CN102192050A - 用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的方法以及装置，带有构造成新鲜气体装置，其具有多个新鲜气体管路，其中，在新鲜气体管路的每个中布置有至少一个阻断元件。此外，设置有排气装置，其具有多个排气管路。此外，设置有带有多个废气再循环管路的废气再循环装置。根据本发明，实现了流束相交的废气再循环，在其中，从一定的流束的排气管路中分支的废气再循环管路分别被引回到另一流束的新鲜气体管路处，其中，如此操控单个的新鲜气体管路的阻断元件，即，借助于阻断元件与新鲜气体输送阻断的新鲜气体管路借助于废气再循环管路被输送来自另一流束的排气管路的废气，该另一流束的相关联的新鲜气体管路未与新鲜气体输送阻断。

Description

用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的方法以及装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的方法。本发明还涉及一种根据权利要求5的前序部分的用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的装置。
背景技术
带有废气再循环(Abgasrückführung)的内燃机通常为已知的。此外，废气再循环(即从内燃机的排气管(Angastrakt)中分支出部分废气流(Abgasteilstrom)并且将该部分废气流引回内燃机的进气管中)用于降低氮氧化物排放。此外，废气再循环也应用于降低特定的燃料消耗，例如在内燃机的部分负荷运行中的燃料消耗。
此外，在增压式内燃机中也已知废气再循环，具体而言，其通常在涡轮增压器的高压侧上。在此，在废气流的流动方向上在涡轮增压器的涡轮之前提取部分废气流，并且在涡轮增压器的压缩机之后再次将部分废气流输送到增压空气流中。通过这种类型的废气再循环可实现的空气质量流量基本上与越过内燃机的扫气压力差相关，因为引回的废气流必须克服增压的增压空气的压力工作(anarbeiten)。由此，在带有很小的扫气压力差的运行状态中，有效的废气再循环是不可行的。
具体地，从文件DE 10 2006 037 934A1中已知一种带有废气再循环的内燃机，在该内燃机中设置有新鲜气体装置以用于将新鲜气体供应到内燃机的燃烧室。此外，该内燃机包括排气装置(Abgasanlage)以用于从气缸中运走废气(Abgas)、以及废气再循环装置以用于将废气从排气装置中引回到新鲜气体装置中。新鲜气体装置具有两个新鲜气体管路，其分别被引导到内燃机的独立的气缸组处，其中，在新鲜气体管路的每个中布置有称为切换阀(Schaltventil)的阻断元件，该阻断元件与控制和/或调节机构联结，借助于该控制和/或调节机构可取决于限定的内燃机参数以控制或调节的方式以限定的程度(in einem definierten Maβe)释放或阻断到内燃机的新鲜气体输送。排气管路(Abgasleitung)从气缸组的每一个中引导出来，再从该排气管路中分支出废气再循环管路，该废气再循环管路引回到这样的气缸组的新鲜气体管路处，即，排气管路以及由此废气再循环管路从该气缸组处分支。在此，如此设计控制机构，即，其在气缸的进气过程期间操控相应的切换阀或阻断元件以用于打开流动截面。由此，直到切换阀打开，在新鲜气体装置的下游或在相应的新鲜气体管路中可得到负压(Unterdruck)。因为在进气过程期间各个燃烧室的体积通过在相关的气缸中的相应的活塞运动而增大。新鲜气体侧的压力下降使新鲜气体侧和废气侧之间的压力差变大，以使得在预定的压力差时打开相应止回阻断阀(Rückschlagabsperrventil)并且使废气的再循环成为可能。在此，周期性地操控并且由此打开或关闭新鲜气体管路侧的阻断元件或切换阀。利用这种类型的布置方案基本上实现了，与扫气压力差较无关地调整期望的废气再循环率。此外，通过周期性地阻断带有并行的(parallel)废气再循环的增压行进流束(Ladelaufflute)，相对于持续的节流也改善了氮氧化物的排放。
此外，文件DE 10 2007 009 353A1、DE 20 2007 007 117U1、DE 10 2007 025 179A1、DE 10 2008 046 596A1以及DE 10 2008 046 594A1同样示出了带有废气再循环和新鲜气体侧的阻断元件的内燃机。
发明内容
相对地，本发明的目的在于，提供用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的方法以及装置，借助于该方法或装置可再次提高废气再循环率和/或可进一步改善内燃机的气缸或燃烧室的充气程度(Füllung)。
在方法方面，该目的利用权利要求1的特征实现。在装置方面，该目的利用权利要求5的特征实现。此外，有利的设计方案分别为回引权利要求1和5的从属权利要求的对象。
根据独立权利要求，设置有用于使内燃机运行、尤其用于使机动车的内燃机运行的方法以及装置，带有构造成多流束的(mehrflutig)新鲜气体装置以用于给内燃机的气缸供应新鲜气体，该新鲜气体装置具有多个引导到不同的且分别具有至少一个气缸的气缸组处的新鲜气体管路，其中，在新鲜气体管路的每个中布置有至少一个阻断元件，该阻断元件与控制和/或调节机构相联结，借助于该控制和/或调节机构可取决于限定的内燃机运行参数以控制或调节的方式以限定的程度释放或阻断到内燃机处的新鲜气体输送。此外，设置有构造成多流束的排气装置以用于从气缸中运走废气，该排气装置具有多个、尤其地在数量方面与新鲜气体管路的数量相应的排气管路，该排气管路从不同的气缸组中引导出来。此外，设置有构造成多流束的带有多个废气再循环管路的废气再循环装置以用于将废气从排气装置中引回到新鲜气体装置处，其中，至少一个废气再循环管路从排气管路的至少一部分中分支并且被引回到新鲜气体装置处。根据本发明，实现了流束相交(flutengekreuzt)的废气再循环，在该废气再循环中，从一定的流束(Flut)的排气管路中分支的废气再循环管路分别被引回到另一流束的新鲜气体管路处。尤其优选地，利用这种类型的结构可实现这样的方法指导(Verfahrensführung)，即，在其中，借助于阻断元件与新鲜气体输送阻断的新鲜气体管路或新鲜气体流束(Frischgasflut)借助于废气再循环管路被输送来自另一流束的排气管路的废气，该另一流束的相关联的新鲜气体管路未与新鲜气体输送阻断。
利用这种类型的根据本发明的结构或这种类型的根据本发明的方法指导，得到相对于现有技术更高的废气再循环率，该废气再循环率尤其地基于时间上同时发生新鲜气体装置的一个流束的阻断和另一个流束的废气再循环压力波的到达(Ankommen)。这相应于暂时为较负面的(negativer)扫气压差，在该扫气压差中较大量的废气再循环浓度(Abgasrückführkonzentrationspaket)到达相应气缸组处或相应进气管中。同时此外，相对于传统的并行的废气再循环，利用根据本发明的流束相交的废气再循环也同时改善了气缸的充气程度。
此外，与带有新鲜气体流束周期性阻断的并行的废气再循环相比，带有新鲜气体流束周期性阻断的流束相交的废气再循环在氮氧化物排放方面显示出改善。
根据本发明的流束相交的废气再循环基本上可利用这样的结构(Aufbauten)实现，即该结构具有多于两个的流束，例如与三流束的设计方案相结合，在其中，例如与第一气缸组相关联的第一废气再循环管路被引回到与第二气缸组相关联的新鲜气体管路处，而与第二气缸组相关联的废气再循环管路被引回到与第三气缸组相关联的第三新鲜气体管路处，以及与第三气缸组相关联的第三废气再循环管路被引回到与第一气缸组相关联的第一新鲜气体管路处。该示例应证明，任意相交的多流束的布置方案是可行的，其以要求保护的基本原理为基础。然而，在实际上，装置的这样的设计方案是尤为有利的，即在其中，新鲜气体装置、排气装置以及废气再循环装置分别构造成两流束的(zweiflutig)，下面进一步对其进行描述：
这种类型的两流束的实施方案设置成，从第一排气管路中分支的且由此与第一气缸组相关联的第一废气再循环管路被引回到与第二气缸组相关联的第二新鲜气体管路处或通入到其中，并且从第二排气管路中分支的且由此与第二气缸组相关联的第二废气再循环管路被引回到与第一气缸组相关联的第一新鲜气体管路处或通入到其中，具体而言，分别在布置在新鲜气体管路中的阻断元件的下游。那么，利用这种类型的结构可实现这样的方法指导，即，在其中，在第一新鲜气体管路中的阻断元件打开且同时在第二新鲜气体管路中的阻断元件基本关闭时，借助于第一废气再循环管路将废气输送到第二新鲜气体管路处，而在相反的情况中，在第一新鲜气体管路中的阻断元件基本关闭且同时在第二新鲜气体管路中的阻断元件打开时，借助于第二废气再循环管路将废气输送到第一新鲜气体管路处。
根据优选的具体的设计方案，新鲜气体管路作为增压空气管路在废气涡轮增压器的增压器下游、尤其地在废气涡轮增压器的压缩机的下游被引导到内燃机处。优选地，排气管路本身被引导到废气涡轮增压器的涡轮处，其中，废气再循环管路在上游且由此在高压侧从排气管路中分支。尤其地，与这种类型的涡轮增压器组件的结合，得到尤其有利的且在扫气压力差方面优化的废气再循环。
根据为此尤其优选的设计方案设置成，在增压器的下游布置有增压空气冷却器，单一的增压空气流被引导到该增压空气冷却器处，其中，增压空气管路在增压空气冷却器的下游分岔(aufzweigen)，并且两流束地被引导到内燃机的两个气缸组处、尤其地被引导到与每个气缸组相关联的进气管区域处。利用增压空气冷却器后的这种类型的分岔可整体上有利地减小构件成本。
自然可理解的是，显而易见此外也可设置其它构件，例如在废气再循环管路的区域中的冷却器和/或节流和/或阻断元件(仅仅列举一个示例)。
对于尤其良好的废气再循环率证实为适宜的是，没有与新鲜气体阻断的气缸组的排气阀的至少一部分基本上在另一新鲜气体管路的新鲜气体管路侧的阻断元件关闭的同时或之后不久(unmittelbar)、尤其地在新鲜气体管路侧的阻断元件关闭后在0至60度之间的曲柄角的范围内打开。为此备选地和/或附加地证实为有利的是，没有与新鲜气体阻断的气缸组的至少一个排气阀基本上在分别相关联的气缸中达到限定的气缸压力值、尤其最大压力值的同时或之后不久打开。
附图说明
下面根据附图进一步解释本发明。
唯一的附图示意性地显示了内燃机1，在此，该内燃机1仅仅示例性地构造成直列六缸内燃机。在此，该内燃机1的以I，II，III表示的气缸构成第一气缸组2，而内燃机1的以IV，V，VI表示的气缸构成第二气缸组3。
具体实施方式
此外，在图1中显示的示例性的布置方案包括带有压缩机5和涡轮6的废气涡轮增压器4。在内燃机的上游，在压缩机5之后联接有增压空气冷却器7，其中，从压缩机5通过增压空气冷却器7在朝向内燃机1的方向上引导的增压空气管路8在增压空气冷却器7的下游分岔成第一增压空气管路8a和第二增压空气管路8b，其由此以两流束的方式被引导到内燃机1。在此，第一增压空气管路8a通过进气管区域9与第一气缸组2根据流体技术
Figure BSA00000444114500061
相连接，并且第二增压空气管路8b通过第二进气管区域10与第二气缸组3根据流体技术相连接。在此，内燃机的每个气缸以传统的方式关联有进气管，该进气管构造了进气管区域9，10，在当前情况中将该进气管区域9，10视作增压空气管路8a和8b的结合的组成部分。
在增压空气管路8a，8b的进气管区域9，10的上游以及在此例如在增压空气冷却器7的下游，在两个增压空气管路8a，8b的每个中分别结合有作为阻断元件作用的切换阀11，12，该切换阀11，12通过在此以点划线示出的控制线路13，14与控制和/或调节机构15相联结，该控制和/或调节机构15例如为发动机控制器的组成部分。
此外，在此示例性地显示的布置方案包括分别用于两个气缸组2，3中的每一个的排气管路16，17。具体而言，在此，第一排气管路16与第一气缸组2相关联，而第二排气管路17与第二气缸组3相关联。两个排气管路16，17具有以传统的方式联接到内燃机1处的排气歧管18，19，在此，该排气歧管18，19视为两个构成两流束的排气装置的排气管路16，17的结合的组成部分。之后，两个排气管路16，17被引导到涡轮6处，并且如有可能如在此显示的那样再次结合成单一的排气管路20。
在涡轮6的上游并且由此在高压侧以及进一步优选地在排气歧管18，19的下游从两个废气管路16，17中分别分支出废气再循环管路21，22。在此，在该废气再循环管路21，22的每个中例如结合有节流和阻断元件23，在此仅仅非常示意性地且示例性地示出该节流和阻断元件23。同样，两个废气再循环管路21，22可被引导通过废气再循环冷却器24。显然地，废气再循环管路21，22也可构造成不带这种类型的节流和阻断元件和/或不带这种类型的废气再循环冷却器24。如有可能，如果这证实为必要的，则也可将翼形阀(Flatterventil)结合到废气再循环管路中，但这在此未示出。
第一废气再循环管路21从第一排气管路16中分支，并且根据本发明流束相交地通入第二增压空气管路8b中，具体而言，优选地在切换阀12下游且在进气管区域10的上游。以相似的方式，第二废气再循环管路22从第二排气管路17中分支，并且流束相交地通入第一增压空气管路8a中，具体而言，同样再次优选地在进气管区域9的上游并且在相关联的切换阀11下游。
控制和/或调节机构15通过控制线路13，14相应于预定的废气再循环参数如此操控两个切换阀11，12，即，在一定的运行时间下周期性地、也就是说交替地打开和关闭这两个切换阀11，12，如示例性地在图1中示出的那样。在此，关闭切换阀11并且打开切换阀12，从而新鲜气体不可通过切换阀11并且由此通过第一增压空气管路8a流动到第一气缸组2的气缸I，II，III处。相反地，通过切换阀12的打开(Offenstellung)，新鲜气体可通过第二增压空气管路8b流动到第二气缸组3的气缸IV，V，VI处。通过切换阀11，12的这种切换方案，在第一气缸组2的进气管区域9中产生负压，这导致，废气通过废气再循环管路22从第二排气管路17中抽出并且被输送到第一气缸组2的气缸处。相反地，没有废气或仅仅很少的废气通过废气再循环管路21输送到被供给新鲜气体的第二气缸组3，从而在这种类型的运行方式中，总体地在第一气缸组2中达到非常高的废气再循环率，这相应于暂时地非常负面的扫气压差，以使得大量的废气吸入到进气管区域9中并且由此进一步地吸入到第一气缸组中。由此，相对于并行地实施的废气再循环，也可明显改善第一气缸组2的气缸I，II，III的充气程度。由此，同样得到明显改善的NOx减少。
在限定的时间段(例如240度曲柄角或曲轴旋转)之后，控制和/或调节机构15然后再次操控切换阀11，12，并且打开切换阀11，而关闭切换阀12。那么在此，过程相应地颠倒，通过第一增压空气管路8a给第一气缸组2供给新鲜气体，而通过废气再循环管路21将来自第一排气管路16的废气输送到第二气缸组3之前的进气管区域10中。

Claims (8)

1.一种用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的方法，所述内燃机：带有构造成多流束的新鲜气体装置以用于给内燃机的气缸供应新鲜气体，所述新鲜气体装置具有多个引导到不同的且分别具有至少一个气缸的气缸组处的新鲜气体管路，其中，在所述新鲜气体管路的每个中布置有至少一个阻断元件，所述阻断元件与控制和/或调节机构相联结，借助于所述控制和/或调节机构可取决于限定的内燃机运行参数以控制或调节的方式以限定的程度释放或阻断到内燃机处的新鲜气体输送；带有构造成多流束的排气装置以用于从气缸中运走废气，所述排气装置具有多个、尤其地在数量方面与所述新鲜气体管路的数量相应的排气管路，所述排气管路从不同的气缸组中引导出来；以及带有构造成多流束的带有多个废气再循环管路的废气再循环装置以用于将废气从所述排气装置中引回到所述新鲜气体装置处，其中，至少一个废气再循环管路从所述排气管路的至少一部分中分支并且被引回到所述新鲜气体装置处，其特征在于，实现了流束相交的废气再循环，在所述废气再循环中，从一定的流束的排气管路(16，17)中分支的废气再循环管路(21，22)分别被引回到另一流束的新鲜气体管路(8a，8b)处，其中，如此操控单个的新鲜气体管路(8a，8b)的阻断元件(11)，即，借助于阻断元件(11，12)与新鲜气体输送阻断的新鲜气体管路(8a，8b)借助于所述废气再循环管路(21，22)被输送来自另一流束的排气管路(16，17)的废气，所述另一流束的相关联的新鲜气体管路(8a，8b)未与新鲜气体输送阻断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置有构造成两流束的新鲜气体装置以用于给内燃机(1)的气缸供应新鲜气体，所述新鲜气体装置的第一新鲜气体管路(8a)被引导到第一具有至少一个气缸的气缸组(2)处，并且所述新鲜气体装置的第二新鲜气体管路(8b)被引导到第二具有至少一个气缸的气缸组(3)处，其中，在所述新鲜气体管路(8a，8b)的每个中布置有至少一个阻断元件(11，12)，所述阻断元件(11，12)与控制和/或调节机构(15)相联结，借助于所述控制和/或调节机构(15)可取决于限定的内燃机运行参数以控制或调节的方式以限定的程度释放或阻断到内燃机(1)处的新鲜气体输送，设置有构造成两流束的排气装置以用于从气缸中运走废气，所述排气装置的第一排气管路(16)从所述第一气缸组(2)中引导出来并且所述排气装置的第二排气管路(17)从所述第二气缸组(3)中引导出来，设置有构造成两流束的废气再循环装置以用于将废气从所述排气装置中引回到所述新鲜气体装置处，所述废气再循环装置的第一废气再循环管路(21)从所述第一排气管路(16)中分支并且所述废气再循环装置的第二废气再循环管路(22)从所述第二排气管路(17)中分支，实现了流束相交的废气再循环，在所述废气再循环中，从所述第一排气管路(16)中分支的且由此与所述第一气缸组(2)相关联的第一废气再循环管路(21)通入到与所述第二气缸组(3)相关联的第二新鲜气体管路(8b)中，并且在所述废气再循环中，从所述第二排气管路(17)中分支的且由此与所述第二气缸组(3)相关联的第二废气再循环管路(22)通入到与所述第一气缸组(2)相关联的第一新鲜气体管路(8a)中，具体而言，分别在布置在所述新鲜气体管路(8a，8b)中的阻断元件(11，12)的下游，以这样的方式，即，在所述第一新鲜气体管路(8a)中的阻断元件(11)打开且同时在所述第二新鲜气体管路(8b)中的阻断元件(12)基本关闭时，借助于所述第一废气再循环管路(21)将废气输送到所述第二新鲜气体管路(8b)处，而在相反的情况中，在所述第一新鲜气体管路(8a)中的阻断元件(11)基本关闭且同时在所述第二新鲜气体管路(8b)中的阻断元件(12)打开时，借助于所述第二废气再循环管路(22)将废气输送到所述第一新鲜气体管路(8a)处。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，没有与新鲜气体阻断的气缸组的排气阀的至少一部分基本上在另一新鲜气体管路的新鲜气体管路侧的阻断元件关闭的同时或之后不久、尤其地在新鲜气体管路侧的阻断元件关闭后在0至60度之间的曲柄角的范围内打开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，没有与新鲜气体阻断的气缸组的至少一个排气阀基本上在分别相关联的气缸中达到限定的压力值、尤其地最大压力值的同时或之后不久打开。
5.一种用于使内燃机、尤其机动车的内燃机运行的、尤其用于执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的装置，所述装置：带有构造成多流束的新鲜气体装置以用于给内燃机的气缸供应新鲜气体，所述新鲜气体装置具有多个引导到不同的且分别具有至少一个气缸的气缸组处的新鲜气体管路，其中，在所述新鲜气体管路的每个中布置有至少一个阻断元件，所述阻断元件与控制和/或调节机构相联结，借助于所述控制和/或调节机构可取决于限定的内燃机运行参数以控制或调节的方式以限定的程度释放或阻断到内燃机处的新鲜气体输送；带有构造成多流束的排气装置以用于从气缸中运走废气，所述排气装置具有多个、尤其地在数量方面与所述新鲜气体管路的数量相应的排气管路，所述排气管路从不同的气缸组中引导出来；并且带有构造成多流束的带有多个废气再循环管路的废气再循环装置以用于将废气从所述排气装置中引回到所述新鲜气体装置处，其中，至少一个废气再循环管路从所述排气管路的至少一部分中分支并且被引回到所述新鲜气体装置处，其特征在于，实现了流束相交的废气再循环，在所述废气再循环中，从一定的流束的排气管路(16)中分支的废气再循环管路(21)分别被引回到另一流束的新鲜气体管路处。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，设置有构造成两流束的新鲜气体装置以用于给内燃机(1)的气缸供应新鲜气体，所述新鲜气体装置的第一新鲜气体管路(8a)被引导到第一具有至少一个气缸的气缸组(2)处，并且所述新鲜气体装置的第二新鲜气体管路(8b)被引导到第二具有至少一个气缸的气缸组(3)处，其中，在所述新鲜气体管路(8a，8b)的每个中布置有至少一个阻断元件(11，12)，所述阻断元件(11，12)与控制和/或调节机构(15)相联结，借助于所述控制和/或调节机构(15)可取决于限定的内燃机运行参数以控制或调节的方式以限定的程度释放或阻断到内燃机(1)处的新鲜气体输送，设置有构造成两流束的排气装置以用于从气缸中运走废气，所述排气装置的第一排气管路(16)从所述第一气缸组(2)中引导出来并且所述排气装置的第二排气管路(17)从所述第二气缸组(3)中引导出来，设置有构造成两流束的废气再循环装置以用于将废气从所述排气装置中引回到所述新鲜气体装置处，所述废气再循环装置的第一废气再循环管路(21)从所述第一排气管路(16)中分支并且所述废气再循环装置的第二废气再循环管路(22)从所述第二排气管路(17)中分支，并且设置有流束相交的废气再循环，在所述废气再循环中，从所述第一排气管路(16)中分支且由此与所述第一气缸组(2)相关联的第一废气再循环管路(21)通入到与所述第二气缸组(3)相关联的第二新鲜气体管路(8b)中，并且在所述废气再循环中，从所述第二排气管路(17)中分支且由此与所述第二气缸组(3)相关联的第二废气再循环管路(22)通入到与所述第一气缸组(2)相关联的第一新鲜气体管路(8a)中，具体而言，分别在布置在所述新鲜气体管路(8a，8b)中的阻断元件(11，12)的下游。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述新鲜气体管路(8a，8b)作为增压空气管路在废气涡轮增压器(4)的增压器(5)下游被引导到内燃机(1)处，所述排气管路(16，17)被引导到所述废气涡轮增压器(4)的涡轮(6)处，并且所述废气再循环管路(21，22)在上游并且由此在高压侧从所述排气管路(16，17)中分支。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述增压器(5)的下游布置有增压空气冷却器(7)，单一的增压空气流被引导到所述增压空气冷却器(7)处，并且所述增压空气管路(8a，8b)在所述增压空气冷却器(7)的下游分岔，并且两流束地被引导到所述内燃机(1)的两个气缸组(2，3)处、尤其地被引导到与每个气缸组(2，3)相关联的进气管区域(9，10)处。
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