具有專用廢氣再循環廢氣埠和獨立廢氣閥控制的發動的製造方法
2023-06-20 19:01:51
具有專用廢氣再循環廢氣埠和獨立廢氣閥控制的發動的製造方法
【專利摘要】一種發動機組件，包括限定汽缸的發動機機體、廢氣系統和廢氣再循環系統。第一凸輪致動的廢氣閥配置為控制流體從汽缸到廢氣系統的流動。第二凸輪致動的廢氣閥配置為控制流體從汽缸到廢氣再循環系統的流動。第二閥的正時可獨立於第一閥的正時調節，由此能夠通過廢氣閥正時的操縱來控制EGR流。
【專利說明】具有專用廢氣再循環廢氣埠和獨立廢氣閥控制的發動機
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有廢氣再循環的發動機組件。
【背景技術】
[0002]一些車輛包括廢氣再循環(EGR)系統，以選擇地將內燃發動機廢氣導向到發動機的進氣口。EGR可降低一些不期望的發動機排放組分的水平，例如氮氧化物(Nox)，並且可改進燃料經濟型。EGR通常涉及通過發動機廢氣系統和發動機新鮮空氣進氣通道之間的EGR通道的廢氣的再循環。EGR通道內的閥(EGR閥)被控制來改變EGR通道內的約束，以調節通過其的廢氣流動。
【發明內容】
[0003]一種發動機組件，包括限定汽缸的發動機機體；曲軸；進氣系統；廢氣系統；和廢氣再循環系統。進氣閥配置為控制流體從進氣系統到汽缸的流動。第一廢氣閥配置為控制從流體汽缸到廢氣系統的流動。第二凸輪致動的廢氣閥配置為控制流體從汽缸到廢氣再循環系統的流動。第一凸輪配置為致動第一廢氣閥，第二凸輪配置為致動第二廢氣閥。第二凸輪可獨立於第一凸輪相對於曲軸的相位而相對於曲軸相位調節。專用的EGR凸輪凸角的相對於主廢氣凸輪凸角的相位調節可因而被動態控制，以控制EGR量。
[0004]本文提供的發動機組件可通過外部EGR的可靠引入(通過消除EGR閥)改進燃料燃燒效率。由於體積最小化以及快速響應凸輪相位調節，發動機組件還可改進EGR響應時間。
[0005]在結合附圖理解時，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點通過下面實現本發明的最佳模式的詳細描述而變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是發動機組件的一部分的示意性俯視圖；
[0007]圖2是圖1的發動機組件的示意性俯視圖，包括應用到所有發動機汽缸的進氣系統、廢氣系統和EGR系統；
[0008]圖3是圖1的發動機組件的示意性側剖視圖；
[0009]圖4是圖1的發動機組件的另一示意性側剖視圖；
[0010]圖5是描繪圖4的廢氣閥的閥升程曲線圖；和
[0011]圖6是描繪圖4的廢氣閥在相位調節之後的閥升程曲線圖。
【具體實施方式】
[0012]參照附圖，其中，貫穿幾幅視圖，相似的附圖標記表示相同或對應的部件，圖1中所見的是內燃發動機10。發動機10包括限定多個汽缸18A-D的發動機機體14。發動機10進一步包括多個活塞22A-D。每一個活塞22A-D定位在汽缸18A-D中的相應的一個內，用於在其中在上止點位置和下止點位置之間往復平移，如本領域中技術人員所理解的。[0013]每一個活塞22A-D通過相應的連杆(顯示在圖3中的30處)操作地連接到曲軸(顯示在圖2中26處)，以使每一個活塞的往復平移造成曲軸26的旋轉，反之亦然。每一個汽缸18A-D包括由汽缸蓋(顯示在圖3中46處)形成的一個或多個(在描繪的實施例中顯示為兩個)相應的進氣埠 38A-H和兩個相應的廢氣埠 42A-H。參照圖1和2，每一個進氣埠 38A-H與進氣系統52的進氣歧管50通過相應的流道56A-H選擇地流體連通，以接收包括空氣和再循環廢氣的充氣。
[0014]每一個汽缸18A-D具有一個或多個(在描繪的實施例中顯不為兩個)與其相關聯的相應的進氣閥54A-H。每一個進氣閥54A-H可在打開位置和閉合位置之間運動，在打開位置中，與進氣閥相關聯的汽缸通過其相應的進氣埠 38A-H和流道56A-H和氣室50流體連通，在閉合位置中，進氣閥54A-H阻塞進氣埠 38A-H中的相應一個，由此來阻止與進氣閥相關的汽缸18A-D和進氣系統52之間的流體連通。因而，從進氣歧管50進入汽缸18A-D中的每一個的空氣流57由一個或多個進氣閥54A-H控制。
[0015]在所描繪的實施例中，每一個汽缸18A-D具有一個廢氣埠 42A，42C，42E，42G，其與廢氣系統60選擇的流體連通，廢氣系統60配置為將汽缸18A-D中產生的廢氣64的一部分輸送到大氣61。更具體地，廢氣系統60包括廢氣歧管62。廢氣埠 42A、42C、42E、42G中的每一個與廢氣歧管62通過相應的流道66A、66C、66E、66G選擇地流體連通。進入廢氣歧管62中的流體被導向到大氣61。廢氣系統60可包括其他部件(未示出)，例如廢氣處理系統(例如催化器)，以在廢氣64離開廢氣系統60之前改變廢氣64的化學組分。如果發動機10被渦輪增壓，則廢氣系統可還包括渦輪機(未示出)。
[0016]每一個汽缸18A-D還具有一個廢氣埠 42B、42D、42F、42H，其與廢氣再循環(EGR)系統68選擇地流體連通。EGR系統68包括EGR收集器70，EGR收集器70通過相應的流道66B、66D、66F、66H與廢氣埠 42B、42D、42F、42H中的每一個流體連通。收集器70與進氣系統52選擇地流體連通。更具體地，進氣系統52包括進氣管道74，進氣管道74在大氣61和進氣歧管50之間提供流體連通。EGR收集器70與管道74選擇地流體連通，以使收集器70中的廢氣64可進入管道74中，並且之後被傳輸到進氣歧管50，以引入汽缸18A-D中。
[0017]在所描述的實施例中，EGR系統68包括單向閥78，單向閥78允許流體從收集器70流動到管道74，但是阻止流體從管道74流動到收集器70。
[0018]每一個汽缸18A-D具有與其相關聯的兩個相應的廢氣閥58A-H。廢氣閥58A、58C、58E、58G中的每一個可在打開位置和閉合位置之間運動，在打開位置中，與廢氣閥相關聯的汽缸與廢氣歧管62通過其相應的廢氣埠 42A、42C、42E、42G流體連通，在閉合位置中，廢氣閥58A、58C、58E、58G阻塞其相應的廢氣埠 42A、42C、42E、42G，由此阻止與廢氣閥相關聯的汽缸18A-D和廢氣歧管62之間的流體連通。
[0019]廢氣閥58B、58D、58F、58H中的每一個可在打開位置和閉合位置之間運動，在打開位置中，與廢氣閥相關聯的汽缸和EGR收集器70通過其相應的廢氣埠 42B、42D、42F、42H流體連通，在閉合位置中，廢氣閥58B、58D、58F、58H阻塞其相應的廢氣埠 42B、42D、42F、42H，由此阻止與廢氣閥相關聯的汽缸18A-D和EGR收集器70之間的流體連通。
[0020]應注意的是，所描繪的實施例中的EGR系統68和廢氣系統60是分立的且為不同的系統，並且不是同延的(coextensive)。EGR系統68和廢氣系統60之間不存在直接的流體連通。不存在允許從廢氣系統60到進氣系統52的流體連通(廢氣流)的EGR通道。因而，通過埠 42A、42C、42E、42G進入廢氣系統60的廢氣64不能進入EGR系統68或進氣系統52，除非通過汽缸18A-D中的一個或在被釋放到大氣61之後。類似地，通過埠 42B、42D、42F、42H進入EGR系統68的廢氣64在未首先行進通過進氣系統52和/或通過汽缸18A-D中的一個的情況下不能進入廢氣系統60。因此，埠 42B、42D、42F、42H是專用的EGR廢氣埠:通過埠 42B、42D、42F、42H的廢氣流被用於EGR，並且在在未首先被再循環通過發動機10的情況下不被導向到大氣。
[0021]進氣閥54A-H被彈簧偏置到閉合位置中。發動機10包括進氣閥致動器86A-H，每一個進氣閥致動器配置為選擇地使進氣閥54A-F中的相應的一個在其打開和閉合位置之間運動。在所描繪的實施例中，致動器86A-H操作地接合進氣凸輪軸90。廢氣閥58A-H也被彈簧偏置到閉合位置中。發動機10包括廢氣閥致動器94A-H，每一個配置為選擇地使廢氣閥58A-H中的相應的一個在其打開位置和閉合位置之間運動。致動器94A-H操作地接合廢氣凸輪軸組件100。本領域中的技術人員將意識到，在所要求保護的發明的範圍內，可採用多種閥致動器，例如凸輪操作的搖臂、凸輪操作的指形從動件(finger follower)、螺線管等。
[0022]圖3和4示意性地描繪了汽缸18A和與汽缸18A相關聯的閥54A、54B、58A、58B。應注意的是，汽缸18A是其他汽缸18B-D的代表。參照圖3，在所描述的實施例中的發動機10還包括多個火花塞108，每一個配置為在汽缸18A-D中的相應的一個中提供火花。但是，在所要求保護的發明的範圍內，也可採用壓縮點火發動機。凸輪軸90包括操作地連接到其以隨其一起旋轉的多個進氣凸輪112。每一個進氣凸輪112與進氣閥致動器86A-H中的相應一個接合，如本領域技術人員可理解的。凸輪軸90操作地連接到曲軸26，例如通過齒輪、鏈驅動或皮帶驅動，以使在曲軸26每旋轉兩次時凸輪軸90旋轉一次。凸輪112的凸角在凸輪軸90旋轉時使進氣閥54A打開和閉合，如本領域技術人員所理解的。
[0023]參照圖3和4，發動機10具有發動機機體14，發動機機體14限定汽缸18A，汽缸18A具有進氣埠 38A、38B，第一廢氣埠 42A，和第二廢氣埠 42B。發動機還包括曲軸26、與進氣埠 38A通過流道56A流體連通的進氣系統(圖1中顯示在52處)、與第一廢氣埠42A通過流道66A流體連通的廢氣系統(顯示在圖1中60處)、和與第二廢氣埠 42B通過流道66B流體連通的廢氣再循環系統(顯示在圖1中68處)。廢氣再循環系統68提供從第二廢氣埠 42B到進氣系統52的流體連通，並且不與廢氣系統60直接流體連通，即廢氣再循環系統68不與廢氣系統60流體連通，除非通過汽缸18A-D中的一個，或通過大氣61。
[0024]發動機10還包括凸輪致動的進氣閥54A，該進氣閥54A配置為控制流體(即空氣57)從進氣系統52通過進氣埠 38A到汽缸18A的流動。第一凸輪致動的廢氣閥58A配置為控制流體(即廢氣64)從汽缸18A通過第一廢氣埠 42A到廢氣系統60的流動。第二凸輪致動的廢氣閥58B配置為控制流體(即廢氣64)從汽缸18A通過第二廢氣埠 42B到廢氣再循環系統68的流動。
[0025]第一凸輪116配置為致動第一凸輪致動的廢氣閥58A。第二凸輪120配置為致動第二凸輪致動的廢氣閥58B。第二凸輪120可相對於曲軸26相位調節，獨立於第一凸輪116相對於曲軸26的相位。
[0026]更具體地，在所描述的實施例中，凸輪軸組件100配置為致動第一和第二廢氣閥58A、58B。凸輪軸組件100具有第一軸124和第二軸128。第一軸124和第二軸128同中心布置；第二軸128布置在第一軸124內部的圓柱狀空腔內。第一軸124和第二軸128可相對於彼此在有限的範圍內選擇地旋轉。
[0027]第一凸輪116操作地連接到第一軸124，以隨其整體運動，並且第二凸輪120操作地連接到第二軸128，以隨其整體運動。發動機10包括凸輪相位器132，其通過第二軸128操作地連接到第二凸輪120 ;凸輪相位器132配置為獨立於第一凸輪116相對於曲軸的相位關係而選擇地調節第二凸輪120相對於曲軸26的相位關係。
[0028]在所描繪的實施例中，用於閥58D，58F，58H的凸輪(未示出)連接到第二軸128，以隨其一起運動，用於閥58C，58E，58G的凸輪(未示出)連接到第一軸124，以隨其一起運動。因此，調節第二軸128相對於第一軸124的旋轉位置造成在所有汽缸18A-D中的廢氣閥的正時改變。但是，應注意的是，在所要求保護的發明的範圍內，不是所有的汽缸18A-D可包括具有可獨立調節閥正時的專用EGR廢氣埠。
[0029]參照圖5，第一廢氣閥58A的閥升程曲線208和第二廢氣閥58B的閥升程曲線212圖示為曲軸200相對於活塞22A的上止點位置204的旋轉位置(以曲柄角度表示)的函數。在圖示的實施例中，第二凸輪120具有與第一凸輪116不同的尺寸和形狀，並且因而第二閥58B的升程曲線212與第一閥58A的升程曲線不同。但是，應注意到，在所要求保護的發明的範圍內，第二凸輪120和第一凸輪116可具有相同的尺寸和形狀。在圖5中，相位器132設置成使第二廢氣閥58B在第一廢氣閥58A之前打開，由此增加來自於汽缸18A的被導向到EGR系統68的相對於被導向至廢氣系統60的廢氣64的相對量。
[0030]進入EGR系統68中的廢氣64的相對量可通過改變第一和第二廢氣閥58A、58B的正時而選擇地改變。因而，例如，並且參照圖6，凸輪相位器132可提前第一閥58A的正時，以使其具有圖6中208處所示的曲線，並且可延遲第二閥58B的正時，以使其具有圖6中212處所示的曲線。與圖5中所示的正時相比較,通過圖6中所示的正時,與廢氣系統60相t匕，更少的廢氣64被發送到EGR系統68。
[0031]雖然已經詳細描述了實現本發明的最佳模式，但是熟悉本發明相關領域的技術人員將意識到在所附權利要求範圍內的實踐本發明的替代設計和實施例。
【權利要求】
1.一種發動機組件，包括: 發動機機體，限定汽缸； 曲軸； 進氣系統； 廢氣系統； 廢氣再循環系統； 凸輪致動的進氣閥，配置為控制流體從進氣系統到汽缸的流動； 第一凸輪致動的廢氣閥，配置為控制流體從汽缸到廢氣系統的流動； 第二凸輪致動的廢氣閥，配置為控制流體從汽缸到廢氣再循環系統的流動； 第一凸輪，配置為致動所述第一凸輪致動的廢氣閥；和 第二凸輪，配置為致動所述第二凸輪致動的廢氣閥，所述第二凸輪可獨立於第一凸輪相對於曲軸的相位而相對於曲軸相位調節。
2.根據權利要求1所述的發動機組件，進一步包括凸輪軸組件，所述凸輪軸組件配置為致動第一和第二廢氣閥； 所述凸輪軸組件具有第一軸和第二軸，所述第一軸和所述第二軸中的一個同中心地布置在所述第一和第二軸中的另一個內； 所述第一和所述第二軸配置為用於其之間的可變相位調整； 其中，第一凸輪操作地連接到第一軸，以隨其整體運動；並且 其中，第二凸輪操作地連接到第二軸，以隨其整體運動。
3.根據權利要求1所述的發動機組件，進一步包括凸輪相位器，其操作地連接到第二凸輪，並且配置為選擇地調節第二凸輪相對於曲軸的相位關係。
4.根據權利要求1所述的發動機組件，其中，第二凸輪特徵在於與第一凸輪不同的尺寸或形狀。
5.一種發動機組件，包括: 發動機機體，限定汽缸，所述汽缸具有進氣埠、第一廢氣埠和第二廢氣埠 ； 曲軸； 進氣系統，與進氣埠流體連通； 廢氣系統，與第一廢氣埠流體連通，並且不與第二廢氣埠流體連通； 廢氣再循環系統，其提供從第二廢氣埠到進氣系統的流體連通，並且其不與第一廢氣埠流體連通； 第一凸輪致動的廢氣閥，配置為控制流體通過第一廢氣埠的流動； 第二凸輪致動的廢氣閥，配置為控制流體通過第二廢氣埠的流動； 第一凸輪，配置為致動所述第一凸輪致動的廢氣閥；和 第二凸輪，配置為致動所述第二凸輪致動的廢氣閥，所述第二凸輪可獨立於第一凸輪相對於曲軸的相位而相對於曲軸相位調節。
6.根據權利要求5所述的發動機組件，進一步包括凸輪軸組件，其具有第一軸和第二軸，所述第一軸和所述第二軸中的一個同中心布置在所述第一軸和第二軸中的另一個內； 所述第一和第二軸配置為用於其之間的可變相位調整； 其中，所述第一凸輪操作地連接到第一軸，以隨其整體運動；並且其中，所述第二凸輪操作地連接到第二軸，以隨其整體運動。
7.根據權利要求5所述的發動機組件，進一步包括凸輪相位器，其操作地連接到第二凸輪，並且配置為選擇地調節第二凸輪相對於曲軸的相位關係。
8.根據權利要求5所述的發動機組件，其中，第二凸輪特徵在於與第一凸輪不同的尺寸或形狀。
9.一種方法，包括: 提供發動機，所述發動機具有限定汽缸的機體，汽缸具有第一廢氣埠、第二廢氣埠、控制通過第一廢氣埠的流體流動的第一廢氣閥、控制通過第二廢氣埠的流體流動的第二廢氣閥、進氣系統、提供從第一廢氣埠到大氣的流體連通的廢氣系統、提供從第二廢氣埠到進氣系統的流體連通的廢氣再循環系統，所述廢氣再循環系統和所述廢氣系統分立，並且彼此不同延；和 通過調節第二廢氣閥相對於第一廢氣閥的正時而調節進入廢氣再循環系統的廢氣的量。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，發動機包括曲軸、配置為致動第一廢氣閥的第一凸輪和配置為致動第二閥的第二凸輪；並且 其中，所述調節第二廢氣閥的正時包括獨立於第一凸輪相對於曲軸的相位來調節第二凸輪相對於曲軸的相位。`
【文檔編號】F02D21/08GK103511132SQ201310250044
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月21日 優先權日:2012年6月22日
【發明者】E.J.基廷 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司