CN101111671A - 用于车辆中内燃机的废气再循环的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(1)的废气再循环的装置。该装置包括：返回管路(13)，将排气管路(6)连接到进气管路(10)，从而可以将废气从排气管路(6)再循环到进气管路(10)；和至少一个EGR冷却器(15，16)，用于冷却返回管路(13)中的再循环的废气。EGR冷却器(15，16)靠近所述内燃机(1)装配，从而在EGR冷却器的用于再循环废气的入口部分(15a，16a)和出口部分(15b，16b)之间基本中心延伸的竖直平面(23，25)基本与穿过内燃机(1)的所述竖直平面(4)平行。

Description

用于车辆中内燃机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的前序部分所述的用于车辆中内燃机的废气再循环的装置。
背景技术
称作EGR(废气再循环)的技术是一种公知的方法，使得来自内燃机中的燃烧过程的部分废气通过返回管路再循环到进气管路，所述进气管路用于将空气供应到内燃机。空气和废气的混合物因此被供应到内燃机的气缸中，在气缸中进行燃烧。向空气中增加废气造成较低的燃烧温度，这尤其导致废气中的氮氧化物(NOX)的含量较低。这种技术用于Otto内燃机和柴油机。在被引导到内燃机之前，再循环的废气通常在所谓的EGR冷却器中被冷却。内燃机冷却系统中存在的循环冷却剂通常用于冷却EGR冷却器中的废气。
这种废气再循环使得需要在车辆的内燃机空间中设置返回管路。这种返回管路的目的是将废气从设置在内燃机的热侧上的排气管路引导到用于空气的进气管路，所述进气管路设置在内燃机的冷侧上。返回管路包括多个部件，例如用于控制穿过返回管路的废气流动的EGR阀、用于冷却再循环的废气的EGR冷却器、和用于将废气从热侧引导到冷侧的管路部分。车辆中的EGR冷却器的位置通常使得返回管路必须不必要的长并且占用空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现内燃机的废气再循环的装置，从而返回管路可具有基本最小的长度，并且装置整体上被制成紧凑的并且占用较小空间。
这个目的通过前面提到的类型的装置实现，该装置特征在于权利要求1的特征部分所指出的特征。将EGR冷却器装配在内燃机附近使得对于位于第一冷侧和第二热侧之间的返回管路的整体延伸长度(extent)被设置成靠近内燃机。返回管路因此可具有基本最小的长度。设置在内燃机附近的EGR冷却器可以直接装配在内燃机上，或者例如通过返回管路的管状部分间接装配在其上。EGR冷却器可采用伸长的热交换器的形式，具有位于入口部分和出口部分之间的线性延伸长度。这种EGR冷却器可构成返回管路的相当大的部分。输送废气的返回管路的管状部分因此可以被制造成显著较短。这种方式设置的EGR冷却器还可以使返回管路具有最少数目的弯曲部分，该返回管路在内燃机周围从第一侧延伸到第二侧。具有基本最小长度和最少数目的弯曲部分的返回管路可具有紧凑的形状，从而占用车辆中相对少量的空间。
根据本发明的优选实施例，EGR冷却器与分支的排气管设置在所述竖直平面的相同侧上。在这种情况中，EGR冷却器设置在内燃机的热侧上。因此基本紧接着再循环的废气通过较短的管路部分离开分支的排气管之后，再循环的废气可以被引导到EGR冷却器，所述管路部分在排气管路和EGR冷却器之间延伸。EGR冷却器有利地采用逆流式换热器的形式，其中，废气和冷却介质在EGR冷却器内的分开的通道中沿着相反的方向流动。利用这种尺寸适合的EGR冷却器，废气可以被冷却到出口温度，该出口温度仅略超过冷却介质的入口温度。EGR冷却器优选设置在比分支的排气管高的高度处。在靠近内燃机的热侧的车辆内燃机空间中的这个高度处，通常存在用于装配EGR冷却器的空间。EGR冷却器可以至少部分设置在分支的排气管的上方。EGR冷却器装配的越靠近穿过内燃机的位于中心的竖直平面，返回管路可以越短和越紧凑。
根据本发明的另一个优选实施例，EGR冷却器与分支的排气管设置在所述竖直平面的相同侧上。在这种情况中，EGR冷却器设置在内燃机的冷侧上。EGR冷却器因此可具有沿着内燃机的冷侧的至少一部分的延伸长度。EGR冷却器有利地采用具有伸长形状的逆流式换热器的形式。EGR冷却器优选设置在比分支的排气管高的高度处。在靠近内燃机的冷侧的车辆中的这个高度处，通常存在用于装配EGR冷却器的原有空间。EGR冷却器可以至少部分设置在分支的排气管的上方。有利的是，EGR冷却器基本竖直地装配在分支的排气管上方。这提供了短的并且紧凑的返回管路的可能性。EGR冷却器优选适用于使液态冷却介质流动穿过它。液体冷却的EGR冷却器比具有相当尺寸的气体冷却的EGR冷却器能够提供显著更大的冷却能力。使用液体冷却介质的EGR冷却器因此可具有紧凑的结构。
根据本发明的另一个优选实施例，所述装置包括多个EGR冷却器，从而，至少一个EGR冷却器与分支的排气管设置在所述竖直平面的相同侧上，并且至少一个EGR冷却器与分支的排气管设置在所述竖直平面的相同侧上。废气因此可以在两个步骤中被冷却。EGR冷却器可以通过使来自不同冷却系统的冷却剂循环从而被冷却。冷却内燃机的冷却系统中的冷却剂可用于冷却设置在内燃机的热侧上的EGR冷却器中的废气，并且单独的冷却系统中的冷却剂可用于冷却设置在内燃机的冷侧上的EGR冷却器中的废气。利用单独的冷却系统的适合的结构，因此可以在第二步骤将废气冷却到接近周围温度的温度。
根据本发明的另一个优选实施例，内燃机以这样一种方式设置在车辆中，即穿过内燃机的所述竖直平面沿着车辆的纵向方向延伸，从而内燃机具有前壁表面和后壁表面，并且返回管路通过管路部分从第一侧延伸到第二侧，所述管路部分具有围绕内燃机的后壁表面的延伸长度。与前壁表面处相比，通常在内燃机的后壁表面处可以更好地接近空的空间用于装配返回管路。然而可以具有这样的管路部分，所述管路部分具有围绕内燃机的前壁表面的延伸长度。
附图说明
下面参考附图通过实例描述本发明的优选实施例，附图中：
图1示意性示出了用于增压式内燃机的废气再循环的装置，
图2更详细地示出了图1的装置，
图3示出了从内燃机的冷侧观察的图2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，所述内燃机在这种情况中是具有六个气缸2的柴油机1。柴油机1装配在示意性示出的车辆3中，车辆3可以是重型车辆。前表面3a示出在车辆上。竖直平面4标记为基本中心地延伸穿过柴油机1和它的气缸2。柴油机1以这样一种方式装配在车辆3中，即所述竖直平面4沿着车辆的纵向方向延伸。来自柴油机1的气缸2中的燃烧过程的废气通过分支的排气管5被引导到排气管路6。处于正压的排气管路6中的废气驱动涡轮7。涡轮7因此提供驱动功率，所述驱动功率通过连接装置被传递给压缩机8。压缩机8压缩通过入口9吸入的空气。进气管路10的第一部分10a将压缩空气引导到进气空气冷却器11，冷却器11位于车辆的前部3a处。在压缩空气已经在进气空气冷却器11中被周围空气冷却之后，它被进气管路的第二部分10b进一步引导。
废气的再循环通常称作EGR(废气再循环)。将废气增加到被引导到内燃机气缸的压缩空气中降低了燃烧温度，并且因此还降低了在气缸2中的燃烧过程中形成的氮氧化物(NOX)的含量。用于提供排气管路6中的废气的一部分的再循环的装置包括返回管路13，返回管路13在排气管路6和进气管路的第二部分10b之间延伸。返回管路13包括EGR阀12，通过所述阀12，返回管路13中的废气流可以根据需要被切断。EGR阀12也可以用于控制从排气管路6通过返回管路13被引导到进气管路的第二部分10b的废气的量。返回管路13包括第一EGR冷却器15和第二EGR冷却器16，用于冷却再循环的废气。废气在第一EGR冷却器15中通过普通冷却系统中循环的冷却剂从而被冷却，所述普通冷却系统主要用于在车辆的工作过程中冷却柴油机1。冷却剂在普通的冷却系统中通过冷却剂泵17被循环。当它被引导穿过装配在车辆前部3a处的散热元件18时，冷却剂被周围空气冷却。阀19可以用于提供平行冷却回路中的可调节的冷却剂流，所述平行的冷却回路引导冷却剂穿过第一EGR冷却器15。在穿过第一EGR冷却器15之后，冷却剂被引导返回普通的冷却系统。废气在第二EGR冷却器中通过循环车辆的单独的冷却系统的冷却剂从而被冷却。冷却剂在单独的冷却系统中通过冷却剂泵20被循环。当它被引导穿过装配在车辆前部3a处的散热元件21时，冷却剂被周围空气冷却。在第一EGR冷却器15和第二EGR冷却器16中冷却之后，废气在进气管路的点10c处与压缩空气混合。
图2和图3更详细地示出了用于废气再循环的装置。柴油机1是具有六个缸盖22的直列式内燃机，所述缸盖均包括气缸2。用于废气的返回管路13包括第一管状部分13a，第一管状部分13a在排气管路6和第一EGR冷却器15之间延伸。返回管路的第一管状部分13a在适合的点处包括EGR阀12。第一管状部分13a从排气管路6基本向上延伸，从而第一EGR冷却器15具有比分支的排气管5处于更高高度处的位置。第一EGR冷却器15装配在柴油机1的热侧上，部分在分支的排气管5的上方，位于通常没有被车辆的其它部件使用的空间中。第一EGR冷却器15包括用于再循环废气的入口部分15a和出口部分15b。第一EGR冷却器15相对于柴油机1以这样一种方式装配，即在入口部分15a和出口部分15b之间中心地沿着EGR冷却器的纵向方向延伸的竖直平而23基本与穿过柴油机1的所述竖直平面4平行。第一EGR冷却器15具有用于平行回路的冷却剂的入口24a和出口24b，所述平行回路连接到普通的冷却系统。
用于废气的返回管路13包括第二管状部分13b，第二管状部分在第一EGR冷却器15和第二EGR冷却器16之间延伸。柴油机1以这样一种方式装配在车辆3中，即它具有相对于所述竖直平面4基本横向的前壁表面1a和基本横向的后壁表面1b。返回管路的第二管状部分13b具有围绕横向后壁表面1b从柴油机1的热侧到柴油机1的冷侧的横向延伸长度。与柴油机的前壁表面1a处相比，更大的空间通常可在后壁表面1b处获得。第二管状部分13b具有基本水平的延伸长度，结果，第二EGR冷却器16定位在与第一EGR冷却器15相对应的高度水平处。第二EGR冷却器16装配在分支的进气管14上方的柴油机1的冷侧上。此处，存在通常没有被车辆的其它部件使用的空间。第二EGR冷却器16包括用于再循环的废气的入口部分16a和出口部分16b。第二EGR冷却器16以这样一种方式相对于柴油机1装配，即沿着EGR冷却器的纵向方向在入口部分16a和出口部分16b之间中心延伸的竖直平面25基本与穿过柴油机1的所述竖直平面4平行。第二EGR冷却器16具有入口26a和出口26b，用于单独的冷却系统的循环的冷却剂。
用于废气的返回管路13最后包括第三管状部分13c，第三管状部分13c在第二EGR冷却器16和进气管路的点10c之间延伸。返回管路的第三管状部分13c从第二EGR冷却器16基本竖直地向下延伸到进气管路的第二部分10b，如图3所示。进气管路10终止于第三管状部分10d，所述第三管状部分10d将空气和废气的混合物引导到分支的进气管14。进气管路的第三管状部分10d终止于这样一个部分，该部分竖直向上延伸，并且连接到分支的进气管14的中间部分。压缩空气和再循环的废气的混合物通过分支的进气管14被引导到内燃机的各个气缸2。
每个EGR冷却器15、16具有逆流式换热器的结构，从而，废气在EGR冷却器15、16内沿着一个方向流动，并且冷却剂在单独的通道中沿着相反方向流动，所述单独的通道通过热传递表面分开。利用充分伸长的EGR冷却器15、16，废气可以被冷却到与循环的冷却剂的温度基本相对应的温度。EGR冷却器15、16构成柴油机1的相反侧上的返回管路13的基本线性状部分。返回管路的管状部分13a、b、c因此可以具有减小的延伸长度。利用这种结构的EGR冷却器15、16，可以使返回管路13具有基本最小的长度和数目最少的弯曲部，所述返回管路13在内燃机周围从第一侧延伸到第二侧。这种返回管路13具有紧凑的结构，并且因此在车辆的内燃机空间中占用相对少的空间。
在柴油机1的工作过程中，排气管路6中的废气在它们被向外引导到周围环境之前驱动涡轮7。涡轮7因此具有驱动功率，所述驱动功率驱动压缩机8。压缩机8压缩通过入口9引入的空气。压缩空气通过返回管路的第一部分10a被引导到进气空气冷却器11，在其中，它被周围空气冷却。进气空气冷却器11中的压缩空气可以被冷却到这样的温度，该温度仅超过周围温度几度。在柴油机1的大部分工作状态中，EGR阀开启，结果，排气管路6中的部分废气被引导到返回管路13中。排气管路6中的废气通常为大约600-700℃的温度。当返回管路13中的废气到达第一EGR冷却器15时，它们受到冷却，这是第一步骤。然而，第一EGR冷却器15仅可以将废气冷却到与普通冷却系统中的冷却剂的温度相对应的温度。在通常的工作中，普通冷却系统中冷却剂的温度在80-100℃的范围内。废气因此在第一EGR冷却器15中仅可以被冷却到这个温度。在第一EGR冷却器15中冷却之后，废气被引导到第二EGR冷却器16，在其处，它们被单独的冷却系统的冷却剂冷却，这是第二步骤。单独的冷却系统中的冷却剂流可以被调节使得冷却剂被冷却到这样的温度，该温度与散热元件21中的周围的温度基本相对应。为了实现冷却剂的这种冷却，穿过散热元件21的流动需要相对小。利用这种结构的单独的冷却系统，冷却剂可以将第二EGR冷却器16中的废气冷却到这样的温度，该温度仅超过周围温度几度。第二EGR冷却器13中的废气因此被冷却到与进气空气冷却器11中的压缩空气基本相同的温度水平。被冷却的废气在进气管路的点10c处与压缩空气混合，随后，混合物被引导到内燃机1。在增压式柴油机1的某些工作状态中，返回管路13中的废气的压力低于进气管路10b中的压缩空气的压力。辅助装置例如文丘里管可用于局部降低在到返回管路13的连接部10c处的进气管路10中的空气的静压，从而废气可以被引入并且与进气管路中的压缩气体混合。
本发明决不限制到上述参考附图描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由变化。内燃机可以是基本任何适合的类型。返回管路可包括仅一个EGR冷却器15、16。这可以是这样的情况，即使用了较小的内燃机的情况，或者仅需要冷却较少量的再循环废气的情况。EGR冷却器15、16和管状部分13a、b、c可以制造成某种尺寸和长度的模块。利用多个这种模块，返回管路可以装配到具有不同尺寸和类型的内燃机。

Claims (10)

1.一种用于车辆中内燃机(1)的废气再循环的装置，从而内燃机包括分支的进气管(14)和分支的排气管(5)，进气管(14)在竖直平面(4)的第一侧上固定到内燃机(1)，所述平面(4)中心地延伸穿过内燃机(1)，所述进气管用于供应空气并且将废气再循环到内燃机(1)的至少两个气缸(2)，排气管(5)在所述位于中心的竖直平面(4)的第二侧上固定到内燃机(1)，用于将废气从内燃机(1)的至少两个气缸(2)引导到排气管路(6)，从而，所述装置包括：返回管路(13)，所述返回管路(13)将排气管路(6)连接到用于将空气供应到内燃机(1)的进气管路(10)，从而可以将废气从排气管路(6)再循环到进气管路(10)；和至少一个EGR冷却器(15，16)，用于冷却返回管路(13)中的再循环的废气，其特征在于，所述EGR冷却器(15，16)靠近内燃机(1)装配在这样一位置，即在EGR冷却器的用于再循环废气的入口部分(15a，16a)和出口部分(15b，16b)之间基本中心延伸的竖直平面(23，25)基本与穿过所述内燃机(1)的所述竖直平面(4)平行。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，EGR冷却器(15)与分支的排气管(5)设置在所述竖直平面(4)的相同侧上。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述EGR冷却器(15)设置在比分支的排气管(5)更高的高度处。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述EGR冷却器(15)设置在这样一位置处，所述位置至少部分位于分支的排气管(5)的上方。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述EGR冷却器(16)与分支的排气管(14)设置在所述竖直平面(4)的相同侧上。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，EGR冷却器(16)设置在这样的位置处，所述位置位于比分支的排气管(14)更高的高度处。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，EGR冷却器(16)设置在这样的位置处，所述位置至少部分位于分支的排气管(14)上方。
8.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，EGR冷却器(15，16)适用于使液体冷却介质流动穿过它用于冷却废气。
9.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个EGR冷却器，从而至少一个EGR冷却器(15)与分支的排气管(5)设置在所述竖直平面(4)的相同侧上，并且至少一个EGR冷却器(16)与分支的进气管(14)设置在所述竖直平面(4)的相同侧上。
10.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，内燃机(1)以这样一种方式设置在车辆(3)中，即穿过内燃机(1)的所述竖直平面(4)沿着车辆的纵向方向延伸，从而内燃机(1)具有前壁表面(1a)和后壁表面(1b)，所述前壁表面和后壁表面基本垂直于所述竖直平面(4)，并且从而返回管路(13)在第一侧和第二侧之间通过管路部分(13b)延伸，所述管路部分(13b)具有围绕内燃机的后壁表面(1b)的延伸长度。
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