本发明涉及一个用于车辆的排气再循环(egr，exhaustgasrecirculation)装置，以及使废气再循环的方法。
背景技术：
本节中的说明仅提供与本发明相关的背景信息，并且不构成现有技术。
通常，从车辆发动机排放的废气中包含大量对人体的有害物质，例如一氧化碳和氮氧化物。由于氮氧化物是造成酸雨、全球变暖和呼吸问题的原因之一，特别有害，因此对氮氧化物强制执行严格的规定。
氮氧化物具有这样的特性：随着发动机中燃料的燃烧温度的升高，氮氧化物的量也增加。
人们已经进行许多尝试来减少氮氧化物排放，其中通常将排气再循环(egr)系统应用到车辆中。
egr系统使燃料燃烧后从发动机排放的废气的一部分再循环到发动机的进气系统，以将其引导回发动机的燃烧室。因此，在空气-燃料混合物的空气-燃料比不改变的情况下，空气-燃料混合物的密度减小，从而降低燃烧温度。
也就是说，根据发动机的工作状态，当需要减少氮氧化物排放时，egr系统将废气的一部分供应到发动机的进气歧管以将其引导到燃烧室。通过这样做，废气有助于将混合物的密度降低到较低水平，从而降低燃料燃烧期间的火焰传播速率。这抑制了燃烧温度的增加，并且使燃料燃烧变慢，从而抑制氮氧化物的产生。
一些egr系统利用专用的egr汽缸式发动机，其中一个发动机汽缸以再循环到发动机的进气系统的排气的大约25％的比率，将高体积的排气供应到egr系统。这种专用egr系统可以提供轻微的增压效果。为了试图均等地控制到发动机入口的废气输送，从而提高发动机的稳定性，现有的专用汽缸egr系统试图限制废气再循环流，并使egr进入发动机入口流变慢。我们已经发现，这种现存的专用汽缸egr系统难以准确地设计和实施，造成高泵功和燃料经济性损失，并且由于变化的气体流速，往往仅在某些发动机工作条件下有效。
技术实现要素：
本发明提供一个用于车辆的排气再循环(egr)装置以及使废气从发动机的专用汽缸再循环的方法。egr装置和方法利用机械装置以定时增量捕获、分隔和释放来自专用egr汽缸的egr流气体。
根据本发明一个实施方式的排气再循环(egr)混合器包括混合器管、第一板和第二板。混合器管具有外壁，该外壁在第一端部和第二端部之间延伸，并限定混合器管围绕其旋转的中央纵轴。该混合器管具有多个分隔壁，多个分隔壁在纵轴与外壁之间径向延伸，并且从混合器管的第一端部纵向延伸到混合器管的第二端部，多个分隔壁之间限定多个混合室。第一板围绕纵轴可旋转地布置在混合器管的第一端部处，以便在混合器管的第一端部处选择性地阻挡至少一个室，第一板限定通过其的开口，该开口的尺寸被设计成对应于多个混合室的第一子集。第二板围绕纵轴可旋转地布置在混合器管的第二端部处，以便在混合器管的第二端部处选择性地阻挡至少一个室，第二板限定通过其的开口，该开口的尺寸被设计成对应于多个混合室的第二子集。
根据一个实施方式，多个混合室的第一子集是多个混合室的大约25％，使得第一板在混合器管的第一端部处选择性地阻挡多个混合室的大约75％。
在另一个实施方式中，多个混合室的第二子集是多个室的大约8％，使得第二板在混合器管的第二端部处选择性地阻挡多个混合室的大约92％。
根据本发明的一个实施方式，egr混合器的旋转由从发动机曲轴延伸的正时皮带驱动。egr混合器的混合器管可以以发动机曲轴的操作速度的两倍的速度旋转。egr混合器的第一板以发动机曲轴的操作速度的一半的速度旋转。egr混合器的第二板以发动机曲轴的操作速度的一倍半的速度旋转。
在另一个实施方式中，egr混合器还可包括排气输送管，该排气输送管被配置成将废气从发动机的专用汽缸通过第一板中的开口输送到多个混合室的第一子集。仅在发动机的专用汽缸的排气冲程期间将废气输送到多个混合室的第一子集。此外，egr混合器还可包括排气供应管，该排气供应管被配置成将废气从多个混合室的第二子集通过第二板中的开口供应到发动机的进气歧管。
本发明还提供一个排气再循环(egr)系统，用于使废气从发动机的专用egr汽缸再循环到发动机的进气歧管。根据一个实施方式的egr系统可包括：egr混合器，该egr混合器包括具有外壁的混合器管，该外壁在入口端和出口端之间延伸并限定混合器管围绕其旋转的中央纵轴。混合器管具有多个分隔壁，多个分隔壁在纵轴与外壁之间径向延伸，并且从混合器管的入口端纵向延伸到混合器管的出口端，多个分隔壁之间限定多个混合室。egr混合器还具有第一板，其围绕纵轴可旋转地布置在混合器管的入口端处，以便在混合器管的入口端处选择性地阻挡至少一个室。第一板限定通过其的开口，该开口的尺寸被设计成对应于多个混合室的第一子集。egr混合器还具有第二板，其围绕纵轴可旋转地布置在混合器管的出口端处，以便在混合器管的出口端处选择性地阻挡至少一个室，第二板限定通过其的开口，该开口的尺寸被设计成对应于多个混合室的第二子集。egr混合器还可包括排气输送管，其被配置成通过第一板中的开口将废气从发动机的专用egr汽缸输送到混合室的第一子集；以及排气供应管，其被配置成通过第二板中的开口将废气从混合室的第二子集供应到发动机的进气歧管。
根据本发明的一个实施方式，仅在发动机的专用汽缸的排气冲程期间，通过第一板中的开口将废气输送到混合室的第一子集。
在一个实施方式中，混合室的第一子集包括比混合室的第二子集更多的混合室。
在又一个实施方式中，egr系统还可包括在发动机的曲轴和egr混合器之间延伸的至少一个正时皮带，以便基于曲轴的操作速度驱动混合器管、第一阻挡板和第二阻挡板的旋转。混合器管可以以第一速度围绕纵轴旋转，第一板可以以第二速度围绕纵轴旋转，并且第二板可以以第三速度围绕纵轴旋转，第一速度、第二速度和第三速度可以以固定的比率与曲轴的操作速度相互关联。
本发明还提供一个使废气从发动机的专用汽缸再循环到发动机的进气歧管的方法。在一个实施方式中，该方法包括：提供具有管的排气再循环(egr)装置，该管具有多个室，多个室中的每一个分别具有入口和出口；选择性地阻挡多个室的入口的第一部分，以将废气储存在所选择的室中；以及选择性地阻挡多个室的出口的第二部分，以控制再循环到发动机的进气歧管的废气的供给。
在一个实施方式中，多个室的被阻挡的入口的第一部分小于多个室的被阻挡的出口的第二部分。
在另一个实施方式中，第一选择性阻挡步骤可包括以第一速度旋转具有第一开口的第一阻挡板。此外，第二选择性阻挡步骤可包括以第二速度旋转具有第二开口的第二阻挡板，第二速度是第一速度的三倍。该方法还可包括以第三速度旋转管，该第三速度是第一速度的四倍。
根据本文提供的描述，进一步的可应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和特定的实施例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将参照附图描述通过示例的方式给出的本发明的各个实施方式，其中：
图1是根据本发明的一个实施方式一个的具有用于车辆的专用汽缸排气再循环系统的发动机的示意图；
图2是根据本发明的一个实施方式的用于车辆的排气再循环混合器装置的分解等距视图；
图3a是图2的排气再循环混合器装置的主视图；
图3b是图2的排气再循环混合器装置的后视图；
图4是示出根据本发明的一个实施方式的使废气从发动机的专用汽缸再循环到发动机的进气系统的方法的流程图；以及
图5是将发动机和图1至图3的排气再循环混合器互连的传动系统的示意图。
本文描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本发明的保护范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
图1是根据本发明一个实施方式的具有用于车辆的专用汽缸排气再循环系统11的发动机的示意图。如图1所示，用于车辆(未示出)的专用汽缸排气再循环系统11包括：具有多个汽缸15、14的发动机12。至少一个发动机汽缸被配置为专用的排气再循环汽缸14。通过通常从空气入口18接收空气的进气歧管16将空气供应到汽缸15、14。燃烧气体通过典型的排气歧管20和排气装置21从非egr汽缸15排出。
将由专用汽缸14产生的燃烧气体，即egr气体通过排气输送管22提供给egr装置10。egr气体通过在egr装置10的第一端部/入口端41处的egr入口24进入egr装置10。egr气体通过在egr装置10的第二端部/出口端43处的egr出口26离开egr装置10。在离开egr装置10之后，将egr气体通过排气供应管28供应到空气入口18和进气歧管16。因此，发动机12的专用egr汽缸14以被再循环到发动机12的进气管16的废气的接近约25％的比例，将高体积的废气供应到egr系统11。egr装置10捕获并平均分配来自发动机中的少于所有汽缸的废气，因此废气再循环流在时间上扩展，以便随着时间稳定地或平均地输送egr气体。
如下面将进一步详细描述的，发动机12的曲轴30通过在曲轴30和egr混合器10之间延伸的正时皮带32驱动egr装置10的操作。
参照图2，根据本发明一个实施方式的排气再循环(egr)混合器10包括混合器管40、第一板42和第二板44。混合器管40具有在第一端部41和第二端部43之间延伸的外壁46。混合器管40的外壁46限定混合器管40围绕其旋转的中央纵轴x。第一板42用作入口板或入口盘(inletdisk)，该入口板或入口盘仅在专用汽缸的排气冲程期间允许废气进入，并且此后关闭。第二板44用作出口板或出口盘，该出口板或出口盘以在时间上扩展以提供改善的分配的定时方式，将捕获的废气引导到进气歧管。
管40具有在纵轴x和外壁46之间径向延伸的多个分隔壁48。如图所示，分隔壁48可以在管40的中央处开始，或者可以从管40的中央偏移。分隔壁48还沿着管40的长度从混合器管40的第一端部41纵向地或平行于纵轴x延伸到混合器管40的第二端部43。
分隔壁48之间限定多个混合室50。混合室50可以具有如图所示的大致三角形形状或任何其他适宜的形状。可以将室50的尺寸设计成相同。如图2所示，混合器管40具有限定十二个室50的十二个分隔壁48；然而，可以基于设计要求增大或减小室50的尺寸和数量。
如图2和图3a所示，第一板42围绕纵轴x可旋转地布置在混合器管40的第一端部41处，以在混合器管40的第一端部41处选择性地阻挡至少一个室50。第一板42限定通过其的开口24，该开口24的尺寸被设计成对应于多个混合室50的第一子集。根据一个实施方式，多个混合室中的第一子集为多个混合室50的大约25％。例如，当混合器管40包括如图所示的十二个室50时，混合室50的第一子集可以大约为三个室50。在这种情况下，通过第一板42的开口24的尺寸被设计成对应于三个室50。第一板42的其余部分在混合器管40的第一端部41处，选择性地阻挡室50的大约75％或剩余的九个室50。换句话说，第一板42中的开口24径向地跨越大约90度，或相对于曲柄角度(cad，crankangledegree)从540cad跨越到720cad，以对应于用于排气再循环的所选择的汽缸的排气冲程。在0至540cad期间，装置10不捕获废气。
如图2和图3b所示，第二板44围绕纵轴x可旋转地布置在混合器管40的第二端部43处，以在混合器管40的第二端部43处选择性地阻挡至少一个室50。第二板44限定通过其的开口26，该开口26的尺寸被设计成对应于多个混合室50的第二子集。在一个实施方式中，多个混合室50的第二子集为多个室50的大约8％。例如，当混合器管40包括如图所示的十二个室50时，混合室50的第二子集可以是大约一个室50。在这种情况下，通过第二板44的开口26的尺寸被设计成对应于一个室50。第二板44的其余部分在混合器管40的第二端部43处选择性地阻挡室50的大约92％或剩余的十一个室50。换句话说，第二板44中的开口26径向跨越大约20度。
第一板42和第二板44可以是如图所示的圆形或任何其他适宜的形状。通常，混合室50的第一子集包括比混合室50的第二子集更多的混合室50。
再次参照图1，可以由从发动机曲轴30延伸到混合器的输入轴52的正时皮带32驱动egr混合器10的旋转。混合器管40、第一板42和第二板44中的每一个的旋转速度都基于曲轴30的操作速度。可以驱动egr混合器10的混合器管40以第一速度旋转，在一个实施例中，该第一速度为发动机曲轴30的操作速度的大约两倍。可以驱动egr混合器10的第一板42(即，入口板或入口盘)以第二速度旋转，在一个示例中，该第二速度为发动机曲轴30的操作速度的大约一半。可以驱动egr混合器10的第二板44(即，出口板或出口盘)以第三速度旋转，在一个示例中该第三速度为发动机曲轴30的操作速度的一倍半。以这种方式，第一速度、第二速度和第三速度通过固定比率与曲轴30的操作速度相互关联。以不同速度旋转egr混合器10的各个部件40、42、44，以便在板42和板44旋转时，第一板42和第二板44选择性地阻挡和打开不同的室50。
换句话说，对于每个完整的专用汽缸排气冲程来说，混合器管40旋转一整圈，从而以大致相同的体积捕获全部体积的egr气体。入口板或第一板42旋转以对应于专用汽缸的排气冲程，而出口板或第二板44比第一板42旋转得更快，但比混合器管40稍慢，以便等间隔地释放管40的特定的室中的废气。以这种方式，混合器10被定时到发动机的排气口打开正时，以提供专用的受控的排气。
通过利用诸如行星齿轮系形式的齿轮系统或使用皮带和滑轮等，以及围绕从动输入轴并连接到三个元件的同轴的轴，可以实现第一板42、混合器管40和第二板44以不同的速度(例如，分别以曲轴速度的1/2倍、2倍和1.5倍)的相对旋转。图5示出齿轮系统的一个实施例。例如，通过尺寸被适当设计的滑轮和皮带32(图1)，以发动机速度的二分之一驱动输入轴52，然而也可利用齿轮连接将输入轴52与发动机的轴联接。输入轴52被直接连接到用于与其连续旋转的第一齿轮54，并且还直接连接到用于以约1/2曲轴速度与其连续旋转的第一(入口)板42。
第二齿轮54和第三齿轮56浮置在输入轴52上，用于相对于其旋转。例如，通过安装在输入轴上的管状套筒，第二齿轮54驱动混合器缸40的旋转，而第三齿轮56还通过安装在输入轴上的管状套筒和第二齿轮54的其它管状套筒，驱动第二板44的旋转。第一齿轮54通过经由公共轴驱动连接的齿轮62和齿轮64，可操作地连接到第二齿轮56。通过设计齿轮的大小，可以以诸如发动机曲轴速度的两倍(2x)或第一入口板42的速度的四倍(4x)的更高速度来驱动第二齿轮56，从而以诸如发动机曲轴速度的两倍(2x)或第一入口板42的速度的四倍(4x)的更高速度驱动混合器缸40。
第一齿轮54还通过经由公共轴连接的齿轮66和齿轮68，可操作地连接到第三齿轮58。通过设计齿轮的大小，可以以诸如第一入口板42的速度的三倍(3x)的更高速度驱动第三齿轮58，从而可以以诸如第一入口板42速度的三倍(3x)的更高速度驱动第二出口板44。在一个代表性实施例中，对于发动机曲轴的每两(2)圈，混合器的旋转元件可以具有以下旋转：第一板42的一(1)圈、混合器缸40的四(4)圈、以及第二板44的三(3)圈。例如，如果曲轴以约1000rpm转动，则第一板42可以以约500rpm转动，混合器缸可以以约2000rpm转动，第二板44可以以约1500rpm转动。技术人员可以基于发动机的尺寸、被再循环的汽缸的数量、混合器缸40中的室的尺寸和数量、以及第一板42和第二板44的入口开口的尺寸和出口开口的尺寸，来选择这些旋转元件的不同比例。
可以通过排气输送管22将egr气体输送到egr混合器10，该排气输送管22被配置成将废气从发动机12的专用汽缸14通过第一板中的开口24(即混合器10入口)输送到多个混合室50的第一子集。在发动机12的专用汽缸14的排气冲程期间，将egr气体输送到多个混合室50的第一子集，即打开的室50。使egr气体从egr混合器10通过排气供应管28再循环到进气管18和进气歧管16，该排气供应管28被配置成通过第二板44中的开口26，从多个混合室50的第二子集(即第二端部43处的开放室50)供应废气。
现在参照图4，其示出使废气从发动机的专用汽缸再循环到发动机的进气歧管的方法100。在步骤s110，该方法包括提供排气再循环(egr)装置10，该排气再循环(egr)装置10具有管40，该管40具有多个室50，每个室50各具有入口41和出口43；在步骤s120，该方法通过选择性阻挡多个室50的入口41的第一部分，以将废气储存在选择的(打开的)室50中；并且在步骤s130，该方法通过选择性阻挡多个室50的出口43的第二部分，以控制再循环到发动机12的进气歧管16的废气的供应。多个室50的被阻挡的入口41的第一部分可以小于多个室50的被阻挡的出口43的第二部分。
第一选择性阻挡步骤s120可包括以第一速度旋转具有第一开口24的第一阻挡板42。另外，第二选择性阻挡步骤s130可包括以第二速度旋转具有第二开口26的第二阻挡板44，该第二速度为第一速度的三倍。该方法还可包括以第三速度旋转管40，该第三速度为第一速度的四倍。
尽管已经结合目前被认为是实际的示例性实施方式对本发明进行描述，然而应当理解的是，本发明不限于所公开的形式。相反地，其旨在覆盖包括在本发明的精神和保护范围内的各种修改和等同布置。