专利名称：用于增压式内燃机的废气再循环的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的增压式燃烧发动机 的废气再循环的装置。
背景技术：
公知为EGR (废气再循环)的技术是将来自燃烧发动机的燃烧过程中的 一部分废气通过返回线路引导回到将空气供给到燃烧发动机中的进气线路 中的公知方法。空气和废气的混合物因此通过进气线路被供给到产生燃烧 的发动机气缸中。将废气加入到空气中，可以使燃烧温度降低，而较低的 燃烧温度尤其可以导致废气中的氮氧化物(N0X)的含量减少。这种技术用 于奥托循环发动机和柴油机中。可以供给到增压燃烧发动机中的空气量依赖于空气压力和空气温度。 为了将尽可能多的空气量供给到燃烧发动机中，因此在压縮空气被引导到 燃烧发动机中之前，在充气冷却器内冷却该压縮空气。借助大气在充气冷 却器内冷却该压縮空气。压縮空气因此可以被冷却到只超过周围温度几度 的温度上。在使用EGR技术的情况下，借助所谓的EGR冷却器来冷却返回 的废气。传统的EGR冷却器使用车辆普通冷却系统中的冷却剂作为冷却介 质来冷却燃烧发动机。传统EGR冷却器因此受到这样的限制，即废气不会 被冷却到小于冷却系统中的冷却剂温度的温度上，该冷却剂的温度在正常 工作期间大约为70度到90度。在它们在通到燃烧发动机中的进气线路内 混合时，冷却过的废气因此常常处于明确大于冷却压縮空气温度的温度上。 被引导到燃烧发动机中的废气和空气的混合物因此处于大于被引导到没有 设置废气再循环的增压燃烧发动机中的压縮空气温度的温度上。配置有EGR 的增压燃烧发动机的性能因此稍稍劣于没有配置EGR的相应增压燃烧发动 机的性能。发明内容本发明的目的是提供一种能够简单但有效地冷却返回的废气以致它们 可以被冷却到基本与被引导到燃烧发动机中的空气温度相同的温度水平的 装置。这个目的通过在开始时所述的装置来实现，该装置的特征在于权利要 求1的特征部分中所示的特征。借助处于周围环境温度上的空气流，在充 气冷却器中常常冷却进气线路中的压缩空气。充气冷却器常常设置在位于 车辆普通散热器前面的车辆外围位置上，因此借助处于周围环境温度上的 空气可以冷却充气空气。在车辆中，对于空间具有更大的挑战。因此在车辆中常常没有足够的外围空间来安装大型的EGR冷却器，该大型冷却器在 一个步骤中可以使返回废气从大约600度的温度基本上冷却到周围环境温 度上。根据本发明，这个问题通过使用第一EGR冷却器和第二EGR冷却器 来解决，其中该第一 EGR冷却器产生冷却废气的第一步骤，该第二 EGR冷 却器产生冷却废气的第二步。温度大于周环境围温度的空气因此可以被用 来产生冷却废气的第一步。第一 EGR冷却器因此不必处于车辆的外围位置 上并且不必与处于周围环境温度的空气相接触。就优点而言，废气在安装 于内部中的第一 EGR冷却器内进行主要温度减少。第二 EGR冷却器因此可 以相对较小。在车辆外围位置上常常具有空间来安装这种较小的第二 EGR 冷却器，其中在该位置上，处于周围环境温度上的空气流过它。为了使第 一 EGR冷却器有效地冷却废气，因此它被安装在空气流过其中的车辆内部 区域中。车辆内部区域内的空气常常处于绝对大于大气温度的温度上，但 是当然可以用于冷却废气的有效第一步中。根据本发明的优选实施例，第一 EGR冷却器被安装在车辆的内部区域 内，该内部区域相对于空气流通过普通散热器的预定方向设置在车辆的普 通空气冷却散热器的下游处。普通散热器可以形成用来冷却燃烧发动机的 冷却系统的一部分，在这种情况下，通过普通散热器的空气之后流过第一 EGR冷却器。在通过普通散热器之后，空气处于大约70度的温度上。因此 将废气冷却到刚好大于这个温度以作为第一步是可能的。就优点而言，第 一 EGR冷却器被安装在位于普通散热器和散热器风扇之间的区域内，其中 该散热器风扇的功能是使空气流通过普通散热器。第一 EGR冷却器的这种设置可以确保充分的空气流来产生冷却废气的第一步。根据本发明的另一个实施例，该装置包括设置成靠近第一 EGR冷却器 的独立散热器风扇，该风扇具有使空气流通过第一 EGR冷却器的功能。通 过这种独立散热器风扇，将第一 EGR冷却器安装在基本上是任何理想的车 辆内部位置上是可能的。就优点而言，第一 EGR冷却器设置在靠近燃烧发 动机的区域内，从而使得废气的返回线路相对较短是可能的。第一EGR冷 却器可以被安装到燃烧发动机，从而使得返回线路非常短是可能的，在这 种情况下，第一 EGR冷却器可以直接地或者间接地通过合适连接元件被固 定到燃烧发动机。根据本发明的另一个优选实施例，第二 EGR冷却器设置在车辆的外围 区域内，在该外围区域内，它借助处于周围环境温度上的空气来冷却。通 过相对较大的第一 EGR冷却器，第二 EGR冷却器可以非常小并且占住很小 的空间。第二 EGR冷却器可以安装在车辆的任何理想外围区域内，在该外 围区域内，它与大气相接触。第二 EGR冷却器可以设置在相对于空气流通 过普通散热器的预定方向位于普通散热器上游的区域内，在这种情况下， 第二冷却器可以设置在位于普通散热器前面的充气冷却器的旁边。根据本发明的另一个实施例，第二 EGR冷却器安装在车辆的内部区域 内且形成具有循环液体冷却介质的独立冷却线路的一部分。在这种情况下， 第一 EGR冷却器和第二 EGR冷却器可以安装成靠近燃烧发动机，从而使得 返回线路基本上最小是可能的。就优点而言，独立冷却线路包括设置在大 气冷却的车辆外围区域内的散热器元件。与在其中气态冷却介质被冷却的 散热器元件相比，在其中液体冷却介质被冷却的散热器元件可以具有更加 紧凑的设计。这种散热器元件占据非常小的空间并且几乎总是具有可接近 的车辆外围空间，其中在该外围空间中可以安装该散热器元件。
在下面参照附图借助例子来描述本发明的优选实施例，其中图l示出了本发明的第一实施例的增压式柴油机的废气再循环的装置，及图2示出了本发明的第二实施例的增压式柴油机的废气再循环的装置。
具体实施方式
图1示出了使车辆l中的增压式燃烧发动机的废气进行再循环的装置。这种情况下的燃烧发动机被示例为柴油机2。这种再循环常常称为EGR (废 气再循环)。将废气加入到通到发动机气缸中的压縮空气中，降低了燃烧温 度，并且因此降低了在燃烧过程期间所形成的氮氧化物(N0X)的量。柴油 机2可以用来给重型车辆1提供动力。来自柴油机2气缸的废气通过排气 歧管3到达排气线路4。排气线路4中的、压力大于大气压的废气被引导到 涡轮5中。涡轮5因此被提供有驱动功率，该驱动功率通过连接传递到压 縮机6中。压縮机6因此压縮通过空气过滤器7到达进气线路8中的空气。 充气冷却器9布置在进气线路8中。充气冷却器9布置在车辆1的外围区 域中，该外围区域在这种情况下处于车辆1的前部上。充气冷却器9的功 能是，在压縮空气通到柴油机2之前，冷却压縮空气。借助大气在充气冷 却器9中冷却压縮空气，借助散热器风扇10使该大气流过充气冷却器9。 通过合适连接借助柴油机2来驱动散热器风扇10。使排气线路4中的一部分废气产生再循环的装置包括返回线路11，该 返回线路在排气线路4和进气线路8之间延伸。返回线路11包括EGR阀12， 借助该EGR阀可以关闭返回线路11中的废气流。EGR阀12也可以用来无级 地控制从排气线路4通过返回线路11到达进气线路8的废气量。控制单元 13适合根据柴油机2的主要工作状态的信息控制EGR阀12。控制单元13 可以是设置有合适软件的计算机装置。返回线路ll包括第一EGR冷却器 14，它产生冷却废气的第一步；及第二EGR冷却器15，它产生冷却废气的 第二步。在增压式燃烧发动机2处于某工作状态中，排气线路4中的废气 压力低于进气线路8中的压縮空气压力。在这种工作情况下，在没有特殊 辅助装置的情况下使返回线路11中的废气直接与进气线路8中的压縮民相 混合是不可能的。文杜里管16例如可以用于这个目的。如果燃烧发动机2 代替为增压式奥托循环发动机，那么返回线路ll中的废气可以被直接地引 导到进气线路8中，因为在基本上所有工作状态下的奥托循环发动机的排 气线路4中的废气处于高于进气线路8中的压縮空气压力下。在废气已与 进气线路8中的压縮空气相混合时，混合物通过歧管17被引导到柴油机2的相应气缸中。借助具有循环冷却剂的冷却系统以传统方式来冷却柴油机2。借助冷却剂泵18使冷却剂在冷却系统中进行循环。冷却系统还包括恒 温器19和散热器20，该散热器安装在位于充气冷却器9后面的车辆1前部 上。在柴油机2进行工作期间，排气线路4中的废气在它们被引导出来到 达周围环境之前驱动涡轮5。涡轮5因此提供有驱动压縮机6的驱动功率。 压縮机6压縮通过空气过滤器7被引导到进气线路8中的空气。在充气冷 却器9内冷却压縮空气，该充气冷却器9设置在车辆1前部的外围区域A 内。借助处于周围环境温度下的空气在充气冷却器9内冷却压縮空气。在 这种情况下，压縮空气被冷却到只超过周围环境温度几度的温度。在柴油 机2的大多数工作状态下，控制单元13使EGR阀12保持打开，因此排气 管路4内的一部分废气被引导到返回线路11中。在它们到达第一EGR冷却 器14时，返回线路11内的废气常常处于大约500度到600度的温度下。 第一 EGR冷却器14安装在车辆的内部区域B内，该内部区域B位于散热器 20和散热器风扇10之间。现有的散热器风扇10因此也使足够的空气流过 第一 EGR冷却器14。但是，流过第一 EGR冷却器14的空气由于承受加热而 处于大于大气的温度，同时通过充气冷却器9和散热器20。在空气流到达 第一 EGR冷却器14时，在车辆正常工作期间它处于70度到100度的温度 下。然而就优点而言，这个空气流可以用来产生冷却返回废气的第一步， 因为空气的温度明显小于废气温度。返回废气因此可以进行冷却到接近该 空气温度的温度的第一步。之后，废气被引导到设置在充气冷却器9旁边 的车辆外围区域A内的第二EGR冷却器15中。因此具有确定的空气流量处 于通过第二EGR冷却器15的周围温度。就合适尺寸大小的第二EGR冷却器 15而言，借助空气流使返回废气冷却到基本上与周围温度相对应的温度上。 返回线路11内的废气因此可以冷却到基本上与充气冷却器9内的压縮空气 相同的温度上。在增压式柴油机2的某种工作状态下，排气线路4内的废气压力小于 进气线路8中的压縮空气的压力。借助文杜里管16，进气线路8内的静压 在到达返回线路11的连接部局部被减少因此废气可以被引导到进气线路8 内的压縮空气中并且与之相混合是可能的。废气和压縮空气的混合物之后通过歧管17被引导到柴油机2的各自气缸中。两个这样的EGR冷却器14、 15产生了使再循环废气冷却到基本上与在充气冷却器9内进行冷却之后的 压縮空气温度相对应的温度上的两步。废气和被引导到柴油机2中的压縮 空气的混合物因此处于基本上与被引导到没有EGR的柴油机中的压縮空气 温度相对应的温度下。本发明因此使得配置有EGR的柴油机性能基本上可 以与没有配置EGR的柴油机性能相对应。图2示出了使柴油机2废气进行再循环的另一个布置。在这种情况下， 使废气进行再循环的返回线路11包括设置在靠近柴油机2的车辆1内部区 域B'内的第一 EGR14'。第一 EGR冷却器14'可以直接地或者间接地安装到 柴油机2中。电动马达22所驱动的独立风扇21布置在这样的位置上，以 致它可以使空气流过第一 EGR冷却器14'。靠近燃烧发动机2的车辆发动机 空间内的空气常常处于大于大气温度的温度上。然而，发动机空间内的空 气可以用来产生冷却返回废气的第一步，因为空气温度明显小于废气温度。 根据第一 EGR冷却器14'的能力，废气可以进行冷却到或多或少与发动机空 间内的空气温度相对应的温度上的第一步。之后，废气被引导到第二EGR冷却器15'中，该第二EGR冷却器也安装 在车辆1的内部区域B"内。第二 EGR冷却器15'是具有冷却剂的独立冷却 系统的零件，该冷却剂借助冷却剂泵23来循环。独立冷却系统还包括安装 在车辆1的外围区域A'内的散热器元件24。在这种情况下，外围区域A' 设置在车辆1的前侧部上。散热器风扇25适合使大气流通过散热器元件24。 散热器风扇25借助电动马达26驱动。借助处于周围环境温度下的空气在 散热器元件24内冷却该冷却剂。因此，使冷却剂冷却到接近周围环境温度 的温度上是可能的。借助基本上处于周围环境温度上的冷却剂，在第二EGR 冷却器15'内冷却返回废气。废气因此可以进行在第二 EGR冷却器15'内冷 却到基本上与周围温度相对应的温度上的第二步。返回线路ll内的废气因 此在这里又被冷却到基本上与充气冷却器9内的压縮空气相同的温度。本发明不局限于参照附图所描述的实施例，而是在权利要求的范围内 可以自由地改变。图1所示的第一 EGR冷却器14当然可以与图2所示的第 二 EGR冷却器15'相结合。当然使图2所示的第一 EGR冷却器14'与图1所 示的第二 EGR冷却器15相结合也是可能的。
权利要求
1.一种用于车辆(1)的增压式燃烧发动机(2)的废气再循环的装置，该装置包括排气线路(4)，用来将废气从燃烧发动机(2)中引导出来；进气线路(8)，用来将处于大于大气压的压力下的空气引导到燃烧发动机(2)中；返回线路(11)，其将排气线路(4)连接到进气线路(8)中，因此通过返回线路(11)使来自排气线路(4)中的废气再循环到进气线路(8)中是可能的，其特征在于，该装置包括第一EGR冷却器(14，14’)，用于产生借助呈冷却空气流形式的冷却介质来冷却返回线路(11)内的再循环废气的第一步；和第二EGR冷却器(15，15’)，其产生借助冷却介质来冷却返回线路(11)内的再循环废气的第二步，其中该冷却介质基本上处于周围环境温度，第一EGR冷却器(14，14’)被安装在车辆(1)的内部区域(B，B’)内，该内部区域适合在燃烧发动机(2)进行工作期间使所述冷却空气流通过它。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一 EGR冷却器(14) 安装在相对于空气流通过普通散热器(20)的预定方向设置在车辆(1)的 普通空气冷却散热器(20)的下游处的车辆(1)的内部区域(B，B')内。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，第一EGR冷却器(14) 安装在设置在普通散热器(20)和散热器风扇(10)之间的车辆(1)的内 部区域(B)内，该散热器风扇的功能是使空气流通过普通散热器(20)。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括设置成靠近 第一EGR冷却器(14')的独立散热器风扇(21)，该风扇具有使冷却空气流 通过第一EGR冷却器(14')的功能。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第一EGR冷却器(14') 被安装在设置成靠近燃烧发动机(2)的车辆(1)的内部区域(B')内。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，第一EGR冷却器(14) 被安装到燃烧发动机(2)。
7. 根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，第二EGR冷却 器(15)设置在车辆(1)的外围区域(A)内，在该外围区域，处于周围 环境温度上的空气流过它。
8. 根据权利要求2和7所述的装置，其特征在于，第二 EGR冷却器(15) 安装在相对于空气流通过普通散热器(20)的预定方向位于普通空气冷却 的散热器(20)上游的车辆(1)的外围区域(A)内。
9. 根据权利要求1一6任一项所述的装置，其特征在于，第二EGR冷却 器(15')安装在车辆(1)的内部区域(B")内并且形成具有循环液体冷却 介质的独立冷却线路的一部分。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，独立冷却线路包括设置 在车辆(1)的外围区域(A')中的散热器元件(24)，在该外围区域中，循 环冷却介质借助处于周围环境温度的空气来冷却。
全文摘要
本发明涉及一种增压式燃烧发动机(2)的废气再循环的装置。该装置包括第一EGR冷却器(14，14’)，它产生借助呈冷却空气流形状的冷却介质来冷却返回线路(11)内的再循环废气的第一步骤；和第二EGR冷却器(15，15’)，它产生借助冷却介质来冷却返回线路(11)内的再循环废气的第二步，其中该冷却介质基本上处于周围温度上。第一EGR冷却器(14，14’)被安装在车辆(1)的内部区域(B，B’)内，该内部区域适合在燃烧发动机(2)进行工作期间使所述冷却空气流通过它。
文档编号F02M25/07GK101268271SQ200680034410
公开日2008年9月17日 申请日期2006年9月4日 优先权日2005年9月20日
发明者H·维克斯特伦, Z·卡多斯 申请人:斯堪尼亚有限公司