[发明专利]增压内燃发动机和用于运行所述类型的内燃发动机的方法有效

专利信息
申请号: 201210014746.9 申请日: 2012-01-12
公开(公告)号: CN102588081A 公开(公告)日: 2012-07-18
发明(设计)人: C·W·维吉尔德;A·库斯克;D·罗杰;J·K·斯提尔夫 申请(专利权)人: 福特环球技术公司
主分类号: F02B37/00 分类号: F02B37/00;F02M25/07;F02D21/08
代理公司: 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 赵蓉民
地址: 美国密*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 增压 内燃 发动机 用于 运行 类型 方法
【说明书】:

相关申请

本申请要求2011年1月12日提交的德国专利申请No.102011002553.7的优先权,其全部内容被合并至此以供参考。

技术领域

本公开涉及增压内燃发动机。

背景技术

内燃发动机通常配备增压以增加功率,其中发动机中的燃烧过程所需的增压空气/充气(charge air)被压缩,由此在每个工作循环更大量的增压空气可以被供应到每个汽缸。以此方式,燃料量和由此的平均有效压力可以被增加。

通常,为了增压,利用排气涡轮增压器,其中压缩机和涡轮被设置在相同的轴上,热的排气流被供应到涡轮,在所述涡轮中膨胀释放能量,并且由此使轴旋转。由排气流供应到轴的能量被用来驱动被同样设置在轴上的压缩机。压缩机传递并压缩供应至其的增压空气,由此实现汽缸的增压。有利的是增压空气冷却器设置在压缩机下游的进气管道,通过该增压空气冷却器,压缩的增压空气在进入至少一个汽缸之前被冷却。冷却器降低增压空气的温度并由此增加增压空气的密度,使得冷却器还有助于改进汽缸的增压空气(charge),即更大的空气质量。实际上,发生由冷却引起的压缩。

增压适合于在保持不变的容积排量/波及容积(swept volume)的同时增加内燃发动机的功率,或者适合于在保持相同的功率的同时减小容积排量。在任何情况下,增压引起体积功率输出的增加和改进的功率-重量比。对于相同的车辆边界条件,因此可能使负荷共同向更高的负荷变化,其中特定的燃料消耗更低。这也被称为精简(downsizing)。

因此,增压有助于不断努力的内燃发动机的发展以最小化燃料消耗,也就是说,改进内燃发动机的效率。通过增压的目标构造,还可能获得关于排气排放的优点。通过例如柴油发动机的合适增压,氮氧化物排放可以被降低并且在效率上没有任何损失。同时可以顺利地影响碳氢化合物排放。在减少燃料消耗的情况下,与燃料消耗直接相关的碳氧化物的排放同样降低。

然而,为了遵循未来的污染排放的限值,进一步的测量是有必要的。此处,发展工作的焦点在于其中氮氧化物排放的减少,其特别在柴油发动机中是高度相关的。由于氮氧化物的形成不仅需要大量空气而且也需要高温,因此降低氮氧化物排放的一种概念在于发展低燃烧温度的燃烧过程。

此处,其中排气再循环(EGR),即燃烧气体从出口侧到入口侧的再循环,对实现该目标是有利的,其中可能通过增加排气再循环率显著地减少氮氧化物排放。此处,排气再循环率xEGR被确定为xEGR=mEGR/(mEGR+mfresh air),其中mEGR表示再循环的排气的质量,mfresh air表示供应的新鲜空气。

为了实现氮氧化物排放的显著减少,需要高排气再循环率,其可以是xEGR≈60%至70%的数量级。

当用排气涡轮增压运行内燃发动机并同时使用排气再循环时,例如根据本公开的内燃发动机中的情况,如果再循环的排气通过高压EGR从涡轮上游的排气管路抽取并且不再用于驱动涡轮,则可能产生冲突。

在增加排气再循环率的事件中,引入涡轮中的排气流之后同时减少。通过涡轮的减少的排气质量流引起更低的涡轮压力比,结果增压空气压力比(charge pressure ratio)同样下降,其相当于更小的压缩机质量流。除了降低增压空气压力之外,在压缩机的运行中可能产生关于压缩机喘振限制的另外的问题。也可能产生关于污染物排放的缺点,例如关于在加速期间柴油发动机中碳烟的形成。

发明内容

出于此原因,需要这样的概念,即其特别是在部分负荷范围中确保充分高的增压空气压力以及同时高的排气再循环率。一种提出的方案被称为低压EGR。

与上述高压EGR装置/设置(arrangement)相反,其中排气从涡轮上游的排气管路抽取并被引入压缩机下游的进气管路,在低压EGR装置的情况下,已经流过涡轮的排气被再循环到入口侧。出于此目的,低压EGR装置包括再循环管路,再循环管路从涡轮下游的排气管路分支并开口到压缩机上游的进气管路。

通过排气涡轮增压的方式增压并配备有低压EGR装置的内燃发动机也是本公开的主题。

经由低压EGR装置再循环到入口侧的排气与压缩机上游的新鲜空气混合。以此方式产生的新鲜空气和再循环的排气的混合物形成被供应到压缩机并被压缩的增压空气/充气(charge air),其中压缩的增压空气被供应到压缩机下游的至少一个汽缸。

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