[发明专利]涡轮增压柴油机中的气体再循环

说明书

技术领域

本发明涉及用于改进废气再循环性能的设备。明确地说，本发明涉及用于将废气再循环流诱导至发动机(诸如涡轮增压柴油机)的进气歧管中以在发动机运行瞬变期间提供改进的再循环废气混合和较一致的再循环废气流的设备

背景技术

在车辆排放控制的领域，众所周知，在发动机的某些运行状态期间，可通过将离开发动机的燃烧室的废气的一部分引入回至发动机的进气歧管中来使不需要的燃烧产物，诸如氮的氧化物(“NO_x”)减到最少。再循环废气稀释进入的新鲜进气空气，从而导致混合物至发动机，其提供用于减少NOx形成的两种主要机制。第一机制是混合物减小峰值缸内燃烧温度，其中废气充当散热器。第二机制是新鲜空气流的稀释，取代本将以其他方式吸取至燃烧室中的氧气中的一些。较低氧气含量导致供给产生NOx的较少的构成氧原子且导致NOx形成的总体减少。

在常规内燃机中，诸如(例如)图1中示意性地示出的发动机1，废气再循环通道2设置在引导离开发动机的燃烧室3的排气管路10与发动机的进气歧管20之间。废气再循环管路经常具备用于冷却废气的再循环至进气歧管中的部分的冷却器22，以及流量控制阀23。流量控制阀23可打开、关闭和/或节流以控制再循环废气的量，且进而较好地匹配发动机的再循环废气需要与当前发动机运行状态。如果发动机配备有涡轮增压器30，那么废气再循环通道2通常设置在涡轮增压器的压缩器部分31、中间冷却器40和/或任何进气流量控制装置50的下游，且在涡轮增压器的涡轮32和废气处理装置60的上游。

关于废气再循环系统的众所周知的问题在于使废气流从排气管路再循环至进气歧管以在某些发动机运行状况期间，即，当在排气管路与进气管路之间存在不利的压力比，或存在低排气质量流率状况时减少或甚至停止的倾向。举例来说，响应于发动机功率输出需求的突然增大，排气管路中可用的废气流可能太少以致无法向进气歧管供应充足的再循环废气来匹配供应至发动机的气缸的氧气和燃料的突然增多。在此些情况下，缺乏充足的再循环废气可导致在瞬变状况期间无法充分抑制NO_x形成，和超过NO_x排放要求的对应可能性。

一些再循环废气系统可能经历的额外问题是关于涡轮增压器的使用，因为涡轮增压器可在进气歧管中形成充足的压力以有效地停止废气通过废气再循环管路至进气管的流动，特别是在发动机输出需求瞬变期间。

改进废气再循环流的先前努力主要集中于在下游排气管中建立反压力，诸如通过至少部分关闭位于涡轮增压器的涡轮侧的上游或下游的下游排气制动阀，或通过使用昂贵的可变几何形状涡轮增压器，其叶片可调整以减少通过涡轮增压器的流且因此建立反压力。此些途径增大排气管路与进气歧管之间的废气再循环管路上的压力差。然而，即使借助此些排气管路组件的辅助，在许多瞬变发动机运行状况中也无法确保至进气歧管的充分的废气再循环流。

发明内容

鉴于现有技术的这些和其它问题，本发明的目标为在所有运行的发动机状况(尤其包括瞬变发动机运行状况)中提供增强的废气再循环流。进一步目标为在这些运行状况中提供再循环废气与新鲜空气的改进的混合。

这些和其它目标通过文氏管和皮托管喷嘴组件的新颖布置来解决，所述布置建立其中可采用柯恩达效应来增强实际上任何发动机运行状况下的废气再循环流的状况。这些布置进而帮助将在发动机运行状况(包括瞬变状况)期间超过排放限制的可能性减到最小。

柯恩达效应是一种现象，其中在相同类型的流体中流动的流体喷射，诸如气体喷射(例如，在气体中流动的气体喷射，或在液体中流动的液体喷射)在其通过邻近的凸面时偏转，从而遵循凸面的轮廓直到流体喷射流与表面分开为止。实际上，高速喷射符合凸面，因为其中高速喷射流动的流体不存在于高速喷射与邻近的凸面之间，即高速喷射的偏转“填充”本将以其他方式形成于防高速喷射和邻近的凸面之间的真空。根据伯努利流体流动方程，朝凸面的偏转伴随有邻近表面附近的压力的降低和流体速度的增大。