CN101506487B - 用于给涡轮增压的活塞式内燃机供应新鲜空气的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于给压燃式的活塞式内燃机供应新鲜气体的装置，其具有新鲜气体供应管道和废气总管，在这二者之间装入废气再循环装置，包括新鲜气体供应管道的管形的内腔段及设在内腔段中的活门，一压缩空气接头侧向通入该内腔段并设有流量调节装置，内腔段具有用于废气涡轮增压器的增压空气流入的第一端部接头和用于增压空气流出的第二端部接头，活门设在压缩空气接头和第一端部接头之间并联接在调整装置上，该调整装置连接在活塞式内燃机的电子控制单元上，废气再循环装置的调节阀连接在活塞式内燃机的电子控制单元上，以实现对活门与流量调节装置和调节阀的同步操作。本发明还涉及一种用于改进压燃式的活塞式内燃机加速和排放性能的方法。

Description

用于给涡轮增压的活塞式内燃机供应新鲜空气的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于给涡轮增压的压燃式的活塞式内燃机供应新鲜空气的装置和方法。
背景技术
本发明内容的类型的新鲜空气供应装置用于对废气涡轮增压器提供辅助。特别是在涡轮增压的压燃式的活塞式内燃机的低转速区域，所连接的涡轮增压器由于缺少足够的驱动能量而多数不能实现必要的增压压力。在加速离开较低的转速时，驾驶员可以感觉到这种情况。这已知为所谓的涡轮空洞效应(Turbolocheffekt)。为了补偿这种涡轮空洞效应，在必要的情况下将来自机动车辆的一压缩空气存储器的压缩空气输入到活塞式内燃机的进气管中。很多机动车辆类型，如商用车辆或大客车本来已经具有一压缩空气网路，由该压缩空气网路对气动制动装置进行供应。
由WO 2005/064134 A1给出了一种所述类型的用于活塞式内燃机的新鲜空气供应装置。通过废气涡轮增压器压缩的增压空气按废气再循环(AGR)的方式通过一进行管进入汽缸室。此外一压缩空气管道在侧向通入所述进气管，所述压缩空气管道通过一阀受控制地打开或关闭。为了补偿所述涡轮空洞效应，打开所述阀，从而外部的压缩空气进入吸入腔，这里所述压缩空气由压缩空气***的压缩空气存储器中提取。为了避免这种附加输入的压缩空气回流，在进气管内在涡轮增压器前面设置一强制操作的止回阀。
这种止回阀可以设计成进气管道中的一活门。该活门的强制操作装置设置在吸气管道中，通常通过一电子控制的电机触发。在US 4,624,228中对于具有废气再循环装置的柴油发动机建议，在吸气管道内设置一活门，在柴油发动机冷启动时沿关闭的方向操作该活门，此外，在正常运行中该活门是完全打开的。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于涡轮增压的、设有废气再循环装置的活塞式内燃机的有效的新鲜气体供应装置，该新鲜气体供应装置装备有压缩空气吹入装置，所述新鲜空气供应装置可以广泛地用于涡轮增压的压燃式的活塞式内燃机中。
该目的通过一种如下所述的新鲜气体供应装置来实现。该用于给涡轮增压的、压燃式的活塞式内燃机供应新鲜气体的装置具有一新鲜气体供应管道和一废气总管，在所述新鲜气体供应管道和废气总管之间装入一废气再循环装置，包括所述新鲜气体供应管道的一管形的内腔段以及一设置在内腔段中的、用于通流调节的可调的活门，一压缩空气接头侧向通入所述内腔段，该压缩空气接头设有一流量调节装置，其中所述内腔段具有一用于废气涡轮增压器的增压空气流入的第一端部接头和一用于废气涡轮增压器的增压空气流出的第二端部接头，所述活门设置在压缩空气接头和第一端部接头之间并联接在一调整装置上，用于操作的该调整装置连接在活塞式内燃机的一用于处理传感器信号的电子控制单元上，其中，废气再循环装置的电子控制的、调节废气流通量的调节阀连接在活塞式内燃机的电子控制单元上，以便实现对活门与流量调节装置和废气再循环装置的调节阀的同步操作。
按照一种优选实施方式，对于活门的位置、对于废气再循环装置的调节阀的位置和对于流量调节装置的位置分别设置一个传感器，各所述传感器连接在活塞式内燃机的电子控制单元上，用于测量活塞式内燃机的运行参数的各传感器也连接在所述电子控制单元上，以便进行数据处理。
按照一种优选实施方式，在新鲜气体供应管道中设置在活门前面和后面的各压力传感器的电输出端连接在电子控制单元上。
按照一种优选实施方式，所述活门设置在新鲜气体供应管道的一新鲜气体管道段模块中，所述新鲜气体供应管道包括在活门前面和活门后面的压力传感器以及压缩空气接头，其中，在活塞式内燃机的各气缸和新鲜气体管道段模块之间的新鲜气体供应管道的总管中设置废气出口接头。
按照一种优选实施方式，压力传感器的输出端连接在新鲜气体管道段模块的电控制单元上，用于测量压缩空气容器中的压力。
按照一种优选实施方式，压力传感器的输出端连接在新鲜气体管道段模块的电控制单元上，用于在流量调节装置的附近测量管道中的压力。
在方法技术方面所述目的通过如下所述的方法来实现。在该用于改进压燃结构类型的、具有涡轮增压装置和废气再循环装置的活塞式内燃机的加速和排放性能的方法中，所述活塞式内燃机设有一压缩空气存储器，利用该压缩空气存储器将压缩空气吹入新鲜气体供应管道的新鲜气体管道段模块中，以受调节地进行临时吹入，为此作为附加的调节元件使用一活门，用于调节废气再循环装置和用于调节压缩空气吹入，该方法具有以下方法步骤：确定转矩要求信号并将该数据输送给电子控制单元，确定发动机的各特征值并将所述特征值输送给电子控制单元，确定新鲜气体管道段模块的、在气缸进气门和活门之间的内腔中的空气压力并将该压力值输送给电子控制单元，以及在电子控制单元中对前面所输送的数据进行处理，以产生用于对活门与流量调节装置和废气再循环装置的调节阀进行同步操作的操作输出信号。
按照一种优选实施方式，在用于产生用于操作活门的操作输出信号的电子控制单元中，在废气再循环装置和压缩空气吹入同时响应的情况下，总是优先使用压缩空气吹入的响应。
按照一种优选实施方式，在用于产生用于沿关闭方向操作活门的操作输出信号的电子控制单元中，在废气再循环装置和压缩空气吹入同时响应的情况下，总是优先使用压缩空气吹入的响应。
按照一种优选实施方式，压力传感器的输出端连接在新鲜气体管道段模块的电/电子控制单元上，该压力传感器用于测量压缩空气容器中的压力。
按照一种优选实施方式，在吹入期间，在电子控制装置中连续地传递并处理设置成用于测量压缩空气容器中的压力的压力传感器的信号，由此连续地确定流量调节装置的吹入压缩空气的质量流，并将其结果作为输入信号提供给活塞式内燃机的电子控制单元。
按照一种优选实施方式，在吹入之前，在电子控制单元中传递并处理设置成用于测量吹入空气在管道中的压力的压力传感器的信号，由此连续地确定流量调节装置的吹入压缩空气的质量流，并将其结果作为输入信号提供给活塞式内燃机的电子控制单元。
按照一种优选实施方式，质量流的信号和压缩空气容器的容积值一起在吹入期间用于通过计算确定压缩空气容器的压力。
根据本发明对所述新鲜气体供应装置中的一活门这样进行控制，即，使所述活门作为调节活门等价地适用于压缩空气吹入装置和适用于废气再循环装置，即，对活门的操作可以满足活塞式内燃机的两种调节要求。此外本发明的优点是，通过对压缩空气吹入装置和废气再循环装置进行共同的控制/调节，可以改善涡轮增压的活塞式内燃机的加速和排放性能。
附图说明
下面结合参考附图对本发明的几个优选实施例的说明来详细说明其它的用于改进本发明的措施。附图中：
图1示出具有新鲜气体供应装置和废气再循环装置的涡轮增压的活塞式内燃机的框图，以及
图2示出新鲜气体供应装置的设计成模块的新鲜气体管道段的细部框图。
具体实施方式
根据图1，一设备1包括一具有六个成行的气缸3的涡轮增压的活塞式内燃机2，所述气缸的进气管道4连接在一新鲜气体供应管道5上，该新鲜气体供应管道具有一连接凸缘7，一新鲜气体管道段模块8以其用于流出的第二端部接头9连接在该连接凸缘上。用于流入的第一端部接头10通过一管道11与增压空气冷却器13的流出口12相连，所述增压空气冷却器的流入口14通过一管道15与涡轮压缩机17的流出口16相连。涡轮压缩机17的流入口18上连接一带有管道20的空气过滤器19，所述管道20包含一质量流传感器21。所述涡轮压缩机17构成废气涡轮增压器22的一部分，所述废气涡轮增压机的废气轮机23以其流入口24连接在废气总管26的流出口25上。气缸3通过排气管道27连接在废气总管26上。废气轮机23的流出口28与废气管29相连接。
对气缸3的燃料供应通过喷油嘴30进行，对所述喷油嘴的调节通过来自中央的电子控制单元38的第一接线端32的导线31来实现。加速踏板33的一接线端34通过导线36连接在电子控制单元38的接线端37上。加速踏板33设有一操作机构，该操作机构按本身已知的方式由机动车辆的驾驶员操作。质量流传感器21通过电导线64连接在电子控制单元38的接线端63上。电子控制单元38的电接线端39通过总线40与新鲜气体导管段模块8的电子控制单元35的电接线端41相连。
新鲜气体导管段模块8具有一压缩空气接头42，该压缩空气接头通过管道43连接在压缩空气容器45的出口接头44上。压缩空气容器45的供应接头46通过管道47连接在压缩空气压缩机49的压缩空气接头48上。在管道47中装入一压力调节器50和一空气干燥器51。压缩空气压缩机49具有一抽吸接管52，该抽吸接管设有一空气过滤器53。压缩空气压缩机49的轴54通过一带传动装置55与机动车辆的涡轮增压的柴油发动机的主轴56相连。压缩空气容器45设有一压力传感器69，该压力传感器通过电导线70连接在电子控制单元35的接线端71上。
设备1此外还设有一废气再循环装置57，该废气再循环装置以其废气接头58连接在废气总管26上，以其废气出口接头59连接在新鲜气体供应管道5上，所述新鲜气体供应管道向气缸3中导入新鲜气体。所述废气再循环装置57包括一调节阀60和一用于冷却流过的废气的热交换器61。所述热交换器61利用发动机冷却器的冷却水作为冷却剂，各接头没有示出。为了满足排放上的高要求，在废气管29中在废气轮机23的后面串联地设置一具有缓冲过滤器(
Figure GSB00000499626800061
)和***的催化器/颗粒过滤器62。调节阀60利用一电导线65连接在电子控制单元38的接线端66上，该控制单元控制调节阀60，此外，新鲜气体管道段模块8的两个所示的元件，即一活门67和一流量调节装置68通过一电总线40由电子控制单元38控制。通过活门67将新鲜气体管道段模块8的流入腔91和流出腔92分开并调节新鲜气体流的横截面，通过流量调节装置68调节通过管道43的压缩空气流。
在图2中示出这种模块8的细部，所述模块设计成管式的，并且具有第一端部接头10以及第二端部接头9，在所述第一和第二端部接头之间形成一内腔段88，该内腔段具有圆形横截面。内腔段88适宜地由壁部89包围，活门67的轴90支承在所述壁部中并穿过所述壁部。活门67将内腔段88分成两个部分，即在第一端部接头10和活门67之间形成的流入腔91和在第二端部接头9和活门67之间形成的流出腔92。
活门67具有一关闭的和一完全打开的终点位置，以及任意的中间位置，所述中间位置可以通过旋转轴90调整。为此设置的调整装置96在该实施例中设计成电动机并设有一调整装置接线端74，所述调整装置接线端通过一导线79与电子控制装置35的第一接线端80相连。通过调整装置接线端74给调整装置96供电；由位置测量传感器93的接线端95可以获取一关于活门67的位置的信号；该接线端95又通过一导线81连接在模块8的电子控制单元35的接线端82上。
在壁部89中还在第二端部接头9和活门67之间形成一压缩空气流入口97，压缩空气接头42连接在该压缩空气流入口上，所述压缩空气接头装备有一流量调节装置68。流量调节装置68也具有一完全闭锁的位置。具有一阀99的流量调节装置68的电控制接线端98通过导线77连接在模块8的电子控制单元35的接线端78上。
固定在壁部89上的压力传感器72a的接线端76通过导线75连接在电子控制单元35的接线端76上；带有输出端100a的压力传感器72a的压力测量仪73伸入新鲜气体管道段模块8的流出腔92中。固定在壁部89上的压力传感器72b的类似的接线端84经由输出端100b通过导线83连接在电子控制单元35的接线端84上。压力传感器72b的压力测量仪73b伸入模块8的流入腔91中。
模块8的电子控制单元35设有一中央接线端41，中央总线40连接在该中央接线端上。总线40设计成连接在未示出的发动机电子装置上的通信导线，所述发动机电子装置包括一中央控制单元(ECU)，该中央控制单元设置有相应的软件。
新鲜气体管道段模块8在两个端部上设有管道接头86和87，所述管道接头适于密封地装入管道11中，通过该管道11实现对涡轮增压的柴油发动机的新鲜气体供应。管道接头86和87设计成使其适于固定新鲜气体管道段模块8。
流量调节装置68在流入口处具有一可更换的节流阀85，由此限定通过流量或者模块式地与发动机尺寸相匹配。该(新鲜气体供应)装置优选设计成使压力传感器69的输出端连接在新鲜气体管道段模块8的电子控制单元35上，压力传感器69用于测量压缩空气容器45中的压力。
具有新鲜气体管道段模块8的该(新鲜气体供应)装置优选设计成，使得压力传感器101的输出端通过一电导线102连接在新鲜气体管道段模块8的电子控制单元35的接线端103上，将所述压力传感器101设置在流量调节装置68的附近以测量管道43中的压力。
废气再循环装置的、电子控制的并调节废气通过流量的阀单元60连接在活塞式内燃机的具有一ECU的电子控制单元38上，该ECU安装有用于同步地操作活门67和流量调节装置68以及废气再循环装置57的阀单元60的软件。
设备1的功能实现了本发明的方法，该方法用于改善柴油机结构形式的、具有涡轮增压和废气再循环装置57的车辆活塞式内燃机2的加速和排放性能，其中，该(新鲜气体供应)装置设有一压缩空气存储器45，在该压缩空气存储器中将压缩空气吹入新鲜气体供应管道5的新鲜气体管道段8中，以受调节地进行临时吹入。在新鲜气体管道段8中设置一活门67的构型的调节元件，用于调节废气再循环装置和压缩空气吹入装置。下面对方法步骤进行顺序说明：
-确定转矩要求信号并将该数据输送给电子控制单元38，
-确定发动机的特征值并将所述特征值输送给电子控制单元38，
-确定新鲜气体管道段模块8的在气缸进气门和活门67之间的内腔中的空气压力并将该压力值输送给电子控制单元38，
-在电子控制单元中对前面所输送的数据进行处理，以产生用于活门与流量调节装置和废气再循环装置的调节阀的同步操作的操作输出信号。
该方法优选设计成，使得在电子控制单元35或38中利用计算技术通过软件由输入信号获得各输出信号。
该方法优选设计成，在用于产生用于操作活门67的操作输出信号的电子控制单元38中，在废气再循环装置57和压缩空气吹入装置同时响应的情况下，总是优先(处理)压缩空气吹入装置的响应。
压力传感器69的输出端连接在新鲜气体管道段模块的电子控制单元上，该压力传感器69设置成用于测量压缩空气容器45中的压力。
设置成用于测量压缩空气容器45中的压力的压力传感器69的信号在吹入期间连续地传送到电子控制装置35中并在这里进行处理，由此连续地确定流量调节装置68的吹入压缩空气的质量流并将其结果作为输入信号提供给活塞式内燃机2的电子控制单元38。
设置成用于测量吹入空气在管道43中的压力的压力传感器101的信号在吹入之前传送到电子控制装置35中并在这里进行处理，由此连续地确定流量调节装置68的吹入压缩空气的质量流并将其结果作为输入信号提供给活塞式内燃机2的电子控制单元38。
质量流的信号和压缩空气容器45的容积一起在吹入期间用于通过计算确定压缩空气容器45的压力。

Claims (13)

1.一种用于给一涡轮增压的、压燃式的活塞式内燃机(2)供应新鲜气体的装置，该装置具有一新鲜气体供应管道(5)和一废气总管(26)，在所述新鲜气体供应管道和废气总管之间装入一废气再循环装置(57)，包括所述新鲜气体供应管道(5)的一管形的内腔段(88)以及一设置在内腔段(88)中的、用于通流调节的可调的活门(67)，一压缩空气接头(42)侧向通入所述内腔段，该压缩空气接头设有一流量调节装置(68)，其中所述内腔段(88)具有一用于废气涡轮增压器的增压空气流入的第一端部接头(10)和一用于废气涡轮增压器的增压空气流出的第二端部接头(9)，所述活门(67)设置在压缩空气接头(42)和第一端部接头(10)之间并联接在一调整装置(96)上，用于操作的该调整装置连接在活塞式内燃机(2)的一用于处理传感器信号的电子控制单元(38)上，
其特征在于，
废气再循环装置(57)的电子控制的、调节废气流通量的调节阀(60)连接在活塞式内燃机(2)的电子控制单元(38)上，以便实现对活门(67)与流量调节装置(68)和废气再循环装置(57)的调节阀(60)的同步操作。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，对于活门(67)的位置、对于废气再循环装置(57)的调节阀(60)的位置和对于流量调节装置(68)的位置分别设置一个传感器，各所述传感器连接在活塞式内燃机(2)的电子控制单元(35或38)上，用于测量活塞式内燃机(2)的运行参数的各传感器(21、69、72、101)也连接在所述电子控制单元上，以便进行数据处理。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在新鲜气体供应管道(5)中设置在活门(67)前面和后面的各压力传感器(69、72、101)的电输出端连接在电子控制单元(35或38)上。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活门(67)设置在新鲜气体供应管道(5)的一新鲜气体管道段模块(8)中，所述新鲜气体供应管道包括在活门(67)前面和活门(67)后面的压力传感器(72a、72b)以及压缩空气接头(42)，其中，在活塞式内燃机(2)的各气缸(3)和新鲜气体管道段模块(8)之间的新鲜气体供应管道(5)的总管中设置废气出口接头(59)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压力传感器(69)的输出端连接在新鲜气体管道段模块(8)的电控制单元(35)上，用于测量压缩空气容器(45)中的压力。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压力传感器(101)的输出端连接在新鲜气体管道段模块(8)的电控制单元(35)上，用于在流量调节装置(68)的附近测量管道(43)中的压力。
7.一种用于改进压燃结构类型的、具有涡轮增压装置和废气再循环装置(57)的活塞式内燃机(2)的加速和排放性能的方法，所述活塞式内燃机设有一压缩空气存储器(45)，利用该压缩空气存储器将压缩空气吹入新鲜气体供应管道(5)的新鲜气体管道段模块(8)中，以受调节地进行临时吹入，为此作为附加的调节元件使用一活门(67)，用于调节废气再循环装置(57)和用于调节压缩空气吹入，具有以下方法步骤：
-确定转矩要求信号并将该数据输送给电子控制单元(38)，
-确定发动机的各特征值并将所述特征值输送给电子控制单元(38)，
-确定新鲜气体管道段模块(8)的、在气缸进气门和活门(67)之间的内腔中的空气压力并将该压力值输送给电子控制单元(38)，以及
-在电子控制单元(38)中对前面所输送的数据进行处理，以产生用于对活门(67)与流量调节装置(68)和废气再循环装置(57)的调节阀(60)进行同步操作的操作输出信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在用于产生用于操作活门(67)的操作输出信号的电子控制单元(38)中，在废气再循环装置(57)和压缩空气吹入同时响应的情况下，总是优先使用压缩空气吹入的响应。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在用于产生用于沿关闭方向操作活门(67)的操作输出信号的电子控制单元(38)中，在废气再循环装置(57)和压缩空气吹入同时响应的情况下，总是优先使用压缩空气吹入的响应。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，压力传感器(69)的输出端连接在新鲜气体管道段模块(8)的电/电子控制单元(35)上，该压力传感器(69)用于测量压缩空气容器(45)中的压力。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在吹入期间，在电子控制装置(35)中连续地传递并处理设置成用于测量压缩空气容器(45)中的压力的压力传感器(69)的信号，由此连续地确定流量调节装置(68)的吹入压缩空气的质量流，并将其结果作为输入信号提供给活塞式内燃机(2)的电子控制单元(38)。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在吹入之前，在电子控制单元(35)中传递并处理设置成用于测量吹入空气在管道(43)中的压力的压力传感器(101)的信号，由此连续地确定流量调节装置(68)的吹入压缩空气的质量流，并将其结果作为输入信号提供给活塞式内燃机(2)的电子控制单元(38)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，质量流的信号和压缩空气容器(45)的容积值一起在吹入期间用于通过计算确定压缩空气容器(45)的压力。
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