CN100402809C

CN100402809C - 内燃机

Info

Publication number: CN100402809C
Application number: CNB2004800148179A
Authority: CN
Inventors: T·卡特斯; A·布劳恩; H·F·西茨; F·伯霍夫; J·瓦格纳
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: CN1798911A

Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)，特别是一种柴油内燃机，具有取决于负荷通过卸荷凸轮控制的内部废气再循环系统(5)，其中，附加具有外部废气再循环系统(6)，带有取决于负荷可通过至少一个控制管路(22)控制的废气再循环阀(20)。为按照尽可能简单的方式无论是在低还是高发动机转速和发动机负荷情况下，达到用于减少NOx排放的高废气再循环率的废气再循环，并防止由于过大废气再循环量而加速运行中的烟气排放，在控制管路(22)内设置至少一个延迟节(23)。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别是柴油内燃机，具有不取决于负荷通过卸荷凸轮控制的内部废气再循环系统，其中，附加具有外部废气再循环系统，具有取决于负荷通过至少一个控制管路可控制的废气再循环阀。

背景技术

一定级别的商用车和工业发动机的废气再循环系统应尽可能简单、耐用和低成本构成，并因此无需复杂的操纵机构(例如无可变气门机构或者电子特性曲线控制或者诸如此类的控制)便可使用。一方面，这种废气再循环系统在低发动机转速下应将废气再循环率保持得尽可能低，以便不致使发动机的气门开关性能和起动扭矩变差。另一方面，废气再循环率在排放循环的重要工作点上(例如在中高发动机转速/高负荷下)应保持得尽可能高，以达到排放循环中所要求的NOx还原。

WO 03/040540A1公开了一种具有凸轮控制的内部废气再循环装置的柴油内燃机。凸轮控制的内部废气再循环装置在整个特性曲线范围内提供一种相当恒定的废气再循环率，但由于其简单、低成本的结构而不能断开。废气再循环量在转速上的变化可以通过卸荷凸轮的适当形状和位置有利地加以影响，但这种影响使废气再循环率受到限制并不得不让步。

简单的外部废气再循环系统也只能在废气涡轮之前的废气反压力高于内燃机进气收集器(Einlasssammler)内增压压力的情况下再循环废气。但对于商用车来说，在中发动机转速和高发动机负荷的情况下存在的问题是，根据存在的增压比而不能再循环废气。

JP 03-085362A公开了一种具有内部和外部废气再循环系统的柴油内燃机。为进行内部废气再循环，无论是在排气总成内还是在进气总成内均具有阻断阀，从而内部的废气再循环可以通过压缩进气空气或废气进行。这些阀和废气再循环管路内的废气再循环阀这样控制，使低转速和低负荷时进行内部的废气再循环，而在内燃机的其他工作范围内进行外部的废气再循环。但废气再循环这种类型的控制需要很高的控制技术费用。

发明内容

本发明的目的在于，在开头所述类型的内燃机方面，按照尽可能简单的方式在所有发动机负荷和转速范围内保证足够高的废气再循环率，并特别是在加速运行时避免烟气排放峰值。

依据本发明该目的通过在控制管路内设置至少一个延迟节得以实现，其中，在控制管路内设置至少一个延迟节。

重要的是内部和外部废气再循环系统使用最简单的控制装置。纯机械的内部废气再循环系统可以适当构成，从而在中转速范围内产生足够高的废气再循环率并在低转速时几乎没有废气再循环。

高转速下所要求的提高废气再循环率通过在内燃机贯穿存在的增压比本身的工作范围内适当选择外部废气再循环系统的排气管直径产生。外部废气再循环率的有源控制仅在低部分负荷运行和瞬时运行下需要。

通过控制管路内时间上的延迟节，避免瞬时运行时会产生炭黑排放峰值的过高废气再循环率。

时间上的延迟节可以是机械的，其中，最好控制管路为气动控制压力管，而且机械延迟节具有至少一个压力罐。在控制压力管的入口上具有膜片。控制压力管或者与进气收集器连接，或者与真空泵连接。通过膜片压力罐才能缓慢进气或缓慢排空，由此废气再循环阀的转换压力才能随着时间延迟增压或减压。因此加速运行时由于过大的废气再循环量而产生的烟气排放得到有效避免。

真空泵可通过内燃机机械驱动或者也可以电动驱动。

在本发明一种特别简单的实施方式中，真空泵可在取决于喷油泵位置的情况下进行转换。喷油泵上的机械开关根据喷油泵位置将真空转换到废气再循环阀的控制管路上。该真空打开废气再循环阀。为延迟瞬时加速过程中废气再循环系统的转换时间，在这里也具有作为机械延迟节的压力罐，其中，该压力罐通过真空泵转换到真空。

作为对此的选择，废气再循环阀也可以通过电气控制管路与电子控制单元连接并通过该单元可在取决于负荷的情况下直接进行电动转换。在这种情况下也可以是电动方式的时间延迟节(Zeitverzogerungsglied)并直接与电子控制单元一体化。

附图说明

下面借助附图对本发明进行详细说明。其中：

图1以示意图示出依据本发明的柴油内燃机；

图2示出进气收集器内和涡轮之前的增压比；

图3示出依据本发明组合的废气再循环系统的废气再循环系统与内部废气再循环系统的比较；以及

图4示出带有发动机工作曲线的压缩机特性曲线。

具体实施方式

图1以示意方框图示出依据本发明的内燃机1。该柴油内燃机1具有至少一个气缸2、进气系统3、排气系统4、内部废气再循环系统5和外部废气再循环系统6。附图符号7表示具有进气管路9内压缩机8和排气管路11内涡轮10的废气涡轮增压器。涡轮10可以通过旁通管道12迂回。进气空气通过空气滤清器13进入进气管路9，通过压缩机8压缩并输送到中间冷却器14，通过该冷却器压缩的进气空气进入进气收集器15内。从进气收集器15增压空气通过进气通道16和未示出的进气门进入气缸2。

废气从气缸2通过未示出的排气门和排气通道17进入排气管路11。从排气管路11沿涡轮10的逆流分支外部废气再循环系统6的废气再循环管18，其中，在废气再循环管18内设置废气再循环冷却器19。

为控制外部废气再循环，在废气再循环管18内设置废气再循环阀20。废气再循环阀20具有优点地通过作为控制压力管21构成的控制管路22操纵。在图1所示的实施例中，控制压力管21与进气收集器15流通连接并因此通过压缩机8后面的增压压力，确切地说是通过进气收集器15内的压力控制。为了延迟瞬时加速过程中外部废气再循环系统6的转换时间，控制压力管21内具有机械延迟节23，该延迟节以简单的方式通过足够尺寸和控制压力管21入口上作为膜片构成节流阀25的压力罐24存在于压力罐24内。压力罐24通过该节流阀25缓慢进气，而废气再循环阀20的转换时间仅随时间延迟产生。因此防止加速运行时由于过大废气再循环量的烟气排放。

作为对此的选择，废气再循环阀20也可以通过真空转换，该真空如图1中虚线所示通过真空泵26产生。真空泵26在此方面或者通过电子控制单元或者-特别简单地-通过喷油泵上的机械开关转换，该开关根据喷油泵位置将真空转换到废气再循环阀的控制管路上。真空打开废气再循环阀20。真空泵26可以或者由内燃机或者电动驱动。为了延迟瞬时加速过程中外部废气再循环系统6的转换时间，在这里真空泵26和废气再循环阀20之间也具有机械延迟节23，其中，压力罐23通过真空泵26产生真空。

作为对气动操纵的废气再循环阀20的选择，也可以使用电动转换的废气再循环阀。转换过程和时间延迟与此同时通过电子控制单元电动进行。

内部废气再循环系统5凸轮控制，其中，废气再循环量在转速上的变化通过进气凸轮的卸荷凸轮适当的形状和位置得到优化。进气凸轮和卸荷凸轮与凸轮轴固定连接。为尽可能简单和耐用地构成柴油内燃机，没有凸轮轴调整装置。因此在排气行程期间与负荷和转速无关，至少一个进气门通过卸荷凸轮以恒定值打开。内部废气再循环系统5与此同时适当构成，从而在中转速范围内产生足够高的废气再循环率并在低转速下几乎没有废气再循环。为在中高发动机转速时达到明显的NOx还原，从基本上通过进气收集器15内和涡轮10前面的增压比确定的一预先确定的发动机转速起，多余的废气通过外部废气再循环系统6输送。高转速n下所要求的提高废气再循环率如图2和图3所示，通过在内燃机1贯穿存在的增压比本身的工作范围内适当选择外部废气再循环系统6的废气再循环管18直径产生。

图2示出涡轮10前面排气管路11内的压力P_A和在发动机转速n上进气收集器15内的压力P_E。EGR_ext表示从排气管路11到进气收集器15的外部再循环范围。在高发动机转速下，压缩的增压空气可以通过接通的外部废气再循环系统6从进气收集器15输送到涡轮10前面，如果涡轮10前面的P_A低于进气收集器15内压力P_E的话(根据发动机功率的低和中等发动机转速n)。该范围在图2中以R示出。这种效应是完全希望的，因为由此在图4中所示低中发动机转速n下的压缩机特性曲线上的工作点P₁、P₂在向压缩机8的效率最佳化的高料流M方向上移动。在高发动机转速n下，通过强烈上升的废气再循环量，压缩机特性曲线上的工作点P₃、P₄、P₅在低料流M方向上移动，并重新处于压缩机8效率最佳化OPT的附近。在图4所示的压缩机近似特性曲线中，示出校正输送流M上的增压比PR。附图符号S表示泵极限，附图符号OPT表示最佳效率的范围。在特性曲线中，线段A表示无外部废气再循环的运行，线段B表示有外部废气再循环的运行。明显看出，压缩机特性曲线中的工作点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅始终在效率最佳化OPT的方向上移动。

此外，转速n上强烈上升的废气再循环量EGR使无调节涡轮10的使用变得容易，因为料流通过涡轮10以废气再循环量EGR下降。

图3示出转速n上的废气再循环率EGR，表示通过线段C、D、E、F所示不同构成的内部废气再循环系统和内部与外部组合的废气再循环G。通过卸荷凸轮、进气凸轮的位置和形状，虽然可以有利构成内部废气再循环量在转速n上的变化，但废气再循环率的影响特别是在高转速下受到限制。提高废气再循环率只有通过曲线G所示的内部和外部组合的废气再循环才能达到。

Claims

1.一种内燃机(1)，该内燃机具有一取决于负荷通过一卸荷凸轮控制的内部废气再循环系统(5)，其中，附加具有一外部废气再循环系统(6)，该系统带有取决于负荷并可通过至少一个控制管路(22)控制的废气再循环阀(20)，其特征在于，在控制管路(22)内设置至少一个延迟节(23)。

2.按照权利要求1所述的内燃机(1)，其特征在于，该延迟节(23)为一机械延迟节。

3.按照权利要求2所述的内燃机(1)，其特征在于，该控制管路(22)为一气动控制压力管(21)，而且该机械延迟节具有一个压力罐(24)。

4.按照权利要求3所述的内燃机(1)，其特征在于，在该压力罐(24)内控制压力管(21)的一入口上设置至少一个由膜片构成的节气门(25)。

5.按照权利要求3或4所述的内燃机(1)，其特征在于，该控制压力管(21)与至少一个进气收集器(15)流通连接。

6.按照权利要求3或4所述的内燃机(1)，其特征在于，该控制压力管(21)与至少一个可在取决于柴油内燃机(1)的负荷情况下进行转换的真空泵连接。

7.按照权利要求6所述的内燃机(1)，其特征在于，该真空泵可通过柴油内燃机(1)机械驱动。

8.按照权利要求6所述的内燃机(1)，其特征在于，该真空泵可被电动驱动。

9.按照权利要求6所述的内燃机(1)，其特征在于，所述内燃机设有用于喷射燃油的喷油泵，该真空泵可在取决于喷油泵位置的情况下进行转换。

10.按照权利要求1所述的内燃机(1)，其特征在于，时间延迟节为电动或者电子时间延迟节(23)。

11.按照权利要求10所述的内燃机(1)，其特征在于，该废气再循环阀(20)通过至少一个电气控制管路与电子控制单元连接并通过该单元可在取决于负荷的情况下直接进行电动转换。