包括热机和电压缩机的组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种组件(1)，其包括：进气回路(4)，在空气入口(11)和连接至热机(2)的入口的出口之间延伸；排气回路(6)，在连接至热机(2)的出口的入口和排气出口(13)之间延伸；所述热机(2)；返回环路(22)，允许排气回路(6)中的全部或一些排气在热机(2)的上游被重新注入；和电压缩机(30)，布置在组件(1)中以使得能够接收在返回环路(22)中再循环的气体。
【专利说明】包括热机和电压缩机的组件
【技术领域】
[0001]本发明的主题是包括热机和电压缩机的组件，以及该组件的控件，特别是在瞬态阶段中。该组件可被承载在车辆上。
[0002]在本发明的含义中，瞬态阶段是其中发动机扭矩设定点增加的阶段，与其中设定点恒定的稳态阶段相反。
【背景技术】
[0003]车辆中已知的实践是使用包括在空气入口和连接至热机入口的出口之间延伸的进气回路、热机、在连接至热机出口的入口和排气出口之间延伸的排气回路、以及允许排气回路中的一些或全部排气在热机上游被重新注入的返回环路的组件。
[0004]返回环路通常定位为使得其在排气回路中的入口位于涡轮下游，且其在进气回路中的出口位于布置在进气回路中的机械压缩机的上游。由于该布局，返回环路被称作LP( “低压”)返回环路。
[0005]在本申请中，术语“上游”和“下游”被关于气体循环通过组件所沿的方向限定。
[0006]具有这样的LP返回环路的组件提供了众多优势，因为其允许发动机贯穿发动机的操作范围确保再循环通过返回环路的气体的水平(更通常地称作EGR水平)，特别地是在低速和高载荷下。
[0007]尽管如此，这样的LP返回环路确实具有关于再循环通过该返回环路的气体所遵循的路径的长度方面、计量来自进气回路的入口的气体(下文中也称作“新鲜空气”)和已经在返回环路中再循环的气体的比例方面的劣势。这些劣势并不非常适于高载荷时瞬态阶段中的操作，以及在位于返回环路中的阀打开以使得气体再循环通过所述环路之后的阶段。
[0008]其中排气回路中的入口位于涡轮上游且进气回路中的出口位于机械压缩机下游的返回环路(也称作HP (高压)返回环路)的使用使得能够减少再循环通过该环路的气体必须遵循的路径的长度，但仍具有其他劣势。
[0009]存在享受允许排气气体在热机中令人满意的再循环(即使是在瞬态阶段中)的组件的好处的需求，该瞬态阶段诸如其中排气气体在组件的返回环路中再循环的阶段或载荷下的加速阶段。
【发明内容】
[0010]本发明的目标是满足该需求，且本发明根据其一个方面，使用一组件实现了该目标，该组件包括:
[0011]-进气回路，在空气入口和连接至热机的入口的出口之间延伸；
[0012]-排气回路，在连接至热机的出口的入口和排气气体出口之间延伸；
[0013]-所述热机；
[0014]-返回环路，允许排气回路中的全部或一些排气在热机的上游重新注入；和
[0015]-电压缩机；
[0016]该电压缩机位于该组件中，使得其能够接收再循环通过返回环路的气体。
[0017]该电压缩机允许再循环通过返回环路的全部或一些气体被压缩。当电压缩机在操作时，其还可通过吸入这些气体来加速通过返回环路的排气气体的路径。该电压缩机可因此使得能够通过减少将这些气体从发动机的出口传输直至其被重新注入发动机中所花费的时间来改进在瞬态阶段中再循环通过热机的气体(或EGR)的比例。
[0018]由于从瞬态阶段开始起即获得的该EGR比例，发动机可被保护免于冲击/震动，而同时动态地确保希望的性能。
[0019]获得的该组件还相对紧凑。
[0020]该电压缩机例如由具有在2至5kw之间、或甚至高达50kw的标称功率的电马达驱动。
[0021]驱动电压缩机的电马达可为可变磁滞马达。
[0022]热机可为内燃热机。其例如是汽油发动机或柴油发动机。替换地，其可为多燃料发动机。发动机可以可替换燃料运行(乙醇、LPG、NGV气体)。
[0023]进气回路可包括机械压缩机，且排气回路可包括涡轮，返回环路具有在排气回路中位于涡轮下游的入口以及在进气回路中位于机械压缩机上游的出口。返回环路继而是LP返回环路，如上文所述的。
[0024]在瞬态阶段之外，机械压缩机可被用于压缩在返回环路中再循环的气体和/或来自进气回路的入口的气体，且通过由该操作产生的吸入效应来促进EGR气体的循环。
[0025]机械压缩机可连接至涡轮且由其驱动，机械压缩机和涡轮继而形成涡轮增压器。替换地，机械压缩机可由热机驱动，特别地经由皮带。
[0026]返回环路可包括空气或水热交换器，用于在将排气和新鲜空气混合之前以及在将它们重新注入热机之前冷却排气。
[0027]根据本发明的第一实施例，电压缩机定位在返回环路之外，具有通过在返回环路中开始的入口管连接至返回环路的入口。根据该第一实施例，压缩机可使得其出口通过出口管连接至发动机的入口。
[0028]根据该第一实施例，电压缩机可既不位于进气回路中，也不位于返回环路中，使得入口管和出口管形成允许在返回环路中位于入口管上游的气体到达热机的附加路径。
[0029]出口管例如直接敞开到进气歧管中，所述进气歧管允许气体至热机的燃烧腔室。以该方式，由于EGR气体被重新注入热机中而不遵循进气回路，这些气体不干扰在进气回路中循环的新鲜空气。由此，机械压缩机中新鲜空气的流速可以是优化的。
[0030]由入口管、电压缩机和出口管形成的附加路径可表现为类似HP返回环路，使得根据该第一实施例的组件具有LP返回环路和伪HP返回环路。
[0031 ] 将返回环路连接至电压缩机入口的入口管可从热交换器的下游开始。
[0032]出口管可包括循环通过热交换器的部分。
[0033]根据该第一实施例，气体经由电压缩机的再循环可由此伴随有这些气体的两次相继的冷却，允许这些气体在重新注入发动机时具有合适的温度。
[0034]根据第一实施例，该组件可包括阀的系统，其配置为将在返回环路中再循环的气体从排气回路朝向电压缩机的入口管或朝向进气回路引导。
[0035]根据阀的系统的一个构型，在返回环路中再循环的全部气体可朝向电压缩机引
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[0036]根据阀的系统的另一个构型，在返回环路中再循环的全部气体可朝向进气回路引导，即，电压缩机不被供给有EGR气体。
[0037]一种构型是可行的，在该构型中在返回环路中再循环的一部分气体被朝向进气回路引导，而所述气体的另一部分被朝向电压缩机引导。朝向进气回路引导的气体的部分和朝向电压缩机引导的气体的部分之间的比值可随时间变化，例如在从瞬态阶段切换至稳态阶段时变化，且反之亦然。
[0038]阀的系统例如包括位于通向电压缩机的入口管中的阀，以及布置在返回环路中位于入口管下游的另一阀。
[0039]替换地，三通阀可位于返回环路中在入口管开始的点处。一个通路可由位于入口管上游的返回环路的部分形成，另一通路可由位于入口管下游的返回环路的部分形成，而三通阀的最后一个通路可由入口管形成。
[0040]根据第二实施例，电压缩机可位于进气回路中，返回环路具有在电压缩机的上游敞开到进气回路的第一出口，以及在电压缩机下游敞开到进气回路中的第二出口。第二出口可在进气歧管上游敞开到进气歧管中，该进气歧管吸入气体至热机的燃烧腔室。
[0041]返回环路的第一和第二出口可为该返回环路仅有的出口。
[0042]根据该第二实施例，电压缩机可在再循环通过返回环路的气体之外或独立于这些EGR气体地接收来自进气回路的入口的新鲜空气。根据该第二实施例，电压缩机因此具有两个入口:新鲜空气入口和EGR气体入口。
[0043]返回环路的第一和第二出口可在机械压缩机的上游敞开到进气回路中。
[0044]电压缩机和机械压缩机可两者都位于根据该第二实施例的进气回路中，电压缩机布置在机械压缩机上游。
[0045]进气回路可包括从电压缩机上游开始、且在电压缩机的下游敞开的旁通支路。该旁通支路(或“旁通部”，如在英文中更常称作的)可允许进入进气回路的新鲜空气绕过电压缩机。
[0046]根据该第二实施例，该组件可包括阀的系统，其构型为将在返回环路中再循环的气体朝向所述环路的第一或第二出口引导。
[0047]还是根据该第二实施例，阀的系统还可构型为将来自进气回路的入口的气体引导进入旁通支路或朝向电压缩机。
[0048]根据阀的系统的一个构型，在返回环路中再循环的全部气体被朝向第一出口引导，以供给至电压缩机。
[0049]根据该阀的系统的另一构型，再循环通过返回环路的全部气体被朝向第二出口引导，使得这些气体不流经电压缩机。
[0050]一种构型是可行的，在该构型中在返回环路中再循环的一部分气体被朝向第一出口引导，而所述气体的另一部分被朝向第二出口引导。朝向第一出口引导的气体的部分和朝向第二出口引导的这些气体的部分之间的比值可随时间变化，例如在从瞬态阶段变为稳态阶段时变化，且反之亦然。
[0051 ] 在上述的每一种构型中，阀的系统可允许来自进气回路的入口的全部或一些气体循环通过电压缩机，或使用旁通支路绕过电压缩机。
[0052]当电压缩机接收在返回环路中再循环的气体和来自进气回路的入口的气体两者时，新鲜空气和EGR气体的均匀混合物可在进气回路中迅速地循环。
[0053]该阀的系统可包括在靠近第一出口的返回环路的部分中的阀、在靠近第二出口的返回环路的部分中的阀、在旁通支路中的阀、以及在进气回路中位于旁通支路的入口下游且直接位于电压缩机的入口处的阀。
[0054]替换地，三通阀可设置在返回环路中，一个通路对应于第一出口、另一通路对应于第二出口、而又一通路对应于位于第一和第二出口之间的支路上游的返回环路的部分。
[0055]还可存在位于支路处在旁通支路和敞开到电压缩机的入口中的进气回路的部分之间的三通阀。替换地，敞开到电压缩机的入口中的进气回路的部分可没有任何阀。
[0056]在本发明的另一方面中还涉及一组件，其包括:
[0057]-进气回路，在空气入口和连接至热机的入口的出口之间延伸；
[0058]-排气回路，在连接至热机的出口的入口和排气气体出口之间延伸；
[0059]-所述热机；
[0060]-返回环路，允许排气回路中的全部或一些排气在热机的上游重新注入；和
[0061]-电压缩机；
[0062]该电压缩机位于组件中，以使得至少接收再循环通过返回环路的气体和/或来自进气回路的入口的气体。
[0063]上述全部或部分特征应用于本发明的其他方面。
[0064]根据其另一方面，本发明还涉及一种用于供给并入在组件中的电压缩机的方法，该组件包括:
[0065]-进气回路，在空气入口和连接至热机的入口的出口之间延伸；
[0066]-排气回路，在连接至热机的出口的入口和排气气体出口之间延伸；
[0067]-所述热机；
[0068]-返回环路，允许排气回路中的全部或一些排气在热机的上游重新注入；和
[0069]-电压缩机；
[0070]在该方法中电压缩机至少供给有在返回环路中再循环的气体和/或来自进气回路的入口的气体。
[0071]该组件可如前文所述。
[0072]在其另一方面中，本发明的另一主题是一种用于控制如上文中限定的组件的方法，在该方法中，在瞬态阶段中电压缩机被激活，且用于压缩在返回环路中再循环的全部或部分气体。
[0073]该电压缩机还可(或替换地)接收来自进气回路的入口的气体，且该电压缩机可压缩所述气体。
[0074]例如，瞬态阶段可对应于车辆的载荷下的加速，在该车辆中并入有组件，或可示例性地对应于返回环路中排气气体再循环的开始。
[0075]瞬态阶段可之后是稳态阶段，在稳态阶段中该组件被控制为使得电压缩机不被提供有在返回环路中再循环的气体和/或来自进气回路的入口的气体。
[0076]该组件可包括阀的系统，特别地为如上所述的，且在瞬态阶段中，该阀的系统可具有一构型，使得电压缩机接收:
[0077]-根据第一实施例，在返回环路中再循环的全部气体，和
[0078]-根据第二实施例，在返回环路中再循环的全部气体和来自进气回路的入口的全部新鲜空气。
[0079]当变动至稳态阶段时，阀的系统的构型可被改动，使得:
[0080]-根据第一实施例，在返回环路中再循环的气体的较大部分不循环通过电压缩机，但仍然被在机械压缩机的上游重新注入，和
[0081]-根据第二实施例，在返回环路中再循环的气体的较大部分循环通过第二出口，以在电压缩机的下游以及在机械压缩机的上游敞开，且新鲜空气的较大部分循环通过旁通支路。
[0082]在稳态阶段中，阀的系统的构型可使得:
[0083]-根据第一实施例，在返回环路中再循环的全部气体继而循环进入进气回路中，且不进入电压缩机中，和
[0084]-根据第二实施例，在返回环路中再循环的全部气体经由第二入口进入进气回路，且来自进气回路的入口的全部气体循环进入旁通支路。
[0085]根据该方法，该组件在稳态阶段中等价于根据现有技术的、不具有电压缩机的组件。
[0086]在稳态阶段中，电压缩机可被禁用。
[0087]根据该方法，电压缩机可被在涡轮增压器启动阶段中使用，且继而一旦该涡轮增压器恰当地操作，则被禁用。
[0088]在上述的全部实施例中，催化转化器可设置在排气回路中，且返回环路的入口可位于该催化转化器下游。
【专利附图】
【附图说明】
[0089]本发明可通过阅读其一些非限制性实施例的下列描述以及研宄附图而更好地理解，其中:
[0090]图1示意地示出根据第一实施例的组件，和
[0091]图2示意地示出根据第二实施例的组件。
【具体实施方式】
[0092]图1示出根据本发明的第一实施例的组件I。该组件I包括机动车内燃热机2。该发动机2包括具有多个汽缸的燃烧室3，在所述的示例中有4个汽缸，该燃烧室意图接收氧化剂和燃料的混合物。在所述的示例中，燃料是汽油，但本发明不限制于这样的燃料的示例，而是例如可类似地应用于将柴油用作燃料的用途。氧化剂例如是纯空气或空气/EGR混合物。
[0093]汽缸中的燃烧产生发动机2的功。发动机2以常规方式操作:气体被吸入燃烧室3中，在燃烧室3中它们被压缩、燃烧且继而以排气的形式排出。
[0094]该发动机3具有连接至发动机2中的进气回路4的入口以及连接至排气回路6的出口。
[0095]进气回路的入口 11限定了新鲜空气进入组件I所经由的入口，而排气回路6的出口 13限定了排气被从组件I移出所经由的出口。
[0096]在所述的示例中，发动机2中的进气回路4包括用于供给气体(气体流由箭头Fl示出)的进气管8、用于供给气体的机械压缩机9 (其在该示例中为涡轮增压器)、以及热交换器10，该热交换器10允许来自机械压缩机9的气体被冷却。该热交换器10通常被本领域技术人员以缩写“CAC”指代，其意思为“增压空气冷却器”;这是因为其目的是冷却进气且特别地冷却空气，而空气被认为是被增压的，因为空气被压缩。在CAC 5的出口处，气体通入发动机2的入口中，其由允许气体进入发动机2的燃烧室3的进气歧管12形成。歧管12因此形成进气箱，用于允许气体进入发动机2的汽缸盖中。
[0097]在允许气体进入发动机2的进气歧管12的上游，进气回路4可包括阀15，阀15包括蝶型的活门，其功用是调节气体的流速，以调节发动机速度；该阀15被发动机控制单元(通常以其英语缩写ECU指代，其意思为发动机控制单元)控制，这是本领域技术人员所熟知的。
[0098]来自发动机2的出口由排气歧管17形成。排气歧管17连接至形成排气回路6的一部分的排气道或管18。排气回路6还包括涡轮20，其与进气的机械压缩机9 一体地旋转，且与其形成涡轮增压器。涡轮20由排气道18的排气驱动，排气流由箭头F2示意地指示。
[0099]组件I还包括返回环路22，返回环路22允许循环通过排气回路6的全部或一些排气被重新注入发动机2中。该返回环路包括引导被重新注入发动机2中的排气的管23。返回环路22具有在排气回路6中的入口 24，来自排气回路6的排气在在出口 13处被移除之前经由入口 24流出。返回环路22的入口 24可定位为靠近该出口 13，且位于在排气回路6中存在的催化转化器21的下游。
[0100]图1中的示例中的返回环路22包括敞开到进气回路4中的出口 25，且经由该出口 25，排气在发动机2的上游被重新注入。在该情形中该出口 25定位在机械压缩机9的上游。在该示例中返回环路22是LP返回环路。
[0101]返回环路22在图1的示例中还包括水冷或空冷热交换器27，用于冷却在环路22中再循环的排气。
[0102]根据图1的实施例，该组件还包括电压缩机30。该压缩机由电马达(未示出)驱动，电马达的控制例如经由发动机控制单元进行。
[0103]根据第一实施例，电压缩机30位于返回环路22之外，且由入口管32连接至返回环路22。入口管32在图1的示例中在热交换器27的下游在返回环路22中开始。
[0104]电压缩机30还被出口管34连接至进气歧管12，出口管34的一部分被接收在热交换器27中。
[0105]根据该第一实施例，存在附加的再循环路径，其允许离开发动机2的气体沿环路22的一部分、入口管32、电压缩机30和出口管34行进，且被重新注入发动机2中。沿该附加的路径，气体相继地两次通过热交换器27。
[0106]如图1所示的，组件I可包括阀的系统，其允许在入口管32的上游在环路22中再循环的全部或一些气体被选择性地引导进入所述入口管32或进入进气回路4中。该示例中阀的系统包括三通阀36，其一个通路由返回环路22的在入口管32上游的部分形成，其另一通路由返回环路22的在入口管32下游的部分形成，且其剩余的通路由入口管32形成。
[0107]现在将描述图1中的组件I工作的方式。在瞬态阶段中，电压缩机30被激活，且三通阀36被操作为使得在环路22中再循环的气体被引导到入口管32中，且被电压缩机30压缩。这些经压缩的气体继而由出口管34直接重新注入进气歧管12中，在进气歧管12中，它们和新鲜空气混合。这继而确保了发动机2中的EGR的优化比例。组件I的该构型可保持持续数秒。
[0108]三通阀36可继而操作为使得在进气管22中循环的排气的量逐渐地减小，且重新注入进气回路2中的该气体的量相应地增加。
[0109]最后，三通阀36可采用一构型，在该构型中，被排气完全地遵循返回环路22，电压缩机30则被禁用。这则例如是稳态阶段。
[0110]现在将参照图2描述本发明的第二实施例(其关于电压缩机30的位置不同于参照图1所描述的实施例)。在该示例中，电压缩机30定位在进气回路4中位于机械压缩机9上游。
[0111]仍在该示例中，进气回路4包括旁通支路40，其入口 41位于电压缩机30上游且其出口 42位于电压缩机30下游以及机械压缩机9的上游。旁通支路40因此允许来自进气回路的入口的气体绕过电压缩机30。
[0112]仍在图2中，返回环路22包括两个不同的出口 44和45。
[0113]第一出口 44在电压缩机30上游以及旁通管40上的入口 41的下游敞开到进气回路4中，而第二出口 45在电压缩机30的下游敞开到进气回路4中。
[0114]如图2所示，可提供阀的系统。该阀的系统在该示例中包括位于返回环路22中、在第一出口 44和第二出口 45之间的分支处的三通阀46。一个通路由分支上游的返回环路22形成，而另两个通路分别由每一个出口 44和45形成。
[0115]该阀的系统还包括位于旁通管40中的阀48。
[0116]在该示例中，不存在将返回环路22连接至发动机2的入口的附加路径。
[0117]该阀的系统可操作为使得电压缩机30接收:
[0118]-在返回环路22中再循环的气体和来自进气回路4的入口11的气体两者，
[0119]-仅在返回环路22中再循环的气体，
[0120]-仅来自进气回路4的入口11的气体。
[0121]现在将描述图2中的组件I在高载瞬态阶段中如何工作的一个示例。
[0122]三通阀46和阀48可继而操作为使得在环路22中再循环的全部气体和全部新鲜空气被朝向电压缩机30引导，且被其压缩。这样促进新鲜空气和EGR气体的均匀混合物通过进气回路4的迅速循环。
[0123]当该瞬态阶段结束时，阀48可被逐渐地关闭，且三通阀46的构型可逐渐地变动，直至新鲜空气仅循环通过旁通管40，且EGR气体仅在第二出口 45中循环。在稳态阶段中，电压缩机30可因此被短路。组件I因此表现为类似不具有电压缩机30以及具有LP返回环路的组件。
[0124]本发明不限制至上文中刚刚描述的示例。
[0125]除非另作说明，表述“包括”被理解为和表述“包括至少一个”同义。
【权利要求】
1.一种组件(1)，包括: -进气回路(4)，在空气入口(11)和连接至热机⑵的入口的出口之间延伸； -排气回路(6)，在连接至热机⑵的出口的入口和排气气体出口(13)之间延伸； -所述热机⑵； -返回环路(22)，允许排气回路￠)中的全部或一些排气在热机(2)的上游重新注入；和 -电压缩机(30); 该电压缩机(30)位于组件(I)中，使得能够接收再循环通过返回环路(22)的气体，该电压缩机(30)位于进气回路(4)中，返回环路(22)具有: -第一出口(44)，在电压缩机(30)的上游敞开到进气回路⑷中，和 -第二出口(45)，在电压缩机(30)的下游和歧管的上游敞开到进气回路⑷中，该歧管允许气体进入热机(2)的燃烧室中。
2.如权利要求1所述的组件，该进气回路(4)包括机械压缩机(9)，且排气回路(4)包括涡轮(20)，返回环路(22)具有在涡轮下游的入口(24)以及在机械压缩机(9)上游的其出口 (44,45) ο
3.如前述权利要求中任意一项所述的组件，返回环路(22)的第一出口(44)和第二出口(45)为该返回环路(22)仅有的出口。
4.如前述权利要求中任意一项所述的组件，该进气回路(4)包括从电压缩机(30)上游开始且在电压缩机(30)下游敞开的旁通支路(40)。
5.如前述权利要求中任意一项所述的组件，其包括阀(46、48)的系统，其构型为将在返回环路(22)中再循环的气体朝向所述环路(22)的第一出口(44)或第二出口(45)引导。
6.如权利要求4和5所述的组件，该阀(46、48)的系统还构型为将来自进气回路(4)的入口(11)的气体引导进入旁通支路(40)中或进入电压缩机(30)中。
7.—种用于控制如前述权利要求中任意一项所述的组件(I)的方法，其中在瞬态阶段中电压缩机(30)被激活且用于压缩在返回环路(22)中再循环的全部或一些气体。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述电压缩机(30)还接收来自进气回路(4)的入口(11)的气体，且其中该电压缩机(30)还压缩所述气体。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中该瞬态阶段之后是稳态阶段，在稳态阶段中该组件(I)被控制为使得电压缩机(30)不被提供有在返回环路(22)中再循环的气体或来自进气回路⑷的入口(11)的气体。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述电压缩机(30)在稳态阶段中被禁用。
11.如权利要求7至10中任意一项所述的方法，其中所述电压缩机(30)被可变磁滞马达驱动。
【文档编号】F02M25/07GK104471230SQ201380037409
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】P.卢茨, S.波特奥, A.拉姆塞耶 申请人:法雷奥电机控制系统公司