實現egr系統的方法與裝置以及閥和調節方法與裝置的製作方法

2023-06-02 18:40:41 1

專利名稱：實現egr系統的方法與裝置以及閥和調節方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及實現EGR(廢氣再循環)的方法與裝置，EGR尤其應用於重型柴油機中。本發明還涉及一種特別適用於本發明的所述方法和裝置的閥，但該閥也可應用在其它領域內。最後，本發明還涉及一種調節柴油機的方法和裝置。
為減少有害廢氣含量，尤其是氮氧化物(NOX)，許多年以來，在許多型式的內燃機中採用了所謂的EGR系統。這些系統允許一部分廢氣再循環到發動機的進氣系統內，在那裡它與輸入空氣混合而再被輸送到發動機的燃燒室內。被再循環的廢氣替代一部分的輸入空氣，因而具有減少NOX形成的作用。一種所謂的EGR閥此時連同發動機的排氣系統一起安裝，所述閥的用途是調節再循環廢氣量。
在DE A 14 007 516中公開了按所附權利要求1至6前敘部分所述的方法和裝置。雖然該現有技術能將EGR系統應用於增壓柴油機中，然而在增壓柴油機中，在增壓器下遊的進氣系統內的壓力高於再循環管道中的壓力，這是由於在該現有技術中，EGR閥的某些重大的缺點是固有的。因此，這些閥裝置包括設置在EGR再循環腔道內和進氣腔道內的單獨的風門。為這些風門設置單獨的驅動馬達，使閥裝置變得複雜，同樣也使控制裝置變得複雜。
發明目的本發明的主要目的是提供一種能使空氣/再循環廢氣的比率關係是調節變得更可靠而簡單的方法。至於本發明的裝置，其目的是要使閥裝置簡單化，並提供對其更可靠而簡單的控制。
本發明的第二個目的是提供一種適用於混合兩股流經兩輸入腔道的流體的閥。這樣一種閥應適合於一般的用途，但尤其適用於柴油機的EGR系統，包括增壓柴油機的EGR系統。
本發明的第三個目的是提供一種調節的方法和裝置，能改善裝有EGR系統的柴油機的調節。
發明概述本發明的主要目的是藉助於權利要求1至6的特徵部分中所規定的特點來實現的。該閥裝置的結構，由於包括兩風門，其中兩風門中的至少一個總是開啟著的，而另一個可藉助於為這些風門所共有的驅動馬達而關閉，因此變得簡單而工作可靠。
本發明的第二個目的是藉助於權利要求13的前敘部分中所限定的閥來實現的。
本發明的第三個目的是藉助於權利要求13和16的前敘部分中所規定的調節方法和裝置來實現的。因此，本發明的這方面是基於採用和閥裝置的控制裝置相連的測頭和傳感器，從而不僅能調節空氣/再循環廢氣比率關係，而且能調節發動機的空氣/燃料比率關係。本發明的這方面，對發動機提供了改善的綜合調節，因此，使產生的汙染量較少。
本發明的基本方面的優先發展被規定在從屬權利要求中。
按本發明設想的EGR系統在Z設有現有技術催化劑和微粒過濾器的發動機的應用，導致NOX含量顯著減少。這一減少可達50％，因而能將現有柴油機升格到滿足現代排放要求，並將現代柴油機升格到滿足未來排放要求。
附圖簡述現在藉助於附圖中所示的非限制性實施例來說明本發明。


圖1表示本發明的EGR系統的示意圖；圖2a表示本發明的切開的閥的一端部位；圖2b表示按圖2a中的箭頭B-B方向看時該閥的剖視圖；圖3a表示本發明的切開的閥的中間部位；圖3b表示按圖3a中的箭頭B-B方向看時該閥的剖視圖；圖4a表示本發明的切開的閥的第二端部位；圖4b表示按圖4a中的箭頭B-B方向看時該閥的剖視圖。
圖1是表示以標號1指示的內燃機的一些部件的示意圖，這是部件對於本發明是至關重要的。在所選的實施例例子中，該發動機為透平增壓柴油機，但正如已提到的，該發動機可以是無增壓的柴油機或不同於透平增順型式的增壓柴油機。空氣經一空氣入口、一空氣濾清器2吸入發動機1，並經一空氣進口管路3導入透平增壓器4，在增壓器中空氣被增壓，然而經一中冷器5繼續輸送，在中冷器中，被增壓的空氣在它被輸入發動機1之前被冷卻下來。來自發動機1的廢氣首先流經透平增壓器4的第二側，即驅動側，然後經排氣管6，觸媒7和微粒收集器8，最後經尾管9排到大氣。
從尾管9，即在觸媒和微粒收集器後的排氣管的延伸，分出一支管，即再循環導管10，它將一部分廢氣再循環到發動機。再循環管10經冷卻再循環廢氣的冷卻器11，並經由EGR控制裝置13控制的閥裝置12連接於進氣管3。閥裝置12，藉助於EGR控制閥13，可調節來自進氣管3的新鮮空氣供應量和來自再循導管10的再循環廢氣供應量之間的比率關係。
對調節該閥裝置12的EGR控制裝置13提供來自Lambda測頭、發動機轉速傳感器15和負荷傳感器16的關於發動機實際運轉狀況的信息，並且使該控制閥按程序控制該閥裝置12，因此，達到了使離開尾管9並排入大氣的有害物質含量最少的新鮮空氣/廢氣混合比率關係。EGR控制閥13就所上文所給的各種因素之間的比率關係以先前已知的方式執行程序。如眾所周知的，Lambda測頭提供隨廢氣氧含量而變的輸出信號，發動機負荷傳感器16，例如，可以是一種節流閥位置傳感器和/或感知噴入發動機內的燃料量的傳感器。並且可附加上述傳感器之外的其它傳感器，以達到精細的調節。
閥裝置12可包進氣道3中和再循環導管10中的一些單獨的閥，此時這些閥由EGR控制裝置13可單獨控制。或者，閥裝置12還可包括一個組件，在該組件內，來自進氣道3和再循環導管10的氣流藉助於包含在該閥裝置內的一些閥被一起帶到一公共輸出氣流，該氣流被再一步輸送到透平增壓器供增壓，並經中冷器5輸入發動機。一種成一體的特別適當的閥裝置12是本發明的一個特殊部件，下文會作更詳細的說明。
在圖2-4中所示的閥是一種混合閥，它以這樣方式提供兩種流入流體的混合，使兩進氣道之一中的流入流體自零可被調節到最大，隨後第二進氣道中的流入流體自最大被調節到零。
按照本發明的方法和裝置，在圖2-4中被示為閥裝置12的本發明的閥的使用中，進氣道3連於該閥的第二進氣道18，而再循導管10連於該閥的第一進氣道17。此外，在該閥中有一出氣道19，它在本實施例中將該閥中混合的氣體輸送到透平增壓器4。在兩進氣道17和18中，有調節風門20和21，它藉助於一調節馬達22，如步進馬達，能在開、閉位置之間轉動，以開、閉該進氣道。該兩風門20、21被配置在中心軸23、24上，它們可藉助於調節馬達22和一個由該馬達驅動的作動銷25來轉動，所述作動銷能使分別連於該軸23、24的作動臂26、27擺動。該作動臂26、27由一個或多個彈簧28、29被彈簧加載到圖3中所示的名義位置，此時，將兩風門20、21保持在使進氣道17、18開啟位置。
在圖2a、b中所述的開動位置上，調節馬達22藉助其作動銷25和作動臂26，已將風門20轉到關閉位置，這樣，連於再循環導管10的第一進氣道17被關閉，因而無廢氣可再循環到透平增壓器和發動器。第二作動臂27由彈簧29保持在其名義位置，這意味著在連接於進氣道3的第二進氣道18中的風門21保持在其名義開啟位置，並允許輸入空氣經出氣道19經該閥自由流到透平增壓器。調節馬達22受EGR控制裝置13控制，以調節流經進氣道3的新鮮空氣和流經再循環導管10的再循環廢氣之間的比率關係。在風門21開啟的這個位置上，調節馬達22藉助於其作動銷25和作動臂26，可將風門20自圖2a、b中所示的全閉位置轉動到圖3a、b中所示的位置，此時，風門20還處在這樣一個第一進氣道17也開啟位置。調節馬達還可將風門20調節到在這兩個端部位置之間的任何位置。
在圖3a、b中所示的調節馬達2a的名義位置是這樣一個位置，它使調節馬達的作動銷25並不作動任何作動臂26、27，但它們由彈簧28、29保持在一名義位置，此時，風門20、21開啟兩進氣道17、18。
圖4a、b表示和圖2a、b之一相反的位置，調節馬達22用其作動銷25和作動臂27將風門21已轉到關閉位置，這意味著進氣道3和出氣道19的連接已完全中斷，而相反，連接於再循環導管10的第一進氣道17全開，從而允許再循環廢氣繼續自由流經出氣道19然而流到透平增壓器4，並進一步流到發動機。然而，藉助於調節馬達22，可將風門21調節到圖3和4中所示的兩端部位置之間的任何中間位置，並允許新鮮空氣和再循環廢氣，受EGR控制裝置13控制，混合到所需要的值。
這樣，藉助於本發明的閥，能以簡單的方式控制一個具有兩進氣道和一名義位置的三通閥，此時兩進道是開啟的，因此，這些進氣道中的一個或另一個可被連續地調節，同時保持進氣道繼續開啟。該閥當然可用不同於上上述EGR控制裝置13的其它方式來控制，並可用於和上述十分不同的連接，此時需要有相應的控制特點。
在本發明的調節方法中，採用一控制裝置，將來自Lambda測頭14、馬達轉速傳感器15和發動機負荷傳感器16的信息供給該控制裝置。該控制裝置連接於一相應於上文所述的閥裝置12的閥裝置，以調節流入到發動機的空氣和/或再循環廢氣的量。該閥裝置被安排在空氣濾清器和發動機的進氣道之間，並且，也像對該閥裝置12所說明的那樣，在進氣道和再循環廢氣道內可包括單獨的閥，即上文中也說明的這種三通閥。該一些閥裝置可按也如上述中所說明的相應方式控制，因此，該控制裝置，根據所收到的輸入信號，通過調節流入空氣量同時調節所供給的新鮮空氣和再循環廢氣之間的比率關係。可控制發動機的空氣/燃料比率關係。本發明的這方面能適用於帶或不帶增壓。
藉助於本發明的調節方法和裝置，能進一步減少自柴油機尾管排出的廢氣中的NOX含量。
權利要求
1.一種使一部分廢氣自柴油機(1)的排氣管(6，9)再循環到發動機進氣口的方法，該廢氣自排氣管(6，9)分流出來，經再循環導管(10)被引到安置在發動機和空氣入口(2)之間的可控閥裝置(12)，能以所希望的比率關係將空氣/再循環廢氣供給發動機燃燒室，該閥裝置包括安置在進氣道(17，18)內的分別為再循環廢氣和空氣的風門(20，21)，其特徵在於這些風門(20，21)之中的至少一個保持常開，而另一風門(20，21)藉助於為這些風門所共有的驅動馬達(22)來關閉。
2.按權利要求1的方法，其特徵在於來自排氣管(6，9)的廢氣在觸媒(7)和微粒過濾器(8)之後被分流。
3.按權利要求1或2的方法，其特徵在於由控制裝置(13)調節空氣/再循環廢氣的比率關係，該控制裝置根據有關發動機(1)實際運轉狀態的信息(14，15，16)來控制該閥裝置(12)。
4.按前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於再循環導管(10)中的廢氣在安置在再循環導管(10)內的冷卻器(11)內被冷卻。
5.按前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於在增壓柴油機中，將再循環廢氣供給到空氣進口(2)和增壓器(4)之間。
6.一種將一部分廢氣自柴油機(1)的排氣管(6，9)再循環到發動機進氣口的裝置，設置一再循環導管(10)將廢氣自排氣管(6，9)分流出來，並將它們引導到安置在發動機和其空氣入口(2)之間的可控閥裝置(12)，該閥能將空氣/再循環廢氣以所希望的比率關係供給發動機(1)的燃燒室，該閥裝置包括安排在進氣道(17，18)內的分別為再循環廢氣和空氣的風門(20，21)，其特徵在於將該閥裝置安排成使這些風門中的至少一個保持常開，而將為這些風門所共用的驅動馬達安排成關閉這些風門(20，21)中的另一個。
7.按權利要求6所述的裝置，其特徵在於閥裝置(12)的驅動馬達(22)受控制裝置(13)的控制，該控制裝置根據關於發動機實際運轉狀態的信息(14，15，16)藉助於風門(20，21)的各種位置來調節該閥裝置(12)中空氣/再循環廢氣的比率關係。
8.按權利要求6-7之一所述的裝置，其特徵在於該再循環導管(10)在觸媒(7)和微粒過濾器(8)之後連接於發動機的排氣管(6，9)。
9.按權利要求6-8之一所述的裝置，其特徵在於具有一個安置在再循環導管(10)內冷卻再循環廢氣的冷卻器(11)。
10.按權利要求6-9之一所述的裝置，其特徵在於在具有增壓器的柴油機中，該閥(12)被安排在空氣入口(2)和該增壓器之間。
11.按權利要求6-10之一所述的裝置，其特徵在於該驅動馬達是一個步進馬達，它被安置來每次操作這些風門(20，21)之一，並將其調節到一隨機位置。
12.按權利要求6-11之一所述的裝置，其特徵在於在一名義位置上的兩風門(20，21)由彈簧加載(28，92)到一開啟位置。
13.一種用以混合兩股流經兩進氣道(17，18)的流體的閥，其特徵在於風門(20，21)被安置在兩進氣道(17，18)內，這些風門中的至少一個是常開的，一公用馬達(22)被安排來關閉所述風門(20，21)中的另一個。
14.按權利要求13所述的閥，其特徵在於是一個步進馬達(22)，它被安置來每次操作這些風門(20，21)中的一個，並將其調節到一隨機位置。
15.按權利要求13或14所述的閥，其特徵在於在一名義位置上的兩風門(20，21)由彈簧加載(28，29)到一開啟位置。
16.一種調節柴油機的方法，來自柴油機的一部分廢氣被再循環到其進氣口，供給柴油機的新鮮空氣和再循環廢氣由受控制裝置(13)控制的閥裝置(12)調節，以調節所供給的新鮮空氣和再循環廢氣之間的比率關係，其特徵在於將來自Lambda測頭(14)、發動機轉速傳感器(15)和發動機負荷傳感器(16)的信息供給該控制裝置(13)，以藉助於所述信息和該閥裝置來調節柴油機的空氣/燃料比率關係。
17.按權利要求16所述的調節方法，其特徵在於將按 13-15之一所述的閥用作該閥裝置。
18.一種柴油機調節裝置，包括用以使來自柴油機的一部分廢氣再循環到其進氣口的裝置，和一個受控制裝置(13)控制用來調節供給柴油機的新鮮空氣和再循環廢氣從而調節所供新鮮空氣和再循環廢氣之間比率關係的閥裝置(12)，其特徵在於將Lambda測頭(14)，發動機轉速傳感器(15)和發動機負荷傳感器(16)連接於控制裝置，從而對其提供信息，並且設置一控制裝置(13)，藉助於所述信息和閥裝置(12)來調節柴油機的空氣/燃料比率關係。
19.按權利要求18所述的裝置，其特徵在於該閥裝置是一個按權利要求13-15之一所述的閥。
全文摘要
本發明涉及一種將一部分廢氣從柴油機(1)的排氣管(6,9)再循環到發動機進氣口的方法和裝置,該廢氣自排氣管(6,9)分流出來,經一再循環導管(10)被引導到設置在發動機和其進氣管(2)之間的一可控閾裝置(12),該可控閥裝置允許空氣/再循環廢氣以所希望的比率關係供給發動機(1)的燃料室。本發明還涉及一種具有兩可控進氣口的特殊閥,所述閥用於本發明的方法或裝置以及用於調節柴油機空氣/燃燒比率關係的調節方法和裝置。
文檔編號F02B29/04GK1332828SQ9981521
公開日2002年1月23日 申請日期1999年11月9日 優先權日1998年11月9日
發明者I·艾利松, M·布洛姆奎斯特 申請人:Stt伊姆特克公司