[发明专利]具有内部EGR系统的发动机

说明书

技术领域

本发明主要涉及四冲程循环柴油机，特别地，本发明涉及配备有DPF(柴油机颗粒过滤器)、变几何涡轮增压器、以及内部EGR(废气再循环)系统的发动机，所述内部EGR系统构成为通过允许排气阀在吸气冲程中稍微提升而使得废气的一部分在发动机的气缸中与充入气缸的空气(charged air)汇合在一起。

背景技术

存在采用内部EGR系统的四冲程循环柴油机和四冲程循环燃气发动机，在所述内部EGR系统中，通过允许排气阀在吸气冲程中进行小的升程而使得一部分废气在发动机的气缸内与充入气缸的空气汇合在一起。这被称为排气阀半升程类型的内部EGR系统。

下面参照图6描述排气阀半升程类型的内部EGR系统。在图6中，排气阀7的阀升程曲线和进气阀5的阀升程曲线与曲柄角的关系由Es和In分别表示。在排气冲程中的排气阀升程Ex在此被称为主排气阀升程。所述排气阀7在吸气冲程中再次提升小的升程Hs，如由排气阀7的半升程Es所示。通过在吸气冲程中提升排气阀小的升程Hs，在排气通道中的一部分废气回流到气缸内。由此，内部EGR被执行并且减少NOx生成。

在此披露了几种类型的内燃机的EGR系统。例如，日本公开待审的专利申请NO.7-133726(专利文献1)披露了一种内燃机的进气控制系统。根据所述系统，进气控制阀设置在进气通道中。就在吸气冲程结束之前将进气控制阀和进气阀顺序关闭，从而在进气通道内形成负压。就在排气冲程结束前在进气控制阀打开之前打开所述进气阀时，在活塞的向上运动的辅助下，气缸内的燃烧气体流入到保持负压的进气通道内。流入到进气通道内的燃烧气体作为EGR气体与吸气冲程中的进气一起流进气缸内。以此方式，执行内部EGR。根据例如发动机负荷和转速的发动机操作状态，通过控制进气控制阀或其它装置来控制进气通道内的负压，可以控制EGR气体的流量。

日本公开待审的专利申请NO.2005-48743(专利文献2)披露了配备有例如催化转化器和柴油颗粒过滤器(DPF)的废气后处理装置的涡轮增压发动机的一种控制系统。在此系统中，具有用于计算在DPF中由于颗粒物质的沉积作用而减少的DPF的等效流动面积的装置和用于根据DPF的等效流动面积的减小控制变几何涡轮增压器的喷嘴角的装置。当由于在DPF内的颗粒物质的沉积作用而导致排气背压增加时，所述喷嘴角增加，也就是说，喷嘴叶片的尖端之间的面积增加从而排气背压降低并且抑制了EGR率的增加。

在配备有排气阀半升程类型的内部EGR系统的发动机中，所述排气阀在吸气冲程中再次提升由图6中所示的小升程(Hs)，从而排气通道内的一部分废气回流进入气缸内以便与充入气缸的空气混合。当由于颗粒物质的沉积作用位于涡轮增压器的下游的DPF内的流阻增加时，排气背压增加并且流入到发动机的进气减少，结果发生过多的废气再循环，由此增强了主要由碳粒子组成的颗粒物质的产生和增强了在DPF内的颗粒物质的沉积。此外，当所述内部EGR率过大时，燃烧温度增加，并且由于燃烧温度的增加通过EGR减少NOx生成物的效应降低。

特别地，在设置有颗粒过滤器的发动机的情况下，当在颗粒过滤器内的颗粒物质的沉积增加时，由于在所述颗粒过滤器中流阻增加导致排气背压增加。所述排气背压增加引起空气供给降低，这引起内部EGR率的增加。

在专利文献1所披露的系统中，通过控制在进气控制阀与进气阀之间的进气通道内的负压，控制内部EGR量(EGR mounts)。然而，该专利文献1没有披露一种能够处理由于增加的EGR率引起的燃烧温度的增加导致的问题的装置。

在专利文献2所披露的系统中，将所述系统应用到配备有变几何涡轮增压器的发动机，并且根据在DPF中由于颗粒物质的沉积而导致的等效流动面积的减少增加涡轮的喷嘴角以便增加喷嘴面积。然而，所述系统非常复杂并且不容易对喷嘴角进行高精确度控制，并且在专利文献2中也没有披露一种能够处理由于增加的EGR率引起的燃烧温度的增加导致的问题的装置。

发明内容

根据上述问题做出本发明，并且本发明的目的是提供一种配备有变几何涡轮增压器和颗粒过滤器的发动机，且可以准确地并且以简单的装置来根据由于在颗粒过滤器中的颗粒物质的沉积作用而致的内部EGR率的变化控制变几何涡轮增压器的喷嘴角(喷嘴面积)。本发明的另一个目的是提供一种具有内部EGR系统的发动机，利用所述内部EGR系统，在没有减少发动机的使用寿命的情况下，可以实现利用EGR减少NOx排放的效应。