CN106574580A - 燃烧发动机排气再循环系统及运行排气再循环系统的方法 - Google Patents

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Abstract

用于燃烧发动机(1)的排气再循环系统，其中，该排气再循环系统具有以下各项：进气管线(4)，排气管线(5)，排气再循环管线(16)，该排气再循环管线从在该排气管线(5)中的AGR分支点(15)引导至在该进气管线(4)中的AGR导入点(17)，以及在该AGR导入点(17)下游的进气管线(4)内的节流阀瓣(11)，其中，设置用于新鲜空气的可锁止的旁通管线(21)，该旁通管线引导至在该节流阀瓣(11)下游的进气管线4中的旁通导入点(23)。

Description

燃烧发动机排气再循环系统及运行排气再循环系统的方法
本发明涉及一种用于燃烧发动机的排气再循环系统以及一种用于运行此类排气再循环系统的方法。在此，该排气再循环系统具有进气管线、排气管线、排气再循环管线以及在AGR导入点下游的进气管线内的节流阀瓣，该排气再循环管线从在该排气管线中的AGR分支点引导至在该进气管线中的AGR导入点。
对燃烧发动机并且尤其对柴油发动机所提出的要求在于遵守氮氧化物排放的极限值，其中，降低的法律上的极限值要求减少氮氧化物排放。用于减少氮氧化物排放的一种可能性在于：将部分排气供应至该燃烧室，由此在该汽缸的燃烧室中的氧气浓度是可调整的并且尤其在冷却的排气再循环情况下能够降低该最高燃烧温度。这种所谓的排气再循环(简称AGR(Abgasrückführung))是已知的并且形成降低在该汽缸的燃烧室中的氧气浓度的可能性。在此，在瞬态运行以及也在稳态运行过程中对该汽缸中的氧气浓度的准确调整具有重要意义。如果燃烧发动机的稳态运行对调节没有提出大的要求，则必须尤其在瞬态运行中尽可能准确地确定排气再循环，以便能够形成该氮氧化物排放的良好的相关性。
排气再循环被分为内部排气再循环和外部排气再循环。在气门重叠阶段中排气从该排出管道至该燃烧室中的回流被称为内部排气再循环。在此，该内部排气再循环的值依赖于新鲜空气供应器与排气系统之间的压力差、依赖于气门重叠的时长并且依赖于通过这些气门所释放的开口横截面。还已知的排气再循环是外部排气再循环。在此，分为高压排气再循环以及低压排气再循环，该高压排气再循环使得在该排气弯管区域中的排气能够直接再循环到该进入管道的新鲜空气供应器中；在低压排气再循环中，排气在整合在该排气系统中的涡轮增压器的涡轮机之后分支并且还在该涡轮增压器的压缩机之前供应给该新鲜空气供应器。
DE 10 2010 025 699 A1、DE 10 2010 027 646 A1和WO 2010/072227 A1示出开篇所述类型的具有低压排气再循环的排气再循环系统。
DE 10 2010 025 699 A1公开了一种柴油发动机，该柴油发动机具有用于排气后处理的器件和用于排气再循环的器件。设置有空气抽吸系和排气系，其中，在该排气系中安排至少一个炭黑颗粒过滤器并且将NOx存储催化器安排在该炭黑颗粒过滤器之后。排气再循环系从该排气系分支出来并且汇入该空气抽吸系中。将用于分离部分排气流的分支安排在该NOx存储催化器的壳体中以用于排气再循环。由此，该NOx存储催化器没有加载过大的排气流，其方式为，即用于排气再循环的部分排气流就此而言由该排气后处理排除。通过在用于排气再循环的分支与该NOx存储催化器的壳体部分之间的热传递，还有利地在运行中造成对该NOx存储催化器的更快的加热，使得尤其在该燃烧发动机的启动阶段中可以减少污染物排放。
DE 10 2010 027 646 A1公开了一种燃烧发动机的排气设备，该排气设备具有排气系和排气再循环，其中，该排气再循环从该排气系分支，并且其中，该排气系具有管和排气处理器件。该管和/或这些排气处理器件至少部分地以如下方式形成，使得构成多个用于排气的管线，其中，第一管线引导主排气流并且第二管线引导分支到排气再循环的部分排气流。
WO 2010/072227 A1示出一种用于燃烧发动机的具有排气涡轮增压器的排气再循环系统，其中，排气再循环管线一方面为了去除排气而与该燃烧发动机的排气系连接并且另一方面与该燃烧发动机的新鲜空气供应器连接。引导该排气再循环管线通过排气压缩机以提高该再循环的排气的压力。通过该再循环的排气流的提高的压力，能够有利地更好地调节该排气流。为此，中等的压力升高已经足够。压缩该再循环的排气的压力水平大体上依赖于该再循环的排气应以何种方式并且在何处供应给该新鲜空气供应器。
在已知的低压排气再循环系统中，尤其在排气涡轮增压的燃烧发动机中，尤其奥托发动机中，即，在该涡轮增压器的压缩机之前引导该排气再循环时，在该AGR导入点与该节流阀瓣之间产生高的死容积，该死容积用再循环的排气填充。在负载例如通过自发的脱离耦合而快速降低时，可以导致燃烧稳定性问题，因为该AGR率由于高的死容积不能足够快速地降低并且不能足够快速地适配于新的发动机负载点。
本发明的目的在于，可以将该AGR率更快地适配于改变的发动机负载点。
该目的通过一种用于燃烧发动机的排气再循环系统实现，该排气再循环系统具有进气管线、排气管线、排气再循环管线以及节流阀瓣。该排气再循环管线从在该排气管线中的AGR分支点引导至在该进气管线中的AGR导入点。该节流阀瓣安排在该AGR导入点下游的进气管线内。此外，设置用于新鲜空气的可锁止的旁通管线，该旁通管线引导至在该节流阀瓣下游的进气管线中的旁通导入点。
将所抽吸的空气由进入开口引导至该燃烧发动机中的所有部件都属于进气管线。将该排气从该燃烧发动机引导至周围大气中的所有部件都属于排气管线。
在处于高的部分负载或全负载下的稳态运行中，该旁通管线能够保持锁止，其中，适配的AGR率通过该节流阀瓣供应给该燃烧发动机。在负载突然降低时，可以立即完全关闭该节流阀瓣并且同时打开该旁通管线，使得在该AGR导入点与该节流阀瓣之间的富含再循环的排气的总死容积不再供应给该燃烧发动机并且由此不再参与燃烧过程。因此，该AGR率很快降低，其中，通过该旁通管线将不具有再循环的排气成份的新鲜空气供应给该燃烧发动机。
在然后再次突然出现的负载升高的情况下，可以关闭该旁通管线并且同时打开该节流阀瓣，其中，已经富含再循环的排气的死容积可以立即供应给该燃烧发动机，使得很快达到必要的AGR率。
该旁通管线可以具有自身的进气口或该旁通管线可以从在该进气管线中的旁通分支点在该AGR导入点上游将新鲜空气从该进气管线分支并且引导至该旁通导入点。
为了避免再循环的排气侵入该旁通管线，可以提出的是，在该进气管线内设置逆止阀，该逆止阀安排在该旁通分支点与该AGR导入点之间并且该逆止阀允许该进气管线仅从该旁通分支点朝该AGR导入点的方向流通。
为了可锁止地构型该旁通管线，在该旁通管线内部优选地设置旁通阀。
为了确保该旁通管线仅朝一个方向流过，可以提出的是，在该旁通管线内设置逆止阀，该逆止阀允许该旁通管线仅朝该旁通导入点的方向流通。
优选地设置具有压缩机和涡轮机的至少一个排气涡轮增压器，其中，该压缩机安排在该进气管线内并且该涡轮机安排在该排气管线内，并且其中，该压缩机安排在该AGR导入点与该节流阀瓣之间。
该排气涡轮增压器的涡轮机优选地安排在该AGR分支点上游，以便提供低压排气再循环系统。
此外，该目的通过一种用于运行如以上描述的排气再循环系统的方法实现，其中，在负载突然减小的情况下完全关闭该节流阀瓣并且打开该旁通管线。
在负载提高的情况下，关闭该旁通管线并且打开该节流阀瓣，使得在该AGR导入点与该节流阀瓣之间的富含再循环的排气的总死容积不再供应给该燃烧发动机并且由此不再参与燃烧过程。因此，该AGR率很快降低，其中，通过该旁通管线将不具有再循环的排气成份的新鲜空气供应给该燃烧发动机。
可以提出的是，在怠速时，通过该旁通管线的打开和关闭与该节流阀瓣的打开和关闭来组合地进行怠速调节。替代性地可以提出的是，在怠速时，在恒定的节流阀瓣位置(优选地关闭的节流阀瓣位置)中仅通过打开和关闭该旁通管线来进行该怠速调节。
为了避免再循环的排气进入该旁通管线，可以提出的是，只要在该旁通导入点中的压力高于在该旁通分支点处的压力，就不打开该旁通管线。
在紧急工作模式中可以提出的是，该节流阀瓣保持在恒定的、优选地完全闭合的节流阀瓣位置中并且通过打开和关闭该旁通管线来进气。
在附图中示出了排气再循环系统的两个优选的实施例并且在以下予以更详细地解释。在附图中示出：
图1示出具有旁通管线的排气再循环系统的第一实施例，该旁通管线从该进气管线分支，并且
图2示出具有旁通管线的排气再循环系统的第二实施例，该旁通管线具有自身的进气口。
图1示出具有燃烧发动机1的排气再循环系统的第一实施例，该排气再循环系统具有用于供应空气的吸气管2和用于排出排气的排气弯管3。该吸气管2与进气管线4连接，该进气管线通过抽吸开口6抽吸供应给空气过滤器7的新鲜空气。该进气管线4从该空气过滤器7进一步引导至排气涡轮增压器9的压缩机8，在该压缩机中压缩空气。增压空气冷却器10位于该压缩机8的下游以冷却通过压缩加热的空气。该进气管线4进一步引导至节流阀瓣11以用于控制所供应的空气的质量流量。该进气管线4在该节流阀瓣11的下游进一步引导至该吸气管2，该吸气管同样可以被视为该进气管线4的组成部分。
该排气管线5与该排气弯管3连接并且引导至该排气涡轮增压器9的涡轮机12，该涡轮机通过轴13驱动连接以用于驱动该压缩机8。这些排气在该涡轮机12的下游进一步引导至排气后处理装置14，例如催化器和/或颗粒过滤器或类似装置并且然后从该排气管线5离开。
AGR分支点15位于该排气后处理装置14的下游，在该AGR分支点处排气可以从该排气管线5分支到该AGR管线16中。该AGR管线16引导至在该进气管线4中的AGR导入点17，其中，该AGR导入点17安排在该空气过滤器7与该压缩机8之间。在该AGR管线16的内部设置用于冷却排气的AGR冷却器18。此外，在该AGR管线16的内部、在该AGR冷却器18与该AGR导入点17之间设置AGR阀19，通过该AGR阀能够控制该再循环的排气的质量流量。
旁通分支点20位于该空气过滤器7与该AGR导入点17之间，在该旁通分支点处新鲜空气可以从该进气管线4分支到旁通管线21中。旁通阀22位于该旁通管线21内部以用于控制通过该旁通管线21的新鲜空气的质量流量。该旁通管线21进一步引导至在该吸气管2处的旁通导入点23，其中，该旁通导入点23位于该节流阀瓣11下游。
为了防止在该旁通阀打开的情况下富含排气的空气从该吸气管2进入该旁通管线21，在该旁通管线21内部设置第一逆止阀24，该第一逆止阀在从该旁通分支点20到该旁通导入点23的方向上打开并且在相反的方向上关闭。此外，为了防止富含排气的空气从该AGR管线16进入该旁通管线21，还设置第二逆止阀25，该第二逆止阀位于该旁通分支点20与该AGR导入点17之间并且该第二逆止阀在从该AGR导入点17到该旁通分支点20的方向上关闭。
在该燃烧发动机1以部分负载或以全负载的正常运行中，该旁通管线21可以保持锁止，其中，适配的AGR率通过该节流阀瓣11供应给该燃烧发动机1。在负载突然降低时，可以立即关闭该节流阀瓣11并且同时通过该旁通阀22打开该旁通管线21，使得在该AGR导入点17与该节流阀瓣11之间的富含再循环的排气的总死容积不再供应给该燃烧发动机1并且由此不再参与燃烧过程。因此，该AGR率很快降低，其中，通过该旁通管线21可以将不具有再循环的排气成份的新鲜空气供应给该燃烧发动机1。
在然后再次突然出现的负载升高情况下，可以通过该旁通阀22关闭该旁通管线21并且同时打开该节流阀瓣11，其中，已经富含再循环的排气的死容积可以立即供应给该燃烧发动机1，使得很快达到必要的AGR率。
图2示出排气再循环系统的第二实施例，其中，与该第一实施例的部件一致的部件设置有相同的参考符号并且结合该第一实施例进行描述。
与一个实施例不同的是，该旁通管线21没有从该进气管线4分支，而是具有自身的抽吸开口27作为进气口。此外，在该旁通管线21中设置另外的空气过滤器26。此外，在该进气管线4中不需要逆止阀。
如所示的，在这两个所描述的实施例中，该旁通管线可以在旁通导入点23处汇入该进气管线4中，在此汇入该吸气管2中。然而，该旁通导入点23可以在一个任意位置或多个任意位置处汇入该进气管线4中。唯一重要的是，该旁通管线21在该节流阀瓣11的下游汇入该进气管线4中。例如可设想的是，在节流阀瓣与吸气管2之间的旁通管线21汇入该进气管线4中。也可行的是，新鲜空气从该旁通管线21相应地引导至在该吸气管2与该燃烧发动机1之间的单独的汽缸的吸气管中或相应地引导至在该燃烧发动机1内的每个汽缸的进入管道中。
附图标记列表
1 燃烧发动机
2 吸气管
3 排气弯管
4 进气管线
5 排气管线
6 抽吸开口
7 空气过滤器
8 压缩机
9 排气涡轮增压器
10 增压空气冷却器
11 节流阀瓣
12 涡轮机
13 轴
14 排气后处理装置
15 AGR分支点
16 AGR管线
17 AGR导入点
18 AGR冷却器
19 AGR阀
20 旁通分支点
21 旁通管线
22 旁通阀
23 旁通导入点
24 第一逆止阀
25 第二逆止阀
26 空气过滤器
27 抽吸开口

Claims (13)

1.用于燃烧发动机(1)的排气再循环系统，其中，该排气再循环系统具有以下各项：
进气管线(4)，
排气管线(5)，
排气再循环管线(16)，该排气再循环管线从在该排气管线(5)中的AGR分支点(15)引导至在该进气管线(4)中的AGR导入点(17)，以及
在该AGR导入点(17)下游的进气管线(4)内的节流阀瓣(11)，
其特征在于，
设置用于新鲜空气的可锁止的旁通管线(21)，该旁通管线引导至在该节流阀瓣(11)下游的进气管线(4)中的旁通导入点(23)。
2.根据权利要求1所述的排气再循环系统，
其特征在于，
该旁通管线(21)从在该AGR导入点(17)上游的进气管线(4)中的旁通分支点(20)引导至该旁通导入点(23)。
3.根据权利要求2所述的排气再循环系统，
其特征在于，
在该进气管线(4)内设置逆止阀(25)，该逆止阀安排在该旁通分支点(20)与该AGR导入点(17)之间并且该逆止阀允许该进气管线(4)仅从该旁通分支点(20)朝该AGR导入点(17)的方向流通。
4.根据前述权利要求之一所述的排气再循环系统，
其特征在于，
在该旁通管线(21)内设置用于锁止该旁通管线(21)的旁通阀(22)。
5.根据前述权利要求之一所述的排气再循环系统，
其特征在于，
在该旁通管线(21)内设置逆止阀(25)，该逆止阀允许该旁通管线(21)仅朝该旁通导入点(23)的方向流通。
6.根据前述权利要求之一所述的排气再循环系统，
其特征在于，
设置涡轮增压器(9)，该涡轮增压器具有在该进气管线(4)内的压缩机(8)和在该排气管线(5)内的涡轮机(12)，其中，该压缩机(8)安排在该AGR导入点(17)与该节流阀瓣(11)之间。
7.根据权利要求6所述的排气再循环系统，
其特征在于，
该涡轮增压器(9)的涡轮机(12)安排在该AGR分支点(15)的上游。
8.用于运行根据前述权利要求之一所述的排气再循环系统的方法，
其特征在于，
在负载突然减小的情况下关闭该节流阀瓣(11)并且打开该旁通管线(21)。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
在负载提高的情况下关闭该旁通管线(21)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，
其特征在于，
在怠速时，通过该旁通管线(21)和该节流阀瓣(11)的打开和关闭来组合地进行怠速调节。
11.根据权利要求8或9所述的方法，
其特征在于，
在怠速时，在恒定的节流阀瓣位置中，优选地在完全关闭节流阀瓣(11)的情况下，仅通过打开和关闭该旁通管线(21)来进行该怠速调节。
12.根据权利要求8至11之一所述的方法，
其特征在于，
只要在该旁通导入点(23)处的压力高于在该旁通分支点(20)处的压力，就不打开该旁通管线(21)。
13.根据权利要求8至12之一所述的方法，
其特征在于，
在紧急工作模式中，该节流阀瓣(11)保持在恒定的、优选地完全闭合的节流阀瓣位置中并且通过打开和关闭该旁通管线(21)来进气。
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