用于控制在增压内燃机的进气处空气和废气的组合喷射的装置和方法与流程

具体地，本发明适用于配备有废气再循环系统的柴油发动机。

如广为人知的，内燃机所传递的功率取决于馈送入该发动机的燃烧室的空气量，该空气量本身与该空气的密度成比例。

因此，通常在允许外部空气进入该燃烧室之前通过压缩外部空气来增加该空气量。这种被称为涡轮增压的运行可通过使用诸如涡轮增压器或驱动压缩机之类的任何装置实现，压缩机可为离心式或正排量压缩机。

用于涡轮增压的涡轮增压器包括通过轴连接于旋转压缩机的旋转单流道或双流道涡轮机。来自发动机的废气流过涡轮机，然后该涡轮机被旋转。接着，该旋转被传递至压缩机，该压缩机通过它的旋转，在外部空气被馈送入燃烧室之前压缩外部空气。

如在法国专利申请第2,478,736号中更好地描述的那样，该申请旨在更进一步通过增加压缩机对外部空气的压缩，以便能够显着地扩增发动机压缩室中的这种压缩空气量。

这更具体地通过增加涡轮机的旋转速度以及因而增加压缩机的旋转速度来实现。

因此使用称为增压回路的流体放大器回路，通过该流体放大器回路，离开压缩机的部分压缩空气被转向，以便在与废气混合的同时直接进入涡轮机入口。然后，更大量的流体(压缩空气和废气的混合物)贯穿该涡轮机，这允许增加涡轮机的旋转速度，且因此增加压缩机的旋转速度。因此，该压缩机速度的增加允许在该压缩机中被压缩的外部空气在被馈送到发动机的燃烧室之前升高该外部空气的压力。

因此，压缩空气具有更高的密度，这允许增加燃烧室中包含的空气量。

这种类型的涡轮增压发动机，虽然令人满意，但是涉及较明显的缺点。

实际上，在涡轮机入口处进入的压缩空气流并未被正确控制，这可能导致发动机功能失常。

因此，借助示例，在过大量的压缩空气分流(转移)到涡轮机入口的情况下，进入涡轮机的废气被所述空气冷却过多，这导致整体涡轮增压效率的降低。

此外，当前的涡轮增压构想的主要困难之一在于其与废气再循环的兼容性。实际上，大多数柴油发动机配备有称为egr回路的废气再循环回路，用于在源头限制nox排放。

废气再循环通常通过高压(hp)回路实现，该回路从涡轮机上游抽出气体并从进气压缩机下游送出该气体。再循环废气严格地沿与从增压回路分流的空气相反的方向循环，两个系统之间可能存在冲突，效果相互抵消。因此，需要限定特定的空气回路架构，以允许使增压回路和egr回路兼容，具体是在同时运行时。

文献ep-1,138,928描述了在所有方面都有区别的一个增压回路和一种egr回路，但是其未对于同时运行进行优化。

另一方面，本发明涉及优化的空气和废气再循环回路构架，其使得能够在单个发动机中使用egr回路和增压回路，并且使得能够基本同时运行。

因此，本发明涉及一种用于对馈送给涡轮增压内燃机的进气口的空气的量进行控制的装置，该涡轮增压内燃机包括涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有连接于所述发动机的排气歧管的至少一个废气出口的涡轮机，该涡轮增压内燃机还包括外部空气压缩机、用于将压缩空气从压缩机部分地输送到与涡轮机连通的歧管上的入口的管线、以及连接废气出口和压缩空气进气管线的废气再循环管线，其特征在于，所述压缩空气入口和所述废气出口在废气歧管上是隔开的。

从歧管到所述涡轮机的废气出口可以设置在所述压缩空气入口和所述废气出口之间。

压缩空气入口和废气出口可以在排气歧管上彼此相对地设置。

该装置可包括在压缩空气输送回路上和废气再循环回路上的受控节流系统，用于控制废气循环和压缩空气输送。

节流系统可包括位于再循环的废气回路上的至少一个阀和位于部分输送回路上的阀。

节流系统可包括至少一个四通阀。

本发明也涉及一种用于对馈送给涡轮增压内燃机的进气口的空气的量进行控制的方法，该涡轮增压内燃机包括涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有连接于所述发动机的排气歧管的至少一个废气出口的涡轮机，该涡轮增压内燃机还包括外部空气压缩机、用于将压缩空气从压缩机部分地输送到与涡轮机连通的歧管上的入口的管线、以及连接废气出口和压缩空气进气管线的再循环的废气管线，其特征在于，所述压缩空气入口和所述废气出口在废气歧管上是隔开的。

从歧管到所述涡轮机的废气出口可以设置在所述压缩空气入口和所述废气出口之间。

所述压缩空气入口和所述废气出口可以在排气歧管上彼此相对地设置。

通过阅读此后通过非限制性示例并参考附图的方式进行的描述，本发明其它的特征和优点将会变得清晰，在附图中：

-图1示出了根据本发明的具有涡轮增压装置和egr装置的内燃机，以及

-图2示出了根据本发明的内燃机的变型。

在操作egr回路和增压回路时，应考虑到在进气口处的平均压力一般高于在排气口处的压力。然而，已知的是，在排气口处的瞬时压力具有这样的阶段，在该阶段时其高于瞬时进气口压力。因此，能够实现废气再循环，但是在egr回路中需要止回阀。

根据本发明，为了在这样的情况下并且与egr回路同时操作增压回路，两个回路在隔开足够远的两个点处连接在废气歧路上，并且朝向涡轮机入口的废气出口定位在所述两个点之间。

因此，来自增压回路的空气将优选地朝向涡轮机入口流动，而不是基本上与egr废气混合并且干扰egr循环。

在图1中，内燃机1包括至少两个气缸，此处有从附图的左侧起标示为121至124的四个气缸。

优选地，该发动机为直喷式内燃机、特别是柴油机类型，但这并不排除任何其它类型的内燃机。

每个气缸包括具有至少一个控制进气管2的进气阀的进气装置。进气管通向进气歧管3，该进气歧管3通过供给管线4而供给有诸如压缩空气的进气。

每个气缸还包括燃烧废气排气装置，其中至少一个排气阀控制通向排气歧管5的排气管。

排气歧管的废气出口6通向用于空气压缩的涡轮增压器7，并且更具体地通向该涡轮增压器的膨胀涡轮机8。

如图1所示，涡轮增压器是单涡旋(单流道)涡轮增压器。

本发明不限于单流道涡轮增压器，其也可应用于双流到涡轮增压器。

涡轮机8的气体出口9通常连接于发动机的排气管线。

涡轮增压器7的压缩机10包括由供给管线供给的外部空气进气口11。该压缩机的压缩空气出口通过管线12连接于进气歧管3的供给管线4。管线4和12之间的连接点用13表示。

有利地，压缩空气冷却散热器14可以设置在压缩机10和管线4之间的管线12上。

如在图1中更好地看到的，输送管线18允许压缩空气的一部分从压缩机10朝向涡轮机8的入口循环。

更确切地，该部分输送管线18源自管线12、在压缩机与冷却散热器14之间的交叉点16处。分支18通向排气歧管5和朝向涡轮机8的废气出口6。

管线21将排气歧管5连接到进气管线4。该管线21优选地穿过适于冷却废气的交换器22。

优选地，该管线21、也称为egr管线连接到排气歧管的孔口，该孔口设置在距离用于由输送管线18递送的、来自增压回路的空气的入口一定距离处。此外，气体出口管线6设置在egr回路的出口孔口与增压回路的入口孔口之间，从而能与由egr回路和增压回路引起的流体循环兼容。

管线18和21分别配备有阀23和24，优选地为比例阀。

分支18也包括止回阀20，该止回阀防止流体从排气歧管到压缩机10的循环，并且egr管线21也包括止回阀25。

因此，该构造允许在发动机运行期间利用排气歧管中偶尔存在的排气低压区域，以将压缩空气馈送进涡轮机中，从而增加该涡轮机的流速，并因此增加压缩机的流速。这还允许在较低的发动机速度下实现更有效的涡轮增压，并且特别地允许通过用于比例阀的合适控制策略来管理瞬态阶段。

在运行期间，在气缸中需要大量空气的情况下，控制阀23的打开以便将来自压缩机10的压缩空气供给到涡轮机8中。同时对阀24进行控制，以便如果在该运行点需要则获得再循环的废气。

离开压缩机10的压缩空气在到达涡轮机8的废气入口之前在管线18中循环，从而为该涡轮机提供多余的流体供给。

因此，涡轮机不仅被来自歧管5的废气穿过而且还被来自除了这些气体的压缩空气穿过。由此，涡轮机转速增加，这致使了压缩机转速的增加，并因此导致离开该压缩机的压缩空气的压力的增加。

在该构造中，增压回路的空气不会流经交换器14。

为了用再循环的废气运行，阀24打开。一部分废气在通过交换器22之后被馈送入进气管线4中。当排气口的平均压力大于进气口的平均压力时，这就开始运行。

可以注意到，阀23和24可以用多通阀代替，其功能等同于控制各种流动通道情况。

此外，清楚的是，阀24(egr阀)可以设置在热交换器22上游(图1)或下游(未示出)；同样，止回阀25的位置不施加在管线21上。

因此，在本发明中，egr管线的分支连接的相应位置、管线6与涡轮机8的入口连通的相应位置以及增压回路的空气输送管线18的入口的相应位置使得egr回路与增压回路能够优化地同时运行。

图2的变型与图1不同在于：它包括四通分布系统26、例如是旋转球系统，其实现根据图1的构造的阀23和24的功能。

因此，四通是：

-(a)egr管线的入口，

-(b)朝向进气口3的egr的出口，

-(c)增压回路空气部分的入口，

-(d)朝向涡轮机8的增压回路空气的出口。

根据旋转球的位置，可以选择以下构造：

-通过(a)和(b)，(c)和(d)连通，egr和增压，

-通过(a)和(b)连通，且(c)关闭，单独为egr，

-地通过(c)和(d)连通，且(b)关闭，单独为增压，

-通过关闭所有通路，没有egr且没有增压。