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二次空气喷射系统和方法

阅读：260发布：2020-05-28

专利汇可以提供二次空气喷射系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及二次空气喷射系统和方法。根据本发明的一个实施例，内燃机包括在所述内燃机的汽缸盖中的第一排气口、联接至二次空气系统的第一单向阀，该第一单向阀构造成限制从所述第一排气口到二次空气系统的流体连通。所述发动机还包括在所述汽缸盖中的第二排气口、和联接至所述二次空气系统的第二单向阀，该第二单向阀构造成限制从所述第二排气口到所述二次空气系统的流体连通，其中所述第一和第二排气口与涡轮增压器流体连通。，下面是二次空气喷射系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种内燃机，包括：
在所述内燃机的汽缸盖中的第一排气口；
联接至二次空气系统的第一单向阀，该第一单向阀构造成限制从所述第一排气口到所述二次空气系统的流体连通；
在所述汽缸盖中的第二排气口；以及
联接至所述二次空气系统的第二单向阀，该第二单向阀构造成限制从所述第二排气口到所述二次空气系统的流体连通，其中所述第一和第二排气口与涡轮增压器流体连通。
2.如权利要求1的内燃机，包括：
在所述汽缸盖中的第三排气口；
联接至所述二次空气系统的第三单向阀，该第三单向阀构造成限制从所述第三排气口到所述二次空气系统的流体连通；
在所述汽缸盖中的第四排气口；以及
联接至所述二次空气系统的第四单向阀，该第四单向阀构造成限制从所述第四排气口到所述二次空气系统的流体连通，其中所述第三和第四排气口与所述涡轮增压器流体连通。
3.如权利要求2的内燃机，其中所述第一、第二、第三和第四排气口以升序线性排列，并对应于四缸内燃机的各个汽缸。
4.如权利要求3的内燃机，其中所述第一和第二单向阀联接至所述二次空气系统的第一通道，所述第三和第四单向阀联接至所述二次空气系统的第二通道。
5.如权利要求2的内燃机，其中所述涡轮增压器包括双涡流涡轮增压器。
6.如权利要求1的内燃机，其中所述第一和第二单向阀每个都包括簧片阀。
7.如权利要求1的内燃机，其中所述第一和第二单向阀包括双簧片阀。
8.如权利要求1的内燃机，其中所述第一和第二单向阀均分别紧密至所述第一和第二排气口。
9.一种用于内燃机的二次空气喷射系统，所述二次空气喷射系统包括：
联接至所述内燃机的第一排气口和第二排气口的第一二次空气通道，其中所述第一和第二排气口与涡轮增压器流体连通；
与所述第一二次空气通道流体连通的二次空气供应源；
构造成限制从所述第一排气口到所述第一二次空气通道的流体连通的第一单向阀；以及
构造成限制从所述第二排气口到所述第一二次空气通道的流体连通的第二单向阀。
10.一种用于内燃机的二次空气喷射方法，包括：
引导来自所述内燃机的燃烧气体至所述内燃机的第一排气口和第二排气口，所述第一和第二排气口彼此相邻；
从第一二次空气通道通过第一单向阀喷射空气进入所述第一排气口；
从所述第一二次空气通道通过第二单向阀喷射空气进入所述第二排气口；以及从所述第一和第二排气口输送排气混合物至涡轮增压器。

说明书全文

二次空气喷射系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及内燃机，更特别地，本发明涉及用于内燃机的二次空气喷射系统。

背景技术

[0002] 内燃机的发动机控制模块控制供给至发动机燃烧室的燃料与空气的混合物。在火花塞点燃空气/燃料混合物之后，发生燃烧，之后燃烧气体通过排气门排出燃烧室。燃烧气体通过排气歧管引导至催化转化器或其它排气后处理系统。

[0003] 在某些发动机操作期间，进入排气歧管的燃烧气体未完全燃烧。如果有足量的氧气，那么燃烧气体会在排气歧管中继续燃烧。使用二次空气喷射系统向排气流中喷射另外的空气，以允许继续燃烧，这提高了排气后处理系统的性能，并降低了排放。

[0004] 另外，可给发动机增加涡轮增压器，以提供增强的性能和降低排放。常常使用双涡流技术来进一步增强涡轮增压发动机的性能，特别是直列四缸或六缸发动机以及具有“V”形或“平面”架构的发动机。在具有双涡流或双涡轮技术特征的发动机中，发动机的排气歧管被设计成将汽缸分组，使得各组中的汽缸事件被分开，以最小化汽缸与汽缸之间的排气流干涉。例如，汽缸组可形成为当各汽缸组经历燃烧时提供有次序的高脉冲能量来驱动涡轮叶轮，从而保持排气脉冲的强度或大小。因此，相对于第二点火汽缸组基本上不同相（基本上未点火）的第一汽缸组并不与点燃第二汽缸组引起的排气脉冲干涉或降级该脉冲。因而，双涡流涡轮增压器系统增大了作用在涡轮叶轮上的力，从而提高涡轮性能。然而，二次空气喷射系统可通过允许汽缸组排气流之间的连通而允许汽缸组之间的串扰或降级，从而降低排气压力脉冲提供的能量。

发明内容

[0005] 在本发明的一个示例性实施例中，内燃机包括在所述内燃机的汽缸盖中的第一排气口、联接至二次空气系统的第一单向阀，该第一单向阀构造成限制从所述第一排气口到二次空气系统的流体连通。所述发动机还包括在所述汽缸盖中的第二排气口、和联接至所述二次空气系统的第二单向阀，该第二单向阀构造成限制从所述第二排气口到所述二次空气系统的流体连通，其中所述第一和第二排气口与涡轮增压器流体连通。

[0006] 在本发明的另一示例性实施例中，一种用于内燃机的二次空气喷射方法，包括：引导来自所述内燃机的燃烧气体至所述内燃机的第一排气口和第二排气口，所述第一和第二排气口彼此相邻；从第一二次空气通道通过第一单向阀喷射空气进入所述第一排气口。所述方法还包括从所述第一二次空气通道通过第二单向阀喷射空气进入所述第二排气口，以及从所述第一和第二排气口输送排气混合物至涡轮增压器。

[0007] 本发明提供下列技术方案。

[0008] 1：一种内燃机，包括：在所述内燃机的汽缸盖中的第一排气口；
联接至二次空气系统的第一单向阀，该第一单向阀构造成限制从所述第一排气口到所述二次空气系统的流体连通；
在所述汽缸盖中的第二排气口；以及
联接至所述二次空气系统的第二单向阀，该第二单向阀构造成限制从所述第二排气口到所述二次空气系统的流体连通，其中所述第一和第二排气口与涡轮增压器流体连通。

[0009] 2：如技术方案1的内燃机，包括：在所述汽缸盖中的第三排气口；
联接至所述二次空气系统的第三单向阀，该第三单向阀构造成限制从所述第三排气口到所述二次空气系统的流体连通；
在所述汽缸盖中的第四排气口；以及
联接至所述二次空气系统的第四单向阀，该第四单向阀构造成限制从所述第四排气口到所述二次空气系统的流体连通，其中所述第三和第四排气口与所述涡轮增压器流体连通。

[0010] 3：如技术方案2的内燃机，其中所述第一、第二、第三和第四排气口以升序线性排列，并对应于四缸内燃机的各个汽缸。

[0011] 4：如技术方案3的内燃机，其中所述第一和第二单向阀联接至所述二次空气系统的第一通道，所述第三和第四单向阀联接至所述二次空气系统的第二通道。

[0012] 5：如技术方案2的内燃机，其中所述涡轮增压器包括双涡流涡轮增压器。

[0013] 6：如技术方案1的内燃机，其中所述第一和第二单向阀每个都包括簧片阀。

[0014] 7：如技术方案1的内燃机，其中所述第一和第二单向阀包括双簧片阀。

[0015] 8：如技术方案1的内燃机，其中所述第一和第二单向阀均分别紧密至所述第一和第二排气口。

[0016] 9：一种用于内燃机的二次空气喷射系统，所述二次空气喷射系统包括：联接至所述内燃机的第一排气口和第二排气口的第一二次空气通道，其中所述第一和第二排气口与涡轮增压器流体连通；
与所述第一二次空气通道流体连通的二次空气供应源；
构造成限制从所述第一排气口到所述第一二次空气通道的流体连通的第一单向阀；以及
构造成限制从所述第二排气口到所述第一二次空气通道的流体连通的第二单向阀。

[0017] 10：如技术方案9的系统，包括：联接至所述内燃机的第三排气口和第四排气口的第二二次空气通道，其中所述第三和第四排气口与所述涡轮增压器流体连通，二次空气供应源与所述第二二次空气通道流体连通；
构造成限制从所述第三排气口到所述第二二次空气通道的流体连通的第三单向阀；以及
构造成限制从所述第四排气口到所述第二二次空气通道的流体连通的第四单向阀。

[0018] 11：如技术方案10的系统，其中所述第一、第二、第三和第四单向阀以升序线性排列，并对应于四缸内燃机的各个汽缸。

[0019] 12：如技术方案11的系统，其中所述第一和第二单向阀联接至所述二次空气系统的第一通道，所述第三和第四单向阀联接至所述二次空气系统的第二通道。

[0020] 13：如技术方案10的系统，其中所述涡轮增压器包括双涡流涡轮增压器。

[0021] 14：如技术方案9的系统，其中所述第一和第二单向阀每个都包括簧片阀。

[0022] 15：如技术方案9的系统，其中所述第一和第二单向阀包括双簧片阀。

[0023] 16：如技术方案9的系统，其中所述第一和第二单向阀均分别紧密联接至所述第一和第二排气口。

[0024] 17：一种用于内燃机的二次空气喷射方法，包括：引导来自所述内燃机的燃烧气体至所述内燃机的第一排气口和第二排气口，所述第一和第二排气口彼此相邻；
从第一二次空气通道通过第一单向阀喷射空气进入所述第一排气口；
从所述第一二次空气通道通过第二单向阀喷射空气进入所述第二排气口；以及从所述第一和第二排气口输送排气混合物至涡轮增压器。

[0025] 18：如技术方案17的方法，其中所述第一和第二单向阀分别紧密联接至所述第一和第二排气口。

[0026] 19：如技术方案17的方法，其中所述涡轮增压器包括双涡流涡轮增压器。

[0027] 20：如技术方案17的方法，包括从第二二次空气通道通过第三单向阀喷射空气进入第三排气口，和从所述第二二次空气通道通过第四单向阀喷射空气进入第四排气口，其中所述第三和第四排气口在所述内燃机中彼此相邻。

[0028] 结合附图，从下面本发明的详细描述可容易地清楚本发明的上述特征和优点及其它特征和优点。

附图说明

[0029] 其它目的、特征、优点和细节仅通过例子呈现在下面实施例的详细描述中，该详细描述参考附图，其中：图1为内燃机实施例的示意图；以及
图2为涡轮增压器和二次空气喷射系统的实施例的示意图。

具体实施方式

[0030] 下面的详细描述实质上仅仅是示例性的，不意欲限制本公开、其应用或使用。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记指代相同或相应的零件和特征。

[0031] 根据本发明的示例性实施例，图1示出了示例性内燃机100，在本案中为直列四缸发动机，包括二次空气喷射系统102、发动机缸体和汽缸盖组件104、排气系统106、涡轮增压器108和控制器110的。二次空气喷射系统102包括供气通道112和空气供应源118。排气歧管120联接至发动机缸体和汽缸盖组件104，该排气歧管120可与发动机缸体和汽缸盖组件104为一体或在其外部。另外，发动机缸体和汽缸盖组件104包括汽缸114，其中汽缸114接收燃烧空气和燃料的组合物。燃烧空气/燃料混合物燃烧，导致位于汽缸中的活塞（未示出）的往复运动。活塞的往复运动转动曲轴（未示出），将原动力输送至车辆动力系（未示出）或发电机、或者在内燃机100的固定式应用情形下输送至该动力的其它固定接收者（未示出）。空气/燃料混合物的燃烧引起排气流过排气歧管120和涡轮增压器108，进入排气系统106。来自排气歧管120的排气流122可包括与燃烧排气混合的二次空气，以提高排气系统106的效率。

[0032] 排气系统106可包括紧密联接的催化剂126和128以及地板下方的排气处理系统130。排气132流过排气系统106，以去除或减少污染物，然后被释放到大气。在示例的内燃机100起动期间，进入排气歧管120的一些燃烧气体未完全燃烧。二次空气喷射系统102将空气喷入排气流122，引起未燃烧的燃烧气体在排气歧管120中燃烧，从而降低排放。空气供应源118有选择地向供气通道112提供空气119，以输送至与排气歧管流体连通的排气口。示例性空气供应源118可包括一个或多个气泵或者构造成引导增压空气至供气通道
112的适当装置。示例性供气通道112包括用于控制进入排气口134、136、138和140的流体流的任意适当装置，例如单向阀、多路阀或线性阀。当供气通道112引导空气进入排气口
134、136、138和140时，空气与燃烧排气混合，从而形成排气流122，改善排气系统106中燃烧气体的可燃成分的燃烧。

[0033] 在示例性内燃机100中，二次空气喷射系统102构造成在发动机起动之后的所选时间段期间（称为起动阶段）喷射空气进入排气口134、136、138和140中，直到减少了排出发动机的未燃燃烧气体的量为止。因此，在实施例中，在起动阶段期间，空气供应源118输送二次空气至排气通道中的燃烧气体，以及在内燃机100 热机之后停止空气输送。空气110与涡轮增压器108、空气供应源118、供气通道112和排气系统106 信号通信，其中控制器110配置成使用多个信号输入来控制通过二次空气喷射系统102并到达排气孔134、
136、138和140中燃烧气体的空气流。如本文所使用的，术语“控制器”指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享、专用或集群）和执行一种或多种软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供期望功能的其它适当部件。

[0034] 仍参考图1，排气流122驱动涡轮增压器108的涡轮叶轮（未示出），从而提供产生压缩空气充量142的能量。在示例性实施例中，压缩空气充量142被充量冷却器144冷却，并通过管道146被引导到进气歧管148。压缩空气充量142提供另外的燃烧空气（当与无涡轮增压的一般吸气式发动机相比时）以与汽缸114中的燃料燃烧，从而提高内燃机100的动力输出和效率。另外，涡轮增压器108的示例性实施例可利用双涡流或双涡轮技术。示例性涡轮增压器108包括使用两个并排通道以引导排气进入壳体的双涡流涡轮壳体124。

[0035] 双涡流技术根据汽缸点火顺序将来自汽缸114的排气脉冲分成尽可能多的度，以保持由涡轮增压器108接收的排气脉冲能量。双涡流涡轮增压器减小延迟、降低燃烧循环上止点时的排气歧管背压并提高燃料经济性。双涡流涡轮增压器设计阻止来自不同相或位置相反的汽缸（例如，在不同的燃烧循环位置）的燃烧排气122减小来自最近点火汽缸的排气脉冲的能量。因此，通过经由控制进入各排气孔134、136、138和140的流量的流量控制装置分开地输送二次空气至排气歧管的排气通道，二次空气喷射系统102的供气通道112保持燃烧气体与不同相汽缸分开。另外，二次空气喷射系统102的结构保持排气脉冲能量，并特别有利于利用双涡轮或双涡流技术的示例的涡轮增压器108。在一个示例性实施例中，“同相”表述在一个时间点在燃烧循环中具有基本上相类似位置的汽缸，使得例如第一点火汽缸相对于第三点火汽缸不同相。因此，示例的直列四缸发动机具有以下列次序1-2-3-4标记的汽缸114。这样点火次序如下，括号中示出汽缸标记：1[1]-2[4]-3[2]-4[3]。因此，相邻的汽缸1和2以及相邻的汽缸3和4基本上不同相。相邻汽缸的排气通道之间的流体连通会降级排气脉冲能量，从而降低涡轮性能。因此，示例的二次空气系统102供给二次空气，同时减少相邻排气口之间的流体连通，以提高涡轮增压器108的性能。

[0036] 图2为示例的二次空气喷射系统102连同其它发动机部件（包括涡轮增压器108）的示意图。如图所示，二次空气喷射系统102包括空气供应源118、供气通道112、第一流量控制装置200和第二流量控制装置206。第一流量控制装置200通过连接通道217联接至二次空气控制阀202。在实施例中，第一流量控制装置200包括第一单向阀210和第二单向阀212，其中单向阀210和212分别配置成允许从二次空气控制阀202进入通道214和216的流动。所述二次空气分别通过通道214和216流入排气口140和138，其中空气与排气混合形成排气流122。类似地，第二流量控制装置206通过连接通道225联接至二次空气控制阀208。第二流量控制装置206包括第三单向阀218和第四单向阀220，其中单向阀218和220分别配置成允许从二次空气控制阀208进入通道222和224的流动。所述二次空气分别通过通道222和224流入排气口136和134，其中空气与排气混合形成排气流122。对于包括双涡流技术的涡轮增压器108，排气歧管120和涡轮增压器壳体将来自汽缸114的排气分组，以向涡轮增压器108提供增大的排气脉冲能量（与非双涡流涡轮增压器相比）。

[0037] 第一和第二流量控制装置200和206通过减少相邻排气口134、136、138和140之间的流体连通来为涡轮增压器108保持排气脉冲完整性。例如，在发动机100（图1）起动时，第一流量控制装置200通过二次空气控制阀202从空气供应源118接收空气。空气通过连接通道217流入单向阀210和212。单向阀210和212为配置成允许从连接通道217进入通道214和216的流动并限制沿相反方向的流体连通（即，从通道214和216到彼此和连接通道217）的适当阀，例如簧片阀。通过限制从排气口140和138（通过通道214和216）流入连接通道217，降低了排气脉冲通过第一流量控制阀200的连通，从而保持了点火汽缸的脉冲能量，同时减小了汽缸114（图1）之间的干涉。第一流量控制装置200连同相关发动机部件的上述效果和特征也适用于第二流量控制装置206。

[0038] 除了因干涉引起的能量损耗之外，点火汽缸的排气脉冲能量也会被与跟涡轮增压器不流体连通的排气口流体连通的空间的容量所减小，从而耗散排气脉冲。因此，排气脉冲能量还通过为每个排气口140和138分别具有专门减小容积的通道214和216而得以保持。减小容积的通道214和216降低了排气脉冲能量的耗散，从而提高涡轮增压器108的性能，其中涡轮增压器108包括双涡流或双涡轮技术。减小容积或尺寸的通道214和216可描述为流量控制装置200紧密联接至排气口214和216以及流量控制装置206紧密联接至排气口134和136。在实施例中，流量控制装置200和206每个均为双簧片阀组件，其中各装置
200和206具有在组件中限制流体连通的两个单向簧片阀。

[0039] 具有标记1-2-3-4的汽缸114的示例性直列四缸内燃机100（图1）可具有1-3-4-2的点火次序。在实施例中，二次空气喷射系统102的布置通过使相邻汽缸（例如，对应于排气口138和140的汽缸（即，汽缸3和4））能够由相同的二次空气通道112供给而提供改进的封装。因为汽缸3与4彼此基本上不同相，但是被第一流量控制装置200基本上隔绝开，所以这是有益的。类似地，汽缸1和2（分别对应于排气口134和136）通过第二流量控制装置206的分组也改进了封装，同时减少了相邻汽缸的排气脉冲干涉和串扰。

[0040] 尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明范围情形下可对其进行各种修改和使用等效物替换其元件。另外，在不脱离其实质范围情形下，根据本发明的教导可进行许多修改以适应特定的情形或材料。因此，本发明不意欲限制为公开的特定实施例，相反，本发明包括落入本申请范围内的所有实施方式。

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