CN101196141B - 内燃机和用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机的方法，其中由内燃机产生的废气通过一个废气再循环装置(7)引回到内燃机(1)，该废气再循环装置包括至少两个冷却装置(8、9)，所述冷却装置分别配设一个旁路(10、12)，废气取决于内燃机的负荷状态在废气再循环装置内冷却，其中新鲜空气通过一个增压空气输入装置(2)输入到内燃机，该增压空气输入装置包括至少一个冷却装置(3、4)和至少一个与冷却装置(3、4)并联的旁路(22)，新鲜空气取决于内燃机的负荷状态和/或可预定的目标温度在增压空气管(23)内通过至少两个串联的冷却装置(3、4)和/或通过旁路(22)引导。本发明也涉及一种带有废气再循环装置和增压空气输入装置的内燃机。

Description

内燃机和用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行内燃机的方法。此外本发明涉及一种相应的带有废气再循环装置的内燃机。
背景技术
由DE 101 47 536 A1已知一种内燃机，其中在进气系统中设有一个与排气系统热连接的废气热交换器，该废气热交换器可以通过构成为活瓣的控制阀激活或不激活。废气热交换器通过旁通管不仅可以设置在进气系统侧，而且可以设置在排气系统侧。
此外由DE 103 47 834 A1已知一种带有废气后处理装置的柴油机。废气再循环装置包括一个双路径的系统，其中在第一路径内设置一个冷却装置，并且第二路径与第一路径并联。此外在增压空气输入装置内设置一个增压空气冷却器。
由DE 10 2004 021 386 A1已知一种带有废气再循环装置的内燃机，其中在一个废气再循环管内设置两个热交换器。因此冷却流过两个热交换器的废气。在一个增压空气管内设置另一个热交换器。
此外由FR 287 64 17已知一种内燃机，其中在一个废气再循环管内串联设置两个热交换器。在第一热交换器前面和在两个热交换器之间分别设置一个三通阀，从所述三通阀分支出一个旁路。取决于内燃机的负荷状态，废气可以通过两个热交换器或通过旁路引导。当发动机是中等负荷时，废气通过第一热交换器引导，并且在第二热交换器旁边引过。当关闭设置在两个热交换器前面的、用以流过设置在后面的热交换器的第一阀时，废气的显著的部分始终通过旁路、也就是在第二热交换器旁边引过，即使打开设置两个热交换器之间的阀时也是如此。在已知的内燃机和运行方法中，面向需求的废气冷却只能非常不充分地实现。
发明内容
因此本发明的目的是，实现一种方法和一种内燃机，在该方法中或者用该内燃机能高效地混合输入到内燃机的废气和新鲜空气。
本发明实现一种用于运行内燃机的方法，其中由内燃机产生的废气通过一个废气再循环装置引回到内燃机，该废气再循环装置包括至少两个冷却装置，所述冷却装置分别配设一个旁路，废气取决于内燃机的负荷状态在废气再循环装置内冷却，并且新鲜空气通过一个增压空气输入装置输入到内燃机，该增压空气输入装置包括至少一个冷却装置和至少一个与增压空气输入装置的冷却装置并联的旁路，所述新鲜空气取决于负荷状态通过增压空气输入装置的冷却装置和/或旁路引导，并且新鲜空气取决于内燃机的负荷状态和/或可预定的目标温度在增压空气管内通过增压空气输入装置的至少两个串联的冷却装置和/或通过与增压空气输入装置的两个冷却装置并联的旁路引导。
本发明还实现一种内燃机，包括一个用于引回由内燃机产生的废气的废气再循环装置和一个用于将新鲜空气输入到内燃机的增压空气输入装置，该废气再循环装置包括至少两个用于取决于内燃机的负荷状态冷却废气的冷却装置，所述冷却装置分别与一个旁路并联，该增压空气输入装置包括至少两个串联的冷却装置，该增压空气输入装置的所述冷却装置与一个旁路并联，新鲜空气取决于内燃机的负荷状态和/或可预定的目标温度在增压空气管内通过增压空气输入装置的所述至少两个串联的冷却装置和/或通过与增压空气输入装置的两个冷却装置并联的旁路引导。
在按本发明的用于运行内燃机的方法中，由内燃机产生的废气通过一个废气再循环装置引回到内燃机，该废气再循环装置包括至少两个冷却装置，所述冷却装置分别配设一个旁路。废气取决于内燃机的负荷状态必要时在废气再循环装置内冷却。新鲜空气通过一个增压空气输入装置输入到内燃机，该增压空气输入装置包括至少一个冷却装置和至少一个与冷却装置并联的旁路，所述新鲜空气取决于负荷状态通过冷却装置和/或旁路引导。因此可以使废气和新鲜空气的相应温度的与状况相关的精确调节成为可能。用所述方式也可以将废气和新鲜空气的混合温度精确地调节到相应希望的目标温度上，并且可以明显减少在系统内废气成分的沉积。
优选新鲜空气取决于内燃机的负荷状态和/或可预定的目标温度在增压空气管内通过增压空气输入装置的至少两个串联的冷却装置和/或通过与两个冷却装置并联的旁路引导。因此可以实现面向需求地冷却新鲜空气。可以规定，在内燃机正常运行时新鲜空气按比例通过旁路和冷却装置引导。尤其是在车辆加速阶段(Schubphase)时在内燃机提高的负荷时优选规定，新鲜空气仅仅通过旁路引导。当在增压空气管内的当前温度大于预定的目标温度时，优选规定，新鲜空气通过至少一个冷却装置引导。取决于温差有多大，新鲜空气可以特定地通过第一或第二冷却装置或通过两个冷却装置引导。目标温度优选可以取决于对于车辆特定的包括内燃机、废气再循环装置和增压空气输入装置的总体装备(Gesamtpackage)预定。
也可以规定，增压空气输入装置的每个冷却装置与一个单独的旁路并联，并且取决于内燃机的运行状态、尤其是所述至少四个负荷状态和/或目标温度预定一个相应特定的策略，通过该策略面向需求地冷却新鲜空气。因此取决于负荷状态可以实现新鲜空气相应地不引导通过增压空气输入装置的冷却装置、引导通过第一冷却装置和第二旁路、引导通过第一旁路和第二冷却装置或者引导通过两个冷却装置。所述新鲜空气通过增压空气输入装置的不同流动路径可以对应于或类似于废气取决于所述四个负荷状态通过废气再循环装置的相应的冷却装置和旁路的预定的流动路径进行预定。
因此新鲜空气并且从而由废气和新鲜空气构成的气体混合的温度调节的精确性可以多次精确化。
内燃机的运行优选划分成至少四个负荷状态，并且废气取决于当前的负荷状态通过在废气再循环装置内的特定地配设于该负荷状态的流动路径引回到内燃机。通过划分成这样的多个负荷状态可以面向需求地实现较精确地冷却废气。因此用于冷却再循环废气的功率需求可以更有效率和更有效果地实现，由此由于多种多样的组合可能性，冷却功率能与相应的当前的需求较好地适配。因此可以明显减少在系统内废气成分的沉积，也就是所谓的烟炱。
优选取决于发动机转速和/或燃料的喷射量预定所述至少四个负荷状态。因此取决于车辆类型和内燃机的相应结构可以非常个性化地确定负荷状态，由此也可以实现非常个性化地和面向需求地冷却在相应负荷状态的废气。优选负荷状态通过所谓的特定的参数互相邻接地在一个图表中预定。因此尤其可以规定，在一个示出喷射量与转速关系的图表中，一个第一负荷状态一直延伸到每分钟大约1800转的转速。相应对于所述第一负荷状态可以预定大约18毫克/冲程(mg/Hub)的最大喷射量。优选这样确定第一负荷状态，以便它从喷射量的最大值开始下降，该最大值在每分钟大约1000转的转速时出现，它尤其是持续下降到所述第一负荷状态的在每分钟大约1800转的最大转速时的0值。
紧接着所述第一负荷状态可以确定一个第二负荷状态，该第二负荷状态直接与所述第一负荷状态邻接，并且在图表中直到达到每分钟大约2750转的转速。喷射量从0毫克/冲程的数值直到达到最大的大约28毫克/冲程。在此也优选规定，向上构成所述第二负荷状态的边界的曲线历程从每分钟大约1000转的最小转速和大约28毫克/冲程的喷射量的最大值开始随着转速的升高而持续下降。
然后以相应的方式可以预定一个与第二负荷状态邻接的第三负荷状态，该第三负荷状态的下边界区域由第二负荷状态的上边界区域预定，并且该第三负荷状态的上边界区域由一个曲线限定，其中喷射量随着转速的升高而持续下降。第三负荷状态最大直到达到每分钟大约3400转的转速。最大喷射量例如为42毫克/冲程。然后紧接着所述第三负荷状态可以在图表中确定一个第四负荷状态，该第四负荷状态的下边界由第三负荷状态的上边界的特征曲线预定。
优选在一个表示内燃机的小负荷的特征的第一负荷状态时，废气在废气再循环装置的冷却装置的旁边引过，并通过旁路引导。冷却效果在该阶段中是相对小的。然而这是足够的，因为在所述第一负荷状态时废气的温度是相对低的。
优选在一个表示与第一负荷状态相比较高的内燃机负荷的特征的第二负荷状态时，废气通过一个第一冷却装置、尤其是通过一个在各冷却装置的串接中设置在第二冷却装置前面的第一冷却装置以及通过第二冷却装置的旁路引导。在该特定的阶段中废气明确地立即通过第一冷却装置引导，并且从而实现相应的冷却效果。
在一个表示与第二负荷状态相比较高的内燃机负荷的特征的第三负荷状态时，废气通过一个第二冷却装置、尤其是通过一个在各冷却装置的串接中设置在第一冷却装置后面的第二冷却装置以及通过第一冷却装置的旁路引导。因此与第二负荷状态不同，与第二负荷状态相比总体上较热的废气首先通过一个旁路引导，并且在那儿在一段较长的路径上在冷却装置外面实现相应的冷却，并且然后才通过一个第二冷却装置以进行进一步且较强的冷却。
优选在一个表示与第三负荷状态相比较高的内燃机负荷的特征的第四负荷状态时，废气通过两个冷却装置引导。如果废气具有相对高的温度，正好在这种相互关系中可以实现非常有效的冷却。用于冷却再循环废气的功率需求可以取决于内燃机的运行点，并且优选取决于热力学的环境条件来执行。多个冷却装置的可能串联或并联设置的组合和相应的旁路在划分内燃机的至少四个负荷状态的情况下能实现非常详细的且面向需求的冷却。
因此也在避免冷却器烟炱的情况下允许在一个宽的特性场区域内高效地降低氮氧化物的排放。
按本发明的内燃机包括一个用于引回由内燃机产生的废气的废气再循环装置，该废气再循环装置包括至少两个冷却装置，用于取决于内燃机的负荷状态冷却废气，所述冷却装置分别并联一个旁路。一个用于将新鲜空气输入到内燃机的增压空气输入装置包括至少一个冷却装置，该冷却装置与一个旁路并联。因此也可以实现新鲜空气的面向需求且与状况相关的较精确的温度调节。
优选可以规定，增压空气输入装置包括至少两个串联的冷却装置，一个唯一的旁路与所述两个冷却装置并联。也可以规定，每个冷却装置与一个单独的旁路并联。
内燃机的运行至少划分成四个负荷状态，并且废气取决于当前的负荷状态通过一个在废气再循环装置内的特定地配设于该负荷状态的流动路径可以引回到内燃机。因此可以使面向需求地冷却再循环废气成为可能。通过相对高的确定的负荷状态的数量，可以与状况相关较好地进行废气的个性化的冷却。
通过这样调整增压空气冷却装置和附加的再循环废气的在冷却功率方面可调节或可调整的温度，可以实现优化的进气管温度并且实现优化的废气和新鲜空气之间的混合比例。
精确的废气再循环率可以优选借助于一个废气传感器、例如一个λ探针直接调节。
废气再循环装置的至少一个冷却装置、尤其是设置在第一冷却装置后面的第二冷却装置和/或增压空气输入装置的至少一个冷却装置可以与一个低温冷却循环耦联。其中温度值优选在30℃与40℃之间。当只有一个冷却装置连接在低温冷却循环上时，第二冷却装置可以连接在一个单独的冷却循环上，在该冷却循环内温度也可以大约在90℃。
通过本发明在不同的环境条件如周围温度和高度时可以几乎相同地保持用于燃烧的热力学边界条件(新鲜空气、废气、温度)，并且从而明显扩大在用户运行时的排放和油耗优化的区域。
对于采用均匀的柴油燃烧，可以在宽的运行区域内将燃烧条件调节到几乎恒定。因此在建议的方案中可以使用一种带有寄存-废气引回-冷却装置(Register-Abgasrückführ-Kühlung)的低温废气再循环装置。
对于废气后处理系统例如SCR(选择性催化还原)、NOX存储系统、颗粒过滤器或这些系统的组合，在不同环境条件下可以调节废气温度用以改进效率。因此在用户运行时尤其在寒冷季节中在再生循环期间产生油耗优点，并且可以实现改善的用于氧化催化器(Oxikat)和DFF(柴油颗粒过滤器)的构件保护。
附图说明
下面借助于示意的附图详细解释本发明的实施例。其中：
图1按本发明的带有废气再循环装置和增压空气输入装置的内燃机的示意图；
图2示出对于内燃机的四种负荷状态的内燃机转速与喷射量的关系的图表；
图3取决于相应配设的负荷状态在废气再循环装置内的再循环废气的流动路径的视图。
具体实施方式
在图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
在图1中示出内燃机1，该内燃机构成有一个增压空气输入装置和一个废气再循环装置或与之耦联。增压空气输入装置2包括一个第一流动路径21，在该流动路径内在本实施例中相互串联地设置两个冷却装置3和4，所述冷却装置构成为热交换器。与所述第一路径21并联地构成一个第二路径，该第二路径作为旁路22与两个冷却装置3和4并联并且从而也与第一路径21并联地构成。可以通过一个阀5调节，新鲜空气通过哪个流动路径引导通过增压空气输入装置2。此外在增压空气输入装置2内在第一路径21和旁路22后面设置一个第二阀6，并且设置在废气再循环装置7到进气管或增压空气管23的入口前面。
在本实施例中与两个冷却装置3和4并联一个唯一的共同旁路22。也可以规定，为每个冷却装置3或4并联一个单独的旁路22。
废气再循环装置7从排气管1a中分支，在该排气管内排出由内燃机1产生的废气。为此废气再循环装置7包括一个支管71，在该支管内同样相互串联地设置两个同样构成为热交换器的冷却装置8、9。一个第一旁路10与冷却装置8并联，一个第二旁路12与第二冷却装置9并联。因此与废气再循环装置7的每个冷却装置8和9并联一个自己的单独的旁路10或12。在旁路10内设置一个阀11并且在旁路12内设置一个阀13。在废气再循环装置7通入到增压空气管23或进气管之前，设置另一个阀14。此外在支管71内在冷却装置8前面设置一个催化器15。两个阀11和13也可以设置在相应配设的旁路10和12及配设的冷却装置8或9前面的流动路径的相应分支处，并且构成为三通阀。因此然后可以精确调节废气应该从哪里流过。
此外在排气管1a内设置一个涡轮16，该涡轮与一个用于构成废气涡轮增压器的压缩机17耦联。压缩机17设置在输入新鲜空气的增压空气输入装置2的分管内。
在图2中示出一个图表，其中示出喷射量与内燃机1的转速的关系。在图表中示出内燃机1的四种负荷状态I至IV，所述负荷状态特定地并且个性化地预定，并且与此相关地在废气再循环装置7内特定地引导废气。如图2所示，第一负荷状态I的特征在于内燃机1的相对小的负荷。第二负荷状态II的特征在于内燃机1的与第一负荷状态相比较高的负荷。因此相应也适用于负荷状态III和IV。四个负荷状态在本实施例中互相直接相邻，其中过渡区域相应通过一条特征线给出，该特征线从喷射量的最大值开始随着转速的升高而持续减小。在本实施例中给出所述的限界的曲线变化历程，以便它在限定相应负荷状态的最大转速时下降到喷射量0毫克/冲程。
在图2中示出的图表仅仅是示例性的。解释的四个负荷状态及其范围边界同样是示例性的。重要的是，预定至少四个负荷状态，并且尤其是可以面向需求地冷却再循环废气。
在图3中示出在废气再循环装置7内再循环废气的特定地配设于负荷状态I至IV的流动路径。
在第一负荷状态I时，需要再循环的废气既不通过冷却装置8也不通过冷却装置9。所有再循环废气通过冷却装置8和9旁边的旁路10和12引过。
在第二负荷状态II时，需要再循环的废气通过第一冷却装置8，并且在第二冷却装置9旁边通过配设的旁路12引过。
在第三负荷状态III时，需要再循环的废气通过与冷却装置8并联的旁路10并且通过第二冷却装置9引过。
在第四负荷状态IV时，需要再循环的废气通过两个冷却装置8和9。
此外新鲜空气在增压空气输入装置2内的引导取决于内燃机1的运行状态和预定的目标温度，该温度例如为18℃。
此外可以预定，在一种实施方式中新鲜空气的个性化引导尤其是取决于所述四个负荷状态根据在图3中的示例进行，在该实施方式中每个冷却装置3或4与一个单独的旁路并联，如这在废气再循环装置7内在图1中对于那儿的冷却装置8和9的情况示例性地示出的。

Claims (12)

1.用于运行内燃机(1)的方法，其中由内燃机(1)产生的废气通过一个废气再循环装置(7)引回到内燃机(1)，该废气再循环装置包括至少两个冷却装置(8、9)，所述冷却装置分别配设一个旁路(10、12)，废气取决于内燃机(1)的负荷状态在废气再循环装置(7)内冷却，并且新鲜空气通过一个增压空气输入装置(2)输入到内燃机(1)，该增压空气输入装置包括至少一个冷却装置(3、4)和至少一个与增压空气输入装置的冷却装置(3、4)并联的旁路(22)，所述新鲜空气取决于负荷状态通过增压空气输入装置的冷却装置(3、4)和/或旁路(22)引导，并且新鲜空气取决于内燃机(1)的负荷状态和/或可预定的目标温度在增压空气管(23)内通过增压空气输入装置(2)的至少两个串联的冷却装置(3、4)和/或通过与增压空气输入装置的两个冷却装置(3、4)并联的旁路(22)引导。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：内燃机(1)的运行分成至少四个负荷状态(I至IV)，并且废气取决于当前的负荷状态(I至IV)通过在废气再循环装置(7)内的特定地配设于该负荷状态(I至IV)的流动路径引回到内燃机(1)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：取决于发动机转速和/或燃料的喷射量预定负荷状态(I至IV)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在一个表示内燃机(1)的小负荷的特征的第一负荷状态(I)时，废气在废气再循环装置的冷却装置(8、9)旁边通过废气再循环装置的旁路(10、12)引导。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在一个表示内燃机(1)的与第一负荷状态(I)相比较高的负荷的特征的第二负荷状态(II)时，废气通过废气再循环装置的一个第一冷却装置(8)以及通过第二冷却装置(9)的旁路(12)引导。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在第二负荷状态时，废气通过一个在废气再循环装置的各冷却装置(8、9)的串接中设置在第二冷却装置(9)前面的第一冷却装置(8)引导。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在一个表示内燃机(1)的与第二负荷状态(II)相比较高的负荷的特征的第三负荷状态(III)时，废气通过废气再循环装置的一个第二冷却装置(9)以及通过第一冷却装置(8)的旁路(10)引导。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在第三负荷状态时，废气通过一个在废气再循环装置的各冷却装置(8、9)的串接中设置在第一冷却装置(8)后面的第二冷却装置(9)引导。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在一个表示内燃机(1)的与第三负荷状态(III)相比较高的负荷的特征的第四负荷状态(IV)时，废气通过废气再循环装置的两个冷却装置(8、9)引导。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：废气再循环装置(7)的至少一个冷却装置(8、9)和/或增压空气输入装置(2)的至少一个冷却装置(3、4)与一个低温冷却循环耦联。
11.内燃机，包括一个用于引回由内燃机(1)产生的废气的废气再循环装置(7)和一个用于将新鲜空气输入到内燃机(1)的增压空气输入装置(2)，该废气再循环装置(7)包括至少两个用于取决于内燃机(1)的负荷状态冷却废气的冷却装置(8、9)，所述冷却装置(8、9)分别与一个旁路(10、12)并联，该增压空气输入装置包括至少两个串联的冷却装置(3、4)，该增压空气输入装置的所述冷却装置(3、4)与至少一个旁路(22)并联，新鲜空气取决于内燃机(1)的负荷状态和/或可预定的目标温度在增压空气管(23)内通过增压空气输入装置(2)的所述至少两个串联的冷却装置(3、4)和/或通过与增压空气输入装置的两个冷却装置(3、4)并联的旁路(22)引导。
12.根据权利要求11所述的内燃机，其特征在于：废气再循环装置(7)的至少一个冷却装置(8、9)和/或增压空气输入装置(2)的至少一个冷却装置(3、4)与一个低温冷却循环耦联。
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