本發(fā)明涉及一種用于汽油機的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(egr系統(tǒng)),其包括能夠附連到排氣歧管上的排氣管以及能夠附連到進(jìn)氣歧管上的進(jìn)氣管,其中還包括一個可選的廢氣渦輪增壓器(egt),以便在排氣管中設(shè)有渦輪器。至少一個壓縮機被布置在進(jìn)氣管中。其中,如果設(shè)有egt,則需要至少一個廢氣回流管_i,其在所述渦輪機的上游分支在所述排氣管上以及在所述壓縮機的下游連通所述進(jìn)氣管,以共同形成高壓egr管;及/或包括至少一個廢氣回流管_ii,其在所述渦輪機的下游分支在所述排氣管上以及在所述壓縮機的上游連通所述進(jìn)氣管,以共同形成低壓egr管。其中,排氣管中還包括主廢氣催化轉(zhuǎn)化器。
本發(fā)明還涉及在此之前被提及的與廢氣回流管_ii相關(guān)的egr系統(tǒng),其中沒有egt。在這種情況下,涉及一種純自然吸氣式或抽吸式發(fā)動機。在沒有egt的情況下,相應(yīng)的需要將廢氣回流管_ii連接到低壓廢氣回流管的架構(gòu),其分叉于下游的壓縮機。
背景技術(shù):
汽油機包括所有的非柴油機、伴生地所有的外部點火引擎,具有火花塞的si(火花點火)引擎以,及至少在一定的部分還包括一些自動點火引擎以及cai(可控自動點火)引擎,其通過汽油燃料,例如汽油,酒精或氣體進(jìn)行工作。相反地,柴油機是自點火引擎、hcci(均相充填壓縮點火)引擎,其通過柴油、油或其他燃料進(jìn)行工作。
美國專利us5,671,600a揭示了一種用于柴油機的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。與廢氣回流管相連的一個顆粒過濾器被設(shè)置在排氣出口或者排氣管中。廢氣回流管在所述進(jìn)氣空氣壓縮機的上游通向進(jìn)氣管。在廢氣回流管中還設(shè)有用以改變廢氣質(zhì)量流量的一個閥。顆粒過濾器保護進(jìn)氣空氣壓縮機或者進(jìn)氣空氣冷卻器以免遭污染。
德國專利de102011015629a1揭示了一種在汽油機的廢氣回流管中安裝三元催化轉(zhuǎn)化器以改善污染排放以及同時降低hc、nox和co。
歐洲專利ep2194351b1揭示了一種集成有柴油顆粒過濾器的進(jìn)氣空氣冷卻器,以保護進(jìn)氣空氣壓縮機。
德國專利de102012107649b4揭示了一種在排氣管中設(shè)置位于廢氣回流管上游以供給氣壓波加載裝置的顆粒過濾器,申請人的相關(guān)知識也被用于柴油機中。
美國專利us2014/0165560a1的圖1揭示了一種柴油機的廢氣回流管,其中集成有一個顆粒過濾器以及一個amox催化轉(zhuǎn)化器。根據(jù)其[0025]段所揭示了,此示例性的實施例也可以應(yīng)用于汽油機。由于在持續(xù)理論配比或者富燃汽油機中不需要氨氣作為降低nox的還原劑,根據(jù)圖1的實施方式,可以考慮在廢氣回流管中使用amox催化轉(zhuǎn)化器來氧化過剩的氨氣,但是這不適合于汽油機。
美國專利us4,356,806a揭示了在汽油機的廢氣回流管中設(shè)置空氣冷卻器以及兩個下游的過濾器來過濾雜質(zhì)。
德國專利de102010046900a1揭示了適用于汽油機的廢氣回流管的兩種變形,其中在位于渦輪機上游的主排氣管中設(shè)置一個催化轉(zhuǎn)化器以及下游的顆粒過濾器。廢氣回流管_i分支于渦輪機的上游且通向壓縮機的下游。在這廢氣回流管_i中僅僅設(shè)有一個冷卻器。廢氣回流管_ii分支于顆粒過濾器的下游且通向壓縮機的上游。同樣地,在這廢氣回流管_ii中也僅僅設(shè)有一個冷卻器。
英國專利gb2484495a揭示了一種用于汽油機的廢氣回流管,其中包含一個位于冷卻器下游以及進(jìn)一步位于氧化催化轉(zhuǎn)化器下游的催化轉(zhuǎn)化器。氧化催化轉(zhuǎn)化器用以將引入上游的多余的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行氧化,以為了燃燒顆粒物。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明基于配置并安排用于汽油機的egr系統(tǒng),以實現(xiàn)在吸氣系統(tǒng)中具有更低污染度以及改善燃燒。通過提高工作的可靠性,同時降低污染物排放,使改進(jìn)引擎的效率成為可能。
例如下文中所聲明的,一種外部egr系統(tǒng),其至少包括一個廢氣回流管(egr管)、一個廢氣再循環(huán)冷卻器(egr冷卻器)以及一個廢氣再循環(huán)瓣閥(egr閥)。這區(qū)別于內(nèi)部egr,其通過控制時間的疊來實現(xiàn)。
用于汽油機的廢氣催化轉(zhuǎn)化器通常具有三元涂層。三元涂層是催化地有效的涂層,其引起co,hc和/或nox的轉(zhuǎn)換。co和hc被氧化到co2和h2o,同時nox被分解為n2和o2。此三元涂層在決定因素方式方面與純氧化涂層有差別,因為用純氧化涂層不能有效催化降解nox。
同樣,關(guān)于氧化涂層,至少在用于氧化nox的氧化涂層和用于氧化hc與適當(dāng)co涂層的hc-oxi涂層是不同的。
在本發(fā)明的框架中,這種三元涂層與hc-oxi涂層組合在一起被稱之為三元/氧化涂層。
顆粒過濾器具體是指保持那些顆粒中大于25-15nm,尤其是大于10nm的。理論上,保持的顆粒物大小能夠甚至更小。前述所指的顆粒過濾器也被稱之為細(xì)粉塵顆粒過濾器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明包括至少一個顆粒過濾器_i及/或至少一個顆粒過濾器_ii,其中顆粒過濾器_i被放置在廢氣回流管_i中或者位于廢氣回流管_i上游的排氣管中,顆粒過濾器_i具有三元/氧化涂層。顆粒過濾器_ii被放置在廢氣回流管_ii中或者位于廢氣回流管_ii上游的排氣管中。廢氣回流管_ii分支于廢氣催化轉(zhuǎn)化器的上游或者下游,其中,當(dāng)分支于廢氣催化轉(zhuǎn)化器的上游時,一個額外的顆粒過濾器被放置在廢氣回流管_ii中;當(dāng)分別位于至少一個顆粒過濾器_i或者顆粒過濾器_ii的下游時,至少一個冷卻器被分別設(shè)置于廢氣回流管或廢氣回流管_ii中。本發(fā)明還包括具有顆粒過濾器的hp-egr與具有顆粒過濾器的lp-egr的組合。另外被認(rèn)為也是一種解決方案的是沒有egt的準(zhǔn)lp-egr,其中進(jìn)氣管中沒有壓縮機且排氣管中也沒有渦輪機。
廢氣回流管_l是高壓的egr管,其尤其適用于全負(fù)載范圍。由于排除了對壓縮機的任何損害,廢氣再循環(huán)的量可以增加,其與所包含的凝結(jié)水無關(guān)。廢氣回流管_ii是低壓的egr管,其尤其適用于低轉(zhuǎn)速。受限于低壓的egr管,廢氣流量受到凝結(jié)水的體積流量的限制,其必須通過壓縮機來傳遞。
在汽油機的egr系統(tǒng)和吸氣系統(tǒng)中,需要留意沉淀物,其被稱之為“濕煙灰”或者“污垢”,其具有嚴(yán)重的影響,例如降低冷卻能力、阻塞、破壞傳感器或致動器,分布情況差,和在汽缸中的不規(guī)則燃燒?;谶@些原因以及因為在汽油機在高負(fù)載運行中的低抽吸溫度是有優(yōu)勢的,迄今egr系統(tǒng)已經(jīng)極少應(yīng)用于汽油機,并受到限制。柴油機的情形與此不同。柴油顆粒物是更干燥的成分,與“濕煙灰”形成鮮明對比,其比較不會凝結(jié)和阻塞。柴油機也能夠在更高的egr溫度下工作,其略微的缺點是消除nox。
對于帶有egr系統(tǒng)的汽油機,再循環(huán)廢氣的冷卻對于優(yōu)化燃燒是有利的。未冷卻的再循環(huán)廢氣,尤其在高負(fù)荷和滿載時,由于引入熱廢氣,會導(dǎo)致較高的抽吸溫度。這反過來導(dǎo)致注入損耗以及增加汽油機的爆震性。這導(dǎo)致降低引擎的性能以及導(dǎo)致高的排氣溫度。與在柴油機排氣中傳遞的干燥成分形成對比,在汽油機排氣中傳遞的顆粒是濕成分(“濕煙灰”),其表現(xiàn)為極容易產(chǎn)生冷凝和阻塞。
冷卻相應(yīng)地具有招致在再循環(huán)廢氣中增加冷凝物數(shù)量的后果,冷凝物包括水和/或碳?xì)浠衔锘蛱細(xì)浠衔锏幕旌衔镆约拔赐耆紵臍堄辔铩_@導(dǎo)致增加以“濕煙灰”形式存在的積灰,伴隨著濕阻塞或者在egr系統(tǒng)中和在吸氣系統(tǒng)中產(chǎn)生凝結(jié)的沉積物。冷卻再循環(huán)廢氣因此是不利的,特別是考慮到用理論配比地操作汽油機,在再循環(huán)廢氣中的含水量高于柴油機,因此冷凝沉淀的量基本上是更大的。顆粒過濾器與冷卻器的組合,例如進(jìn)氣空氣冷卻器,正如歐洲專利ep2194351b1中所揭示的柴油顆粒過濾器那樣,因此不考慮汽油機。由于對顆粒過濾器中的廢氣進(jìn)行直接或同時的冷卻,對過濾器的獨立再生以及再生所需要的高排氣溫度都被防止了。這可能導(dǎo)致過濾器的阻塞。
除到目前為止所述描述的污染物以及阻塞風(fēng)險之外,對于顆粒過濾器自我再生所要求的條件具有困難,尤其在顆粒過濾器中的空氣過量時,只受限在非常清晰的工作范圍內(nèi)才能實現(xiàn)。在這種情況下,需要其它的主動再生措施,這對于操作和成本是不利的。與此相反,主動再生措施對于柴油機的顆粒過濾器是通常和基本的,由于在任何寬的引擎工作范圍內(nèi),通常排氣溫度較低,主動再生是需要的。
類似柴油顆粒過濾器,用于汽油機的顆粒過濾器固定顆粒,稱為細(xì)粉塵。對于顆粒過濾器的再生,例如燒掉過濾顆粒,需要足夠高的排氣溫度和充足的氧氣。在準(zhǔn)備活動階段之后,這些前提條件通常出現(xiàn)在汽油機的egr系統(tǒng)的溫度。在汽油機的寬工作范圍內(nèi),如在點火狀態(tài)中(在汽油機工作在理論配比的λ=1),然而,缺乏剩余的氧氣作為將顆粒過濾器中的顆粒燒掉的基礎(chǔ)。相應(yīng)地,只有隨廢氣流入顆粒過濾器的顆粒,并隨后與剩余的氧氣才能在那里燃燒掉;其它的顆粒仍然保持著直到出現(xiàn)能夠完全燃燒的足夠好的燃燒條件。伴隨著顆粒燃燒的再生只能在引擎在這樣的運行狀態(tài)中發(fā)生:其中廢氣中具有足夠的氧氣用于燃燒gpf(汽油顆粒過濾器)中的顆粒,例如在噴射關(guān)閉后,引擎處于推動階段中。在此推動階段中,例如引擎持續(xù)翻轉(zhuǎn)和驅(qū)動進(jìn)氣閥與出氣閥,egr閥打開,氧氣穿過并進(jìn)入egr系統(tǒng),并流過集成在那里的顆粒過濾器。當(dāng)進(jìn)入到顆粒過濾器中的溫度足夠,顆粒就會被燒成co2。在某種情況下,co、hc和nox也會發(fā)生。
無論涉及哪種顆粒過濾器的提純步驟,將伴隨如下困難:已經(jīng)確定的是,它僅僅伴隨著漸增和以接近新鮮空氣抽吸的水平對廢氣進(jìn)行一貫的冷卻,視情況而定,壓縮和再次冷卻。在汽油機中參考使用再循環(huán)廢氣的優(yōu)勢是顯著的。然后,這種冷卻同樣也要求冷卻器具有相當(dāng)持續(xù)的冷卻能力,但是,鑒于所描述的贓物污染,這是不能實現(xiàn)的。
然而,如果用于細(xì)粉塵的顆粒過濾器被應(yīng)用在egr管,這并不會保護保護吸氣系統(tǒng)免遭積灰,因為顆粒以及廢氣中攜帶的其他物質(zhì),但是,它的確能夠保證,尤其是在egr管內(nèi)廣泛伸出和持續(xù)使用廢氣冷卻器。再循環(huán)廢氣的單獨冷卻能夠在吸入管中降低冷卻能力,并降低吸入管內(nèi)的溫度。這引起對于注入損耗的持久避免、爆震性的持續(xù)減少以及內(nèi)在性能損耗的持久避免的最終分析。
然而,使用顆粒過濾器不可避免地被“濕煙灰”污染是固有的。這種贓物污染與本發(fā)明所使用的上游三元催化轉(zhuǎn)化器或者h(yuǎn)c-氧化催化轉(zhuǎn)化器是相反的。所述催化轉(zhuǎn)化器能夠被集成在顆粒過濾器中作為一種涂層,或者作為單獨的催化轉(zhuǎn)化器,其被設(shè)置在廢氣回流管中的上游或者設(shè)置在排氣管中且位于廢氣回流管的分支的上游。通過此催化轉(zhuǎn)化器,稱為hc的碳?xì)浠衔锉谎趸?,這樣“濕煙灰”失去了它的附著與粘附性。這因此同時有利于顆粒過濾器的再生以及吸入的均勻性。
廢氣中的氮氧化合物也引起了廢氣中水具有更低的ph值并凝結(jié)在冷卻器內(nèi)。這固有地導(dǎo)致增加冷卻器的腐蝕,同樣包括其他位于egr線下游的組件以及新鮮空氣系統(tǒng)。通過使用三元涂層,除對hc的氧化之外,特別地的減少了氮氧化合物。因此,冷凝水的ph值能夠通過中性或者弱堿性值的持續(xù)影響被提高,這樣如此巨大的腐蝕可以通過一種簡單方式被抵消。此外,隨著在再循環(huán)廢氣中氮氧化合物的減少,引擎的爆震性也有所改善。
三元或者氧化催化轉(zhuǎn)化器與egr線內(nèi)集成的或者位于下游的顆粒過濾器相結(jié)合,同時結(jié)合下游冷卻器,不僅降低了egr元件以及新鮮空氣線下游組件內(nèi)的贓物污染,而且提高了冷卻器的使用性以及顆粒過濾器的再生能力,并因此導(dǎo)向在實踐中尤其有用的檢查間隔。除此之外,隨著三元涂層的使用,涉及的元件對于耐腐蝕性的要求也能降低。特別地,在所有情況下,抗爆震性能也可以提高。一方面,這是對提高再循環(huán)廢氣的體積流量(egr率)的前提,另一方面也是對早點調(diào)整點火角的前提。
在測試根據(jù)本發(fā)明的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的框架中,還決定的是,在汽油機的運轉(zhuǎn)操作中,在有足夠和一致的冷卻保證以及同時降低nox的情況下,egr率能夠在獲得值之上也被逐漸地增大。一個更好的爆震表現(xiàn)還可被實現(xiàn),其允許點火角早一點被調(diào)整。這充分地確保了穩(wěn)定的燃燒。在這個背景下,一個較高的壓縮比也能夠被使用。引擎的效率程度也因此被大幅增加,這不僅相應(yīng)地減少了耗油量,而且降低了燃燒溫度。
根據(jù)本發(fā)明的外部egr系統(tǒng)與汽油機確保降低了再循環(huán)廢氣中的顆粒,與此固有的是再循環(huán)廢氣的更實質(zhì)的冷卻具有更大的可能性,特別是在引擎處于高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速下,因此也減少了耗油量。
相反地,尤其為了在寬部分載荷范圍中和低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下減少nox排放量,在柴油機上也應(yīng)用egr系統(tǒng)。
然而,伴隨著使用egr系統(tǒng),由于柴油機的燃燒進(jìn)程,將必然地增加排放顆粒以及增加耗油量。然而,此缺點在汽油機中不會出現(xiàn)。
因此相較于柴油機,它的優(yōu)缺點是不言自明的。考慮到在egr系統(tǒng)中所使用的功能模態(tài),其不能運用到汽油機。
由于純凈后的再循環(huán)廢氣,實現(xiàn)了在廢氣再循環(huán)以及進(jìn)氣系統(tǒng)中降低污染物,提高冷卻以及燃燒效果,同時了提高了運行的可靠性與降低污染排放,提高了汽油機的效率。
由于三元催化轉(zhuǎn)化器或氧化催化轉(zhuǎn)化器,其優(yōu)勢是實現(xiàn)降低hc和nox的量。以下情況是可能的,額外地或者作為替代,在廢氣回流管中的催化轉(zhuǎn)化器的上游或者優(yōu)選地在下游單獨設(shè)置一個未涂覆的顆粒過濾器。這允許在排氣管中額外增加壓力,并因此避免汽油機更高的耗油量。
在再循環(huán)廢氣被從排氣系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器的上游被抽出的情形下,額外的三元催化轉(zhuǎn)化器可以被集成到廢氣回流管中。然而,這些催化轉(zhuǎn)化器代表進(jìn)一步的構(gòu)件,其作為替代能夠避免三元/氧化涂層的顆粒過濾器。
無論如何,污染組分的氧化導(dǎo)致熱顯影,因此加熱下游的顆粒過濾器。這將顆粒過濾器獨立再生的應(yīng)用從推力運轉(zhuǎn)進(jìn)一步擴大至引擎運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
顆粒過濾器的三元/氧化涂層與點火之下的引擎運轉(zhuǎn)發(fā)生作用。上述情況也適用于顆粒過濾器的濾波效應(yīng)。顆粒過濾器的再生發(fā)生在在插操作中發(fā)生推力運轉(zhuǎn)中。由于空氣盈余,催化還原是不可能的。在缺乏燃油供給時,在推動階段中不是絕對必要的。由于顆粒過濾器與進(jìn)一步不完全燃燒產(chǎn)物的催化轉(zhuǎn)化相結(jié)合,同時關(guān)于燃燒產(chǎn)物以及顆粒物,被再循環(huán)到引擎的廢氣展現(xiàn)出高純度。這對于在吸氣系統(tǒng)中產(chǎn)生沉積,冷卻以及在汽油機的燃燒與污染物排放都具有積極的影響。
顆粒過濾器相應(yīng)地固定煙灰及egr延伸中的其他燃燒殘余。由于三元/氧化涂層,導(dǎo)致形成沉積物(濕煙灰)的冷卻的物質(zhì)(hc,nox,co)被轉(zhuǎn)換成熱態(tài)的無害物質(zhì)(co2,h2o,n2),最終產(chǎn)生了額外的惰性氣體,其被導(dǎo)回到引擎。
氮氧化合物的減少導(dǎo)致腐蝕的風(fēng)險較小,但是首先有助于引擎的爆震性和更早的點火時間。最終,焦點被進(jìn)一步優(yōu)化,排氣溫度明顯地降低。
廢氣最好的凈化允許再循環(huán)與引入的廢氣和加載量使用串聯(lián)冷卻。相應(yīng)地,在引擎吸氣系統(tǒng)中的冷凝物可以按如下方式引導(dǎo):它的出現(xiàn)允許額外的優(yōu)勢。這在引擎抽吸中尤其是這樣。從這里的冷卻器中所析出的水在抽吸的下游被加熱并再次蒸發(fā)。這導(dǎo)致進(jìn)一步地降低吸入氣缸的轉(zhuǎn)載量的溫度。
這在引擎可能的填充上具有優(yōu)點效果,并允許更低的轉(zhuǎn)載壓力。
一個hp-egr確保較高的排氣溫度,其在顆粒過濾器再生和減少污染物上具有積極效果。壓縮機下游的開口具有更短調(diào)節(jié)伸展的優(yōu)點。從渦輪機的上游分支與從壓縮機的下游開口的組合被稱之為高壓egr(hp-egr)。然而,為了實施期望體積量的再循環(huán)廢氣,在排氣系統(tǒng)和吸氣系統(tǒng)之間,充分的高氣壓梯度將不會在所有預(yù)期的運行狀態(tài)是有可能的。
在再循環(huán)廢氣要求額外冷卻的情形下,純凈的廢氣也能夠被導(dǎo)入位于壓縮機下游以及進(jìn)氣空氣冷卻器上游的吸氣系統(tǒng)。相應(yīng)地,廢氣不僅在egr冷卻器中被冷卻,而且此外也在進(jìn)氣空氣冷卻器中被冷卻。這種布置也是可能的:當(dāng)進(jìn)氣空氣冷卻器被如此有效的配置,以至egr管中的再循環(huán)廢氣不需要egr冷卻器。
從渦輪機的上游分支與從壓縮機的上游開口的組合被稱之為最高壓egr(mp-egr),它確保在egr管內(nèi)甚至為更大的廢氣再循環(huán)所需的量具有一個實質(zhì)壓力差異。然而,這確實引起調(diào)節(jié)伸張比hp-egr更長。如果必要的話,壓縮機和渦輪機必須被調(diào)整到變化的吞吐量值。
從渦輪機的下游分與從壓縮機的上游開口的組合被稱之為低壓egr(lp-egr)。該布置具有以下優(yōu)勢:廢氣也能夠被引回到在這樣運行狀態(tài)中吸氣系統(tǒng),其中壓力梯度不足以滿足hp-egr。此外,lp-egr的特征在于較低的排氣溫度。由于廢氣被從渦輪機的下游抽出來,因此egr冷卻器所需要的冷卻能力可以被降低。同樣,在抽吸伸展中的壓縮機必須被調(diào)整到更大的吞吐量。
在這方面這可能是有利的:如果位于廢氣回流管中的顆粒過濾器沒有三元/氧化涂層,以及如果一個額外的廢氣催化轉(zhuǎn)化器被位于廢氣回流管_l中的顆粒過濾器的上游,及/或位于廢氣回流管_li中的廢氣催化轉(zhuǎn)化器下游的顆粒過濾器ii具有或者沒有三元/氧化涂層。額外的廢氣催化轉(zhuǎn)化器取代了三元/氧化涂層的功能。然而,進(jìn)一步的壓力損失也與額外的廢氣催化轉(zhuǎn)化器相關(guān)聯(lián)。隨著位于廢氣催化轉(zhuǎn)化器下游的廢氣回流管_li的分叉,所述至少一個顆粒過濾器可以仍然展現(xiàn)一個三元/氧化涂層。這補充了主廢氣催化轉(zhuǎn)化器的性能,由于盡量多的hc和nox的化合物在egr管中被轉(zhuǎn)換。
此外這也可以是有利的:位于所述廢氣回流管_i,_ii中的冷卻器_i,_ii及/或所述進(jìn)氣空氣冷卻器被構(gòu)造成一個排氣發(fā)動機冷卻水冷卻器或者被構(gòu)造成一個排氣低溫冷卻水冷卻器,且至少與所述顆粒過濾器熱隔斷。這允許獲得為了各自egr管的必要的冷卻能力。在特別的實施例中,配置成可以切換的若干冷卻器也能夠在廢氣回收管中串聯(lián)或者并聯(lián)。冷卻器與顆粒過濾器在空間上是分開的或者至少熱隔離,為了顆粒過濾器在發(fā)動機寬運轉(zhuǎn)狀態(tài)下展現(xiàn)高溫,以便在廢氣中氧氣充盈,氧化再生過濾后的成分。以這種方式,顆粒過濾器盡可能大的工作范圍能夠用于再生。不同于廢氣發(fā)動機冷卻水冷卻器,廢氣低溫冷卻水冷卻器是一種具有單獨冷卻回路的冷卻器,同時與發(fā)動機冷卻水相分離。它的冷卻溫度低于發(fā)動機冷卻水冷卻器。
如果在排氣管中具有渦輪機,廢氣回流管_ii僅僅提供偏離廢氣回流管_l的技術(shù)效果。為此目的,廢氣回流管_ii分支在渦輪機的下游,同時第一egr管路分支在渦輪機的上游,這樣,用第一管或各自的廢氣回流管_ii,作為補充或選擇,從那些下文所定義的不同的廢氣再循環(huán)架構(gòu)是可能的,例如高壓egr(hp-egr)或低壓egr(lp-egr)。
伴隨所呈現(xiàn)的廢氣回流管_ii,排氣管中還包括至少一個位于廢氣回流管_i與廢氣回流管_ii之間的顆粒過濾器。
廢氣回流管_i也能夠被連接于排氣歧管及/或打開于進(jìn)氣歧管。典型地,如果有壓縮機,廢氣回流管_ii開放在壓縮機的上游。
根據(jù)本發(fā)明,如下特征的組合進(jìn)入考慮,即
x)至少一個第一egr管,其分支于排氣管并在進(jìn)氣管中打開,其中一個顆粒過濾器被設(shè)置在egr管中或者被設(shè)置在egr管上游的排氣管中;
y)在排氣管中設(shè)置一個渦輪機;
z)提供第二egr管,其分支于排氣管并在進(jìn)氣管中打開,其中還設(shè)有至少一個顆粒過濾器,其位于第二egr管中及/或位于第二egr管上游的排氣管中;
i)一個三元/氧化涂層的顆粒過濾器或位于顆粒過濾器上游的一個三元催化轉(zhuǎn)化器;
j)位于egr管中且位于顆粒過濾器下游的冷卻器,其中應(yīng)用特征i)+j)+x)或者如下特征結(jié)合之一:
i)+j)+x)+y)或者i)+j)+y)+z)或者i)+j)+x)+y)+z)。
特征組i)+j)+z),在沒有渦輪機的情況下,對應(yīng)于特征組i)+j)+x)。
保護的是用于汽油機的一種廢氣再循環(huán)系統(tǒng),其具有可被連接到汽油機的排氣歧管上的排氣管、渦輪機以及帶有壓縮機的進(jìn)氣管,其中壓縮機能附連到汽油機的進(jìn)氣歧管上,其中排氣管中具有一個主廢氣催化轉(zhuǎn)化器,其中:
a1)包括至少一個廢氣回流管_i,其分支于渦輪機上游的排氣管且開口于壓縮機下游的進(jìn)氣管,及/或
b1)包括至少一個廢氣回流管_ii,其分支于渦輪機下游的排氣管且開口于壓縮機上游的進(jìn)氣管,其中
a2)至少一個顆粒過濾器_l,其位于廢氣回流管_i中或者位于廢氣回流管_i上游的排氣管中,其中顆粒過濾器展現(xiàn)出三元/氧化涂層;
b2)還包括至少一個顆粒過濾器_ii,其位于廢氣回流管_ii中或者位于廢氣回流管_ii上游的排氣管中,所述廢氣回流管_ii分支于所述廢氣催化轉(zhuǎn)化器的上游或者下游,其中當(dāng)分支于廢氣催化轉(zhuǎn)化器的上游時,所述顆粒過濾器_ii是三元/氧化涂層;或者當(dāng)分支于所述廢氣催化轉(zhuǎn)化器的下游時,所述顆粒過濾器位于所述廢氣回流管_ii中;
以及,在所述至少一個顆粒過濾器的下游設(shè)置位于廢氣回流管中的至少一個冷卻器。
這也可能是有利的:如果還包括至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管,其分支于所述廢氣回流管以及通向所述進(jìn)氣管,其中至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管可選擇性地還包括至少一個進(jìn)一步的冷卻器。帶有所述額外的廢氣回流管可以實現(xiàn)廢氣再循環(huán)的截然不同的架構(gòu),特別是最高壓力egr。
為此目的,這也可能是有利的:如果所述進(jìn)一步的廢氣回流管分支于所述廢氣回流管_l的顆粒過濾器的下游。所述進(jìn)一步的廢氣回流管因此被用于凈化廢氣。
為此目的,這也可能是有利的:如果主廢氣催化轉(zhuǎn)化器被設(shè)置于廢氣回流管_i的分支的下游或者位于廢氣回流管_ii的分支的上游或者位于廢氣回流管_ii的分支的下游。取決于定位,確保了廢氣流的催化凈化。通過結(jié)合涂覆的顆粒過濾器,整個廢氣流動可以發(fā)生徹底催化凈化。
為此目的,這也可能是有利的:帶有hp-egr,如果冷卻器在出口側(cè)具有廢氣基準(zhǔn)溫度ta,所述廢氣基準(zhǔn)溫度ta超過所述廢氣中物質(zhì)的露點溫度;例如250°>=ta>=100°或者200°>=ta>=105°。所述廢氣基準(zhǔn)溫度ta在這種情況下選擇盡量高,以盡量避免廢氣中物質(zhì)的冷凝以及水。水的冷凝將會產(chǎn)生不利影響,它將匯集egr管中的任何凹口,并可能突然被傳遞到燃燒系統(tǒng)。冷卻到低于100℃僅分別發(fā)生在廢氣與進(jìn)氣管中的新鮮空氣相混合或者與增壓空氣相混合,且在進(jìn)入引擎之前不久的第二冷卻狀態(tài)。因此,冷凝水能夠直接流入發(fā)動機燃燒室和通過蒸發(fā)在發(fā)動機燃燒上施加積極的影響。由于廢氣被顆粒過濾器凈化,如同以下所解釋的,不管是否進(jìn)一步的冷卻,靠近引擎的進(jìn)氣空氣冷卻器沒有積灰的風(fēng)險。
在這種情況下,這也可能是有利的:如果所述至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管通向位于所述壓縮機上游或者下游的進(jìn)氣管。通過所述進(jìn)一步的廢氣回流管能夠?qū)崿F(xiàn)最高壓egr和高壓egr。
這也可能是有利的:如果在所述進(jìn)氣管中設(shè)有兩個壓縮機,其中所述至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管通向在這兩個壓縮機之間。通過使用兩個壓縮機,最高壓egr、高壓egr及/或低壓egr之間的方案就能實現(xiàn)。
這也可能是有利的:如果在進(jìn)氣管中設(shè)有兩個壓縮機以及至少兩個進(jìn)一步的廢氣回流管,其通過一個共同的分配管平行連接且分支于所述廢氣回流管_i;其中至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管通向至少一個壓縮機的上游,及/或至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管通向至少一個壓縮機的下游。在這種情況下,優(yōu)選地每一臺壓縮機分配有一個渦輪機。至少一個廢氣回流管也能夠是分配線的一部分,如果它被配置成一個分配管的延續(xù)。
在這種情況下,有利地,可以在進(jìn)氣管中設(shè)置進(jìn)氣空氣冷卻器和/或進(jìn)氣空氣節(jié)流閥,其中廢氣回流管_l的開口被設(shè)置于進(jìn)氣空氣冷卻器某一位置的下游及/或進(jìn)氣空氣節(jié)流閥某一位置的下游。在進(jìn)氣管中,通常只有新鮮空氣被運輸?shù)絜gr管的開口的最遠(yuǎn)處。進(jìn)氣空氣冷卻器在這種情況也能夠被認(rèn)為是一種新鮮空氣冷卻器。
可選地,這也可能是有利的:如果在進(jìn)氣管中設(shè)置進(jìn)氣空氣冷卻器和/或進(jìn)氣空氣節(jié)流閥,其中所述廢氣回流管的開口位于進(jìn)氣空氣冷卻器某一位置的上游以及進(jìn)氣空氣節(jié)流閥某一位置的下游。通過顆粒過濾器凈化所述再循環(huán)廢氣,確保用于新鮮空氣與廢氣相混合的進(jìn)氣空氣冷卻器被有效使用。使用顆粒過濾器阻止了進(jìn)氣空氣冷卻器的積灰。由于在汽油機中使用egr管,在高負(fù)荷運行中的煙灰微粒和排氣溫度可以被明顯地降低。因此,通過在egr管中使用顆粒過濾器和/或在再循環(huán)廢氣中使用強冷卻(egr冷卻),進(jìn)氣空氣冷卻可以被強化到如下程度:其中排氣溫度可以減少到柴油機的水平,汽缸入口上游的吸氣溫度可以減少到不帶egr的汽油機的水平。最終能夠?qū)崿F(xiàn)降低汽油機的爆震性以及顯著改善耗油量。
這也可能是有利的:如果進(jìn)氣空氣冷卻器在出口側(cè)具有進(jìn)入空氣基準(zhǔn)溫度tu,tu<=50℃。由于進(jìn)氣空氣的強冷卻,汽油機的排氣溫度可以減少到與柴油機相當(dāng)?shù)乃?接近850℃)。這對于汽油機的爆震性具有非常積極的效果,并有可能顯著改善燃油消耗。
這也可能是有利的:如果一個新鮮空氣冷卻器位于所述進(jìn)氣管中以作為所述進(jìn)氣空氣冷卻器的補充,其中所述新鮮空氣冷卻器位于所述廢氣回流管的開口的上游。通過新鮮空氣冷卻器,在第一階段中,與廢氣混合之前,新鮮空氣就可以發(fā)生單獨冷卻。然而,由于介于150℃到160℃之間的壓縮新鮮空氣的溫度水準(zhǔn)不是非常高,新鮮空氣的單獨冷卻也能被完成,其中前述新鮮空氣與廢氣的混合能夠在進(jìn)氣空氣冷卻器中一起被冷卻。
在這一點上,這也可能是有利的:如果新鮮空氣冷卻器在出口側(cè)具有新鮮空氣基準(zhǔn)溫度tf,其中150°>=tf>=90°;所述進(jìn)氣空氣冷卻器在出口側(cè)具有在30℃至40℃或者45℃至50℃的進(jìn)入空氣基準(zhǔn)溫度tu。在新鮮空氣系統(tǒng)中獲得的冷卻效果的確相對較低,但是這種冷卻對于越冷越好的新鮮空氣和廢氣的混合而言,在任何情況下都是有益的。隨著新鮮空氣冷卻器的使用,進(jìn)氣空氣冷卻器的輸出可以相應(yīng)的減少。此外,仍然能夠?qū)崿F(xiàn)較低的溫度。
降低汽油機的爆震性以及顯著改善耗油量,可以通過egr冷卻器、進(jìn)氣空氣冷卻器以及可適用的新鮮空氣冷卻器對吸入增壓空氣的二級或三級的冷卻來實現(xiàn),利用不同的溫度水平。
在這種情況下,這也可能是有利的:如果所述進(jìn)氣管中設(shè)有一個進(jìn)氣空氣冷卻器,其中至少一個進(jìn)一步的廢氣回流管的開口位于所述進(jìn)氣空氣冷卻器某一位置的上游。
這也可能是有利的:如果在所述廢氣回流管_i及/或所述廢氣回流管_ii中設(shè)有節(jié)流閥;根據(jù)工作點的不同,在所述廢氣回流管中設(shè)有可調(diào)節(jié)的廢氣質(zhì)量流量,其中所述節(jié)流閥位于顆粒過濾器的下游或者冷卻器的下游或者上游。在引擎的推動階段中,用控制閥有可能利用再循環(huán)廢氣的的量來影響顆粒過濾器的再生。在特殊的實施例中,節(jié)流閥也可以被直接布置在顆粒過濾器的下游。為此目的,在同一殼體中布置結(jié)構(gòu)也是可能的。節(jié)流閥的溫度載荷在冷卻器的下游是最低的。
這也可能是有利的:如果各自進(jìn)一步廢氣回流管在任何情況下均包括一個進(jìn)一步的冷卻器;或者在任何情況下均包括位于所述分配管的一個進(jìn)一步的冷卻器且位于所述各自進(jìn)一步廢氣回流管的上游。以這種方式,在單條路徑中的冷卻能力被確保并且分布適當(dāng)。
此外,這也可能是有利的:如果所述排氣管具有兩個相互平行且能夠通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)行切換的排氣管部分,其中所述廢氣催化轉(zhuǎn)化器位于所述排氣管部分中,且所述顆粒過濾器以及所述廢氣回流管_ii的分支均位于平行的所述排氣管部分中。相應(yīng)地,在保證每一情形的廢氣都被催化凈化,可以避免使用進(jìn)一步的廢氣回流管。
此外,這也可能是有利的:如果所述廢氣回流管_ii與所述進(jìn)一步的廢氣回流管通過一個調(diào)節(jié)閥耦合起來,其中在所述調(diào)節(jié)閥的下游設(shè)有一個冷卻器及/或在所述冷卻器的下游設(shè)有節(jié)流閥。通過此架構(gòu)布置,所述進(jìn)一步的廢氣回流管可以被連接到冷卻器和進(jìn)氣管,以實現(xiàn)一個最高壓力egr。作為替代,廢氣回流管_ii可以被連接到冷卻器和進(jìn)氣管,以實現(xiàn)一個低壓egr。
此外,這也可能是有利的:在所述各自進(jìn)一步廢氣回流管中設(shè)有節(jié)流閥,其中所述節(jié)流閥可選擇地或優(yōu)選地位于所述進(jìn)一步的冷卻器的下游。關(guān)于時間點和廢氣量,各種各樣的進(jìn)一步的廢氣回流管可以因此被激勵。此外,節(jié)流閥可以防止極高溫度裝載。
這也可能是有利的:還包括位于所述主廢氣催化轉(zhuǎn)化器下游的一個主顆粒過濾器,其沒有用于轉(zhuǎn)化co,hc及/或nox的催化地有效的涂層。相應(yīng)地,能夠確保廢氣中顆粒被完全凈化。主顆粒過濾器可以位于排氣管中,附加顆粒過濾器可以位于廢氣回流管中。這能夠被實現(xiàn)不論廢氣回流管是分支于主顆粒過濾器的上游或者下游。在這種情況下,主顆粒過濾器的多孔性可以大于在廢氣回流管中的的顆粒過濾器。相應(yīng)地,廢氣回流管中顆粒過濾器的過濾能力大于該主顆粒過濾器。無論將廢氣排向周圍環(huán)境的過濾標(biāo)準(zhǔn)為何,由于贓物污染效果,再循環(huán)廢氣帶有的顆粒越少越好。
這也可能是有利的:如果egr管分配給所述汽油機的一個單一的氣缸出口。egr管因此僅從該氣缸出口運輸廢氣量。廢氣量能夠通過改變閥的控制時間及/或egr管的節(jié)流閥進(jìn)行變化。
這也可能是有利的:所述渦輪機是一個可變幾何渦輪機(vtg渦輪機)。vtg渦輪機是具有可變幾何尺寸渦輪的渦輪機,理論上是可以無限調(diào)節(jié)的。
僅僅帶有顆粒過濾器的egr系統(tǒng)的使用允許位于vtg渦輪機上游的汽油機排氣溫度被降低了這樣一個溫度水平,其對應(yīng)于從柴油機來的傳統(tǒng)vtg渦輪機當(dāng)今的熱與經(jīng)濟負(fù)荷限制。
較低的排氣溫度打開vtg渦輪機更大的應(yīng)用范圍,這因此作為汽油機兩級裝載系統(tǒng)的有意思的替代首次成為焦點。位于渦輪機進(jìn)口上游的廢氣反壓的vtg功能擴大了控制范圍,允許egr系統(tǒng)依照hp或mp配置,以實現(xiàn)對更高廢氣再循環(huán)率(egr率)的功能范圍的擴充,特別是在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速和高負(fù)載(let-低端轉(zhuǎn)矩)的情況下。因此,hp或mp配置現(xiàn)在可以覆蓋映射區(qū)間,其過去被認(rèn)為僅僅lp配置才能達(dá)到。在這種情況下,由于短的調(diào)節(jié)伸展,它們在動態(tài)響應(yīng)行為中保留它們的優(yōu)點,并可能提高它。此優(yōu)點在利用vtg渦輪機時可以進(jìn)一步增強,由于廢氣反壓的擴充和柔性控制允許egr率的擴充和柔性調(diào)節(jié)。egr率或廢氣反壓的調(diào)整或適應(yīng)在更高的egr率時逐漸重要,因為與柴油機相比,汽油機的反應(yīng)對egr率的改變更加敏感。
帶有顆粒過濾器的egr系統(tǒng)因此讓在汽油機中使用vtg渦輪機變得有吸引力,且給兩級系統(tǒng)提供了經(jīng)濟的選擇。相反地,在hp和mp架構(gòu)下使用vtg渦輪機確保了在進(jìn)一步的工作范圍內(nèi)的高egr率。昂貴的以及高度合金的vtg渦輪機,例如汽油機中所應(yīng)用的,因為沒有單獨的或二級的廢氣再循環(huán),因此它們的成本較低。
根據(jù)本發(fā)明的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)確保了一個汽油機架構(gòu),其包括具有容積vh以及壓縮容積vk的排量,其中,壓縮比vv=(vh+vk)/vk,其中15:1<=vv<=10:1。壓縮比應(yīng)當(dāng)設(shè)置為越高越好,數(shù)值優(yōu)選地到1:11,1:12,1:13,1:14或1:15。由于爆震性的巨大減少和通過點火角的相應(yīng)擴大,可以在汽油機中實現(xiàn)本質(zhì)上更高的壓縮比。排量vh與壓縮容積vk的總和就是總共的燃燒室容積。
為了避免帶有過濾器的egr在進(jìn)入抽吸時出現(xiàn)磨損,在egr中還設(shè)有位于顆粒過濾器下游的進(jìn)一步過濾器或者篩子。
這也可能是有利的:一種排氣系統(tǒng)、及/或帶有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的汽油機、或者至少具有容積vh的排量與至少一個廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的汽油機、及/或前述的排氣系統(tǒng),其中所述顆粒過濾器具有總?cè)莘evf,其滿足如下規(guī)則:0.1vh<=vf<=1vh、或者尤其0.1vh<=vf<=0.5vh、或者若干個顆粒過濾器它們共同形成所述總?cè)莘evf???cè)莘evf與顆粒過濾器的幾何容積有關(guān),同時,展示于殼體的容積用以收容顆粒過濾器。需要軸承裝置的殼體的體積分?jǐn)?shù),例如軸承墊,在計算顆粒過濾器的幾何容積時未被考慮。這些各不相同的顆粒過濾器能夠以串聯(lián)或者并聯(lián)的方式被布置在不同的排氣管中或者廢氣回流管中。
這也可能是有利的:一種操作汽油機的方法,其中工作期間的外部egr的廢氣再循環(huán)率在工作期限是上升的,至少在hp-egr以及至少在高負(fù)荷范圍中和滿載時,數(shù)值提高至高達(dá)20%,高達(dá)30%,高達(dá)40%或者高達(dá)50%;及/或通過點火角調(diào)節(jié),重力的燃燒中心能被帶到更靠近曲柄角為8°的熱力學(xué)最佳值;及/或
用以輸送到汽油機的油量被減少以及避免了全負(fù)荷富集,其中上述方法步驟中至少一步被重復(fù)至少一次。廢氣再循環(huán)率的提高也部分載荷的范圍內(nèi)也是可能的,雖然程度有些小。
與再循環(huán)廢氣的凈化和最佳冷卻狀態(tài)的背景不同,廢氣再循環(huán)率在工作期間有可能是上升的,至少在hp-egr以及至少在高負(fù)荷范圍直到引擎滿載時,數(shù)值提高至高達(dá)20%,高達(dá)30%,高達(dá)40%或者高達(dá)50%。最終,汽油機的爆震性被降低到這樣的程度:通過設(shè)置較早的點火角,重力的燃燒中心可以被帶向靠近熱力最優(yōu)值。相應(yīng)地,重力中心和參考的最優(yōu)值(tdc之后的8°曲柄角)可以從目前的10°到15°的曲柄角減小到3°到7°,5°到10°或者7°到12°。減小是一小步一小步發(fā)生的,通過點火角的持續(xù)優(yōu)化。
通過上述描述,排氣溫度被明顯地減少,燃燒穩(wěn)定性明顯地增加。因此,廢氣再循環(huán)率可能進(jìn)一步的增加,從而汽油機的爆震性進(jìn)一步降低,重力中心可以被進(jìn)一步優(yōu)化。
通過減少爆震性、優(yōu)化重力中心、增加燃燒穩(wěn)定性,最終可以在沒有全負(fù)荷富集作為零件保護的情況下做到,因為排氣溫度被明顯降低了。全負(fù)荷富集可以通過各種步驟來減少,例如至少5%到10%、或者至少10%到30%、或者至少40%到70%。最終,全負(fù)荷富集不應(yīng)當(dāng)發(fā)生,同時理想配比率被應(yīng)用。
因此,對于明顯提高的壓縮比有可能使用汽油機,這樣內(nèi)在耗油量的優(yōu)勢能夠被應(yīng)用于汽油機的整個映射區(qū)間。
因此,引擎的egr兼容性再次被提高,其再次使提高廢氣再循環(huán)率成為可能,它反過來提供了以上所描述的優(yōu)點。
迄今為止所描述的這種自增強效果最終無論通過到達(dá)新的爆燃極限、變成太慢的燃燒或者發(fā)生不能點火而結(jié)束。
附圖說明
本發(fā)明其它的優(yōu)勢以及細(xì)節(jié),在權(quán)利要求和說明書中加以說明且在附圖中示出。附圖中:
圖1是hp和lp-egr相結(jié)合的原理圖。
圖2是mp-egr的原理圖。
圖3a,3b是hp和mp-egr相結(jié)合的原理圖,其包括連接于進(jìn)氣管的不同的冷卻器布置以及進(jìn)口。
圖4a,4b是hp,mp和lp-egr相結(jié)合的原理圖,其包括連接于進(jìn)氣管的不同的冷卻器布置以及進(jìn)口。
圖5a,5b是部分hp或者mp-egr的原理圖,其中氣缸的整個排氣正在被再循環(huán)。
圖6a至6c是圖1中不同架構(gòu)的部分代表圖。
圖7是根據(jù)圖1的hp-egr的原理圖,其中具有進(jìn)氣以及新鮮空氣冷卻器。
具體實施方式
根據(jù)圖1至圖6所示的所有原理圖中,本發(fā)明揭示了一種廢氣再循環(huán)系統(tǒng)1(egr系統(tǒng)),其被集成到汽油機2的排氣和進(jìn)氣系統(tǒng)中。汽油機包括排量2.4、排氣歧管2.1以及進(jìn)氣歧管2.2,同時還包括廢氣渦輪機3和進(jìn)氣空氣壓縮機4。所述排氣和進(jìn)氣系統(tǒng)具有連接于汽油機2的排氣歧管2.1上的排氣管1.1,所述渦輪機3被集成到排氣管1.1中。在所述排氣管1.1的末端,廢氣8離開廢氣再循環(huán)系統(tǒng)1并進(jìn)一步流入排氣分支(未圖示)。同時還包括連接于汽油機2的進(jìn)氣歧管2.2上的進(jìn)氣管1.2,所述壓縮機4被集成在所述進(jìn)氣管1.2中。所述進(jìn)氣管1.2通過空氣傳輸系統(tǒng)輸入新鮮空氣7(未圖示)。作為補充,還包括至少一個廢氣回流管1.3,1.3a,1.3b(egr管),其在排氣管1.1上分叉并且通向所述進(jìn)氣管1.2。
在egr管1.3,1.3a,1.3b中設(shè)置有顆粒過濾器1.4x,1.4ax;或者(如一些虛線所示),在排氣管1.1中位于egr管1.3的上游設(shè)置一個主要的顆粒過濾器1.4x'。所述顆粒過濾器1.4x'用以過濾已經(jīng)再循環(huán)或者正在再循環(huán)的廢氣8。所述顆粒過濾器1.4x,1.4ax,1.4x'設(shè)有氧化hc以及co或者降低nox的三元催化轉(zhuǎn)化涂層,以滿足三元催化轉(zhuǎn)化的功能。至少一個碳?xì)溲趸繉颖挥糜谘趸痟c和co。這也適用于以下涉及的所有的顆粒過濾器。在三元/氧化涂層的指引下,涂層的變體在以后的描述中也共同涉及到。
此外,在顆粒過濾器1.4x,1.4ax的下游,各自的egr管1.3,1.3a還設(shè)有egr冷卻器1.7,1.7*,1.7a。分別位于egr冷卻器1.7,1.7a,1.7b的下游,或者位于進(jìn)氣管1.2的開口的上游,本系統(tǒng)還設(shè)有egr節(jié)流閥1.8,1.8a,1.8b,用于在egr管1.3,1.3a內(nèi)調(diào)節(jié)質(zhì)量流量。
原則上,根據(jù)從排氣管1.1上分支出來的egr管以及通向所述進(jìn)氣管1.2的egr管,在三種架構(gòu)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中會產(chǎn)生區(qū)別。
從渦輪機3上游分支出來的egr管_i1.3與從壓縮機4下游開口的egr管_i1.3的組合被稱之為高壓egr(hp-egr)。
從渦輪機3上游分支出來的egr管_i1.3與從壓縮機4上游開口的egr管_i1.3的組合被稱之為最高壓egr(mp-egr)。
從渦輪機3下游分支出來的egr管_ii1.3a與從壓縮機4上游開口的egr管_ii1.3a的組合被稱之為低壓egr(lp-egr)。
這三種架構(gòu)的egr可以單獨使用或者結(jié)合使用。
為了進(jìn)一步影響廢氣再循環(huán)的體積量,所述進(jìn)氣管1.2中在位于egr管_i1.3與進(jìn)氣管1.2的接合點的上游安裝有節(jié)流閥。
根據(jù)圖1所示布置,不同的egr架構(gòu)彼此互補或者可供選擇。在進(jìn)氣管1.2內(nèi),位于壓縮機4的下游和egr管1.3的開口的上游,設(shè)有進(jìn)氣空氣冷卻器5和進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6。
這里是一個hp-egr,由egrpipe_i1.3組成,其分支向上游的渦輪機3和壓縮機4的下游的開放進(jìn)入進(jìn)氣管1.2。
所述進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6的開口位于下游??蛇x地,egr管_l1.3*通向進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6的上游以及進(jìn)氣空氣冷卻器5的上游。在這種情況下,進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6*同樣位于egr管_l1.3*的開口的上游。
在進(jìn)氣管1.2中,通常,新鮮空氣7被運輸直至egr管_i1.3的開口處。所述增壓空氣包括新鮮空氣7和再循環(huán)廢氣8。顆粒過濾器可選擇地如圖1中虛線所示的那樣,作為主要的顆粒過濾器1.4x',同樣位于排氣管1.1中且位于egr管_i1.3的上游,這樣它供應(yīng)主排氣管1.1。
在渦輪機3的下游,在排氣管1.1中設(shè)有主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6',其被配置成三元的催化轉(zhuǎn)化器。無論下文將要說明的示范性的實施方式,原則上用于每一種情況下的催化轉(zhuǎn)化器1.6'可以是三元的催化轉(zhuǎn)化器。如果汽油機2是一種稀燃發(fā)動機,那么可以考慮采用純氧化催化轉(zhuǎn)化器1.6。
在催化轉(zhuǎn)化器1.6'的下游,額外地或者作為替代,分叉出一個egr管_ii1.3a,其連通在所述壓縮機4的上游并形成一個lp-egr。在這個里面還包括一個顆粒過濾器_ii1.4a、一個egr冷卻器_ii1.7a以及一個egr節(jié)流閥1.8a。原則上,所述節(jié)流閥1.8a*也能被置于所述冷卻器_ii1.7a的上游。
作為這的替代,所述egr管_ii1.3a*可以從催化轉(zhuǎn)化器1.6'的上游進(jìn)行分叉。在這種情況下,需要用到具有三元/氧化涂層的顆粒過濾器_ii1.4ax,同時用三元或者h(yuǎn)c氧化催化轉(zhuǎn)化器涂層,以為了補償催化轉(zhuǎn)化器1.6'的失效。同樣這里應(yīng)當(dāng)注意,無論下文將要說明的示范性的實施方式,原則上用于每一種情況下的顆粒過濾器_ii1.4x,1.4ax可以是三元/氧化涂層。
作為補充(如虛線所示的那樣),可以在排氣管1.1中設(shè)置位于所述egr管_ii1.3a下游的主顆粒過濾器1.4'。在這種情況下,所述主顆粒過濾器1.4'的多孔性大于egr管_ii1.3a中的顆粒過濾器1.4ax。相應(yīng)地,所述顆粒過濾器_ll1.4ax的過濾能力要大于該主顆粒過濾器1.4'。
作為上述lp-egr的替代a1,所述主排氣管1.1中設(shè)有催化轉(zhuǎn)化器1.6'以及下游的主顆粒過濾器_l1.4',其中所述egr管_ii1.3a首先在主顆粒過濾器1.4'的下游分支。在所述egr管_ii1.3a中,除了所述egr冷卻器_ii1.7a和egr節(jié)流閥1.8a之外,還設(shè)有額外的顆粒過濾器1.4ax*。這確??赡軐υ傺h(huán)廢氣進(jìn)行最完全的凈化,以為了保護所述冷卻器_ii1.7a。同樣在這里,所述主顆粒過濾器1.4'的多孔性大于egr管_ii1.3a中的顆粒過濾器_ii1.4ax。相應(yīng)地,所述顆粒過濾器_ll1.4ax的過濾能力要大于該主顆粒過濾器1.4'。
作為上述lp-egr的進(jìn)一步可選的替代a2,所述排氣管1.1設(shè)有相互平行的兩條排氣管1.1a,1.1b,其可以通過一個調(diào)節(jié)閥1.9的裝置進(jìn)行切換。所述排氣管部分1.1a中設(shè)有一個主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6'。在相互平行的排氣管部分1.1b中設(shè)有涂覆的顆粒過濾器_ii1.4ax以及用于egr管_ii1.3a的分支。相應(yīng)地,一個可切換的旁路被用于所述egr管_ii1.3a,其中在這兩種情況下,所述三元催化劑或者至少所述hc氧化催化劑被固定在所述排氣管1.1a,1.1b中。
調(diào)節(jié)閥1.9也能夠以如下方式配置:所述排氣管部分不同量的廢氣能夠同時穿過平行的排氣管部分1.1a,1.1b。
作為進(jìn)一步的選擇,在排氣管部分1.1b中還可以使用非涂覆的顆粒過濾器_ii1.4a(未圖示)。然而,在這種情況下,所述主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6*(由一些虛線所代表的)位于所述排氣管1.1內(nèi)且位于進(jìn)入兩個排氣管部分1.1a,1.1b的分支的上游,以確保在閥1.9的任何位置都能對廢氣8催化凈化。在這種情況下,此外,在所述egr管_ii1.3a中(由一些虛線所代表的)還設(shè)有涂覆的顆粒過濾器_ii1.4ax*,為了確保在egr管_ii1.3a中的廢氣能被凈化。
一方面,根據(jù)圖1所示的hp-egr以及變化的不同架構(gòu)的lp-egr,根據(jù)hp和lp的區(qū)分,在圖6a,6b,6c中被再一次顯示,其中變化的不同架構(gòu)的lp-egr可以單獨或者結(jié)合使用。可選地,包含在lp-egr以及egr管_ii1.3*,其向上游的催化轉(zhuǎn)化器1.6'分支,本身在圖6c中所示。同樣這里還包括主排氣管1.1下游的主顆粒過濾器1.4'的變體。
圖2顯示一個mp-egr的配置。位于egr管_l1.3中的顆粒過濾器_ii.4x展現(xiàn)了一個催化轉(zhuǎn)化器涂層。作為這里排氣管1.1的補充,在渦輪機3的下游設(shè)有一個主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6',優(yōu)選地為一個三元催化轉(zhuǎn)化器。節(jié)流閥1.8位于所述冷卻器_i1.7的下游。作為替代,節(jié)流閥1.8*也可以位于顆粒過濾器_l1.4x的下游。作為對此的補充,在主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6'下游的排氣管1.1中還設(shè)有非涂覆的主顆粒過濾器1.4'。
根據(jù)圖3a中的實施例,從egr管_i1.3開始,其在排氣管1.1上分支,所述廢氣再循環(huán)進(jìn)一步通過平行布置的egr管1.3b-1.3d繼續(xù)進(jìn)行。設(shè)置在egr管_l1.3中的是具有催化轉(zhuǎn)化涂層的顆粒過濾器_l1.4x,以及冷卻器_l1.7。egr管1.3b-1.3d在所有情況下從一個分配管13上分叉,其反過來位于冷卻器_i1.7下游的egr管_i1.3上分支。所有的egr管1.3-1.3d通向所述進(jìn)氣管1.2。每一個egr管1.3-1.3d具有位于分配管13下游的節(jié)流閥1.8-1.8d,其中所有的節(jié)流閥1.8-1.8d通過一個控制線9.1與控制器9相連,以用于控制或調(diào)節(jié)各自節(jié)流閥1.8-1.8d的位置,且可以單獨控制。在各自節(jié)流閥1.8-1.8d的下游,在各自的egr管1.3-1.3d中設(shè)有額外的或者進(jìn)一步的冷卻器1.7*,1.7b-1.7d。所述進(jìn)氣管1.2展現(xiàn)了兩個壓縮機4a,4b,其在所有情況下均被耦合到排氣管1.1的渦輪機3a,3b。egr管1.3,1.3b兩者都向下游連通壓縮機4a并形成一個hp-egr。egr管1.3b向上游的進(jìn)氣空氣冷卻器5連通,同時egr管_i1.3向下游的進(jìn)氣空氣冷卻器5連通。
egr管1.3d向上游的壓縮機4b連通并形成一個mp-egr。然而,egr管1.3c在兩臺壓縮機4a,4b之間連通,因此形成一個減小的mp-egr。
關(guān)于在圖3a中的實施例,兩個egr冷卻器1.7,1.7*中的一個在egr管_l1.3中可選擇性地被省去(未圖示)。
位于渦輪機3a,3b下游的是一個三元催化轉(zhuǎn)化器1.6'(主廢氣催化轉(zhuǎn)化器),從廢氣8或者主氣流被進(jìn)一步輸送到排氣系統(tǒng)開始。作為對此的補充,位于主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6'
下游的排氣管1.1中設(shè)有非涂覆的主顆粒過濾器1.4'。
根據(jù)圖3b的示例性實施例配置的一個類似的方式。在這種情況下,在egr管_l1.3中設(shè)有一個冷卻器_l1.7以及位于所述分配管13中的三個額外的冷卻器1.7b-1.7d,其中冷卻器_l1.7位于分配管13分支的上游,所述冷卻器1.7b-1.7d在任何情況下都位于各自egr管1.3b-1.3d分支的上游。相應(yīng)地,根據(jù)圖3a所示的實施方式,額外的冷卻器1.7*將不再需要。
根據(jù)圖3a和3b的示范性的實施方式,兩者都確保一個極其彈性的egr布置,這樣始終一方面能夠確保大規(guī)模的顆粒過濾和顆粒過濾器_i1.4x的再生,另一方面也確保能夠向進(jìn)氣管1.2中輸送所需的冷廢氣8,以滿足發(fā)動機在全操作范圍工作。
根據(jù)圖4a,4b所示的實施方式具有一個hp-egr,一個mp-egr以及一個lp-egr。所述進(jìn)氣管1.2中設(shè)有進(jìn)氣空氣冷卻器5以及進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6,然而在位于渦輪機3下游的排氣管1.1中設(shè)有一個三元催化轉(zhuǎn)化器1.6'和一個下游的顆粒過濾器1.4a。
根據(jù)如圖4a中所示的實施例,在egr管_i1.3中首先設(shè)有一個涂覆的顆粒過濾器_i1.4x。接下來,設(shè)有進(jìn)一步的egr管1.3b的分叉。當(dāng)egr管_i1.3作為hp-egr且在排氣管1.1中通向所述進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6,進(jìn)一步的egr管1.3b,作為一個mp-egr,通向上游的壓縮機4。在egr管_i1.3中設(shè)有位于進(jìn)一步的egr管1.3b下游的冷卻器_l1.7和一個下游的節(jié)流閥1.8。在進(jìn)一步的egr管1.3b中同樣還包括進(jìn)一步的冷卻器1.7b和一個下游的節(jié)流閥1.8b。
作為對此的補充,在排氣管中還設(shè)有第二egr管_ii1.3a,其分支在主廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6'的下游、主顆粒過濾器1.4'的下游以及同時在渦輪機3的下游。同樣它具有一個冷卻器_ii1.7a和一個下游的節(jié)流閥1.8a,在它向上游的壓縮機4打開進(jìn)氣管1.2之前,因此是一個lp-egr。作為補充或選擇(由一些虛線所代表的),所述顆粒過濾器_ii1.4a可以位于egr管_ii1.3a中。
所述hp-egr以及所述mp-egr與所述lp-egr可以任意組合。
作為與圖4a所示的實施方式不同,在如圖4b所示的實施例中,進(jìn)一步的egr管1.3b和egr管_ii1.3a通過一個調(diào)節(jié)閥1.9被耦合。這種結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點:冷卻器1.7a/b以及節(jié)流閥1.8a/b不是那么必要的。然而,另外或者替選地對hp-egr而言,只有mp-egr或lp-egr能被實現(xiàn)。此外,在egr管_i1.3中的顆粒過濾器_l1.4是非涂覆的,這樣在上游就需要一個額外的廢氣催化轉(zhuǎn)化器1.6。這種方式對于涂覆式的顆粒過濾器而言總是一種可能的替代。
根據(jù)如圖5a和5b所示的實施方式,egr管_l1.3被分配給汽油機2的單一汽缸出口2.3,并傳遞此氣缸出口2.3的廢氣量。位于進(jìn)氣管1.2中是進(jìn)氣空氣冷卻器5和節(jié)流閥6,然而位于渦輪機3下游的排氣管1.1設(shè)有一個三元催化轉(zhuǎn)化器1.6'和一個下游的主顆粒過濾器1.4'。
根據(jù)圖5a所示的實施例揭示了一個hp-egr。egr管_i1.3具有一個涂覆的顆粒過濾器_l1.4x和一個下游的冷卻器_l1.7以及位于冷卻器_i1.7下游的節(jié)流閥1.8。
在一個未圖示的實施例中,一個未涂覆的顆粒過濾器_i1.4也能與egr管_i1.3中的三元/氧化催化轉(zhuǎn)化器相結(jié)合。
根據(jù)如圖5b所示的實施例,還包括一個補充的mp-egr。為此目的,一個進(jìn)一步的egr管1.3b在涂覆顆粒過濾器_l1.4x以及冷卻器_l1.7之間分叉,其打開向上游的壓縮機4。在此進(jìn)一步的egr管1.3b中同樣包括一個進(jìn)一步的冷卻器1.7b以及一個下游的節(jié)流閥1.8b。在一個未圖示的實施方式中,一個未涂覆的顆粒過濾器1.4也能與egr管_i1.3中的三元/氧化催化轉(zhuǎn)化器相結(jié)合。
圖7所示的實施例,直到所述進(jìn)氣空氣節(jié)流閥6的位置,基本符合于單獨圖1所示的hp-egr架構(gòu)。然而,在所述進(jìn)氣管1.2中設(shè)有兩個冷卻器。一個進(jìn)氣空氣冷卻器位于下游egr管_i1.3的開口處。作為新鮮空氣冷卻器5.2的第二冷卻器位于上游egr管_i1.3的開口處。在下游進(jìn)氣空氣冷卻器5.1中,壓縮的以及如果合適的,預(yù)冷新鮮空氣7連同再循環(huán)和預(yù)冷廢氣8允許達(dá)到期望的進(jìn)氣空氣溫度,優(yōu)選的為30℃到40℃。所述渦輪機3在設(shè)計師是一個vtg渦輪機,其材料屬性通常與柴油機相同。所述顆粒過濾器_l1.4x被配置成涂覆式的。
元件符號清單
1廢氣再循環(huán)系統(tǒng)
1.1排氣管,主排氣管
1.1a排氣管部分
1.1b排氣管部分
1.2進(jìn)氣管
1.3廢氣再循環(huán)管_i,egr管
1.3*廢氣再循環(huán)管_i,egr管,可選擇的
1.3a廢氣再循環(huán)管_ii,egr管
1.3a*廢氣再循環(huán)管_ii,egr管,可選擇的
1.3b進(jìn)一步的egr管
1.3c進(jìn)一步的egr管
1.3d進(jìn)一步的egr管
1.4顆粒過濾器_i
1.4a顆粒過濾器_ii
1.4'主顆粒過濾器
1.4x顆粒過濾器_i,涂覆的
1.4x'主顆粒過濾器_ii,涂覆的
1.4ax主顆粒過濾器,涂覆的
1.4ax*顆粒過濾器,涂覆的,附加的或者可選擇的
1.6附加的廢氣催化轉(zhuǎn)化器,三元或氧化催化轉(zhuǎn)化器
1.6'主廢氣催化轉(zhuǎn)化器,三元或氧化催化轉(zhuǎn)化器
1.6*廢氣催化轉(zhuǎn)化器,三元或氧化催化轉(zhuǎn)化器,可選擇的
1.7冷卻器_i
1.7*進(jìn)一步的冷卻器
1.7a冷卻器_ii
1.7b進(jìn)一步的冷卻器
1.7c進(jìn)一步的冷卻器
1.7d進(jìn)一步的冷卻器
1.8節(jié)流閥
1.8*位于1.7前端的可選的節(jié)流閥
1.8a節(jié)流閥
1.8a*節(jié)流閥
1.8a/b節(jié)流閥
1.8b節(jié)流閥
1.8c節(jié)流閥
1.8d節(jié)流閥
1.9閥
2汽油機
2.1排氣歧管
2.2進(jìn)氣歧管
2.3汽缸出口
2.4排量
3廢氣渦輪機,渦輪機
3a渦輪機
3b渦輪機
4進(jìn)氣空氣壓縮機
4a壓縮機
4b壓縮機
5進(jìn)氣空氣冷卻器
5.1進(jìn)氣空氣冷卻器
5.2新鮮空氣冷卻器
6進(jìn)氣空氣節(jié)流閥
7新鮮空氣
8廢氣
9控制器
9.1控制線
13分配管
a1替代
a2替代
vf總?cè)莘e
vk壓縮容積
vm容積
vv壓縮比