专利名称：内燃发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及涡轮增压柴油发动机的后处理装置的EGR路线和配置。
背景技术：
柴油发动机排气通常比汽油发动机的排气冷，这是因为柴油发动机在过量空气的 状态下运行并且其循环在大多数运行情况下更有效率，这意味着有更少的能量被排放到排 气。一般希望靠近排气歧管安装涡轮增压器的涡轮机，以便由涡轮机汲取的排气能量处于 它的最高水平。通过使得涡轮机尽可能靠近发动机来部分缓解涡轮增压器的滞后。还已知 排气后处理装置，例如DOC (柴油氧化催化器)和SCR(选择性催化还原)催化器，在优选的 温度范围中运行得更有效率。具体地，对于后处理装置重要的是尽快在发动机冷启动之后 获得它们的起燃(Iightoff)温度。因此，为了快速起燃，希望尽可能靠近发动机来放置后 处理装置，以便后处理装置能够在发动机冷启动后迅速处理排气。
实用新型内容本实用新型可解决上述一些问题。根据本实用新型的实施例，多气缸发动机具有排气歧管，排气歧管引导发动机排 气进入通向涡轮增压器的管路中；管路具有安装在其中的小型催化器。将小型催化器插入 管路内消除了对于附加容器的需要，附加容器需要完全尺寸的紧密联接的催化器，这也必 然需要复杂而笨重的管道系统和附加连接。而通过具有较小体积，催化器迅速获得其运行 温度并且从排气中汲取较少能量以获得其运行温度，由此以最小程度干预了直接供给至涡 轮增压器的涡轮机部分的排气能量。此外，可通过控制容器的长宽比来最小化小型催化器 两端的压降。容纳催化器的管路具有EGR(排气再循环)出口，以向EGR系统提供EGR，其包 括连接发动机排气系统至发动机进气系统的EGR管、EGR阀和EGR冷却器。EGR在涡轮增 压器上游以高压汲取。根据本实用新型的另一实施例，发动机具有分别排出气体至第一和第二排气歧管 的第一和第二气缸组。具有第一和第二催化器的第一和第二管路被分别联接至第一和第二 歧管，用来接收来自气缸组的排气。涡轮增压器具有在单个轴上的第一和第二涡轮机，第一 和第二涡轮机通过第一和第二排气进口被供给排气，第一和第二排气进口被分别联接至第 一和第二管路。仅第一管路具有EGR出口，以便第一涡轮机从第一发动机气缸组接收的排 气少于供给至EGR系统的排气。第二涡轮机基本接收来自第二气缸组的所有流动。在一个实施例中，第一气缸组和第二气缸组设置成V-型构造并且第一进气歧管 和第二进气歧管相对所述V-型被设置在外侧。在一个实施例中，催化器是DOC (柴油氧化催化器)，其主要氧化未燃碳氢化合物 和CO ( 一氧化碳)。通过具有设置在涡轮增压器上游的小型D0C，来自尾管的碳氢化合物和 CO排气在一些运行情况下能够被减少大约一半。使用更大的催化器可以实现更高的转换效 率，然而，伴随的缺点是更高的背压和封装复杂性。另一折衷是涡轮机汲取更少能量，因此当背压升高时损害了整体效率。在一个实施例中，在涡轮增压器下游的排气系统中提供了比预涡轮增压DOC更大 体积的D0C。在涡轮增压器之前具有DOC导致下游DOC在发动机启动之后更加迅速地起燃， 这是由于碳氢化合物和CO的氧化放热增压了排气温度。因此，预涡轮增压DOC与下游DOC 组合协同作用以改进转换效率，尤其是在冷启动期间。通过先于涡轮增压器内的膨胀而移除EGR流动，使得EGR处于高压。这允许EGR 气体被引入具有减少的HC水平的EGR系统(具体是EGR阀和EGR冷却器)内，从而缓解HC 沉积问题，例如阀门粘滞和冷却器沾污。在一些现有技术系统中，提供EGR催化器以减轻HC 沉积。所公开的配置的实施例的优点是预涡轮增压催化器减轻HC沉积的问题同时提供带 有更少HC的气体至涡轮增压器的涡轮机并且致使下游的催化器起燃更容易。根据另一方面，提供了具有一个气缸组的内燃发动机系统，所述气缸通过进气歧 管供给新鲜空气并且通过排气歧管排出已燃气体。内燃发动机系统包括涡轮增压器，涡 轮增压器具有设置在进气管道中联接至进气歧管的压缩机和可变几何形状涡轮机；排气管 路，其联接排气歧管与可变几何形状涡轮机的进口 ；安装在排气管路中的柴油氧化催化器； 以及EGR系统，其包括排气管路中的EGR出口，EGR出口被设置在柴油氧化催化器和可变 几何形状涡轮机之间；EGR管道，其联接EGR出口与在第一进气管道中的EGR进口 ；设置在 EGR管道中的EGR阀；以及设置在EGR管道中的EGR冷却器。
图1是V-型发动机的正视图；以及图2是显示根据本实用新型实施例的涡轮增压、柴油发动机配置的示意图。图3显示了根据本实用新型一个替代实施例的涡轮增压、柴油发动机配置的示意 图。图4显示了根据本实用新型另一替代实施例的涡轮增压、柴油发动机配置的示意 图。图5显示了根据本实用新型又一替代实施例的涡轮增压、柴油发动机配置的示意 图。图6显示了根据本实用新型又一替代实施例的涡轮增压、柴油发动机配置的示意 图。
具体实施方式
如本领域的技术人员将理解，参考任一附图展示和说明的实施例的各种特征可与 在一个或更多个其他附图中展示的特征组合，以产生未明确展示或说明的可替代实施例。 所展示的特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，对于具体的应用或实施方式 而言，需要与本公开的教示一致的特征的各种组合和修改。在说明中使用的代表性实施例 一般涉及在涡轮增压、柴油发动机中控制涡轮机进口温度。然而，这可被应用于带有排气涡 轮机的任何系统中。本领域的技术人员可认识到与本公开一致的相似的应用或实施方式， 例如以与附图实施例中稍微不同的顺序设置部件的应用或实施方式。本领域的技术人员将 认识到本公开的教示可被应用于其他应用或实施方式。[0018]参见图1，发动机10是V-型发动机，该V-型发动机具有分别由第一气缸盖16和 第二气缸盖18密封的第一气缸组12和第二气缸组14。燃烧室被气门阀密封地隔离于进气 歧管(第一进气歧管是20并且第二进气歧管是22)。气门阀由凸轮轴(未示出)致动以在 预定时间内打开，从而允许新鲜空气进入燃烧室并且排气从燃烧室被释放到第一和第二排 气歧管对和沈中。在气缸组12和14之间是凹处观。在图2中，根据本实用新型的实施例示出了发动机10的示意图。在图2中示出的 发动机10具有与第二气缸组14分离的第一气缸组12。事实上，它们是V-型配置并且所示 出的分离是为了方便示意性表示布局。新鲜空气流动穿过节流阀观。大约一半的进入空 气流动到涡轮增压器30的压缩机30a并且剩余的进入空气流动至涡轮增压器32的压缩机 32a。压缩机30a经轴31被联接至涡轮机30b。压缩机3 经轴33被联接至涡轮机32b。 为示意性表示的目的，压缩机和涡轮机在图2中被单独示出。继续参考图2，被压缩的进气在中间冷却器34和36中被冷却。先于进入进气歧管 12和14，EGR气体混合到进入EGR 口 38和40内的新鲜空气中。新鲜气体和EGR气体进入 气缸组12和14。燃料被直接喷射进入发动机气缸以开始燃烧。通过第一排气歧管M离开 的排气进入第一管路42中并且通过第二排气歧管沈离开的排气进入第二管路44中。小型 催化器46和48分别被安装在管路42和44内。在一个实施例中，催化器46和48是D0C。 管路42具有联接至EGR管52的EGR出口 50并且管路44具有联接至EGR管52的EGR出 口 51。如在图2中所展示的，EGR气体从两个管路42和44中被汲取。在可替代实施例中， 不存在EGR出口 51，并且所有EGR均是通过EGR出口 50从气缸组12被供给的。在另一实 施例中，EGR系统被提供在每个气缸组上，其具有两个EGR阀和两个EGR冷却器。EGR出口 50和51被联接至EGR管52，该EGR管52具有设置在其中的EGR阀M 和EGR冷却器56。可替代地，EGR冷却器56在EGR阀M的上游。EGR在EGR进口 38和40 处再循环进入进气流中。在图2中，流出涡轮机30b和32b的排气在被引入DOC 60、SCR 62和DPF(柴油 颗粒过滤器)之前被三通在一起。可替代地，SCR和DPF的顺序是可以颠倒的。在另一可 替代实施例中，流出涡轮机30b和32b的气体依然保持分离并且每个排气管线均具有D0C、 SCR 禾口 DPF0在图2中还示出电子控制单元(E⑶)80，该E⑶80具有输入/输出(I/O) 82、微处 理器84，该微处理器84被称作中央处理单元(CPU)且与存储器管理单元(MMU)86通信。MMU 86控制各种计算机可读存储介质之间数据的流动并且与CPU 84进行双向的数据通信。计 算机可读存储介质优选地包括易失性和非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)88、随机存 取存储器(RAM) 90和磨损修正系数存储器(KAM) 92。KAM 92可在CPU 84断电时被用来存 储数据。计算机可读存储介质可被实施为使用任何数目的已知存储装置，例如PROM(可编 程只读存储器)、EPR0M(电PROM),EEPROM(电可擦除PR0M)、闪存或者任何其他能够存储数 据的电、磁、光或组合存储器装置，其中一些装置呈现可执行指令，以便被CPU 84用于控制 发动机或安装发动机的车辆。计算机可读存储介质还可包括软盘、CD-ROM、硬盘和类似物。 CPU 84经I/O 82与各种传感器和致动器通信。在图2中，E⑶80控制节流阀28和EGR阀 讨。在一个实施例中，排气涡轮机30c和30d是可变几何形状的涡轮机，在这种情况下，它 们由E⑶80控制。各种其他传感器94和致动器连通E⑶80至或者由E⑶80控制。一些E⑶80结构不包含MMU 86。如果不使用MMU 86，则CPU 84管理数据并且直接连接至ROM 88、KAM90和RAM 92。当然，根据具体的应用，可使用多于一个CPU 84来提供对发动机的控 制并且ECU 80可包含联接至MMU 86或者CPU 84的多个ROM 88、KAM 90和RAM 92。在图2的可替代实施例中，发动机100具有气缸组102和104。涡轮增压器106具 有在单个轴109上的两个压缩机106a和106b以及涡轮机109。分离的发动机100和涡轮 增压器106的配置被示出用于展示的目的。图2示出带有两个气缸组12和14的发动机10。在图4中，发动机110具有一个 气缸组112。发动机110具有涡轮增压器130，该涡轮增压器130带有一个压缩机130a和 一个涡轮机130c。压缩机130a和涡轮机130c通过轴132被机械地联接。进入空气在中 间冷却器134中被冷却并且在进入发动机气缸燃烧之前被供给至进气歧管120。排气经排 气歧管IM行进至排气管路142。管路142具有催化器146，以便先于在涡轮机130c中膨 胀而处理排气。排气在离开尾管之前进一步在DOC 160、SCR162和DPF 164中被处理。EGR 通过EGR出口 150被供给离开管路142。EGR流动率由EGR阀154的位置控制。EGR气体在 EGR进口 138处被引入进气系统之前在EGR冷却器156中被冷却。在图2中，进气系统在节流阀28之后三通并且排气流在涡轮机30b和32b之后形 成一股流动。另一可替代实施例被示出在图5中，其中发动机210具有两个气缸组212和 214，这两个气缸组被三通在一起以便涡轮增压器230具有经轴232联接的单个压缩机230a 和单个涡轮机230c。在这样的配置中，提供了单个中间冷却器234和单个预涡轮增压催化 器对6。ECU 280控制EGR阀250、可变几何形状涡轮机230c和节流阀228。压缩机230a 和230c经轴232被联接。发动机210具有两个进气歧管220和222和两个排气歧管2 和226。DOC 260, SCR 262和DPF 264位于涡轮机230c的下游。另一可替代实施例被示出在图6中，其中来自两个气缸组的排气保持分离并且穿 过催化器346和348。EGR在图6中被示为在催化器346和348的下游经三通离开。可替 代地，EGR仅能够来自一个分支的下游，例如催化器346的下游。这样的可替代实施例可消 除对催化器348的需要。经轴332联接至压缩机(未示出)的涡轮机330具有两个进口和 一个出口。虽然最好的示例已经被详细说明，但是那些熟悉本领域的人将意识到在所附权利 要求的范围中的各种可替代设计和实施例。例如在图2中，来自涡轮机30c和30d的两个 排气管道经三通形成具有DOC 60、SCR 62和DPF 64的一个排气管道。可替代地，两个排 气管道可以保持分离且均均具有DOC、SCR和DPF。同样，多个可替代配置示出在图2、图3 和图4中。然而，除了在图2、3和4中明确示出的之外，附图中所示元件的很多组合均是可 能的。在此一个或更多个实施例已经被描述为提供优点或者比其他实施例和/或现有技 术在一个或更多个所需特性方面是优选的，但是作为本领域的技术人员应该明白，在各种 特征之间可以做出折衷以便实现所希望的系统属性，这可以取决于具体的应用以及实施方 式。这些属性包括，但不限定为成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、封装、 大小、适用性、重量、可制造性、易组装性等等。比其他的实施例在一个或更多个特性方面具 有较不理想特征的实施例没有落在所保护的本实用新型之外。
权利要求1.一种内燃发动机，其具有第一气缸组和第二气缸组，其特征在于包括 联接至所述第一气缸组的第一排气歧管；联接至所述第二气缸组的第二排气歧管；联接至所述第一排气歧管的第一管路，该第一管路具有安装于其中的第一催化器； 联接至所述第二排气歧管的第二管路，该第二管路具有安装于其中的第二催化器；及 具有分别联接至所述第一管路和所述第二管路的第一排气入口和第二排气入口的涡 轮增压器。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于进一步包括限定在所述第一管路中 位于所述第一催化器下游的EGR端口。
3.如权利要求2所述的内燃发动机，其特征在于进一步包括限定在所述第二管路中 位于所述第二催化器下游的EGR端口。
4.如权利要求2所述的内燃发动机，其特征在于进一步包括 联接至所述第一气缸组的第一进气歧管；联接至所述第二气缸组的第二进气歧管； 联接至所述EGR端口的EGR管线； 设置在所述EGR管线中的EGR阀；设置在所述EGR管线中在所述EGR阀下游的分支，所述分支具有供给EGR至所述第一 进气歧管的第一出口和供给EGR至所述第二进气歧管的第二出口。
5.如权利要求4所述的内燃发动机，其特征在于，通过所述EGR阀的排气是从所述第一 气缸组被唯一提供的。
6.如权利要求4所述的内燃发动机，其特征在于，所述第一气缸组和所述第二气缸组 设置成ν-型构造并且所述第一进气歧管和所述第二进气歧管相对所述ν-型被设置在外 侧。
7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，所述涡轮增压器具有联接至单个 轴的第一涡轮机和第二涡轮机并且来自所述第一气缸组的排气被引导至所述第一涡轮机 并且来自所述第二气缸组的排气被引导至所述第二涡轮机。
8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，所述第一气缸组和所述第二气缸 组设置成V-型构造并且所述第一排气歧管和所述第二排气歧管被设置在所述V-型的凹 处。
9.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，所述第一催化器和所述第二催化 器是第一柴油氧化催化器和第二柴油氧化催化器。
10.一种内燃发动机，其具有发动机气缸组，其特征在于，所述内燃发动机包括 联接至所述发动机气缸的发动机进气系统，所述发动机进气系统具有压缩机、EGR进口和进气歧管；联接至所述发动机气缸的排气歧管；联接至所述排气歧管的管路，所述管路具有设置于其中的催化器和设置在所述催化器 下游的EGR出口；涡轮增压器，其包括联接至单个轴的所述压缩机和涡轮机，所述涡轮机设置在所述管 路的下游；以及高压EGR系统，其包括在所述EGR进口和所述EGR出口之间联接的EGR管；设置在所 述EGR管中的EGR阀；以及设置在所述EGR管中的EGR冷却器。
专利摘要本实用新型公开了一种内燃发动机。一种涡轮增压柴油发动机，该涡轮增压柴油发动机具有提供在涡轮增压器上游的小型催化器，其中EGR被收集来自于催化器下游和涡轮增压器上游的排气流。通过将催化器制作成较小尺寸，其被封装到联接歧管至涡轮增压器的管路中，从而容易达到起燃，并且吸收较少排气能量，由此提供可接受的碳氢化合物和CO的转化但仍允许涡轮增压器的迅速响应。在一个实施例中，发动机具有安装在涡轮机上游的两个气缸组、两个排气歧管和两个预涡轮增压催化器。
文档编号F02M25/07GK201858016SQ20102027861
公开日2011年6月8日 申请日期2010年7月29日 优先权日2009年7月30日
发明者C·奥巴斯基, C·考兰德, D·J·斯泰尔斯, P·塞克斯顿 申请人:福特环球技术公司