的渦輪通過來自一個或多個汽缸的排氣驅(qū)動。
3. 如權(quán)利要求2所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，所述排氣流泵還包括通過來自 汽缸的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器。
4. 如權(quán)利要求3所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，所述排氣流泵的渦輪位于所述 主進(jìn)氣增壓器的渦輪的下游。
5. 如權(quán)利要求1所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，所述排氣流泵還包括通過來自 汽缸的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器。
6. 如權(quán)利要求5所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，到所述排氣流泵的渦輪的排氣 流旁通繞過所述排氣流泵的渦輪以限制流到新鮮空氣供應(yīng)通路的氣流。
7. 如權(quán)利要求6所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，當(dāng)EGR閥關(guān)閉時，所述排氣流泵 上游的EGR氣流可以再循環(huán)到所述排氣流泵的入口。
8. 如權(quán)利要求7所述的排氣再循環(huán)回路，其特征在于，來自所述汽缸的排氣還可以從 排氣歧管轉(zhuǎn)向到所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)以形成較短的第二 EGR回路。
9. 一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸、具有用于來自一個或多個汽 缸的排氣的排氣后處理裝置的排氣系統(tǒng)、包括用于供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的主進(jìn)氣增壓器的 空氣供應(yīng)系統(tǒng)，且具有如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的排氣再循環(huán)回路。
10. —種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸、具有用于 來自一個或多個汽缸的排氣的排氣后處理裝置的排氣系統(tǒng)、及包括供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的 主進(jìn)氣增壓器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣再循環(huán)回路包括經(jīng)可控EGR閥將所述排氣后處理裝置的下游側(cè)連接到主進(jìn)氣增壓器的新鮮空氣供應(yīng) 通路的通道，所述主進(jìn)氣增壓器是渦輪增壓器，且該渦輪增壓器的渦輪通過來自 一個或多 個汽缸的排氣驅(qū)動；位于所述通道中以供應(yīng)期望的氣流與所述主進(jìn)氣增壓器上游的空氣供應(yīng)混合的排氣 流泵，所述排氣流泵位于所述主進(jìn)氣增壓器的渦輪的下游，所述排氣流泵還包括通過來自 汽缸的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器；來自所述汽缸的排氣還可以從排氣歧管轉(zhuǎn)向到所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)以形成較短的第二 EGR回路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)回路。提供一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)(EGR)回路(40)，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個汽缸(11)、具有用于來自一個或多個汽缸的排氣的排氣后處理裝置(19、21)的排氣系統(tǒng)、及包括供應(yīng)新鮮空氣到汽缸的主進(jìn)氣增壓器(14)的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，該排氣再循環(huán)回路包括經(jīng)可控EGR閥(48)將排氣后處理裝置(19、21)的下游側(cè)連接到主進(jìn)氣增壓器(14)的新鮮空氣供應(yīng)通路的通道(41)，其中排氣流泵(42)位于所述通道(41)中以供應(yīng)期望的氣流與主進(jìn)氣增壓器(14)上游的空氣供應(yīng)混合。本實(shí)用新型可以使主渦輪增壓器單元以改進(jìn)的效率操作從而提高燃料經(jīng)濟(jì)性并減少NOx排放。
文檔編號F02B37/00GK201439733SQ20092015104
公開日2010年4月21日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月1日
發(fā)明者菲爾·紐曼 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司