CN1957174A - 增压内燃机中的废气再循环装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于被第一冷却系统冷却的增压内燃机(1)的废气再循环的装置，由此所述装置包括：将废气从内燃机(1)导出的排气管路(3)；将高于大气压力的空气导入内燃机(1)的进气管路(7)；回流管路(10)，其将排气管路(3)连接到进气管路(7)从而通过所述回流管路(10)可将废气从排气管路(3)再循环到进气管路(7)；以及废气再循环冷却器(12)，在所述废气再循环冷却器中，回流管路(10)中的再循环废气在与进气管路(7)中的空气混合前被冷却剂冷却；其特征在于：所述废气再循环冷却器(12)中的废气被循环冷却剂冷却，当所述循环冷却剂被导入所述废气再循环冷却器(12)中时，适于处于与周围环境温度大致相当的温度。

Description

增压内燃机中的废气再循环装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的、增压内燃机的废气再循环装置。
背景技术
已知采用通常所说的EGR(废气再循环)技术将内燃机燃烧过程中产生的一部分废气通过回流管路导回至为内燃机提供空气的进气管路。从而将空气和废气的混合物通过进气管路提供到进行燃烧的发动机气缸中。空气中加入废气使燃烧温度降低，尤其是减少了废气中氮氧化物NOx的含量。这种技术被同时应用在汽油机(ottoengine)和柴油机中。
可提供给增压内燃机的空气量取决于空气的压力以及空气的温度。为了将尽可能多的空气提供给内燃机，因而需要在将压缩空气导入到内燃机之前，在增压空气冷却器中冷却压缩空气。通过流经增压空气冷却器的周围空气来冷却增压空气冷却器中的压缩空气。因此可将压缩空气冷却到仅比周围环境温度高几度的温度。在使用EGR技术时，返回的废气也需要冷却。这通过所谓的EGR冷却器来实现。通常将EGR冷却器连接到内燃机冷却系统，从而通过在冷却系统中循环冷却剂在EGR冷却器中冷却废气。因此，EGR冷却器受到的局限在于，无法将废气的温度冷却到比冷却系统中的冷却剂温度更低的温度。因此，当将废气引入通到内燃机的进气管路时，冷却的废气通常比冷却的压缩空气温度高。因此，向内燃机导入的废气和空气的混合物将比导入到不具有废气再循环的增压内燃机的压缩空气温度高。配有EGR的增压内燃机的性能因而比没配备EGR的增压内燃机的性能稍差。
发明内容
本发明的目的是提供一种以以下方法影响增压内燃机中废气再循环的装置：废气再循环不会导致内燃机性能低于不具有废气再循环的相应内燃机的性能。
本发明的目的通过一种前序部分所述的、带有权利要求1的特征部分描述的特征的装置实现。这使得废气在EGR冷却器中利用冷却剂冷却，所述冷却剂处于与周围温度大致相当的温度。因此废气可被冷却到只稍高于周围环境的温度。因此废气可被冷却到与在现有中冷器中冷却后的压缩空气的温度大致相当的温度。在该实例中，供给内燃机的废气和压缩空气的混合物的温度不高于供给未装备废气再循环装置的类似内燃机的压缩空气的温度。因此，带有根据本发明装置的内燃机的性能可与未装备EGR的内燃机的性能大致相当。
根据本发明的优选实施例，所述冷却剂在第二冷却系统中循环，所述第二冷却系统构成与第一冷却系统分开的冷却系统。在现有EGR冷却器中，再循环废气被冷却内燃机的冷却系统中的冷却剂冷却。因此，EGR冷却器受到限制，即，废气不能被冷却到比冷却系统中的冷却剂的温度更低的温度，冷却剂的温度通常比周围环境温度高很多。利用这种具有适当冷却能力的、分开的第二冷却系统，可以使冷却系统中的循环冷却剂在被引入EGR冷却器时具有与周围环境温度大致相当的温度。再循环废气因此在与压缩空气混合之前可被相应地冷却到只稍高于周围环境的温度。第二冷却系统可包括冷却剂泵，利用所述冷却剂泵，冷却剂循环通过所述冷却系统。这样可确保第二冷却系统中的冷却剂在冷却系统中被很好地控制循环。第二冷却剂系统包括用于冷却循环冷却剂的散热器元件，所述散热器元件被安装在周围空气流过的区域。内燃机可被有利地用于驱动车辆。在这些实例中通过适当地定位散热器元件，在车辆工作过程中可使周围空气自然流过散热器元件。可选地，第二冷却系统可包括散热器风扇，通过所述散热器风扇使周围空气流过散热器元件。
根据本发明的另一优选实施例的装置包括中冷器，所述中冷器适于冷却进气管路输入到内燃机中的压缩空气。所述中冷器通常安装在车辆的普通散热器的前方，在所述普通散热器中，用于冷却内燃机的冷却剂被冷却。中冷器中的压缩空气被流过中冷器的周围空气冷却。散热器元件和中冷器被安装到周围空气流过的分开区域中。因此第二冷却系统可包括使周围空气循环通过散热器元件的分开的散热器风扇。可选地，散热器元件和中冷器被安装到周围空气流过的公共区域中。在该实例中，可利用公共的散热器风扇使周围空气循环通过中冷器和散热器元件。
根据本发明的另一优选实施例，散热器元件和中冷器大致包括平的冷却装置(cooling package)，每个冷却装置在一个平面上具有主长度，散热器元件和中冷器被安装在公共区域的大致公共平面上。有利地，散热器元件和中冷器被彼此并排安装在一个大致公共平面内，该平面与第一区域中的空气流动方向大致垂直。在该实例中，通过所述公共区域的空气将以平行方式被引导通过散热器元件和中冷器。这样空气就只通过散热器元件或中冷器。这样就确保了处于周围环境温度的空气流过散热器元件和中冷器。中冷器中的压缩空气和散热器元件中的冷却剂因此被冷却到与周围环境温度大致相当的温度。属于第一冷却系统的散热器也被安装所述公共区域中，沿空气流动方向处于散热器元件和中冷器的下游位置。因此，车辆现有的散热器风扇也可用于使空气循环通过中冷器和散热器元件。在该实例中，空气在被引导通过属于第一冷却系统的散热器并用于冷却内燃机之前首先被引导通过散热器元件或中冷器。因此，由于空气首先通过散热器元件或中冷器，当空气到达位置更靠后的散热器时温度只比周围环境温度稍高。然而，用于冷却内燃机的第一冷却系统的冷却剂不再需要被冷却到周围环境温度以实现壳接受的功能。
附图说明
下面通过示例结合附图描述本发明的优选实施例：
图1描述了根据本发明第一实施例的、用于增压柴油机中的废气再循环的装置；
图2描述了根据本发明第二实施例的、用于增压柴油机中的废气再循环的装置。
具体实施方式
图1描述了一种用于增压内燃机中的废气再循环的装置。在该实例中，燃机是指柴油机1。这种再循环通常被称为废气再循环。将废气添加到被引入发动机气缸的压缩空气中降低了燃烧温度，从而降低了在燃烧过程中形成的氧化氮(NOX)的含量。柴油机1可用于给重型车辆提供动力。来自柴油机1的气缸的废气经由废气歧管2被引导到排气管路3。排气管路3中比大气压力高的废气被引导给涡轮机4。因此给涡轮机4提供了驱动力，该驱动力经由连接件传递给压缩机5。压缩机5压缩经由空气过滤器6引入进气管路7的空气。在进气管路7中布置中冷器(charge air cooler)8。中冷器8的目的是在压缩空气被引到柴油机1之前对其进行冷却。利用从散热器风扇9流过中冷器8的周围空气在中冷器8中冷却压缩空气。散热器风扇9经由适当的连接件由柴油机1驱动。
用于使排气管路3中的废气的一部分再循环的装置包括在排气管路3和进气管路7之间延伸的回流管路10。回流管路10包括EGR阀11，通过该EGR阀，在必要时可关闭回流管路10中的废气流。EGR阀11还可用于控制从排气管路3经由回流管路10引导到进气管路7的废气量。控制单元13适于基于与柴油机1的当前工作状态相关的信息来控制EGR阀11。控制单元13可以是具有适当软件的计算机单元。回流管路10还包括用于冷却废气的EGR冷却器12。在增压柴油机1中，在某些工作状态中排气管路3中的废气压力低于进气管路7中的压缩空气的压力。在这些状态下，不利用专门的辅助装置将回流管路10中的废气直接与进气管路7中的压缩空气直接混合是不可能的。为此，可以使用例如文氏管14。如果由增压汽油机代替上述燃机，回流管路10中的废气可被直接引入进气管路7中，这是因为在大致所有工作状态下，汽油机的排气管路3中的废气将具有比进气管路7中的压缩空气更高的压力。当废气已经与进气管路7中的压缩空气混合时，混合物经由歧管15引导到柴油机1的相应气缸。
柴油机1由第一冷却系统以现有方式冷却。第一冷却系统包括带有冷却剂的回路，冷却剂利用第一冷却剂泵16循环。该回路还包括温度调节器17和安装在第一区域A中的散热器18，周围的空气流过该散热器。散热器风扇9用于使第一区域A的空气流过散热器18和中冷器8。回流管路7中的再循环废气利用第二冷却系统在EGR冷却器12中冷却。第二冷却系统同样包括带有冷却剂的回路，回路中的冷却剂利用第二冷却剂泵19循环。该冷却系统还包括安装在第二区域B中的散热器元件20，周围的空气从第二散热器风扇21流过该散热器元件。第二散热器风扇21由电机22驱动。
在柴油机1工作过程中，排气管路3中的废气在被排出到外界之前驱动涡轮机4。因此涡轮机4具有驱动压缩机5的驱动动力。压缩机5压缩经由空气过滤器6引入进气管路7的空气。压缩空气在中冷器8中利用流过中冷器8的周围空气冷却。因此，中冷器8中的压缩空气被冷却到只比环境温度高几度的温度。在柴油机1的大多数工作状态下，控制单元13保持EGR阀11打开从而使排气管路3中的部分废气被引入回流管路10中。排气管路3中的废气通常处于大约600-700℃的温度。当回流管路10中的废气到达EGR冷却器12时，它们被第二冷却系统冷却。第二冷却系统包含在散热器元件20中被周围的空气冷却的循环冷却剂。通过合理设置散热器元件20的尺寸，在这些情况下可将冷却剂冷却到与周围环境温度大致相当的温度。可选地，第二冷却系统中的冷却剂流可被调节使得冷却剂被在通过散热器元件20之后被冷却到与周围环境温度大致相当的温度。为了实现冷却剂的这种冷却，通过散热器元件20的流体需要比较小。通过合理设计EGR冷却器12，当被引入EGR冷却器12时处于与周围环境温度大致相当的温度的冷却剂将EGR冷却器12中的废气冷却到只比周围环境温度高几度的温度。这样，回流管路10中的废气被冷却到与中冷器8中的压缩空气的温度大致相同的水平。
在增压柴油机1中，在某些工作状态下，排气管路3中的废气压力将因此低于进气管路7中的压缩空气的压力。文氏管14可用于在与回流管路10的连接部处局部减小进气管路7中的空气的静态压力，从而使废气可被引入进气管路7中的压缩空气中并与之混合。之后，废气和压缩空气的混合物经由歧管15引导到柴油机1的相应气缸。通过在EGR冷却器12中对再循环废气的这种冷却，装备有EGR的柴油机1可提供这样的再循环废气，即，所述再循环废气的温度与进气管路7中的压缩空气在中冷器8中冷却后的温度大致相当。被引导到柴油机1的废气和压缩空气的混合物因此具有与被引导到没有EGR的柴油机的压缩空气的温度大致相当的温度。利用本发明，装备有EGR的柴油机因此可具有与没有装备EGR的柴油机大致相当的性能。
图2描述了柴油机1的废气再循环的可替换装置。在该情况下，属于第二冷却系统的散热器元件20位于与中冷器8和散热器18相同的区域A中，空气流过该区域A。因此，第一散热器风扇9还可用于引导空气穿过散热器元件20。因此在该实例中不需要使用第二散热器风扇21。散热器元件20和中冷器8大致包括平的冷却装置，每个冷却装置在一个平面上具有主长度。在该实例中，散热器元件20和中冷器8被彼此并排安装在一个大致公共平面内，该平面与第一区域A中的空气流动方向大致垂直。此处，空气以平行方式被引导通过散热器元件20和中冷器8。这样就确保了处于周围环境温度的空气流过散热器元件20和中冷器8。中冷器8中的压缩空气和散热器元件20中的冷却剂因此被冷却到与周围环境温度大致相当的温度。在该实例中，属于第一冷却系统的散热器18被安装在沿空气流动方向处于散热器元件20和中冷器8的下游位置。因此在空气被引导通过散热器18之前首先被引导通过散热器元件20或中冷器8。因此，到达散热器18的空气将处于比周围环境温度高的温度。但是，当散热器18中的冷却剂不需要被冷却到周围环境的温度时，所述空气处于通常可很好地充分冷却散热器18中的冷却剂的温度。
本发明不限于图中描述的实施例，其可在权利要求的范围内进行各种变化。

Claims (10)

1.一种用于被第一冷却系统冷却的增压内燃机(1)的废气再循环的装置，所述装置包括：
将废气从内燃机(1)导出的排气管路(3)；
将高于大气压力的空气导入内燃机(1)的进气管路(7)；
回流管路(10)，其将排气管路(3)连接到进气管路(7)从而通过所述回流管路(10)可将废气从排气管路(3)再循环到进气管路(7)；以及
废气再循环冷却器(12)，在所述废气再循环冷却器中，回流管路(10)中的再循环废气在与进气管路(7)中的空气混合前被冷却剂冷却；
其特征在于：所述废气再循环冷却器(12)中的废气被循环冷却剂冷却，当所述循环冷却剂被导入所述废气再循环冷却器(12)中时，适于处于与周围环境温度大致相当的温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却剂在第二冷却系统中循环，所述第二冷却系统构成与第一冷却系统分开的冷却系统。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，第二冷却系统包括冷却剂泵(19)，利用所述冷却剂泵(19)，冷却剂循环通过冷却系统。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，第二冷却剂系统包括用于冷却循环冷却剂的散热器元件(20)，所述散热器元件(20)被安装在周围空气流过的区域。
5.根据权利要求2-4中任一所述的装置，其特征在于，第二冷却系统包括散热器风扇(21)，通过所述散热器风扇(21)使周围空气流过散热器元件(20)。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置包括中冷器(8)，所述中冷器(8)适于冷却进气管路(7)输入到内燃机(1)中的压缩空气。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，散热器元件(20)和中冷器(8)被安装到周围空气流过的分开区域(A，B)中。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，散热器元件(20)和中冷器(8)被安装到周围空气流过的公共区域(A)中。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，散热器元件(20)和中冷器(8)大致包括平的冷却装置，每个冷却装置在一个平面上具有主长度，散热器元件(20)和中冷器(8)被安装在公共区域(A)的大致公共平面上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，属于第一冷却系统的散热器(18)也被安装所述公共区域(A)中，沿空气流动方向处于散热器元件(20)和中冷器(8)的下游位置。
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