[發明專利]用于內燃機的內部冷卻廢氣再循環系統及其方法

有效

• 申請號: 201380070840.9
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN104937253B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 尼馬爾·穆利;什里克里什納·薩內;奧薩南·L·巴羅斯內托
• 申請（專利權）人: 秘方能源私人有限公司
• 主分類號: F02M26/22
• 分類號: F02M26/22;F02M26/01;F02M26/36;F02M26/00;F02M25/025;F02M25/03;F02B47/08;F02M25/028;F02M21/08;F02B47/02
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李靜;馬強

提供了一種裝配有廢氣再循環(EGR)系統和裝置的內燃機，以用于在點火之前通過將霧化水噴射到再循環的廢氣中內部地冷卻廢氣。霧化水噴霧可位于進口歧管中或者直接在氣缸中。發動機可使用火花點火或壓縮點火。內燃機以大于12:1的壓縮比和貧空燃比進行操作。還提供了一種用于控制在發動機中再循環的廢氣的量且用于控制所添加的水量的方法。本發明的發動機具有更高的熱力學效率以及有利的NOx排放。

相關申請的交叉引證

本申請要求于2012年11月20日提交的美國臨時專利申請第61/728,516號以及于2013年1月17日提交的美國臨時專利申請第61/753,719號的優先權，這兩個臨時專利申請的內容通過引證結合于此。

技術領域

本發明總體上涉及內燃機。更具體地，本發明涉及具有廢氣再循環的內燃機。

背景技術

本發明涉及具有至少一個往復活塞的內燃機，該往復活塞與直接冷卻廢氣再循環(EGR)一起操作。在本文中陳述的原理可用于通常以汽油(石油)、天然氣或乙醇混合物操作的火花點火(SI)發動機中，或者可用于通常以柴油、生物柴油、JP-8或其他噴氣燃料變體、煤油或重油操作的壓縮點火(CI)發動機中。本發明適用于具有廢氣再循環的自然吸氣的和強制吸氣內燃機。本發明適用于直接燃料噴射發動機和端口燃料噴射發送機。

容易理解在內燃機中使用EGR，并且將其廣泛地應用于商用產品中。再循環到汽油發動機的燃燒室中的廢氣替換氣缸中一定量的可燃裝料，并且在柴油發動機中，廢氣替換在預燃混合物中過量的氧氣。可燃裝料的替換造成較低的燃燒溫度并且在減少NOx形成(其主要在氮氣和氧氣的混合物經受高于1371℃(1644°K)的溫度時形成)的方面有效。再循環的廢氣替換進入的空氣，并且通過加熱降低裝料密度。這種組合效應有助于減少泵送損失，從而盡管以較小的功率也使得發動機效率增大。因此，EGR是一種有效的方法，以用于在SI和CI發動機中減少氧化氮(“NOx”)排放并且提高奧托循環(Otto-cycle)發動機效率。

重新引回燃燒室中的廢氣降低了峰值燃燒溫度。這種溫度降低主要是因為返回的廢氣不參與燃燒，并因此，不傳送任何燃燒能量。廢氣提供額外的熱質量，并且允許燃燒能量分配給較高的總體熱質量，其中，與不具有EGR的情況相比，在具有EGR的情況下的質量和熱容的乘積(m*Cv)更大。由EGR再循環提供的溫度下降降低了燃燒溫度，并因此，有效地控制并減少NOx形成。EGR允許在具有任何規定的負荷下具有更大的歧管壓力，以導致裝料循環工作減少，從而降低了燃料消耗量。

存在將廢氣重新引回燃燒室中的兩種方法。第一種方法是通過閥門定相或氣門重疊的內部廢氣再循環(i-EGR)。氣門重疊是一種早期打開進氣閥以在排氣沖程期間允許廢氣進入進氣軌道中的狀態，或者是一種稍后在排氣沖程期間排放閥保持打開以允許廢氣進返回燃燒室中的狀態。這通常通過以下方式實現：使用可變閥定時系統來改變凸輪軸定相，以根據發送機操作點調節氣門狀態，來優化EGR優點。在圖1中示出了顯示具有內部EGR的廢氣經由進氣閥11流動的現有技術發動機的示意圖，在排氣沖程結束的早期打開該進氣閥，以在活塞12的排氣沖程期間允許廢氣14從燃燒室15進入進氣軌道16中，并且在活塞12的進氣沖程期間與進入燃燒室15的進氣裝料空氣13混合。

參照圖2，現有技術發動機的示意圖示出了在內部EGR的情況下廢氣流經排放閥21。在活塞22的排氣沖程之后，排放閥21保持打開，并且在活塞22的進氣沖程期間允許排放軌道26中的廢氣23返回24燃燒室25。