CN102203402A - 用于燃烧发动机中再循环废气的冷却的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交通工具(1)中的燃烧发动机(2)的废气再循环的装置。所述装置包括用于从燃烧发动机(2)引导出废气的排气管线(4)，以及适于使排气管线(4)中的废气的一部分再循环至燃烧发动机(2)的回流管线(5)。所述装置还包括含有呈液体介质形式的循环冷却剂的高温冷却系统(11)、用于通过所述循环高温冷却剂使回流管线(5)中的再循环废气受到第一步冷却的EGR冷却器(10)、以及在其中所述高温冷却剂预定为被空气冷却的散热器元件(13)，其中所述液体介质在所述高温冷却系统(11)中的预定工作压力下具有至少150℃的沸点。

Description

用于燃烧发动机中再循环废气的冷却的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于燃烧发动机的再循环废气的冷却的装置。
背景技术
称为EGR(废气再循环)的技术是将燃烧发动机的排气管线中的一部分废气进行再循环的一种已知的方法。废气被引导通过回流管线并且与到燃烧发动机的进气空气混合，所述混合在该混合物被引导至燃烧发动机的气缸之前进行。将废气添加到空气中产生较低的燃烧温度，其特别地获得废气中氮氧化物NOx的减小的含量。所述技术既用于奥托发动机也用于柴油发动机。
可以被供给至燃烧发动机的废气的量取决于废气的压力和温度。供给尽可能大的量的废气到燃烧发动机需要废气在它们被引导至燃烧发动机之前进行有效的冷却。一种已知的实践是在再循环废气被导线至燃烧发动机之前，在一个或多个EGR冷却器中冷却再循环废气。在那种情况下再循环废气可以在通过来自燃烧发动机的冷却系统的冷却剂冷却的EGR冷却器中承受第一步冷却，并且在来自低温冷却系统的冷却剂冷却的EGR冷却器中承受第二步冷却。从而废气可以被冷却到接近环境温度的温度。
在燃烧发动机运行过程中，废气将处于从150℃到600℃的温度范围。在燃烧发动机处于大负荷下时再循环废气的温度将最高。在燃烧发动机的冷却系统被用于冷却再循环废气的情况下，冷却系统由此将在燃烧发动机处于大负荷下的时候承受高负荷峰值。在重型车辆中，燃烧发动机的冷却系统通常还被用于交通工具中的其它冷却需求，例如冷却液压减速器的油。因此期望减小燃烧发动机的冷却系统上的负荷。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，由此燃烧发动机的再循环废气的有效冷却可以在第一步中被实现。
所述目的利用在引言中提到的类型的装置而实现，所述装置的特征在于权利要求1的特征部分中所指出的特征。本发明由此使用带有循环冷却剂的高温冷却系统，所述循环冷却剂具有比在用于冷却燃烧发动机的传统冷却系统中循环的冷却剂显著地高的沸点。高温冷却系统包括在其中回流管线中的废气被循环冷却剂冷却的EGR冷却器，以及在其中冷却剂被空气冷却的散热器元件。提高冷却系统中的冷却剂的沸点的一种方式是提高冷却系统中的压力。一种更容易的方式是使用具有明显比水高的沸点的冷却介质。再循环废气可以处于高达600℃的温度下。高温冷却系统中的冷却剂因此必须具有相对高的沸点，以使其在其在EGR冷却器中冷却废气时不汽化。高温冷却系统中的冷却剂因此需要至少150℃的沸点，并且优选是高于300℃的沸点。带有高沸点的热传递液体可在市场上购买到。这样的液体通常是各种类型的油。这种热传递液体的一个示例是XCELTHERM
Figure BPA00001363095300021
其在大气压力下具有400℃的沸点。带有适当沸点的这种热传递液体可以有利地用于高温冷却系统，以用于在EGR冷却器中冷却再循环废气。由于再循环废气处于这样的高温下，因此它们甚至通过处于相对高的温度下的冷却剂也可承受良好的冷却。高温冷却系统中的冷却剂在其被引导至EGR冷却器时例如可以处于约150℃的温度下。这样的高温冷却系统使得可以在第一步中实现再循环废气的有效冷却。根据本发明的一个优选实施方式，在适于冷却燃烧发动机的冷却系统的散热器元件下游的位置处，所述高温冷却系统的散热器元件位于预定为使空气流动通过所述散热器元件的区域中。燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂通常在位于交通工具前部处的区域中的散热器元件中被冷却，因此在这种情况下，高温冷却系统的散热器元件将位于燃烧发动机的冷却系统的散热器元件后面的前部处。高温冷却系统的散热器元件由此将使得空气流动通过它，所述空气已经经过燃烧发动机的冷却系统的散热器元件并且在其中被加温。由于高温冷却系统中的冷却剂将处于比燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂高的温度，所述相对暖的空气仍然可以提供高温冷却系统中的冷却剂的有效冷却。有利地，高温冷却系统的散热器元件位于燃烧发动机的冷却系统的散热器元件和适于产生通过所述散热器元件的冷却空气流的散热器风扇之间。高温冷却系统的散热器元件的这种定位形成通过它的充足的空气流，所述空气流冷却高温冷却系统中的冷却剂。由此在这种情况下可以使用已有的空气流来冷却高温冷却系统中的冷却剂。
根据本发明的另一个实施方式，高温冷却系统包括独立的散热器风扇，所述独立的散热器风扇定位为接近散热器元件并且适于产生通过所述散热器元件的冷却空气流。这种独立的散热器风扇使得可以将高温冷却系统的散热器元件装配在交通工具中的几乎任何所需的位置处。有利地，高温冷却系统的散热器元件位于交通工具的内部区域中，接近燃烧发动机。冷却剂在其中循环的高温冷却系统的管线因此可以相对短。高温冷却系统的散热器元件可以紧固在燃烧发动机上，在这种情况下，使高温冷却系统中的冷却剂循环的管线可以非常短。高温冷却系统的散热器元件在这种情况下可以通过适当的紧固元件直接或间接地紧固在燃烧发动机上。
根据本发明的另一个优选实施方式，所述装置包括至少另一个EGR冷却器，以用于使再循环废气在它们被引导至所述燃烧发动机之前受到至少另一个步骤的冷却。具有处于相对高的温度的冷却剂的高温冷却系统并不经常设法将再循环废气冷却至所需的低的温度。因此再循环废气在它们被引导至燃烧发动机之前需要进一步冷却。再循环废气可以预定为通过来自燃烧发动机的冷却系统的冷却剂在另一个EGR冷却器中被冷却。在常规运行期间，燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂将处于80-100℃的温度下。燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂将处于比高温冷却系统中的冷却剂低的温度。因此可以使用燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂以用于使再循环废气受到第二步冷却。由于再循环废气将已经通过高温冷却系统承受第一步冷却，因此在这种情况下结果是燃烧发动机的冷却系统上适度的负荷。再循环废气将有利地受到第三步冷却以实现所需的低的温度。为此，再循环废气可以通过来自低温冷却系统的冷却剂在另一个EGR冷却器中被冷却，在所述低温冷却系统中冷却剂预定为处于比燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂低的温度。所述低温冷却系统有利地包括散热器元件，在所述散热器元件中冷却剂预定为被处于环境温度的空气冷却。由此低温冷却系统中的冷却剂可以呈现接近环境温度的温度。由此可以冷却废气至所需的低的温度。备选地，废气可以通过空气冷却的EGR冷却器接受这一步骤的冷却，在这种情况下再循环废气将有利地被处于环境温度的空气冷却。
附图说明
下面将参考所附附图以示例的方式描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施方式的用于增压柴油发动机的装置，以及
图2示出了根据本发明的第二实施方式的用于增压柴油发动机的装置。
具体实施方式
图1示出了用于燃烧发动机2的装置，所述燃烧发动机2适合于驱动示意性地示出的交通工具1。燃烧发动机在此示例为柴油发动机2。柴油发动机2可以用于驱动重型车辆1。来自柴油发动机2的气缸的废气经由排气集管3被引导至排气管线4。装置包括回流管线5，以用于实施排气管线4中部分废气的再循环。回流管线5具有排气管线4和用于至燃烧发动机2的压缩空气的进气管线6之间的长度。由此柴油发动机2在这种情况下被增压。回流管线5包括EGR阀7，回流管线5中的废气流通过所述EGR阀7可以被切断。EGR阀7还可以用于无级地控制被引导至燃烧发动机2的废气的量。控制单元8适于基于关于柴油发动机2的当前运行状态的信息控制EGR阀7。来自回流管线5的再循环废气在进气管线6中借助于混合装置9与压缩空气混合。在增压柴油发动机2的某些运行状态下，排气管线4中废气的压力将低于进气管线6中压缩空气的压力。在这种运行状况下，在没有专用辅助装置的情况下，不可能将回流管线5中的废气直接与进气管线6中的压缩空气混合。为此可以使用例如带有可变几何结构的涡轮单元。如果相反地燃烧发动机2是增压奥托发动机，则回流管线5中的废气可以被直接引导至进气管线6中，因为基本上在所有的运行情形下，奥托发动机的排气管线4中的废气都将处于比进气管线6中的压缩空气更高的压力下。
所述装置包括带有循环冷却剂的高温冷却系统11，所述循环冷却剂呈冷却介质的形式，其在冷却系统中的预定工作压力下将具有至少150℃的沸点。高温冷却系统11包括EGR冷却器10，在其中回流管线5中的再循环废气预定为受到第一步冷却。被引入EGR冷却器10的再循环废气可以处于高达600℃的温度下。高温冷却系统中的冷却剂需要具有这样的高沸点，以使得在其在EGR冷却器10中冷却再循环废气时没有其在冷却系统中开始汽化的风险。带有高于300℃的沸点的冷却剂可以用于这种情况。高压系统11中的冷却剂可以是具有良好热传递特性的油。冷却剂泵12在高温冷却系统11中循环冷却剂。高温冷却系统11包括散热器元件13以用于冷却冷却剂。散热器元件13位于交通工具1的区域A中，在其中散热器元件13使得冷却空气流在燃烧发动机2运行期间穿过它。
燃烧发动机2通过包含循环冷却剂的冷却系统14以传统的方式被冷却。冷却剂泵15使冷却剂在燃烧发动机的冷却系统14中循环。在冷却剂已经循环通过燃烧发动机2之后，其在管线16中被引导至恒温器17。在冷却剂已经达到常规工作温度的情形下，恒温器17适合于将冷却剂引导至散热器元件18，在高温冷却系统11中，所述散热器元件18在散热器元件13前面的位置处装配在区域A中。散热器风扇28适于在燃烧发动机2运行期间产生通过散热器元件13、18的冷却空气流。冷却剂在管线16中的一部分在管线16的位置16a处被引导至管线回路19。被引导至管线回路19中的冷却剂被引导通过第二EGR冷却器20，在所述第二EGR冷却器20中冷却剂使回流管线5中的再循环废气受到第二步冷却。相对于管线16中冷却剂流动的预定方向，在位于位置16a下游的位置16b处，冷却剂此后被引导回管线16。
再循环废气在回流管线5中继续前进至第三EGR冷却器21，在其中它们通过低温冷却系统22中的冷却剂受到第三步冷却。低温冷却系统22包含处于比燃烧发动机的冷却系统14中的冷却剂温度低的循环冷却剂。冷却剂泵23使冷却剂在低温冷却系统22中循环。低温冷却系统22包括位于交通工具1的外围区域B中的散热器元件24。由电动机26驱动的独立的散热器风扇25提供通过区域B中的散热器元件24的冷却空气流。在三个EGR冷却器10、20、21中的冷却之后，再循环废气被引导至混合装置9，在其中它们与进气管线6中的压缩空气混合。此后空气和废气的混合物经由集管27被引导至柴油发动机2的相应的气缸。
在柴油发动机2运行期间，废气从燃烧发动机2流出并且流入排气管线4。在柴油发动机2的大多数运行状态下，控制单元8保持EGR阀7打开，以使得排气管线4中的部分废气被引导至回流管线5。取决于燃烧发动机的运行状态，被引入回流管线5的废气通常将处于150℃-600℃范围内的温度下。回流管线5中的再循环废气在EGR冷却器10中通过高温冷却系统11中的冷却剂受到第一步冷却。高温冷却系统11中的冷却剂在散热器元件13中散发热量，所述散热器元件13因此相对于区域A中空气流动的方向在燃烧发动机的冷却系统14中在散热器元件18下游的位置处位于区域A处。散热器元件13中的冷却剂由此被处于比散热器元件18中的冷却剂更高的温度下的空气冷却。穿过散热器元件18的空气通常承受20℃-40℃的温升。因此高温冷却系统中的冷却剂不可能被冷却到与燃烧发动机的冷却系统14中的冷却剂同样低的温度。然而高温冷却系统11中的冷却剂可以被冷却到足够低的温度，从而能够施加第一步有效冷却至再循环废气。再循环废气在它们离开EGR冷却器10时例如可以处于150℃-200℃范围内的温度下。再循环废气此后被引导至EGR冷却器20，在其中它们被来自燃烧发动机的冷却系统14的冷却剂冷却。通常冷却剂在此将处于80℃-100℃范围内的温度。再循环废气因此可以在EGR冷却器20中被冷却到约100℃-120℃的温度。再循环废气最后被引导至EGR冷却器21，在其中它们通过来自低温冷却系统22的冷却剂受到第三步冷却。低温冷却系统22中的散热器元件24被处于环境温度下的空气冷却，所述空气由独立的散热器风扇25强制通过散热器元件24。由此低温冷却系统中的冷却剂可以被冷却到接近环境温度的温度。因此再循环废气可以在它们与压缩空气混合之前在EGR冷却器21中承受第三步冷却至相对低的温度，在混合物被引导至燃烧发动机2之前，所述压缩空气将在未示出的增压空气冷却器中有利地已经冷却到类似的温度。
在燃烧发动机2处于大负荷下的运行情形下，其需要良好的冷却。在这样的情形下废气还将处于高温下。然而，再循环废气通过高温冷却系统11进行的初始冷却在它们通过燃烧发动机的冷却系统14受到第二步冷却之前充分地减小它们的温度。燃烧发动机的冷却系统14上的负荷由此被充分地减小。定位高温冷却系统11的散热器元件13在区域A中意味着区域A中已有的冷却空气流还可以用于冷却高温冷却系统11中的冷却剂。
图2示出了装置的一个备选实施方式。在这种情况下，高温冷却系统11的散热器元件13位于交通工具的内部区域C中。散热器元件13在此通过适当的紧固元件被紧固在燃烧发动机2上。由电动机30驱动的独立的风扇29适于产生通过散热器元件13的冷却空气流。燃烧发动机2附近的空气将相对温暖，但仍然有利地可用于冷却高温冷却系统11中的冷却剂。在这种情况下用于循环冷却剂的管线可以非常短，因为EGR冷却器10和散热器元件13之间的距离短。在这种情况下，低温冷却系统22中的散热器元件24在燃烧发动机的冷却系统14的散热器元件18上游的位置处位于区域A中。低温冷却系统22中的冷却剂在此将同样被处于环境温度的空气冷却。在这种情况下，在散热器元件18中冷却冷却剂的空气将处于稍微升高的温度下。由于燃烧发动机的冷却系统中的冷却剂名义上处于约80℃的温度下，因此这没有直接的缺陷。在装置的该实施方式中，再循环废气以大致类似于图1中的实施方式的形式承受三个步骤的冷却。因此在这种情况下我们没有给出再循环废气的冷却的进一步描述。同样在该实施方式中，高温冷却系统11的存在引起燃烧发动机的冷却系统14上减小的负荷。
本发明决不限于附图所指的实施方式，而是可以在权利要求书的范围内自由变化。再循环废气并不必须受到三个步骤的冷却，它们也可以承受更少步骤的冷却。

Claims (10)

1.用于交通工具(1)中的燃烧发动机(2)的废气再循环的装置，所述装置包括用于从所述燃烧发动机(2)中引导出废气的排气管线(4)、以及适于使所述排气管线(4)中的废气的一部分再循环至所述燃烧发动机(2)的回流管线(5)，其特征在于，所述装置包括含有呈液体介质形式的循环冷却剂的高温冷却系统(11)、用于通过所述循环高温冷却剂使所述回流管线(5)中的再循环废气受到第一步冷却的EGR冷却器(10)、以及在其中所述高温冷却剂预定为被空气冷却的散热器元件(13)，其中所述液体介质在所述高温冷却系统(11)中的预定工作压力下具有至少150℃的沸点。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在适于对燃烧发动机(2)进行冷却的冷却系统(14)的散热器元件(18)下游的位置处，所述高温冷却系统(11)的所述散热器元件(13)位于区域(A)中，所述散热器元件(13)适于使空气流动通过所述散热器元件(13)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述高温冷却系统(11)的所述散热器元件(13)位于所述燃烧发动机的冷却系统(14)的所述散热器元件(18)和散热器风扇(28)之间的位置，所述散热器风扇(28)适于产生通过所述散热器元件(18、24)的空气流。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高温冷却系统(11)包括独立的风扇(29)，所述独立的风扇(29)定位为接近所述散热器元件(13)并且适于产生通过所述散热器元件(13)的冷却空气流。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高温冷却系统(11)的散热器元件(13)接近所述燃烧发动机(2)位于所述交通工具(1)的内部区域(C)中。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高温冷却系统(11)的所述散热器元件(13)紧固在所述燃烧发动机(2)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少另一个EGR冷却器(20、21)，以用于使所述回流管线(5)中的再循环废气在它们被引导至所述燃烧发动机(2)之前受到至少另一个步骤的冷却。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述再循环废气预定为通过来自所述燃烧发动机的冷却系统(14)的冷却剂在另一个EGR冷却器(20)中被冷却。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述再循环废气预定为通过来自低温冷却系统(22)的冷却剂在另一个EGR冷却器(21)中被冷却，在所述低温冷却系统(22)中所述冷却剂预定为处于比所述燃烧发动机的冷却系统(14)中的冷却剂低的温度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述低温冷却系统(22)中的冷却剂预定为在所述散热器元件(24)中被处于环境温度的空气冷却。
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