CN201574845U - 内燃机系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种内燃机系统(1)，其特别用于汽车中，其中该内燃机系统包括内燃机(2)；包括新鲜气体系统(3)，该新鲜气体系统用于供应新鲜气体至内燃机(2)；包括废气系统(4)，该废气系统用于从内燃机(2)中排出废气；包括废气再循环系统(5)，该废气再循环系统用于在排出点(11)从废气系统(4)中排出废气和在引入点(12)将排出的废气引入到新鲜气体系统(3)中。为了提高废气再循环，该废气系统(4)具有位于排出点(11)下游的废气阀(14)从而能够控制废气系统(4)的可穿透截面。

Description

内燃机系统
技术领域
本实用新型涉及一种内燃机系统，特别地在汽车中。
背景技术
传统地，内燃机系统包括内燃机，新鲜气体系统，废气系统和废气再循环系，该内燃机如柴油发动机或汽油发动机，该新鲜气体系统用于供应新鲜气体至内燃机中，该废气系统用于从内燃机中将废气导出，该废气再循环系统用于在排出点(removal point)从废气系统中排出废气和在引入点(introduction point)将排出的废气引入到废气系统中。进行该废气再循环的目的是为了降低污染排放值和内燃机的燃料消耗。
为了完成废气再循环，需要在排出点和引入点之间存在压降。特别地，在增压内燃机中，要提供足够的压降是存在问题的。
实用新型内容
本实用新型致力于以下问题，即提供一种改良的实施方式用于上述类型的内燃机，该实施方式的特征在于具有改良的废气再循环。
“此段删除”
本实用新型的内燃机系统特别用于汽车中，包括内燃机；包括新鲜气体系统，该新鲜气体系统用于供应新鲜气体至内燃机；包括废气系统，该废气系统用于从内燃机中排出废气；包括废气再循环系统，该废气再循环系统用于在排出点从废气系统中排出废气和在引入点将排出的废气引入到新鲜气体系统中；其中，该废气系统还具有位于排出点下游的废气阀(exhaustgas valve)来控制废气系统的截面，该截面能够被流通。即在排出点的下游处在废气系统中安置废气阀，该废气阀以下述方式设计，即可以控制流通废气的废气系统的截面。带有该废气阀的相应控制，该设计使得能够在废气系统中在所述废气阀的上游处，产生在压力上的指定提高。这种方法可以增加在排出点和引入点之间的压降，因此提高了废气的再循环。
根据优选的实施方式，废气阀可以以下述方式设计，即其能够动态可控。如果例如通过相应的阀控制器，存在动态可控的或者受控的废气阀，该废气阀的开关状态被设定或者能够被设定作为内燃机运转状态的函数。例如，该废气阀可以作为载荷和/或内燃机发动机转速的函数被动态操作，从而能动态地调整在RS上的废气压力而改变用于再循环废气的需要量(requirement)，该需要量基于内燃机的运转状态而改变。
另外，该废气阀可以被设计为高速开关阀(fast-switching valve)。高速开关阀为在相对瞬时的时间量内可以在两个极值控制位置(extreme control position)之间调整的一种阀。例如，所述高速开关阀可以在以下两个控制位置之间利用低于50ms或者低于20ms或者低于10ms或者低于5ms的开关时间调整，所述控制位置之一为带有可流通的最大打开截面的位置，另一个为带有最小打开或者封闭截面的位置。所述快速开关阀通常可以为气体脉冲阀(airimpulse valve)，可以为了下述目的而在新鲜气体系统中使用该气体脉冲阀，即通过使用流量动态效应而达到内燃机的脉冲负载(impulse charge)。
在另一个优选的实施方式中，为了完成预定的废气再循环率，可以提供采用下述方式设计的废气阀，即为了产生类脉冲的压力脉冲，在废气再循环系统中，该废气阀被设计为能够利用预定的频率控制。通过产生压力脉冲，可以在再循环废气的压力曲线中产生比较高的幅度。在排出点和引入点之间存在这些压力幅度范围内的比较大的压降，该压降促进了废气再循环。类脉冲压力脉冲可以特别地通过废气系统截面的快速打开和关闭而完成，这是由于在截面上的短时间改变引起流量动态效应提升导致了所需的脉冲形成，所述截面可以被流通。
本实用新型的其它重要特征和优点可以在附图、和参考附图的相关说明中发现。
应该理解的是上述和下文将要描述的特征并不仅仅在所述的组合中使用，而且在不脱离本实用新型范围的情况下，也能在其它组合中或者单独使用。
本实用新型优选的实施方式如附图中所示，并在具体实施方式中进行更详细描述，相同的附图标记涉及相同的或者功能相同或相似的组件。
附图说明
以下附图以示意图形式表示，
图1-3表示了内燃机系统不同实施方式的极大简化的，类电路图的示意图。
具体实施方式
对应于图1-3，内燃机系统1包括内燃机2，新鲜气体系统3，废气系统4，以及废气再循环系统5，该内燃机系统1特别地可以安置到汽车中。该内燃机可以为柴油发动机或汽油发动机或者类似物。该内燃机2可以被设计为纯进气发动机或，在这种情况下，作为增压发动机。在所示的增压实施例中，内燃机1另外被装配上了，例如，废气涡轮增压器6，该废气涡轮增压器的涡轮7被安置在废气系统4中同时其压缩机8安置在新鲜气体系统3中。
新鲜气体系统3用于供应新鲜气体，特别的为空气，至内燃机2中。为此，新鲜气体系统3具有与内燃机2相连的新鲜气体管路9，在这种情况下，新鲜气体管路安置到压缩机8中。
废气系统4用于将废气导出内燃机2。为此，该废气系统4包括与内燃机2相连的废气管路10和，在这种情况下，包括涡轮7。
废气再循环系统5被设计用于在排出点11从废气系统4中排出废气并在引入点12引入该排出的废气至新鲜气体系统3内。为此，该新鲜气体系统5具有废气管路13，该废气管路13一方面通过排出点11与废气管路10相连，同时另一方面，通过引入点12与新鲜气体管路9相连。
为了提高废气的再循环，提供废气阀14安置在废气系统4中或者在废气管路10中，位于排出点11的下游。该废气阀14以下述方式设计，即废气系统4或者废气管路10的截面可以随之被控制，该截面可以被流通。通过减少废气系统4的截面，废气中的压力在废气阀14的上游处增加，其增加了在排出点11和引入点12之间的压力差，该截面可以被流通。该压力差推动该废气在新鲜气体系统3的方向上进行再循环。通过废气阀14在其上游进行的动压力的指定产生使得再循环废气的量得到增加成为可能，其全面提高了废气再循环。
一个特别有利的实施方式，其中废气阀14被设计为动态可控的。所述设计使得，特别地，能够操作废气阀14作为内燃机2动态增压运转状态的函数从而能够，通过动态地控制在排出点11的废气压力，调整废气再循环率或者废气再循环量至动态增压需要量。特别地，废气阀14可以因而作为发动机转速和/或内燃机2载荷的函数进行动态操作。提供阀控制器15用于操作或控制废气阀14，其中阀控制器以合适的方式与废气阀14相连并同时还与发动机管理系统相连或者结合到其中，举例来说。
该废气阀14可以优选地被设计为快速开关阀，其可以在相对短的开关时间或控制时间内实现所需的废气系统4的截面转换，该截面为流通截面。例如，废气阀14可以在毫秒范围内，在关闭位置或仅带有最小流通量的截面的位置与打开位置或带有最大打开截面的位置之间转换。更具体地，该快速开关废气阀14可以以相同的频率范围开关，在该频率范围中发生了内燃机2的增压交换过程。在这种方式下，废气阀14的同步可以相应于废气中的压力波动而调整，一旦由于发生废气系统4中的增压变化过程，就会出现该波动。例如，在波动废气流动中的压力幅度可以以制定方式增加。
废气阀14可以被设计为非连续运转阀，其中阀组件，如蝶形阀，带有反方向的运动，可以在至少两种预定的控制位置之间转换。非一般性限定，所述非连续运转废气阀14可以具有挡板(flap)，例如，作为阀组件，其沿旋转轴是轴向可旋转的并且其可以在关闭位置和打开位置之间转换。以这种方式，该阀组件在旋转的一个方向上旋转封闭，在旋转的另一个方向上旋转打开。另外，非连续运转阀的一个特征在于，各自的阀组件在各自设定的控制位置上以下述方式保持特定的一段时间，该方式为阀组件仅在暂时限定制和快速地发生转换过程期间处于运动状态。
可替换地，废气阀14也可以为连续运转阀，其阀组件采用相同的运动方向在至少两个不同控制位置运转。非一般性的限定，所述连续运转废气阀14可以具有挡板或回转阀，例如，作为阀组件，其可以沿旋转轴被可旋转地驱动。连续运转废气阀14的一个限定特征为，在阀的运转期间，各自的阀组件均保持在相同的旋转方向上旋转，因而，带有预定的旋转速度，其通过关闭角度范围和打开角度范围，例如。通过所述连续运转废气阀14，可以得到极其短的开关时间，而且还有可能得到在截面上发生持续的改变和各自的阀组件持续地运动。通过改变旋转速度，开关时间可以在所述连续运转废气阀14中被设定。
根据一个特别优选的实施方式，可以提供以下述方式控制相应的废气阀14，即类脉冲压力脉冲可以以预定的频率在废气再循环系统5中产生。这些压力脉冲可以以指定形式设计，即可以随之实现预定的废气再循环率。例如，通过废气阀14，利用该废气阀，可以得到比较短的开关时间，也就是说特别地带有快速开关废气阀14，可以利用流量动态效应来产生所述压力脉冲。另外，已经存在于废气流中并由增压变化过程产生的压力波动，可以通过相应的适应和废气阀14的同步控制而增加，从而产生所需的压力脉冲。
此处，涉及到装配了废气涡轮增压器的内燃机1，可以另外安置新鲜气体冷却器16在新鲜气体系统3中，其中该新鲜气体冷却器通常被指定为进气冷却器。该新鲜气体冷却器16位于压缩机8的下游，在新鲜气体管路9中。引入点12优选地安置在新鲜气体冷却器16的上游。再循环废气可以以这种方式进行额外的冷却。而且，由于混合物必须通过新鲜气体冷却器16，新鲜气体和再循环气体的混合可以因此得到增强。
在此处所示的实施方式中，提供可以任选地安置到废气再循环系统5中或者在废气再循环管路13中的再循环阀17，为了在引入点12的上游控制废气再循环系统5的截面，该截面可以被流通。在一个简单的例子中，该再循环阀17可以为反向阻断阀，该反向阻断阀避免新鲜气体错误地通过废气再循环系统5流入废气系统4中。所述反向阻断阀可以被动运转。在一个特殊的实施方式中，该再循环阀17可以例如，通过阀控制器15控制。该可控的再循环阀17可以特别地用于增加由废气阀14产生的压力脉冲，或者用于在不控制该废气阀14产生压力脉冲时，生产所述脉冲。该可控的再循环阀17可以同样被控制从而避免新鲜气体错误地流动通过废气再循环系统5进入废气系统4。另外，例如，还可以操作该可控的，也就是主动的，再循环阀17用于控制压力脉冲，从而能全部或者仅部分地允许压力脉冲通道，该压力脉冲是通过废气阀14产生的。与被动运转的反向阻断阀相反，可控的再循环阀17可以控制显著更多的截面，因此相应地减少了流动阻力，该截面可以被流通。
额外地或者可替换地，新鲜气体阀18可以安置在新鲜气体系统3中。该新鲜气体阀被安置在新鲜气体管路9中的在引入点12的上游处，并可以优选地被设计为，可以控制新鲜气体系统3的截面，该截面可以被流通。通过所述新鲜气体阀18，在新鲜气体阀18下游的新鲜气体中的压力可以通过降低截面而降低，其增加了在排出点11和引入点12之间的压力差，其中该截面可以被流通。另外，为了提高废气的再循环，通常能够通过所述新鲜气体阀18以指定方式增加新鲜气体中的压力波动，其中由于新鲜气体系统3中的增压变化过程，已经存在波动。新鲜气体阀18也优选地能够通过阀控制器15操作。
为了能够采用上述的操作方式带有相应的高动态而实现控制或者操作再循环阀17或者新鲜气体阀18，再循环阀17和/或新鲜气体阀18可以以快速开关阀的形式被设计为动态可控地和/或可开关的。此外，该再循环阀17和/或新鲜气体阀18可以被设计为非连续运转阀或作为连续运转阀。
常规地，该废气再循环系统5可以包括废气再循环冷却器19，该再循环冷却器被安置在废气再循环管路中在再循环阀17的上游处。就像带有新鲜气体冷却器16那样，该废气再循环冷却器19可以同样地结合到冷却回路20中，该冷却回路通常为内燃机2的冷却回路。
在废气系统4中，可以在排出点11上游处安置减振空间(damping volume)。例如，在本实施例中，废气管路10包括安置在引入点11上游的减振空间22。额外地或者可替换地，该废气系统4可以具有在废气阀14下游的减振空间23。例如，可以在减振室24中进行如此设计，举例来说，该减振室被安置在废气管路10中在废气阀14的下游。额外地或者可替换地，可以在废气系统3中在新鲜气体阀18的上游或者引入点12的上游安置减振空间25，例如。可以在减振室26进行如此安置，举例来说，其可以安置在新鲜气体管路9中在引入点12的上游或者新鲜气体阀18的上游。额外地或者可替换地，减振空间27可以在引入点12的下游处被安置在新鲜气体系统3中。例如，该减振空间27可以被安置在减振室28中，该减振室被设计在引入点12的下游处在新鲜气体管路9中。该减振空间21、23、25、27以下述方式进行测量，即其极大地减振了在废气再循环系统5中的来自于废气系统4和/或新鲜气体系统3的动态压力变化，该压力变化是通过废气阀14开关过程产生的并在再循环阀17或者新鲜气体阀18的范围内。例如，在废气再循环系统5中产生的压力脉冲可以在各自的减振室22、24、26、28中以下方式被减振，即这些压力脉冲并不到达内燃机2或并不到达排气涡轮增压器6。同时，通过这些减振空间21、23、25、27，可以避免附带压力脉冲产生的噪声发展通过新鲜气体系统3或者废气系统4排出到内燃机1的周围环境中去。
在图3所示的实施方式中，至少一个附加的组件29附加地安置在废气系统4中，该组件通常也可以在图1和2中存在。举例来说，该组件29可以为微粒过滤器，氧化催化转化器，NOX储存式催化转化器，AdBlue系统或任何所述组件的组合。此外，最令人感兴趣的是下述实施方式，其中在排出点11的上游处在废气系统4中安置颗粒过滤器。这种配置使得再循环废气能够比较清洁，因而能够降低在引入点12下游处的新鲜空气系统3通过与再循环废气接触而受到污染的可能性。
在图1所示的实施方式中，排出点11在涡轮7的上游处被安置在废气系统4中，同时该引入点12在压缩机8的下游处被安置到新鲜气体系统3中。在该实施方式中，废气再循环因而在废气端和新鲜气体端发生，各自地在高压区域上。本实施方式涉及的系统因而为高压废气再循环系统。本实施方式具有以下优点，即能够显著地降低再循环废气污染压缩机8的风险。
在图2所示的实施方式中，排出点11在涡轮7的下游处被安置在废气系统4中，同时该引入点12在压缩机8的下游处被安置在新鲜气体系统3中。在本实施方式中，排出点11因而位于低压区域中，同时引入点12安置在高压区域中。本实施方式涉及的系统因而可以为低压/高压废气再循环系统。在涡轮7的下游安置排出点11的配置使得再循环废气具有降低的温度。由此，由于其仅需要降低的耐温度性，所以特别能够更经济地设计该废气阀14。
根据图2所示的实施方式，应该指出的是通过废气阀14，基本上能够从废气系统4的低压侧至新鲜气体系统3的高压侧再循环废气。这特别是由于通过压力脉冲产生的废气再循环而实现的，该压力脉冲可以通过废气阀14实现。
在图3所示的实施方式中，排出点11在涡轮的下游处被安置在废气系统4中，同时引入点12在压缩机8的上游处被安置在新鲜气体系统中。因而在该实施方式中，排出点11以及引入点12都位于低压区域。由此，该系统为低压废气再循环系统。在该实施方式中，与图2所示的实施方式相比，废气再循环被简化了，因为在压缩机8的上游存在显著降低的压力。

Claims (11)

1.一种内燃机系统(1)，其特别用于汽车中，
-包括内燃机(2)；
-包括新鲜气体系统(3)，该新鲜气体系统用于供应新鲜气体至内燃机(2)；
-包括废气系统(4)，该废气系统用于从内燃机(2)中排出废气；
-包括废气再循环系统(5)，该废气再循环系统用于在排出点(11)从废气系统(4)中排出废气和在引入点(12)将排出的废气引入到新鲜气体系统(3)中；
-其中，该废气系统(4)具有位于排出点(11)下游的废气阀(14)来控制废气系统(4)的截面，该截面能够被流通。
2.根据权利要求1所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
-该废气阀(14)是动态可控地和/或
-该废气阀(14)被设计为快速开关阀和/或
-该废气阀(14)被设计为非连续运转阀，该不连续运转阀的组件可以在两个预定的控制位置之间采用相反的运动方向进行开关，或者所述废气阀被设计为连续运转阀，该连续运转阀的组件在相同的运动方向上运转通过至少两个不同的控制位置。
3.根据权利要求1所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
该废气阀(14)被设计为在废气再循环系统(5)中和/或为可控地带有预定的频率。
4.根据权利要求2所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
该废气阀(14)被设计为在废气再循环系统(5)中和/或为可控地带有预定的频率。
5.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
该排出点(11)在排气涡轮增压器(6)的涡轮(7)的上游处被安置在废气系统(4)中，同时引入点(12)在排气涡轮增压器(6)的压缩机(8)的下游处被安置在新鲜气体系统(3)中。
6.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
该排出点(11)在排气涡轮增压器(6)的涡轮(7)的下游处被安置在废气系统(4)中，同时引入点(12)在排气涡轮增压器(6)的压缩机(8)的下游处被安置在新鲜气体系统(3)中。
7.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
该排出点(11)在排气涡轮增压器(6)的涡轮(7)的下游处被安置在废气系统(4)中，同时引入点(12)在排气涡轮增压器(6)的压缩机(8)的上游处被安置在新鲜气体系统(3)中。
8.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
该引入点(12)在新鲜气体冷却器(16)的上游处被安置在新鲜气体系统(3)中。
9.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
用于控制废气再循环系统(5)截面的再循环阀(17)在引入点(12)的上游处被安置在废气再循环系统(5)中，其中该截面能够被流通。
10.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
用于控制新鲜气体系统(3)截面的新鲜气体阀(18)在引入点(12)的上游处被安置在新鲜气体系统(3)中，其中该截面能够被流通。
11.根据权利要求1-4任一项所述的内燃机系统(1)，其特征在于：
-在废气系统(4)中，减振空间(21)被安置在排出点(11)的上游处，和/或
-在废气系统(4)中，减振空间(23)被安置在废气阀(14)的下游处，和/或
-在新鲜气体系统(3)中，减振空间(25)被安置在引入点(12)的上游处或在新鲜气体阀(18)的上游处，和/或
-在新鲜气体系统(3)中，减振空间(27)被安置在引入点(12)的下游处。
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