具有脈沖抑制的專用排氣再循環的發動機制造技術

本發明專利技術公開一種具有脈沖抑制的專用排氣再循環的發動機。發動機組件包括進氣組件、火花點火內燃發動機和排氣組件。所述進氣組件包括布置在排氣再循環(EGR)混合器與背壓閥之間的增壓空氣冷卻器。所述增壓空氣冷卻器具有入口和出口，并且所述背壓閥被構造為保持所述增壓空氣冷卻器的入口與所述背壓閥的出口之間的最小壓差。專用排氣再循環系統被設置為與至少一個汽缸和所述EGR混合器流體連通。所述專用排氣再循環系統被構造為將來自所述至少一個汽缸的所有排氣引導至所述EGR混合器以再循環回到所述發動機。

【技術實現步驟摘要】
具有脈沖抑制的專用排氣再循環的發動機
本專利技術總體涉及具有專用排氣再循環的渦輪增壓內燃發動機機。
技術介紹
內燃發動機(ICE)可以在一個或多個燃燒腔室內燃燒空氣和燃料的混合物以產生機械輸出。在燃燒期間，各種排氣被產生并且排放至大氣。在一些情況下，排氣的一部分可以被再循環回到發動機汽缸中(通過排氣再循環系統)。在汽油發動機中，該惰性排氣取代了發動機內大量的可燃燒混合物，導致提高的發動機效率。在柴油發動機中，排氣可代替預燃混合物中的一些過多的氧氣。在任何一種情況下，再循環的排氣可以降低汽缸中的燃燒溫度和/或減少某些氣態副產物的形成。內燃發動機通常被要求在可靠的基礎上在長時間內產生相當水平的功率。許多這樣的ICE組件采用增壓裝置，比如排氣渦輪驅動的渦輪增壓器，以在氣流進入發動機的進氣歧管前壓縮氣流從而提高功率和效率。具體地，渦輪增壓器是離心式氣體壓縮機，其強制比在環境氣體壓力下可實現的更多的空氣，因此更多的氧氣進入ICE的燃燒腔室。被強制進入ICE的額外的含氧空氣量提高了發動機的容積效率，允許該額外的含氧空氣量在給定的循環中燃燒更多的燃料，并由此產生更多的功率。典型的渦輪增壓器包括中央軸，該中央軸由一個或多個軸承支撐并且在排氣驅動渦輪機葉輪與空氣壓縮機葉輪之間傳遞轉動運動。渦輪機葉輪和壓縮機葉輪兩者都被固定到軸，該軸與多個軸承部件組合構成渦輪增壓器的轉動組件。
技術實現思路
發動機組件包括進氣組件、火花點火內燃發動機和排氣組件。進氣組件包括布置在排氣再循環(EGR)混合器與背壓閥的增壓空氣冷卻器。增壓空氣冷卻器具有入口和出口，背壓閥被構造為保持增壓空氣冷卻器的入口和背壓閥的出口之間的最小壓差。專用的排氣再循環系統設置為與至少一個汽缸和EGR混合器流體連通。專用的排氣再循環系統被構造為將來自至少一個汽缸的所有排氣引導到EGR混合器以再循環回到發動機。進氣組件可以期望的流速將空氣提供到多個汽缸中的每一個。提供的空氣可包括大氣和來自專用的排氣再循環系統的再循環排氣。排氣可包括壓力脈沖，該壓力脈沖是由內燃發動機的順次點火的本質引起的。增壓空氣冷卻器可以被構造為如果流速高于預定速率，則緩沖排氣脈沖，同時背壓閥可以被構造為如果流速低于預定速率，則緩沖脈沖。發動機組件還可包括渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有與進氣組件流體連通的壓縮機和與排氣組件流體連通的渦輪機。壓縮機和渦輪機可以通過軸操作地連接，使得渦輪機可驅動壓縮機以在與再循環排氣混合之前壓縮大氣。當結合附圖和所附的權利要求時，本專利技術的上述特征和優勢，以及其他特征和優勢從下面對用于實現本專利技術的優選實施例和最佳模式的詳細描述中變得顯見。附圖說明圖1是具有專用的排氣再循環的內燃發動機組件的示意圖；圖2是包括排氣再循環混合器、增壓空氣冷卻器和背壓閥的進氣系統的示意圖。具體實施方式參見附圖，其中各個視圖中相似的附圖標記用于表示類似或相同的部件，圖1示意性地示出了包括內燃發動機12、空氣進氣系統14和排氣系統16的發動機組件10。空氣進氣系統14和排氣系統16可每一個分別與發動機12流體連通，并且可通過渦輪增壓器18彼此機械連通。內燃發動機12(即，發動機12)可以是火花點火內燃發動機或壓燃柴油發動機，并且可限定多個汽缸20(標記為汽缸1-4)。相應的汽缸20中的每一個可包括一個或多個燃料噴射器22，該燃料噴射器22可選擇地將液體燃料(如氣霧)引入用于燃燒的每一個汽缸。每一個汽缸20可以與空氣進氣系統14選擇地流體連通以接收新鮮的/充氧的空氣，并且所述汽缸20中的幾個可與排氣系統16選擇地流體連通以排出燃燒的副產品。雖然示出的發動機12描繪的是4缸發動機，但是本技術能夠同等地應用到直列三缸和六缸發動機、V-8、V-10、V-12構造的發動機等。空氣進氣系統14一般可以包括新鮮空氣入口24、排氣再循環(EGR)混合器26、增壓空氣冷卻器28、節流閥30和進氣歧管32。如在發動機12的操作期間可意識到的，新鮮空氣34可通過空氣進氣系統14從大氣(或從關聯的空氣凈化器組件)經由新鮮空氣入口24獲取。節流閥30可包括可控擋板，該可控擋板被構造為選擇地調節通過進氣系統14，并最終進入汽缸20(經由進氣歧管32)的空氣的總流動。在典型的4缸發動機中，多個發動機汽缸20中的燃燒可以順次的方式發生。例如，點火順序可以順次地為：汽缸1、汽缸3、汽缸4、汽缸2。應意識到的是，發動機12可然后以相同的順次順序將氣體從汽缸排出，并因此，排氣流動可相比于連續流動更接近地類似于一系列脈沖。已經發現發動機效率在排氣脈沖彼此分隔時被最大化。除了減少脈沖之間的相互干擾，分隔還可減少爆震和/或異常燃燒的發生。為了達到充分的脈沖分隔，排氣流動可被分成不同的流動，這些流動可以分別經由多個排氣歧管引導到渦輪增壓器18。因此，在一種構造中，排氣系統16可包括導引流動的排氣40離開發動機12的第一排氣歧管36和第二排氣歧管38。排氣40可最終經過后處理裝置42以在經由尾管44離開排氣系統16之前催化和/或移除某些副產品。如上所述，空氣進氣系統14和排氣系統16可以通過渦輪增壓器18機械連通。渦輪增壓器18可包括與排氣系統16流體連通的渦輪機50和與進氣系統14流體連通的壓縮機52。渦輪機50和壓縮機52可以經由可轉動軸54機械地聯接。渦輪增壓器18可利用從發動機12流動的排氣40的能量旋轉渦輪機50和壓縮機52。壓縮機52的轉動可因此從入口24吸入新鮮空氣34并將其壓縮進入進氣系統14的其他部分。發動機組件10還可包括專用的EGR系統60，該EGR系統60可從發動機12的一個或多個汽缸直接地引導(例如，經由EGR歧管62)排氣64回到進氣系統14中。該再循環排氣64可在EGR混合器26處與新鮮空氣34混合，并且可相應地稀釋混合物的氧氣含量。已知EGR的用途是提高火花點火發動機中的效率。EGR還已知為降低燃燒溫度和減少來自發動機12的NOx的產生。使用單獨的EGR歧管62以引導一個或多個汽缸的全部排氣回到進氣組件14，該組件在此稱作“專用的EGR”。繼續參照圖1，汽缸21中的一個(即，汽缸4)是專用的EGR汽缸，其可供給其排氣64的100％回到進氣組件14。剩余三個汽缸20(即，汽缸1-3)的排氣40被從發動機12經由排氣組件16排出。以如同汽缸1-3的相似的方式，專用EGR汽缸4可類似地以脈沖的方式排出燃燒氣體。雖然使用專門的EGR操作的發動機可表現出提高的燃料效率，但是如果再循環排氣64沒有適當地與進氣空氣34混合，則不能得到全部的好處。例如，如果可用的排氣的80％被專門地吸入到汽缸3中(例如，由于進氣的正時和排氣的脈沖)，則EGR對汽缸1、2和4的好處將大大地減少。類似地，汽缸3的性能由于在該汽缸中可燃燒的空氣/燃料的相對低的量而明顯地降低。因此，如圖2大體示出的，增壓空氣冷卻器28可以布置在EGR混合器26與背壓閥70之間以抑制/緩沖所有流速范圍內的再循環排氣64的脈沖。總的來說，增壓空氣冷卻器28可以是散熱器式的熱交換器，其可以使用大氣72或液體冷卻劑流動以冷卻新鮮空氣/排氣混合物74。如可意識到的，氣體混合器74可由于經由壓縮機52的加壓和與高溫排氣64的混合而比大氣溫度更熱。增壓空氣冷卻器28可冷卻氣體混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發動機組件包括：進氣組件，其包括排氣再循環(EGR)混合器以及具有入口和出口的增壓空氣冷卻器，所述EGR混合器與增壓空氣冷卻器的入口聯接；火花點火內燃發動機，其限定多個汽缸并且被構造為燃燒燃料；其中所述多個汽缸的每一個與所述增壓空氣冷卻器的出口聯接；其中所述燃料的燃燒在所述多個汽缸內發生并且產生排氣；排氣組件，其與所述多個汽缸的第一子組流體連通；專用排氣再循環系統，其與所述多個汽缸的第二子組和所述EGR混合器流體連通，所述專用排氣再循環系統被構造為將來自所述多個汽缸的第二子組的所有排氣引導至所述EGR混合器；和背壓閥，其布置在所述增壓空氣冷卻器的出口與所述多個汽缸之間，所述背壓閥被構造為保持所述增壓空氣冷卻器的入口與所述背壓閥的出口之間的最小壓差。

【技術特征摘要】
2013.04.24 US 13/869,3131.一種發動機組件，包括：進氣組件，其包括排氣再循環(EGR)混合器以及具有入口和出口的增壓空氣冷卻器，所述EGR混合器與增壓空氣冷卻器的入口聯接；火花點火內燃發動機，其限定多個汽缸并且被構造為燃燒燃料；其中所述多個汽缸的每一個與所述增壓空氣冷卻器的出口聯接；其中所述燃料的燃燒在所述多個汽缸內發生并且產生排氣；排氣組件，其與所述多個汽缸的第一子組流體連通；專用排氣再循環系統，其與所述多個汽缸的第二子組和所述EGR混合器流體連通，所述專用排氣再循環系統被構造為將來自所述多個汽缸的第二子組的所有排氣引導至所述EGR混合器；和背壓閥，其布置在所述增壓空氣冷卻器的出口與所述多個汽缸之間，包括與所述增壓空氣冷卻器的入口連通的致動器，所述致動器被構造為監測所述增壓空氣冷卻器的入口與所述背壓閥的出口之間的壓差，并且調節背壓閥以將監測的壓差保持高于最小壓差。2.如權利要求1所述的發動機組件，其進一步包括渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括：壓縮機，其與所述進氣組件流體連通；渦輪機，其與所述排氣組件流體連通；并且其中所述壓縮機和渦輪機通過軸操作地連接。3.如權利要求1所述的發動機組件，其中所述增壓空氣冷卻器布置在所述EGR混合器與所述背壓閥之間。4.如權利要求1所述的發動機組件，其中所述進氣組件以一定的流速向所述多個汽缸的每一個提供空氣；其中所述提供的空氣包括大氣和來自于所述多個汽缸的第二子組的排氣。5.如權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：EJ基廷，RE貝克，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國;US