CN103370510B - 车辆及其带有增压空气冷却器和egr系统的发动机设备 - Google Patents

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Abstract

根据第一方面，本发明涉及一种发动机设备（10），该发动机设备包括：发动机（12）：增压空气冷却器（14），该增压空气冷却器（14）被连接到发动机（12）的发动机入口侧（16）；空气旁路（20），该空气旁路（20）用于旁通增压空气冷却器（14）；且包括EGR系统（22），该EGR系统（22）通过一个或多个EGR管线（24）而被连接在发动机（12）的发动机出口侧（18）和发动机入口侧（16）之间。空气旁路（20）在EGR管线（24）的空气旁路端口（26）处进入EGR系统（22），用于将空气（34）与EGR系统（22）的发动机出口侧（18）和/或EGR冷却器（38）上游处的排气（32）混合。根据第二方面，本发明涉及发动机设备，优选地如上所述的发动机设备，该发动机设备包括发动机（12），连接到发动机（12）的发动机入口侧（16）的增压空气冷却器（14），用于旁通增压空气冷却器（14）的空气旁路（20），且包括通过一个或多个EGR管线（24）连接在发动机（12）的发动机出口侧（18）和发动机入口侧（16）之间的EGR系统（22）。还设有控制装置（40），用于通过控制已冷却/未冷却的空气（34）和/或已冷却/未冷却的排气（32）在空气/排气混合物（36）中的比率来控制该空气/排气混合物（36）的发动机入口温度（T_in）。

Description

车辆及其带有增压空气冷却器和EGR系统的发动机设备
技术领域
本发明涉及一种发动机设备，该发动机设备具有增压空气冷却器和包括EGR系统的发动机。
背景技术
根据现有技术已知一种发动机设备，该发动机设备具有发动机，优选地用于发动机诸如卡车、大客车、货车、轿车、船舶等，该发动机包括EGR系统。在内燃机中，排气再循环(EGR)代表了使用在石油/汽油发动机和柴油发动机中的氮氧化物(NOx)减排技术。NOx主要在氮和氧的混合物受到高温时形成。EGR通过将发动机排气部分返回到发动机气缸的再循环来工作。在汽油发动机中，该惰性的排气将气缸中的可燃物的量排出。在柴油发动机中，排气替代了预燃烧混合物中的过量氧中的一些。因为NOx形成过程在高温下快得多，所以EGR降低了作为燃烧的结果生成的NOx的量。将空气以EGR替代降低了λ值，以此EGR降低了燃烧温度且降低了O2的浓度。
EGR冷却器是安装在EGR回路中的热交换器。EGR系统将排气再循环到发动机，以减少NOx排放物。冷却器在将排气再引入到发动机之前仅将所述排气冷却。通过冷却气体，燃烧温度降低，从而NOx在较高的温度下形成。在该冷却过程期间，EGR气体可能变得过多，例如在发动机启动期间或在冷启动阶段期间，从而使得在每个气缸中且在排气部件中的燃烧效率恶化。因此，具有EGR冷却器的EGR系统在该状况中被布置为使EGR气体流动到通过旁通EGR冷却器的通道所提供的EGR旁路中。为了将该EGR冷却器在使用和非使用期间进行切换，通道切换阀通常用于改变排气从一个方向到另一个方向的流动或到两个方向的流动、或排气从两个方向到一个方向的流动、或从一个方向到另一个方向的流动。
在现有技术中也已知在内燃机中使用涡轮增压器或涡轮压缩机，该涡轮增压器是气体压缩机以增强空气到发动机气缸中的引入，或该涡轮压缩机具有增压器的形式。涡轮增压器增加了进入发动机的空气的密度以产生更多动力。涡轮增压器具有压缩机，该压缩机通过由发动机的自身排气所驱动的涡轮机来驱动。在涡轮增压器中压缩空气增加了空气温度，这可导致多个问题。过高的增压空气温度可能导致爆震，这对于发动机很有害。当涡轮增压器被安装在发动机上时，通常的做法是为发动机装配中间冷却器系统(也已知为增压空气冷却器系统，或CAC系统)，该中间冷却器系统是将增压器中的热能释放到环境空气的一种类型的热交换器。对于具有至少一个涡轮增压器和增压空气冷却器的压燃式发动机，发动机在空转或空转附近的操作由于多个原因难于最优化。首先，由于低环境温度的空气在低环境温度之下通过进气增压空气冷却器流入到发动机中的方面，进入到进气歧管中的空气可能被过冷却，并且当利用排气再循环(EGR)系统时，可能导致在EGR阀和进气传感器上的过量的碳沉积。其次，在空转发动机状况下的低进气温度可能导致压燃式发动机的排气中的由于燃料的不完全燃烧的不希望的白烟和气味。因此，CAC旁路阀在点燃式发动机中已知，例如在航空发动机中用于防止由于在高空处在CAC中冰的形成而导致的马达失灵和在汽油内燃机中例如用于在冷启动期间降低白烟。
为了减少排放，广泛地使用选择性催化还原催化剂(SCR催化剂)，从而借助于催化剂将NOx转化为二价氮、N2和水H2O。典型地为无水氨、含水氨或尿素的气态还原剂被添加到燃料或排气流，且被吸收到催化剂上。在排气越热的状况下，SCR催化剂的工作效率越高。从2010年1月1日或之后制造的柴油发动机开始，要求发动机符合更低的NOx标准。大多数重负荷发动机(级别7-8的卡车)制造商利用这种SCR催化剂来有效地减少NOx排放物，以符合即将到来的为美国排放标准的EPA标准。欧洲已经引入从2008年1月1日生效的Euro 4、从2010年1月1生效的Euro 5并将引入在2014年1月1日生效的Euro 6。亚洲国家诸如中国、印度和日本推行类似的法规。
从US 7257950B2已知了发动机设备，该发动机设备包括CAC系统和EGR系统，其中，CAC系统包括CAC旁路。CAC旁路在发动机的冷侧处进入EGR系统。
发明内容
为了符合以上所述的排放标准，本发明的目的是提供一种发动机设备，其中，排气温度能在各种发动机和环境状况下以最佳方式控制，特别是在低发动机负载和/或低发动机温度或低外部空气温度下，使得SCR催化剂能够有效地工作。
另一个目的是基于带有高填充密度的各种现存发动机设备，提供一种带有改进的排放值的发动机设备，使得能够避免大量的改进、另外的布置和重构。以这种方式，现有的发动机设备能被以很小的努力改进以符合改进的排放标准。
提出了一种发动机设备，该发动机设备包括：发动机；增压空气冷却器，该增压空气冷却器被连接到发动机的发动机入口侧；空气旁路，该空气旁路用于旁通增压空气冷却器；且包括EGR系统，该EGR系统通过一个或多个EGR管线连接在发动机的发动机出口侧和发动机入口侧之间。空气旁路在EGR管线的空气旁路端口处进入EGR系统，用于将空气与EGR系统的发动机出口侧和/或EGR冷却器上游处的排气混合。为了将CAC空气旁路布置在EGR系统的作为发动机的高温侧的发动机出口侧上，增压空气与排气在EGR系统的热侧处混合，例如在高温EGR冷却器(HT EGR冷却器)的下游侧和低温EGR冷却器(LT EGR冷却器)的上游侧之间。为了将现有的发动机设备转换为新颖性设备，可安装附加的CAC空气旁路管线和空气旁路端口，从而将CAC系统和发动机高温侧的EGR系统连接在一起，这是现有发动机设备的微小改进。空气旁路管线的预定的粗细、流量孔或二元或比例节流阀能够控制通过空气旁路流入到EGR系统中的增压空气的量。因此，在低环境温度和/或低发动机负荷下提供了最优化的空气/排气混合物，使得能够提供升高的排气温度用于使得SCR催化剂能够更有效地工作。可使用发动机设备的现有部件，使得改进努力最小。增压空气和排气的早期混合降低了EGR系统中的温度，使得EGR系统的某些的部件诸如绝热件和冷却器尺寸可降低，从而提供了另外的构造空间。在具有双级涡轮压缩机的发动机设备中，空气旁路应被布置在第二压缩机的下游。
根据本发明的有利实施例，控制装置可提供为用于通过控制冷却的/未冷却的空气和/或冷却的/未冷却的排气在空气/排气混合物中的比率来控制空气/排气混合物的发动机入口温度T_in。空气和EGR的比率可保持相同，且可取决于发动机参数如燃烧状况、速度、负荷等。入口温度T_in可通过使用CAC旁路阀或节流阀冷却或不冷却增压空气来控制。此外，入口温度T_in可通过使用EGR冷却器旁路阀或节流阀冷却或不冷却EGR来控制。对于冷却的/未冷却的空气和/或冷却的/未冷却的排气的量的两种控制能以组合的方式使用，且也可相互独立地使用。控制装置可控制前述比率，使得可为SCR催化剂提供优化的排气温度。典型地，热排气具有650℃至700℃的热温度，冷排气(低负荷或冷发动机)具有100℃至350℃的温度。涡轮增压空气具有50℃至280℃的典型温度。发动机入口温度对于排出排放和发动机的润滑系统是关键的。如果T_in过高，则发动机机油膜可能恶化。控制装置可控制该比率，使得冷却的/未冷却的空气和冷却的/未冷却的排气的混合物以预定的温度和比率与发动机负荷和温度无关地进入发动机入口侧，例如在T_in>60℃且T_in<125℃的状况下，优选地T_in在100℃至120℃之间的范围，使得SCR催化剂能够有效地工作。控制装置可以是控制器系统等，包括用于以直接方式(温度传感器)或间接方式(基于行驶状况，使用考虑到加速器踏板角度、离合器状态等的MAP图)测量或评估实际发动机入口温度的装置。控制装置可被连接到位于EGR系统管线、CAC系统管线和/或空气旁路管线中的一个或多个二元或比例节流阀或阀，以便控制流过空气或气体管线的空气或气体的量。控制装置能够被连接到EGR冷却器和/或CAC系统以控制冷却温度，且能够控制气体流过EGR冷却器旁路和/或空气流过CAC空气旁路，使得空气/排气混合物可在预定的温度T_in下进入发动机。
根据本发明的第二方面，发动机设备特别是前述发动机设备包括：发动机；增压空气冷却器，该增压空气冷却器通过空气管线而被连接到发动机的发动机入口侧；空气旁路，该空气旁路用于旁通增压空气冷却器；以及EGR系统，该EGR系统通过一个或多个EGR管线而被连接在发动机的发动机出口侧和发动机入口侧之间。控制装置提供为用于通过控制冷却的/未冷却的空气和/或冷却的/未冷却的排气的比率来控制空气/排气混合物的发动机入口温度T_in。控制装置能够控制冷却的空气通过CAC系统的流动、冷却的排气通过EGR系统的流动和/或未冷却的空气通过空气旁路的流动并且可选地控制冷却的EGR通过EGR冷却器的流动和/或未冷却的EGR通过EGR冷却器旁路的流动，使得排气温度提供为对于SCR催化剂足够高，但在临界温度之下足够低，因此避免了对于发动机的损坏。控制装置可被如上所述地布置。
根据前述发动机设备的有利实施例，控制装置能够通过将来自空气旁路的未冷却的空气或来自增压空气冷却器的冷却的空气在EGR系统的发动机出口侧处与来自EGR系统的排气混合，来控制空气/排气混合物的发动机入口温度T_in。控制装置能够控制至少节流阀或阀，从而打开或关闭空气旁路，使得流过空气旁路的未冷却的空气和流过增压空气冷却器的冷却的空气的比率可被调整。布置在空气管线中的第一节流阀和布置在空气旁路管线中的第二节流阀能够控制空气的量和冷却的/未冷却的空气的比率，用于与EGR混合。空气旁路管线可在带有EGR冷却器的EGR管线处进入EGR系统，或可在EGR冷却器旁路管线处进入EGR系统。
根据有利的实施例，控制装置能够通过将增压空气与来自EGR旁路的未冷却的排气混合或与来自EGR冷却器的冷却的排气混合，来控制空气/排气混合物的发动机入口温度T_in。控制装置能够控制至少节流阀或阀从而打开或关闭EGR冷却器旁路通道，使得流过EGR旁路的未冷却的排气和流过EGR冷却器的冷却的排气可被调整。布置在EGR旁路中的第一节流阀和布置在EGR冷却器管线中的第二节流阀能够控制EGR的量和冷却的/未冷却的EGR的比率，用于与增压空气混合。
控制装置能够控制通过空气旁路管线和EGR旁路管线的通道，用于独立地控制与冷却的/未冷却的空气混合的冷却的/未冷却的EGR的比率，且能够将两个比率的控制结合用于最优化排气温度，使得SCR催化剂可在全负荷和温度状况下有效地工作。
根据有利的实施例，节流阀可被布置在空气管线中。节流阀可以是用于打开或关闭空气管线的二元节流阀或阀，或可以是比例节流阀或比例阀，使得流过空气管线的空气的量可被控制。关闭节气门使CAC系统与发动机的热侧上的EGR系统分离。打开节流阀使得空气和排气能够在EGR管线内在发动机的热侧和冷侧之间混合。如果EGR冷却器旁路管线存在，则将节流阀布置在EGR旁路中也可是有利地。
根据有利的实施例，节流阀可被布置在空气管线和空气旁路中。空气管线将涡轮增压器与CAC系统连接在一起。打开或关闭空气管线节流阀活动/停用了增压空气的冷却。优选是在发动机的低负荷下，空气管线节流阀应被关闭且空气旁路节流阀应被打开。在高负荷下，空气旁路节流阀应被关闭。如果EGR冷却器旁路管线存在，则将节流阀布置在EGR旁路中和EGR管线中也可以是有利地。
根据有利的实施例，空气/排气混合物的发动机入口温度T_in可被确定在最低温度T_scr和最高温度T_max之间。最高温度T_max可被选择为防止对于发动机的损坏，特别是在低负荷或低环境温度下，且可被选择为优选是T_max≤125℃。最低温度T_scr可被选择为保证发动机的低排放，优选地使得SCR催化剂能够有效地工作且可设定为T_scr≥60℃。T_scr和T_max的值可取决于当前发动机状态以及环境和行驶条件而变化。最低温度T_scr和最高温度T_max可根据从MAP图取得。
根据有利的实施例，发动机出口侧和发动机入口侧可通过不带有EGR冷却器的直接EGR管线而被连接，且空气旁路可通过直接EGR管线进入EGR系统。另外，直接EGR管线可以是用于旁通例如HT和/或LT EGR冷却器的一个或多个EGR冷却器的EGR旁路。结果，直接EGR管线可以是用于在排气的低温状态下旁通一个或多个EGR冷却器的EGR冷却器旁路管线。排气可部分地或选择性地流过直接EGR管线或流过包括至少一个EGR冷却器的EGR管线。增压空气可流过直接EGR管线，而与排气的流动方向无关。
根据有利的实施例，空气旁路可在第一EGR冷却器和第二EGR冷却器之间进入EGR系统。第一EGR冷却器可以是HT EGR冷却器，且第二EGR冷却器可以是LT EGR冷却器。空气旁路在HT EGR冷却器的下游和LT EGR冷却器的上游进入EGR系统，且空气与预冷却的排气混合。结果，LT EGR冷却器的尺寸和EGR管线的在HT EGR冷却器下游的保温厚度可减小，这是因为混合的空气/排气的温度可进一步降低。
根据有利的实施例，EGR管线部分可被布置在EGR管线中的空气旁路端口的下游，且可适合作为混合室。空气旁路在EGR冷却器的上游进入EGR系统，或可被连接到直接EGR管线。空气旁路端口的下游的EGR管线通向发动机的冷侧，且可适合于充分地将增压空气和排气混合。因此，EGR管线部分在功能上充当混合室，且可在形式、宽度和内部构造上适合于提供当空气和排气在空气旁路进入点和发动机气缸入口之间的流动期间的彻底的混合。
根据有利的实施例，增压空气冷却器可以是空气冷却装置或可以是冷却剂冷却装置。此外，使用具有空气冷却部件和冷却剂冷却部件的混合冷却装置是可能的。冷却剂冷却式装置的冷却性能可被控制在有限的范围中，使得通过控制CAC系统的冷却行为来有效控制排气/空气混合物的入口温度是可能的。混合冷却装置可用于取决于发动机的温度状态来依比例决定冷却性能。
根据本发明的另一个方面，提出了一种车辆，该车辆包括根据前述实施例中的任何实施例的发动机设备。车辆的发动机包括CAC系统和EGR系统，其中，排气/增压空气混合物的在发动机冷侧上的发动机入口处的温度可被控制为使得车辆排放可优选地在低负荷或低环境温度下降低。可通过在CAC系统的上游的空气管线和发动机的热侧处的EGR管线之间安装空气旁路来将常规的车辆转化为本发明的实施例。另外，可提供包括用于感测排气/空气混合物入口温度的控制装置和用于控制空气旁路、EGR系统和/或CAC系统中的气体/空气流的一个或多个节流阀，以符合即将来临的排放标准。
附图说明
本发明与前述和其它目的和优点一起可根据实施例(多个实施例)的如下详细描述而最佳地理解，但不限制于这些实施例，其中：
图1是现有技术的发动机设备的示意图；
图2是根据本发明的发动机设备的第一实施例的示意图；
图3是根据本发明的发动机设备的第二实施例的示意图；
图4是根据本发明的发动机设备的第三实施例的示意图；
图5是根据本发明的发动机设备的第四实施例的示意图；
图6是根据第四实施例的CAC空气旁路部分的缩放图；
图7是根据本发明的发动机设备的第五实施例的示意图；
图8示出了包括根据本发明的发动机设备的实施例的车辆。
具体实施方式
在附图中，相同或类似的元件以相同的附图标记表示。附图仅是示意图而不旨在展示本发明的特定参数。此外，附图旨在仅描绘本发明的典型实施例，且因此不应视为限制本发明的范围。
图1示意性地描绘了包括发动机12、EGR系统22和增压空气冷却系统的现有技术的发动机设备，该增压空气冷却系统包括涡轮增压器60和增压空气冷却器设备70。EGR系统22将由发动机12产生的排气从为热发动机侧的发动机出口侧18再循环到为冷发动机侧的发动机入口侧16。通过发动机出口侧18释放的排气的温度通常在100℃(低负荷)至700℃(全负荷)之间。典型地，排气的气压可在1.5kPa至500kPa之间变化。排气的至少一部分会通过EGR系统再循环到发动机入口侧16，且会与来自涡轮增压器60的增压空气混合以降低发动机12的排放。通过包括靠近发动机12的排气输出端口68附接的高温EGR冷却器38a和布置在EGR管线24的下游的低温EGR冷却器38b的两步骤冷却EGR冷却器38来使排气降温。涡轮增压器60通过流向排气管62的排气驱动，且将进入涡轮增压器的进气口64的环境空气压缩，使得增压空气可通过空气管线30流到发动机12的发动机入口侧16。在空气压缩的过程中，增压空气的温度可升高到60℃(低负荷)和260℃(全负荷)。为有效地增加且改进发动机12的排气特性，通过包括在冷却装置70中的增压空气冷却器14来使增压空气降温。冷却装置70进一步包括低温冷却装置72和高温冷却装置74，用于冷却车辆座舱或发动机体。从冷却装置70的输出侧，冷却的增压空气与再循环的EGR排气在EGR-冷却空气混合端口58处混合，且在EGR空气输入端口56处进入发动机12的气缸。
在某些状况诸如低负荷或低发动机温度下，使增压空气过度冷却可以对于发动机12有害。因此，将增压空气冷却器14通过常规的空气旁路管线66旁通是公知的。在被增压空气冷却器14冷却的增压空气和通过空气旁路66旁通的增压空气之间的切换可通过单向节流阀(single throttle)或双向节流阀(double throttle)(未示出)控制。常规地，EGR冷却的空气混合端口58包括混合室，该混合室用于使排气和增压空气彻底混合。此外，通常是EGR系统22包括厚的隔离的EGR管线24和高性能EGR冷却器38a和38b，这是因为EGR排气可达到超过700℃的温度，使得必须防止发动机的其它部件不过热。此外，大量的EGR管线24和增压空气管线30必须被安装在发动机设备10中，因而构造空间被强有力地限制。由于存储在空气和EGR系统中的空气和气体的高体积导致缓慢的反应时间和空气/排气温度和量的困难控制，所以难以控制在EGR/空气输入端口56处进入发动机12的空气/排气混合物的最优温度。气体/空气混合物的温度优选地在低负荷状况或低发动机温度下的准确控制是有利的，从而造成安装在排气管62中的SCR催化剂的更有效的工作。
图2示意性地描绘了根据本发明的发动机设备的第一实施例10，因此排气和增压空气的混合在发动机12的热侧18上实施，使得同一的排气/空气混合物通过EGR系统22流到发动机入口侧16。总体构造与图1中所示的发动机设备10的构造类似。不再需要常规的空气旁路66，因此节约了EGR/CAC系统的构造空间且降低了EGR/CAC系统的结构复杂性。发动机设备10包括EGR系统22，其中，来自发动机12的排气进入第一高温EGR冷却器38a，且通过EGR管线24流到第二低温EGR冷却器38b。第二LT EGR冷却器38b的输出的气体流入到EGR-冷却空气混合端口58中，其中排气可通过来自增压空气冷却器14的冷的增压空气混合且在EGR空气输入端口56处进入发动机12。为了提供CAC旁路，空气旁路20将涡轮增压器60下游的在旁路端口76处的空气管线30通过空气旁路20与第一HT EGR冷却器38a和第二LT EGR冷却器38b之间的空气旁路端口26处的EGR连接管线24连接在一起。增压空气在空气旁路端口26处进入EGR系统22，其中，排气和增压空气可在排气和增压空气流过EGR管线24期间和在第二EGR冷却器38b中的降温过程期间混合。彻底的混合通过排气和空气在相同的EGR管线24中的长的通道提供，且能够实现空气/排气温度的有效控制能以快的反应时间。降低了EGR系统22中的排气/空气混合物的有效的温度，使得可降低第二LT EGR冷却器38b的绝热和冷却性能。发动机设备更紧凑且排出排放值可在低负荷下降低。增压空气冷却器14通过低温EGR冷却器38b被旁通。可使用在常规的发动机设备中已经存在的部件，因此结构改进和成本是低的。EGR冷却空气混合端口58处的混合室是多余的。
通常在正常操作状况中，LT EGR冷却器38b可通过来自低温冷却装置72的冷却剂冷却。在该构造中，当发动机12在低负荷下或在冷启动阶段中运行时，冷却剂供给可被关闭以避免空气/排气混合物的冷却，或LT EGR冷却器38b可被连接到高温冷却装置74且排气空气混合物可通过热的冷却剂被加热。不再需要LT EGR冷却器38b的附加的旁路。因此，增压空气冷却器14的单旁路以及EGR冷却器38a或38b的旁路可通过以增压空气主动地冷却排气而被省略。如果涡轮增压器60是双级涡轮发动机，则空气旁路20可优选地被布置在第二涡轮压缩机级的下游。控制装置(在图2中未示出)可控制一个或若干个节流阀，例如布置在空气旁路20中和空气管线30中的双节流阀，以控制在EGR系统22中和在增压空气冷却器14中流动的增压空气的量。控制装置可控制混合，使得EGR/空气输入端口56处进入发动机12的排气/空气混合物具有低于125℃的温度。一个或若干个节流阀可以是二元开关或比例节流阀，且控制装置可包括PD、PI或PID控制单元。在空气管线30中流动的空气的速度在全负荷下可直至20m/s至25m/s，使得可达到低反应时间。高速下的连续节流可减少反应时间。
图3示出了发动机设备10的另一个实施例，该发动机设备10的基本构造基本上基于图2的实施例，且该发动机设备10另外地包括直接EGR管线28，该直接EGR管线28将发动机出口侧18上的排气输出端口68与发动机入口侧16的输入端口56连接在一起以将EGR冷却器38旁通。此处，节流阀(未示出)可控制流过冷却的EGR管线24或直接EGR管线28的排气的方向和量。如图3和图4中所描绘，空气旁路管线20可在EGR冷却器设备38的EGR连接管线24处进入EGR系统，或可如图4中所示地进入直接EGR管线28。将空气旁路20与直接EGR管线28连接在一起由于使“热”排气与“冷”增压空气受控混合而减小了直接EGR管线28的隔离厚度。可降低着火风险和温度相关的损坏。
图5示出了发动机设备10的另一个实施例，其中，EGR系统22包括直接EGR管线28，使得不需要EGR冷却器38。由于冷的增压空气通过空气旁路20到直接EGR管线28中的受控的喷射，能够达到排气/空气混合物的温度和混合比率，使得最优混合的气体能够在EGR/空气输入端口56处进入发动机冷侧16。控制方法可有助于最优化发动机的λ值。
图6中示出图5的子部分A的放大图。空气34通过涡轮增压器60(未示出)增压，且可通过空气管线30向增压空气冷却器14(也未示出)流动，这可通过第一节流阀42a控制。空气管线30在旁路端口76处被连接到EGR管线24，因而空气34可通过空气旁路端口26进入EGR管线24，因而第二节流阀42b被布置在空气旁路20中。在短的响应时间的状况下，节流阀42a和42b能够控制增压空气34的流向增压空气冷却器14或通过空气旁路20流动到EGR系统22中的量。在空气旁路端口26处，增压空气与排气32混合从而形成空气/排气混合物36，该空气/排气混合物36在作为混合室48的EGR管线部分46中行进期间彻底混合。EGR管线部分46的直径和内部构造可适合于最优化排气32和增压空气34的混合。混合气体36被引导到发动机12的发动机入口侧16的EGR/空气输入端口56。典型地，EGR系统中的压力可达到直到500kPa，因而增压空气系统中的压力是约15kPa。因此，附加的装置诸如操作阀、止回阀或工作部件诸如附加的涡轮机或压力调节器可被布置在空气旁路管线20中，以改进排气32和增压空气34的混合。
图7示出了发动机设备的与图3和图4中所示的实施例类似的更详细的实施例，其中，空气旁路20被连接到EGR管线28并被连接到冷却EGR管线24。控制装置40包括布置在EGR/空气输入端口56处的温度传感器52，且评估进入发动机12的混合的气体的温度。为了维持可在最低阈值T_scr和最高阈值T_max之间变化的预定温度T_in，控制装置40控制布置在连接到直接EGR管线28(42b)的空气旁路20中和连接到冷却EGR管线24(42c)的空气管线20中的空气管线30(42a)中。此外，节流阀42d能够控制EGR气体的再循环到发动机12的冷侧16的量。因为温度传感器52的直接温度测量可能过慢且不准确，所以控制装置40可被连接到发动机设备10的电子传感器系统，且可例如评估油门加速器踏板的角度、行驶状况和另外的与发动机相关的参数。因此，在间接测量发动机负荷期间，可提供快速响应时间和进入口56中的空气/排气混合物的温度和比率的更准确的控制。典型地，EGR流量为通过发动机12释放的总排气的20％至30％。
图8最后示出了车辆15，其中，发动机设备12包括具有EGR冷却器38和带有增压空气冷却器14的涡轮增压器60的EGR系统22，因而增压空气冷却系统可被发动机的热侧18处的空气旁路20旁通，使得增压空气可流过EGR系统22的EGR管线24。发动机12的λ值可被最优化，且在低负荷下或在发动机启动时的排气温度可达到即使在低负荷下或在发动机启动时也使得SCR催化剂54能够有效地工作的温度值。
发动机设备可用于柴油发动机且也可用于汽油发动机，且可被安装在车辆或其它由内燃机驱动的设备和机械中，诸如发电机、工作机械等。由于发动机设备的最小结构改进，可获得改进的进入参数(admission parameter)、另外的构造空间和增强的性能。本发明可被合并到重新构建的发动机中且也可用于以很小的努力对现有发动机的改造。
附图标记列表
10 发动机设备
12 发动机
14 增压空气冷却器
16 发动机入口侧
18 发动机出口侧
20 空气旁路
22 EGR系统
24 EGR管线
26 空气旁路端口
28 直接EGR管线
30 空气管线
32 排气
34 空气
36 空气/排气混合物
38 EGR冷却器
38a 高温EGR冷却器
38b 低温EGR冷却器
40 控制装置
42 节流阀
42a 空气管线中的节流阀
42b 用于直接EGR管线的空气旁路中的节流阀
42c 用于冷却的EGR管线的空气旁路中的节流阀
42d EGR管线中的节流阀
42e 直接EGR管线内的节流阀
44 EGR旁路
46 EGR管线部分
48 混合室
50 车辆
52 温度传感器
54 SCR催化剂
56 EGR/空气输入端口
58 EGR/冷却空气混合端口
60 涡轮增压器
62 排气管
64 进气口
66 常规的空气旁路
68 排气输出端口
70 冷却装置
72 低温冷却装置
74 高温冷却装置
76 旁路端口

Claims (10)

1.一种发动机设备(10)，所述发动机设备(10)包括：发动机(12)；增压空气冷却器(14)，所述增压空气冷却器(14)连接到所述发动机(12)的发动机入口侧(16)；空气旁路(20)，所述空气旁路(20)用于旁通所述增压空气冷却器(14)，涡轮增压器被布置在所述空气旁路的上游；并且所述发动机设备(10)包括EGR系统(22)，所述EGR系统(22)经由一个或多个EGR管线(24)而连接在所述发动机(12)的发动机出口侧(18)和发动机入口侧(16)之间，其中所述空气旁路(20)在所述EGR管线(24)的空气旁路端口(26)处进入所述EGR系统(22)，用于将空气(34)与所述EGR系统(22)的发动机出口侧(18)的排气(32)混合，其特征在于，所述空气旁路(20)在第一EGR冷却器(38a)和第二EGR冷却器(38b)之间进入所述EGR系统(22)，所述第二EGR冷却器(38b)布置在所述第一EGR冷却器(38a)的下游，并且，所述第二EGR冷却器(38b)的输出气体被布置为流入到混合端口(58)中，在所述混合端口(58)处，所述排气被布置为与来自所述增压空气冷却器(14)的空气混合，其中，所述发动机出口侧(18)和所述发动机入口侧(16)经由无EGR冷却器(38)的直接EGR管线(28)而彼此连接，并且其中所述直接EGR管线能够被选择性地连接到所述空气旁路。
2.根据权利要求1所述的发动机设备，其特征在于，还设置有控制装置(40)，用于通过控制已冷却/未冷却的空气(34)和/或已冷却/未冷却的排气(32)在空气/排气混合物(36)中的比率来控制所述空气/排气混合物(36)的发动机入口温度(T_in)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机设备，其特征在于，在空气管线(30)中布置有节流阀(42)。
4.根据权利要求3所述的发动机设备，其特征在于，在所述空气管线(30)和所述空气旁路(20)中布置有节流阀。
5.根据权利要求2所述的发动机设备，其特征在于，所述空气/排气混合物的发动机入口温度(T_in)被确定在最低温度(T_scr)和最高温度(T_max)之间。
6.根据权利要求1所述的发动机设备，其特征在于，所述直接EGR管线(28)是用于旁通所述EGR冷却器(38a,38b)的EGR旁路(44)。
7.根据权利要求1、2、5、6中的任一项所述的发动机设备，其特征在于，所述EGR管线(24)中的在所述空气旁路端口(26)下游的EGR管线部分(46)被设计为混合室(48)。
8.根据权利要求1、2、5、6中的任一项所述的发动机设备，其特征在于，所述增压空气冷却器(14)是空气冷却式装置(70)。
9.根据权利要求1、2、5、6中的任一项所述的发动机设备，其特征在于，所述增压空气冷却器(14)是冷却剂冷却式装置(70)。
10.一种车辆(50)，包括根据前述权利要求中的任一项所述的发动机设备。
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