CN101111672B - 用于车辆中增压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车辆中增压式内燃机(1)的废气再循环的装置。所述装置包括进气管路(10)，用于将压缩空气供应到内燃机(1)。进气管路(10)包括用于冷却空气的进气空气冷却器(11)。所述装置还包括返回管路(15)，返回管路(15)将排气管路(6)连接到进气管路(10)，从而可以通过返回管路(15)将废气从排气管路(6)再循环到进气管路(10)。返回管路(15)包括EGR冷却器(17)，用于冷却再循环的废气。EGR冷却器(17)和进气空气冷却器(11)靠近内燃机(1)设置在内燃机(1)的冷侧上，分支的进气管(24)固定到其处。

Description

用于车辆中增压内燃机的废气再循环的装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆中增压式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通过进气管路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)的含量降低。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。
可以被供应到增压式内燃机的空气的量取决于空气的压力，而且取决于空气的温度。为了将尽可能大量的空气供应到内燃机，压缩空气因此在被引导到内燃机之前被冷却。压缩空气通常在位于车辆前部处的进气空气冷却器中被冷却，在其处，它被流动穿过进气空气冷却器的周围空气冷却。压缩空气可以被冷却到这样的温度，该温度基本与周围温度相对应。
这种废气再循环包括在车辆中设置用于废气的返回管路，尤其具有EGR冷却器。将压缩空气供应到内燃机使得需要在车辆中设置用于空气的进气管路，尤其具有进气空气冷却器。在装配状态中，具有组成部件的返回管路和进气管路占用车辆中相对大量的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，该装置包括用于增压式内燃机的废气再循环的返回管路、和用于将压缩空气供应到内燃机的进气管路，从而所述管路可以短，并且可具有紧凑的结构。
这个目的通过上面提到的类型的装置实现，其中EGR冷却器和进气空气冷却器靠近内燃机设置在所述位于竖直方向的平面的第一侧上，分支的进气管固定到所述平面的第一侧。将EGR冷却器和进气空气冷却器靠近内燃机装配意味着整个进气管路和返回管路可以位于内燃机附近。进气管路和返回管路因此可具有在内燃机的冷侧和热侧之间的基本最小的延伸长度(extent)。EGR冷却器和进气空气冷却器可以直接装配在内燃机上，或者例如通过返回管路或进气管路的管状部分间接装配在其上。EGR冷却器和进气空气冷却器有利地具有伸长的形状，从而它们可分别形成返回管路和进气管路的一部分。返回管路和进气管路的管状部分因此可以被制成较短。EGR冷却器和进气空气冷却器的这种装配使得可以提供具有紧凑结构的装置，其占用车辆中相对少的空间。EGR冷却器和进气空气冷却器装配在柴油机的冷侧上，从而内燃机排出的热量将不会显著影响EGR冷却器中的废气的冷却和进气空气冷却器中的空气的冷却。
根据本发明的优选实施例，EGR冷却器在车辆中设置在比分支的进气管低的高度处。EGR冷却器可以至少部分设置在分支的进气管的下面。通常此处存在用于装配EGR冷却器的空间。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，返回管路就可以越短和越紧凑。EGR冷却器有利地适用于使液体冷却介质流动穿过它，用于冷却再循环的废气。与相当尺寸的气体冷却的EGR冷却器相比，液体冷却的EGR冷却器提供基本更大的冷却能力。使用液体冷却介质的EGR冷却器因此可具有紧凑的结构。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冷却器内的单独的通道中沿着相反方向流动。利用这种适合尺寸的EGR冷却器，废气可以被冷却到出口温度，出口温度仅略高于冷却介质的入口温度。
根据本发明的另一个优选实施例，进气空气冷却器在车辆中设置在比分支的进气管低的高度处。进气空气冷却器可以至少部分设置在分支的进气管的下面。同样通常此处具有用于装配进气空气冷却器的空间。进气空气冷却器装配的越靠近穿过内燃机的位于中心的竖直平面，进气管路就可以越短并且越紧凑。进气空气冷却器有利地适用于使液体冷却介质流动穿过它，用于冷却再循环的废气。与相当尺寸的气体冷却的进气空气冷却器相比，液体冷却的进气空气冷却器提供基本更大的冷却能力。进气空气冷却器因此可具有紧凑的结构。进气空气冷却器可采用逆流式换热器的形式，其中，压缩空气和冷却介质在进气空气冷却器内的单独的通道中沿着相反方向流动。这种适合尺寸的进气空气冷却器使得空气可以被冷却到出口温度，出口温度仅略高于冷却的入口温度。
根据本发明的另一个优选实施例，进气管路包括管状部分，所述管状部分将空气和再循环的废气引导到进气管，从而EGR冷却器和进气空气冷却器设置在延伸穿过所述管状部分的中心线的相反侧上。进气管通常具有沿着内燃机的长的冷侧的至少一部分的延伸长度。在这种情况中，管状部分可基本竖直地向上延伸，并且在进气管上基本在中间终止。EGR冷却器和进气空气冷却器可构成复合单元。这种复合单元使得可以方便地同时装配EGR冷却器和进气空气冷却器。
根据本发明的另一个优选实施例，内燃机在车辆中以这样一种方式装配，即所述竖直平面沿着车辆的纵向方向延伸，并且内燃机具有基本横向的前壁表面和基本横向的后壁表面，从而返回管路通过管路部分从内燃机的第一侧延伸到第二侧，所述管路部分在横向的后壁表面周围延伸，并且进气管路通过管路部分从内燃机的第一侧延伸到第二侧，所述管路部分在横向的前壁表面周围延伸。在这种情况中，返回管路和进气管路因此在内燃机周围沿着不同方向延伸。可替换的是，返回管路可在内燃机的前壁表面周围延伸，并且进气管路在后壁表面周围延伸。
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示意性示出了具有根据本发明第一实施例的装置的内燃机，
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，和
图4示出了根据本发明的第二实施例的装置。
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。在这种情况中，内燃机以具有六个气缸2的柴油机1做示例。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3上。竖直平面4标示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。分支的排气管5基本沿着整个内燃机的长的热侧延伸。分支的排气管5的目的是将来自柴油机1的气缸2中的燃烧过程的废气引导到排气管路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，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将压缩空气引导到进气空气冷却器11，冷却器11靠近柴油机1位于后者的冷侧上。进气空气冷却器11中的压缩空气通过冷却剂冷却，所述冷却剂通过冷却剂泵13在单独的冷却系统12中循环。冷却剂在装配在车辆前部3a处的散热元件14中被冷却。
废气的再循环通常称为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。返回管路15提供排气管路6中的废气的一部分的再循环。返回管路15从排气管路6延伸到进气管路10。返回管路15包括EGR阀16，通过EGR阀16，返回管路15中的废气流可以根据需要被切断。EGR阀16也可用于控制从排气管路6通过返回管路15被引导到进气管路10的废气的量。返回管路15还包括EGR冷却器17，冷却器17用于在废气与进气管路10中的压缩空气混合之前冷却所述废气。废气在EGR冷却器17中被液体冷却，所述液体在车辆的示意性示出的普通冷却系统19中循环，从而冷却柴油机1。冷却剂在普通的冷却系统19中通过冷却剂泵20被循环，并且当它被引导穿过装配在车辆前部3a处的散热元件21时被周围空气冷却。来自普通冷却系统19的冷却剂可以通过阀22被引导到平行的冷却回路23中，回路23将冷却剂引导穿过EGR冷却器17。在冷却剂已经冷却EGR冷却器17中的再循环废气之后，冷却剂被引导返回普通的冷却系统19。
图2和图3更详细示出了所述装置。柴油机1是具有六个缸盖25的直列式内燃机，每个缸盖均包括气缸2。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。用于废气的返回管路15包括第一管状部分15a，第一管状部分15a在排气管路6和EGR冷却器17之间延伸。第一管状部分15a在适合的位置处包括EGR阀12。第一管状部分15a初始从排气管6基本竖直地向上延伸到分支的进气管5上方的高度。之后，在围绕柴油机1的横向后壁表面1b周围延伸之前，第一管状部分15a沿着柴油机1的热侧的一部分延伸。第一管状部分15a的这个延伸长度处于与内燃机1的缸盖25基本恒定的高度水平处。之后，第一管状部分15a向下延伸，并且在分支的进气管24下面延伸，在其处，它连接到EGR冷却器17。分支的进气管24固定到内燃机的冷侧，在其处，它基本沿着整个冷侧延伸，从而，它可将空气和废气引导到内燃机的直列式气缸2中。EGR冷却器17因此在部分低于分支的进气管24的位置处装配在柴油机1的冷侧上。EGR冷却器17具有入口26a和出口26b，用于在平行冷却回路23中输送的冷却剂。
用于压缩空气的进气管路10包括第一管状部分10a，第一管状部分10a在内燃机1的热侧上的压缩机8和位于内燃机1的冷侧上的进气空气冷却器11之间延伸。第一管状部分10a具有在基本恒定高度水平处的靠近内燃机1的围绕横向前壁表面1a的延伸长度。进气空气冷却器11在部分低于分支的进气管24的位置处装配在柴油机1的冷侧上。进气空气冷却器11具有入口27a和出口27b，用于单独的冷却系统12的冷却剂。进气管路10的第二管状部分10b将空气从进气空气冷却器11引导到连接点10c，在其处，空气与再循环的废气混合。再循环的废气通过第二管状部分15b被引导到进气管路，第二管状部分15b在EGR冷却器17和连接点10c之间延伸。进气管路10之后包括第三管状部分10d，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24中。进气管路的第三管状部分10d基本竖直地向上延伸到分支的进气管24的中间部分。EGR冷却器17和进气空气冷却器11设置在中心线28的相反侧上，中心线28延伸穿过进气管路的第三管状部分10d。
EGR冷却器17是逆流式换热器，其中，废气在EGR冷却器17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的方向流动，所述单独的通道通过传热表面分开。利用适合尺寸的EGR冷却器17，废气可以冷却到这样的温度，该温度基本与循环的冷却剂的温度相对应。进气空气冷却器11同样具有逆流式换热器的结构，从而压缩空气在进气空气冷却器11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的方向流动，所述单独的通道通过传热表面分开。利用适合尺寸的进气空气冷却器11，废气可以被冷却到这样的温度，该温度基本与循环冷却剂的温度相对应。进气空气冷却器11和EGR冷却器17具有的延伸长度使得它们构成进气管路10和返回管路15的一部分。进气管路的管状部分10a、b、d和返回管路的管状部分15a、b因此可以减小长度。利用进气空气冷却器11和EGR冷却器17的这种设置，可以提供进气管路10和返回管路15，所述进气管路和返回管路围绕内燃机1以和内燃机1相对小的距离从热侧延伸到冷侧。进气管路10和返回管路15因此可具有基本最小的长度。将进气空气冷却器11和EGR冷却器17设置在内燃机的冷侧上还有助于装置的紧凑结构，从而它占用车辆中相对小的空间。
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因此提供驱动功率，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。压缩空气通过进气管路的第一部分10a被引导到进气空气冷却器11，在其中，它被单独的冷却系统12的循环的冷却剂冷却。利用适合尺寸的单独的冷却系统，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16开启，结果，排气管路6中的部分废气被引导到返回管路15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15中的再循环的废气到达EGR冷却器17时，它们被冷却回路23的冷却剂冷却。废气可以在EGR冷却器17中被冷却到这样的温度，该温度与普通冷却系统19的冷却剂的温度相对应。在通常工作过程中，冷却剂的温度在80-100℃的范围内。冷却的废气之后与冷却的压缩空气混合，之后，混合物通过第三管状部分10d和分支的进气管24被引导到柴油机1的各个气缸2。
图4示出了可替换的装置，从而进气空气冷却器11和EGR冷却器17被包括在复合单元中，所述复合单元可作为单独的部件装配。进气空气冷却器11和EGR冷却器17因此更容易同时装配，复合单元不仅包括冷却器11、17，而且包括汇聚(pooling)空间29，其中，在混合物通过返回管路的第三管状部分10d被引导到分支的进气管24之前，冷却的压缩空气与冷却的废气混合。在增压式内燃机1的某些工作状态中，返回管路15中废气的压力低于进气管路10中的压缩空气的压力。辅助装置例如位于汇聚空间29中的文丘里管可用于局部降低进气管路10中的空气的静压，从而废气可以被引入，并且与压缩空气混合。
本发明决不限于参考附图描述的实施例，而是在权利要求的范围内可以自由变化。内燃机可以具有基本任何适合的类型，具有任何适合数目的气缸。返回管路可包括多于一个的EGR冷却器，并且进气管路可包括多于一个的进气空气冷却器。

Claims (10)

1.一种用于车辆中增压式内燃机(1)的废气再循环的装置，从而内燃机包括分支的进气管(24)和分支的排气管(5)，进气管(24)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)，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，排气管(5)固定到所述位于中心的竖直平面(4)的第二侧，用于将废气从内燃机(1)的至少两个气缸引导到排气管路(6)，从而，所述装置包括：进气管路(10)，所述进气管路(10)用于将压缩空气供应到内燃机(1)，所述进气管路(10)包括用于冷却空气的进气空气冷却器(11)；和返回管路(15)，返回管路(15)将排气管路(6)连接到进气管路(10)，从而可以通过返回管路(15)将废气从排气管路(6)再循环到进气管路(10)，所述返回管路(15)包括用于冷却再循环废气的EGR冷却器(17)，其特征在于，EGR冷却器(17)和进气空气冷却器(11)靠近内燃机(1)设置在所述位于竖直方向的平面(4)的第一侧上，分支的进气管(24)固定到所述平面的第一侧。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，EGR冷却器(17)在车辆中设置在比分支的进气管(24)低的高度处。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述EGR冷却器(17)至少部分设置在分支的进气管(24)的下面。
4.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述EGR冷却器(17)适用于使液体冷却介质流动穿过它以冷却再循环的废气。
5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，进气空气冷却器(11)在车辆中设置在比分支的进气管(24)低的高度处。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，进气空气冷却器(11)至少部分设置在分支的进气管(24)的下面。
7.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，进气空气冷却器(11)适用于使液体冷却介质流动穿过它以冷却压缩空气。
8.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，进气管路包括管状部分(10d)，所述管状部分将空气和再循环的废气引导到进气管(24)中，从而，EGR冷却器(17)和进气空气冷却器(11)设置在中心线(26)的相反侧上，所述中心线沿着所述管状部分(10d)的纵向方向延伸。
9.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，EGR冷却器(17)和进气空气冷却器(11)构成复合单元。
10.如权利要求1-3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，并且内燃机(1)具有基本横向的前壁表面(1a)和基本横向的后壁表面(1b)，从而返回管路(15)围绕横向后壁表面(1b)从第一侧延伸到第二侧，并且进气管路(10)围绕横向前壁表面(1a)从第一侧延伸到第二侧。
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