CN101225778A - 一种用于配置有废气再循环回路的内燃机的排气系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的排气系统，所述内燃机设置有通向进气歧管的新鲜空气的供气管路和沿供气管路布置的涡轮增压器；排气系统包括：用于将内燃机产生的废气释放至大气的排放管路；至少一个气体处理装置，所述气体处理装置沿排放管路布置并且包括氧化催化器和防尘过滤器；以及再循环回路，所述再循环回路包括由再循环阀调节的再循环管路，并且所述再循环管路将处理装置下游的排放管路连接到涡轮增压器的压缩机上游的进气管路，以将排放管路中一定量的废气导入进气管路中；设置有过滤器，所述过滤器沿再循环管路布置并包括金属网，所述金属网设置成封闭再循环管路。

Description

一种用于配置有废气再循环回路的内燃机的排气系统
技术领域
本发明涉及一种用于配置有废气再循环回路的内燃机的排气系统。
背景技术
内燃机包括多个气缸，每个气缸通过至少一个对应的进气门连接到进气歧管上并且通过至少一个对应的排气门连接到排气歧管上。进气歧管与用于接收新鲜进气(即来自外界的空气)的过滤装置连接，并通过蝶形阀调节，而排气歧管连接到排气系统，该排气系统可以将内燃机产生的气体排放到大气中，并限制噪音和污染物含量。
在根据“狄赛尔(diesel)”循环工作的内燃机(即供给柴油燃料等)中，为了改进气缸内的燃烧，提出了使用主再循环回路，该主再循环回路通过再循环阀调节，并将排气歧管连接到进气歧管，以将排气歧管中一定量的废气导入进气歧管中，所述废气由之前气缸内进行的燃烧所产生。为了不过度损害(penalise)发动机的容积效率，在导入进气歧管之前，再循环的废气可以通过连接在主再循环管道上的热交换器冷却。
配置有上述类型的主再循环回路的内燃机的例子在专利申请EP1674698A2或者专利申请DE4240239A1中公开了。
为了减少在气缸内燃烧过程中产生的NOx，最近提出了使用辅助再循环回路，该辅助再循环回路将排气系统中的一定量的废气提供到由催化器(catalyser)和防尘过滤器构成的气体处理装置的下游。必须注意的是，通过辅助再循环回路进行再循环的废气显示了相对于由主再循环系统再循环的废气具有较低的平均温度，并且因此允许获得气缸中燃烧室的较好的冷却，最终大大降低NOx的生成；此外，由辅助再循环系统再循环的废气的颗粒物含量大大低于主再循环回路再循环的废气，从而在燃烧以及气缸内的润滑上产生较少的负效应。
一个设置有主再循环回路和辅助再循环回路的内燃机的实例已经在专利申请EP1621755A2中公开了。
实验显示，在带有主再循环回路和辅助再循环回路的内燃机内，用于压缩进气的涡轮增压器的叶轮，很易于在发动机工作的最初几个月里发生破损。为了避免这个缺点，一种加固叶轮的应用已经被提出了，然而这却导致了更高的制造成本以及更大的质量(即更大的机械惯性和更长的响应延迟)。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种用于带有废气再循环回路的内燃机的排气系统，该排气系统可以避免上述缺点的产生，而且其制造过程简便、成本低廉，并能有效保持用于压缩进气的压缩机叶轮的完整性。
根据本发明，提供了一种用于内燃机的排气系统，所述内燃机设置有通向进气歧管的新鲜进气的供气管路和沿供气管路布置的涡轮增压器；该排气系统包括：
用于将内燃机产生的废气释放至大气的排放管路；
至少一个气体处理装置，该气体处理装置沿着排放管路设置，并包括氧化催化器和防尘过滤器；以及
再循环回路，该再循环回路包括由再循环阀调节的再循环管路，再循环管路将处理装置下游的排放管路连接到涡轮增压器的压缩器上游的进气管路，用以将排放管路中一定量的废气导入进气管路中；
所述消音器的特征在于：再循环回路包括一个过滤器，该过滤器沿着再循环管路设置并包括一个设置成封闭再循环管路的金属网。
附图说明
参照示出了本发明非限制性实施例的附图，现在将说明本发明，其中：
图1是具有根据本发明制造的排气系统的内燃机的结构简图；
图2是图1所示的排气系统的再循环系统的结构简图；
图3是图1所示的再循环回路的过滤器的透视图；以及
图4是图3所示的过滤器的分离透视图。
具体实施方式
如图1，附图标记1示出了依照“狄塞尔”循环运行的内燃机(即以柴油等作为燃料的)整体。发动机1包括四个气缸2，每个气缸都通过至少一个相应的进气门(未示出)连接进气歧管3，并通过至少一个相应的排气门(未示出)连接到排气歧管4。
进气歧管3通过进气管路5吸进新鲜空气(即来自外界的空气)，进气管路5带有空气滤清器6并由蝶形阀7调节；进气歧管3通过相应的进气管路8与气缸2相连。根据如图1所示的实施例，进气管路8由于配置有涡流型(swirl type)的扼流(choking)系统而分叉。
类似的，排气歧管4也通过相应的排气管9与气缸2相连；排气系统10与排气歧管4相连，系统10将把燃烧产生的气体释放到大气中，并且包括排气管路11，管路11配置有由氧化催化器13和防尘(anti-particulate)过滤器14构成的废气处理装置12。防尘过滤器14包括耐高温材料块体(brick)，废气流动通过该块体，并且该块体捕获其中的颗粒物质；防尘过滤器14的块体必须通过升高块体的温度来循环再生，以便于烧掉块体内部捕获的颗粒物质。排气系统10还包括了至少一个消音器15，该消声器连接到处理装置12的下游。
发动机1包括一个涡轮增压器16，该涡轮增压器具有压缩沿着进气管路5的空气的功能，从而提高容积效率。具体地，涡轮增压器16包括沿处理装置12上游的排放管路11布置的涡轮17，以及设置在蝶形阀7的进气管路3的下游的压缩机18。涡轮17包括叶轮19，该叶轮受到流过排放管路11的废气的作用而转动，且与压缩机18的叶轮20机械连接，以便于将转动运动传递至叶轮20。
具有冷却进气以便于进一步提高容积效率功能的热交换器21(通常称为“中间冷却器”)沿进气管路5布置并且在压缩器18和进气歧管3之间。
发动机1包括再循环回路22，该回路包含由再循环阀24调节的再循环管23，并且该回路在进气歧管3的上游附近处将排气管路4与供气管路5直接相连，从而将排气歧管4中且由先前气缸2中燃烧所产生的一定量的废气引入供送管路5中。优选地，再循环阀24设置在与供气管路5的交汇处；具体地，再循环阀24沿着供气管路5设置在与再循环管路24的交汇处。为了不过度损害发动机的容积效率，在被导入进气歧管3之前，再循环废气通过沿着再循环管路23设置的热交换器25进行冷却。
此外，本发明还提供再循环回路26，该回路包括由再循环阀28调节的再循环管路27，并且该回路将处理装置12下游的排放管路11连接到涡轮增压器16的压缩器18上游的进气管路5，从而将排放管路11中由先前气缸2内燃烧所产生的一定量的废气引入进气管路5中。优选地，再循环阀28设置在与供气管路5的交汇处；具体地，再循环阀28沿供气管路5布置在与再循环管路27的交汇处。为了不过度抑制(penalise)发动机的容积效率，在被导入进气管路5之前，再循环废气通过至少一个沿着再循环管路27设置的热交换器29进行冷却。
如图2所示，处理装置12包括金属管状支撑体30，在该金属管状支撑体中串连布置有氧化催化器13和防尘过滤器14。优选地，在管状支撑体30内部，氧化催化器13与防尘过滤器14间隔一定距离，以便于在氧化催化器13和防尘过滤器14中限定一个空间。
根据附图2所示的实施例，再循环回路26包括一对沿再循环管路27布置的热交换器29，每个热交换器都是空气-空气(air-air)型的，并且包括带有波纹管状侧表面(这样，热交换表面将可以增加至比光滑的管状元件大五倍)的管状元件。此外，由于这种构造的功效，每个热交换器29都能够毫无困难地吸收热膨胀。
再循环管路27包括三个管31、32、33，在其之间插入两个热交换器29；具体的，其中第一管31与处理装置12的孔口刚性连接，中间管32呈一个90°的曲线且由一个管夹34固定在内燃机1的一个元件上，末端管33成“S”状，并且与再循环阀28的孔口刚性连接。
具体的，末端管33通过连接凸缘35固定到再循环阀28的孔口，该凸缘通过一对螺杆37固定在再循环阀28的相对应的连接凸缘36上，并且支撑着沿着再循环管路27布置的过滤器38。如图3所示，过滤器38包括金属网(mesh)39，该金属网设置成封闭再循环管路27。根据附图中所示的实施例，过滤器38的金属网39呈锥形(更优选锥尖朝向供气管路5定向)；根据不同的实施例(未图示)，过滤器38的金属网39是平的(这个方案明显更简化且成本低廉，但从另一个角度来说过滤面积也更小)。
过滤器38的金属网39上的规则开口的最大尺寸小于180μm；优选的，过滤器38的金属网39上的规则开口的尺寸在120μm至160μm之间。
根据图3和4的实施例所示，过滤器38的金属网39与插入在连接凸缘35和再循环阀28之间的密封件40成整体。具体地，过滤器38的金属网39具有一个扁平边缘41，该边缘封套在密封件40的两个互相连接的半部40a和40b之间。
如上所述的排气系统10具有许多优点，因为它制作简单、成本低廉，同时能够保持用于压缩进气的压缩机18的叶轮20的完整性，同时，也不会抑制再循环回路26的性能。这个结果是由过滤器38的存在而得到的，其一方面不会导致再循环回路26中的显著的负荷损失，另一方面还可以避免在防尘过滤器14最初几个月的使用寿命中从防尘过滤器14分离的碎片(或者其它存在于排气系统10中的固体颗粒)与压缩进气的压缩机18的叶轮20接触。确实，已经发现了在防尘过滤器14的最初几个月的使用寿命过程中，尺寸大于200μm的碎片会从防尘过滤器14分离出来，而这些碎片是可以对压缩进气的压缩机18的叶轮20造成伤害的。
如上所述的过滤器38能够简单有效地保护用于压缩进气的压缩机18的叶轮20的完整性，成本非常低，而且并不会影响再循环回路26的性能。此外，如上所述的过滤器38能够容纳所有的由防尘过滤器14在最初几个月的使用寿命中可能释放的碎片，不会受到过度的阻碍，从而不需要任何清洁和更换予以干涉。

Claims (18)

1.一种用于内燃机(1)的排气系统(10)，所述内燃机设置有通向进气歧管(3)的新鲜空气的供气管路(5)和沿供气管路(5)布置的涡轮增压器(16)；排气系统(10)包括：
用于将内燃机(1)产生的废气释放至大气的排放管路(11)；
至少一个气体处理装置(12)，所述气体处理装置沿排放管路(11)布置并且包括氧化催化器(13)和防尘过滤器(14)；以及
再循环回路(26)，所述再循环回路包括由再循环阀(28)调节的再循环管路(27)，并且所述再循环管路将处理装置(12)下游的排放管路(11)连接到涡轮增压器(16)的压缩机(18)上游的进气管路(5)，以将排放管路(11)中一定量的废气导入进气管路(5)中；
所述内燃机(1)的特征在于：再循环回路(26)包括过滤器(38)，所述过滤器沿再循环管路(27)布置并包括金属网(39)，所述金属网设置成封闭再循环管路(27)。
2.如权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)设置在靠近与供气管路(5)的交汇处。
3.如权利要求2所述的排气系统(10)，其特征在于：再循环阀(28)设置在与供气管路(5)的交汇处；再循环管路(27)的一根管终止于连接凸缘(35)，所述凸缘固定在再循环阀(28)上且支撑着过滤器(38)。
4.如权利要求3所述的排气系统(10)，其特征在于：再循环阀(28)沿着供气管路(5)设置在与再循环管路(27)的交汇处。
5.如权利要求3所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)与插入连接凸缘(35)和再循环阀(28)之间的密封件(40)成整体。
6.如权利要求3所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)具有一个扁平边缘(41)，所述边缘封套在密封件(40)的两个互相连接的半部(40a，40b)之间。
7.如权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)是平坦的。
8.如权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)是锥形的。
9.如权利要求8所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)是锥顶朝向供气管路(5)的锥形。
10.如权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)的规则开口的最大尺寸小于180μm。
11.如权利要求10所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)的规则开口的最大尺寸小于160μm。
12.如权利要求11所述的排气系统(10)，其特征在于：过滤器(38)的金属网(39)的规则开口的尺寸在120μm至160μm之间。
13.如权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于：再循环回路(26)包括至少一个沿着再循环管路(27)设置的热交换器(29)。
14.如权利要求13所述的排气系统(10)，其特征在于：再循环回路(26)包括一对沿着再循环管路(27)设置的热交换器(29)。
15.如权利要求14所述的排气系统(10)，其特征在于：再循环管路(27)包括三根管(31，32，33)，在其间插入两个热交换器(29)；其中第一管(31)与处理装置(12)的孔口刚性连接，中间管(32)呈一个90°的曲线且由管夹(34)固定到内燃机(1)的元件，末端管(33)成“S”状并与再循环阀(28)的孔口刚性连接。
16.如权利要求13所述的排气系统(10)，其特征在于：每个热交换器(29)都是空气-空气型的，并且包括一个带有波纹管状外表面的管状元件。
17.如权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于：处理装置(12)包括一个同样的管状支撑体(30)，在其内串接设置有氧化催化器(13)和防尘过滤器(14)。
18.如权利要求17所述的排气系统(10)，其特征在于：在管状支撑体(30)内部，氧化催化器(13)与防尘过滤器(14)间隔一定距离，以在氧化催化器(13)和防尘过滤器(14)之间限定一个空间。
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