[发明专利]多功能节流阀

说明书

技术领域

本申请涉及机动车辆工程领域，并且更具体地，涉及机动车辆发动机系统中的进气和排气再循环。

背景技术

增压发动机可以表现出比相似输出功率的自然吸气发动机更高的燃烧和排气温度。这些更高的温度可能引起发动机的氮氧化物(NO_X)排放物的增加，并且可能加快材料老化，包括排气后处理催化剂老化。排气再循环(EGR)是减轻这些影响的一种方法。EGR通过用排气稀释进气充气来工作，由此减少它的氧含量。当产生的空气-排气混合物被用来代替普通的空气支持发动机中的燃烧时，产生较低的燃烧和排气温度。EGR还可以通过减小节流损失和排热来改善汽油发动机中的燃料经济性。

在装备有被机械地连接到涡轮的涡轮增压压缩机的增压发动机系统中，排气可以通过高压(HP)EGR回路或通过低压(LP)EGR回路被再循环。在HP EGR回路中，排气从涡轮的上游被带走并且与压缩机下游的进气混合。在LP EGR回路中，排气从涡轮的下游被带走并且与压缩机上游的进气混合。

HP和LP EGR策略达到了发动机负荷-转速图的不同区域中的最佳效能。例如，在运行理论空燃比的增压汽油发动机上，在低负荷，HP EGR是期望的，在低负荷下进气真空度提供充分的流动势(flow potential)；在较高的负荷，LP EGR是期望的，在较高的负荷下LP EGR回路提供了更大的流动势。也存在用于汽油发动机和柴油发动机的两种策略之间的各种其它折中。此外，每个策略呈现出了其自身的控制系统的挑战。例如，HP EGR在低负荷下最有效，在低负荷下进气真空度提供足够的流动势。在较高的负荷下，可能难以保持期望的EGR流速。另一方面，LP EGR提供从中等发动机负荷到高发动机负荷的充分流量，但是可能缓慢地响应于改变的发动机负荷、发动机转速或进气流量。特别是在汽油发动机中，当需要新鲜空气来维持燃烧而被EGR稀释的空气存在于节流阀的上游时，这种不满意的瞬态响应可以包括在松开加速器踏板(TIP-out)工况期间的燃烧不稳定性。虽然处于较低的绝对压力，但当被EGR稀释的空气保留在节流阀的上游时，此时打开压缩机旁通阀提供了对该问题的部分但不完整的补救。此外，在踩加速器踏板(TIP-in)工况期间可能发生EGR可用性的明显滞后，因为积聚在进气歧管中的EGR的量可能不足以提供期望的燃烧和/或排放控制性能。

已经针对装备EGR的发动机系统中的瞬态控制问题提出了各种方法。例如，Gray Jr.的美国专利号6,470,682提供了基本进气歧管和附加进气歧管，新鲜空气和被冷却的LP EGR通过基本进气歧管被提供给柴油发动机，附加进气歧管仅供应新鲜空气到发动机。附加进气歧管的动力由速动的电驱动空气压缩机来提供。当扭矩需求快速增加时，速动压缩机被接通，置换基本进气歧管中存在的空气与EGR的混合物并提供增加的氧气量给发动机，以增大扭矩。然而，这种系统是柴油发动机特有的，其可能不节流，并且即使处于怠速也可以容许大量的EGR。因此，Gray Jr.设法解决的特定瞬态控制问题不同于在火花点火式发动机中经历的那些问题。

发明内容

此处，发明人已经意识到借助于独特的进气道安装(port-mounted)的节流阀，能够实现装备有LP EGR的发动机系统中的改进的瞬态控制。因此，在一个实施例中，提供了一种发动机系统。该发动机系统包括空气净化器、被连接到进气道的燃烧室以及进气歧管。进气歧管被配置成接收来自空气净化器的空气并在一些工况下接收来自燃烧室的排气。该发动机系统进一步包括经由出口被连接到进气道的多功能筒型节流阀，该节流阀具有被连接到进气歧管的第一进口和被连接到空气净化器的第二进口。

在一个实施例中，进气歧管被连接到压缩机的下游。

在另一个实施例中，进气歧管被连接到压缩机的下游，其中压缩机被机械地连接到排气驱动的涡轮。

在另一个实施例中，进气歧管被连接到压缩机的下游，其中压缩机被机械地连接到排气驱动的涡轮，发动机系统进一步包括被配置成将排气从涡轮下游的位置传送到压缩机上游的位置的排气再循环通道。