带有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机以及操作所述类型内燃发动机的方法技术

本发明专利技术涉及一种内燃发动机，其具有至少一个汽缸、至少一个排气管路、以及至少一个进气管路，该内燃发动机配备有至少一个排气涡轮增压器，绕过所述至少一个汽缸的旁通管路，以及至少一个排气再循环设备。寻求提供所述类型的内燃发动机，其流体流的引导和控制被最优化。这将通过如下内燃发动机来实现，其中第一控制元件用于调整被引导通过所述再循环管路的排气量，并且至少一个第二控制元件，其在第一位置时，将所述旁通管路与所述至少一个汽缸隔开，并且将所述至少一个进气管路连接至所述至少一个汽缸，并且在第二位置时，将所述至少一个进气管路与所述至少一个汽缸隔开，并且将所述旁通管路连接至所述至少一个汽缸。

【技术实现步骤摘要】
带有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机以及操作所述类型内燃发动机的方法
本专利技术涉及这样的内燃发动机，其具有至少一个汽缸、处于出口侧用于经排气排放系统排放排气的至少一个排气管路、以及处于进口侧用于经进气系统供应增压空气的至少一个进气管路，该内燃发动机配备有至少一个排气涡轮增压器，其包含布置在进气系统中的压缩机和布置在排气排放系统内的涡轮，绕过至少一个汽缸的旁通管路，该旁通管路在压缩机下游从进气系统分叉，以便形成进口侧接合处，并且在涡轮（7b）下游通向排气排放系统，以及包含再循环管路的至少一个排气再循环设备，其中再循环管路在涡轮上游从排气排放系统处分叉，以便形成出口侧接合处并且通向旁通管路。
技术介绍
在本专利技术的上下文中，至少一个排气管路被认为属于排气排放系统，并且至少一个进气管路被认为属于进气系统。本专利技术还涉及用于操作具有液体型冷却设备的所述类型内燃发动机的方法，其中在至少一个排气再循环设备的再循环管路中提供冷却装置，该装置利用冷却剂运行并且被连接至内燃发动机的液体型冷却设备。在本专利技术的上下文中，表述“内燃发动机”包含柴油发动机和火花点火式发动机以及还有使用混合燃烧过程操作的混合式内燃发动机。在内燃发动机研发中，基本上寻求将燃料消耗量减至最小以及降低污染排放。在现有技术中，实施各种措施以实现所述目标。关于污染问题，与降低氮氧化物排放高度相关，尤其是在柴油发动机的情况中。氮氧化物的形成不仅需要过量的空气，而且还需要高温度，因此降低氮氧化物排放的一个理念包括降低燃烧温度。在此，排气再循环，也就是排气从排气排放系统再循环至进气系统，有利于实现该目标，其中通过增加排气再循环率，能够相当大地降低氮氧化物排放。在此，确定排气再循环率xEGR如下：xEGR=mEGR/(mEGR+mFreshair)其中mEGR表示再循环的排气质量，以及mFreshair表示被供应至至少一个汽缸的新鲜空气，其之前已通过压缩机被压缩。因此，在本专利技术的上下文中，增压空气除了新鲜空气之外还可包含再循环的排气。为了显著降低氮氧化物排放，需要高的排气再循环率，其可能是xEGR≈60%到70%的量级。根据现有技术，在再循环管路中提供控制元件，也被称为EGR阀，用于调整待被再循环的排气量，也就是再循环率。排气再循环（EGR）可还被用于降低未燃烃的排放。所提供的排气再循环设备是所谓的高压EGR设备，其中在涡轮上游从排气排放系统中抽出排气，并且排气被引进至压缩机下游的进气系统，或者被引进至旁通管路，其是或者能够被连接至进气系统。本专利技术所涉及的内燃发动机不仅配有至少一个排气再循环设备，还具有至少一个排气涡轮增压器，其包含被布置在进气系统中的压缩机和被布置在排气排放系统中的涡轮。在具有排气涡轮增压以及同时使用高压EGR设备的内燃发动机的运行中，存在基本冲突，该冲突为在涡轮上游所抽取的未通过涡轮引导的用于再循环的排气违背了原则，因此不可用于在进口侧上产生充气压力。在提高排气再循环率的情况中，同时减少了引进至涡轮的排气流。通过涡轮的降低的排气质量流导致较低的涡轮压力比，结果充气压力比也下降，其等于较小的压缩机质量流。除了减少的充气压力之外，在压缩机操作中还将出现关于压缩机的喘振极限的其他的问题。引导通过EGR设备的再循环管路的排气量和引导通过涡轮的排气量仅是流体流的两个例子，在内燃发动机运行过程中，必须通过控制元件测量和调整流体流。排气涡轮增压器的涡轮时常被设计为具有小涡轮横截面的废气门涡轮，以改善处于低转速下的内燃发动机的扭矩特性。如果排气质量流超过临界值，那么通过打开控制元件，在所谓的排气放出过程中，部分排气流通过经过涡轮或者轮机推动器的旁通管路引导。放出排气同样地能够用作流体流的例子，其必须通过控制元件调整和控制。如果内燃发动机配备了二次空气喷射设备或者液体型冷却设备，其中汽缸盖或者汽缸体被提供了冷却剂-引导冷却剂通道，则出现必须被调整（也就是被控制）的流体流的进一步例子。因为在所有工况下，从内燃发动机中抽取最大可能的热量不是液体型冷却设备的目标和目的，所以根据要求寻求通过控制元件实施冷却剂流控制，因此控制液体型冷却设备，该控制还允许这样的内燃发动机运行模式，即其中更有利的是：从内燃发动机中抽取较少热或者尽可能少的热，并且如果适当则将热引入内燃发动机。以上陈述清楚地表明在内燃发动机运行过程中，必须通过控制元件调整和控制多个流体流。由于该原因，需要以有利的方式布置流体-引导管路，并且保持尽可能小的控制元件数量。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
，本专利技术的目标是提供根据权利要求1前序部分所述的内燃发动机，其最优化与流体流引导和控制有关的现有技术。本专利技术的进一步子目标是说明用于操作所述类型的内燃发动机的方法。通过如下的内燃发动机实现所述第一子目标，其具有至少一个汽缸、处于出口侧用于经排气排放系统排放排气的至少一个排气管路、以及处于进口侧用于经进气系统供应增压空气的至少一个进气管路，该内燃发动机配备有至少一个排气涡轮增压器，其包含布置在进气系统中的压缩机和布置在排气排放系统内的涡轮，绕过至少一个汽缸的旁通管路，该旁通管路在压缩机下游从进气系统分叉，以便形成进口侧接合处，并且在涡轮下游通向排气排放系统，以及包含再循环管路的至少一个排气再循环设备，其中再循环管路在涡轮上游从排气排放系统处分叉，以便形成出口侧接合处并且通向旁通管路，并且其中在出口侧布置有第一控制元件，其用于调整被引导通过再循环管路的排气量，并且在进口侧布置有至少一个第二控制元件，其在第一位置中时，将旁通管路与至少一个汽缸隔开，并且将至少一个进气管路连接至至少一个汽缸，并且在第二位置中时，将至少一个进气管路与至少一个汽缸隔开，并且将旁通管路连接至至少一个汽缸。根据本专利技术的内燃发动机具有至少两个或者两个控制元件，其中在出口侧布置第一控制元件，在进口侧布置第二控制元件。第一控制元件用于调整通过再循环管路引导的排气量，并且因此同时用于调整通过涡轮引导的排气量。因为内燃发动机配有所述类型的旁通管路，并且排气再循环设备的再循环管路通向所述旁通管路，再循环管路还能够与旁通管路相互作用被用于或被用作涡轮的放出管路。第二控制元件到第一位置的移动，分离了旁通管路和内燃发动机的至少一个汽缸。通过驱动，也就是调整第一控制元件，然后判定是否所有的排气均通过涡轮引导或者部分排气通过再循环管路和旁通管路放出，并且被引导至涡轮下游的排气排放系统。在所述第一位置，第二控制元件同时将至少一个进气管路连接至至少一个汽缸，以便将通过压缩机引导的所有新鲜空气而无排气作为增压空气经进气管路供应给至少一个汽缸。此外，可调整布置在进口侧的第二控制元件，以便至少一个进气管路和旁通管路彼此连接，以及连接至至少一个汽缸。在所述位置，可能的是：或者排气能够经引导返回至至少一个汽缸，以便增压空气不仅包含新鲜空气还包含排气，或者新鲜空气能够经旁通管路被喷射至排气排放系统。在后一情况中，旁通管路用于所谓的二次空气喷射。最终，第二控制元件可被移至第二位置，其中至少一个进气管路与至少一个汽缸分离，并且旁通管路被连接至至少一个汽缸。在所述位置，只有排气而无新鲜空气被引进内燃发动机的至少一个汽缸。此外，第二位置在进气管路关闭的情况下，能够使所有的排气通过涡轮引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃发动机（1），其具有至少一个汽缸（2）、处于出口侧用于经排气排放系统（3a）排放排气的至少一个排气管路（3）、以及处于进口侧用于经进气系统（4a）供应增压空气的至少一个进气管路（4），该内燃发动机配备有至少一个排气涡轮增压器（7），其包含布置在所述进气系统（4a）中的压缩机（7a）和布置在所述排气排放系统（3a）内的涡轮（7b），绕过所述至少一个汽缸（2）的旁通管路（6），该旁通管路在所述压缩机（7a）下游从所述进气系统（4a）分叉，以便形成进口侧接合处（4b），并且在所述涡轮（7b）下游通向所述排气排放系统（3a），以及包含再循环管路（5a）的至少一个排气再循环设备（5），其中所述再循环管路（5a）在所述涡轮（7b）上游从所述排气排放系统（3a）处分叉，以便形成出口侧接合处（3b）并且通向所述旁通管路（6），其中在所述出口侧布置有第一控制元件（3c），其用于调整被引导通过所述再循环管路（5a）的排气量，并且在所述进口侧布置有至少一个第二控制元件（4c），其在第一位置时，将所述旁通管路（6）与所述至少一个汽缸（2）隔开，并且将所述至少一个进气管路（4）连接至所述至少一个汽缸（2），并且在第二位置时，将所述至少一个进气管路（4）与所述至少一个汽缸（2）隔开，并且将所述旁通管路（6）连接至所述至少一个汽缸（2）。...

【技术特征摘要】
2012.01.05 DE 102012200111.51.一种内燃发动机(1)，其具有至少一个汽缸(2)、处于出口侧用于经排气排放系统(3a)排放排气的至少一个排气管路(3)、以及处于进口侧用于经进气系统(4a)供应增压空气的至少一个进气管路(4)，该内燃发动机配备有至少一个排气涡轮增压器(7)，其包含布置在所述进气系统(4a)中的压缩机(7a)和布置在所述排气排放系统(3a)内的涡轮(7b)，绕过所述至少一个汽缸(2)的旁通管路(6)，该旁通管路在所述压缩机(7a)下游从所述进气系统(4a)分叉，以便形成进口侧接合处(4b)，并且在所述涡轮(7b)下游通向所述排气排放系统(3a)，以及包含再循环管路(5a)的至少一个排气再循环设备(5)，其中所述再循环管路(5a)在所述涡轮(7b)上游从所述排气排放系统(3a)处分叉，以便形成出口侧接合处(3b)并且通向所述旁通管路(6)，其中在所述出口侧布置有第一控制元件(3c)，其用于调整被引导通过所述再循环管路(5a)的排气量，并且在所述进口侧布置有至少一个第二控制元件(4c)，其在第一位置时，将所述旁通管路(6)与所述至少一个汽缸(2)隔开，并且将所述至少一个进气管路(4)连接至所述至少一个汽缸(2)，并且在第二位置时，将所述至少一个进气管路(4)与所述至少一个汽缸(2)隔开，并且将所述旁通管路(6)连接至所述至少一个汽缸(2)。2.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其中在所述出口侧接合处(3b)布置所述第一控制元件(3c)。3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(1)，其中在所述进口侧接合处(4b)布置第二控制元件(4c)，能够在所述第一位置和所述第二位置之间调整该第二控制元件。4.根据权利要求3所述的内燃发动机(1)，其中所述第二控制元件(4c)能够被调整至至少一个第三位置，在该至少一个第三位置中所述至少一个进气管路(4)和所述旁通管路(6)彼此连接并且连接至所述至少一个汽缸(2)。5.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其中在所述至少一个排气再循环设备(5)的所述再循环管路(5a)中提供冷却装置(5b)，以便冷却所述排气。6.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其中所述内燃发动机(1)配备有液体型冷却设备(8)。7.根据权利要求6所述的具有液体型冷却设备(8)的所述内燃发动机(1)，其中所述排气再循环设备(...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·M·S·雅克布，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：