专利名称：与涡轮增压发动机一起使用的双重混合egr系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及使用废气再循环(EGR)系统的汽油和柴油动力内燃机领域，尤其涉及特别适用于与涡轮增压的内燃机一起使用的双重混合EGR系统。
背景技术：
EGR是一种在当前与汽油和柴油动力内燃机一起使用以减少NOx排放的已知方法。传统的EGR系统通过从发动机排放歧管取出发动机废气的旁路气流并将其引到一控制阀或EGR阀而工作的。该EGR阀设计和操作而提供所需量的废气，用于与进入空气混合并注入发动机吸入系统，以便随后燃烧。该EGR阀根据发动机需要来调节通往发动机吸入系统的废气的量。
废气再循环的过程保证部分氧化的NOx变成全部氧化，从而降低产生部分氧化的NOx排放的烟雾。因此，这样的传统EGR系统包括排气旁路管道、相关的管道系统和歧管系统，以及发动机驱动的EGR泵(如需进一步增压)，与一个EGR控制阀，所有这些是附接于发动机的辅助部件。
虽然此种传统的EGR系统可能足以满足当前用于某些用途的排放规定，但将来的排放要求将更加严格，而EGR技术的目前状态将不能满足这些要求。例如，从2007年开始，公路上的中型负载和重型负载的柴油机排放规定将要求排放的氮氧化物气体量(总称为NOx)减少一个数量级(10倍)。此种排放减少可能可以通过EGR和/或废气后处理来达到。
当考察涡轮增压发动机用途如涡轮增压柴油动力发动机情况时，使用这些组合方法使得比匹配涡轮增压器操作来提供发动机最佳性能而仍能提供足够的EGR驱动(即负发动机ΔP)能力更难。
因此，希望以这样一种方式提供一种改进的EGR系统，也即当与传统的EGR系统相比较时，该改进的EGR系统适合用于涡轮增压的发动机用途中而提供同样的或改进的发动机性能，同时也满足上述越来越严格的排放要求。
发明概述本发明是一种废气再循环(EGR)系统，包括一台有一进气歧管和一排气歧管的发动机；一个有至少一压缩机级的涡轮增压器；一股接通而接收该涡轮增压器上游的废气的第一废气旁路气流；一个接通于第一废气旁路气流中而控制从排气歧管接收的废气量的第一控制阀；一股接通而接收通过涡轮增压器的涡轮机部分的流出排气歧管的废气的第二废气旁路气流，该旁路气流使该废气与一进入空气流组合而形成一种引入涡轮增压器的第一压缩机级的废气/空气混合物；以及一个在与进入空气流的连接点的上游接通于该第二废气旁路气流内的第二控制阀，用以控制在通往该涡轮增压器的第一压缩机级的废气/空气混合物中的空气和废气的相对量。
该从第一废气旁路气流来的废气用一个EGR冷却器冷却而在最后的气体/空气混合物引向涡轮增压器的第二压缩机级之前和在增压的最后的气体/空气混合物引入进气歧管之前与该废气/空气混合物混合而形成一种最后的气体/空气混合物。该废气/空气混合物可以在其被第一压缩机级压缩后冷却。可以增加一个柴油微粒过滤器来过滤该第一废气旁路气流中的废气。任选地，该流出涡轮增压器的最后一压缩机级的增压的废气/空气混合物在被引入进气歧管之前与第一废气旁路气流组合，该废气/空气混合物在进入最后一压缩机级之前可任选地冷却。
可以使用至少一个EGR冷却器来冷却该第一废气旁路气流和/或第二废气旁路气流。可以使用一个增压空气冷却器来在其被引入进气歧管之前冷却该增压的废气和空气。可以任选地包括至少一种排气后处理来处理该第二废气旁路气流。
该EGR系统可以包括一个与该涡轮增压器并联操作的第二涡轮增压器；一个用于将流出排气歧管的部分排气流引入第二涡轮增压器的涡轮机部分入口的旁路和一个控制所述部分气流的第一同步控制阀；以及一个控制进入涡轮增压器的压缩机部分的废气/空气混合物的相对量的第二同步控制阀；其中流出第二涡轮增压器的涡轮机部分的废气形成第二废气旁路气流的一部分。
本发明也是一种这样的EGR系统，包括一台有一进气歧管和一排气歧管的发动机；一对串联配置的涡轮增压器；一股接通而接收第一涡轮增压器上游的废气的第一废气旁路气流；一个接通于第一废气旁路气流中而控制从排气歧管接收的废气量的第一控制阀；一股接通而接收通过至少一个涡轮增压器的涡轮机部分而流出该排气歧管的第二废气旁路气流，该旁路气流使该废气与一股进入空气流组合而形成一种被引入第二涡轮增压器的压缩机部分中的废气空气混合物；以及一个在与进入空气流的连接点的上游接通于该第二废气旁路气流内的第二控制阀，用以控制在通往该第二涡轮增压器的压缩机部分的废气/空气混合物中的空气和废气的相对量。
该第二涡轮增压器的涡轮机部分可以任选地接收流出第一涡轮增压器的涡轮机部分的废气，而该第二废气旁路气流接通而接收流出第二涡轮增压器的涡轮机部分的废气，其中该从第一废气旁路气流来的废气可以任选地被冷却而与废气/空气混合物混合，之后所述混合物被引入第一涡轮增压器的压缩机部分的入口而形成一种最后的气体/空气混合物，而且其中该流出第一涡轮增压器的压缩机部分的增压的最后的气体/空气混合物被引入进气歧管。该系统还可以任选地包括一个柴油微粒过滤器来过滤该第一废气旁路气流中的废气。
或者是，该流出第一涡轮增压器的压缩机部分的增压的废气/空气混合物在被引入进气歧管之前与第一废气旁路气流组合。一个EGR冷却器可以用来冷却该第一废气旁路气流。
在另一个实施例中，该第二废气旁路气流被接通而接收流出第一涡轮增压器的涡轮机部分的废气，其中该从第一废气旁路气流来的废气被冷却和与废气/空气混合物混合，之后所述混合物引向第一涡轮增压器的压缩机部分而形成最后的气体/空气混合物，其中流出第一涡轮增压器的压缩机部分的增压的最后气体/空气混合物被引入进气歧管。可以任选地利用一个柴油微粒过滤器来过滤第一废气旁路气流中的废气。
这些实施例还可以包括一个冷却引入进气歧管之前的废气和空气的增压空气冷却器、一个冷却第二废气旁路气流的EGR冷却器、至少一个处理第二废气旁路气流的排气后处理和/或一个冷却由第二涡轮增压器的压缩机部分压缩的废气/空气混合物的增压空气冷却器。
本发明还是这样一种EGR系统，该系统包括一台有一进气歧管和一排气歧管的发动机；两个涡轮增压器；一股废气旁路气流；一个接通于废气旁路气流中以控制从排气歧管接收的废气量的控制阀；以及一个冷却该废气的冷却器；其中所述废气与进入空气混合而形成一种废气/空气混合物，而该混合物在引入进气歧管之前由第一涡轮增压器的压缩机部分压缩。
该废气旁路气流可以做成接收第一涡轮增压器的涡轮机部分下游的废气，其中废气/空气混合物在被第一涡轮增压器的压缩机部分压缩之前受第二涡轮增压器的压缩机部分的压缩，或者是，其中该进入空气在其与废气混合之前受第二涡轮增压器的压缩机部分的压缩。该进入空气可以任选地在其受第二涡轮增压器的压缩机部分压缩后被冷却。
或者是，该废气旁路气流做成接收涡轮增压器上游的废气，其中该进入空气最好在其与废气混合之前受第二涡轮增压器的压缩机部分的压缩，而该进入空气在其被第二涡轮增压器的压缩机部分压缩之后可以任选地被冷却。
这些实施例还可以包括一个在控制阀上游的柴油微粒过滤器和/或一个用于在其被引入该进气歧管之前冷却增压的废气/空气混合物的增压空气冷却器。
下面结合附图的详细描述将部分提出本发明的其它目的，优点和新颖特点及进一步的应用范围，而该技术的专业人员在考察下列描述时将清楚其一部分或可通过本发明的实施而学会。利用在附属的权利要求书中特别指出的手部分和组合方法可以实现和获得本发明的目的和优点。
附图简述包括在本说明书中并形成其一部分的附图例示本发明的一个或多个实施例，而且与描述一起用于说明本发明的原理。这些附图仅用于例示本发明的一个或多个优选实施例的目的而并不限制本发明。附图中
图1是例示按照本发明原理的第一实施例双重EGR系统的示意图；图2是例示按照本发明原理的第二实施例双重EGR系统的示意图；图3是例示按照本发明原理的与一个包括两压缩机级的涡轮增压器一起使用的第三实施例双重EGR系统的示意图；图4是例示按照本发明原理的与串联配置的涡轮增压器一起使用的第四实施例双重EGR系统的示意图；图5是例示按照本发明原理的与并联顺序配置的涡轮增压器一起使用的第五实施例双重EGR系统的示意图；图6是例示按照本发明原理的与一个包括一台两压缩机级的涡轮增压器一起使用的第一实施例混合EGR系统的示意图；图7是例示按照本发明原理的与一个包括一台两压缩机级的涡轮增压器一起使用的第二实施例混合EGR系统的示意图；图8是例示按照本发明原理的与一个包括一台两压缩机级的涡轮增压器一起使用的第三实施例混合EGR系统的示意图；图9是例示按照本发明原理的与串联配置的涡轮增压器一起使用的第四实施例混合EGR系统的示意图；图10是例示按照本发明原理的与串联配置的涡轮增压器一起使用的第五实施例混合EGR系统的示意图；图11是例示按照本发明原理的与串联配置的涡轮增压器一起使用的第一实施例双重混合EGR系统的示意图；图12是例示按照本发明原理的与串联配置的涡轮增压器一起使用的第二实施例双重混合EGR系统的示意图；图13是例示按照本发明原理的与一个包括一台两压缩机级的涡轮增压器一起使用的第三实施例双重混合EGR系统的示意图；以及图14是例示按照本发明原理的与串联配置的涡轮增压器一起使用的一个特定实施例混合EGR系统的示意图。
发明详述本发明的废气再循环(EGR)系统做成与单个或多个涡轮增压内燃机的应用一起操作，利用单级或多级涡轮增压器而以满足严格的排放要求的方式来提供对发动机的废气再循环，而不会降低所希望的发动机性能特征。
能够利用一个多级涡轮机和/或压缩机来满足所希望的性能要求，用于从该排气分接EGR而将其引回到进气系统中的位置是非常重要的。因此，可以要求能够在多个位置分接排气而将其引回到进气流中的灵活性。这包括在各级之间而不必在排气歧管(高压环路EGR)或尾管(纸压环路EGR)处分接废气。用于EGR目的的在各级之间分接和引入废气在此处称为“混合的”EGR系统。在所有情况下，如果在压缩机和车辆增压空气冷却器(CAC)的上游引入EGR，那么很可能将需要一个微粒过滤器来除去多半会弄脏压缩机和/或车辆CAC的成分的排气。
本发明的EGR系统被描述和例示为为了减少NOx排放而与排气后处理一起使用，这种后处理可以以过滤器、催化剂和/或捕集器的形式而提供。这种排气后处理的例子可以包括贫NOx捕集器(LNT)、柴油氧化催化剂(DOC)和柴油特别过滤器(DPF)。但是，可以理解，本发明的EGR系统也可以没有排气后处理，或者可以与除了上述那些以外的排气后处理一起使用而并不偏离本发明的精神。
图1例示本发明的第一实施例双重EGR系统10，包括发动机12和与其连接的涡轮增压器14。在该例示的例子中，发动机12是一种在线活塞构型，但是EGR系统10可与任何发动机构型一起工作。如此处使用的，术语“双重”理解为指在该发动机上提供两股EGR流。第一EGR流16是从发动机排气歧管18提供的，并通过控制器或EGR阀20而受控。冷却器22用于在引入发动机进气歧管24之前冷却该第一EGR流。从第二EGR流来的排气与进入的空气混合而由涡轮增压器压缩机28增压。从第二EGR流来的排气经过流出涡轮增压器涡轮机32的排气旁路气流30而提供到压缩机的入口端。该排气旁路从排气后处理33的下游取出，而空气对空气增压冷却器34用于在引入进气歧管之前冷却增压的新鲜空气/第二EGR流混合物26。EGR混合器36用于在引入之前将第一和第二EGR流混合在一起。
在该特定的实施例中，新鲜空气/第二EGR流混合物26是一种高压环路(HPL)，它被冷却而为中等/满载负荷操作提供EGR。第一EGR流16是一种低压环路(LPL)，它为空转/低负荷操作提供未冷却的EGR。在通过HPL和LPL输送的EGR之间的分裂由EGR阀20控制，而向着LPL的分裂对于冷的天气操作是增加的。
图2例示本发明的第二实施例双重EGR系统38，包括发动机40和连接于其上的涡轮增压器42。在例示的例子中，发动机40是一种V-8型活塞构型，但是EGR系统38可与任何发动机构型一起工作。第一EGR流/LPL44是从发动机排气歧管46提供的并通过第一控制器或EGR阀48而受控制。冷却器50用于冷却在引入发动机进气歧管52之前的第一EGR流。第二EGR流/HPL54与由涡轮增压器压缩机56供给的增压进入空气一起提供。用于第二EGR流的废气通过流出涡轮增压器涡轮机60的排气旁路气流58而提供到压缩机的入口端。排气旁路是在排气后处理62的下游取出的，而空气对空气增压冷却器64用于冷却在引入进气歧管之前的增压进入空气和第二EGR流。第二控制器或EGR阀66可用于控制与用于引入压缩机入口的新鲜进入空气混合的废气量。第二冷却器68可以任选地用于排气旁路58中，以控制进入压缩机的废气的温度。EGR混合器70用于在引入发动机之前将第一和第二EGR流混合在一起。
在该特定的实施例中，第一/LPL和第二/HPL EGR流以上述同一方式操作而提供用于中等/满载负荷操作，而未冷却的EGR用于空载/低负荷操作。
图3例示第三实施例双重EGR系统72，该系统在许多方面类似于图2中例示的上述系统，不同之处是涡轮增压器74包括一个由双侧或两压缩机级。第一压缩机78是低压压缩机，该压缩机接收进入空气和从排气旁路82来的EGR的混合物并在确定去第二压缩机80的路线之前增压该混合物，第二压缩机80是一台高压压缩机，该机操作而提供用于将该混合的进入空气和EGR引入该发动机的最终所要的增压压力。增压空气冷却器84可以任选地用在第一级和第二压缩机级之间。如图2中例示的实施例，第一/LPL86和第二/HPL EGR流88被操作而提供用于中等/满载负荷操作的所要的冷却EGR和用于空转/低负荷操作的未冷却EGR。
图4例示第四实施例双重EGR系统90，该系统在许多方面类似于图2中例示的上述系统，不同之处是该发动机由多于一个的涡轮增压器进行增压。在该例子中，两个涡轮增压器92和94配置成串联。第一EGR流/LPL96与第二和第三实施例的相同。第一涡轮增压器92的废气出口指向第二涡轮增压器94的涡轮入口，而排气旁路93在进入第二涡轮增压器94的低压压缩机之前与新鲜入口空气混合。从低压压缩机来的增压出口引向第一涡轮增压器92的高压压缩机，而任选的增压空气冷却器100可以安置在两者之间。增压空气和流出高压压缩机的EGR的混合物组成该系统的第二EGR流/HPL102。像上面例示和描述的双重EGR系统实施例一样，第一/LPL96和第二/HPL 102 EGR流操作而为中等/满载负荷操作提供所希望的冷却EGR和用于空载/低负荷操作的未冷却的EGR。
图5例示第五实施例双重EGR系统90，该系统在许多方面类似于图2中例示的上述系统，不同之处是该发动机由多于一个的涡轮增压器进行增压。在该例子中，两个涡轮增压器106和108配置成并联。第一EGR流/LPL110与第二、第三、第四实施例相同。从连接到第一涡轮增压器106的涡轮入口上的排气歧管出来的废气出口包括一个通过控制阀112连接在第二涡轮增压器108的涡轮入口上的旁路，以便需要时允许第二涡轮增压器操作。排气旁路114取自两个涡轮增压器的出口，并在进入两个涡轮增压器的一个或两个压缩机入口之前与新鲜入口空气混合。第二控制阀116用于允许入口空气和EGR的平行通道通往第二涡轮增压器。流出两个涡轮增压器的增压空气和EGR被引向该发动机并包括该系统的第二EGR流/HPL118。与第四双重EGR系统实施例不同，在两个涡轮增压器之间没有中间压力，因为每个涡轮增压器平行操作而非串联。但是，与上述双重EGR系统实施例相同，第一/LPL110和第二/HPL 118EGR流以如先前描述的同一方式操作，以提供用于中等/满载负荷操作的所要冷却EGR和用于空载/低负荷操作的未冷却的EGR。
图6例示本发明的第一实施例混合EGR系统120，包括发动机122和连接于其上的涡轮增压器124。在例示的例子中，发动机122是一种在线活塞构型，但是混合EGR系统120可以与任何发动机构型一起使用。如此处使用的，术语“混合”理解为指一股排气旁路气流取自该发动机并在一台包括两级的涡轮增压器的两压缩机级之间引入。在该实施例中，一股单独的EGR流126引入发动机进气歧管128。流出发动机排气歧管130的废气通到控制阀132。该阀引导废气通过一个或两个涡轮增压器涡轮机134和涡轮增压器压缩机136。通到压缩机136的旁路气流138可以首先旁路通过排气后处理140如柴油特殊过滤，以便不污染压缩机或下游的增压空气冷却器。然后，在经过EGR混合器144与由第一压缩机级148产生的增压进入空气146混合之前，EGR流由通过EGR冷却器142的通道冷却。增压空气冷却器150可以任选地用于冷却第一级增压空气。在混合器144中混合的组合废气和增压空气被引入第二压缩机级152的入口，用于在引入发动机之前进一步增压。增压空气冷却器154用于在引入发动机之前冷却增压空气和EGR流126。例示的实施例是一种低速涡轮增压器构型。在该特定的实施例中，EGR流126以增压进入空气混合物形式提供，而EGR量受控制阀132控制。
图7例示本发明的第二实施例混合EGR系统156，该系统在许多方面类似于图6中例示的上述系统，不同之处是EGR冷却器158设置在EGR混合器162下游的排气旁路气流160内，使得它在被引入涡轮增压器第二压缩机级164中之前操作而冷却废气和第一级增压进入空气两者。与上述混合EGR系统实施例一样，控制阀166操作而调节引到压缩机的废气量，从而调节引到发动机的EGR量。
图8例示本发明的第三实施例EGR系统168，该系统在许多方面类似于图6中例示的上述系统，不同之处是与具有V-8活塞构型的发动机170一起使用，虽然任何发动机构型均可与EGR系统168一起工作，而涡轮增压器172有两压缩机级174。在该实施例中，流出发动机排气歧管的废气分裂为引到涡轮增压器涡轮机180的第一气流178和最终引到用于EGR的涡轮增压器压缩机174的第二气流182。控制阀184设置在排气后处理186如一柴油微粒过滤器下游的第二气流182内。流出该控制阀的废气与从第一压缩机级188产生的增压进入空气混合，然后经过增压空气/EGR冷却器190冷却。然后该冷却的废气和增压空气引入第二压缩机级192的入口，以便按需要增压而引入发动机。增压空气冷却器194安置在第二压缩机级的下游，用于在通过EGR流196引入发动机用于燃烧之前冷却该混合的增压空气和排放空气。该例示的实施例是一种低速涡轮增压器、高压环路EGR构型的实施例。在该特定的实施例中，EGR流194以增压进入空气混合物的形式提供而EGR量由控制阀184控制。
图9例示本发明的第四实施例EGR系统200，该系统在许多方面类似于图8中例示的上述系统，不同之处是该系统与多于一个的涡轮增压器串联配置地一起使用。在该实施例中，该流出发动机排气歧管202的废气分裂成引向高压涡轮增压器206的第一气流204和最终引到高压涡轮增压器206的用于EGR第二气流208。控制阀212设置在排气后处理214如柴油微粒过滤器下游的第二气流208内。流出该控制阀的废气与从低压涡轮增压器218的压缩机部分216产生的增压进入空气混合，然后经过增压空气/EGR冷却器220冷却。然后该冷却的废气和增压空气引入高压涡轮增压器压缩机210的入口，用于按需要增压而引入发动机。增压空气冷却器222安置在高压涡轮增压器压缩机210的下游，以便在通过EGR流224引入发动机用于燃烧之前冷却该混合的进一步增压的空气和废气。该例示的实施例是一个串联的涡轮增压器、高压环路EGR构型的实施例。在该特定的实施例中，EGR流224以增压的进入空气混合物形式提供，而EGR的量受控制阀212的控制。
图10例示本发明的第五实施例EGR系统226，该系统在许多方面类似于图9中例示的上述系统，在于它涉及使用多个串联配置的涡轮增压器。但是，在该特定的实施例中，发动机排气228直接引向高压涡轮增压器232的涡轮机部分230，而EGR旁路气流234是在第一涡轮增压器的涡轮机排气出口和第二涡轮增压器238的涡轮机部分236的排气入口之间取出的。控制阀240是与排气后处理242如柴油机微粒过滤器和EGR冷却器244下游的EGR旁路气流234一起安置的。流出阀240的废气在被引入低压涡轮增压器238的压缩机部分246的入口之前与入口空气混合。增压空气和流出压力涡轮增压器238的压缩机部分246的废气被引入高压涡轮增压器232的压缩机部分248的入口。以便增压到一个所要的量而用于引入发动机。增压空气冷却器250安置在高压涡轮增压器压缩机248的下游，用于在通过EGR流252而引入发动机以便燃烧之前冷却混合的进一步增压空气和废气。所示的实施例为一种串联涡轮增压器、混合的低压环路EGR构型的实施例。在该特定的实施例中，EGR流252是以增压进入空气混合物的形式提供的，而EGR量受控制阀240的控制。
图11例示本发明的第一实施例双重混合EGR系统254，该系统许多方面类似于图9中例示的上述系统，它涉及使用串联的多个涡轮增压器，并涉及使用EGR旁路气流262以便将废气引入高压涡轮增压器266的压缩机部分274中。但是，该实施例不同之处在于，它也包括在进入低压涡轮增压器260的涡轮机部分261之前取出的另一个EGR旁路气流256。因为EGR旁路气流256是在高压涡轮增压器涡轮机部分264的下游取出而用于引入低压涡轮增压器260的压缩机部分258中的，所以它被称为EGR环路的低压部分。另一个EGR旁路气流262包括安置在排气后处理270即柴油微粒过滤器下游的控制阀268和增压空气/EGR冷却器272。流出阀268的废气在引入高压涡轮增压器266的压缩机部分274的入口之前与空气和从由低压涡轮增压器压缩机258产生的EGR旁路气流256来的废气的增压混合物混合。因为EGR旁路气流262是在进入高压涡轮增压器涡轮机264之前取出的，所以它被称为EGR环路的高压部分。增压空气和流出高压涡轮增压器266的压缩机274的排放气本通过增压空气冷却器276，用于在通过新鲜空气/EGR混合物流278引入发动机用于燃烧之前冷却进一步增压的空气和废气混合物。例示的实施例涉及使用串联的涡轮增压器，而被称为一种双重混合系统，在于它包括两个EGR环路即一个高压环路和一个低压环路，而且因为它涉及用于EGR目的的将废气引入一台或多台涡轮增压器压缩机中。因此，该EGR系统实施例可以称为双重混合高压和混合低压环路EGR系统。在该特定的实施例中，EGR流278是以增压进入空气混合物的形式提供的，而经过低压环路提供的EGR量受控制阀280的控制，经过高压环路提供的EGR量则受控制阀268的控制。
图12例示本发明的第二实施例双重混合EGR系统282，该系统在许多方面类似于图11中例示的上述系统，在于它涉及使用串联的多个涡轮增压器，并涉及使用高压和低压EGR环路两者。但是，该实施例不同的是，低压EGR环路是以EGR旁路气流284的形式提供的，并从低压涡轮增压器288的涡轮机部分286的下游和从排气后处理290的下游取出。EGR旁路284包括安置在低压涡轮增压器288的压缩机部分上游的控制阀292。高压EGR环路与图11中例示的上述实施例相同。例示的实施例涉及使用串联的涡轮增压器，并被称为双重混合系统，在于它包括两个EGR环路即高压环路和低压环路，并因为它涉及为了EGR目的而将废气引入一个或多个涡轮增压器压缩机。因此，该EGR系统实施例可以称为双重混合高压和混合低压环路EGR系统。在该特定的实施例中，EGR流294以增压进入空气混合物的形式提供，而经过低压环路提供的EGR量由控制阀292控制，经过高压环路提供的EGR量则由控制阀296控制。
图13例示本发明的第三实施例双重混合EGR系统300，该系统涉及使用在一个单独的涡轮增压器用途中的低压和高压EGR环路。在该实施例中，EGR旁路气流302是从涡轮增压器涡轮机部分308上游的发动机排气歧管304取出的，并形成高压EGR环路的一部分。另一个EGR旁路气流310是从涡轮机部分308下流和从排气后处理312下游取出的。EGR旁路310包括安置在涡轮增压器压缩机部分316上游的控制阀314。在该实施例中，该涡轮增压器包括一个类似于图8中例示的两压缩机级(包括一个双侧压缩机或两个独立的压缩机)。在被引入第一级(低压)压缩机318的入口之前，流出阀314的废气与空气混合。EGR旁路气流302中的废气通过排气后处理320如柴油微粒过滤器而在与流出涡轮增压器第一压缩机级318的增压空气和排气混合之前通往控制阀322。该从EGR旁路气流302来的混合的废气和该增压空气在被引入第二级(高压)压缩机326的入口之前由EGR增压空气冷却器324冷却。增压空气和废气的混合物流出第二压缩机级并在经过EGR流330而被引入发动机之前通过一个增压空气冷却器。例示的实施例被称为双重混合系统，在于它包括两个EGR环路，即一高压环路和一低压环路，并因为它涉及为了EGR目的而将废气引入一个多压缩机级涡轮增压器的各压缩机级之间。因此，该EGR系统实施例可以称之为双重混合高压和混合低压环路EGR系统。在该特定实施例中，EGR流330是以增压进入空气混合物的形式提供的，而经过低压环路提供的EGR量受控制阀314的控制，经过高压环路提供的EGR量则受控制阀322的控制。
图14例示本发明的一种特定实施例中间压力EGR系统332。该实施例稍许类似于图12中例示的实施例，在于它涉及使用串联设置的涡轮增压器334和336，以及它包括在相应的涡轮增压器334和336的两个压缩器部分338和340之间引入废气。但是，该特定的实施例仅包括一个单独的EGR环路，该环路是作为高压涡轮增压器涡轮机344下游而在低压涡轮增压器涡轮机346上游的排气旁路气流342而取出的。控制阀348位于排气后处理350如柴油微粒过滤器下游的EGR旁路气流342内。流出阀348的废气与由低压涡轮增压器336的(低压)压缩机部分340产生的增压空气相混合。该混合的增压空气和废气在被引入高压涡轮增压器334的(高压)压缩机部分338之前通过增压空气/EGR冷却器352。该增压空气和废气的混合物流出压缩机部分338，并在经过EGR流356而被引入发动机之前通过增压空气冷却器354。该例示的实施例称为中间压力环路系统，因为它涉及在被引入涡轮增压器的各压缩机级之间以前取出一个处在该两个涡轮增压器涡轮机之间的一中间压力点的废气旁路气流。该中间压力环路EGR系统仍然被认为是一种混合式，因为它涉及在涡轮增压器压缩机之间引入废气。在该特定实施例中，EGR流356是以增压的进入空气混合物形式提供的，而所提供的EGR量受控制阀348控制。
虽然本发明已具体参考这些优选实施例而详细描述，但其它实施例也能获得同样效果。对于该技术的专业人员，显然能对本发明作变化和修改，在所附权利要求书中期望涵盖所有这些修改和等同变化。上面引证的所有参考文献、申请书、专利和出版物的全部公开内容均参考合并于此。
权利要求
1.一种废气再循环(EGR)系统，包括一台有一进气歧管和一排气歧管的发动机；一个带有至少一压缩机级的涡轮增压器；一股接通而接收该涡轮增压器上游的废气的第一废气旁路气流；一个接通于该第一废气旁路气流中以控制从该排气歧管接收的废气量的第一控制阀；一股第二废气旁路气流，该旁路气流接通而接收经该涡轮增压器的涡轮机部分而流出该排气歧管的废气，并使该气体与一股进入空气流混合而形成一种废气/空气混合物，该混合物被引入该涡轮增压器的第一压缩机级；以及一个在与该进入空气流的接通点的上游连接于该第二废气旁路气流内的第二控制阀，用以控制在通往该涡轮增压器的第一压缩机级的废气/空气混合物中的空气和废气的相对量；其中该来自第一废气旁路气流的废气用一个EGR冷却器冷却，并在该排出气体/空气混合物被涡轮增压器的最后一压缩机级压缩之前或之后与该排出气体/空气混合物混合。
2.权利要求1的EGR系统，其特征在于还包括一个与该涡轮增压器平行操作的第二涡轮增压器；一个用于引导流出该排气歧管的部分排气流进入该第二涡轮增压器的涡轮机部分入口的旁路，和一个控制所述部分气流的第一同步控制阀；以及一个第二同步控制阀，用于控制进入该涡轮增压器的压缩机部分的废气/空气混合物的相对量；其中，流出该第二涡轮增压器的涡轮机部分的废气构成该第二废气旁路气流的一部分。
3.一种EGR系统，包括一台有一进气歧管和一排气歧管的发动机；一对串联配置的涡轮增压器；一股接通而接收第一涡轮增压器上游的废气的第一废气旁路气流；一个接通于该第一废气旁路气流中以控制从该排气歧管接收的废气量的第一控制阀；一股第二废气旁路气流，该旁路气流接通而接收经至少一个涡轮增压器的涡轮机部分而流出该排气歧管的废气，并使该气体与一股进入空气流混合物而形成一种废气/空气混合物，该混合物被引入该第二涡轮增压器的压缩机部分；以及一个在与该进入空气流的接通点的上游接通于该第二废气旁路气流内的第二控制阀，用以控制在通往该第二涡轮增压器的压缩机部分的废气/空气混合物中的空气和废气的相对量；其中该第二废气旁路气流接通而在该废气通过该第二涡轮增压器的涡轮机部分之前或之后接收流出该第一涡轮增压器的涡轮机部分的废气；其中该流出该第二涡轮增压器的增压的废气/空气混合物被引向该第一涡轮增压器的压缩机部分的入口，以便进一步压缩；其中该来自该第一废气旁路气流的废气用一个EGR冷却器冷却，并在该废气/空气混合物被该第一涡轮增压器的压缩机部分压缩之前或之后与该废气/空气混合物混合。
4.一种EGR系统，包括一台有一进气歧管和一排气歧管的发动机；两个涡轮增压器；一股废气旁路气流，其形状做成可接收这些涡轮增压器上游或该第一涡轮增压器的一个涡轮机部分下游的废气；一个柴油微粒过滤器，是供随选的；一个连通于该废气旁路气流中以控制从该排气歧管接收的废气量的控制阀；以及一个冷却该废气的冷却器；其中进入空气与所述废气混合而任选地在该进入空气被该第二涡轮增压器的一个压缩机部分压缩和任选地随后被冷却之后形成一种废气/空气混合物；其中该废气/空气混合物在被引入该进气歧管之前或任选地在该废气/空气混合物被该第二涡轮增压器的一个压缩机部分第一次压缩之后由第一涡轮增压器的一个压缩机部分压缩。
5.权利要求1、2、3或4的EGR系统，其特征在于还包括一个增压空气冷却器，用以在将其引入该进气歧管之前冷却该增压的废气和空气。
6.权利要求1、2或3的EGR系统，其特征在于还包括至少一个EGR冷却器，用以冷却该第一废气旁路气流或第二废气旁路气流。
7.权利要求1、2或3的EGR系统，其特征在于还包括至少一种排气后处理，用以处理该第一废气旁路气流或第二废气旁路气流。
8.权利要求1或3的EGR系统，其特征在于，该废气/空气混合物在其受该涡轮增压器的第一压缩机级或第二涡轮增压器的压缩机部分的压缩后被冷却。
全文摘要
用于内燃机(12，40，122，170)的EGR系统(10，38，72，90，104，120，156，168，200，226，254，282，300，332)，其构型做成利用多级涡轮增压器(76，136，174，316)或一对单级涡轮增压器(92，94，106，108，206，218，232，238，260，266，288，334，336)而操作，来提供废气再循环，以满足排放需要而不影响发动机性能。可以利用一个或两个在低压、中压或高压操作的EGR环路。EGR废气可以直接从排气歧管(18，46，130，176，202)取出或在该排气流已通过一涡轮增压器涡轮机(60，180，205，230，264，286，308，334)之后取出。EGR废气可以在升压至高到足以保证所要质量流通到发动机并输到进气歧管(24，52，128)之前被注射到多级涡轮增压器(76，136，174，316)的各级之间或低压涡轮增压器压缩机(216，248，258，340)和高压涡轮增压器(210，248，274，338)压缩机之间的一个中间压力处。
文档编号F02B37/007GK1735747SQ200380108177
公开日2006年2月15日 申请日期2003年11月13日 优先权日2002年11月13日
发明者D·布鲁克希尔, A·S·唐 申请人:霍尼韦尔国际公司