[发明专利]用于汽油燃料发动机的废气再循环系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及内燃机中的废气再循环，更精确的说涉及一种特别适用于汽油燃料发动机的废气循环系统。

背景技术

由于针对柴油机废气中氮氧化物(NOx)水平的所预期的更为严格的法规，现在全世界都在广泛地开展研发活动以生产出一种可在这种柴油机中净化废气并降低NOx排放水平的系统。这些研发工作大部分都集中在用于大功率(即在道路上)应用(例如重型货车的发动机)的涡轮增压柴油机的废气净化技术上。

为此提出了一些解决方案，包括含有几个子过程(例如，水的喷射，尿素的添加)的催化处理方法，其不仅昂贵且具有复杂又占空间的零部件这样形式的缺陷。EGR(废气再循环)概念吸引人们的兴趣是因为其不仅具有成本方面的优势而且预期能够提供安全的运行以及简单紧凑的结构。

在重型柴油机运转过程中发生的涡轮增压期间，排气压力在大多数情况下低于入口压力，因此若在没有为获得充足的废气供给而采取措施时，无法使废气进行再循环。这些措施可以为的形式，例如，文氏管方案，排气节流或进气节流。然而，直到现在这些解决方案仍然带有这样一些缺陷，形式为，例如，高压力损失带来的发动机效率降低，连同油耗增大以及烟尘产生。

通过在入口气流中设置文氏管，可以在文氏管中局部获得在进气道侧和排气道侧间有益的压力差，以及在涡轮上游就已经转移的废气，可以送入发动机的进气管。由于较低的燃烧温度，可以降低的NOx排放水平。

美国专利No.5,333,456(Bollinger)公开了设置在EGR供应流上游的旋管形式的流量阀。该控制阀设定为不能使用在涡轮增压发动机的进气道中。

美国专利No.5,611,203(Henderson等)公开了设置在紧挨着EGR供应流的进气管道中具有文氏管功能的流量调节器。废气供应的开口并不是位于新鲜空气被最强节流的地方，这样就会伴随有比所需要的更加强烈的节流，同时在由，例如附近的执行机构而产生的总压力损失变得显著。

SAE2000世界大会出版物，SAE技术论文系列2000-01-0225公开了一种具有轴向EGR供给的可变文氏管。该设计方案并未给出适当的文氏管形状，因为在喷射管的端部区域会出现新鲜空气的瞬时增大，并且因此压力损失会变得显著。由于因轴向供给而产生的相关压力损失，组件必须装配有弯管。而且，组件的尺寸无谓的庞大，这也是缺陷。该配置主要打算用于测量的目的而并没有考虑正常工作状态。

上述2003年7月7日申请的美国专利申请No.10/363350，在此将其整体引入作为参考，它通过提供包括设置为在入口处管道轴向移动的流线型主体的EGR系统而消除了上述现有技术的相关缺陷。该主体可以获得可变文氏管效果并且因此可获得可变抽吸效果以及混合流的混合。该系统还包括在使该主体在管路中向前或向后移动的执行机构。

美国专利申请No.10/363,350公开的EGR系统提供了关于柴油机的极好的效果，但该申请并没有提出所公开的装置关于汽油机的应用，汽油机表现出在柴油机中不会遇到的性能特点和相关问题。汽油机和柴油机之间的区别之一是气油机采用通常会降低发动机效率的节流阀来控制功率输出，而柴油机并没有节流阀。另外一个区别是当视图提高汽油机的功率时(即通过提高压缩比，提前定时等)会产生爆震问题；柴油机不会有这样的爆震问题。另外的区别是汽油机依靠三元催化转换器(三元指处理三种排放物氮氧化物，碳氢化合物以及一氧化碳)来减少排方，其催化剂在冷启动和高负荷运行过程中不能发挥作用，而柴油机并不使用这样的三元催化剂。而另外一个区别即是汽油机产生碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)以及NOx排放物，柴油机并不会排放大量的HC或是CO(但是有更多的NOx和微粒)。

虽然已经作出了很多努力来将EGR系统应用到汽油机上，但这些努力通常只取得了有限的成效并且仅仅是集中于降低NOx(如上所述，这对于柴油机比对于现代汽油机更值得考虑)上，而没有解决汽油机面对的问题。这种不够完善的努力公开于美国专利No.4,174,027(Nakazumi)和4,224,912(Tanaka)中。然而，自从在汽油机中开始广泛运用三元催化器，用来将EGR系统运用在汽油机上的努力如果还有也只是很少(因为常规的知识一直都说明EGR系统仅仅对减少NOx有用，并且因为三元催化器对NOx减排处理得如此之好以致于不再需要另外的NOx减排措施)。