专利名称：内燃发动机的排气再循环回路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于内燃发动机的排气再循环回路。
背景技术：
排气再循环(EGR)系统或回路用来使车辆燃料效率最大化且减少车辆排气系统 的有害排放。随着车辆排放规定变得更加严格，车辆需要变得更加"绿色"，不断需要减少排 放特别是来自发动机尤其是柴油发动机的N0x气体。减少排气排放的一个方法是使用与排 气再循环结合的催化转换器，在排气再循环中使用高排气背压使排气歧管中的排气流向进 气歧管。在排放上的更严格的规定的问题是产生足够的回流必须增加排气背压，这会开始 影响燃料效率。来自排气歧管的再循环的另一个缺点是再循环的气体可以包含碳烟、水蒸 气及未使用的燃料，从而会污染安装的排气冷却系统和进气歧管。此外，若存在由于系统泄 漏造成的故障、EGR故障等，则这会导致其他构件如微粒过滤器或催化转化器上的过载。 通常，涡轮增压柴油发动机的EGR系统在涡轮增压器涡轮使排气再循环到进气歧 管之前使用较高的压力差。这不总是足以减少NOx排放。或者，可以在EGR系统中使用机 械泵，但这些增加了发动机上的操作负荷。 其他的EGR系统从涡轮增压器涡轮的下游抽取再循环的排气通过微粒过滤器，然 后供应气体到主涡轮增压器的前部以流向汽缸。该系统的缺点是气流量不足以减少NOx排 放。 本实用新型寻求改善上述问题。
实用新型内容本实用新型的目的包括提供用于内燃发动机的排气再循环回路，以改进EGR气流
与新鲜空气的混合，改进主涡轮增压器单元的瞬态响应并减少N0x排放。 根据本实用新型的第一方面，提供用于内燃发动机的排气再循环(EGR)回路，该
内燃发动机具有至少一个汽缸、具有用于来自一个或多个汽缸的排气的排气后处理装置的
排气系统、及包括供应新鲜空气到汽缸的主进气增压器的空气供应系统，该排气再循环回
路包括经可控EGR阀将排气后处理装置的下游侧连接到主进气增压器的新鲜空气供应通
路的通道，其中排气流泵(exhaust gas flow pump)位于所述通道中以供应期望的气流与
主进气增压器的空气供应混合。 优选地进气增压器是来自一个或多个汽缸的排气驱动的涡轮增压器。 排气流泵还可以是来自一个或多个汽缸的排气驱动的涡轮增压器的形式，优选地
可以旁通绕过泵/涡轮增压器的涡轮以限制所述通道中到主增压器的EGR气流。使用这种
类型的泵不会在发动机上施加额外的负荷，因此基本上不影响燃料消耗，在低转速和低发
动机负荷上确保充足的EGR质量流量。 来自汽缸的排气还可以从排气歧管直接转向到空气供应系统以形成较短的第二 EGR回路。[0011] 当EGR阀关闭时，优选地排气流泵上游的通道可以选择性地经阀装置与在EGR阀 和排气流泵之间的通道连接以形成再循环回路。 根据本实用新型的另一方面提供内燃发动机，优选地为柴油发动机，所述内燃发 动机具有至少一个汽缸、具有用于来自一个或多个汽缸的排气的排气后处理装置的排气系 统、包括用于供应新鲜空气到汽缸的主进气增压器的空气供应系统，且具有根据本实用新 型的第一方面的排气再循环回路。 根据本实用新型的又一方面提供一种内燃发动机的排气再循环回路，所述内燃发 动机具有至少一个汽缸、具有用于来自一个或多个汽缸的排气的排气后处理装置的排气系 统、及包括供应新鲜空气到汽缸的主进气增压器的空气供应系统，所述排气再循环回路包 括经可控EGR阀将所述排气后处理装置的下游侧连接到主进气增压器的新鲜空气供应通 路的通道，所述主进气增压器是涡轮增压器，且该涡轮增压器的涡轮通过来自 一个或多个 汽缸的排气驱动；位于所述通道中以供应期望的气流与所述主进气增压器上游的空气供应 混合的排气流泵，所述排气流泵位于所述主进气增压器的涡轮的下游，所述排气流泵还包 括通过来自汽缸的排气驱动的涡轮增压器；来自所述汽缸的排气还可以从所述排气歧管转 向到所述空气供应系统以形成较短的第二 EGR回路。 本实用新型可以使主涡轮增压器单元以改进的效率操作从而提高燃料经济性并 减少N0x排放。
图1是具有根据本实用新型的EGR回路的内燃发动机的示意图； 图2是具有根据本实用新型的第二 EGR回路的内燃发动机的示意图。
具体实施方式下面通过实例参考附图描述本实用新型。 现参考图l，示出机动车辆的内燃发动机10的示意图。本实用新型可以应用于柴 油发动机和汽油发动机。本示例的图1中所示的发动机是柴油发动机。内燃发动机io具 有多个汽缸11，在该示例中为六汽缸，但也可以是设置在V型配置中的任何期望数目的汽 缸。 可以通过空气过滤器13、通道12及形式为涡轮增压器的进气增压器14向汽缸供 应新鲜的空气。涡轮增压器压縮轮15的高压侧通过通道12B经中间冷却器17，优选地为空 气对空气中间冷却器输送空气到发动机进气歧管16。众所周知，汽缸11具有在汽缸孔中往 复运动的活塞(未示出)、至少一个进气门(未示出)、及至少一个排气门(未示出)，进气 门每个连接到进气歧管16，排气门连接到相应的排气歧管支路18A或18B。排气歧管支路 18A、18B合并到单个排气通道31中，该排气通道31引导排气到排气后处理装置19，例如形 式为柴油氧化转化器(diesel oxygenconverter)的催化转化器。柴油微粒过滤器21设置 在排气后处理装置19的下游。来自排气歧管支路18A的排气用来驱动主涡轮增压器14的 涡轮22，涡轮22位于排气歧管支路18A和18B的直接下游的通道31中。 排气通过排气再循环(EGR)回路或排气再循环系统40再循环回到新鲜空气供应 系统。EGR系统40包括具有通道41的较长的环形EGR回路，该通道41通过排气流泵42使
4微粒过滤器21下游的排气通道31与新鲜空气供应系统相互连接。排气流泵42进而通过 通道43连接到新鲜空气供应通道12A。通道41通过位于排气流泵42上游的中间冷却器 47和EGR阀48。若需要的话中间冷却器47典型地包括水/空气中间冷却器或空气/空气 中间冷却器。EGR阀48开启或关闭较长的环形EGR系统。 排气流泵42优选地为小输出量涡轮增压器(small output turbocharger)的形 式，该涡轮增压器的涡轮44通过来自排气歧管支路18B的排气驱动。排气流泵42在其压 縮机叶轮45处应产生足够的低压以从排气通道31抽取产生所需的排气流率。通过由旁通 阀52控制的排气旁路51可以限制来自压縮机45的输出。若需要的话，从压縮机叶轮45通 过通道43到新鲜空气供应系统的气流可以通过又一个中间冷却器46，及第一再循环阀49。 来自压縮机45的排气可以通过通道54和第二再循环阀55再循环回到压縮机45。 当不需要较长的环形EGR时，可以关闭阀48，然而排气流泵42的涡轮44仍旋转， 来自压縮机45的气体将再循环。 较长的环形EGR的附加的益处是再循环的排气清洁而不含碳烟和燃料，从而大幅 度减少污垢、改进耐用性。相比较于常规的较短的环形EGR系统可较大地冷却提供到发动 机的EGR气体，这对相同的再循环排气质量流率可以减少多至20-30X的N0x排放。当混合 发生在主涡轮增压器14的压縮机叶轮15中以及在进气歧管之前的通道的长度内时，将确 保EGR与进入到发动机中的新鲜空气的混合。因为EGR现配置到主涡轮增压器压縮机叶轮 的前部，主涡轮增压器单元将以改进的效率操作，这改进燃料经济性。 另外，相对于标准的较短的环形EGR回路，该主涡轮增压器单元的瞬态响应可得 到改进，在标准的较短的环形EGR回路中当启用较短的环形EGR时，通过压縮机叶轮的空气 质量流量较少。在EGR系统故障的情况下，该系统相对于较短的环形EGR系统进一步具有 两个优点，因为在较长的环形EGR上可以在不同的位置监测EGR气体，从而可以发现任何与 正常情况的偏离。在过载的微粒过滤器的情况下，可以产生较高的排气系统背压，EGR流率 不受影响，而较短的环形EGR不可避免地增加EGR流率。这增加了该系统的稳健性以防止 进一步的系统损坏。 当不使用较长的EGR回路且关闭在通道41中的EGR阀48时，来自压縮机45的气
流经通道54再循环，其中第一再循环阀49关闭，第二再循环阀55开启。 作为后备，该EGR系统还包括具有从排气歧管支路18B经包含中间冷却器57和第
二 EGR阀58的通道连接至进气歧管16的通道56的常规的较短回路，以便通过阀58开启
/关闭较短的回路。阀48、49、52、55及58由合适的耐高温材料制成，典型地为通常用于排
气再循环阀的类型的抗腐蚀金属化合物。 阀48、49、52、55及58可由可编程ECU 23 (发动机控制单元)可操作地控制，该可 编程ECU 23连接到燃料喷射器(未示出)和多个示意性地示出为传感器28的其他发动机 工况传感器。发动机工况传感器28可以包括但不限于监测以下工况的传感器，如发动机位 置、发动机转速、歧管静态压力、进入歧管的质量空气流量、发动机温度、空气温度、凸轮轴 位置(进气和排气)、进气歧管调节阀、大气压力、EGR量、VCT位置、扭矩需求、挡位位置等。 阀的状况即开启/关闭可以取决于各种感测的工况和要求的发动机控制通过可编程ECU 28控制。 参考图2，示出基本上类似于图1中所示的系统的EGR系统，只是该系统使用在具
5有直列式配置或V型配置的汽缸的内燃发动机上。如图1中所示的相同的构件可以应用相 同的参考符号。 排气歧管18通过通道131连接到排气流泵42的涡轮。离开排气流泵42的涡轮 44的气体通过通道31供应到上述主涡轮增压器14的涡轮22。排气然后通过柴油氧化催 化器19和微粒过滤器21。 同样，通过从微粒过滤器21的下游延伸到排气流泵42上的压縮机45的低压侧的 通道41提供较长的EGR回路。来自压縮机45的气体通过上述通道43泵送到新鲜空气供 应通道12A。通过在EGR通道43和涡轮44下游的通道41之间连接的旁通通道154提供用 于排气流泵42的涡轮44的速度限制器。来自排气流泵42的EGR气体泵送到上述新鲜空 气供应通道12A，并同样在EGR阀48关闭的情况下通过阀49、55和通道154提供再循环回 路。 同样，通过连接排气歧管18和进气歧管16的通道156可以提供附加的较短的环 形EGR。 如上所述，该系统通过连接到阀48、49、55、58及152的ECU操作。
权利要求一种内燃发动机的排气再循环回路，所述内燃发动机具有至少一个汽缸、具有用于来自一个或多个汽缸的排气的排气后处理装置的排气系统、及包括供应新鲜空气到汽缸的主进气增压器的空气供应系统，其特征在于，所述排气再循环回路包括经可控EGR阀将所述排气后处理装置的下游侧连接到主进气增压器的新鲜空气供应通路的通道，其中排气流泵位于所述通道中以供应期望的气流与所述主进气增压器上游的空气供应混合。
2. 如权利要求1所述的排气再循环回路，其特征在于，所述主进气增压器是涡轮增压 器，且该涡轮增压器的涡轮通过来自一个或多个汽缸的排气驱动。
3. 如权利要求2所述的排气再循环回路，其特征在于，所述排气流泵还包括通过来自 汽缸的排气驱动的涡轮增压器。
4. 如权利要求3所述的排气再循环回路，其特征在于，所述排气流泵的涡轮位于所述 主进气增压器的涡轮的下游。
5. 如权利要求1所述的排气再循环回路，其特征在于，所述排气流泵还包括通过来自 汽缸的排气驱动的涡轮增压器。
6. 如权利要求5所述的排气再循环回路，其特征在于，到所述排气流泵的涡轮的排气 流旁通绕过所述排气流泵的涡轮以限制流到新鲜空气供应通路的气流。
7. 如权利要求6所述的排气再循环回路，其特征在于，当EGR阀关闭时，所述排气流泵 上游的EGR气流可以再循环到所述排气流泵的入口。
8. 如权利要求7所述的排气再循环回路，其特征在于，来自所述汽缸的排气还可以从 排气歧管转向到所述空气供应系统以形成较短的第二 EGR回路。
9. 一种内燃发动机，所述内燃发动机具有至少一个汽缸、具有用于来自一个或多个汽 缸的排气的排气后处理装置的排气系统、包括用于供应新鲜空气到汽缸的主进气增压器的 空气供应系统，且具有如权利要求1至8中任意一项所述的排气再循环回路。
10. —种内燃发动机的排气再循环回路，所述内燃发动机具有至少一个汽缸、具有用于 来自一个或多个汽缸的排气的排气后处理装置的排气系统、及包括供应新鲜空气到汽缸的 主进气增压器的空气供应系统，其特征在于，所述排气再循环回路包括经可控EGR阀将所述排气后处理装置的下游侧连接到主进气增压器的新鲜空气供应 通路的通道，所述主进气增压器是涡轮增压器，且该涡轮增压器的涡轮通过来自 一个或多 个汽缸的排气驱动；位于所述通道中以供应期望的气流与所述主进气增压器上游的空气供应混合的排气 流泵，所述排气流泵位于所述主进气增压器的涡轮的下游，所述排气流泵还包括通过来自 汽缸的排气驱动的涡轮增压器；来自所述汽缸的排气还可以从排气歧管转向到所述空气供应系统以形成较短的第二 EGR回路。
专利摘要本实用新型涉及内燃发动机的排气再循环回路。提供一种内燃发动机的排气再循环(EGR)回路(40)，该内燃发动机具有至少一个汽缸(11)、具有用于来自一个或多个汽缸的排气的排气后处理装置(19、21)的排气系统、及包括供应新鲜空气到汽缸的主进气增压器(14)的空气供应系统，该排气再循环回路包括经可控EGR阀(48)将排气后处理装置(19、21)的下游侧连接到主进气增压器(14)的新鲜空气供应通路的通道(41)，其中排气流泵(42)位于所述通道(41)中以供应期望的气流与主进气增压器(14)上游的空气供应混合。本实用新型可以使主涡轮增压器单元以改进的效率操作从而提高燃料经济性并减少NOx排放。
文档编号F02B37/00GK201439733SQ20092015104
公开日2010年4月21日 申请日期2009年4月30日 优先权日2008年5月1日
发明者菲尔·纽曼 申请人:福特环球技术公司