CN204175395U - 具有用来循环废气且供应冷却的增压空气的结构的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种内燃机，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气至内燃机(1)的结构，其中内燃机(1)具有废气增压(6、7)和废气冷却系统(16)，所述结构具有带一级或双级废气冷却器的废气冷却系统(16)，该废气冷却器带有第一冷却级(20)且必要时带有第二冷却级(21)，并且具有至少一个旁路(17)，以便绕开废气冷却器(16)的第一和/或第二冷却级，并且具有至少一个废气调节阀(15)；具有至少一个第一增压空气冷却器(25)和用来绕开第一增压空气冷却器(25)的旁路(30)，并且具有增压空气调节阀(28)，其中所述结构和或内燃机的部件这样构成或处理，使得它们与在废气冷却器(16)和/或增压空气冷却器(25)中产生的酸性冷凝物接触时抵抗所述酸性冷凝物。

Description

具有用来循环废气且供应冷却的增压空气的结构的内燃机
技术领域
本实用新型涉及一种内燃机，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气的结构，其中内燃机具有废气增压以及废气冷却系统。
背景技术
从现有技术中以各种各样的方式已知内燃机，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气的结构。因此从申请DE 10 2008 045 479 A1已知一种用来循环内燃机的废气的系统，其中内燃机具有带高压部件和低压部件的废气系统，其中该系统具有分离装置，该分离装置构造得使冷凝物从废气系统的高压部件的废气中分离出来并且使该冷凝物通过清除导管导入废气系统的低压部件中，以使冷凝物从该处从废气系统中导出。
因此在这种装置中在特定的运行状态下已知的不利效果是，在具有废气系统或增压空气系统的内燃机中产生冷凝物。
冷凝物在此是pH约为1至2的酸性冷凝物，它还包含硫酸和硝酸，并且冷凝物由于其腐蚀性的酸性特性会强烈地腐蚀所述结构的构件，该结构用来循环废气且供应冷却的增压空气至内燃机。
根据DE 10 2008 045 479 A1，该冷凝物通过分离器从循环的废气中分离出来，并且通过废气导管中的废气后处理单元输送到废气结构的低压侧，以便从该处抵达周围环境中。
在特定运行状态下，冷凝物主要在废气冷却器的区域中产生，并且在它分离和导出之前就可能已经在该处引起了强烈的腐蚀，这一点尤其对于内燃机及其构件来说是不利的。
文献DE 10 2005 008 103 A1公开了一种废气涡轮机-内燃机，其中在高压侧进行废气循环，其中废气涡轮机-内燃机具有冷凝物收集和/或排出装置，以便收集和排出废气热交换器产生的冷凝物。在此还在废气热交换器中产生冷凝物，并且在该处引起了强烈的腐蚀。
文献DE 10 2005 023 958 A1还公开了一种涡轮增压机结构，其中在废气冷却器中产生冷凝物，其中借助冷凝物分离器和后置的冷凝物除热器将冷凝物清除，因此包含在冷凝物中的酸优选转换为无害的气体和水。
所有提及的文献都在废气冷却器中允许产生冷凝物，该冷凝物会增加内燃机的构件的腐蚀。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种内燃机，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气的结构，该内燃机尽管产生了酸性的冷凝物仍然构造得很耐用。
此目的通过以下特征得以实现，其中提供了一种内燃机，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气至内燃机的结构，其中内燃机具有废气增压和废气冷却系统，所述结构具有带一级或双级废气冷却器的废气冷却系统，该废气冷却器带有第一冷却级且必要时带有第二冷却级，并且具有至少一个旁路，以便绕开废气冷却器的第一和/或第二冷却级，并且具有至少一个废气调节阀；具有至少一个第一增压空气冷却器和用来绕开第一增压空气冷却器的旁路，并且具有增压空气调节阀，其中所述结构和/或内燃机的部件这样构成或处理，使得它们与优选在废气冷却器和/或增压空气冷却器中产生的酸性冷凝物接触时抵抗酸性冷凝物。
在此有利的是，如果这些构件例如是废气阀和/或废气循环阀、废气冷却器、废气冷却器的第一和/或第二冷却级、高压区域中的增压空气冷却器、低压区域中的增压空气冷却器、抽吸通道或抽吸模块、内燃机的一个或多个进入阀、进入阀的阀引导器、进入阀的阀座圈、汽缸头的头部密封件、内燃机的汽缸的汽缸工作面、一个或多个活塞、一个或多个活塞环、活塞的环形凹槽、废气门、一个或多个涡轮增压器、废气通道和/或废气过滤器。
还有利的是，尤其通过选择材料的种类、涂层的种类、镀铬类型、铬层的种类、PVD-涂敷的种类来构成或处理，以保护这些构件。
通过下面的附图描述和从属权利要求描述了其它有利的构造方案。
附图说明
下面以至少一个实施例为基础并且借助附图详细地阐述了本实用新型。其中：
图1示出了根据本实用新型的内燃机的实施例，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气的结构。
具体实施方式
图1示出了内燃机，其具有用来循环废气且供应冷却的增压空气至内燃机1的结构，该结构被示意性地示出。在此，内燃机1构成为多汽缸的内燃机，其具有多个汽缸2，其中这一点也可借助任意数量的汽缸来进行，而不限制其普遍性。
在内燃机1中，用于燃料燃烧的空气通过抽吸模块3传输至各自的汽缸2中，其中该抽吸模块3根据各运行状态的要求将空气分散在汽缸2上。来自汽缸2的废气通过废气收集导管4收集并且通过废气导管5排出。
在此，废气传输至双级的增压结构中。该双级的增压结构在此通过两个涡轮增压机6、7表示，其中废气通过废气排出导管5引导到第一涡轮增压机6的第一涡轮机8上，并且从该处通过连接导管9继续引导至第二涡轮增压机7的第二涡轮机10。废气从该涡轮机10开始通过导管11传输到可选的微粒过滤器或其它的后处理装置12中，并且从该处传导到输出导管13中，废气例如通过机动车的排气消声器排放到周围环境中。
除了通过导管5和后置的涡轮增压机6、7将废气导出至导管13以外，还可通过导管14将废气循环至内燃机。在此，废气从排气岐管4传输到导管14中，并且通过相应存在的阀门15进行引导，并且通过废气热交换器16引回到内燃机的抽吸管3中。此外，还与废气热交换器16并联地设置旁通导管17，废气同样可通过该旁通导管流动。该废气在此也传输到该抽吸管3中。通过控制阀门15来分配流经废气冷却器16或者流经旁路17的废气的量，因此必要时既能够控制循环的废气的总量，还能控制废气在废气热交换器16和旁路17上的分配。因此，该阀门15不仅能控制废气在热交换器和旁路之间的分配，而且还能调节循环的废气的总量，这可根据运行状态通过电子控制器来实现。该阀门15在此有利地构成为实现了这两个功能的组合阀门。但备选地也可通过两个单个的阀门实现，一个阀门用来调节穿流的废气的量，一个阀门用来控制热交换器16的穿流和旁路17的穿流之间的分配。
为了实现控制，在热交换器16的输出端可以设有未示出的温度传感器，它能够有利地设置在旁路17的导管和废气热交换器输出端的汇集处之后，以便能够探测由废气热交换器16和旁路17混合的废气的温度。仅测量废气热交换器16的输出端上的废气温度，在必要的情况下也是足够的。在此有利的是，通过旁路流动的废气的量是可确定的，其中从中也可估算出典型的温度。因此还能确定混合温度。在旁通导管的输出端上探测温度，在必要的情况下也是足够的。
废气热交换器16有利地构成为双级的并具有第一冷却级，它也称为高温-冷却级20。废气热交换器16还具有第二冷却级，它也称为低温-冷却级21。在此，高温-冷却级20在废气流动方向上看设置在低温-冷却级21之前。有利地，废气热交换器16的高温级20和低温级21构成为一体的，因此废气只流经一个废气热交换器(作为具有两个冷却级20、21的废气热交换器)，这些冷却级构成为构造单元。备选地，具有两个冷却级的废气热交换器16也可构成为模块式的，并且由两个单个的热交换器20、21构成，它们例如通过管道连接彼此流体连接，因此废气首先流过具有第一冷却级的第一热交换器20，然后在从该热交换器20中流出的情况下流入具有第二冷却级的第二热交换器21中。因此，废气首先在热交换器的第一冷却级中冷却至一温度，其中该温度优选相当于借助内燃机的正常冷却液实施冷却的温度，因此该温度大致相当于冷却循环的冷却液温度。随后，该已经事先冷却的废气流经废气热交换器16的第二冷却级21，该冷却级优选借助第二冷却液冷却，该第二冷却液优选具有比第一冷却液更低的温度。因此，第二冷却液是所谓的低温冷却液。因此，经第二冷却级21冷却后的废气再次从第一热交换器20的起始温度冷却到最终温度Tend，该最终温度比第一热交换器的起始温度Taus-stufe1明显更低。
废气热交换器16的第一冷却级20具有旁路19，该旁路可通过阀门控制，但该阀门在图1中未示出。在此可借助该阀门来调节流经旁路19或者流经第一冷却级20的废气的量。在此，该未示出的阀门有利地设置在热交换器16或第一冷却级20的输入扩散器中或设置在它的前面。该旁路19相应地在第一冷却级20的热交换区域的输出端上终止，并且再次引导到第一冷却级20的第一热交换区域的端部区域和第二冷却级21的第二热交换区域的端部区域之间。因此，包围着第一冷却级20的第一热交换区域的废气仍然能够通过第二冷却级21冷却。
新鲜空气传输到开抽吸管3中，以实现在内燃机1的汽缸中的燃烧。在此，该新鲜空气作为所谓的增压空气在增大的压力下输入。在此通过输入导管22来实现所述输入，其中来自导管22的空气被涡轮增压机7的涡轮机23增压并且在第一压力之下混合，因此在第一涡轮增压机7的输出导管24中将该增压空气带到第一平均的增压空气压力Pmittel上。随后，该增压空气流经第一增压空气冷却器25，也称为低压-增压空气冷却器。该增压空气在增压空气冷却器25的输出侧流经第二涡轮增压机6的涡轮机26，并且在该处增压到第二高的压力水平Phoch。然后在涡轮增压机6的输出侧，该增压空气在导管27中通过阀门28输入第二增压空气冷却器29(即高压-增压空气冷却器)中。高压-增压空气冷却器29再次冷却增压空气，因此在增压空气冷却器29的输出侧存在着低温的增压空气。
与增压空气冷却器29并联地设置有旁路30，该旁路可由高压区域中的增压空气穿流。流经热交换器29或流经旁路30的增压空气的量的相关性通过阀门28来控制。在此，阀门28可控制流经增压空气冷却器29的增压空气的分配和量。然后在旁路30或热交换器29的输出侧上，该增压空气流入抽吸管3中，其中事先将循环的废气混入增压空气中。这一点在点63上进行，在该点上废气导管与增压空气导管相连。
在热交换器29的输出端上可设置温度传感器，它能够在增压空气冷却器29的输出端上探测增压空气的温度。
该旁路30这样构成，即它包含加热器32，该加热器能够通过辅助加热使流经旁路30的增压空气变暖。在此，该加热器32例如能够以电子方式控制并且能够以电力驱动。
通过在增压空气冷却器29的旁路30的区域中的辅助加热，可使变暖的增压空气这样混入冷却的增压空气中，即在增压空气传输到抽吸管3之前，能够有针对性地对增压空气的最终温度进行调节。
此外可看到，内燃机1包含第一冷却循环33和第二冷却循环34。第一冷却循环33是用于内燃机的冷却循环，它也可称为高温-冷却循环。与第一冷却循环33的温度相比，冷却循环34是降低了温度的冷却循环，它也可称为低温-冷却循环。冷却循环33具有泵35，该泵将冷却介质引导到内燃机的马达壳体中。冷却介质在该处流经内燃机，并且在输出端以提高的冷却温度离开内燃机。该冷却介质通过导管36从内燃机1中流出，并且通过调温阀37传输到旁路38和/或冷却介质冷却器39中，其中调温器37根据冷却介质温度来控制流经旁路38和/或热交换器39的冷却介质的量。冷却介质在热交换器39的输出侧再次通过泵35回流至内燃机。此外还示出了通风器40，它例如能以电子方式控制，用于冷却器39的冷却空气是可调节的。
冷却循环33还通过辅助通道41供应冷却介质，以便流经第一废气热交换器16或废气热交换器16的第一冷却级20，因此冷却介质能够在接口区域中流入废气热交换器16或第一冷却级20中，并且能够流经废气热交换器16或第一冷却级20，并且在从废气热交换器16或第一冷却级20中流出之后能够通过导管42再次引回到冷却循环33中。
因此，废气热交换器16的第一冷却级20通过第一冷却介质循环33的冷却介质质量流进行冷却。
第二冷却介质循环34(低温循环)具有冷却介质冷却器43，它优选在机动车的气流中设置在高温-冷却循环33的冷却介质冷却器39之前，因此在已经这样变暖的冷却空气44流经高温-冷却介质冷却器39之前，冷却空气首先流经低温-冷却介质冷却器43。
该低温-冷却介质借助泵45通过导管46且通过导管47引导到低压增压空气冷却器25上，该低温冷却介质在该处流经增压空气冷却器25，其中通过阀门48在增压空气冷却器25的输出端上控制该穿流。随后，冷却介质通过导管49再次回流至冷却器43。该冷却介质还从导管46出发通过导管50流入且流经第二增压空气冷却器29，其中阀门51在此还能再次控制流经增压空气冷却器29的低温冷却介质的质量流。在低温冷却介质排出之后，它通过输出导管52回流至低温-冷却介质冷却器43。
为了保护内燃机1的构件，相关的构件这样通过预设的措施进行保护，即它们持久地抵抗产生的冷凝物。
在此尤其涉及：
●废气阀15，即废气循环阀
●废气冷却器16、第一和/或第二冷却级20、21
●高压区域中的增压空气冷却器29
●低压区域中的增压空气冷却器25
●抽吸通道，也称为抽吸模块3
●内燃机的进入阀
●进入阀的阀引导器
●进入阀的阀座圈
●汽缸头的头部密封件
●内燃机的汽缸的汽缸工作面
●活塞
●活塞环
●活塞的环形槽
●废气门
●涡轮增压机6、7
●废气通道5、9、13
●废气过滤器12
尤其能够通过选择材料的种类、涂层种类、镀铬类型、铬层种类或PVD-涂层种类来进行处理，以保护相关的有危险的构件。在此可例如优选在汽缸工作面或其它部件上涂抹等离子喷镀层，。
作为内燃机的构件的材料，可例如应用含铬高的铁基材料，其具有以NiCR为基础的材料，例如Cr3C2/NiCr。在此可应用具有NiCr、WC、Co或碳化钛的铁基材料，以减少磨损。
也可应用这种材料来代替其它材料，以提高抗腐性或抗磨性。
此外还可应用具有NiCrBSi的材料，例如与铁或碳化物(例如WC或Cr3C2)结合。
此外还可应用铁基材料，其具有高的铬含量且具有陶瓷氧化物，如二氧化钛(TiO2)。
对于活塞环来说同样可应用含铬量高的铁基材料(如上所述)，它例如还包含陶瓷材料。它们可例如是二氧化钛或氧化铬(TiO2或Cr2O3)。
此外，还可借助铬来涂敷，或借助是镍基涂层的材料来涂敷。它还可优选借助磷来用。此外，DLC-涂层也是可行的。
根据本实用新型的涂层可以是：
借助PVD(物理气相沉积＝Physical Vapor Deposition)进行涂敷。在此沉积形成几纳米至几十微米厚度范围内的高品质摩擦功能层。在此，几乎所有的金属都可借助PVD方法来沉积。这些涂层也可当作可钎焊的涂层产生，并且它们适合于摩擦应用。
借助PACVD法(等离子辅助化学气相沉积)进行涂敷：通过等离子来帮助涂层从气相中沉积出来。
通过PVD和PACVD(PECVD)达到的涂层厚度在1μm-50μm之间。电镀的涂层厚度为几个100μm。
喷镀层或热喷镀层具有几个100μm的涂层厚度。
涂层的耐热性如下：借助PACVD实现的涂层的耐热性约达400℃。
借助PVD实现的涂层的耐热性约达1000℃。
在电镀涂层中耐热性达约800℃或更高。
基材如下：
在PVD中材料由金属构成。
在PACVD中材料大多是气体。
在喷镀层和热喷镀层中，材料是金属+陶瓷+氧化物。
在电镀的喷镀层中，材料大多是一种或多种金属。

Claims (3)

1.一种具有用来循环废气且供应冷却的增压空气至内燃机的结构的内燃机，其中内燃机具有废气增压以及废气冷却系统，所述结构 
-具有带一级或双级废气冷却器的废气冷却系统，该废气冷却器带有第一冷却级且带有第二冷却级，并且具有至少一个旁路，以便绕开废气冷却器的第一和/或第二冷却级，并且具有至少一个废气调节阀， 
-具有至少一个第一增压空气冷却器和用来绕开第一增压空气冷却器的旁路，并且具有增压空气调节阀， 
其中所述结构和/或内燃机的部件这样构成或处理，使得它们与在废气冷却器和/或增压空气冷却器中产生的酸性冷凝物接触时抵抗所述酸性冷凝物， 
其特征在于，这些与冷凝物连接的构件设置有涂层，并且这些涂层是PVD或PACVD-涂层，其中该涂层具有1μm至50μm的涂层厚度。 
2.一种具有用来循环废气且供应冷却的增压空气至内燃机的结构的内燃机，其中内燃机具有废气增压以及废气冷却系统，所述结构 
-具有带一级或双级废气冷却器的废气冷却系统，该废气冷却器带有第一冷却级且带有第二冷却级，并且具有至少一个旁路，以便绕开废气冷却器的第一和/或第二冷却级，并且具有至少一个废气调节阀， 
-具有至少一个第一增压空气冷却器和用来绕开第一增压空气冷却器的旁路，并且具有增压空气调节阀， 
其中所述结构和/或内燃机的部件这样构成或处理，使得它们与在废气冷却器和/或增压空气冷却器中产生的酸性冷凝物接触时抵抗所述酸性冷凝物， 
其特征在于，这些与冷凝物连接的构件设置有涂层，并且这些涂层是喷镀层或电镀层，其中该涂层具有几个100μm的厚度。 
3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，这些与冷凝物连接的构件是废气阀(15)或废气循环阀、废气冷却器(16)、废气冷却器的第一和/或第二冷却级(20、21)、高压区域中的增压空气冷却器(29)、低压区域中的增压空气冷却器(25)、抽吸通道或抽吸模块(3)、内燃机的一个或多个进入阀、进入阀的阀引导器、进入阀的阀座圈、汽缸头的头部密封件、内燃 机的汽缸的汽缸工作面、一个或多个活塞、一个或多个活塞环、活塞的环形凹槽、废气门、一个或多个涡轮增压器(6、7)、废气通道(5、9、13)和废气过滤器(12)。 
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