CN201433815Y - 具有集成有排气热交换器功能的egr冷却器的内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及具有集成有排气热交换器功能的EGR冷却器的内燃发动机(1)，该内燃发动机包括至少一个进气管(2)、至少一个排气管(3)、至少一个具有设置在进气管(2)中的压缩机(7)和设置在排气管(3)中的涡轮(6)的涡轮增压器(4)，及排气再循环***(12)，该排气再循环***(12)具有排气再循环管(13)、调节阀(17)和冷却装置(14)。提供具成本效益的内燃发动机(1)，在该内燃发动机中无需使用单独的排气热交换器，有利地提供在涡轮(6)下游设置在排气管(3)中的调节装置(18)，及从调节阀(17)分支的旁通管(21)，旁通管(21)在调节装置(18)下游连通至排气管(3)。通过本实用新型可降低内燃发动机的成本。

Description

具有集成有排气热交换器功能的EGR冷却器的内燃发动机
技术领域
本实用新型涉及内燃发动机，具体涉及的内燃发动机包括至少一个进气管、至少一个排气管、至少一个具有设置在进气管中的压缩机和设置在排气管中的涡轮的涡轮增压器，及排气再循环***，该排气再循环***具有排气再循环管、调节阀和冷却装置。
背景技术
EP 1 405 995 B1公开了一种发动机***，该发动机***包括内燃发动机、具有设置在内燃发动机的排气管中的涡轮和设置在进气管中的压缩机的排气涡轮增压器、具有在涡轮上游设置在排气管中的入口和在压缩机下游设置在进气管中的出口的排气再循环管，及设置在排气再循环管中的紧密耦合(close-coupled)的排气处理装置。在实践中已证明：借助于具有设置在排气再循环管中紧密耦合的排气处理装置上游的入口和设置在排气管中涡轮下游的入口的旁通管，所述发动机***能够以极低的排气排放和最优的NVH性能持续地工作。
DE 102 59 702 A1涉及一种用于热力发动机的排气***。该热力发动机包括排气管，在该排气管中设置排气热交换器以使所有排气流过该热交换器。此外，提供EGR管用于部分排气的再循环，EGR管相对于排气连接到热交换器的下游侧。
SAE(美国汽车工程师学会)的报告2003-01-0629公开了一种内燃发动机，该内燃发动机包括具有三通方向控制阀的EGR管，EGR管在涡轮增压器的涡轮上游从该阀分支并取决于工作点在压缩机的上游或下游连通至(opens out in)进气管。SAE的报告2006-01-0047类似地公开了一种具有EGR管的内燃发动机。该EGR管在涡轮上游从排气管分支并在压缩机下游连通至进气管。在该EGR管中设置EGR冷却器且在再循环排气的流向上在该EGR冷却器的下游设置EGR阀。SAE的报告2007-04-0034涉及一种热交换器，该热交换器从排气中传递热量到冷却剂。
涡轮增压的内燃发动机具有较高的排气温度，这使得在内燃发动机的高负荷和高发动机转速下需要燃料富集以便保护排气管线(exhaust strand)的材料以及涡轮增压器壳体的材料免受热损伤。为了解决上述问题，已开发出排气再循环(EGR)***将排气温度降低至柴油发动机的最高水平(涡轮上游约870℃)。为了降低排气温度，将相对高比例(高至25％)的排气再循环到内燃发动机中。然而，再循环的排气在进入进气管之前由EGR冷却器冷却。同时，在排气管中设置热交换器(排气热交换器)，热交换器预期可加速内燃发动机的暖机过程，这是由于两个作为示例的原因：
首先，预期减少CO2排放。借助于将热量从排气传递到冷却剂中，从而借助于作为吸收冷却剂消散的热量的结果加热发动机油，即使在冷起动之后也可以由于发动机油的快速预热而相对快速地获得降低的粘性，以使摩擦力水平降低。
其次，由于通过冷却剂将排气热量提供给相应的舱室供热***，可以有利地在内燃发动机的冷起动之后实现车辆舱室更快的供热。
如上所述，需要EGR冷却器用于冷却再循环排气。通过在再循环排气的流向上设置在EGR冷却器上游或下游的调节阀(EGR阀)调节再循环排气的比例。
高压排气再循环***和低压排气再循环***都是已知的。
在低压排气再循环***中，在涡轮下游，即在排气的流向上在涡轮下游从排气管中抽取排气，并在压缩机上游，即在排气的流向上在压缩机上游将排气提供给进气管。
在高压排气再循环***中，在涡轮上游从排气管中抽取排气，并在压缩机下游将排气提供给进气管。
现有的内燃发动机因此具有两个热交换器。首先，提供EGR冷却器用于冷却再循环排气，其次，提供排气热交换器用于减少CO2排放并用于提供更快的驾驶室供热。这使得必须承担高水平的费用，例如对于每种情况下分离的***的成本而言。此外，每个冷却装置或冷却***(EGR冷却器、排气热交换器)在每种情况下都需要单独的安装空间，并使得必须承担达不可忽略水平的组装费用。
实用新型内容
本实用新型所基于的目标是改进上文中所述类型的内燃发动机，使用简单的装置以使所述内燃发动机更加具有成本效益。
根据本实用新型，该目标可以这样实现：一种具有集成有排气热交换器功能的EGR冷却器的内燃发动机，所述内燃发动机包括至少一个进气管、至少一个排气管、至少一个具有设置在进气管中的压缩机和设置在排气管中的涡轮的涡轮增压器，及排气再循环***，所述排气再循环***具有排气再循环管、调节阀和冷却装置，其特征在于，具有在涡轮下游排气管中设置的调节装置，以及从调节阀分支的旁通管，且旁通管在调节装置下游连通至排气管。
通过调节装置，可在调节装置上游产生背压，结果是迫使排气经排气再循环管流至EGR冷却器。在一个优选的改进中调节装置设计为可调节的挡板(flap)。调节装置还可以设计为滑板(slide)、阀或类似部件，优选地为可调节的部件。排气在EGR冷却器中冷却。然而，EGR冷却器现在有利地还包括排气热交换器的功能，从而可能无需在排气管中使用单独的排气热交换器。以此方式，由于消除了现有的排气热交换器的组装费用，内燃发动机的成本显著降低。只需要提供连接到EGR冷却器的连接管以使冷却剂用于加热发动机油并用于向舱室供热***供给冷却剂。
在一个优选的改进中，调节阀设计为3/2调节阀，并有利地设置在冷却装置的下游或组合的EGR冷却器/排气热交换器的下游。可以通过调节阀和调节装置调节流过排气再循环***的排气比例。在此，调节阀设计为向内燃发动机提供所需部分比例的冷却的排气，即将该部分比例的冷却的排气传递至进气管。不需要的另一个冷却的排气流经调节阀进入旁通管从而进入排气管，具体来说优选地在调节装置或涡轮的下游进入排气管。
根据本实用新型的实施例既可以用于低压排气再循环***，也可以用于高压排气再循环***。
在低压排气再循环***中，再循环管在涡轮的下游从排气管分支。调节装置或挡板有利地设置在该分支的下游，以便迫使排气流由于可调节的背压而流过排气再循环***，排气再循环***在压缩机上游连通至进气管。冷却装置或组合的EGR冷却器/排气热交换器在流过排气再循环***的排气的流向上设置在调节阀或3/2调节阀的上游，以使排气首先流过冷却装置并在此冷却，或在排气流分流之前将其热量传递到冷却剂中。旁通管在调节装置下游连通至排气管，以使流过的排气进入环境。
相比之下，在高压排气再循环***中，排气再循环管从排气管的分支设置在涡轮上游。如同在低压排气再循环***中，调节装置在涡轮下游设置在排气管中。排气再循环***在压缩机下游连通至进气管。旁通管从调节阀出发在调节装置下游连通至排气管。
通过本实用新型，可提供具有排气再循环的内燃发动机，该内燃发动机的改进包括成本方面，以及组合有EGR冷却器和排气热交换器的功能的冷却装置。
本实用新型的其他有利改进在本实用新型的权利要求中以及下文中结合附图的具体实施方式中描述。
附图说明
图1是具有低压排气再循环***的内燃发动机的示意图；及
图2是具有高压排气再循环***的内燃发动机的示意图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部件始终具有相同的标记，因为这些部件通常仅描述一次。
图1示出具有至少一个进气管2和至少一个排气管3以及涡轮增压器4的内燃发动机1。涡轮增压器4具有设置在排气管3中的涡轮6和设置在进气管2中的压缩机7。涡轮6和压缩机7通过轴彼此连接。在流过进气管2的气体的流向上，进气冷却器8设置在压缩机的下游。
在上述示例实施例中，示意性地示出四汽缸发动机，该发动机的每个汽缸9具有单独的排气道11，单独的排气道11合并以形成排气管3。
内燃发动机1具有排气再循环***12，该***在图1所示的示例中设计为低压排气再循环***。排气再循环***12具有在涡轮6的下游从排气管3分支并在压缩机7上游连通至进气管2的排气再循环管13。此外，排气再循环***12具有冷却装置14，在排气的流向上(箭头16)调节阀17位于冷却装置14之后。调节装置18在从排气管3分支的排气再循环管13下游设置在排气管3中。
内燃发动机1的排气在分支的方向上流过排气管3(箭头19)。调节装置18设计为挡板，优选地为可调节的挡板，以便产生背压。作为上述背压的结果，排气强制流过排气再循环***12。然而调节装置18也可以设计为滑板、阀或类似部件，优选地是可调节的部件。排气在冷却装置14中冷却，冷却装置14有利地组合EGR冷却器和排气热交换器的功能。这意味着冷却装置14例如一方面用于对再循环排气提供所需的冷却，另一方面允许更快地加热内燃发动机1或更快地加热发动机油。此外，组合有两种功能的冷却装置14可以用于借助于相应地连接到舱室供热***的冷却剂对驾驶室提供更快的供热。
由于可能有比排气再循环所需更高的排气比例流过排气再循环***12，有利地是调节阀17设计为执行EGR阀的功能的3/2调节阀。这意味着调节阀17控制所需的排气再循环比例，即允许所述所需的排气再循环比例在进气管2的方向上流动，而不需要的排气比例在控制下在排气管3的方向上流过旁通管21。旁通管21有利地连接到调节阀17并在调节装置18下游连通至排气管3。
不言而喻地，使流过排气再循环***12的排气量适应于内燃发动机1的工况也落在本实用新型的范围内，可以例如借助于改变调节装置18或挡板、滑板、阀或类似部件相对于排气管3内径的开度，结果使背压当然也改变，通过调节装置18或可调节的挡板实现这一点。
高压排气再循环***在图2所示的示例实施例中示出。排气再循环***12的排气再循环管13在涡轮6的上游分支，且排气再循环***12在压缩机7下游连通至进气管2。在所示的示例中，排气再循环管13在进气冷却器8下游连通至内燃发动机1的进气歧管(intake gallery)22。
如同图1的示例实施例，旁通管21连接到调节阀17并如图1，在调节装置18下游连通至排气管3。
图2的示例实施例在功能上对应于图1，特别是就冷却装置14的双重功能而言。
具有双重功能的冷却装置14可设置在高压排气再循环***(图2)中也可设置在低压排气再循环***(图1)中，冷却装置14组合冷却再循环排气和在预热特性(warming-up properties)方面更快地向车辆舱室供热的功能。通过调节装置18产生背压，作为该背压的结果，迫使排气流过相应的排气再循环***12。调节阀17不仅执行EGR阀的功能而且还控制排气再循环不需要的排气量将不需要的排气引入旁通管21从而引入排气管3。
不言而喻地，在本实用新型的上下文内，排气再循环***12不限于低压排气再循环***或高压排气再循环***。例如可以想到使排气再循环管13在涡轮6的下游分支并在压缩机7的上游或下游连通至进气管2。调节阀17在每种情况下有利地设置冷却装置14的下游，其中在可能的实施例变体中，经旁通管21将冷却的排气引导至排气管3。
机械增压的内燃发动机例如火花点火发动机的趋势是倾向于使用所称的集成式排气歧管(IEM)。这意味着单个汽缸的排气流已在汽缸盖中合并，而仅在汽缸盖上提供一个出口，该出口连通至排气管3。显然本实用新型预期包含这样的示例实施例(未示出)。

Claims (8)

1.一种内燃发动机，所述内燃发动机包括至少一个进气管(2)、至少一个排气管(3)、至少一个具有设置在进气管(2)中的压缩机(7)和设置在排气管(3)中的涡轮(6)的涡轮增压器(4)，及排气再循环***(12)，所述排气再循环***(12)具有排气再循环管(13)、调节阀(17)和冷却装置(14)，其特征在于，具有在涡轮(6)下游设置在排气管(3)中的调节装置(18)，以及从调节阀(17)分支的旁通管(21)，旁通管(21)在调节装置(18)下游连通至排气管(3)。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，所述调节装置(18)是可调节的挡板。
3.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其特征在于，所述调节阀(17)是3/2调节阀。
4.如权利要求3所述的内燃发动机，其特征在于，所述调节阀(17)在流过排气再循环***(12)的排气的流向上设置在冷却装置(14)下游。
5.如权利要求4所述的内燃发动机，其特征在于，所述冷却装置(14)是组合有EGR冷却器的功能和排气热交换器的功能的冷却装置。
6.如权利要求5所述的内燃发动机，其特征在于，所述排气再循环***(12)是低压排气再循环***。
7.如权利要求5所述的内燃发动机，其特征在于，所述排气再循环***(12)是高压排气再循环***。
8.如权利要求7所述的内燃发动机，其特征在于，所述调节装置(18)是滑板、阀，或可调节的部件。
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