專利名稱：帶有排氣再循環(huán)的排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種帶有排氣再循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)，一種控制所述排氣 系統(tǒng)的排氣流的控制系統(tǒng)，并且涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)且該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有帶有排氣再循環(huán) 的排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣排放法規(guī)隨著汽車數(shù)目的增加變得越來(lái)越嚴(yán)格，例如歐洲 的EURO 6標(biāo)準(zhǔn)或者美國(guó)的Tier 2或Bin 5標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商喜歡使用不同的點(diǎn)火策略如 HCCI (均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)火)或者主動(dòng)后處理裝置例如NOx (氮氧化物)分離器或者SCR(選 擇性催化還原)催化轉(zhuǎn)化器。然而，所述技術(shù)需要高水平的材料花費(fèi)和研發(fā)，這增加了系統(tǒng) 的復(fù)雜性并且對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)承擔(dān)相應(yīng)的高成本，例如更高的燃料消費(fèi)和技術(shù)支持成本。減小內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排放的已知策略之一是通過(guò)使用排氣再循環(huán)來(lái)改進(jìn)排氣的凈化。 排氣中仍包含相對(duì)較高量的氧氣并且部分地混有新鮮空氣供給，因此，需要從大氣中得到 更少的新鮮空氣。為此目的，排氣或者在排氣歧管的下游被直接汲取(extract)，或者在所 述排氣經(jīng)由為此提供的管線被部分汲取并且在進(jìn)氣歧管處與新鮮空氣供給混合之前通過(guò) 排氣凈化系統(tǒng)(包括催化轉(zhuǎn)化器或者顆粒過(guò)濾器)被首先凈化。US 7, 165, 540 B2公開了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，其中兩個(gè)渦輪增壓器 (即高壓渦輪增壓器和低壓渦輪增壓器)被連接成使得它們的驅(qū)動(dòng)級(jí)或者渦輪機(jī)在排氣段 中串聯(lián)設(shè)置并且它們的壓縮機(jī)級(jí)在空氣供給段或者排氣再循環(huán)段中被類似地串聯(lián)設(shè)置。排 氣再循環(huán)組件的一部分還被形成在兩個(gè)渦輪增壓器的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)之間并且借助于內(nèi)連冷 卻器被冷卻、借助于控制閥門被切換并被供給至兩個(gè)渦輪增壓器的對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)。多導(dǎo)向排 氣再循環(huán)組件具有復(fù)雜相互作用的目的在于，在混合氣中平衡相對(duì)彼此的排氣壓力和充 氣壓力，以便使得混合有效率。在此，缺點(diǎn)在于，渦輪增壓器的功率與排氣功率不成線性比 例，并且因此難以在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行狀態(tài)中控制壓力的適應(yīng)性。這特別適用于第二 附加渦輪增壓器，因?yàn)樗龅诙郊訙u輪增壓器必然被設(shè)計(jì)用于低壓并且因此還具有相對(duì) 較大的尺寸和相對(duì)較大的重量。US 2002/0112478 Al公開了類似于US 7，165，540 B2的一種設(shè)置，其具有高壓渦 輪增壓器和低壓渦輪增壓器，所述設(shè)置的充氣流通過(guò)由基于計(jì)算機(jī)的控制器借助于可控閥 門以如下方式被控制，即使得充氣壓縮被優(yōu)化。排氣再循環(huán)組件是未被調(diào)整的，并且僅在兩 個(gè)渦輪增壓器上游的排氣段處被汲取。因此借助于排氣再循環(huán)來(lái)改進(jìn)氣體的凈化作用是不 現(xiàn)實(shí)的。US 7,117,843 B2公開了具有低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)的柴油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中提供 了渦輪增壓器，排氣的一部分經(jīng)由排氣冷卻器和受控排氣閥門與新鮮空氣一起再循環(huán)進(jìn)入 所述渦輪增壓器的壓縮機(jī)內(nèi)。雖然所述系統(tǒng)僅使用了一個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)渦輪機(jī)，但是被引 入新鮮空氣段中的再循環(huán)排氣將導(dǎo)致空氣過(guò)濾系統(tǒng)的問(wèn)題，并且相對(duì)快速地阻塞了空氣過(guò) 濾器。此外，空氣過(guò)濾器經(jīng)受高溫并且因此必須承受更高溫度，或者排氣冷卻器的功率必須被相應(yīng)地增加。然而，主要缺點(diǎn)在于，因?yàn)榕艢鈮毫哂邢喈?dāng)大的波動(dòng)，所以不能在內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行狀態(tài)下均保證排氣再循環(huán)。US 6，050，095公開了帶有一體排氣再循環(huán)的渦輪增壓器。所述解決辦法除了具有 有利的緊湊性，它還同樣具有所述缺點(diǎn)。US 2006/0124115 Al公開了帶有排氣再循環(huán)的排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)具有兩個(gè) 均為執(zhí)行部分壓縮的排氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器。新鮮空氣和再循環(huán)排氣的混合發(fā)生在進(jìn)入第一 低壓壓縮機(jī)的入口上游。排氣再循環(huán)組件被連接在兩個(gè)渦輪增壓器的渦輪之間并且具有小 型排氣凈化設(shè)置。所述解決辦法同樣具有以上說(shuō)明的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型基于如下目的，即通過(guò)使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣更有效地?cái)[脫污染物 或者需要更少的新鮮空氣，并因此減小排放值，從而改進(jìn)帶有排氣再循環(huán)的排氣系統(tǒng)。本實(shí) 用新型能解決上述一些問(wèn)題。根據(jù)關(guān)于裝置的第一方面，本實(shí)用新型是基于帶有排氣再循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)排氣系 統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)裝備有借助于節(jié)流閥瓣調(diào)節(jié)的新鮮空氣供給段、至少一個(gè)第一排氣再循 環(huán)段、至少一個(gè)帶有壓縮機(jī)和排氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的第一渦輪增壓器以及至少一個(gè)設(shè)置在排氣 流中的排氣凈化裝置。 本實(shí)用新型目的通過(guò)如下方案實(shí)現(xiàn)，至少一個(gè)第二壓縮機(jī)被設(shè)置在至少一個(gè)排氣 再循環(huán)段中，所述第二壓縮機(jī)由產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)。所述第二壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率輸出和/或旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選地能夠被控制和/或 被控制作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)。如果所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)器，那么根據(jù)本實(shí)用新型的排氣系統(tǒng)將獲得具 體優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)器能夠以特別靈活的方式被控制。根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，帶有第二壓縮機(jī)的排氣再循環(huán)段在所述至 少一個(gè)排氣凈化裝置的下游被連接至排氣系統(tǒng)，從而所述排氣再循環(huán)段構(gòu)成了低壓排氣再 循環(huán)組件，并且第一排氣再循環(huán)段在所述至少一個(gè)排氣凈化裝置的上游被連接至排氣系 統(tǒng)，從而所述排氣再循環(huán)段構(gòu)成了高壓排氣再循環(huán)組件。如果穿過(guò)具有第二壓縮機(jī)的排氣再循環(huán)段的排氣流可以借助于可控閥門裝置被 激活和停用和/或調(diào)節(jié)，那么根據(jù)本實(shí)用新型可獲得另外的優(yōu)點(diǎn)。在本實(shí)用新型更優(yōu)選的實(shí)施例中，至少兩個(gè)排氣再循環(huán)段可以各自借助于一個(gè)可 控閥門裝置被激活和停用和/或調(diào)節(jié)。如果在新鮮空氣供給段中和帶第二壓縮機(jī)的排氣再循環(huán)段中各提供一個(gè)壓力傳 感器，那么可更精確地控制新鮮空氣和再循環(huán)排氣的成份。在根據(jù)本實(shí)用新型排氣系統(tǒng)的特別有利的改進(jìn)中，至少一個(gè)閥門裝置能夠由控制 器控制和/或是由控制器控制。排氣凈化裝置優(yōu)選地具有至少一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器和/或顆粒過(guò)濾器。所述排氣凈化 裝置還可以具有多部件設(shè)計(jì)并且借助管路連接件被連接。為了使再循環(huán)排氣的溫度適應(yīng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的熱需求，用于冷卻新鮮空氣和/或 再循環(huán)排氣的至少一個(gè)冷卻器優(yōu)選地被提供在新鮮空氣供給段和/或帶第二壓縮機(jī)的排氣再循環(huán)段中。作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)選地通過(guò)相應(yīng)測(cè)量手段來(lái)測(cè)量排氣再循環(huán)率和/ 或入口歧管中的相對(duì)含氧量(BGR)。這樣的一種測(cè)量手段例如可以是氧傳感器，或者由發(fā)動(dòng) 機(jī)控制器提供的運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)有關(guān)方法的方面，本實(shí)用新型基于控制帶有根據(jù)上述實(shí)施例之一的排氣再循 環(huán)的排氣系統(tǒng)的方法。本實(shí)用新型的目的還按照這樣一種方法來(lái)解決，即所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率輸出和/ 或所述第二壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度被控制作為所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)。為了獲得更低的NOx排放，必須盡可能地增加排氣再循環(huán)率。此外，作為重要的影 響因素，例如借助于上位發(fā)動(dòng)機(jī)控制器來(lái)調(diào)節(jié)入口歧管(燃燒氣體比率BGR)中的相對(duì)含氧 量，以便確保優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。所述上位發(fā)動(dòng)機(jī)控制器還可替代地實(shí)現(xiàn)為任何所希望的常 規(guī)系統(tǒng)，并且在任意比率均是有益的，因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)用新型，由于壓力差被最小化，將更有 效地優(yōu)化再循環(huán)與新鮮空氣的混合。在此，例如根據(jù)所測(cè)量的含氧量的在入口歧管中的相對(duì)含氧量BGR = 1-[O2Jinlet/ [O2Jeef與參考空氣含氧量[02]EEF = 20. 95%相比較。所述方法的一個(gè)具體有利實(shí)施例可被實(shí)現(xiàn)成，-如果在排氣再循環(huán)組件中在空氣/排氣混合裝置上游所測(cè)量的壓力下降到低于 預(yù)定和/或可預(yù)定閾值，并且/或者新鮮空氣供給段中的空氣壓力和排氣再循環(huán)組件中的 排氣壓力之間的壓力差下降到低于預(yù)定和/或可預(yù)定的壓力差閾值，-則通過(guò)打開閥門裝置來(lái)激活低壓排氣再循環(huán)組件，帶有第二壓縮機(jī)的排氣再循 環(huán)段，并且-通過(guò)關(guān)閉主閥門裝置來(lái)停用高壓排氣再循環(huán)組件或者，使得主閥門裝置打開，從 而使得所述高壓排氣再循環(huán)組件與低壓排氣再循環(huán)組件并行運(yùn)行。在根據(jù)本實(shí)用新型的方法的另外優(yōu)選的實(shí)施例中，測(cè)量了在新鮮空氣供給段中的 空氣壓力和排氣再循環(huán)組件中的排氣壓力之間的壓力差，并且調(diào)節(jié)了第二壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的功率輸出和/或旋轉(zhuǎn)速度，從而最小化了壓力差和/或使得壓力差下降到低于預(yù)定 和/或可預(yù)定壓力差閾值。所述根據(jù)本實(shí)用新型方法的優(yōu)選實(shí)施例可與任何所需發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和方法結(jié) 合并且可與其并行運(yùn)行或者疊置于其上運(yùn)行。這意味著再循環(huán)排氣的壓力和新鮮空氣壓力 之間的壓力差通常被優(yōu)化地調(diào)節(jié)，以便可更有效地進(jìn)行氣體混合，而發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)還同 時(shí)使燃料混合物適應(yīng)功率供應(yīng)和最優(yōu)化排放值的要求。根據(jù)本實(shí)用新型的方法在可替代實(shí)施例中還被配置成-在第一方法步驟中，電動(dòng)控制器被激活并且所述方法進(jìn)入第二方法步驟，-在第二方法步驟中，檢查高壓排氣再循環(huán)組件的主閥門裝置是否完全打開，并且 如果結(jié)果是否定的，那么運(yùn)行高壓排氣再循環(huán)組件并且所述方法進(jìn)入第六方法步驟，其中 如果結(jié)果是肯定的，那么所述方法進(jìn)入第三方法步驟中的下一個(gè)詢問(wèn)，-在第三方法步驟中，檢查排氣再循環(huán)率的或入口歧管中相對(duì)含氧量(BGR)的所 測(cè)量偏差是否大于各自預(yù)定和/或可預(yù)定的閾值，并且如果結(jié)果是否定的，那么運(yùn)行高壓 排氣再循環(huán)組件并且所述方法進(jìn)入第六方法步驟，并且如果結(jié)果是肯定的，那么所述方法進(jìn)入第四方法步驟，-在第四方法步驟中，由于低壓排氣再循環(huán)閥門組件的閥門裝置打開并且主閥門 裝置關(guān)閉，所以低壓排氣再循環(huán)組件運(yùn)行，并且在第五方法步驟中，使高壓排氣再循環(huán)組件 的控制停用，或者-在第六方法步驟中，由于低壓排氣再循環(huán)閥門組件的閥門裝置關(guān)閉并且主閥門 裝置打開，所以高壓排氣再循環(huán)組件運(yùn)行并且在第七方法步驟中，使低壓排氣再循環(huán)組件 的控制停用，并且-在第八方法步驟中，所述方法分支回到第二方法步驟中所述方法程序的開始。根據(jù)本實(shí)用新型的方法的所述可替代實(shí)施例總體上區(qū)別于以上描述，其中驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)的功率輸出和/或第二壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度關(guān)聯(lián)于所測(cè)量或者確定的排氣再循環(huán)率或者 相對(duì)含氧量。此外，在本實(shí)用新型的另外優(yōu)選的實(shí)施例中可能的是對(duì)于根據(jù)本實(shí)用新型方 法的兩個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例彼此疊置應(yīng)用。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，本實(shí)用新型的目的借助于用于控制根據(jù)以上說(shuō)明實(shí) 施例之一的排氣系統(tǒng)的排氣流的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述控制系統(tǒng)可被容納在單獨(dú)的殼體內(nèi) 或者被整合到發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方法，本實(shí)用新型的目的還借助于具有帶有根據(jù)以上說(shuō)明 實(shí)施例之一的排氣再循環(huán)(14)的排氣系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例將自從屬權(quán)利要求中詳細(xì)說(shuō)明的其他特征中呈 現(xiàn)。

將在以下根據(jù)相關(guān)附圖以示例性實(shí)施例的形式來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，在附圖中圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性排氣系統(tǒng)的示意性設(shè)置，以及圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的排氣系統(tǒng)控制的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。參考標(biāo)記清單1第一壓縮機(jī)[0048]1. 1渦輪機(jī)[0049]2排氣再循環(huán)組件的閥門裝置、節(jié)流閥瓣[0050]3主閥門裝置、閥門裝置[0051]4閥門裝置[0052]5第二壓縮機(jī)[0053]5. 1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)器、電機(jī)[0054]6新鮮空氣冷卻器、充氣冷卻器[0055]7共用排氣冷卻器[0056]8低壓排氣再循環(huán)組件的排氣冷卻器[0057]9內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)[0058]10排氣歧管[0059]11入口歧管[0060]12排氣凈化裝置、催化轉(zhuǎn)化器、顆粒過(guò)濾器[0061]13排氣再循環(huán)段，第一、高壓排氣再循環(huán)組件[0062]14排氣再循環(huán)段，第二、低壓排氣再循環(huán)組件[0063]15排氣系統(tǒng)[0064]16排氣出口[0065]17新鮮空氣供給段[0066]18空氣/排氣混合裝置[0067]19控制系統(tǒng)、控制器[0068]20控制線路[0069]21排氣再循環(huán)組件[0070]Si.. S8方法步驟[0071]PI空氣壓力[0072]Pr排氣再循環(huán)組件中的壓力[0073]ΔΡ壓力差[0074]APmax壓力差閾值[0075]Prmin閾值[0076]DPF柴油顆粒過(guò)濾器[0077]EGR排氣再循環(huán)[0078]BGR燃燒氣體比率，入口歧管中的相對(duì)含氧量[0079]入口歧管中的含氧量[0080]O2EEF空氣的參考含氧量
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)9的示例性排氣系統(tǒng)15的示意性設(shè)置。在此以示例方式使用的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)9被設(shè)計(jì)為6-缸V-型發(fā)動(dòng)機(jī)并且具有入口歧 管11和兩件式出口或排氣歧管10。由第一壓縮機(jī)1吸入經(jīng)由新鮮空氣供給段17的新鮮空氣經(jīng)由優(yōu)選地可控節(jié)流閥 瓣2(由控制器控制)至空氣/排氣混合裝置18，在此處所述新鮮空氣與再循環(huán)排氣混合后 流入入口歧管11中?？諝?排氣混合裝置18在最簡(jiǎn)單的情況下僅由管路連接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一壓縮機(jī)1由排氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)1. 1驅(qū)動(dòng)，所述渦輪機(jī)因?yàn)樵谂艢舛沃械牧鞒鰺?排氣而旋轉(zhuǎn)。這是在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或者火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的常規(guī)渦輪增壓器。可借助于 渦輪葉片的可變位置來(lái)相應(yīng)調(diào)整其泵送能力或者旋轉(zhuǎn)速度，例如在TGM渦輪增壓器的情況 下。在排氣歧管10之外直接連接至排氣出口的是排氣再循環(huán)段13，可停用和激活該 排氣再循環(huán)段13，并且在有利實(shí)施例中也可以借助于可控閥門裝置3來(lái)節(jié)流該排氣再循環(huán) 段13。當(dāng)閥門裝置3打開時(shí)排氣經(jīng)由所述排氣再循環(huán)段13流入排氣再循環(huán)組件21中，并 且流到空氣/排氣混合裝置18，在此所述排氣與新鮮空氣混合并且向前流動(dòng)到入口歧管11 中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻器7被設(shè)置在排氣再循環(huán)組件21中，在冷卻器7中所述排 氣在與新鮮空氣混合之前被冷卻。排氣在經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)1. 1之后流入排氣凈化裝置12中，所述排氣凈化裝置12具有催化轉(zhuǎn)化器和/或顆粒過(guò)濾器和例如至少一個(gè)消聲器。在排氣凈化之后，排氣部分地經(jīng)由 排氣出口 16流入大氣中并且部分地排出到第二排氣再循環(huán)段14中，所述第二排氣再循環(huán) 段14借助于管線連接至排氣管路。因?yàn)榕艢庠谕ㄟ^(guò)排氣凈化裝置12之后具有較低壓力， 所以第二排氣再循環(huán)段14還被稱為低壓排氣再循環(huán)組件14。低壓排氣再循環(huán)組件14可被停用和激活，并且在有利的實(shí)施例中也可以借助于 閥門裝置4被節(jié)流。所述閥門裝置4僅以示例方式被設(shè)置在低壓排氣再循環(huán)組件14的入 口處并且在其他有利的實(shí)施例中可以被設(shè)置在低壓排氣再循環(huán)組件14并入高壓排氣再循 環(huán)組件13之前的沿低壓排氣再循環(huán)組件14的任何其他所需位置上，也就是說(shuō)例如甚至在 兩個(gè)消聲器之間。冷卻器8冷卻再循環(huán)排氣，然后所述再循環(huán)排氣優(yōu)選地在冷卻狀態(tài)下流至第二壓 縮機(jī)5。如果不需要冷卻，例如由于關(guān)于入口歧管和/或第二壓縮機(jī)5的排氣再循環(huán)組件長(zhǎng) 度以及溫度約束，那么可在另外優(yōu)選的實(shí)施例中省略所述冷卻器8。根據(jù)本實(shí)用新型，所述 第二壓縮機(jī)5由電動(dòng)機(jī)器5. 1驅(qū)動(dòng)，為此所述第二壓縮機(jī)5的泵送能力可獨(dú)立于排氣的當(dāng) 前壓力及其質(zhì)量流動(dòng)而被調(diào)整。因?yàn)榕艢獗焕鋮s并且因排氣凈化裝置12而基本擺脫污染 物，所以所述排氣引起對(duì)壓縮機(jī)5更少的磨損。因此，壓縮機(jī)5可被設(shè)計(jì)為更耐用和/或更 低廉。由壓縮機(jī)5壓縮的再循環(huán)排氣被導(dǎo)入排氣再循環(huán)組件21中，在此所述排氣被設(shè)置 在此的冷卻器7再次冷卻。在本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施例中，如果例如不希望進(jìn)一步冷 卻來(lái)自低壓排氣再循環(huán)組件14的再循環(huán)排氣，那么所述冷卻器7可被設(shè)置在高壓排氣再循 環(huán)組件13中?？刂破?9經(jīng)由控制線路20控制閥門裝置2、3和4的開關(guān)狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)器 5. 1的功率或者旋轉(zhuǎn)速度。此外，在新鮮空氣供給段17和排氣再循環(huán)組件21中各設(shè)置一個(gè)壓力傳感器(未 示出)，所述壓力傳感器的測(cè)量信號(hào)被供給至控制器19。控制器19評(píng)估來(lái)自所述壓力傳感器的測(cè)量信號(hào)，以便形成新鮮空氣供給段17中 的空氣壓力PI與排氣再循環(huán)組件21中的排氣壓力ft·之間的壓力差ΔΡ，并且分別使得所 述壓力差或所測(cè)量壓力值PI和/或ft"直接與預(yù)定和/或可預(yù)定壓力差閾值△ Pmax和/ 或與閾值Prmin相比較?？刂破?9或者另外的控制器還以常規(guī)方式控制第一壓縮機(jī)17的功率，例如通過(guò) 改變渦輪機(jī)1.1的渦輪葉片的位置。在不同負(fù)載的情況下，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)9要求適合于所述負(fù)載的空氣量，所述空氣量 由新鮮空氣和再循環(huán)排氣構(gòu)成。空氣質(zhì)量傳感器(未示出)測(cè)量例如空氣/排氣混合氣的 容積或質(zhì)量并且將其信號(hào)提供至控制燃料供給和點(diǎn)火時(shí)刻的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(未示出)。如果控制器19接收了排氣再循環(huán)組件21中的再循環(huán)排氣的壓力值ft·，且其中所 述壓力值ft·下降到低于預(yù)定和/或可預(yù)定閾值Prmin，或者新鮮空氣供給段17中的空氣壓 力PI與排氣再循環(huán)組件21中的排氣壓力ft·之間的壓力差Δ P下降到低于預(yù)定和/或可 預(yù)定壓力差閾值A(chǔ)Pmax，那么確定了高壓排氣再循環(huán)組件13的壓力能力不足以確保排氣 混合裝置18中的新鮮空氣與再循環(huán)排氣具有所需混合比率。為了將再循環(huán)排氣的壓力增加至足夠值，通過(guò)使得閥門裝置3關(guān)閉、閥門裝置4打 開和激活電機(jī)5. 1并且將其功率輸出和/或旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)成使得上述所測(cè)量的壓力值被移動(dòng)到可接受值的范圍內(nèi)，從而對(duì)低壓排氣再循環(huán)組件14進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。在另外有利的實(shí)施例中，替代如以上說(shuō)明的選擇性運(yùn)行，兩個(gè)排氣再循環(huán)組件13 和14可并行運(yùn)行，為此，第二壓縮機(jī)5的功率并因此電機(jī)5. 1的功率被要求到更小的程度。換言之，根據(jù)本實(shí)用新型在新鮮空氣供給段17中的空氣壓力PI與排氣再循環(huán)組 件21中的排氣壓力ft·之間的壓力差△ P，適應(yīng)或最小化被疊加在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器上，從而在 所有運(yùn)行狀態(tài)下，優(yōu)化了再循環(huán)排氣與新鮮空氣的最佳混合，以及所需的運(yùn)行參數(shù)，特別是 排氣再循環(huán)率和/或入口歧管中的相對(duì)含氧量。在此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可根據(jù)一種公知方法 或根據(jù)關(guān)于圖2所述的本實(shí)用新型來(lái)設(shè)計(jì)。圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的排氣系統(tǒng)15的控制流程圖。排氣系統(tǒng)的控制在方法步驟Sl開始，這可例如與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)9的開始一致。在方法步驟S2中，測(cè)量高壓排氣再循環(huán)組件13的閥門裝置3的打開程度。為此 目的，例如可能的是測(cè)量形成所述閥門裝置的節(jié)流閥瓣的位置或者在其他實(shí)施例中測(cè)量排 氣的質(zhì)量流動(dòng)。因?yàn)橹灰鲩y門裝置尚未達(dá)到其最大打開的限制，則排氣再循環(huán)組件13 的控制仍然在可控范圍內(nèi)，并且以受控方式進(jìn)行所述正常排氣再循環(huán)。如果閥門裝置3已經(jīng)達(dá)到其完全打開的程度，那么所述方法進(jìn)入方法步驟S3中的 進(jìn)一步詢問(wèn)。在此，排氣再循環(huán)率的或者進(jìn)氣歧管中相對(duì)含氧量的誤差或者幅度與預(yù)定和 /或可預(yù)定閾值進(jìn)行比較。在可接受值的范圍內(nèi)，則高壓排氣再循環(huán)組件13繼續(xù)被使用并 且所述方法進(jìn)入方法步驟S6，其中低壓排氣再循環(huán)組件14的閥門裝置4如果以前是打開的 則被關(guān)閉，并且高壓排氣再循環(huán)組件13的閥門裝置3如果先前是關(guān)閉的則被打開。在隨后方法步驟S7中，控制高壓排氣再循環(huán)組件13的調(diào)節(jié)閉環(huán)。在此，閥門裝置 3的打開可以例如是排氣再循環(huán)率的或入口歧管中相對(duì)含氧量的誤差的函數(shù)，或者是排氣 再循環(huán)率本身的函數(shù)。此外，電動(dòng)機(jī)器5. 1的控制，也就是說(shuō)低壓排氣再循環(huán)組件14的控 制，在此可以被停用。如果在S3中排氣再循環(huán)率的或者入口歧管中相對(duì)含氧量的誤差超過(guò)預(yù)定閾值， 那么經(jīng)由低壓排氣再循環(huán)組件14對(duì)被迫壓縮排氣再循環(huán)組做出開關(guān)轉(zhuǎn)換。為此目的，所 述方法進(jìn)入方法步驟S4，其中低壓排氣再循環(huán)組件14的閥門裝置4如果先前關(guān)閉那么被打 開并且高壓排氣再循環(huán)組件13的閥門裝置3如果先前打開那么被關(guān)閉。所述方法隨后進(jìn) 入方法步驟S5，其中，低壓排氣再循環(huán)組件14的調(diào)節(jié)閉環(huán)被控制作為排氣再循環(huán)率的或入 口歧管中相對(duì)含氧量的誤差的函數(shù)，或者作為排氣再循環(huán)率或入口歧管中相對(duì)含氧量本身 的函數(shù)。此外，在此可能的是閥門裝置3的控制也就是高壓排氣再循環(huán)組件13的控制被停 用或者被置于待機(jī)狀態(tài)。方法步驟S7和S5均進(jìn)入通達(dá)所述方法的開始的環(huán)，從而各自的調(diào)節(jié)環(huán)是閉合的。 在方法步驟S8中，可以詢問(wèn)是否需要重復(fù)環(huán)或者是否需要結(jié)束所述方法。可根據(jù)下列等式確定入口歧管中的相對(duì)含氧量BGR=I-O2inA^kef,其中O2in是入口歧管中的含氧量并且O2kef是空氣的參考含氧量。使用帶有根據(jù)本實(shí)用新型的排氣再循環(huán)的排氣系統(tǒng)，減小了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排放并 且獲得了更高的排氣再循環(huán)率或者更大的入口歧管中相對(duì)含氧量，因此對(duì)應(yīng)的排氣冷卻器 和入口歧管可以更耐用并且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行可以關(guān)于燃燒過(guò)程被更好地優(yōu)化。
權(quán)利要求1.一種帶有排氣再循環(huán)(13、14)的排氣系統(tǒng)(15)，該排氣系統(tǒng)(1 為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(9) 的排氣系統(tǒng)(15)，所述系統(tǒng)具有通過(guò)節(jié)流閥瓣(2)調(diào)節(jié)的新鮮空氣供給段(17)、具有至少 一個(gè)第一排氣再循環(huán)段(1 和第二排氣再循環(huán)段(14)、具有帶有壓縮機(jī)(1)和排氣驅(qū)動(dòng)渦 輪機(jī)(1. 1)的至少一個(gè)第一渦輪增壓器(1，1. 1)、具有設(shè)置在排氣流中的至少一個(gè)排氣凈 化裝置(12)，所述排氣系統(tǒng)(15)的特征在于至少一個(gè)第二壓縮機(jī)( 被設(shè)置在至少一個(gè)排氣再循環(huán)段(14)中，所述第二壓縮機(jī) (5)由產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5. 1)驅(qū)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述第二壓縮機(jī)(5)的所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5. 1)被設(shè)置為所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5. 1)的功率輸出 和/或旋轉(zhuǎn)速度被控制作為所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(9)的運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(5. 1)被設(shè)置為電動(dòng)機(jī)器(5. 1)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于帶有所述第二壓縮 機(jī)(5)的第二排氣再循環(huán)段(14)在所述至少一個(gè)排氣凈化裝置(1 的下游被連接至所述 排氣系統(tǒng)(15)，從而所述第二排氣再循環(huán)段(14)構(gòu)成了第二低壓排氣再循環(huán)組件(14)，并 且所述第一排氣再循環(huán)段(1 在所述至少一個(gè)排氣凈化裝置(1 的上游被連接至所述排 氣系統(tǒng)(15)，從而所述排氣再循環(huán)段(1 構(gòu)成了第一高壓排氣再循環(huán)組件(13)。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置 在所述第二排氣再循環(huán)段(14)的第二可控閥門裝置G)，經(jīng)過(guò)帶有所述第二壓縮機(jī)(5)的 所述第二排氣再循環(huán)段(14)的所述排氣流可以借助于可控閥門裝置(4)被激活和停用和 /或調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置 在所述第二排氣再循環(huán)段(14)的第二可控閥門裝置(4)和設(shè)置在所述第一排氣再循環(huán)段 (13)的第一可控閥門裝置(3)，所述第一排氣再循環(huán)段(1 和所述第二排氣再循環(huán)段(14) 各自可借助于所述第一可控閥門裝置和所述第二可控閥門裝置(3、4)被激活和停用和/或 調(diào)整。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于在所述新鮮空氣供給段(17)中和帶有所 述第二壓縮機(jī)(5)的所述排氣再循環(huán)段(14)中分別提供一個(gè)壓力傳感器。
8.如權(quán)利要求6所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置在進(jìn)氣系統(tǒng)的可控節(jié)流 閥瓣裝置O)，可控節(jié)流閥瓣裝置O)、第一可控閥門裝置C3)和第二可控閥門裝置由 控制器控制。
9.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述排氣凈化裝置(12)具有至少一個(gè)催 化轉(zhuǎn)化器和/或一個(gè)顆粒過(guò)濾器。
10.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于用于冷卻新鮮空氣和/或再循環(huán)排氣 的至少一個(gè)冷卻器(6、8)被提供在所述新鮮空氣供給段(17)中和帶有所述第二壓縮機(jī)(5) 的所述排氣再循環(huán)段(14)中。
11.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于其進(jìn)一步包括控制器控制，所述控制器控制通過(guò)對(duì)應(yīng)測(cè)量手段來(lái)測(cè)量排氣再循環(huán)率和/或入口歧管中的相對(duì)含氧量來(lái)作為所述 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(9)的運(yùn)行參數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有排氣再循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有通過(guò)節(jié)流閥瓣調(diào)節(jié)的新鮮空氣供給段、具有至少一個(gè)排氣再循環(huán)段至少一個(gè)帶有壓縮機(jī)和排氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的第一渦輪增壓器、設(shè)置在排氣流中的至少一個(gè)排氣凈化裝置。提供設(shè)置在至少一個(gè)排氣再循環(huán)段中的至少一個(gè)第二壓縮機(jī)，所述第二壓縮機(jī)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量并且被設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)器。本實(shí)用新型可與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合。再循環(huán)排氣的壓力和新鮮空氣壓力之間的壓力差能被優(yōu)化地調(diào)節(jié)，以進(jìn)行有效的氣體混合，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)使燃料混合物適應(yīng)功率供應(yīng)和最優(yōu)化排放值的要求。
文檔編號(hào)F02M25/07GK201925015SQ20102026216
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者S·佩特羅維奇 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司