[实用新型]具有排气再循环的增压内燃发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有排气再循环的增压内燃发动机。

背景技术

在本实用新型的范围内，内燃发动机一词涵盖柴油发动机、火花点火发动机以及混合动力内燃发动机。

内燃发动机的增压变得越来越重要。作为一个原则，排气涡轮增压器(其中压缩机和涡轮设置在相同的轴上)用于增压，其中经由排气管路将热排气流供应至涡轮内并且在该涡轮中使其松弛同时输出能量，其结果是使得轴旋转。由排气流输出至涡轮并最终输出至轴的能量用于驱动也设置在该轴上的压缩机。压缩机供应并压缩经由进气管路供应至其的充气，其结果是至少一个汽缸被增压。

通常提供一种冷却充气的方法，通过该方法压缩的燃烧空气在进入燃烧室(即至少一个汽缸)之前被冷却。

增压主要用于增加内燃发动机的功率。燃烧过程所需的空气在这里压缩，其结果是每个工作循环可向每个汽缸供应更大质量的空气。结果，燃料质量增加及因此平均压力p_me得到增加。

排气涡轮增压器的配置导致困难，并且在这种情况下旨在在所有旋转速度范围内的可察觉的功率增加。然而，依照现有技术，当未达到特定旋转速度时会观察到扭矩急剧下降。如果考虑到充气压力比取决于涡轮的压力比则可以理解该扭矩的下降。如果，例如在柴油发动机的情况下降低发动机转速，这会导致较小的排气质量流量并因此导致较小的涡轮压力比。这导致充气压力比在相对低的旋转速度下也下降，其相当于扭矩下降。

基本上，可通过减小涡轮的横截面并且相应增加涡轮的压力比来抵消该充气压力下降，但是这会在高旋转速度下导致不利。

因此，在实践中，通常使用两个或更多排气涡轮增压器，排气涡轮增压器的涡轮并联或串联连接。在这种情况下，也可串联和/或并联设置压缩机。为了改善内燃发动机的扭矩特性，排气涡轮增压也可与压缩机或机械增压器组合使用。出于上述原因，在本实用新型的范围内涉及至少一个涡轮增压器。

增压是一种不改变立体容积增加内燃发动机的功率或在减小立体容积的同时具有相同功率的合适方法。无论如何，增压导致功率密度增加并导至更有利的功率-重量比。在车辆中相同的外围状况下，可因此使负荷谱向燃料消耗率较低的较高负荷移动。后者也被称为缩小化(downsizing)。

因此增压促进了在内燃发动机的发展中作出的持续的努力以最小化燃料消耗，即改善内燃发动机的效率。

在柴油发动机中，增压可用于减少氮氧化物排放而不会对效率造成负面影响。同时，可有利地影响碳氢化合物的排放。二氧化碳的排放(其直接与燃料消耗关联)也随着燃料消耗下降而减少。

因此，增压也适合用于减小污染物的排放。然而，为了符合污染物排放的未来限制值，还需要采取进一步措施。

这里重点放在减少氮氧化物的排放(其特别在柴油发动机中高度相关)。由于氮氧化物的形成不仅需要过量的空气还需要高温度，一个减少氮氧化物的排放的原理在于降低燃烧温度。

排气再循环(即燃烧气体从排气管路再循环进进气管路中)在这里是有利的，并且在该过程期间随着排气再循环速率增加可显著减少氮氧化物的排放。排气再循环速率x_EGR在这里如下确定：

x_EGR＝m_EGR/(m_ECR+m_新鲜空气)

其中EGR(Exhaust gas recirculation)表示排气再循环，m_EGR表示再循环排气的质量，且m_新鲜空气表示供应入(可能由压缩机供应和压缩)的新鲜空气或燃烧空气的质量。

排气再循环也适合用于在部分负荷范围内减少未燃烧碳氢化合物的排放。

为了在氮氧化物的排放上产生显著的减少，需要高排气再循环速率，并且它们的量级可达到x_EGR≈60％至70％。

然而，如果再循环的排气从涡轮上游排气管路中抽出，这在带有排气涡轮增压和同时使用排气再循环的内燃发动机运转期间会导致冲突。随后，当排气再循环速率增加时，供应至涡轮的排气流实际上减小并且因此涡轮的压力比和充气压力也会减小。

出于该原因，需要甚至在高排气再循环速率下确保足够的高充气压力的概念。

出于该原因，内燃发动机逐渐装配有所谓低压EGR，即在排气再循环期间排气不从涡轮上游的排气管路而是从涡轮下游的排气管路抽出。这样的优点在于将被再循环的排气流在再循环发生之前通过涡轮并因此可用于驱动涡轮。随后高EGR速率(即大量再循环排气)不再自动导致涡轮的压力比下降并且不会对扭矩供应产生不利影响。