專利名稱：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣再循環(huán)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣再循環(huán)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
為了提高效率和對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性，排氣再循環(huán)的方法和裝置長期被用于內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)中。特別是在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，已知排氣再循環(huán)用于減少微粒和氮氧化物的排放。在具有渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，根據(jù)一種已知的方法能夠從渦輪增壓器的渦 輪的上游抽取排氣，并將排氣提供給渦輪增壓器的壓縮機(jī)的下游的發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣，特別是 一般連接在所述壓縮機(jī)下游的增壓空氣冷卻器的下游。對(duì)于這種類型的排氣再循環(huán)，排氣 回路處于發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓和高溫區(qū)，從而在那不會(huì)產(chǎn)生排氣冷凝物。然而，這種高壓排氣再循 環(huán)有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下具有相對(duì)高的微粒排放。根據(jù)另一種方法，從渦輪增壓器的渦輪的下游抽取排氣，并將排氣提供給渦輪增 壓器的壓縮機(jī)的上游的吸入的充氣。然而，對(duì)于這種低壓排氣再循環(huán)，由于再循環(huán)的排氣冷 卻形成了冷凝物，其中冷凝物主要包含水但也包括有害的混合物，如硝酸、硫酸或亞硫酸。 此外，冷凝物包括主要來自發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的微粒形式的固體物質(zhì)。如果要被再循環(huán)的排 氣從特別包括微粒過濾器的排氣后處理系統(tǒng)的下游分出，可以減小冷凝物的微粒含量。然 而，即使在這種情況下，冷凝物還包含殘余的微粒和來自排氣系統(tǒng)的可能由于例如磨損或 化學(xué)的或機(jī)械的影響已經(jīng)從微粒過濾器或從排氣后處理系統(tǒng)的其它組件和氣流穿過的管 路分離的微粒。下面，后述的微粒同樣包含在表述“冷凝物”中，盡管它們至少部分具有與 燃燒室中由于冷凝產(chǎn)生或直接產(chǎn)生的液體的或固體的排氣的構(gòu)成不同的來源和/或不同 的成分。如果夾帶在排氣的液滴或微粒形式中的冷凝物由于在壓縮機(jī)上游的發(fā)生與充氣 的混合而進(jìn)入壓縮機(jī)，那么由于所述壓縮機(jī)葉片非常高的速度，液滴和微粒都可能損壞壓 縮機(jī)的葉片。因此在DE102005023958A1中提出再循環(huán)的排氣通過冷凝分離器調(diào)節(jié)，并且排氣 的腐蝕性成分由此從排氣流中去除。為了冷凝物的去除，提供熱過程，由于熱過程，包含在 冷凝物中的酸被轉(zhuǎn)化為無害的氣體和水，并被添加到要被再循環(huán)的排氣的分支下游的排氣 的主流中，并通過排氣尾管排放到空氣中。冷凝物熱去除發(fā)生在多級(jí)裝置中，其中通過加熱 元件，在高達(dá)450°C的溫度下，有害的物質(zhì)被蒸發(fā)并通過化學(xué)反應(yīng)被分解。這與相對(duì)高水平 的技術(shù)成本相關(guān)。此外，在所需加熱體的不充分加熱情況下，不能夠防止有害的酸排放到環(huán) 境中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣再循環(huán)的方法和裝置，其中上述 缺點(diǎn)不會(huì)發(fā)生。所述目的通過根據(jù)本發(fā)明原理的設(shè)備和裝置實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，在具有排氣渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣的部分氣流從渦輪增 壓器的渦輪的下游分出。所述排氣的部分氣流通過冷凝分離器并被提供給渦輪增壓器的壓 縮機(jī)上游的吸入的充氣。通過冷凝分離器從排氣獲取的冷凝物被供給渦輪增壓器的壓縮機(jī) 下游的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口，即吸入的空氣與再循環(huán)的排氣的混合物。通過所述措施，可實(shí)現(xiàn)再循環(huán)的排氣基本上不受冷凝的液滴的影響，并且因此降 低了甚至防止了損壞壓縮機(jī)葉片的風(fēng)險(xiǎn)。由于包含在排氣中的微粒經(jīng)常作為冷凝物滴的冷 凝核，因此微粒經(jīng)常包含在冷凝物滴中并且因此同時(shí)在冷凝分離器中分離。然而，由于已知 的冷凝分離器的操作模式，甚至與冷凝物滴沒有關(guān)聯(lián)的微粒也被分離了。這樣，通過這種方 式達(dá)到本發(fā)明的目的。此外冷凝物到發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣的供給實(shí)現(xiàn)氮氧化物排放的減少。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在冷凝分離器中被分離的冷凝物被供給過濾器以 分離固體物質(zhì)。固體物質(zhì)可以通過這種方法從冷凝物中去除。因此，供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣 口的冷凝物幾乎只包含液體成分，特別是水和水溶性有機(jī)化合物。這實(shí)現(xiàn)管路和用于處理 冷凝物的任何其它部件(如泵、噴嘴)沒有堵塞風(fēng)險(xiǎn)的供給，并允許發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣質(zhì)量的進(jìn) 一步改善。在固體物質(zhì)過濾器中從液體冷凝物中去除的固體物質(zhì)可以通過沖洗過濾器或更 換過濾器襯墊從所述固體物質(zhì)過濾器中去除。然而，有可能將過濾器本身設(shè)計(jì)為可更換的。 可能為沖洗或更換指定的預(yù)先定義的間隔，或者更新過濾器的間隔可能取決于操作參數(shù)或 其它，例如取決于包含在排氣中或收集在過濾器中的固體物質(zhì)的數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，液體冷凝物特別地直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣 供給中。這樣，確保了包含在液體冷凝物中的化合物的均勻分布和好的反應(yīng)能力，這可能使 排氣質(zhì)量的進(jìn)一步改善。更優(yōu)選的是液體冷凝物收集在箱體中并作為操作參數(shù)的函數(shù)被噴射。例如，這些 操作參數(shù)可能涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是負(fù)載和溫度條件，也涉及排氣的質(zhì)量和成分。這樣，可以 實(shí)現(xiàn)僅當(dāng)液體冷凝物在燃燒中可以被最佳利用時(shí)噴射液體冷凝物。特別優(yōu)選的是噴射量被控制為供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/排氣混合物的露點(diǎn)的函數(shù)。 這樣，特別可能防止過量的冷凝物量存在于供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣中。如果液體冷凝物的噴射被調(diào)節(jié)為排氣成分的函數(shù)，特別是氮氧化物(NOx)的含量 的函數(shù)，也非常有利。出于此目的，特別可能提供傳感器裝置用來測(cè)量排氣中現(xiàn)有的氮氧化 物的含量和提供控制裝置用來調(diào)節(jié)冷凝物噴射。這樣，有可能以簡單的方式得到特別有效 的NOx排放的減少。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，再循環(huán)的排氣的比例和/或吸入的空氣與壓縮機(jī) 下游供給的排氣之間的混合比是可調(diào)的。出于此目的，可調(diào)整的或自動(dòng)或手動(dòng)可致動(dòng)的閥 可以設(shè)在相應(yīng)的分支處。這樣，最佳排氣再循環(huán)率作為操作條件的函數(shù)可以隨時(shí)設(shè)置。還優(yōu)選的是，在排氣系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)排氣后處理系統(tǒng)，其中排氣后處理系 統(tǒng)可能在多種情況下包含一個(gè)或多個(gè)氧化催化轉(zhuǎn)化器和/或微粒過濾器和/或氮氧化合物 過濾器和/或SCR(選擇性催化還原)催化轉(zhuǎn)化器。特別的是，如果設(shè)有第一排氣后處理系 統(tǒng)，從其下游分出要再循環(huán)的排氣，會(huì)很有利。第一排氣后處理系統(tǒng)特別包括減少要被再循 環(huán)的排氣的微粒含量的微粒過濾器。沿著傳到排氣尾管的主排氣流，可設(shè)置進(jìn)一步的排氣 后處理系統(tǒng)，其用來提供排氣質(zhì)量的進(jìn)一步改善。
根據(jù)本發(fā)明，具有渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的排氣再循環(huán)的裝置包含至少一個(gè) 排氣再循環(huán)管路和冷凝分離器，排氣再循環(huán)管路從渦輪下游的主排氣管路分出并連入渦輪 增壓器的壓縮機(jī)上游的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口，冷凝分離器用于將冷凝物從再循環(huán)的排氣中分離 出來，冷凝分離器被設(shè)置在排氣再循環(huán)管路上。根據(jù)本發(fā)明還提供了冷凝管路，分離的冷凝 物通過冷凝管路被饋送入壓縮機(jī)下游的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣進(jìn)氣口。這樣，可能在排氣再循 環(huán)中防止包含在再循環(huán)的排氣中的冷凝物損壞渦輪增壓器的壓縮機(jī)。


下面將基于附圖通過實(shí)例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于具有渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣再循環(huán)的裝 置示意圖。參考編號(hào)列表1內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)2排氣渦輪增壓器3壓縮機(jī)4渦輪5進(jìn)氣口6,6'排氣管路7,7'排氣后處理系統(tǒng)8,8'排氣再循環(huán)管路9,9'閥10冷凝分離器11進(jìn)氣管路12冷凝管路13過濾器14，14:’，14” 液體管路15箱體16泵17噴射裝置18消聲器
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)置有具有壓縮機(jī)3和渦輪4的排氣 渦輪增壓器2。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣流通過渦輪4并由此驅(qū)動(dòng)渦輪4。渦輪4驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī) 3，壓縮機(jī)3通過進(jìn)氣口 5將壓縮的充氣提供給內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1。自渦輪增壓器2的渦輪4，排 氣通過排氣管路6進(jìn)入第一排氣后處理系統(tǒng)7，第一排氣后處理系統(tǒng)可能包含例如氧化催 化轉(zhuǎn)化器、微粒過濾器、氮氧化物過濾器和/或SCR催化轉(zhuǎn)化器。在第一排氣后處理系統(tǒng)7 的下游，排氣再循環(huán)管路8從排氣管路6’分支出，通過排氣再循環(huán)管路8，排氣的預(yù)定部分 或可以通過閥9調(diào)節(jié)的部分被傳遞到特別設(shè)計(jì)作為干燥器的冷凝分離器10中。被凈化了冷凝物或被干燥了的排氣通過排氣再循環(huán)管路8’導(dǎo)入進(jìn)氣管路11，其中再循環(huán)的排氣與 進(jìn)氣混合并在入口側(cè)被供給渦輪增壓器2的壓縮機(jī)3。閥9’可以被設(shè)置在排氣再循環(huán)管路 8，到進(jìn)氣管路11中的開口點(diǎn)處以調(diào)整吸入的空氣與再循環(huán)的排氣的混合比例。被冷凝分離器10從要被再循環(huán)的排氣中分離的冷凝物包括液相和固相，特別是 微粒。液相和固相的混合物通過冷凝管路12被傳遞到過濾器13，過濾器13從混合物中去 除固相。剩下的液相通過液體管路14供給箱體15。液體冷凝物可以用泵16通過管路14’、 14”從箱體15輸送出并通過噴射裝置17 (例如噴油嘴)在進(jìn)氣口 5提供給內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的 充氣。為了有利于噴射的測(cè)量，傳感器裝置(未顯示)有可能被設(shè)置在進(jìn)氣口 5中，其中傳 感器裝置允許露點(diǎn)的確定，從而泵16和噴射裝置17和/或閥9、9’可以一直以最佳方式被 控制裝置(未顯示)致動(dòng)。設(shè)置在排氣系統(tǒng)的進(jìn)一步進(jìn)程中的是另一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)7’，其可以包含氧氣 催化轉(zhuǎn)化器、微粒過濾器、氮氧化合物過濾器和/或SCR催化轉(zhuǎn)化器，并且在將被再循環(huán)的 排氣的分支下游的剩余排氣穿過排氣后處理系統(tǒng)7’。最后，凈化的剩余排氣通過排氣尾管 箱或消聲器18傳導(dǎo)并被排放到大氣中。
權(quán)利要求
1.一種用于具有排氣渦輪增壓器O)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中排氣再循環(huán)的方法，所述 排氣渦輪增壓器O)的渦輪的下游的要被再循環(huán)的排氣通過冷凝分離器(10)，已經(jīng)凈 化了冷凝物的要被再循環(huán)的排氣被提供到所述渦輪增壓器的壓縮機(jī)(3)，其中所述壓縮機(jī) (3)下游的冷凝物被提供到所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的進(jìn)氣口(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述冷凝分離器(10)中被分離的所述冷凝物被 提供給過濾器(13)以用于固體物質(zhì)的分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述過濾器(1 中被從所述冷凝物中分離的所 述固體物質(zhì)可以通過更換過濾器襯墊和/或通過沖洗從所述過濾器(1 中去除。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述冷凝物被噴射到所述進(jìn)氣口⑶。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述冷凝物被收集在箱體(1 中并 作為操作參數(shù)的函數(shù)被提供到所述進(jìn)氣口(5)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其中被提供到所述進(jìn)氣口( 的冷凝物的量作為供 給到所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的空氣/排氣混合物的露點(diǎn)的函數(shù)被控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中供給到所述進(jìn)氣口( 的冷凝物的量作為所 述排氣中NOx含量的函數(shù)被調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其中要被再循環(huán)的排氣量和/或吸入的空 氣與再循環(huán)的排氣的混合比例可以通過至少一個(gè)閥(9，9’ )被控制。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述排氣渦輪增壓器O)的渦輪(4) 下游的和所述冷凝分離器(10)上游的要被再循環(huán)的排氣通過第一排氣后處理系統(tǒng)(7)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其中要被再循環(huán)的排氣的分支下游的剩 余氣體通過排氣后處理系統(tǒng)(7’)。
11.一種用于具有排氣渦輪增壓器( 的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中排氣再循環(huán)的裝置，其中所 述排氣渦輪增壓器( 具有壓縮機(jī)C3)和渦輪G)，所述裝置包含排氣再循環(huán)管路(8，8’)， 所述排氣再循環(huán)管路(8，8’ )用于將從所述渦輪的下游抽取的排氣再循環(huán)進(jìn)入所述壓 縮機(jī)C3)的進(jìn)氣管路(11)，并且冷凝分離器(10)被設(shè)置在所述排氣再循環(huán)管路(8，8’)上， 其中設(shè)置管路(12，14，14’，14”)用于將冷凝物提供給所述壓縮機(jī)C3)下游的所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)(1)的進(jìn)氣口(5)。
全文摘要
一種用于具有排氣渦輪增壓器(2)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中排氣再循環(huán)的方法，其中排氣渦輪增壓器(2)的渦輪(4)下游的要被再循環(huán)的排氣通過冷凝分離器(10)，并且已經(jīng)凈化了冷凝物的要被再循環(huán)的排氣被提供到渦輪增壓器的壓縮機(jī)(3)，該方法的特征在于壓縮機(jī)(3)下游的冷凝物被提供到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的進(jìn)氣口(5)。這樣，防止了對(duì)壓縮機(jī)的損壞，并且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)排氣中NOx含量的減少。本發(fā)明還涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣再循環(huán)的裝置。
文檔編號(hào)F02M25/07GK102052203SQ201010536990
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者Y·雅各布 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司