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具有集成有排氣熱交換器功能的egr冷卻器的內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法

文檔序號:5173394閱讀:209來源:國知局
專利名稱:具有集成有排氣熱交換器功能的egr冷卻器的內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及內(nèi)燃發(fā)動機,具體涉及的內(nèi)燃發(fā)動機包括至少一個進氣管、至少一個排氣管、至少一個具有設(shè)置在進氣管中的壓縮機和設(shè)置在排氣管中的渦輪的渦輪增壓器,及排氣再循環(huán)系統(tǒng),該排氣再循環(huán)系統(tǒng)具有排氣再循環(huán)管、調(diào)節(jié)閥和冷卻裝置。
背景技術(shù)
EP 1 405 995 Bl公開了一種發(fā)動機系統(tǒng),該發(fā)動機系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)動機、具有設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣管中的渦輪和設(shè)置在進氣管中的壓縮機的排氣渦輪增壓器、具有在渦輪上游設(shè)置在排氣管中的入口和在壓縮機下游設(shè)置在進氣管中的出口的排氣再循環(huán)管,及設(shè)置在排氣再循環(huán)管中的緊密耦合(close-coupled)的排氣處理裝
置。在實踐中已證明借助于具有設(shè)置在排氣再循環(huán)管中緊密耦合的排氣處理裝置上游的入口和設(shè)置在排氣管中渦輪下游的入口的旁通管,所述發(fā)動機系統(tǒng)能夠以極低的
排氣排放和最優(yōu)的NVH性能持續(xù)地工作。
DE 1 02 59 702 Al涉及一種用于熱力發(fā)動機的排氣系統(tǒng)。該熱力發(fā)動機包括排氣管,在該排氣管中設(shè)置排氣熱交換器以使所有排氣流過該熱交換器。此外,提供EGR管用于部分排氣的再循環(huán),EGR管相對于排氣連接到熱交換器的下游側(cè)。
SAE (美國汽車工程師學會)的報告2003-01-0629公開了 一種內(nèi)燃發(fā)動機,該內(nèi)燃發(fā)動機包括具有三通方向控制閥的EGR管,EGR管在渦輪增壓器的渦輪上游從該闊分支并取決于工作點在壓縮機的上游或下游連通至(opens out in)進氣管。SAE的報告2006-0卜0047類似地公開了一種具有EGR管的內(nèi)燃發(fā)動機。該EGR管在渦輪上游從排氣管分支并在壓縮機下游連通至進氣管。在該EGR管中設(shè)置EGR冷卻器且在再循環(huán)排氣的流向上在該EGR冷卻器的下游設(shè)置EGR閥。SAE的報告2007-04-0034涉及一種熱交換器,該熱交換器從排氣中傳遞熱量到冷卻劑。
渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動機具有較高的排氣溫度,這使得在內(nèi)燃發(fā)動機的高負荷和高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下需要燃料富集以便保護排氣管線(exhaust strand)的材料以及渦輪增壓器殼體的材料免受熱損傷。為了解決上述問題,已開發(fā)出排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)將排氣溫度降低至柴油發(fā)動機的最高水平(渦輪上游約870°C)。為了降低排氣溫度,將相對高比例(高至25%)的排氣再循環(huán)到內(nèi)燃發(fā)動機中。然而,再循環(huán)的排氣在進入進氣管之前由EGR冷卻器冷卻。同時,在排氣管中設(shè)置熱交換器(排氣熱交換器),熱交換器預期可加速內(nèi)燃發(fā)動機的暖機過程,這是由于兩個作為示例的原因油,即使在冷起動之后也可以由于發(fā)動機油的快速預熱而相對快速地獲得降低的粘性,以使摩擦力水平降低。
其次,由于通過冷卻劑將排氣熱量提供給相應(yīng)的艙室供熱系統(tǒng),可以有利地在內(nèi)燃發(fā)動機的冷起動之后實現(xiàn)車輛艙室更快的供熱。
如上所述,需要EGR冷卻器用于冷卻再循環(huán)排氣。通過在再循環(huán)排氣的流向上設(shè)置在EGR冷卻器上游或下游的調(diào)節(jié)閥(EGR閥)調(diào)節(jié)再循環(huán)排氣的比例。
高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)和低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)都是已知的。
在低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)中,在渦輪下游,即在排氣的流向上在渦輪下游從排氣管中抽取排氣,并在壓縮機上游,即在排氣的流向上在壓縮機上游將排氣提供給進氣管。
在高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)中,在渦輪上游從排氣管中抽取排氣,并在壓縮機下游將排氣提供給進氣管。
現(xiàn)有的內(nèi)燃發(fā)動機因此具有兩個熱交換器。首先,提供EGR冷卻器用于冷卻再循環(huán)排氣,其次,提供排氣熱交換器用于減少C02排放并用于提供更快的駕駛室供熱。這使得必須承擔高水平的費用,例如對于每種情況下分離的系統(tǒng)的成本而言。此外,每個冷卻裝置或冷卻系統(tǒng)(EGR冷卻器、排氣熱交換器)在每種情況下都需要單獨的安裝空間,并使得必須承擔達不可忽略水平的組裝費用。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所基于的目標是改進上文中所述類型的內(nèi)燃發(fā)動機,使用簡單的裝置以使所述內(nèi)燃發(fā)動機更加具有成本效益。
根據(jù)本實用新型,該目標可以這樣實現(xiàn) 一種具有集成有排氣熱交換器功能的EGR冷卻器的內(nèi)燃發(fā)動機,所述內(nèi)燃發(fā)動機包括至少一個進氣管、至少一個排氣管、至少一個具有設(shè)置在進氣管中的壓縮機和設(shè)置在排氣管中的渦輪的渦輪增壓器,及排
氣再循環(huán)系統(tǒng),所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)具有排氣再循環(huán)管、調(diào)節(jié)閥和冷卻裝置,其特征在于,具有在渦輪下游排氣管中設(shè)置的調(diào)節(jié)裝置,以及從調(diào)節(jié)閥分支的旁通管,且旁通管在調(diào)節(jié)裝置下游連通至排氣管。
通過調(diào)節(jié)裝置,可在調(diào)節(jié)裝置上游產(chǎn)生背壓,結(jié)果是迫使排氣經(jīng)排氣再循環(huán)管流至EGR冷卻器。在一個優(yōu)選的改進中調(diào)節(jié)裝置設(shè)計為可調(diào)節(jié)的擋板(Hap)。調(diào)節(jié)裝置還可以設(shè)計為滑板(slide)、閥或類似部件,優(yōu)選地為可調(diào)節(jié)的部件。排氣在EGR冷卻器中冷卻。然而,EGR冷卻器現(xiàn)在有利地還包括排氣熱交換器的功能,從而可能無需在排氣管中使用單獨的排氣熱交換器。以此方式,由于消除了現(xiàn)有的排氣熱交換器的組裝費用,內(nèi)燃發(fā)動機的成本顯著降低。只需要提供連接到EGR冷卻器的連接管以使冷卻劑用于加熱發(fā)動機油并用于向艙室供熱系統(tǒng)供給冷卻劑。
在一個優(yōu)選的改進中,調(diào)節(jié)閥設(shè)計為3/2調(diào)節(jié)閥,并有利地設(shè)置在冷卻裝置的下游或組合的EGR冷卻器/排氣熱交換器的下游??梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)閩和調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)流過排氣再循環(huán)系統(tǒng)的排氣比例。在此,調(diào)節(jié)閥設(shè)計為向內(nèi)燃發(fā)動機提供所需部分比例的冷卻的排氣,即將該部分比例的冷卻的排氣傳遞至進氣管。不需要的另一個冷卻的排氣流經(jīng)調(diào)節(jié)閥進入旁通管從而進入排氣管,具體來說優(yōu)選地在調(diào)節(jié)裝置或渦輪的下游
進入排氣管。
根據(jù)本實用新型的實施例既可以用于低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng),也可以用于高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)。
在低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)中,再循環(huán)管在渦輪的下游從排氣管分支。調(diào)節(jié)裝置或擋板有利地設(shè)置在該分支的下游,以便迫使排氣流由于可調(diào)節(jié)的背壓而流過排氣再循環(huán)系統(tǒng),排氣再循環(huán)系統(tǒng)在壓縮機上游連通至進氣管。冷卻裝置或組合的EGR冷卻器/排氣熱交換器在流過排氣再循環(huán)系統(tǒng)的排氣的流向上設(shè)置在調(diào)節(jié)閥或3/2調(diào)節(jié)閥的上游,以使排氣首先流過冷卻裝置并在此冷卻,或在排氣流分流之前將其熱量傳遞到冷卻劑中。旁通管在調(diào)節(jié)裝置下游連通至排氣管,以使流過的排氣進入環(huán)境。
相比之下,在高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)中,排氣再循環(huán)管從排氣管的分支設(shè)置在渦輪上游。如同在低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)裝置在渦輪下游設(shè)置在排氣管中。排氣再循環(huán)系統(tǒng)在壓縮機下游連通至進氣管。旁通管從調(diào)節(jié)閥出發(fā)在調(diào)節(jié)裝置下游連通至排氣管。
通過本實用新型,可提供具有排氣再循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動機,該內(nèi)燃發(fā)動機的改進包括成本方面,以及組合有EGR冷卻器和排氣熱交換器的功能的冷卻裝置。
本實用新型的其他有利改進在本實用新型的權(quán)利要求中以及下文中結(jié)合附圖的具體實施方式
中描述。


圖i是具有低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機的示意圖;及
圖2是具有高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機的示意圖。
具體實施方式

在不同的附圖中,相同的部件始終具有相同的標記,因為這些部件通常僅描述一次。
圖1示出具有至少一個進氣管2和至少一個排氣管3以及渦輪增壓器4的內(nèi)燃發(fā)動機1。渦輪增壓器4具有設(shè)置在排氣管3中的渦輪6和設(shè)置在進氣管2中的壓縮機7。渦輪6和壓縮機7通過軸彼此連接。在流過進氣管2的氣體的流向上,進氣冷卻器8設(shè)置在壓縮機的下游。
在上述示例實施例中,示意性地示出四汽缸發(fā)動機,該發(fā)動機的每個汽缸9具有單獨的排氣道11,單獨的排氣道11合并以形成排氣管3。內(nèi)燃發(fā)動機1具有排氣再循環(huán)系統(tǒng)12,該系統(tǒng)在圖1所示的示例中設(shè)計為低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)。排氣再循環(huán)系統(tǒng)12具有在渦輪6的下游從排氣管3分支并在壓縮機7上游連通至進氣管2的排氣再循環(huán)管13。此外,排氣再循環(huán)系統(tǒng)12具有冷卻裝置",在排氣的流向上(箭頭16)調(diào)節(jié)閥17位于冷卻裝置14之后。調(diào)節(jié)裝置18在從排氣管3分支的排氣再循環(huán)管13下游設(shè)置在排氣管3中。
內(nèi)燃發(fā)動機1的排氣在分支的方向上流過排氣管3 (箭頭19)。調(diào)節(jié)裝置18設(shè)計為擋板,優(yōu)選地為可調(diào)節(jié)的擋板,以便產(chǎn)生背壓。作為上述背壓的結(jié)果,排氣強制流過排氣再循環(huán)系統(tǒng)12。然而調(diào)節(jié)裝置18也可以設(shè)計為滑板、閥或類似部件,優(yōu)選地是可調(diào)節(jié)的部件。排氣在冷卻裝置14中冷卻,冷卻裝置14有利地組合EGR冷卻器和排氣熱交換器的功能。這意味著冷卻裝置14例如一方面用于對再循環(huán)排氣提供所需的冷卻,另一方面允許更快地加熱內(nèi)燃發(fā)動機l或更快地加熱發(fā)動機油。此外,組合有兩種功能的冷卻裝置14可以用于借助于相應(yīng)地連接到艙室供熱系統(tǒng)的冷卻劑對駕駛室提供更快的供熱。
由于可能有比排氣再循環(huán)所需更高的排氣比例流過排氣再循環(huán)系統(tǒng)12,有利地是調(diào)節(jié)閩17設(shè)計為執(zhí)行EGR閥的功能的3/2調(diào)節(jié)閥。這意味著調(diào)節(jié)閥17控制所需的排氣再循環(huán)比例,即允許所述所需的排氣再循環(huán)比例在進氣管2的方向上流動,而不需要的排氣比例在控制下在排氣管3的方向上流過旁通管21。旁通管21有利地連接到調(diào)節(jié)閥17并在調(diào)節(jié)裝置18下游連通至排氣管3。
不言而喻地,使流過排氣再循環(huán)系統(tǒng)12的排氣量適應(yīng)于內(nèi)燃發(fā)動機1的工況也落在本實用新型的范圍內(nèi),可以例如借助于改變調(diào)節(jié)裝置18或擋板、滑板、閥或類似部件相對于排氣管3內(nèi)徑的開度,結(jié)果使背壓當然也改變,通過調(diào)節(jié)裝置18或可調(diào)節(jié)的擋板實現(xiàn)這一點。
高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)在圖2所示的示例實施例中示出。排氣再循環(huán)系統(tǒng)12的排氣再循環(huán)管13在渦輪6的上游分支,且排氣再循環(huán)系統(tǒng)12在壓縮機7下游連通至進氣管2。在所示的示例中,排氣再循環(huán)管13在進氣冷卻器8下游連通至內(nèi)燃發(fā)動機1的進氣歧管(intake gallery) 22。
如同圖1的示例實施例,旁通管21連接到調(diào)節(jié)閥17并如圖1,在調(diào)節(jié)裝置18下游連通至排氣管3。
圖2的示例實施例在功能上對應(yīng)于圖1,特別是就冷卻裝置14的雙重功能而言。
具有雙重功能的冷卻裝置14可設(shè)置在高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)(圖2)中也可設(shè)置在低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)(圖1)中,冷卻裝置14組合冷卻再循環(huán)排氣和在預熱特性(warming-up properties )方面更快地向車輛艙室供熱的功能。通過調(diào)節(jié)裝置18產(chǎn)生背壓,作為該背壓的結(jié)果,迫使排氣流過相應(yīng)的排氣再循環(huán)系統(tǒng)12。調(diào)節(jié)閥17不僅執(zhí)行EGR閥的功能而且還控制排氣再循環(huán)不需要的排氣量將不需要的排氣引入旁通管21從而引入排氣管3。不言而喻地,在本實用新型的上下文內(nèi),排氣再循環(huán)系統(tǒng)12不限于低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)或高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)。例如可以想到使排氣再循環(huán)管13在渦輪6的下游分支并在壓縮機7的上游或下游連通至進氣管2。調(diào)節(jié)閥17在每種情況下有利地設(shè)置冷卻裝置14的下游,其中在可能的實施例變體中,經(jīng)旁通管21將冷卻的排氣引導至排氣管3。
機械增壓的內(nèi)燃發(fā)動機例如火花點火發(fā)動機的趨勢是傾向于使用所稱的集成式排氣歧管(工EM)。這意味著單個汽缸的排氣流已在汽缸蓋中合并,而僅在汽缸蓋上提供一個出口,該出口連通至排氣管3。顯然本實用新型預期包含這樣的示例實施例(未示出)。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃發(fā)動機,所述內(nèi)燃發(fā)動機包括至少一個進氣管(2)、至少一個排氣管(3)、至少一個具有設(shè)置在進氣管(2)中的壓縮機(7)和設(shè)置在排氣管(3)中的渦輪(6)的渦輪增壓器(4),及排氣再循環(huán)系統(tǒng)(12),所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(12)具有排氣再循環(huán)管(13)、調(diào)節(jié)閥(17)和冷卻裝置(14),其特征在于,具有在渦輪(6)下游設(shè)置在排氣管(3)中的調(diào)節(jié)裝置(18),以及從調(diào)節(jié)閥(17)分支的旁通管(21),旁通管(21)在調(diào)節(jié)裝置(18)下游連通至排氣管(3)。
2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述調(diào)節(jié)裝置(18)是可調(diào) 節(jié)的擋板。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述調(diào)節(jié)閥(17)是3/2 調(diào)節(jié)閥。
4. 如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述調(diào)節(jié)閥(17)在流過排 氣再循環(huán)系統(tǒng)U2)的排氣的流向上設(shè)置在冷卻裝置(14)下游。
5. 如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述冷卻裝置(14)是組合 有EGR冷卻器的功能和排氣熱交換器的功能的冷卻裝置。
6. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(12) 是低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)。
7. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(l2) 是高壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)。
8. 如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃發(fā)動機,其特征在于,所述調(diào)節(jié)裝置(18)是滑板、 閥,或可調(diào)節(jié)的部件。
專利摘要本實用新型涉及具有集成有排氣熱交換器功能的EGR冷卻器的內(nèi)燃發(fā)動機(1),該內(nèi)燃發(fā)動機包括至少一個進氣管(2)、至少一個排氣管(3)、至少一個具有設(shè)置在進氣管(2)中的壓縮機(7)和設(shè)置在排氣管(3)中的渦輪(6)的渦輪增壓器(4),及排氣再循環(huán)系統(tǒng)(12),該排氣再循環(huán)系統(tǒng)(12)具有排氣再循環(huán)管(13)、調(diào)節(jié)閥(17)和冷卻裝置(14)。提供具成本效益的內(nèi)燃發(fā)動機(1),在該內(nèi)燃發(fā)動機中無需使用單獨的排氣熱交換器,有利地提供在渦輪(6)下游設(shè)置在排氣管(3)中的調(diào)節(jié)裝置(18),及從調(diào)節(jié)閥(17)分支的旁通管(21),旁通管(21)在調(diào)節(jié)裝置(18)下游連通至排氣管(3)。通過本實用新型可降低內(nèi)燃發(fā)動機的成本。
文檔編號F02M25/07GK201433815SQ200920149530
公開日2010年3月31日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者托馬斯·洛倫茨 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司
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