专利名称：带有串接的两个废气涡轮增压器的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有串接的(in Reihe geschalteten)两个废气涡轮增压器和废 气再循环的内燃机。
背景技术：
冷却的废气再循环(AGR)是一种非常有效的用于减少氮氧化物排放的方法。其在 所有的现有技术的车辆的柴油发动机(Dieselmotoren)中(例如参看文件DE 10 2004 009 794 Al)、并且在大型的高速运转的发动机中、例如在铁路应用中也越来越多地被使用。重 油推动的大型柴油机同样可以带有冷却的AGR的方式来运行。在该情况中，约10%的废气 再循环率将导致约35%至40%的氮氧化物排放减量。 在高速运转的车辆发动机中，AGR在行驶循环中主要在小功率的情形下被使用且 以负的扫气压差(Spuelgefaellen)来工作，在其中，在内燃机的气缸之后的废气压力大于 在内燃机的气缸之前的增压空气压力(Ladeluftdruck)。在大型柴油机中，高功率在运行循 环中权重较大。然而，在高功率的情形下，重油发动机中所要求的低的构件温度和内燃机处 的正的扫气压差使得AGR变困难。 此外，在利用重油来运行的大型柴油机中存在如下问题，S卩，在重油的燃烧中会产 生残渣(Rueckstaende)，其可能在废气流(Abgasstrom)被再循环到经压縮的增压空气流 (Ladeluftstrom)中之后在引导该增压空气(Ladeluft)的构件处淤积。出于该原因，例如 文件DE 10 2006 048269 Al建议了一种内燃机，在其中，被冷却的废气流通过AGR被直接 地再循环到内燃机的气缸中。 借助废气再循环，用于内燃机的气缸中的燃烧的氧气供应被降低，这最终导致氮 氧化物排放的减少。那么，在增压空气中的氧气浓度为约22.5%时(比较空气具有约 23. 2%的氧气浓度)，氮氧化物排放可以达约30%的程度而减少。 对于氮氧化物排放的减少而言重要的是燃烧温度的降低。除了上述的冷却的废 气再循环外，这同样可例如通过增压空气的加湿(Befeuchtung)来实现，例如在文件EP 1386069B1中所描述的那样。利用所谓的HAM (Humid Air Motor,湿空气发动机)方法，柴 油发动机的增压空气被加湿且燃料在内燃机中在更潮湿的空气中燃烧。以这种方式，相比 于传统的增压空气，氮氧化物排放理论上可以达约50%和更高的程度而被减少，然而，潮湿 的增压空气对大型柴油机的功率容量有负面影响。
发明内容
本发明的目的是，创造一种带有两级的(zweistufiger)增压(Auf lacking)和有所 减少的氮氧化物排放的经改善的内燃机。 该目的通过带有权利要求1的特征的内燃机来实现。本发明的有利的设计方案和 改进方案在从属权利要求中说明。 本发明的内燃机具有串接的两个废气涡轮增压器，其各包括在废气管路中的废气涡轮机(Abgasturbine)和在进气侧(Ansaugtrakt)中的压縮机。此外，设置有在靠近发动 机的(motornahen)废气涡轮增压器的废气涡轮机上游从废气管路中分支出且在两个废气 涡轮增压器的压縮机之间通到进气侧中的废气再循环管路，和用于对通过废气再循环管路 而被再循环到进气侧中的废气流进行冷却和加湿的设备。 在根据本发明的带有两级的增压的内燃机中，设置有废气再循环管路以及用于通 过该废气再循环管路而被再循环到进气侧中的废气流的冷却和加湿的设备。通过该构造， 内燃机的气缸中的燃烧温度通过两种的措施而被降低一方面通过氧气供应的减少(由于 被再循环到进气侧中的被冷却的废气流)而另一方面通过燃烧用空气的增湿(由于被再循 环的废气流的加湿)。作为以该方式而明显被降低的燃烧温度的结果，氮氧化物排放可被显 著地减少。 此外，废气再循环管路在废气涡轮增压器的两个压縮机之间通到进气侧中，从而， 增压空气与被再循环的废气流一起在靠近发动机的废气涡轮增压器的压縮机中再次被压 縮。以该方式，在带有非常良好的增压系统效率的大型柴油机中同样可继续使用内燃机的 大的正扫气压差。 在本发明的一种实施形式中，用于被再循环的废气流的冷却和加湿的设备具有废 气洗涤机(Abgaswaescher)，其布置在废气再循环管路中。所使用的废气洗涤机从被再循环 的废气流中除去(entziehen)来自被燃烧的润滑油和燃料的灰的大部分以及几乎全部的 硫氧化物和金属氧化物。因此，由被再循环的废气引起的在进气侧中的污染倾向和腐蚀危 险可被减小。同时，废气洗涤机引起了被再循环的废气流的冷却，从而可省去废气再循环管 路中的通常对污染敏感的AGR冷却器(AGR-Kuehler)。此外，废气洗涤机引起了被再循环的 废气流的增湿，这对于内燃机的氮氧化物排放产生有利的影响。 备选地或额外地，用于被再循环的废气流的冷却和加湿的设备具有布置在进气侧
中的加湿设备。在该情况中，废气再循环管路优选通到该加湿设备中。此外，该加湿设备例
如为根据HAM (Humid Air Motor)方法或SAM (Scavenging Air Moistening,扫气空气力口、湿)
方法的加湿设备。该加湿设备除了引起包括被再循环的废气流在内的增压空气流的增湿以
外，还引起这两种流的冷却以及硫氧化物的从被再循环的废气的去除。 在本发明的另一设计方案中，靠近发动机的废气涡轮增压器的废气涡轮机构造成
带有可变截面(variablen Querschnitten)的高压涡轮机。 在本发明的又 一 设计方案中，设置有涡轮增压器旁通管 (Turbolader-Bypassleit皿g)，其在靠近发动机的废气涡轮增压器的废气涡轮机上游从废
气管路中分支出且在两个废气涡轮增压器的废气涡轮机之间重新通到废气管路中。
尤其地，本发明可在利用重油来运行的大型柴油机中以有利的方式被应用。
本发明上述的以及其它的特征和优点从下面的根据所附图纸的优选实施例的描 述中可更好地被理解。其中 图1显示了根据本发明的第一实施例的内燃机的示意图；禾口
图2显示了根据本发明的第二实施例的内燃机的示意图。
参考标号列表
4
10内燃机 12气缸列(Zylinderreihe) 14增压空气总管(Ladeluftsammelleitung) 16废气总管(Abgassammelleitung) 18进气侧 20 22的压縮机 22远离发动机的(motorferner)废气涡轮增压器 24 26的压縮机 26靠近发动机的废气涡轮增压器 28第一增压空气冷却器 29第一加湿设备 30第二增压空气冷却器 31第二加湿设备 32废气管路 34 22的废气涡轮机 36 26的废气涡轮机 38旁通管 39旁通阀 40废气再循环管路(AGR) 42 AGR-阀 44废气洗涤机
具体实施例方式
参考图1进一步描述了带有两级的增压的本发明的内燃机的第一实施例。
内燃机10本身，尤其是利用重油来运行的大型柴油机，以已知的方式包括气缸列 12，其带有多个用于燃料的燃烧的气缸以及在气缸列12的输入侧上的用于输送燃烧用空 气的增压空气总管14和在气缸列12的输出侧上的用于引出燃烧时产生的废气的废气总管 16。 在通向增压空气总管14的内燃机10的进气侧18中布置有构成了该两级的增压 的低压级的远离发动机的废气涡轮增压器22的第一压縮机20以用于吸入和压縮环境空 气、且布置有构成了该两级的增压的高压级的靠近发动机的废气涡轮增压器26的第二压 縮机24以用于进一步压縮该增压空气。在进气侧18中在第一压縮机20下游布置有第一增 压空气冷却器28，且在进气侧18中在第二压縮机24下游布置有第二增压空气冷却器30。
通过废气管路32，废气被从内燃机10的废气总管16输送给带有过滤器、催化剂和 类似者的废气后处理系统(未示出)。在废气管路32中布置有远离发动机的废气涡轮增压 器22的第一废气涡轮机(低压涡轮机)34和靠近发动机的废气涡轮增压器26的第二废气 涡轮机(高压涡轮机)36。废气流首先在高压涡轮机36中做功，以便以已知的方式驱动与 其相连接的压縮机24。在低压涡轮机34中，废气流再次做功并由此驱动与其相连接的内燃 机10的进气侧18中的第一压縮机20。
靠近发动机的废气涡轮增压器26的高压涡轮机36优选地构造成带有可变截面 (VTA-Variable Turbine Area)。备选地或额外地，设置有带有可以可变的方式被控制的旁 通阀39的涡轮增压器旁通管38。该旁通管38在靠近发动机的废气涡轮增压器26的废气 涡轮机36上游从废气管路32分支出且在两个废气涡轮机34， 36之间重新通入到废气管路 32中。 如在图1中所示的，还设置有废气再循环管路40。该废气再循环管路40同样在靠 近发动机的废气涡轮增压器26的第二废气涡轮机36上游从废气管路32分支出(图1中 的点B)，但是，在两个废气涡轮增压器22， 26的压縮机20， 24之间，优选在第一增压空气冷 却器28下游，通入到进气侧18中(图1中的点A)。 在废气再循环管路40中布置有用于至进气侧18的废气再循环率的控制的AGR阀 42和所谓的废气洗涤机44。 AGR阀42可以可选地在废气洗涤机44上游或下游布置在废气 再循环管路40中。 在废气洗涤机44中，从废气流中除去几乎所有可例如源自燃料硫 (Kraftstoffschwefel)的酸性成分。微粒的大部分同样在废气洗涤机44中被从废气中除 去。同时，在废气与增压空气在进气侧18中混合之前，对废气进行冷却和增湿。通过废气 再循环管路40中的废气洗涤机44和废气再循环，可明显减少该两级地增压的内燃机10的 氮氧化物排放。 在废气管路32的位置B处、也就是在废气再循环管路40的分支点处的废气压力
高于在进气侧18的位置A处的增压空气压力。与此相反，高压级26的压縮机24下游的进
气侧18的位置C处的增压空气压力高于位置A处的废气压力，从而，通过内燃机10可设定
或保持正的扫气压差，这特别地在利用重油来运行的大型柴油机中是有利的。 靠近发动机的废气涡轮增压器26的第二压縮机24优选通过合适的涂层工艺来适
应含废气的增压空气。同样，第二增压空气冷却器30优选地合适地被优化，以便同样能够
有效地冷却含废气的增压空气且同时确保长的使用寿命。 现在，参照图2进一步描述带有两级的增压的本发明的内燃机的第二实施例。在 此，相同的或类似的部件和构件利用如在上述第一实施例中的相同的参考标号来标记。
第二实施例的内燃机与图1中所示的内燃机的区别在于，远离发动机的和/或靠 近发动机的废气涡轮增压器22， 26的压縮机20， 24下游的两个增压空气冷却器28， 30各由 进气侧18中的加湿设备29， 31来代替。加湿设备29， 31优选为这样的加湿设备，即，其按照 HAM(HumidAir Motor)或SAM (Scavenging Air Moistening)方法工作，以用于将增压空气 冷却和增湿，以便降低内燃机10的气缸12中的燃烧温度并由此减少氮氧化物排放。在此， 加湿设备29， 31完成了第一实施例的废气洗涤机44的和增压空气冷却器28， 30的任务。
在该实施形式的一种变型中，代替第二加湿设备31，同样可在靠近发动机的废气 涡轮增压器26的压縮机24下游布置有通常的如在图1的第一实施例中的增压空气冷却器 30。 如在图2中所示出的，在该实施例中同样在高压涡轮机36上游从废气管路32中 分支出的废气再循环管路40直接地通到第一加湿设备29中，从而，通过废气再循环管路40 而被再循环的废气流同样被冷却和增湿。 除了加湿设备29，额外地，在该实施例中同样可以可选地在废气再循环管路40中布置废气洗涤机44，如在图2中所示的。但是，与上面的图1的实施例相比，该废气洗涤机 44尺寸可给定得较小。 该实施例的其余的部件、特征和优点与图1的第一实施例的部件、特征和优点相 符，因此，省去其再一次的描述。
权利要求
一种内燃机，带有串接的两个废气涡轮增压器(22，26)，所述废气涡轮增压器(22，26)各包括在废气管路(32)中的废气涡轮机(34，36)和在进气侧(18)中的压缩机(20，24)，其特征在于，设置有废气再循环管路(40)，其在靠近发动机的废气涡轮增压器(26)的废气涡轮机(36)上游从所述废气管路(32)中分支出且在所述两个废气涡轮增压器(22，26)的压缩机(20，24)之间通到所述进气侧(18)中；并且，设置有用于通过所述废气再循环管路(40)而被再循环到所述进气侧(18)中的废气流的冷却和加湿的设备(29，44)。
2. 根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，用于所述被再循环的废气流的冷却和 加湿的设备(29,44)具有布置在所述废气再循环管路(40)中的废气洗涤机(44)。
3. 根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，用于所述被再循环的废气流的冷却 和加湿的设备(29,44)具有布置在所述进气侧(18)中的加湿设备(29)。
4. 根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述废气再循环管路(40)通到所述加 湿设备(29)中。
5. 根据权利要求3或4所述的内燃机，其特征在于，所述加湿设备(29)是根据HAM方 法或SAM方法的加湿设备。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述靠近发动机的废气涡 轮增压器(26)的废气涡轮机(36)构造成带有可变截面的高压涡轮机。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，设置有涡轮增压器旁通管 (38)，其在所述靠近发动机的废气涡轮增压器(26)的废气涡轮机(36)上游从所述废气管 路(32)分支出且在所述两个废气涡轮增压器(22,26)的废气涡轮机(34,36)之间重新通 到所述废气管路(32)中。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(10)是利用重 油来运行的大型柴油机。
全文摘要
本发明涉及一种带有串接的两个废气涡轮增压器的内燃机，具体而言，涉及一种内燃机(10)，其具有串接的两个废气涡轮增压器(22，26)，其各包括在废气管路(32)中的废气涡轮机(34，36)和在进气侧(18)中的压缩机(20，24)。为了减少氮氧化物排放，设置有废气再循环管路(40)，其在靠近发动机的废气涡轮增压器(26)的废气涡轮机(36)上游从废气管路(32)分支出且在两个废气涡轮增压器(22，26)的压缩机(20，24)之间通到进气侧(18)中，并设置有用于冷却和加湿通过废气再循环管路(40)而被再循环到进气侧(18)中的废气流的设备(29，44)。该系统尤其可在利用重油来运行的大型柴油机中有利地被使用。
文档编号F02B37/013GK101749148SQ20091026081
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者G·廷希曼, T·塞德尔 申请人:曼柴油机欧洲股份公司