内燃机的废气再循环的设备和方法及相应的内燃的制造方法
【专利摘要】具有废气涡轮增压器的内燃机、特别是柴油发动机的废气再循环的设备，具有：带有再循环阀的废气再循环装置，其与所属内燃机的排气管路和进气管路连接；压缩所抽取的废气的至少一个空气压缩机，其与排气管路连接；用于储存压缩的废气的至少一个废气压力容器，其与空气压缩机连接；输气装置，其通过阀与至少一个废气压力容器连接并且与所属内燃机的进气管路和空气进气口连接；和控制设备的控制装置。内燃机的废气再循环的方法具有以下方法步骤：（S1）在内燃机的适当的抽气正常工作点从内燃机中抽取废气；（S2）压缩抽取的废气和新鲜空气；（S3）储存压缩的废气和压缩的新鲜空气；（S4）以能确定的比例储存的废气和储存的新鲜空气再循环到内燃机中。
【专利说明】内燃机的废气再循环的设备和方法及相应的内燃机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对具有废气涡轮增压器的内燃机、特别是柴油发动机进行废气再循环的设备和方法。本发明还涉及一种内燃机。
【背景技术】
[0002]内燃机或内燃发动机的使用在世界范围内由相应适用的废气立法管辖。这包括对氧化氮、颗粒、一氧化碳和不完全燃烧的碳氢化合物的考虑。首先，要努力减少的焦点是颗粒和氮排放。例如从2013/14起，欧洲立法机构将重型载货车的颗粒和氮排放限制为0.4g/kWh氧化氮和0.0lg/kffh颗粒，见2009年6月18日欧洲议会和参议会的编号为595/2009的规定(EG)。
[0003]氧化氮在内燃机中的燃烧过程中以三种不同的方式产生。一方面通过结合在燃料中的氮，氮在燃烧过程中与周围空气中的氧化合。另一方面在低温情况下通过所谓的费尼摩(Fenimore)机理。热力氧化氮构成主要成分,氧化氮在温度高于1000°C时由氧自由基和氮分子形成。为了减少后者的形成，可以降低燃烧温度或减小氧气部分密度。为此，采用使废气进入内燃机吸气侧的再循环装置。下文中将对废气再循环(AGR)系统的【背景技术】进行描述。可以采用两种办法进一步降低氧化氮排放:一方面通过降低增压空气温度和再循环废气的温度，其中，此处无法根据正常工作点进行快速调节。另一方面，可以通过提高AGR比率来降低氧气部分密度，参见文件EDWARDS，S.et al (2008年):重型载货车中Euro6的排放方案和冷却系统，发动机技术杂志，第69期，09/2008刊，第690-700页，和EITEL7J.(2008年):Euro5载货车的发动机冷却系统和冷却组件，汽车技术杂志，第110期，09/2008 刊，第 810-813 页。
[0004]根据目前的【背景技术】，内部和外部废气再循环装置(AGR)是有区别的。
[0005]内部废气再循环装置通过阀相互关联与气体运动的相互作用实现。在此，废气再循环率与阀控制时间从而强烈地与内燃机或发动机的结构相联系。该废气再循环率在动力学上只有在花费高额结构费用时才能变化。
[0006]外部废气再循环装置在具有废气涡轮增压器的内燃机中分为高压和低压AGR。在这种情况下，废气的抽取位置是决定性的。在高压AGR中，沿着流动方向在涡轮增压器的涡轮前面抽取废气，并沿着流动方向在压缩机后面输送给新鲜气体。低压AGR沿着流动方向在涡轮后面使用降压的废气，并沿流动方向在压缩机之前将其输送给吸入的空气。
[0007]所有AGR变体方案都具有这样的缺点，即变体方案与荷载、转数和动力紧密相关。抽取位置与混合位置之间的压力比决定AGR比率的高低。存在发动机正常工作点，在该发动机正常工作点需要较高的废气再循环率，但是该废气再循环率无法描绘，或者只能以较大的缺点描绘。用于提高废气再循环率的已知方法是使用排气门或废气泵。通过在抽气位置和涡轮之间安装排气门可以在使用高压AGR时增大吹洗压差，并随着活门闭合程度上升而提高废气再循环率。其结果可能是涡轮增压器的气门开关性能在动力运行过程中变差。在高压或低压AGR中使用废气泵可能导致缓慢的控制回路。另外，由废气中的颗粒造成的污染可能对构件使用寿命造成不利影响。
[0008]R0HRSSEN,K.；HOFFELER,G.(2011 年):1AV 的活性高 AGR 方案，发动机技术杂志，第72期，01/2011刊，第34-40页，描述了用于提高废气再循环率的可替换系统。在此，因附加安装螺旋式压缩机而产生的高额花费和效率损失被视为缺点。
【发明内容】
[0009]所以，本发明的目的在于提供一种用于改进废气再循环的方法和设备。
[0010]这一目的通过具有权利要求1所述特征的设备和具有权利要求9所述特征的方法来实现。
[0011]本发明的基本思想在于，储存经过压缩的废气并通过阀经过输气装置再循环到内燃机中。
[0012]根据本发明的用于对具有废气涡轮增压器的内燃机、特别是柴油发动机进行废气再循环的设备，具有:带有再循环阀的废气再循环装置，该废气再循环装置能够与所对应的内燃机的排气管路和进气管路连接；用于压缩所抽取的废气的至少一个空气压缩机，该空气压缩机能与排气管路连接；用于储存经过压缩的废气的至少一个废气压力容器，该废气压力容器与空气压缩机连接；输气装置，该输气装置通过阀与至少一个废气压力容器连接并且能够与所对应的内燃机的进气管路和空气进气口连接；和用于控制该设备的控制装置。
[0013]由此，有利地能够在储存的废气的基础上不依赖于发动机正常工作点地按照需要并以特定的量再循环该废气。
[0014]在此，“发动机正常工作点”这一概念是指内燃机的正常工作点，在该正常工作点完成进入内燃机进气管路的废气再循环。与此相区别的是，“抽气正常工作点”这一概念是指内燃机的正常工作点，在该正常工作点抽取内燃机排气管路的废气。
[0015]利用具有再循环阀的废气再循环装置可以仅以很短的时间延迟立即将抽取的废气基本上直接重新输送回到进气管路中。通过储存经过压缩的、在“抽气正常工作点”抽取的废气，可以不依赖于“抽气正常工作点”地以能自由选择的与该抽气正常工作点的时间间隔在“发动机正常工作点”适当地将废气输送回去。
[0016]根据本发明的用于对具有废气涡轮增压器的内燃机、特别是柴油发动机的废气进行再循环的方法具有以下方法步骤:(SI)在内燃机的适当的抽气正常工作点从内燃机中抽取废气；(S2)对抽取的废气和新鲜空气进行压缩；(S3)储存经过压缩的废气和经过压缩的新鲜空气；(S4)按照能确定的比例使储存的废气和储存的新鲜空气再循环到内燃机中。
[0017]与【背景技术】相比，可以显著减小在效率、调节性能和/或污染方面的缺点。
[0018]在一种实施方式中，该至少一个空气压缩机可以利用其吸气侧通过进气切换阀在进气切换阀的第一位置中为了压缩新鲜空气与大气连接，以及在进气切换阀的第二位置中为了压缩废气与所对应的内燃机的排气管路连接。所以，利用空气压缩机既能压缩废气又能压缩新鲜空气。为了能够将现有的空气压缩机也用于压缩废气，通过适当的热交换器对抽取的废气进行冷却。也可以对其进行额外的干燥和过滤，以便于使颗粒远离其它构件。
[0019]另一种实施方式提出，该至少一个空气压缩机可以利用其排气口通过填充切换阀在填充切换阀的第一位置中为了储存由空气压缩机压缩的新鲜空气与至少一个压缩空气容器连接，以及在填充切换阀的第二位置中为了储存由空气压缩机压缩的废气与至少一个废气压力容器连接。因此，可以实现分开储存废气和新鲜空气。例如可以使用已有的车辆侧压缩空气装置的压缩空气容器作为压缩空气容器。
[0020]在有利的实施方式中，连接进气切换阀和填充切换阀，以使得在进气切换阀的第一位置中填充切换阀切换到其第一位置，以及在进气切换阀的第二位置中将填充切换阀切换到其第二位置。既可以将连接设计为机械连接又可以设计为例如电/气动连接。可替换地，例如可以使用具有两个分开的流动途径的共同的切换阀。
[0021]在另一种实施方式中，输气装置通过阀与至少一个压缩空气容器连接并且通过另一个阀与该至少一个废气压力容器连接。通过这种方式，可以通过阀可调节地例如只输送压缩空气，借助于该另一个阀只调节和输送要进行再循环的废气量，并且另外还能够可调节地输送回废气和压缩空气。
[0022]在另外一种实施方式中提出，该至少一个废气压力容器设有探测器，例如进气量探测器，用于检测惰性废气含量。所以，特别是在使用进气量探测器时，可以实现简单的废气含量检测，因为发动机控制装置中已经存在并且例如也可以同时使用进气量探测器的评估电路。
[0023]在另一种实施方式中，至少一个空气压缩机设计为能控制的压缩机。所以，该空气压缩机例如可以具有能控制的耦合器或/和单独的电动机传动装置。
[0024]具有废气涡轮增压器的内燃机、特别是柴油发动机具有以上所述设备。
[0025]在该方法的实施方式中提出，在方法步骤(S2)压缩中，由共同的空气压缩机对抽取的废气和新鲜空气进行交替压缩。在此，通过进气切换阀对用于交替压缩所抽取的废气和新鲜空气的共同的空气压缩机的吸气侧进行切换。通过这种方式，空气压缩机可以在内燃机的适当的抽气正常工作点对抽取的废气进行压缩。因为吸气侧是可切换的，所以，如果不存在适当的抽气正常工作点，同一个空气压缩机也可以压缩新鲜空气。
[0026]另外，另一种实施方式提出，在方法步骤(S3)储存中，将经过压缩的废气储存在至少一个废气压力容器中，以及将经过压缩的新鲜空气储存在与废气压力容器分离的至少一个压缩空气容器中。为此，在一种实施方式中，共同的空气压缩机的排气口为了储存经过压缩的废气与至少一个废气压力容器连接以及为了储存经过压缩的新鲜空气通过填充切换阀与至少一个压缩空气容器连接。可以以相应的方式与进气切换阀同时地控制该填充切换阀。
[0027]在该方法的可替换的实施方式中提出，在方法步骤(S2)压缩中，分别由单独的空气压缩机对抽取的废气和新鲜空气进行压缩，其中，在方法步骤(S3)储存中，将经过压缩的废气储存在至少一个废气压力容器中，以及将经过压缩的新鲜空气储存在与该废气压力容器分离的至少一个压缩空气容器中。此时，例如可以为车辆侧压缩空气装置保留现有的空气压缩机，并且附加的空气压缩机只是为废气而设置的。在这种情况下，不需要切换阀。
[0028]另外提出，在方法步骤(S3)储存中，在至少一个废气压力容器中为储存在其中的废气确定惰性废气含量。这例如可以借助于布置在至少一个废气压力容器中的气体测量装置，例如进气量探测器，来完成。由此得出这样的优点，即可以在以较高的精确度了解惰性气体含量的基础上实现与相应发动机正常工作点相适应的废气再循环。
[0029]可替换地，可以通过计算模型确定在至少一个废气压力容器中的惰性废气含量，其中该计算模型根据发动机自身进气量探测器的测量值使用所抽取的废气的惰性废气含量作为基础。
[0030]在该方法的另一种实施方式中提出，在方法步骤(S4)再循环中，将储存在至少一个废气压力容器中的废气和储存在至少一个压缩空气容器中的新鲜空气按照能确定的比例以一定的量与内燃机的相应发动机正常工作点相适应地吹入内燃机的进气管路，其中该能确定的比例根据储存的废气的特定的惰性废气含量和内燃机的相应的发动机正常工作点来确定。由此，能够不依赖于抽气正常工作点地对废气再循环率进行可自由选择的调节。
[0031]作为补充，可以在方法步骤(S4)再循环中借助于废气再循环装置AGR将抽取的废气直接导入内燃机的进气管路。这例如能在尚未填充的压力容器中进行。
[0032]在可替换方案中，可以在方法步骤(S3)储存中，将经过压缩的废气储存在至少一个废气压力容器中，也可以将经过压缩的新鲜空气储存在该至少一个废气压力容器中，其中，按照能确定的成分通过对废气和新鲜空气的交替压缩形成由经过压缩的废气与经过压缩的新鲜空气构成的混合气体。所以，可以仅使用一个共同的压力容器。
[0033]另外在此提出，根据对在至少一个废气压力容器中为储存在其中的废气的惰性废气含量进行确定实现能确定的成分。这例如可以通过前面已经描述的装置利用进气量探测器来实现。所以，废气压力容器可以具有能预先确定的惰性气体含量，例如可以通过对空气压缩机的进气切换阀的切换来改变该惰性气体含量。
[0034]在另一种实施方式中提出，在方法步骤(S4)再循环中，将储存在该至少一个废气压力容器中的由经过压缩的废气和经过压缩的新鲜空气构成的混合气体按照能确定的成分以特定的量与内燃机的相应的发动机正常工作点相适应地吹入内燃机的进气管路。此时，可以通过对阀进行相应调节将该量与发动机正常工作点相适应。此外，可以通过废气再循环装置实现附加的废气再循环。
[0035]在另外一种实施方式中，在方法步骤(S4)中，借助于车辆自身的气体含量测量装置，例如进气量探测器，对再循环进行调节。该进气量探测器例如已经存在于车辆的排气管路中，并且可以检测废气当前的惰性气体含量。可以利用控制装置或发动机控制装置通过为相应发动机正常工作点对废气的惰性气体含量的额定值和废气的当前惰性气体含量进行比较来实现该调节。根据这种比较，能按照相应的计量以及与储存的压缩空气的混合将储存的废气导入进气管路。所以，有利地可以实现调节。
[0036]能利用前文所述的用于废气再循环的装置来实现前面所述的方法。
[0037]与传统的AGR方法和AGR系统相比，通过使用根据本发明的设备和根据本发明的方法可以得出几个优点。只要废气压力容器中填充了足够的废气，就可以在所有发动机正常工作点任意调整废气再循环率。在过渡阶段中，可以单独或接通地使用直接的废气再循环装置。特别是在内燃机的动力运行中，可以通过吹入新鲜空气明显提高发动机动力，其中，可以通过同步输送经过再循环的、储存在废气压力容器中的废气同时降低氧化氮的排放。因为沿流动方向在颗粒过滤器后面抽取废气，所以不会因为包含在废气中的颗粒而造成污染。另外，不会-像使用废气截止阀瓣时那样-使废气涡轮增压器的动力变差。可以在使用进气量探测器的基础上实现对系统，即具有根据本发明的设备的废气再循环装置，的动力的调节。【专利附图】
【附图说明】
[0038]现根据实施例参考附图对本发明作详细说明。附图示出:
[0039]图1是具有废气涡轮增压器和根据本发明的用于废气再循环的设备的内燃机的不意图；和
[0040]图2是根据本发明的方法的示意性流程图。
[0041 ] 在附图中以相同的参考标号表示相同的结构元件或具有相同功能的功能单元。【具体实施方式】
[0042]图1示出具有废气涡轮增压器10和根据本发明的用于废气再循环的设备V的内燃机I的示意图。
[0043]在这一实施例中，内燃机I是具有六个气缸2、进气管路3和排气管路4的柴油发动机。废气涡轮增压器10具有废气涡轮11a，该废气涡轮通过轴Ilb与压缩机Ilc耦连。进气管路3通过输气装置14与废气涡轮增压器10的压缩机Ilc连接。在此，在输气装置14与压缩机Ilc之间布置增压空气冷却器13。废气涡轮增压器10的压缩机Ilc连接至用于新鲜气体FG的空气进气口 5。新鲜气体这一概念在此也是指来自大气的新鲜空气。在这种管道中也可以装入(图中未示出的)空气过滤器。
[0044]在排气管路4中，顺气流而下地在颗粒过滤器12和废气排气口 6之前为内燃机I的废气AG布置废气涡轮增压器10的废气涡轮11a，并且该废气涡轮由废气AG驱动。废气涡轮Ila的这种旋转运动通过轴Ilb传送到压缩机Ilc上。
[0045]顺气流而下地在没有进一步示出的排气管路4的排气弯管后面，还在废气涡轮Ila前面设置废气再循环装置AGR。该废气再循环装置AGR利用第一抽气管路7连接至排气管路4并利用输送部段7a连接至进气管路3。在第一抽气管路7和输送部段7a之间，在热交换器9前面布置再循环阀8。该再循环阀8例如可以是电磁阀或气动阀。
[0046]输气装置14通过新鲜气体进气口 14a在用于流入来自空气进气口 5的经过压缩的和在可能的情况下经过冷却的新鲜气体FG的压缩机Ilc下游与增压空气冷却器13连接。输气装置14的排气口 14b在废气再循环装置AGR的输送部段7a附近连接至进气管路3。
[0047]此外，输气装置14设置用于将附加的气体，例如压缩空气，输送到进气管路3中，并且在这个实例中是新鲜气体管路部段,见DE102006008783A1和DE102006008785A1中结合所属的压缩空气的产生的描述。该附加的气体此时可以是压缩空气或再循环的废气。下文中还将对此加以详细描述。
[0048]未示出的发动机控制装置与此处未示出的气缸2的喷射装置连接。该发动机控制装置也可以与未示出的输气装置14的控制单元连接。发动机控制装置8按照已知的方式控制内燃机1，此处不做赘述。该发动机控制装置通过与输气装置14的连接获取输气装置14的其它测量数据。
[0049]用于废气再循环的设备V包括具有第一抽气管路7的废气再循环装置AGR、具有至少一个第二抽气管路15的至少一个空气压缩机20、至少一个废气压力容器28、输气装置14和控制装置30。
[0050]第二抽气管路15在这一实施例中以其一端沿着废气AG的流动方向在颗粒过滤器12后面和废气排气口 6前面连接至排气管路4。第二抽气管路15的另一端与废气热交换器I6和与其顺次布置的废气干燥器17连接。该废气干燥器17在其自身方面通过连接部段15a连接至进气切换阀18的废气进气口 18a。
[0051]进气切换阀18具有另一个进气口，即新鲜空气进气口 18b，该进气口在此通过新鲜空气管路31与废气涡轮增压器10的压缩机Ilc与用于新鲜气体FG的空气进气口 5之间的管路部段连接。例如也可以只为新鲜空气进气口 18b配备一个空气过滤器，而不为新鲜空气设置附加的管路，如同易于想象的那样。进气切换阀18的排气口 18c通过空气压缩机管路19与空气压缩机20的进气口，即吸气侧连接。
[0052]空气压缩机20例如是由内燃机I驱动的压缩机，如图1所示。该空气压缩机也可以是例如电力驱动的。空气压缩机20在这种实施方式中是用于载货车压缩空气系统的常见空气压缩机。空气干燥器22通过填充总管路21连接至空气压缩机20的输出端。另一个填充总管路21a将空气干燥器22与填充切换阀23的填充进气口 23a连接，该填充切换阀具有两个排气口。第一填充排气口 23b通过第一填充管路24连接至压缩空气容器25。废气压力容器28通过第二填充管路27与填充切换阀23的第二填充排气口 23c连接。位于分别所对应的压力容器25，28处的填充管路24，27的相应接口配备了常见的、图中未示出的压力调节装置。
[0053]压缩空气容器25设置用于储存经过压缩的新鲜空气，其中，废气压力容器28用于储存经过压缩的废气。在下文中说明的变体方案中，废气压力容器28可以将经过压缩的废气和经过压缩的新鲜空气储存在一起。压缩空气容器25通过第一压力管路24a与第一阀26连接。第二压力管路27a将废气压力容器28与第二阀29连接。为了将来自相应的压力容器25，28的经过压缩的气体输送到输气装置14中，阀26和29相应地以其输出端与输气装置14的适当接口连接。
[0054]控制装置30与再循环阀8、进气切换阀18、填充切换阀23、阀26和29、未示出的压力容器25，28中的压力传感器和未示出的发动机控制装置连接。控制装置30也可以与空气压缩机20连接，条件是该空气压缩机在未示出的设计方案中例如具有内部的可控制的耦合器和/或电动机传动装置。
[0055]设备V具有多种功能。一种功能是填充压力容器25，28。为了进行填充，首先对抽取的废气和新鲜空气进行压缩，然后储存在压力容器25，28中。另一种功能用于使废气再循环到内燃机I中。
[0056]为了填充压力容器25和28，可以在两种不同的填充运行状态中运行设备V。
[0057]在第一填充运行状态中，空气压缩机20对新鲜气体FG进行压缩，并且将经过压缩的新鲜气体填充到压缩空气容器25中。在图1示出的进气切换阀18的位置，将该进气切换阀切换到第一位置，以使得排气口 18c与新鲜空气进气口 18b连接。通过这种方式，空气压缩机20的进气口通过新鲜空气管路31与空气进气口 5连接并压缩新鲜气体FG。新鲜空气管路31当然也可以通过其它方式与大气连接。此处没有示出常见的空气过滤器，但是可以想象。通过填充总管路21将经过压缩的新鲜气体输送给空气干燥器22，并由这个空气干燥器进行干燥。经过干燥、压缩的新鲜气体通过填充总管路21a流向填充切换阀23的填充进气口 23a，并在该填充切换阀的此处未示出的位置到达填充排气口 23b，新鲜气体从该填充排气口通过第一填充管路24输入压缩空气容器25并储存在其中。[0058]在这种情况下，第二抽气管路15a通过进气切换阀18关闭。
[0059]在该设备V的第二填充运行状态中，空气压缩机20对通过第二抽气管路15，15a抽取的内燃机I的废气进行压缩，该废气随后储存在废气压力容器28中。
[0060]如果控制装置30确定，例如压缩空气容器25已经填充(也就是说，有足够的压缩空气可供例如车辆的压缩空气制动装置使用)，并且例如根据不同的参数，存在内燃机I的适当的正常工作点，该参数例如可以通过发动机自身的进气量探测器测定，则控制装置30以这种方式切换进气切换阀18，S卩，使排气口 18c与废气进气口 18a连接。由此，空气压缩机20的吸气侧与第二抽气管路15a连接，并且空气压缩机20可以压缩废气。另外，控制装置30以这种方式同时切换填充切换阀23，即，使填充进气口 23a与填充排气口 23c连接。于是，可以将由空气压缩机20压缩的废气输入废气压力容器28并储存在其中。
[0061]另外，通过废气能够通过经相应切换的进气切换阀18流入空气压缩机20的方式，在通过顺气流而下地在颗粒过滤器12后面的废气涡轮增压器10的废气涡轮Ila减压后，通过废气排气口 6前面的第二抽气管路15抽取废气。借助于废气热交换器16实现例如对所抽取废气的冷却。另外，可以利用废气干燥器17对所抽取的废气进行干燥。空气压缩机20对抽取的废气进行压缩，并通过空气干燥器22和经过切换的填充切换阀23经第二填充管路27将废气挤压到废气压力容器28中。
[0062]换言之，在设备V的第一填充运行状态中对新鲜气体FG进行压缩并储存在压缩空气容器25中。在设备V的第二填充运行状态中，在内燃机I的适当抽气正常工作点抽取、压缩废气，并与经过压缩的新鲜气体相分离且平行于压缩空气容器25地将废气储存在废气压力容器28中。空气压缩机20的吸气侧可以通过进气切换阀18和填充切换阀23在废气和新鲜气体之间切换，该吸气侧通过空气压缩机管路19与进气切换阀18的排气口 18c连接。所以，继续保证了对传统压缩空气系统的供给。
[0063]废气再循环的功能一方面借助于废气再循环装置AGR实现，另一方面通过借助于输气装置14输送废气来实现。
[0064]通过没有进一步示出的、输气装置14中经过相应设计的扫气阀，可以将储存在压缩空气容器25中的压缩空气通过第一阀26和储存在废气压力容器28中的经过压缩的废气相分离地和/或以适当的比例吹入内燃机I的进气管路3。也可以将阀26和29设计为这种扫气阀。通过这种方式，可以不依赖于抽气正常工作点自由选择所谓的废气再循环率。在此，“取决于正常工作点”这一概念是指，废气再循环率的选择可以与发动机正常工作点相适应，并且可以不依赖于抽气正常工作点进行自由选择，因为可以根据事先储存在废气压力容器28中的废气相应地确定合适的比例，并且该比例不取决于内燃机I在抽气正常工作点的当前废气产物，例如在废气再循环装置AGR中，在该废气再循环装置中，废气以当前废气产物直接从排气管路4再循环到进气管路3中。所以，控制装置30可以根据发动机正常工作点按照需要将所需量的经过压缩的废气和进入新鲜空气线路的额外的压缩空气引入进气管路3，控制装置通过与发动机控制装置的连接从这个发动机控制装置检测该发动机正常工作点。换言之，可以将废气再循环率适应相应的发动机正常工作点。为此，控制装置30以相应的方式控制阀26和29的开和关，或对其进行相应的调整。当然也可以将阀26和29设计为无级阀，从而可以对经过压缩的废气和压缩空气的吹入量进行无级调节。
[0065]为了使废气直接再循环到进气管路3中，例如当废气压力容器28尚未含有储存的经过压缩的废气时，也可以将废气再循环装置AGR用作所谓的高压废气再循环装置。对再循环阀8的控制也通过控制装置30实现。因此，用于废气再循环的设备V可以将废气再循环率与废气再循环装置AGR和输气装置14组合或单独使用。
[0066]例如文件TO2006/089779A1，TO2008/022769A1 和 TO2006/089780A1 中描述了用于
储存和吹入新鲜空气的系统。
[0067]在未示出、但易于从图1中推导出的并且既能单独实现又能以组合形式实现的变体方案中，可以在一种变体方案中例如将抽气管路15逆气流而上地在颗粒过滤器12前面与排气管路4连接。
[0068]在另一种变体方案中，可以将这个抽气位置，即抽气管路15与排气管路4的连接，逆气流而上地布置在废气涡轮增压器的废气涡轮Ila前面。由此，可以在废气压力容器28中实现用于储存所抽取废气的更高压力，因为处于空气压缩机20的吸气侧的空气压缩机管路19中的废气的输入端压力更高。
[0069]可以将分开的空气压缩机20用于废气。这种空气压缩机可以与内燃机I机械连接或通过电动机运行。当然也可以实现组合传动。
[0070]可以将废气压力容器28用作压缩空气和经过压缩的废气的共同的压力容器。可以通过对新鲜空气和废气的成分的交替切换通过控制装置30借助于适当的传感器，例如位于共同的废气压力容器28中的进气量探测器对包含在该废气压力容器中的混合气体进行调节，并在需要时通过输气装置14输送给内燃机I。
[0071]根据穿过第二抽气管路15，15a的废气抽气位置，可以不在废气路线(第二抽气管路15和15a)和空气路线(新鲜空气管路31和可能出现的填充总管路21和21a)中安装附加构件空气/废气干燥器和空气/废气冷却器，或者可以将这些构件安装在其它位置。
[0072]图2示出根据本发明的用于内燃机I的废气再循环的方法的示意性流程图。可以利用上述设备V来实施这种方法。
[0073]在第一方法步骤SI抽取废气中，从内燃机I的排气管路4中抽取废气。在图1示出的设备V的实施例中，顺气流而下地在废气涡轮增压器10的废气涡轮I Ia后面并且在颗粒过滤器12之后通过第二抽气管路15抽取废气。所以，不会因为包含在废气中的颗粒对下游布置的组件造成污染。因为内燃机I的废气产物取决于内燃机I的正常工作点，所以在适当的发动机正常工作点抽取废气，可以通过(图中未示出的)发动机自身的进气量探测器确定该发动机正常工作点。另外，可以对抽取的废气进行冷却(废气热交换器16)和/或干燥(废气干燥器17)。如果在颗粒过滤器12之前完成抽气，也可以在抽气管路15，15a中和/或在空气压缩机20上游设置颗粒过滤器或废气净化装置。
[0074]在第二方法步骤S2压缩中，对抽取的废气和新鲜空气进行压缩。在这种情况下，可以将共同的空气压缩机20用于新鲜空气和废气，其中，对新鲜空气和废气进行交替压缩。在此，借助于进气切换阀18相应地将共同的空气压缩机20的进气口从第二抽气管路15，15a切换至新鲜空气管路31以及切换回去。也可以将两个单独的空气压缩机20分别用于废气和新鲜空气。在此，也可以分别彼此独立地压缩废气和新鲜空气。
[0075]在第三方法步骤S3储存中，通过将相应的经过压缩的气体填充到相应压力容器25，28中，将经过压缩的废气或经过压缩的新鲜空气储存在压力容器25，28内。在图1示出的具有一个空气压缩机20的实施例中，该空气压缩机的排气口通过填充切换阀23与压缩空气容器25和废气压力容器28可切换地连接。在此，进气切换阀18与填充切换阀23以这种方式彼此连接，即，在对废气进行压缩时，进气切换阀18将空气压缩机20的进气口与抽气管路15a连接，并且填充切换阀23将空气压缩机20的排气口与废气压力容器28连接，而在对新鲜空气进行压缩时，进气切换阀18将空气压缩机20的进气口与新鲜空气管路31连接，并且填充切换阀23将空气压缩机20的排气口与压缩空气容器25连接。另外，可以通过空气干燥器22对经过压缩的废气或经过压缩的新鲜空气进行干燥。
[0076]在以上提供的只具有一个，即共同的，废气压力容器28的变体方案中，去掉了填充切换阀23。在此，在储存过程中通过对废气和新鲜空气的交替压缩产生由经过压缩的废气和经过压缩的新鲜空气按照能确定的比例构成的混合气体，并将该混合气体储存在共同的废气压力容器28中。该比例例如可以通过控制装置30借助于进气切换阀18的相应切换以适当的方式形成。
[0077]另外，在方法步骤S3中，在废气压力容器28中为储存在其中的废气或在使用共同的废气压力容器28的情况下为储存在其中的由废气和新鲜空气构成的混合气体确定惰性废气含量，即惰性气体含量。为此，可以在废气压力容器28中设置相应的气体测量装置，例如进气量探测器。这种进气量探测器与控制装置30连接。可替换地或作为补充，可以通过计算模型，例如特定算法确定气体成分，因为在填充/储存的过程中，所抽取的废气中的惰性气体含量基于发动机自身的进气量探测器是已知的。
[0078]在方法步骤S4再循环中，通过按照特定的量和特定的成分与相应的发动机正常工作点相适应地将废气吹入进气管路3，利用能确定的废气再循环率使废气重新再循环到内燃机I中。为此，需要由控制装置30检测或确定在方法步骤S3中测定的储存在废气压力容器28中的废气或混合气体的惰性废气含量的数值。另外，根据发动机控制装置的数值通过控制装置30测定内燃机I的相应正常工作点。
[0079]控制装置30利用适当的计算程序或/和根据储存的表中规定值从这些数值中计算出属于相应发动机正常工作点的废气再循环率。当然也可以包括不同种类的修正因数。
[0080]然后，根据计算出的废气再循环率数值借助于由控制装置30控制的阀26和29在使用两个不同的压力容器25，28的情况下将事先储存的废气和事先储存的压缩空气按照适当的比例通过输气装置14吹入内燃机I的进气管路。换言之，就是形成并吹入由事先储存的废气和事先储存的压缩空气构成的相应混合气体。当然，也可以只使用储存的废气。也可以只吹入压缩空气，从而能够提高发动机动力。所以，也可以对此时生产的废气的成分产生影响。在具有共同的里面已经储存了混合气体的废气压力容器28的变体方案的情况下，不需要为吹入气体而进一步形成混合气体。
[0081]另外，可以实现的是，附加地或只通过废气再循环装置AGR影响废气再循环率。为此，需要的是，控制装置30也使用发动机自身的进气量探测器的当前测量值以用于确定当前废气的惰性废气含量。
[0082]设备V可以利用这一方法实现下文中列出的优点。
[0083]-只要事先已经压缩和储存了足够的废气，就可以在所有发动机正常工作点任意调整废气再循环率。
[0084]-在内燃机I的动力运行过程中，可以通过吹入新鲜空气显著提高发动机动力，其中，可以通过同步输送废气(事先储存的废气和/或来自废气再循环装置AGR的废气)同时降低氧化氮的排放。
[0085]-不会由于顺气流而下地在颗粒过滤器12后面抽取废气而由颗粒对下游布置的功能单元造成污染。
[0086]-因为没有废气截止阀瓣，所以保持了废气涡轮增压器10的动力。
[0087]-在发动机自身的进气量探测器(和可能出现的用于所储存的废气的附加的一个或多个进气量探测器)的基础上，可以实现(例如对废气吹入的)动力调节。
[0088]本发明不限于上述实施例。可以在从属权利要求的范畴内对本发明进行修改。
[0089]所以，可以考虑的是，压缩空气容器25也为所属车辆的压缩空气系统储存压缩空气。
[0090]可以实现的是，例如两个第二抽气管路15在不同的点与排气管路4，例如沿流动方向在废气涡轮Ila的前面和后面连接并且可以通过另一个阀进行切换。
[0091]另外，可以考虑的是，设置两个空气压缩机20，其中，一个空气压缩机用于对储存在废气压力容器28中的废气进行压缩，另一个空气压缩机用于为车辆内部具有附属的压缩空气容器的压缩空气系统对新鲜空气进行压缩。但是，这种压缩空气容器不可以与输气装置14连接，使得废气压力容器28用于储存经过压缩的废气和经过压缩的新鲜空气。经过压缩的新鲜空气从用于压缩新鲜空气的空气压缩机通过切换阀拐向该空气压缩机的排气口，以便于储存在废气压力容器28中。
[0092]也可以通过气动或电气动方式控制阀8，18，23，26，29。
[0093]控制装置30可以是发动机控制装置的组成部分。
[0094]参考标号表
[0095]I内燃机
[0096]2 气缸
[0097]3进气管路
[0098]4排气管路
[0099]5空气进气口
[0100]6废气排气口
[0101]7第一抽气管路
[0102]7a输送部段
[0103]8再循环阀
[0104]9热交换器
[0105]10 废气涡轮增压器
[0106]Ila废气涡轮
[0107]Ilb 轴
[0108]Ilc压缩机
[0109]12 颗粒过滤器
[0110]13 压缩空气冷却器
[0111]14 输气装置
[0112]14a新鲜气体进气口
[0113]14b 排气口[0114]15抽气管路
[0115]15a连接部段
[0116]16废气热交换器
[0117]17废气干燥器
[0118]18进气切换阀
[0119]18a废气进气口
[0120]18b新鲜空气进气口
[0121]18c排气口
[0122]19空气压缩机管路
[0123]20空气压缩机
[0124]21,21a填充总管路
[0125]22空气干燥器
[0126]23填充切换阀
[0127]23a填充进气口
[0128]23b，23c 填充排气口
[0129]24第一填充管路
[0130]24a第一压力管路
[0131]25压缩空气容器
[0132]26第一阀
[0133]27第二 填充管路
[0134]27a第二压力管路
[0135]28废气压力容器
[0136]29第二阀
[0137]30控制装置
[0138]31新鲜空气管路
[0139]AG废气
[0140]AGR废气再循环装置
[0141]FG新鲜气体，新鲜空气
[0142]SP"4方法步骤
[0143]V 设备。
【权利要求】
1.一种用于对具有废气涡轮增压器(10)的内燃机(I)、特别是柴油发动机进行废气再循环的设备(V)，具有: a)带有再循环阀(8)的废气再循环装置(AGR)，所述废气再循环装置能够与所对应的所述内燃机(I)的排气管路(4 )和进气管路(3 )连接； b )用于压缩所抽取的废气的至少一个空气压缩机(20 )，所述空气压缩机能与所述排气管路(4)连接； c )用于储存经过压缩的废气的至少一个废气压力容器(28 )，所述废气压力容器与所述空气压缩机(20)连接； d)输气装置(14)，所述输气装置通过阀(29)与所述至少一个废气压力容器(28)连接并且能够与所对应的所述内燃机(I)的所述进气管路(3)和空气进气口(5)连接；和 e)用于控制所述设备(V)的控制装置(30)。
2.根据权利要求1所述的设备(V)，其特征在于，所述至少一个空气压缩机(20)能利用其吸气侧通过进气切换阀(18)在所述进气切换阀(18)的第一位置中为了压缩新鲜空气与大气连接，以及在所述进气切换阀(18)的第二位置中为了压缩废气与所对应的所述内燃机(I)的所述排气管路(4)连接。
3.根据权利要求2所述的设备(V)，其特征在于，所述至少一个空气压缩机(20)能利用其排气口通过填充切换阀(23)在所述填充切换阀(23)的第一位置中为了储存由所述空气压缩机(20)压缩的新鲜空气与至少一个压缩空气容器(25)连接，以及在所述填充切换阀(23)的第二位置中为了储存由所述空气压缩机(20)压缩的废气与所述至少一个废气压力容器(28)连接。
4.根据权利要求3所述的设备(V)，其特征在于，连接所述进气切换阀(18)和所述填充切换阀(23)，以使得在所述进气切换阀(18)的第一位置中所述填充切换阀(23)切换到所述填充切换阀的第一位置，以及在所述进气切换阀(18)的第二位置中所述填充切换阀(23)切换到所述填充切换阀的第二位置。
5.根据权利要求3或4所述的设备(V)，其特征在于，所述输气装置(14)通过阀(26)与所述至少一个压缩空气容器(25)连接并且通过阀(29)与所述至少一个废气压力容器(28)连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(V)，其特征在于，所述至少一个废气压力容器(28)设有探测器，例如进气量探测器，用于检测惰性废气含量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备(V)，其特征在于，所述至少一个空气压缩机(20)设计为能控制的压缩机。
8.一种内燃机(I)、特别是柴油发动机，具有废气涡轮增压器(10)和根据前述权利要求中任一项所述的设备(V )。
9.一种用于对具有废气涡轮增压器(10)的内燃机(I)、特别是柴油发动机的废气进行再循环的方法，所述方法具有以下方法步骤: (51)在所述内燃机(I)的适当的抽气正常工作点从所述内燃机(I)中抽取废气； (52)对抽取的所述废气和新鲜空气进行压缩； (53)储存经过压缩的所述废气和经过压缩的所述新鲜空气； (54)按照能确定的比例使储存的所述废气和储存的所述新鲜空气再循环到所述内燃机(I)中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S2)压缩中，由共同的空气压缩机(20 )对抽取的所述废气和所述新鲜空气进行交替压缩。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S2)压缩中，通过进气切换阀(18)对用于交替压缩所抽取的所述废气和所述新鲜空气的共同的所述空气压缩机(20)的吸气侧进行切换。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S3)储存中，将经过压缩的所述废气储存在至少一个废气压力容器(28)中，以及将经过压缩的所述新鲜空气储存在与所述废气压力容器(28)分离的至少一个压缩空气容器(25)中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S3)储存中，所述共同的空气压缩机(20)的排气口为了储存经过压缩的所述废气与所述至少一个废气压力容器(28)连接，以及为了储存经过压缩的所述新鲜空气通过填充切换阀(23)与所述至少一个压缩空气容器(25)连接。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S2)压缩中，分别由单独的空气压缩机(20)对抽取的所述废气和所述新鲜空气进行压缩，其中，在所述方法步骤(S3)储存中，将经过压缩的所述废气储存在至少一个废气压力容器(28)中，以及将经过压缩的所述新鲜空气储存在与所述废气压力容器(28)分离的至少一个压缩空气容器(25)中。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S3)储存中，在所述至少一个废气压力容器(28)中为储存在所述废气压力容器中的废气确定惰性废气含量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，借助于布置在所述至少一个废气压力容器(28)中的气体测量装置，例如进气量探测器，确定在所述至少一个废气压力容器(28)中的所述惰性废气含量。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，通过计算模型确定在所述至少一个废气压力容器(28)中的所述惰性废气含量，其中所述计算模型根据发动机自身进气量探测器的测量值使用所抽取的所述废气的惰性废气含量作为基础。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤S4再循环中，将储存在所述至少一个废气压力容器(28 )中的所述废气和储存在所述至少一个压缩空气容器(25)中的所述新鲜空气按照能确定的比例以特定的量与所述内燃机(I)的相应的发动机正常工作点相适应地吹入所述内燃机(I)的所述进气管路(3)，其中所述能确定的比例根据储存的所述废气的特定的所述惰性废气含量和所述内燃机(I)的相应的所述发动机正常工作点来确定。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S4)再循环中，借助于废气再循环装置(AGR)将抽取的废气直接导入所述内燃机(I)的所述进气管路(3)。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S3)储存中，将经过压缩的所述废气储存在至少一个废气压力容器(28)中，以及将经过压缩的所述新鲜空气也储存在所述至少一个废气压力容器(28)中，其中，按照能确定的成分通过对废气和新鲜空气的交替压缩形成由经过压缩的所述废气与经过压缩的所述新鲜空气构成的混合气体。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，根据对在所述至少一个废气压力容器(28)中为储存在所述至少一个废气压力容器中的所述废气的惰性废气含量进行确定实现能确定的所述成分。
22.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S4)再循环中，将储存在所述至少一个废气压力容器(28)中的由经过压缩的所述废气和经过压缩的所述新鲜空气构成的混合气体按照能确定的所述成分以特定的量与所述内燃机(I)的相应的发动机正常工作点相适应地吹入所述内燃机(I)的所述进气管路(3)。
23.根据权利要求9至22中任一项所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤(S4)中，借助于车辆自身的气体含量测量装置，例如进气量探测器，对所述再循环进行调节。
24.根 据权利要求9至23中任一项所述的方法，其特征在于，能利用根据权利要求1至7中任一项所述的用于废气再循环的设备来实现所述的方法。
【文档编号】F02D21/08GK103912412SQ201410006779
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2013年1月7日
【发明者】饶光, 马丁·黑特尔, 菲利普·赛登施平纳, 塞巴斯蒂安·沃尔格穆特 申请人:克诺尔商用车制动系统有限公司