CN1961143A - 一种用于增压式内燃机中的废气再循环的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于增压式内燃机(1)的废气再循环的装置，所述内燃机通过第一冷却系统由第一冷却剂冷却。所述装置包括回流管(10)，回流管(10)将排气管(3)连接到进气管(7)，进气管用于向内燃机供送空气，从而可以通过回流管(10)再循环所述废气。该装置包括第一EGR冷却器(12a)，作为第一步骤，回流管(10)中的再循环的废气在所述冷却器(12a)中被第一冷却系统中的第一冷却剂冷却。该装置包括第二EGR冷却器(12b)，作为第二步骤，回流管(10)中的再循环的废气在第二EGR冷却器(12b)中被第二冷却系统中的第二冷却剂冷却，所述第二冷却剂适用于当它被引导到第二EGR冷却器(12b)中时处于与周围的温度基本相对应的温度。

Description

一种用于增压式内燃机中的废气再循环的装置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序所述的用于增压式内燃机的废气再循环的装置。

背景技术

公知为EGR(废气再循环)的技术是一种将在内燃机中的燃烧过程中产生的废气的一部分通过回流管引导返回到进气管的已知方法，所述进气管用于向内燃机供送空气。空气和废气的混合物因此通过进气管被供应给内燃机的气缸，燃烧在气缸中进行。将废气加入空气中使得燃烧温度较低，这造成废气中氮氧化合物NOx的含量降低。这种技术应用到奥托发动机和柴油发动机。

可以提供给增压式内燃机的空气的总量取决于空气的压力，还取决于空气的温度。因此向内燃机提供可能的最大量的空气需要在压缩空气被引导到内燃机之前，在进气空气冷却器中使压缩空气冷却。压缩空气在进气空气冷却器中被流动穿过进气空气冷却器的周围的空气所冷却。因此，压缩空气可以被冷却到仅比环境温度高几度的温度。在使用EGR技术的情况中，返回的废气也需要冷却。这通过所谓的EGR冷却器实现。EGR冷却器通常连接到内燃机的冷却系统，从而废气在EGR冷却器中通过冷却系统中循环的冷却剂被冷却。EGR冷却器因此受到这样的限制，即废气不能被冷却到比冷却系统中的冷却剂的温度更低的温度。因此当冷却的废气和冷却的压缩空气进入通向内燃机的进气管时，被冷却的废气通常比被冷却的压缩空气的温度更高。因此与被引导到没有设置废气再循环的增压式内燃机中的压缩空气相比，被引导到内燃机的废气和空气的混合物的温度将更高。装配有EGR的增压式内燃机的性能因此在某种程度上劣于没有装配EGR的增压式内燃机的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，该装置以这样一种方式实现了增压式内燃机中的废气再循环，即废气再循环不会导致内燃机的性能劣于没有设置废气再循环的类似的内燃机的性能。

这个目的利用前面介绍中所提到的类型的装置实现，该装置的特征在于权利要求1的特征部分所述的特征。通过这种装置，废气在两个步骤中被冷却。在第一步骤，废气被内燃机的冷却系统中的冷却剂冷却。废气因此进行它们的主要的冷却，所述冷却将它们从大约600-700℃的温度冷却到大约100℃的温度。之后，废气在第二步骤中被第二冷却系统中的第二冷却剂从大约100℃冷却到接近环境温度的温度。因为在第二步骤中温度的下降明显小于第一步骤中的温度下降，因此第二冷却系统可提供相对小的冷却效果。因此可以使第二冷却系统具有小的尺寸，从而它可以应用在空间受限的小型卡车中和大型卡车中。因为当第二冷却剂被引导到第二EGR冷却器中时它的吸入温度与环境温度相对应，因此它可以提供将废气冷却到仅比环境温度高几度的温度。因此，在EGR冷却器中冷却之后的再循环的废气以及在进气空气冷却器中冷却之后的压缩空气具有基本相近的温度，所述进气空气冷却器被周围的空气冷却。

因此，当再循环的废气与压缩空气进入进气管时，废气基本没有使压缩空气的温度升高。废气和压缩空气的混合物因此可具有这样的温度，该温度与提供给没有装配废气再循环的内燃机的压缩空气的温度相对应。具有根据本发明的装置的内燃机因此可具有与没有装配EGR的内燃机的性能基本相对应的性能。

根据本发明的一个优选实施例，第一EGR冷却器和第二EGR冷却器构成复合单元。这种复合EGR冷却器单元可以制造得更加紧凑，并且因此比两个单独的EGR冷却器占用更少的空间。在这种情况中，废气在复合EGR冷却器单元中首先被第一冷却系统中的冷却剂冷却，并且之后被第二冷却系统中的冷却剂冷却。在经过复合EGR冷却器之后，废气将已经被冷却到刚刚高于环境温度的温度。第二冷却系统可包括冷却剂泵，冷却剂被所述冷却剂泵循环穿过冷却系统。因此可以保证第二冷却系统中的冷却剂在冷却系统中的循环受到良好的控制。第二冷却系统可包括散热器元件，用于冷却循环的冷却剂，所述散热器元件装配在一区域中，周围空气流动穿过所述区域。内燃机有利地用于驱动车辆。在这些情况中，通过散热器元件的适合定位，可以实现在车辆的工作过程中周围空气自然流动穿过散热器元件。可替换的是，第二冷却系统可包括散热器风扇，所述风扇使得周围空气流动穿过散热器元件。

根据本发明的另一个优选实施例，所述装置包括进气空气冷却器，所述冷却器适用于冷却通向内燃机的进气管中的压缩空气。这种进气空气冷却器通常装配在车辆中位于普通的散热器的前面，用于冷却内燃机的冷却剂在所述普通散热器中被冷却。进气空气冷却器中的压缩空气因此被流动穿过进气空气冷却器的周围空气冷却。散热器元件和进气空气冷却器可以装配在不同的区域中，周围空气流动穿过所述区域。因此，第二冷却系统可包括单独的散热器风扇，所述风扇使周围空气循环穿过散热器元件。可替换的是，散热器元件和进气空气冷却器可装配在共同的区域中。在这种情况中，共同的散热器风扇可用于使周围空气循环穿过进气空气冷却器和散热器元件。

根据本发明的另一个优选实施例，散热器元件和进气空气冷却器基本包括扁平的冷却组件，所述冷却组件均具有位于一个平面中的主要长度，借此，散热器元件和进气空气冷却器装配在共同的区域中的基本共同的平面中。有利的是，散热器元件和进气空气冷却器彼此并排装配在基本共同的平面中，所述平面基本垂直于空气的流动方向。在这种情况中，被引导穿过所述共同区域的空气将被平行地引导穿过散热器元件和进气空气冷却器。这些空气因此将仅穿过散热器元件或者穿过进气空气冷却器。因此可以保证温度为环境温度的空气流动穿过散热器元件和进气空气冷却器。进气空气冷却器中的压缩空气和散热器元件中的冷却剂因此提供基本相近的温度，所述冷却剂用于冷却EGR冷却器中的废气。属于第一冷却系统的散热器也可以沿着空气的流动方向在散热器元件和进气空气冷却器的下游的位置处装配在所述共同的区域中。车辆的现有的散热器风扇因此也可用于引导空气穿过进气空气冷却器和散热器元件。在这种情况中，空气在被引导穿过属于第一冷却系统的散热器之前，将首先被引导穿过散热器元件或者进气空气冷却器。然而，被引导穿过冷却器的空气因此在某成程度上获得了比周围环境更高的温度。然而，冷却内燃机的第一冷却系统中的冷却剂不需要被冷却到环境温度以执行可接受的功能。

附图说明

下面参考附图通过实例来描述本发明的优选实施例，附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的用于增压式柴油发动机中的废气再循环的装置，和

图2示出了根据本发明的第二实施例的用于增压式柴油发动机中的废气再循环的装置。

具体实施方式

图1示出了用于增压式内燃机的废气再循环的装置。在这个实例中，内燃机为柴油发动机1。这种再循环通常称为EGR(废气再循环)。将废气加入被引导到内燃机的汽缸的压缩空气中降低了燃烧温度，并且因此同样降低了在燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)的含量。柴油发动机1可用于驱动重型车辆。来自柴油发动机1的气缸的废气通过排气歧管2被引导到排气管3。排气管3中的废气被引导到涡轮4，所述排气管3中的废气的压力高于大气压力。因此向涡轮4提供驱动功率，所述驱动功率通过连接装置被传递到压缩机5。压缩机5压缩通过空气滤清器6被引导到进气管7中的空气。进气空气冷却器8设置在进气管7中。进气空气冷却器8的目的是在压缩空气被引导到柴油发动机1之前冷却所述压缩空气。压缩空气在进气空气冷却器8中被周围的空气冷却，所述周围的空气从散热器风扇9流动穿过进气空气冷却器8。散热器风扇9由柴油发动机1通过适合的连接装置而被驱动。

用于实现排气管3中的废气的一部分的再循环的装置包括回流管10，回流管10在排气管3和进气管7之间延伸。回流管10包括EGR阀11，必要时，回流管10中的废气流可以通过所述EGR阀11被切断。EGR阀11还可用于控制从排气管3通过回流管10引导到进气管7的废气的总量。控制装置13适用于在关于柴油发动机1的当前操作状态的信息的基础上控制EGR阀11。控制装置13可以是设置有适合软件的计算机装置。回流管10还包括复合EGR冷却器12，冷却器12包括第一部分12a和第二部分12b，第一部分和第二部分通过内部的壁12c被分开。在增压式柴油发动机1中，在某些操作状态下，排气管3中的废气的压力低于进气管7中的压缩空气的压力。在这种情况中，不可以将回流管10中的废气与进气管7中的压缩空气不经过特殊的辅助装置直接混合。为了这个目的，例如可以使用文丘里管14。如果内燃机相反为增压式奥托发动机，那么回流管10中的废气可以直接引导到进气管7中，因为奥托发动机的排气管3中的废气在基本所有操作状态中将比进气管7中的压缩空气的压力更高。当废气已经与进气管7中的压缩空气混合时，混合物通过歧管15被引导到柴油发动机1的各个气缸。

柴油发动机1以传统的方式通过第一冷却系统冷却。复合EGR冷却器的第一部分12b中的废气被第一冷却系统冷却。第一冷却系统包括具有冷却剂的回路，冷却剂通过第一冷却剂泵16循环。所述回路还包括温度调节装置17和散热器18，散热器18装配在第一区域A中，周围的空气流动穿过所述第一区域A。散热器风扇9用于引导第一区域A中的周围的空气穿过散热器18和进气空气冷却器8。复合EGR冷却器的第二部分12b中的废气通过第二冷却系统冷却。第二冷却系统同样包括具有循环冷却剂的回路。冷却剂在回路中通过第二冷却剂泵19循环。冷却系统还包括散热器元件20，散热器元件20装配在第二区域B中，周围的空气从第二散热器风扇21流动穿过第二区域B。第二散热器风扇21由电动机22驱动。

在柴油发动机1的操作过程中，排气管3中的废气被向外引导到周围环境之前，所述废气驱动涡轮4。因此向涡轮4提供驱动功率，所述驱动功率驱动压缩机5。压缩机5压缩通过空气滤清器6被引导到进气管7中的空气。压缩空气在进气空气冷却器8中被周围的空气冷却，所述周围的空气流动穿过进气空气冷却器8。进气空气冷却器8中的压缩空气因此被冷却到仅比环境温度高几度的温度。在柴油发动机1的大部分操作状态中，控制装置13保持EGR阀11开启，从而排气管3中的废气的一部分被引导到回流管10中。排气管3中的废气的温度通常大约为600-700℃。当回流管10中的废气被引导到复合EGR冷却器的第一部分12a中时，它们被第一冷却系统冷却。此处，废气被第一冷却系统中的冷却剂冷却。废气在此处经历它们主要的温度降低。然而，第一冷却系统受到这样的限制，即它最多可以将废气冷却到与冷却剂的温度相对应的温度。冷却系统中的冷却剂的温度可以改变，但是在正常的操作中，冷却剂的温度通常在80-100℃的范围内。可以供应到柴油发动机1的压缩空气和废气的总量取决于空气和废气的压力，也取决于废气的温度。因此，重要的是提供再循环的废气的进一步的冷却。废气因此通过内部的壁12c中的孔隙被引导到复合EGR冷却器12的第二部分12b中，在第二部分12b中，废气被第二冷却系统中的第二冷却剂冷却。第二冷却剂被散热器元件20中的周围的空气冷却。通过散热器元件20的适合的尺寸，在这些情况中，对于第二冷却剂可以被冷却到与环境温度基本相对应的温度。可替换的是，第二冷却系统中的冷却剂流可以调节，从而在穿过散热器元件20之后冷却剂被冷却到与环境温度基本相对应的温度。为了实现冷却剂的这种冷却，需要相对小的穿过散热器元件20的流动。因此，第二冷却剂也能够将复合EGR冷却器12的第二部分12b中的废气冷却到与环境温度基本相对应的温度。

在增压式柴油发动机1中，在某些操作状态中，排气管3中的废气的压力因此将低于进气管7中的压缩空气的压力。文丘里管14可用于局部地降低在与回流管10的连接位置处的进气管7中的空气的静态压力，从而废气可以被引导到进气管7中并与进气管7中的压缩空气混合。废气和压缩空气的混合物之后通过歧管15被引导到柴油发动机1的各个气缸。通过EGR冷却器12中的再循环废气的这种冷却，装配有EGR的柴油发动机1为再循环的废气提供这样的温度，该温度与压缩空气在进气空气冷却器8中冷却之后的温度基本相对应。被引导到柴油发动机1的废气和压缩空气的混合物因此具有与被引导到没有EGR的柴油发动机的压缩空气的温度基本相对应的温度。通过本发明，装配有EGR的柴油发动机因此能够提供与不装配EGR的柴油发动机的性能基本相对应的性能。

图2示出了用于废气再循环的可替换的装置。在这种情况中，属于第二冷却系统的散热器元件20位于与进气空气冷却器8和散热器18相同的区域A中，空气流动穿过区域A。第一散热器风扇9因此也可以用于引导空气穿过散热器元件20。因此在这种情况中，不需要使用第二散热器风扇21。散热器元件20和进气空气冷却器8基本包括扁平的冷却组件，所述冷却组件均具有位于一个平面中的主要长度。在这种情况中，散热器元件20和进气空气冷却器8彼此并排装配在基本共同的平面中，该平面基本垂直于第一区域A中的空气的流动方向。空气在此处被平行引导穿过散热器元件20和进气空气冷却器8。因此可以保证温度为环境温度的空气流动穿过散热器元件20和进气空气冷却器8。进气空气冷却器8中的压缩空气和散热器元件20中的冷却剂因此被冷却到与环境温度基本相对应的温度。在这种情况中，属于第一冷却系统的散热器18装配在散热器元件20和进气空气冷却器8沿着空气流动方向的下游的位置处。因此空气在被引导穿过散热器18之前，首先被引导穿过散热器元件20或者进气空气冷却器8。到达散热器18的空气的温度因此在某种程度上将高于周围环境的温度。然而，当散热器18中的冷却剂不需要被冷却到环境温度时，这些空气的温度通常最佳为足以冷却散热器18中的冷却剂。

本发明决不限制为附图中所示的实施例，而是可以在权利要求的范围内进行改变。

Claims (10)

1.一种用于增压式内燃机(1)的废气再循环的装置，所述内燃机通过第一冷却系统由第一冷却剂冷却，借此所述装置包括排气管(3)、进气管(7)、回流管(10)和第一EGR冷却器(12a)，排气管(3)用于将废气引导到内燃机(1)的外部，进气管(7)用于将压力高于大气压的空气引导到内燃机(1)，回流管(10)将排气管(3)连接到进气管(7)，从而可以通过回流管(10)将废气从排气管(3)再循环到进气管(7)，作为第一步，回流管(10)中的再循环的废气在所述第一EGR冷却器中被所述第一冷却系统中的第一冷却剂冷却，其特征在于，所述装置包括第二EGR冷却器(12b)，作为第二步，回流管(10)中的再循环的废气被第二冷却系统中的第二冷却剂冷却，所述第二冷却剂适用于当它被引导到第二EGR冷却器(12b)中时处于与环境温度基本相对应的温度。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一EGR冷却器(12a)和第二EGR冷却器(12b)构成复合单元。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，第二冷却系统包括冷却剂泵(19)，冷却剂通过所述冷却剂泵循环穿过冷却系统。

4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，第二冷却系统包括用于冷却所述循环的冷却剂的散热器元件(20)，所述散热器元件(20)装配在周围空气流动穿过的区域(A，B)中。

5.如权利要求2-4中任一项所述的装置，其特征在于，第二冷却系统包括散热器风扇(21)，所述风扇使周围的空气流动穿过散热器元件(20)。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置包括进气空气冷却器(8)，冷却器(8)适用于冷却通向内燃机(1)的进气管(7)中的压缩空气。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，散热器元件(20)和进气空气冷却器(8)装配在周围空气流动穿过的单独的区域(A，B)中。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，散热器元件(20)和进气空气冷却器(8)装配在共同的区域(A)中，周围空气流动穿过所述区域。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，散热器元件(20)和进气空气冷却器(8)基本包括扁平的冷却组件，所述冷却组件均具有位于一个平面中的主要长度，散热器元件(20)和进气空气冷却器(8)装配在共同的区域(A)中的基本共同的平面中。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，属于第一冷却系统的散热器(18)沿着空气的流动方向在散热器元件(20)和进气空气冷却器(8)的下游的位置处也装配在所述共同的区域(A)中。