CN102713196B - 用于内燃机的新鲜气体供给装置和运行这种新鲜气体供给装置的方法 - Google Patents

用于内燃机的新鲜气体供给装置和运行这种新鲜气体供给装置的方法 Download PDF

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Abstract

用于具有废气涡轮增压器（2）的内燃机（1）的新鲜气体供给装置（20）包括一个增压空气入口（9）用于进入来自废气涡轮增压器（2）的压缩的增压空气流（28）；包括一个出口（10），它通过阀部段（17）与增压空气入口（9）相连，其中，阀部段（17）能够通过至少一个、优选地能够围绕阀瓣转轴（24）摆动的瓣阀（23）关闭进入关闭状态；包括一个调节装置（22），它与所述至少一个瓣阀（23）耦合用于将其调节到关闭状态；并且包括一个压缩空气入口（11）用于让压缩空气进入出口（10），其中，这样布置所述压缩空气入口（11），使得压缩空气流（30）中的压缩空气在朝向阀部段（17）的方向上对准所述至少一个瓣阀（23）；以及一种相应的方法用于运行该新鲜气体供给装置（20）。

Description

用于内燃机的新鲜气体供给装置和运行这种新鲜气体供给装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的新鲜气体供应装置。本发明还涉及一种用于运行这种新鲜气体供应装置的方法。
背景技术
内燃机，例如柴油机，经常装备有废气涡轮增压器。图1示出一种内燃机1，它的废气导管14与废气涡轮增压器2的废气涡轮机4相连。该废气涡轮机4驱动废气涡轮增压器2的压缩机3。压缩机3压缩来自新鲜气体入口8的吸取空气，并且因此增加内燃机1的吸取导管13中的吸取压力。由此例如利用内燃机1提高了车辆的加速性能，并且减少了燃料消耗。
然而，废气涡轮增压器1却不能够在内燃机1的任何运行状态下输送足够的空气，并且借此产生充足的吸取压力。例如，具有废气涡轮增压器2的活塞机如柴油机例如具有一种在加速时的运行状态，被称为“涡轮迟滞”(Turboloch)。其中，在利用提高转速提供燃气时，内燃机1到某个特定的延迟时间后才做出反应，在这个时间，无法提供废气能，也就是说也无法提供充足的废气压用于驱动废气涡轮增压器2，并且因此无法提供具有相应的吸取压力的压缩的吸取空气。为了克服这种“涡轮迟滞”，建议了许多解决方案，其中，压缩空气，例如来自由空气压缩机7供给的压缩空气容器6，被受控地导入内燃机1的吸取导管13中，从而在内燃机1对吸取空气需求增加时满足这种需求。这是通过一种新鲜气体供给装置20得以实现的，它被布置在废气涡轮增压器2的压缩机3或者说在流体方向上后接的增压空气冷却器5和吸取导管13之间。
在图2和3中示意性地用剖面视图以两种运行状态或者说位置示出了一个这种新鲜气体供给装置20。这种新鲜气体供给装置20具有一个壳体21，并且利用增压空气入口9与增压空气冷却器5相连，利用出口10与吸取导管13相连，并且利用压缩空气入口11通过压缩空气导管12与压缩空气容器6相连。在增压空气入口9和出口10之间，在入口部段16和出口部段18之间存在阀部段19，其中布置了瓣阀23用于关闭并打开该阀部段19。瓣阀23优选地被构造成能够围绕着瓣阀转轴24摆动。具有压缩空气入口11的压缩空气导管12通过输入口19与出口部段18沟通。其中，这样布置压缩空气导管12，使得压缩空气流30是朝向出口部段18的出口10的。
图2示出的新鲜空气供给装置20处于添加空气或者说压缩空气的状态。其中，瓣阀23这样围绕着瓣阀转轴24摆动，即，它关闭阀部段19并且因此关闭入口部段16到出口部段18的连接。在关闭位置上，瓣阀23利用它的外边沿贴靠在壳体21的止挡部段25上，并且关闭阀部段17。
在图3中示出的新鲜空气供给装置20处于增压空气的状态。瓣阀23在逆时针方向上围绕着瓣阀转轴24摆动，并且已经打开了阀部段17。增压空气流28能够穿过阀部段17进入出口部段18，并且流入出口10，从而形成吸取流29，它流入内燃机1的吸取导管13。在这种情况下不存在压缩空气流30，其中，例如通过阀关闭压缩空气导管12。
在一个版本中，当进入出口部段18中的吸取导管13(在此未示出)中的吸取流29在流动方向上的压力高于入口部段16中的增压空气流28的压力时，瓣阀23摆入它的关闭位置(图2)。这通过以下方式实现，即，在用于内燃机1的转矩要求时，以未示出的方式为要吹入的添加空气利用压缩空气流30加载压缩空气导管12。但是，为此必须首先形成相应的压力，由此可能造成损失。实践中，只有当由于在车辆中有限地供应压缩空气所以不存在压缩空气损失时，才能实现这种压缩空气吹入。出于这个原因，瓣阀23防止了压缩空气流30回流入相反的增压空气流28中进入入口部段16。该瓣阀23与调节装置22耦合，该调节装置在正常情况下由复位弹簧构成，该复位弹簧在增压空气流28缺乏压力时将瓣阀23摆入图2中所示的关闭装置，也就是压缩空气的状态。在使用这种带有弹簧的调节装置22的情况下，也就是说在使用所谓的弹簧止回阀的情况下，关闭时间可能会太长。因此，可能会有太多的压缩空气流向入口部段16和增压空气冷却器5或者说压缩机3的方向。
申请文献WO2006/089779AI在描述用于为用涡轮增压的活塞内燃机供应新鲜空气的装置和用于运行该装置的方法时描述了另一种实施方案，其中，瓣阀23被调节装置22(例如被构成为调速马达)调节位置。此外，压缩空气入口11利用出口10通过调量装置(未示出)，例如阀，与压缩空气容器6相连。未示出的控制装置用于控制该调量装置和调速马达。在“强制降档”时对转矩提出要求的情况下，调量装置通过压缩空气入口11向出口10供给压缩空气流30。事先由调节装置22关闭瓣阀23，使得压缩空气流30不通过增压空气入口9相反于吸取方向或者说增压空气流28流入废气涡轮增压器2的压缩机3中，而是通过出口10对准地流入吸取导管13。在停止输送压缩空气时，再次打开瓣阀23，并且关闭调量装置。这时，由于废气涡轮增压器2的压缩机，使得入口部段16中的增压空气流28的压力再次充足。
将带有复位弹簧的瓣阀23作为调节装置22可能会导致压力损失，并且因此也浪费时间，还伴随因此造成的能量消耗。另一方面，使用电力调节装置22(例如带有位置传感器和所配属的控制装置的调节电机)会使构件数量更多，并且相应地浪费成本。
发明内容
因此，本发明的任务是提供改良的新鲜气体供给装置。另一个任务在于，提供一种相应的方法用于运行新鲜气体供给装置。
该任务通过一种新鲜气体供给装置来解决，其中所述内燃机具有废气涡轮增压器，包括：
a)增压空气入口，用于进入来自废气涡轮增压器的压缩的增压空气流；
b)出口，所述出口通过阀部段与所述增压空气入口相连，其中，所述阀部段能够通过至少一个阀、优选地能够围绕阀瓣转轴摆动的瓣阀关闭进入关闭状态；
c)调节装置，所述调节装置与所述至少一个阀，特别是瓣阀耦合用于将其调节到关闭状态；
d)压缩空气入口，用于让压缩空气进入所述出口，其中，这样布置所述压缩空气入口，使得压缩空气流中的压缩空气在朝向阀部段的方向上对准所述至少一个阀、特别是瓣阀并且反向于所述增压空气流。
该任务还通过一种方法得以解决，其中，所述新鲜气体供给装置包括：
a)增压空气入口，用于进入来自废气涡轮增压器的压缩的增压空气流；
b)出口，所述出口通过阀部段与所述增压空气入口相连，其中，所述阀部段能够通过至少一个阀、优选地能够围绕阀瓣转轴摆动的瓣阀关闭进入关闭状态；
c)调节装置，所述调节装置与所述至少一个瓣阀耦合；以及
d)压缩空气入口，用于让压缩空气进入所述出口；其中，所述方法具有以下方法步骤：
a)调查内燃机的转矩要求，并且监控增压空气流；
b)相反于增压空气流的方向对准所述至少一个瓣阀将压缩空气吹入新鲜气体供给装置中的压缩空气流内，
c)其中，所述调节装置调节所述至少一个瓣阀用于关闭阀部段，并且所述压缩空气流支持所述至少一个瓣阀的关闭运动；以及
d)借助对增压空气流的监控结束吹入压缩空气。
本发明的一种有利的构思在于，让要吹入的压缩空气相反于增压空气流或者说相反于吸取气流对准阀，特别是对准所述至少一个瓣阀。
因此优选地可能的是，将所述至少一个瓣阀构造成弹簧式止回瓣阀，其中，调节装置被构造成复位弹簧。这种简单的实施方式能够利用少数量的构件有利地实现。
所述至少一个瓣阀偏心地与阀瓣转轴耦合，这样一来，由于作用到瓣阀上的气流和压力状况形成由此支持的摆动。
为此有利的是，所述至少一个瓣阀具有第一入流部段用于与增压空气流共同起作用，并且具有第二入流部段用于与压缩空气流共同起作用。
其中优选的是，压缩空气流对准所述至少一个瓣阀的第二入流部段，用于将其调节到关闭状态。其中得到的优点是，这种简单的机械的弹簧式止回阀能够明显减少关闭时间，因为车辆的压缩空气设备中的系统压力例如达到8巴，相对地，增压空气压在内燃机的负载较低时在对转矩有要求时明显低于1巴。由于关闭时间短，使得压缩空气损失减少。内燃机对转矩请求的反应时间，也就是说具有该内燃机的车辆的加速度由此增高。
压缩空气入口可以被构造成具有吹入口，它的形状被构早成用于能够有利于气流地将压缩空气流引导朝向所述至少一个瓣阀的第二入流部段。于是减少了安装空间，因为由此使得压缩空气导管接口在它的处于车辆的马达室中的位置中时适应现有的安装方式。
附图说明
现在借助实施例参照附图更详尽地阐述本发明。其中示出：
图1示出内燃机的示意剖面图，其具有废气涡轮增压器和根据现有技术的新鲜气体供给装置；
图2示出根据现有技术的传统新鲜气体供给装置的示意剖面图，处于用于压缩空气的状态；
图3示出根据图2的传统的新鲜气体供给装置的示意剖面图，处于用于增压空气的状态；
图4示出根据本发明的新鲜气体供给装置的一个实施例的示意剖面图，处于用于增压空气的状态；以及
图5示出根据图4的根据本发明的新鲜气体供给装置的示意剖面图，处于添加空气状态。
具体实施方式
相同的部件和具有相同功能的功能单元用相同的附图标记在图中标出。
上面已经描述了图1至3，并且只要没有必要，就不再进一步阐述。
图4描绘了根据本发明的新鲜气体供给装置20的一个实施例的示意剖面图，它处于用于增压空气的状态。
该新鲜气体供给装置20具有基本上为圆柱形的壳体21，其具有一个在图4中布置在右边的增压空气入口9(也见图1)并且具有布置在左边的出口10。在增压空气入口9上连接着入口部段16，它通过具有瓣阀23的阀部段17过渡到出口部段18。
废气涡轮增压器2的压缩机3通过增压空气冷却器5(见图1)连接到增压空气入口9上。压缩机3提供增压空气流28，它在新鲜气体供给装置20的纵向上通过增压空气入口9并朝向出口10方向穿流过新鲜气体供给装置，并且作为吸取气流19在相同方向上离开出口10。
接近出口10的地方布置了压缩空气入口11，其具有吹入口19作为压缩空气导管12进入出口部段18的通入装置。参照新鲜气体供给装置20这样布置压缩空气导管12和压缩空气入口11，使得压缩空气流30(见图5)相反于增压空气流28对准阀部段17。换句话说，这样将压缩空气导管12安置在新鲜气体供给装置20上，使得它与新鲜气体供给装置20的纵向呈一定夹角地相反于吸取导管13(见图1)的吸取气流29的方向对准阀部段17。
瓣阀23被布置成能够围绕着阀瓣转轴24摆动，并且在该实施例中与调节装置22耦合。调节装置22被构造成具有复位弹簧(未示出)。该复位弹簧克服壳体21的止挡部段25在顺时针方向上强迫瓣阀23进入图5中所示的关闭状态或者说压缩空气的状态。图5示出该状态。
在内燃机1运行时，吸取气流29在出口部段18产生负压，该负压连同增压空气流28逆时针地摆动瓣阀23，其中，在瓣阀23处于完全打开的状态时(瓣阀23平行于新鲜气体供给装置20的纵向)，如图4所示，阀部段17被打开。为此，瓣阀23偏心地固定在阀瓣转轴24上，并且在它的较长部段上，也就是说从阀瓣转轴24出发越过瓣阀23的中间部分直至它的边沿，具有一个第一入流部段26和一个相反于第一入流部段26的第二入流部段27。第一入流部段26与增压空气流28这样共同起作用，即，增压空气流28利用第一入流部段26产生一个力矩，该力矩对抗调节装置22的复位弹簧的弹力逆时针地摆动瓣阀23。不言而喻地，瓣阀23能够根据实时的压力及流量状况扩大或者减小阀部段17。
如果在对转矩有要求时需要大量空气，涡轮增压器2不能立刻提供这些空气。在这种情况下，添加的压缩空气，例如通过压缩空气导管12中的一个未示出的阀，在压缩空气流30中穿过压力空气导管12和吹入口19这样对准阀部段17吹入到出口部段18中，即，使得瓣阀23除了利用调节装置的弹簧的回复力，还在压缩空气流30的帮助下关闭阀部段17。压缩空气流30反向朝向第二入流部段27，并且通过它的流动力(动压头)在瓣阀23上产生围绕着阀瓣转轴24的顺时针方向上的力矩用于关闭该瓣阀23。因为车辆的压缩空气设备中的系统压力通常至少有8巴，并且在内燃机负载较低时(并且只有在运行区域从外部加载压缩空气流3)，增压空气流28的增压压力明显低于1巴，所以显著缩短了瓣阀23的关闭时间。由于出口部段18中的压缩空气流30的动压头很高，所以瓣阀23在吹入添加空气期间稳定地保持关闭。
由于瓣阀23被关闭，所以涡轮增压器2的增压空气压也更迅速地增高，该涡轮增压器由于输入了压缩空气而获得相应的废气流，并且更迅速地加速。如果增压空气压达到某个特定值，那么调量装置或者说压缩空气导管12中的阀(未示出)以未详尽描述的方式被关闭，并且压缩空气流30在出口区域18中的动压头下降，其中，瓣阀23能够在作用到第一入流部段26上的增压空气流28的帮助下再次打开。
用于运行新鲜气体供给装置20的方法具有一个第一个方法步骤，其中，查出对内燃机的转矩要求。其中，可以监控内燃机1的其他运行参数，例如增压空气流28的气压和/或内燃机的转速，并且共同影响到决定。如果与之相应地存在转矩要求，其中，增压空气流28仅产生低压或者无压，那么在第二方法步骤中，相反于增压空气流28的方向将压缩空气吹入新鲜气体供给装置20。其中，瓣阀23被关闭。如果由于内燃机1具有较高的转速，并且因此涡轮增压器2的转速较高，使得增压压力增高或者说增压空气流28增大，那么停止吹入压缩空气。
本发明不局限于上述的实施例。在所附权利要求的框架内可以对其进行修改。
例如可以考虑的是，预设多于一个复位弹簧作为调节装置22。
例如，压缩空气导管12可以分支为两个或者多个通道，并且至少部分地在新鲜气体供给装置20的周围利用两个或者多个吹入口通入出口部段18。
也可以设计多于一个瓣阀23。
壳体21也可以具有其他的形状，例如具有椭圆形的横断面。壳体21也可以构造成弯曲的，或者在其纵向上是弧形的。
可以考虑的是，瓣阀23是止回阀，其中，至少有一个侧边缘是直线延伸的，并且具有阀瓣转轴24，其中，瓣阀23能够围绕着该侧边缘摆动。
可以有利于流通地这样构造吹入口19，即，使它引导压缩空气流对准瓣阀23的第二入流部段27。
附图标记列表
1内燃机
2废气涡轮增压器
3压缩机
4废气涡轮机
5增压空气冷却器
6压缩空气容器
7空气压缩机
8新鲜气体入口
9增压空气入口
10出口
11压缩空气入口
12压缩空气导管
13吸取导管
14废气导管
15废气出口
16入口部段
17阀部段
18出口部段
19吹入口
20新鲜气体供给装置
21壳体
22调节装置
23瓣阀
24阀瓣转轴
25止挡部段
26第一入流部段
27第二入流部段
28增压空气流
29吸取气流
30压缩空气流

Claims (10)

1.用于内燃机(1)的新鲜气体供给装置(20)，其中所述内燃机(1)具有废气涡轮增压器(2)，包括：
a)增压空气入口(9)，用于进入来自废气涡轮增压器(2)的压缩的增压空气流(28)；
b)出口(10)，所述出口通过阀部段(17)与所述增压空气入口(9)相连，其中，所述阀部段(17)能够通过至少一个能够围绕阀瓣转轴(24)摆动的瓣阀(23)关闭进入关闭状态；
c)调节装置(22)，所述调节装置与所述至少一个瓣阀(23)耦合用于将其调节到关闭状态；
d)压缩空气入口(11)，用于让压缩空气进入所述出口(10)，其中，这样布置所述压缩空气入口(11)，使得压缩空气流(30)中的压缩空气在朝向阀部段(17)的方向上对准所述至少一个瓣阀(23)并且反向于所述增压空气流(28)，
其中，所述至少一个瓣阀(23)被构造成弹簧式止回瓣阀，其中，所述调节装置(22)被构造成复位弹簧。
2.根据权利要求1所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述至少一个瓣阀(23)偏心地与阀瓣转轴(24)耦合。
3.根据权利要求1所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述至少一个瓣阀(23)具有第一入流部段(26)用于与增压空气流(28)共同起作用，并且具有第二入流部段(27)用于与压缩空气流(30)共同起作用。
4.根据权利要求2所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述至少一个瓣阀(23)具有第一入流部段(26)用于与增压空气流(28)共同起作用，并且具有第二入流部段(27)用于与压缩空气流(30)共同起作用。
5.根据权利要求3所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述压缩空气流(30)对准所述至少一个瓣阀(23)的第二入流部段(27)用于将其调节进入关闭状态。
6.根据权利要求4所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述至少一个瓣阀(23)具有第一入流部段(26)用于与增压空气流(28)共同起作用，并且具有第二入流部段(27)用于与压缩空气流(30)共同起作用。
7.根据权利要求5所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述压缩空气入口(11)被构造成具有吹入口(19)，该吹入口的形状被构造成以有利于流通的方式将压缩空气流(30)导向所述至少一个瓣阀(23)的第二入流部段(27)。
8.根据权利要求6所述的新鲜气体供给装置(20)，其特征在于，所述压缩空气入口(11)被构造成具有吹入口(19)，该吹入口的形状被构造成以有利于流通的方式将压缩空气流(30)导向所述至少一个瓣阀(23)的第二入流部段(27)。
9.一种运行用于具有废气涡轮增压器(2)的内燃机(1)的方法，其中，新鲜气体供给装置包括：
a)增压空气入口(9)，用于进入来自废气涡轮增压器(2)的压缩的增压空气流(28)；
b)出口(10)，所述出口通过阀部段(17)与所述增压空气入口(9)相连，其中，所述阀部段(17)能够通过至少一个能够围绕阀瓣转轴(24)摆动的瓣阀(23)关闭进入关闭状态；
c)调节装置(22)，所述调节装置与所述至少一个瓣阀(23)耦合；以及
d)压缩空气入口(11)，用于让压缩空气进入所述出口(10)；其中，所述方法具有以下方法步骤：
a)调查内燃机(1)的转矩要求，并且监控增压空气流(28)；
b)相反于增压空气流(28)的方向对准所述至少一个瓣阀(23)将压缩空气吹入新鲜气体供给装置(20)中的压缩空气流(30)内，
c)其中，所述调节装置(22)调节所述至少一个瓣阀(23)用于关闭阀部段(17)，并且所述压缩空气流(30)支持所述至少一个瓣阀(23)的关闭运动；以及
d)借助对增压空气流(28)的监控结束吹入压缩空气，
其中，所述至少一个瓣阀(23)被构造成弹簧式止回瓣阀，其中，所述调节装置(22)被构造成复位弹簧。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压缩空气流(30)中的压缩空气对准所述至少一个瓣阀(23)被吹入。
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