[发明专利]带有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机以及操作所述类型内燃发动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及这样的内燃发动机，其具有至少一个汽缸、处于出口侧用于经排气排放系统排放排气的至少一个排气管路、以及处于进口侧用于经进气系统供应增压空气的至少一个进气管路，该内燃发动机配备有 

至少一个排气涡轮增压器，其包含布置在进气系统中的压缩机和布置在排气排放系统内的涡轮， 

绕过至少一个汽缸的旁通管路，该旁通管路在压缩机下游从进气系统分叉，以便形成进口侧接合处，并且在涡轮（7b）下游通向排气排放系统，以及 

包含再循环管路的至少一个排气再循环设备，其中再循环管路在涡轮上游从排气排放系统处分叉，以便形成出口侧接合处并且通向旁通管路。 

背景技术

在本发明的上下文中，至少一个排气管路被认为属于排气排放系统，并且至少一个进气管路被认为属于进气系统。 

本发明还涉及用于操作具有液体型冷却设备的所述类型内燃发动机的方法，其中在至少一个排气再循环设备的再循环管路中提供冷却装置，该装置利用冷却剂运行并且被连接至内燃发动机的液体型冷却设备。 

在本发明的上下文中，表述“内燃发动机”包含柴油发动机和火花点火式发动机以及还有使用混合燃烧过程操作的混合式内燃发动机。 

在内燃发动机研发中，基本上寻求将燃料消耗量减至最小以及降低污染排放。在现有技术中，实施各种措施以实现所述目标。 

关于污染问题，与降低氮氧化物排放高度相关，尤其是在柴油发动机的情况中。氮氧化物的形成不仅需要过量的空气，而且还需要高温度，因此降低氮氧化物排放的一个理念包括降低燃烧温度。 

在此，排气再循环，也就是排气从排气排放系统再循环至进气系统，有利于实现该目标，其中通过增加排气再循环率，能够相当大地降低氮氧化物排放。在此，确定排气再循环率x_EGR如下： 

x_EGR=m_EGR/(m_EGR+m_Fresh air) 

其中m_EGR表示再循环的排气质量，以及m_Fresh air表示被供应至至少一个汽缸的新鲜空气，其之前已通过压缩机被压缩。因此，在本发明的上下文中，增压空气除了新鲜空气之外还可包含再循环的排气。 

为了显著降低氮氧化物排放，需要高的排气再循环率，其可能是x_EGR≈60%到70%的量级。根据现有技术，在再循环管路中提供控制元件，也被称为EGR阀，用于调整待被再循环的排气量，也就是再循环率。排气再循环（EGR）可还被用于降低未燃烃的排放。 

所提供的排气再循环设备是所谓的高压EGR设备，其中在涡轮上游从排气排放系统中抽出排气，并且排气被引进至压缩机下游的进气系统，或者被引进至旁通管路，其是或者能够被连接至进气系统。 

本发明所涉及的内燃发动机不仅配有至少一个排气再循环设备，还具有至少一个排气涡轮增压器，其包含被布置在进气系统中的压缩机和被布置在排气排放系统中的涡轮。 

在具有排气涡轮增压以及同时使用高压EGR设备的内燃发动机的运行中，存在基本冲突，该冲突为在涡轮上游所抽取的未通过涡轮引导的用于再循环的排气违背了原则，因此不可用于在进口侧上产生充气压力。 

在提高排气再循环率的情况中，同时减少了引进至涡轮的排气流。通过涡轮的降低的排气质量流导致较低的涡轮压力比，结果充气压力比也下降，其等于较小的压缩机质量流。除了减少的充气压力之外，在压缩机操作中还将出现关于压缩机的喘振极限的其他的问题。 

引导通过EGR设备的再循环管路的排气量和引导通过涡轮的排气量仅是流体流的两个例子，在内燃发动机运行过程中，必须通过控制元件测量和调整流体流。 

排气涡轮增压器的涡轮时常被设计为具有小涡轮横截面的废气门涡轮，以改善处于低转速下的内燃发动机的扭矩特性。如果排气质量流超过临界值，那么通过打开控制元件，在所谓的排气放出过程中，部分排气流通过经过涡轮或者轮机推动器的旁通管路引导。放出排气同样地能够用作流体流的例子，其必须通过控制元件调整和控制。 

如果内燃发动机配备了二次空气喷射设备或者液体型冷却设备，其中汽缸盖或者汽缸体被提供了冷却剂-引导冷却剂通道，则出现必须被调整（也就是被控制）的流体流的进一步例子。