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1、(10)申请公布号 CN 103511132 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103511132 A (21)申请号 201310250044.5 (22)申请日 2013.06.21 13/530,210 2012.06.22 US F02M 25/07(2006.01) F02D 21/08(2006.01) (71)申请人 通用汽车环球科技运作有限责任公 司 地址 美国密歇根州 (72)发明人 E.J. 基廷 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 葛青 (54) 发明名称 具有专用废气再循环废气端口和独立废气阀 控制的发动机 (57) 摘要 。
2、一种发动机组件， 包括限定汽缸的发动机机 体、 废气系统和废气再循环系统。第一凸轮致动 的废气阀配置为控制流体从汽缸到废气系统的流 动。第二凸轮致动的废气阀配置为控制流体从汽 缸到废气再循环系统的流动。第二阀的正时可独 立于第一阀的正时调节， 由此能够通过废气阀正 时的操纵来控制 EGR 流。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103511132 A CN 103511132 A 1/2 页 2 1. 一种发动机。
3、组件， 包括 ： 发动机机体， 限定汽缸 ； 曲轴 ； 进气系统 ； 废气系统 ； 废气再循环系统 ； 凸轮致动的进气阀， 配置为控制流体从进气系统到汽缸的流动 ； 第一凸轮致动的废气阀， 配置为控制流体从汽缸到废气系统的流动 ； 第二凸轮致动的废气阀， 配置为控制流体从汽缸到废气再循环系统的流动 ； 第一凸轮， 配置为致动所述第一凸轮致动的废气阀 ； 和 第二凸轮， 配置为致动所述第二凸轮致动的废气阀， 所述第二凸轮可独立于第一凸轮 相对于曲轴的相位而相对于曲轴相位调节。 2. 根据权利要求 1 所述的发动机组件， 进一步包括凸轮轴组件， 所述凸轮轴组件配置 为致动第一和第二废气阀 ； 所述。
4、凸轮轴组件具有第一轴和第二轴， 所述第一轴和所述第二轴中的一个同中心地布 置在所述第一和第二轴中的另一个内 ； 所述第一和所述第二轴配置为用于其之间的可变相位调整 ； 其中， 第一凸轮操作地连接到第一轴， 以随其整体运动 ； 并且 其中， 第二凸轮操作地连接到第二轴， 以随其整体运动。 3. 根据权利要求 1 所述的发动机组件， 进一步包括凸轮相位器， 其操作地连接到第二 凸轮， 并且配置为选择地调节第二凸轮相对于曲轴的相位关系。 4. 根据权利要求 1 所述的发动机组件， 其中， 第二凸轮特征在于与第一凸轮不同的尺 寸或形状。 5. 一种发动机组件， 包括 ： 发动机机体， 限定汽缸， 所述。
5、汽缸具有进气端口、 第一废气端口和第二废气端口 ； 曲轴 ； 进气系统， 与进气端口流体连通 ； 废气系统， 与第一废气端口流体连通， 并且不与第二废气端口流体连通 ； 废气再循环系统， 其提供从第二废气端口到进气系统的流体连通， 并且其不与第一废 气端口流体连通 ； 第一凸轮致动的废气阀， 配置为控制流体通过第一废气端口的流动 ； 第二凸轮致动的废气阀， 配置为控制流体通过第二废气端口的流动 ； 第一凸轮， 配置为致动所述第一凸轮致动的废气阀 ； 和 第二凸轮， 配置为致动所述第二凸轮致动的废气阀， 所述第二凸轮可独立于第一凸轮 相对于曲轴的相位而相对于曲轴相位调节。 6. 根据权利要求 5。
6、 所述的发动机组件， 进一步包括凸轮轴组件， 其具有第一轴和第二 轴， 所述第一轴和所述第二轴中的一个同中心布置在所述第一轴和第二轴中的另一个内 ； 所述第一和第二轴配置为用于其之间的可变相位调整 ； 其中， 所述第一凸轮操作地连接到第一轴， 以随其整体运动 ； 并且 权 利 要 求 书 CN 103511132 A 2 2/2 页 3 其中， 所述第二凸轮操作地连接到第二轴， 以随其整体运动。 7. 根据权利要求 5 所述的发动机组件， 进一步包括凸轮相位器， 其操作地连接到第二 凸轮， 并且配置为选择地调节第二凸轮相对于曲轴的相位关系。 8. 根据权利要求 5 所述的发动机组件， 其中， 。
7、第二凸轮特征在于与第一凸轮不同的尺 寸或形状。 9. 一种方法， 包括 ： 提供发动机， 所述发动机具有限定汽缸的机体， 汽缸具有第一废气端口、 第二废气端 口、 控制通过第一废气端口的流体流动的第一废气阀、 控制通过第二废气端口的流体流动 的第二废气阀、 进气系统、 提供从第一废气端口到大气的流体连通的废气系统、 提供从第二 废气端口到进气系统的流体连通的废气再循环系统， 所述废气再循环系统和所述废气系统 分立， 并且彼此不同延 ； 和 通过调节第二废气阀相对于第一废气阀的正时而调节进入废气再循环系统的废气的 量。 10. 根据权利要求 9 所述的方法， 其中， 发动机包括曲轴、 配置为致动。
8、第一废气阀的第 一凸轮和配置为致动第二阀的第二凸轮 ； 并且 其中， 所述调节第二废气阀的正时包括独立于第一凸轮相对于曲轴的相位来调节第二 凸轮相对于曲轴的相位。 权 利 要 求 书 CN 103511132 A 3 1/4 页 4 具有专用废气再循环废气端口和独立废气阀控制的发动机 技术领域 0001 本发明涉及具有废气再循环的发动机组件。 背景技术 0002 一些车辆包括废气再循环 （EGR） 系统， 以选择地将内燃发动机废气导向到发动机 的进气口。EGR 可降低一些不期望的发动机排放组分的水平， 例如氮氧化物 （Nox） ， 并且可 改进燃料经济型。EGR 通常涉及通过发动机废气系统和发。
9、动机新鲜空气进气通道之间的 EGR 通道的废气的再循环。EGR 通道内的阀 （EGR 阀） 被控制来改变 EGR 通道内的约束， 以调 节通过其的废气流动。 发明内容 0003 一种发动机组件， 包括限定汽缸的发动机机体 ； 曲轴 ； 进气系统 ； 废气系统 ； 和废 气再循环系统。进气阀配置为控制流体从进气系统到汽缸的流动。第一废气阀配置为控制 从流体汽缸到废气系统的流动。 第二凸轮致动的废气阀配置为控制流体从汽缸到废气再循 环系统的流动。第一凸轮配置为致动第一废气阀， 第二凸轮配置为致动第二废气阀。第二 凸轮可独立于第一凸轮相对于曲轴的相位而相对于曲轴相位调节。专用的 EGR 凸轮凸角的 。
10、相对于主废气凸轮凸角的相位调节可因而被动态控制， 以控制 EGR 量。 0004 本文提供的发动机组件可通过外部 EGR 的可靠引入 （通过消除 EGR 阀） 改进燃料燃 烧效率。由于体积最小化以及快速响应凸轮相位调节， 发动机组件还可改进 EGR 响应时间。 0005 在结合附图理解时， 本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点通过下面实现 本发明的最佳模式的详细描述而变得显而易见。 附图说明 0006 图 1 是发动机组件的一部分的示意性俯视图 ； 0007 图 2 是图 1 的发动机组件的示意性俯视图， 包括应用到所有发动机汽缸的进气系 统、 废气系统和 EGR 系统 ； 0008 图 。
11、3 是图 1 的发动机组件的示意性侧剖视图 ； 0009 图 4 是图 1 的发动机组件的另一示意性侧剖视图 ； 0010 图 5 是描绘图 4 的废气阀的阀升程曲线图 ； 和 0011 图 6 是描绘图 4 的废气阀在相位调节之后的阀升程曲线图。 具体实施方式 0012 参照附图， 其中， 贯穿几幅视图， 相似的附图标记表示相同或对应的部件， 图 1 中 所见的是内燃发动机 10。发动机 10 包括限定多个汽缸 18A-D 的发动机机体 14。发动机 10 进一步包括多个活塞22A-D。 每一个活塞22A-D定位在汽缸18A-D中的相应的一个内， 用于 在其中在上止点位置和下止点位置之间往复。
12、平移， 如本领域中技术人员所理解的。 说 明 书 CN 103511132 A 4 2/4 页 5 0013 每一个活塞 22A-D 通过相应的连杆 （显示在图 3 中的 30 处） 操作地连接到曲轴 （显 示在图 2 中 26 处） ， 以使每一个活塞的往复平移造成曲轴 26 的旋转， 反之亦然。每一个汽 缸 18A-D 包括由汽缸盖 （显示在图 3 中 46 处） 形成的一个或多个 （在描绘的实施例中显示为 两个） 相应的进气端口 38A-H 和两个相应的废气端口 42A-H。参照图 1 和 2， 每一个进气端 口 38A-H 与进气系统 52 的进气歧管 50 通过相应的流道 56A-H。
13、 选择地流体连通， 以接收包 括空气和再循环废气的充气。 0014 每一个汽缸18A-D具有一个或多个 （在描绘的实施例中显示为两个） 与其相关联的 相应的进气阀 54A-H。每一个进气阀 54A-H 可在打开位置和闭合位置之间运动， 在打开位 置中， 与进气阀相关联的汽缸通过其相应的进气端口 38A-H 和流道 56A-H 和气室 50 流体连 通， 在闭合位置中， 进气阀 54A-H 阻塞进气端口 38A-H 中的相应一个， 由此来阻止与进气阀 相关的汽缸 18A-D 和进气系统 52 之间的流体连通。因而， 从进气歧管 50 进入汽缸 18A-D 中的每一个的空气流 57 由一个或多个进。
14、气阀 54A-H 控制。 0015 在所描绘的实施例中， 每一个汽缸 18A-D 具有一个废气端口 42A， 42C， 42E， 42G， 其 与废气系统 60 选择的流体连通， 废气系统 60 配置为将汽缸 18A-D 中产生的废气 64 的一部 分输送到大气 61。更具体地， 废气系统 60 包括废气歧管 62。废气端口 42A、 42C、 42E、 42G 中的每一个与废气歧管 62 通过相应的流道 66A、 66C、 66E、 66G 选择地流体连通。进入废气 歧管 62 中的流体被导向到大气 61。废气系统 60 可包括其他部件 （未示出） ， 例如废气处理 系统 （例如催化器） ，。
15、 以在废气 64 离开废气系统 60 之前改变废气 64 的化学组分。如果发动 机 10 被涡轮增压， 则废气系统可还包括涡轮机 （未示出） 。 0016 每一个汽缸 18A-D 还具有一个废气端口 42B、 42D、 42F、 42H， 其与废气再循环 （EGR） 系统 68 选择地流体连通。EGR 系统 68 包括 EGR 收集器 70， EGR 收集器 70 通过相应的流道 66B、 66D、 66F、 66H 与废气端口 42B、 42D、 42F、 42H 中的每一个流体连通。收集器 70 与进气 系统 52 选择地流体连通。更具体地， 进气系统 52 包括进气管道 74， 进气管道。
16、 74 在大气 61 和进气歧管 50 之间提供流体连通。EGR 收集器 70 与管道 74 选择地流体连通， 以使收集器 70 中的废气 64 可进入管道 74 中， 并且之后被传输到进气歧管 50， 以引入汽缸 18A-D 中。 0017 在所描述的实施例中， EGR系统68包括单向阀78， 单向阀78允许流体从收集器70 流动到管道 74， 但是阻止流体从管道 74 流动到收集器 70。 0018 每一个汽缸 18A-D 具有与其相关联的两个相应的废气阀 58A-H。废气阀 58A、 58C、 58E、 58G 中的每一个可在打开位置和闭合位置之间运动， 在打开位置中， 与废气阀相关联的。
17、 汽缸与废气歧管 62 通过其相应的废气端口 42A、 42C、 42E、 42G 流体连通， 在闭合位置中， 废 气阀 58A、 58C、 58E、 58G 阻塞其相应的废气端口 42A、 42C、 42E、 42G， 由此阻止与废气阀相关 联的汽缸 18A-D 和废气歧管 62 之间的流体连通。 0019 废气阀 58B、 58D、 58F、 58H 中的每一个可在打开位置和闭合位置之间运动， 在打开 位置中， 与废气阀相关联的汽缸和 EGR 收集器 70 通过其相应的废气端口 42B、 42D、 42F、 42H 流体连通， 在闭合位置中， 废气阀 58B、 58D、 58F、 58H 。
18、阻塞其相应的废气端口 42B、 42D、 42F、 42H， 由此阻止与废气阀相关联的汽缸 18A-D 和 EGR 收集器 70 之间的流体连通。 0020 应注意的是， 所描绘的实施例中的 EGR 系统 68 和废气系统 60 是分立的且为不同 的系统， 并且不是同延的 （coextensive） 。EGR 系统 68 和废气系统 60 之间不存在直接的流 体连通。不存在允许从废气系统 60 到进气系统 52 的流体连通 （废气流） 的 EGR 通道。因而， 说 明 书 CN 103511132 A 5 3/4 页 6 通过端口 42A、 42C、 42E、 42G 进入废气系统 60 的废。
19、气 64 不能进入 EGR 系统 68 或进气系统 52， 除非通过汽缸 18A-D 中的一个或在被释放到大气 61 之后。类似地， 通过端口 42B、 42D、 42F、 42H 进入 EGR 系统 68 的废气 64 在未首先行进通过进气系统 52 和 / 或通过汽缸 18A-D 中的一个的情况下不能进入废气系统 60。因此， 端口 42B、 42D、 42F、 42H 是专用的 EGR 废气 端口 ： 通过端口 42B、 42D、 42F、 42H 的废气流被用于 EGR， 并且在在未首先被再循环通过发动 机 10 的情况下不被导向到大气。 0021 进气阀 54A-H 被弹簧偏置到闭合。
20、位置中。发动机 10 包括进气阀致动器 86A-H， 每 一个进气阀致动器配置为选择地使进气阀 54A-F 中的相应的一个在其打开和闭合位置之 间运动。在所描绘的实施例中， 致动器 86A-H 操作地接合进气凸轮轴 90。废气阀 58A-H 也 被弹簧偏置到闭合位置中。发动机 10 包括废气阀致动器 94A-H， 每一个配置为选择地使废 气阀 58A-H 中的相应的一个在其打开位置和闭合位置之间运动。致动器 94A-H 操作地接合 废气凸轮轴组件 100。本领域中的技术人员将意识到， 在所要求保护的发明的范围内， 可采 用多种阀致动器， 例如凸轮操作的摇臂、 凸轮操作的指形从动件 （finge。
21、r follower） 、 螺线 管等。 0022 图 3 和 4 示意性地描绘了汽缸 18A 和与汽缸 18A 相关联的阀 54A、 54B、 58A、 58B。 应注意的是， 汽缸 18A 是其他汽缸 18B-D 的代表。参照图 3， 在所描述的实施例中的发动机 10 还包括多个火花塞 108， 每一个配置为在汽缸 18A-D 中的相应的一个中提供火花。但是， 在所要求保护的发明的范围内， 也可采用压缩点火发动机。凸轮轴 90 包括操作地连接到其 以随其一起旋转的多个进气凸轮 112。每一个进气凸轮 112 与进气阀致动器 86A-H 中的相 应一个接合， 如本领域技术人员可理解的。 凸轮。
22、轴90操作地连接到曲轴26， 例如通过齿轮、 链驱动或皮带驱动， 以使在曲轴 26 每旋转两次时凸轮轴 90 旋转一次。凸轮 112 的凸角在 凸轮轴 90 旋转时使进气阀 54A 打开和闭合， 如本领域技术人员所理解的。 0023 参照图 3 和 4， 发动机 10 具有发动机机体 14， 发动机机体 14 限定汽缸 18A， 汽缸 18A具有进气端口38A、 38B， 第一废气端口42A， 和第二废气端口42B。 发动机还包括曲轴26、 与进气端口 38A 通过流道 56A 流体连通的进气系统 （图 1 中显示在 52 处） 、 与第一废气端口 42A 通过流道 66A 流体连通的废气系统。
23、 （显示在图 1 中 60 处） 、 和与第二废气端口 42B 通过 流道 66B 流体连通的废气再循环系统 （显示在图 1 中 68 处） 。废气再循环系统 68 提供从第 二废气端口 42B 到进气系统 52 的流体连通， 并且不与废气系统 60 直接流体连通， 即废气再 循环系统 68 不与废气系统 60 流体连通， 除非通过汽缸 18A-D 中的一个， 或通过大气 61。 0024 发动机 10 还包括凸轮致动的进气阀 54A， 该进气阀 54A 配置为控制流体 （即空气 57） 从进气系统 52 通过进气端口 38A 到汽缸 18A 的流动。第一凸轮致动的废气阀 58A 配置 为控制。
24、流体 （即废气 64） 从汽缸 18A 通过第一废气端口 42A 到废气系统 60 的流动。第二凸 轮致动的废气阀 58B 配置为控制流体 （即废气 64） 从汽缸 18A 通过第二废气端口 42B 到废 气再循环系统 68 的流动。 0025 第一凸轮 116 配置为致动第一凸轮致动的废气阀 58A。第二凸轮 120 配置为致动 第二凸轮致动的废气阀58B。 第二凸轮120可相对于曲轴26相位调节， 独立于第一凸轮116 相对于曲轴 26 的相位。 0026 更具体地， 在所描述的实施例中， 凸轮轴组件 100 配置为致动第一和第二废气阀 58A、 58B。凸轮轴组件 100 具有第一轴 1。
25、24 和第二轴 128。第一轴 124 和第二轴 128 同中心 说 明 书 CN 103511132 A 6 4/4 页 7 布置 ； 第二轴 128 布置在第一轴 124 内部的圆柱状空腔内。第一轴 124 和第二轴 128 可相 对于彼此在有限的范围内选择地旋转。 0027 第一凸轮 116 操作地连接到第一轴 124， 以随其整体运动， 并且第二凸轮 120 操作 地连接到第二轴 128， 以随其整体运动。发动机 10 包括凸轮相位器 132， 其通过第二轴 128 操作地连接到第二凸轮 120 ； 凸轮相位器 132 配置为独立于第一凸轮 116 相对于曲轴的相 位关系而选择地调节第。
26、二凸轮 120 相对于曲轴 26 的相位关系。 0028 在所描绘的实施例中， 用于阀 58D， 58F， 58H 的凸轮 （未示出） 连接到第二轴 128， 以 随其一起运动， 用于阀 58C， 58E， 58G 的凸轮 （未示出） 连接到第一轴 124， 以随其一起运动。 因此， 调节第二轴 128 相对于第一轴 124 的旋转位置造成在所有汽缸 18A-D 中的废气阀的 正时改变。但是， 应注意的是， 在所要求保护的发明的范围内， 不是所有的汽缸 18A-D 可包 括具有可独立调节阀正时的专用 EGR 废气端口。 0029 参照图 5， 第一废气阀 58A 的阀升程曲线 208 和第二废。
27、气阀 58B 的阀升程曲线 212 图示为曲轴 200 相对于活塞 22A 的上止点位置 204 的旋转位置 （以曲柄角度表示） 的函数。 在图示的实施例中， 第二凸轮120具有与第一凸轮116不同的尺寸和形状， 并且因而第二阀 58B 的升程曲线 212 与第一阀 58A 的升程曲线不同。但是， 应注意到， 在所要求保护的发明 的范围内， 第二凸轮 120 和第一凸轮 116 可具有相同的尺寸和形状。在图 5 中， 相位器 132 设置成使第二废气阀 58B 在第一废气阀 58A 之前打开， 由此增加来自于汽缸 18A 的被导向 到 EGR 系统 68 的相对于被导向至废气系统 60 的废气。
28、 64 的相对量。 0030 进入 EGR 系统 68 中的废气 64 的相对量可通过改变第一和第二废气阀 58A、 58B 的 正时而选择地改变。因而， 例如， 并且参照图 6， 凸轮相位器 132 可提前第一阀 58A 的正时， 以使其具有图 6 中 208 处所示的曲线， 并且可延迟第二阀 58B 的正时， 以使其具有图 6 中 212 处所示的曲线。与图 5 中所示的正时相比较， 通过图 6 中所示的正时， 与废气系统 60 相 比， 更少的废气 64 被发送到 EGR 系统 68。 0031 虽然已经详细描述了实现本发明的最佳模式， 但是熟悉本发明相关领域的技术人 员将意识到在所附权利要求范围内的实践本发明的替代设计和实施例。 说 明 书 CN 103511132 A 7 1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103511132 A 8 2/5 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103511132 A 9 3/5 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103511132 A 10 4/5 页 11 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103511132 A 11 5/5 页 12 图 6 说 明 书 附 图 CN 103511132 A 12 。