CN101644213B - 用于抽出部分排气流的设备以及包括所述设备的内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种用于从内燃机的排气管(105)抽出部分排气流的设备，包括敞开到排气管(105)内的部分排气管(106)，该部分排气管的进口部分被布置成实质上与排气流相对，以便部分排气流可进入部分排气管(106)的进口部分，同时利用排气流的动态压力。所述设备正好布置在所述内燃机的流量控制构件(101；104)的邻近区域内。阀(130)设置在部分排气管(106)中以最优化部分排气流的抽取。

Description

用于抽出部分排气流的设备以及包括所述设备的内燃机
技术领域
本发明涉及用于抽出部分排气流的设备和包括所述设备的内燃机。特别是，本发明涉及用于从内燃机的排气管抽出部分排气流的设备，以及涉及包括排气再循环系统的内燃机。
背景技术
在内燃机中，排气再循环被用于减少氧化氮的排放量(Nox的排放)。排气再循环包括从内燃机的排气管抽出部分排气流，以及将所述部分排气流再循环到内燃机的进口通道中。被引入内燃机的进口的排气充当将氮的氧化物还原到氧化氮的惰性气体。
必须提供特定的压力比，以获得部分排气流的流量。尤其基本的是，在进口位置处的部分排气流至少等于流入进口通道的空气的压力。然而，为了克服流动阻力并提高排气对再循环的控制的行为响应，部分排气流的压力应比在进口通道中占优势的部分排气流的压力高一定的程度。
在被称为自然进气引擎的内燃机中，在进口通道中占优势的压力与环境压力相比是减小的。此外，在出口通道处的排气的压力与环境压力相比是增加的。因此，在所述吸气引擎中，可通过提供连接并控制所述连接中的阀来将部分排气流引入进口通道中。
然而内燃机系统是已知的，其中进口通道中的压力与环境压力相比是增加的。这样的内燃机包括例如二冲程发动机，特别是通过涡轮增压器或压缩机增压的二冲程柴油发动机和全内燃机。在这样的内燃机中，压力比在进口通道处占优势的压力和在出口通道处占优势的压力之间产生，这基于从出口通道到进口通道的压力差使流动成为不可能的。为此，在现有技术中已知了用于将部分排气流引入进口通道的各种技术。特别是吹风机或压缩机被用于提高部分排气流的压力以使其超过在进口通道中占优势的压力。
发明内容
本发明的目的是提供用于从内燃机的排气管抽出部分排气流的设备，部分排气流可通过简单的手段由该排气管引入到内燃机的进口通道中。本发明的目的特别是提供包括排气再循环系统的内燃机，该排气再循环系统适应于通过简单的手段克服上述出口通道和进口通道之间不宜的压力比的问题。而且，本发明的目的是提供有利地利用被用于抽出部分排气流的设备的内燃机。
根据本发明，发明目的由按照权利要求1中的用于从内燃机的排气管抽出部分排气流的设备而实现。发明目的进一步由按照权利要求27、30或33中的内燃机而实现。在从属权利要求中限定了本发明的有利的进一步的改善。
根据本发明的第一方面，提供了用于通过敞开到排气管内的部分排气管，从内燃机的排气管抽出部分排气流的设备，其中部分排气管的进口部分被布置成实质上与排气流相对，以便在利用排气流的动态压力的同时，部分排气流可进入部分排气管的口。
根据本发明的优选实施例，进口部分被布置在排气管的截面部分中，其中至少在内燃机的预定工作范围内，被部分横截面均分的排气流的流速高于被总横截面均分的整个排气流的流速。
根据本发明的优选实施例，部分排气管的进口部分被布置在流量控制构件直接下游的流动方向上。
根据本发明的优选实施例，进口部分被布置在排气管的一部分中，其中与排气管的总横截面有关的流速的峰值出现在至少在内燃机的预定工作范围内的流量控制构件的开放循环的过程中。
根据本发明的优选实施例，部分排气管中的压力，在抽出部分排气流时，在至少在内燃机的预定工作范围内，高于没有抽出部分排气流的排气管中的压力。
根据本发明的优选实施例，流量控制构件是内燃机的排出阀。
根据本发明的优选实施例，流量控制构件是包括阀头和阀杆的提升阀(poppetvalve)，阀杆由部分排气管的进口部分包围。
根据本发明的优选实施例，部分排气管和/或部分排气管的进口部分被同轴地布置在排气管中。
根据本发明的优选实施例，部分排气管的内部轮廓在进口部分的区域中形成扩散器。
根据本发明的优选实施例，部分排气管是在进口部分的区域中的皮托管。
根据本发明的优选实施例，部分排气管被配置有用于控制部分排气管中的流量的流量控制装置。
根据本发明的优选实施例，部分排气管中的流量由响应于排气管中的流量特征的流量控制装置和/或通过内燃机的工作条件来控制。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置是设置在部分排气管中的阀，该阀被启动以容许和禁止在部分排气管与排气管之间的流动。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置是由凸轮机构所操作的提升阀。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置是被布置在排出阀的阀杆处的旋转滑阀。
根据本发明的优选实施例，旋转滑阀包括固定环形元件和与其同轴地布置的具有相应的口的旋转环形元件，其中通过使旋转环形元件相对于固定环形元件扭转来容许或禁止通过口的流动。
根据本发明的优选实施例，固定环形元件被连接到部分排气管的进口部分，且旋转环形元件被连接到阀杆，以便可通过使阀杆相对于固定环形元件扭转来转动旋转环形元件。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置由设置在部分排气管的进口部分处的阀座和相对于流量控制构件的阀杆可同轴地移动的阀体组成，阀体适合于与阀座接触并从阀座提升以关闭和/或打开部分排气管的进口部分。
根据本发明的优选实施例，阀体在部分排气流的流动方向上布置在部分排气管的进口部分的下游。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置可由内燃机的排出阀驱动机构启动。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置可与排出阀的启动同步启动。
根据本发明的优选实施例，在排气管中设置可由节流阀启动机构调节的节流阀，可在排气管中通过该节流阀调节反压力。
根据本发明的优选实施例，节流阀启动机构是凸轮机构。
根据本发明的优选实施例，节流阀启动机构和为流量控制装置而设置的启动机构以运动方式连接。
根据本发明的优选实施例，流量控制装置在内燃机的预定工作条件时保持关闭，特别是当内燃机的速度落在最小值之下时。
根据本发明的优选实施例，在部分排气管中，设置用于禁止回流到部分排气管的进口部分的止回阀。
根据本发明的第二方面，提供了包括根据本发明的第一方面的设备的内燃机，其部分排气管组成与内燃机的至少一个燃烧室直接或间接相通的排气再循环管。
根据本发明的优选实施例，内燃机是包括空气吹除吹风机和/或涡轮增压的二冲程柴油机。
根据本发明的优选实施例，内燃机是涡轮增压的四冲程循环发动机。
根据本发明的第三方面，提供了包括根据本发明的第一方面的设备的内燃机，其中部分排气管被连接到涡轮增压器的涡轮和/或附属装置的涡轮，以使得涡轮增压器和/或附属装置至少部分地由部分排气流驱动。
根据本发明的优选实施例，在根据本发明的第三方面的内燃机中，附属装置可选地能够向内燃机提供由涡轮产生的功率。
根据本发明的优选实施例，在根据本发明的第三方面的内燃机中，涡轮可通过齿轮系统向内燃机的机轴提供功率。
根据本发明的第四方面，提供了包括根据本发明的第一方面的设备的内燃机，该内燃机进一步包括由压力操作的启动机构，其可由用于抽出部分排气流的设备抽出的部分排气流来驱动。
附图说明
在示出本发明的不同实施例的下列附图的基础上通过实施例对本发明进行说明。
图1示出内燃机的排气再循环系统，根据本发明的用于抽出部分排气流的设备可应用于该排气再循环系统。
图2描述根据第一实施例的可应用于图1的排气再循环系统的在稍微打开的位置中的排出阀，其包括直接连接的环形滑阀。
图3描述根据第一实施例的可应用于图1的排气再循环系统的在完全打开的位置中的排出阀，其包括直接连接的环形滑阀。
图4示出在第一实施例中使用的环形滑阀的展开图。
图5示出根据本发明的第二实施例的可应用于图1的排气再循环系统的排出阀，该排出阀包括排出阀驱动机构与在出口通道中的节流装置和用于排气再循环的受控制的抽出阀的连接。
图6示出根据本发明的第三实施例的可应用于图1的排气再循环系统的排出阀，其具有出口通道中同轴布置的抽出阀。
图7示出与图1的内燃机系统相比进行了更改的内燃机系统，其中根据本发明的设备被用于操作低压涡轮。
图8示出与图1的内燃机系统相比进行了更改的内燃机系统，其中根据本发明的设备被用于操作附属装置。
图9示出与图1的内燃机系统相比进行了更改的内燃机系统，其中根据本发明的设备被用于驱动内燃机的机轴。
图10示出与图1的内燃机系统相比进行了更改的内燃机系统，其中根据本发明的设备被用于驱动由压力操作的启动机构。
具体实施方式
在下文中参考附图描述本发明的实施例。需要注意的是，对实施例的描述意在说明在权利要求中所定义的本发明的具体配置。个别实施例的特征可彼此合理地进行组合，使得在权利要求的保护范围内出现的本发明的进一步的配置对本领域技术人员来说是明显的。
排气再循环系统的说明
图1示意性地示出用于内燃机的排气再循环系统。图1的排气再循环系统作为例子被应用于涡轮增压的二冲程柴油机。
这里所示的内燃机包括汽缸2和用于限制燃烧室3的活塞5。燃烧室3的工作体积通过汽缸2内部的活塞5的移动可变。
活塞5通过未示出的活塞杆连接到未示出的机轴。活塞5在汽缸2内部的移动以已知的方式转换成机轴的旋转。通过空气-燃料混合物的燃烧产生的机械功率通过机轴减弱。
在汽缸2的下部分中，设置有在内燃机的操作期间由活塞5扫过的进气狭缝4。以这种方式，汽缸2的进气狭缝4作为进口阀被控制。只要活塞5达到预定的下方位置，进气狭缝就打开，以便空气和/或空气-排气混合物可被引入汽缸中。
在汽缸处布置有未示出的喷射阀，使得通过其可将燃料引入燃烧室3中。作为可选方案，也可设置具有相同或不同的特征或控制的多个喷射阀。
在汽缸的上侧设置有排出阀1。所述排出阀1是提升阀，并在图2到5中详细示出。虽然实施例示出一个排出阀，但也可根据本发明在设计中设置多个排出阀。作为可选方案，除了根据本发明的一个或多个排出阀以外，也可设置一个或多个传统排出阀。
内燃机进一步包括进口歧管8形式的进口收集器和出口歧管9形式的出口收集器。进口岐管8通过进口通道6被连接到进气狭缝4。出口岐管9通过出口通道7被连接到排出阀1，使得当排出阀1打开时，燃烧室3通过出口通道7与出口岐管9相通。
在这里示出的例子中，出口岐管9中的排气通过排气管元件24被提供到涡轮增压器20。涡轮增压器20以已知的方式操作，以便在内燃机的进口处占优势的压力可作为排气能量而增加。涡轮增压器20包括涡轮21、压缩机22以及连接涡轮22和压缩机22的涡轮增压器轴23。具有高于环境压力的特定压力的排气通过排气管元件24被提供到涡轮21。排气在涡轮21中被释放，使得所包含的能量被传输到涡轮增压器轴23。所释放的排气通过排气管元件27排出。
在涡轮增压器轴23处提供的功率用于驱动压缩机22，该压缩机22压缩通过进口管元件26引入的进气，并通过进口管元件25排出被压缩的进气。
设置有用于冷却经加压的进气的充气冷却器28，该进气的温度通过压缩操作而提高。从而实现了内燃机的提高了的填充度。经冷却的进气通过进口管元件29和进口管元件17被提供到进口岐管8。
如在前文中所示的，在内燃机的进口处占优势的压力由涡轮增压器20增加。压力也可在没有涡轮增压器20的情况下增加，然而要通过使用由电机或施加到机轴的功率所驱动的未示出的吹风机。在任何情况下，使用所述二冲程柴油机，在进口处，特别是在进气狭缝4处占优势的压力相对于环境压力增加，导致高扫气效率，以便燃烧的混合物可用新鲜空气/新鲜气体充分代替。
内燃机的排气再循环系统包括排气再循环管，排气再循环管包括部分排气管元件12、13、14和16。在排出阀1的区域中，部分排气流被抽出并被引入到部分排气管元件12中。在部分排气管元件12的下游设置有再循环岐管10。从所述岐管中，部分排气管元件13通向用于冷却再循环的排气的再循环气体冷却器11。通过部分排气管元件14，再循环气体被传递到防止再循环气体在排出阀的方向上流回的止回阀15。需要注意的是，止回阀15不是绝对必要的，并可被省却。
再循环气体通过部分排气管元件16从止回阀15传递到进口管元件17和29之间的连接点，进口管元件17和29将压缩的进口气体引导到进口岐管8。
此外或作为止回阀15的可选方案，止回阀15a可在再循环气体岐管10的上游被设置在部分排气管元件12中。所述止回阀15a优选地被用于多汽缸内燃机中，以便防止在一个汽缸中抽出的部分排气流通过再循环岐管10流回另一汽缸中。注意，止回阀15a也不是绝对必要的，并可以不被考虑，特别是在只有一个汽缸的内燃机中。
而且，止回阀15和止回阀15a都可用有效控制的阀代替，该有效控制的阀可例如通过具有优化计时的机械或电磁启动机构操作。
利用在下文中详细描述的根据本发明的排气抽出设备，在进口管元件17和19之间的前述连接点处被引入部分排气管元件16的排气的压力高于在进口管元件29中被引导到连接点的进口气体的压力。因此，在排出阀1处抽出的部分排气流可被引入到内燃机的进口岐管8中。
在下文中示出包括用于从内燃机抽出部分排气流的设备的排出阀1的实施例。所述用于抽出部分排气流的设备的特定配置允许将部分排气流引入到图1所示系统的进口岐管8中，如在前文中解释的。
所述用于抽出部分排气流的设备可进一步适用于在图7到10中示出的内燃机系统。
第一实施例
图2示出根据第一实施例的可应用于图1的排气再循环系统的在稍微打开的位置中的排出阀，其具有直接连接的环形滑阀。
排出阀1是具有阀头101和阀杆102的所谓的提升阀。阀杆102以平移和旋转的方式枢接于轴瓦103中。轴瓦103通过例如压配(force-fitting)方式被引入到汽缸头111中的孔中。
圆形阀头101与阀座104相互作用，以便当阀头101接触阀座104时，通过排出阀1，特别是通过阀头101和阀座104之间的径向间隙的流动被禁止，并且排出阀1被关闭。
为了打开排出阀1，通过未在这里示出的操作机构，例如包括推杆的凸轮轴、摇杆臂或水力装置来轴向地启动阀杆102，以便阀头101逆着未示出的阀弹簧(例如空气弹簧)的偏置从阀座104提升。排出阀1可以任何方式启动，然而需要确保排出阀1的实际功能。在燃烧室3中所提供的排气因此可流经阀头101和阀座104之间所形成的环形间隙。在此位置，排出阀被打开。
与阀座104相邻的出口室105被设置在汽缸头111中。所述出口室105提供了空间，流经打开的排出阀1的排气可通过该空间。排出室105连接到图1所示的出口通道7。以这种方式，当排出阀1被打开时，排气可通过出口室105进入出口通道7。
在下文中描述了根据本发明的能够抽出部分排气流的排出阀1的特定配置。排气抽出通道106被绕着阀杆102同轴布置。所述排气抽出通道106包括在汽缸头111的外部同轴元件112和内部同轴元件113之间形成的环形间隙120。该内部同轴元件113同时用来支持阀杆102的轴瓦103。在元件112和113之间形成的环性间隙120继续进入排气抽出通道106中。在下端(特别是在朝向阀头101的元件112和113的端部)设置管107。所述管107被布置在外部同轴元件112处，以便管107形成同轴元件112的轴向延伸，且同时形成排气抽出通道106的进口部分。在管107的下端，形成旋转滑阀130，其适合于打开和关闭管107和阀杆102的外部圆周之间的间隙。在下文中将详细描述所述旋转滑阀130。
在管107的下端的区域中的阀杆102处，设置有在下文中被称为启动部分108的直径加大的部分。内部环形间隙套筒110被安装到启动部分108。轴向地在启动部分108的外部设置连接到内部同轴元件113的外部环形间隙套筒109。内部环形间隙套筒110连同阀杆102一起可相对于外部环形间隙套筒109扭转。
图4示出外部环形间隙套筒109和内部环形间隙套筒110的展开的顶视图和截面图，从而展示具有相互可移动的交叠的狭缝的套筒的设计，在下文中将详细解释套筒的功能。
阀杆102的旋转性特别是良好定向的扭转由为了此目的而设置的一种机构所利用，该机构已经被设置在这种类型的内燃机中，以防止阀座插入，并提高阀杆的润滑。
环形间隙套筒110和109具有互补的狭缝或孔，当环形间隙套筒110和109的狭缝或口交叠时，狭缝或口允许排气的通过。当环形间隙套筒110和109扭转时，通道被中断。
因此，在管107和阀杆102之间的环形间隙中，形成适合于通过扭转阀杆102而打开和关闭的旋转滑阀130。
参照图2到4详细描述了根据本发明的第一实施例的排出阀1的功能。
在二冲程柴油机的燃烧冲程结束时，排出阀1以已知的方式打开，以便排气可通过出口室105和出口通道7从燃烧室3排出。在图1中示出该位置。在排出阀1打开之前不久，相对高的压力仍然在燃烧室3中占优势，使得当排出阀1通过从阀座104提升阀头101而稍微打开时，排气以高速流经因而形成的窄环形间隙。
在图2中，示意性示出在阀头101从阀座104提升之后不久通过阀1的环形间隙的流动。很明显，排气通过阀1的环形间隙的流动向内朝着阀杆102径向延伸。考虑连续性方程，流线型浓度意味着增加的流速，而在径向外部区域中流速是低的。
在这种情况下，即，在打开排出阀1之后不久或当排出阀1仍然稍微打开时，排气流入排出室105中，并撞击阀杆和管107之间的下开口，即，撞击排气抽出通道106的进口部分。在优化的计时下，通过扭转排出阀1打开环形滑阀130，以便排气可进入阀杆102和管107之间的环形间隙。由于在排出阀1的小开口的情况下的高速率，当打开环形滑阀130时，排气轻易地进入环形间隙。为此，使用排气的动态压力，使得在流量稳定之后，在排气抽出通道106中获得排气的增加的总压力。
由于排气的高流速，总压力的增加由排气的动态压力的操作产生。排气抽出通道106的进口部分在排出室105的截面区域中的特定布置引起排气的总压力的增加，排气可作为部分排气流被抽出，在排出室105中，被部分截面均分的排气的流速高于被排出室105的总截面均分的流速。
在此背景下当排气抽出通道106的进口部分只以某一时间间隔打开时特别有利，在该时间间隔处，在动态压力的帮助下总压力的增加从根本上是可能的。结果是，当排出阀1稍微打开时，即，当排气开始流出阀头101和阀座104之间的环形间隙时，前述在排出室105的截面区域中被均分的压力比使得在排气抽出通道106中的总压力可以增加。因此，环形滑阀130只以该时间间隔打开，否则保持关闭，如将在下文中所讨论的。
在图3中，排出阀1显示在打开位置中。阀头101和阀座104之间的环形间隙被扩大，以便减小流速，一方面是由于环形间隙的大横截面，另一方面是由于燃烧室中排气的先前释放，如很明显的从示意性示出的流线型而看出。在这种情况下，排气的动态压力不适合于增加在排气抽出通道中占优势的总压力。因此，在该位置，通过扭转阀杆来关闭环形滑阀，且大部分排气通过出口通道7逸出。
因此，通过最优化环形间隙的比例以及阀打开的计时和通过扭转阀杆102启动环形间隙，在排气抽出通道106中占优势的总压力得到赠加，使得有可能将部分排气流引入进口岐管8中，因为相对于进口岐管8中的压力提供了足够的压力差。
第二实施例
图5示出根据本发明的第二实施例的排出阀1的示意图，其示出阀驱动机构与在出口通道7中的节流装置和用于排气再循环的被控制的抽出阀的连接。
根据该第二实施例的排出阀1包括阀头201和阀杆202。第二实施例的排出阀1同样提供在图5中仅仅示意性示出的管207。对阀杆202的支持和汽缸头211的内部和外部同轴元件的同轴布置以类似于第一实施例的方式设计。
与第一实施例的不同之处在于通过排气抽出通道206的排气流的控制。
在阀杆202和管207之间的环形间隙的下游布置提升阀230，部分排气流通过该间隙进入管207，提升阀230包括阀头209和设置于排气抽出通道206的阀座210。阀头209适合于通过弹簧208b被推到阀座210，以便关闭排气抽出通道206。设置有被连接到抽出阀230的阀杆209a的摇臂208a。
因此，阀头209可通过摇臂208a从阀座210提升，以便建立排气抽出通道206和图1所示再循环气体管元件12之间的连接。摇臂208a由凸轮208c启动，凸轮208c由功率传输元件例如链208d驱动。所述功率传输元件直接或通过另外的齿轮机构被连接到启动排出阀1的内燃机的凸轮轴208e，以便排气抽出阀230同时随着凸轮轴208e的操作打开和关闭。
第二实施例的排出阀1的操作模式类似于其在第一实施例中的操作模式。当排出阀1稍微打开使得阀头201和阀座204之间仅有小环形间隙时，排气流以高速流入管207中，其中排气抽出阀230在这种情况下通过与凸轮轴208e耦合的启动而打开。当排出阀1被进一步打开时，排气抽出阀230再次关闭，以便当稍微打开排出阀1时，在内燃机的排出循环中增加的动态压力可被用于增加在排气提出通道206中占优势的总压力。而且，部分排气流的回流通过关闭排气抽出阀230而被阻止。
在下文中描述了第二实施例的进一步的改进。
根据所述进一步的改进，提供图5所示的节流阀215。所述节流阀215是旋转地布置在出口通道7内或可选地在出口管中不同位置处的瓣阀。传输元件216(例如链或皮带)被直接地或通过另一传输机构连接到凸轮轴208e。
参考图5描述了此更改的操作模式。
当打开排出阀1时，排气流进入管207和排出室205中。在打开排出阀1之后不久，在该更改中，节流阀215被关闭，以便使排出室205和出口通道7之间的通道节流。以这种方式，在排出室205中产生增加的反压力，以便通过优化计时，可在管207中提供进一步增加的压力。
当进一步打开排出阀1时，节流阀215再次通过传输元件216和凸轮轴208e的启动而打开，使得减小的(即正常)流动阻力出现在出口通道中，以便可产生足够的新鲜气体净化。
第三实施例
参考示出根据本发明的第三实施例的排出阀1的图6描述了本发明的第三实施例，排出阀1包括排气再循环阀330在环形间隙中的同轴布置。
根据第三实施例的排出阀1包括阀头301、阀座304和阀杆302。在该实施例中，环形间隙也设置在外部同轴元件312和内部同轴元件313之间。如在其它实施例中一样，管307向下打开，并在内部形成适合于由阀构件308所关闭的阀座309。阀构件308被安装到阀杆302以可在纵向方向上移动，并可通过未示出的启动机构独立于阀杆302的移动而轴向移动，以便阀表面310可与阀座309接触以关闭阀330。
当排出阀1稍微打开时，即，通过从阀座304稍微提起阀杆302，阀构件308的阀表面310通过启动结构从阀座309提升。当排出阀1被进一步打开时，即，当增加阀头301和阀座304之间的环形间隙时，阀构件308接近阀座309。通过预定的运动调节，当超过排出阀的预定打开程度时，阀表面310开始与阀座309接触。因此，在该实施例中，当排出阀稍微打开时，简单的装置允许排气流通过阀头301和阀座304之间的环形间隙被引入进口部分中。当增加排出阀的打开时，排气再循环阀330被阀构件308和设置在管307内部的阀座309关闭，以便排气流只能通过出口通道7流动。
此外，第三实施例的排出阀1允许借助于排气抽出阀330通过对排气抽出通道的打开适当计时来增加部分排气流的动态压力。
实施例的更改
在本发明的上述描述中，包括用于抽出部分排气流的设备的排出阀在排气再循环和涡轮增压的二冲程柴油机中示出。在该配置中，根据本发明的用于抽出部分排气流的设备的应用特别有效。但用于抽出部分排气流的设备可被同样有效地应用于其他设计中，这些设计在下文中参考图7到10进行描述。
图7示出以二冲程柴油机形式的内燃机。内燃机的设计与图1中的设计相比没有变化。内燃机特别包括活塞5、进气狭缝4、汽缸2和布置在汽缸2中的燃烧室3。进一步地，提供了相应于前面讨论的实施例而设计的排出阀1。内燃机同样包括涡轮增压器20，其由压缩机22和涡轮增压器轴23组成，并与图1的系统相反地，具有低压涡轮21a和高压涡轮21b。
根据目前对用于抽出部分排气流的设备的应用，管元件仍然被连接到排气抽出通道106、206、306，但部分排气流被另外用于排气再循环或专门地驱动涡轮增压器20的高压涡轮21b。为此目的，图1所示的排气冷却器11被合理地省却。作为可选方案，可能将涡轮设计为双流或多流涡轮，其中提供了不同的进口压力。通过出口通道7的主要排气流可被引入到涡轮21的低压部分中，且由用于抽出部分排气流的设备抽出的且具有与主要排气流相比增加的压力的部分排气流可被供应到涡轮21的高压部分。该系统用于提高涡轮的效率，从而提高整个系统的效率。
图8示出根据本发明的用于抽出部分排气流的设备的另一应用。涡轮发生器50被设置为适合于使用部分排气流的附属装置，用于产生电能。在图8示出的内燃机相应于图1所示的内燃机。特别是，主要排气流通过出口通道7排出，且部分排气流通过管元件13、14被提供到涡轮51，而没有通过图1所示的排气冷却器11。部分排气流在涡轮51中被释放，并通过通道54排出。在本实施例中，发电机52通过轴53被连接到涡轮51。被引导到涡轮51的部分排气流可由未示出的控制装置控制，以便可在发电机52引出相应的电功率。
作为可选方案，可设置适合于由涡轮51的机械功率操作的任何装置来代替发电机52。
图9描述了根据本发明的用于抽出部分排气流的设备的另一应用。用于抽出部分排气流的设备的所述可选应用的设计类似于前面应用的设计。然而，在前面的应用中，附属装置由涡轮51驱动，涡轮51产生的功率在该进一步的应用中用于帮助内燃机的操作。特别地，涡轮51的输出轴53通过齿轮系统55被连接到内燃机的机轴，因而能够将功率传输到机轴。该应用还提供将功率传输到机轴或将其供应到图8所示的涡轮发生器的选择。为此目的，需要可在到机轴的功率传输和到发电机52的功率传输之间变化的转换装置。
图10示出根据本发明的用于抽出部分排气流的设备的另一应用。在此用于抽出部分排气流的设备的该可选的应用中，从排气抽出通道中被抽出的排气流可用于启动气压操作的启动机构60。这样的启动机构60可例如为用于操作涡轮增压器的阀或调节机构的启动机构。启动机构60可设置有用于启动未示出的活塞的控制阀，该活塞例如由内燃机的中央控制来控制。此外，压力储蓄器70可被插入至启动机构60的上游，以便一方面压力是持续地可用的，另一方面压力脉动减小了。该可选的应用被认为将内燃机系统提高到例如前面所需要的用于操作特定启动机构的加压空气或真空的产生变成过多的效应。基本上，内燃机系统的总效率提高了。
参考附图中示出的实施例描述了本发明。尽管在第一实施例中，再循环阀1显示有被阀杆的旋转扭转的环形间隙套筒109和110，该系统可由图5所示例的启动机构补充。特别是，可提供第一实施例的排出阀1的阀杆102的旋转的运动耦合，如应用于图5中的排气抽出阀230的。此外，在所有描述的实施例中，可在出口通道7中设置节流阀，节流阀以运动方式被连接到机轴，如已在图5中示出的，或由分离的启动机构进行操作。
本发明涉及在与二冲程柴油机一起使用的所述排出阀1处设置的设备。然而，本发明的排出阀1可应用于包括排出阀的任何内燃机。例如，可在四冲程内燃机中使用所述排出阀。当使用用于使进口空气加压的涡轮增压器20或压缩机时，在四冲程内燃机中使用排出阀1的优点特别突出。
排出阀1可进一步应用于不由柴油燃料而由气体、汽油或任何其它燃料驱动的二冲程内燃机。
在排出室105、205、305中或在排气抽出通道106、206、306中适当的位置，压力传感器可被设置成控制相应的阀130、230、330，以便部分排气流的压力可保持在最佳值。为此目的，至少对阀130、230、330的可变控制是有利的，这些阀接着根据传感器所测量的压力被启动。
在实施例中，排出阀1被示为连接到内燃机的汽缸头。对于燃烧室3，单个排出阀1在内燃机处被示出。然而可为每个燃烧室设计具有上述实施例的设计的多个排出阀。而且，也可能将根据实施例的设计传递到为燃烧室设置的多个排出阀中的仅仅一个。另外的排出阀接着可具有传统结构，而没有排气抽出装置。
尽管在实施例中特别是在图5中示出排出阀1的启动，通过机轴208e，可用任何方式启动排出阀1。特别是电磁、水力、气动或其它类型的启动是可能的。
虽然进口部分在实施例中被示为在排出阀的阀杆周围的同轴布置中，但进口部分也可与阀杆并置。在此背景中至关重要的是在打开的排出阀下游的实际流动条件。例如，可以想象的，强烈弯曲的通道被布置在阀杆周围，使得在离阀轴的径向距离处的排气流的流速显示峰值或高平均值。对本发明本质来说所重要的是进口部分在展示特别高流速的区域中的布置，而不管相对于排出阀的其它元件的布置如何。

Claims (28)

1.一种用于从内燃机的排气管(105；205；305)抽出部分排气流的设备，所述设备包括敞开至所述排气管(105；205；305)内的部分排气管(106；206；306)，其中所述部分排气管的进口部分(120；220；320)被布置成实质上与排气流相对，以便，在利用所述排气流的动态压力的同时，所述部分排气流能够进入所述部分排气管(106；206；306)的所述进口部分(120；220；320)，其中所述部分排气管的所述进口部分(120；220；320)被布置在流量控制构件(101，104；201，204；201，304)直接下游的流动方向上，所述流量控制构件(101，104；201，204；201，304)是所述内燃机的排出阀(1)，其中所述进口部分(120；220；320)被布置在所述排气管(105；205；305)的一部分中，其中，与所述排气管(105；205；305)的总截面有关的流速的峰值出现在所述流量控制构件(101，104；201，204；201，304)的打开循环的过程中，其中所述部分排气管(106；206；306)被配置有用于控制所述部分排气管(106；206；306)中的流量的流量控制装置(130；230；330)，并且其中，当所述排出阀(1)稍微打开时，并且当排气开始流出阀头(101；201；201)和所述排出阀(1)的阀座(104；204；304)之间的环形间隙，以便与所述排气管(105；205；305)的总截面有关的流速的峰值出现在所述排出阀(1)的打开循环的过程中时，所述流量控制装置(130；230；330)适于只以从所述排出阀(1)稍微打开到所述流速的所述峰值出现的时间间隔打开，否则保持关闭，并且
所述部分排气管(106；206；306)的内部轮廓形成所述进口部分(120；220；320)中的扩散器。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述进口部分(120；220；320)被布置在所述排气管(105；205；305)的部分横截面中，其中至少在所述内燃机的预定工作范围内，被所述部分横截面均分的排气流的流速高于被总横截面均分的整个排气流的流速。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，当抽出所述部分排气流时，所述部分排气管(106；206；306)中的压力，至少在所述内燃机的预定工作范围内，高于没有抽出所述部分排气流的所述排气管(105；205；305)中的压力。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流量控制构件(101，104；201，204；201，304)是包括阀头(101；201；301)和阀杆(102；202；302)的提升阀，所述阀杆(102；202；302)由所述部分排气管(106；206；306)的所述进口部分(120；220；320)包围。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述部分排气管(106；206；306)被相对于所述排气管(105；205；305)同轴地布置。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述部分排气管(106；206；306)的所述进口部分(120；220；320)被相对于所述排气管(105；205；305)同轴地布置。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述部分排气管(106；206；306)中的流量由所述流量控制装置(130；230；330)响应于所述排气管(105；205；305)中的流量特征和/或响应于所述内燃机的工作条件来控制。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流量控制装置(130；230；330)是设置在所述部分排气管(106；206；306)中的阀，所述阀被启动以容许和禁止在所述部分排气管(106；206；306)和所述排气管(105；205；305)之间的流动。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述流量控制装置(230)是由凸轮机构(208)所操作的提升阀。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述流量控制装置(130)是被布置在所述排出阀(1)的阀杆(102)处的旋转滑阀。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述旋转滑阀(130)包括固定环形元件(109)和与其同轴地布置的具有相应的口的旋转环形元件(110)，其中通过使所述旋转环形元件(110)相对于所述固定环形元件(109)扭转来容许或禁止通过口的流动。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述固定环形元件(109)被连接到所述部分排气管的所述进口部分(120)，且所述旋转环形元件(110)被连接到所述阀杆(102)，以便能够通过使所述阀杆(102)相对于固定环形元件(109)扭转来转动所述旋转环形元件(110)。
13.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述流量控制装置(330)由设置在所述部分排气管(306)的所述进口部分(320)处的阀座(309)和相对于所述流量控制构件(301，304)的所述阀杆(302)可同轴地移动的阀体(308)组成，所述阀体(308)适合于与所述阀座(309)接触并从所述阀座(309)提升以关闭和/或打开所述部分排气管(306)的所述进口部分(320)。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述阀体(308)在所述部分排气流的流动方向上位于所述部分排气管(306)的所述进口部分(320)的下游。
15.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述流量控制装置(130；230；330)能够由所述内燃机的排出阀驱动机构(208e)操作。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述排气管(7)中设置有由节流阀启动机构调节的节流阀(215)，所述节流阀(215)用于在所述排气管(7)中调节反压力。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述节流阀启动机构是凸轮机构。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述节流阀启动机构和为所述流量控制装置(130；230；330)而设置的启动机构以运动方式连接。
19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流量控制装置(130；230；330)在所述内燃机的预定工作状态时保持关闭。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，当所述内燃机的速度落在最小值之下时，所述流量控制装置(130；230；330)在所述内燃机的预定工作状态时保持关闭。
21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述部分排气管(106；206；306；12，13，14，16)中设置有止回阀(15)，以阻止回流到所述部分排气管的所述进口部分(120；220；320)。
22.一种包括有根据权利要求1到21中任一项的设备的内燃机，所述设备的部分排气管(106；206；306；12，13，14，16)构成与所述内燃机的至少一个燃烧室(3)直接或间接相通的排气再循环管。
23.如权利要求22所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机是特别包括空气吹除吹风机的和/或通过涡轮增压器(20)增压的二冲程柴油机。
24.如权利要求22所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机是特别包括通过涡轮增压器(20)增压的四冲程循环发动机。
25.一种包括有根据权利要求1到21中任一项的设备的内燃机，所述设备的部分排气管(106；206；306；12，13，14，16)被连接到涡轮增压器(20)的涡轮(21；21a)和/或附属装置(50；55)的涡轮(51)，以使得所述涡轮增压器(20)和/或所述附属装置(50；55)至少部分地由部分排气流驱动。
26.如权利要求25所述的内燃机，其特征在于，所述附属装置(55)能够以可选方式向所述内燃机提供由所述附属装置的所述涡轮(51)产生的功率。
27.如权利要求26所述的内燃机，其特征在于，所述附属装置的所述涡轮(51)能够通过齿轮系统向所述内燃机的机轴提供功率。
28.一种包括有如权利要求1到21中任一项所述的设备的内燃机，其特征在于，所述内燃机进一步包括由压力操作的启动机构(60)，所述由压力操作的启动机构(60)能够由所述用于抽出部分排气流的设备来操作。
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