用于运行废气再循环装置的方法

摘要

本发明涉及用于运行用于内燃机的废气再循环装置的方法，该废气再循环装置具有与所述内燃机进气口连接的进气管路及与该内燃机排气口连接的排气管路，在所述排气管路中布置涡轮机，它驱动布置在进气管路中的压缩机，排气管路通过沿流动方向在涡轮机后面分支出来的废气再循环管路与进气管路连接，其中在内燃机运行中废气可从所述排气口通过所述废气再循环管路回流到进气口中，不仅在内燃机的低负荷范围内、在全负荷范围内都打开所述废气再循环管路，以实现废气的回流。根据本发明，内燃机的转速范围、气缸中平均压力与所述废气再循环率的关系为下列四种情况。(见右下表格)

权利要求

1.用于运行用于内燃机的废气再循环装置的方法，该废气再循环装置具有与所述内燃机的进气口连接的进气管路并具有与该内燃机的排气口连接的排气管路，其中在所述排气管路中布置涡轮机，该涡轮机驱动布置在所述进气管路中的压缩机，并且其中所述排气管路通过沿流动方向在所述涡轮机后面分支出来的废气再循环管路与所述进气管路连接，其中在内燃机运行中废气可从所述排气口通过所述废气再循环管路回流到所述进气口中，并且其中不仅在内燃机的低负荷范围内、而且在全负荷范围内都打开所述废气再循环管路，以实现废气的回流，其特征在于，在内燃机的从900到3000转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从0到6bar的平均压力的情况下，所述废气再循环率为0到70％。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机是轿 车柴油发动机。

3. 用于运行用于内燃机的废气再循环装置的方法，该废气再循 环装置具有与所述内燃机的进气口连接的进气管路并具有与该内燃 机的排气口连接的排气管路，其中在所述排气管路中布置涡轮机，该 涡轮机驱动布置在所述进气管路中的压缩机，并且其中所述排气管路 通过沿流动方向在所述涡轮机后面分支出来的废气再循环管路与所 述进气管路连接，其中在内燃机运行中废气可从所述排气口通过所述 废气再循环管路回流到所述进气口中，并且其中不仅在内燃机的低负 荷范围内、而且在全负荷范围内都打开所述废气再循环管路，以实现 废气的回流，其特征在于，在内燃机的从卯0到3500转/分钟的转速 范围内并且在内燃机的气缸中的从6到12bar的平均压力的情况下， 所述废气再循环率为30到70%。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述内燃机是轿 车柴油发动机。

5. 用于运行用于内燃机的废气再循环装置的方法，该废气再循 环装置具有与所述内燃机的进气口连接的进气管路并具有与该内燃 机的排气口连接的排气管路，其中在所述排气管路中布置涡轮机，该 涡轮机驱动布置在所述进气管路中的压缩机，并且其中所述排气管路通过沿流动方向在所述涡轮机后面分支出来的废气再循环管路与所述进气管路连接，其中在内燃机运行中废气可从所述排气口通过所述废气再循环管路回流到所述进气口中，并且其中不仅在内燃机的低负荷范围内、而且在全负荷范围内都打开所述废气再循环管路，以实现废气的回流，其特征在于，在内燃机的从900到4000转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从15到20bar的平均压力的情况下，所述废气再循环率为10到30%。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述内燃机是轿车柴油发动机。

7. 用于运行用于内燃机的废气再循环装置的方法，该废气再循环装置具有与所述内燃机的进气口连接的进气管路并具有与该内燃机的排气口连接的排气管路，其中在所述排气管路中布置涡轮机，该涡轮机驱动布置在所述进气管路中的压缩机，并且其中所述排气管路通过沿流动方向在所述涡轮机后面分支出来的废气再循环管路与所述进气管路连接，其中在内燃机运行中废气可从所述排气口通过所述废气再循环管路回流到所述进气口中，并且其中不仅在内燃机的低负荷范围内、而且在全负荷范围内都打开所述废气再循环管路，以实现废气的回流，其特征在于，在内燃机的从900到4500转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从15到25bar的平均压力的情况下，所述废气再循环率为0到10%。

8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述内燃机是轿车柴油发动机。

说明书

用于运行废气再循环装置的方法技术领域本发明涉及用于运行用于内燃机、尤其用于轿车柴油发动机的废 气再循环装置的方法，该废气再循环装置具有与所述内燃机的进气口 连接的进气管路并具有与该内燃机的排气口连接的排气管路，其中在 所述排气管路中布置了一个涡轮机，该涡轮机驱动布置在所述进气管 路中的压缩机，并且其中所述排气管路通过沿流动方向在所述涡轮机后面分支出来的废气再循环管路与所述进气管路连接，其中在所述内 燃机运行时废气可以通过所述废气再循环管路从所述排气口回流到所 述进气口中，并且其中不仅在内燃机的低负荷范围内、而且在全负荷 范围内都打开所述废气再循环管路，以实现废气的回流。 背景技术由按照DE 691 30 976 T2的内燃机公开了 一种前述废气再循环装 置。该内燃机具有废气涡轮增压器，其中废气再循环管路可以沿流动 方向在废气涡轮增压器的布置在该内燃机的排气管路中的涡轮机后面 作为低压管路分支出来。所述废气再循环管路可以在布置在内燃机的 进气管路中的压缩机之前连接到该进气管路上。在连接在内燃机的气 缸之前的进气通道与该压缩机之间，在所述进气管路中布置了用于对 该内燃机的吸入空气进行节流的节流阀。可节流的吸入空气包括新鲜 空气和可能混杂在新鲜空气中的废气，在新鲜空气-废气-混合物中新鲜 空气和废气的比例无法借助于该节流阀进行调节。此外，所述废气再 循环管路包括废气再循环冷却器，并且通过该废气再循环管路可以在 高负荷区域中导回废气。另外，在所述废气涡轮增压器的涡轮机之前， 可以有另一条废气再循环管路作为高压管路分支出来，通过该高压管 路可以在低负荷区域中导回废气。此外，DE 198 21 792 C2公开了 一种具有废气再循环装置的内燃 机，其具有废气涡轮增压器、增压空气管路和废气再循环管路，其中 在所述增压空气管路中布置了喷嘴-扩压器-单元。在该内燃机的排气总为通过所述喷嘴-扩压器-单元对质^流量进行控制，与'此平行地设e置从4说明书第2/8页

所述增压空气管路分支出来的、汇入该内燃机的进气总管中的旁通管 路，该旁通管路容纳了构造为节流阀的控制阀。

除此以外，DE 195 21 573 C2公开了 一种在增压内燃机上的废气再 循环装置。其中废气从排气管输送给废气涡轮增压器的涡轮机，并且 与该涡轮机连接的压缩机将增压空气输送给增压空气管。可以在该排 气管上将废气提取到借助于止回阀连接的排气管路中。所提取的废气 不流过所述废气涡轮增压器的涡轮机。

从日本专利JP 06280684的专利摘要中，7>开了 一种四沖程发动机 的废气再循环系统。可以在该四冲程发动机的排气歧管上的两个不同 位置上提取废气，并且要么直接输送给该四冲程发动机的进气歧管， 要么输送给进气管。

日本专利2001073884的专利摘要公开了 一种具有废气再循环装置 的柴油发动机。其中在连接到该柴油机的排气歧管上的排气管中，沿 废气的流动方向在涡轮增压器前面设置了废气再循环过渡部分的支 管。在该废气再循环过渡部分中设置了废气冷却器，该废气再循环过 渡部分沿流动方向在该柴油发动机的进气歧管之前汇入进气过渡部分 中。

此外，由日本专利2002285854的专利摘要中公开一种具有废气涡 轮增压器和废气再循环设备的柴油机组。其中，废气从排气歧管要么 流进所述废气涡轮增压器的涡轮机中，要么直接流进所迷废气再循环 设备的废气再循环过渡部分中。所述废气再循环过渡部分连接到进气 过渡部分上，在该进气过渡部分中布置了该废气涡轮增压器的压缩机， 并且该进气过渡部分汇入进气歧管中，更确切地说该废气再循环过渡 部分沿流动方向在所述压缩才/L后面连接到所述进气过渡部分上。

除此以外，DE 102 46 405 Al公开了 一种用于内燃机的内燃机控制 系统，其具有强制感应系统，该强制感应系统在与排气系统连接的排 气管中具有废气涡轮机，并且在与进气系统连接的进气管中具有进气

涡轮机。沿流动方向在所述废气涡轮机之前，从所述排气系统中分支 出废气再循环系统的废气再循环管。此外，该废气再循环系统设有受 控的废气再循环冷却器。

另外，DE 101 01 343 Al公开了 一种在内燃机上进行废气再循环调 节的方法，该内燃机具有增压装置、废气再循环管路以及废气再循环阀门。该内燃机具有带有增压装置的涡轮机的排气管路以及带有增压 装置的压缩机的进气管路。沿流动方向在所述涡轮机之前，从所述排 气管路中分支出所述汇入进气管路中的废气再循环管路。 发明内容

在这种背景前面，本发明的任务是改进开头所述类型的方法，以 便实现了大量废气再循环。

所述任务利用一种用于运行内燃机、尤其用于轿车柴油发动机的 废气再循环装置的方法得到解决，其中该废气再循环装置具有与所述 内燃机的进气口连接的进气管路并具有与该内燃机的排气口连接的排 气管路，其中在所述排气管路中布置了一个涡轮机，该涡轮机驱动布 置在所述进气管路中的压缩机，并且其中所述排气管路通过沿流动方

i,其中在所述内燃机运行时废气可以通过所述废一气再循环管路从所 述排气口回流到所述进气口中，并且其中不仅在内燃机的低负荷范围 内、而且在全负荷范围内都打开所述废气再循环管路，以实现废气的 回流。

所述按本发明的方法对于一种构造为利用燃烧的部分均质化来工 作的轿车柴油发动机的内燃机尤其在一种低压废气再循环装置上可以 十分有利地得到应用，因为通过这种方式在该内燃机的所有负荷范围 内都可以调节出对部分均质化有利的高废气再循环率。由此可以有利

地显著降低内燃机的NOx及颗粒排放。

按照本发明的第一种方案，在所述类型的方法中，在内燃机的从 900到3000转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从0到6bar 的平均压力下，废气再循环率为0到70%。比如在对输入到进气管路 中的新鲜空气进行强烈节流的情况下来达到这些数值。平均压力就是 在气缸中在整个工作循环上在存在的压力，其中该平均压力不取决于 内燃机的大小。该平均压力在进气、压*、排气和燃烧过程中平均地 存在于气缸中。该平均压力计算如下：

平均压加/6『(U257x^^

根据本发明的第二种方案方案，在所述类型的方法中，在内燃机 的从900到3500转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从6到

6Ubar的平均压力下，废气再循环率为30到70。/。。比如在对新鲜空气 进行弱的节流的情况下达到这些数值。

根据本发明的第三种方案，在所述类型的方法中，在内燃机的从 900到4000转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从15到 20bar的平均压力下，废气再循环率为10到30%，从而即使在全负荷 范围内也达到一个明显的废气再循环率。

按照本发明的第四种方案，在所述类型的方法中，在内燃机的从 900到4500转/分钟的转速范围内并且在内燃才几的气缸中的从15到 25bar的平均压力下，废气再循环率为0到10%。以此即使内燃机的全 负荷范围内也实现了显著的废气再循环。

由于所述在涡轮机后面从排气管路中分支出来的废气再循环管 路，按本发明的废气再循环装置因而是一种低压废气再循环装置。而 在一种高压废气再循环装置上，废气则在涡轮机前面从排气管路中提 取，其中与这种高压废气再循环装置相比，上述废气再循环装置具有 显著优点，即内燃^U的全部的废气量都流过内燃机的包括涡轮机和压 缩机的废气涡轮增压器。由此实现了废气涡轮增压器非常高的效率，

行。比如试验表明Ji具有低i废气再;环i置的四紅发动机上: <在

发动机空转时可以实现大约110000转/分钟的涡轮增压器转速，与此相 反，在相同的试验装置上在使用高压废气再循环装置的情况下仅仅可 以实现大约70000转/分钟的涡轮增压器转速。此外，与高压废气再循 环装置相比，显著降低了内燃机的还要排放到环境中的废气中的烟和 氮氧化物。利用按本发明的在所述进气管路中的节流机构，优选可以 即使在无压力时或者仅仅以一个非常低的压力导回的废气调节出高的 废气再循环（AGR)率。其中，该废气再循环率是对在由内燃机吸入 的废气-新鲜空气-混合物中的废气份额进行衡量的一个尺度；它可以以

简单的方式按如下方';i来确定：

蜜=^40尺时所吸入的新鲜空气质量-带有^GA时所吸入的新鲜空气质量 卒- ^Gi?时所吸入的新鲜^气质量

尤其有利的是，在这种情况下为确定所述废气再循环率仅仅必须 检测出相应吸入的新鲜空气量。利用按本发明实现的对新鲜空气的节 流有利的是可以达到很高的高达大约70%的废气再循环率。通过对新

7鲜空气的节流产生一个相对的低压，并且导致被再循环的废气的吸入。 特别有利的是，利用本发明可以在一个在宽的界限内任意的数量范围 内和在废气再循环装置的整个综合特性曲线内、在作为内燃^L的轿车 柴油发动机上比如在高达大约4500转/分钟的转速的情况下实现废气 再循环。所述按本发明的废气再循环装置可以有利地实现内燃机非常 早的喷射开始以及一种部分均质的运行。内燃机的废气排放4艮小。此 外，在输送给内燃机的具有废气-新鲜空气-混合物的（吸入）空气中， 新鲜空气和再循环的废气进行了良好的混合。

原则上，所述节流才几构可^f壬意构造而成，比如它可以是可调节的 阀门。与此相反，为在制造成本低的情况下实现废气再循环装置的高 运行可靠性，特别优选该节流机构按照本发明的一种优选的改进方案 具有节流阀。

比如可以考虑所述节流机构直接布置在所述废气再循环管路汇入 进气管路中的汇入区中。与此相反，在对所述废气再循环装置的-比如 也为模块化的-结构进行筒化的情况下，按照本发明的另一种优选的改 进方案，所述节流机构沿流动方向布置在所述废气再循环管路汇入进 气管路中的汇入口之前。

如果仅仅以很小的设计开销同时实现高运行可靠性，则可以按照 本发明的另一种优选的改进方案检测新鲜空气质量，其中利用所述新 鲜空气质量来确定上述废气再循环率，如果沿流动方向在所述废气再 循环管路汇入进气管路中的汇入口之前布置空气质量测量仪。优选所

述空气质量测量仪包括热膜空气质量传感器；但作为替代方案，它比

如也可以具有旋转活塞气量计或者在Deguflow名称下y^知的流量计。

可以优选进一步降低内燃机的有害物质排放，方法是：按照本发 明的另一种改进方案在排气管路中在涡轮机和废气再循环管路的支路 之间布置颗粒过滤器。由于所述废气再循环管路的沿流动方向布置在 该颗粒过滤器后面的支路，可以通过所述废气再循环管路导回温度较 低且较为干净的废气。

按照本明的另 一种优选的改进方案，在排气管路中沿流动方向在 所述废气再循环管路的支路后面布置可调节的节流机构。利用一种这 样的节流机构可以额外地以简单的方式截住所迷排气管路中的废气， 并且由此提高被导回的废气的份额。原则上，用AGR泵也可以达到相

8应的效杲，但在设计上的开销更大。此外，沿流动方向在颗粒过滤器 后面截住废气，这有利地导致在所述废气再循环装置的整个综合特性 曲线范围内温度的升高，由此可以改善所述颗粒过滤器的再生。

附图说明

本发明可以有大量的实施方式。为进一步说明其基本原理，在附
图中示意示出了其中一些实施例，并且在下面进行了说明。其中： 图l是具有废气再循环装置的内燃机，并且 闺2是不同的废气再循环率-区域的图解视图。 在所有的附图中，相应的元素用相同的附图标记来表示。 具体实施方式
图1示出了一个废气再循环装置1,该废气再循环装置l用乎构造 为具有废气涡轮增压器2的轿车柴油发动机的内燃机3。此外，该内燃 机3具有四个气缸4，这些气缸4分别具有用于吸入的空气的进气阀5 和用于排出的废气的排气阀6。进入到所述气缸4中的进气流用箭头7 表示。相应地，来自所述气缸4的排气流则用箭头8表示。所排出的、 通过所述排气阀6流出的废气汇合到该内燃机3的排气歧管9中。有 待输入到所述进气阀5中的空气在进气歧管10中呈扇状散开，用于分 配给单个进气阀5。
所述进气歧管IO借助于相应的进气口 11与进气阀5连接，并且所 述排气歧管9借助于相应的排气口 12与排气阀6连接。在所述进气歧 管IO上连接了废气再循环装置1的进气管路13，并且在所述排气歧管 9上连接了该废气再循环装置1的排气管路14。此外，在所述废气再 循环装置1中，所述排气管路14借助于废气再循环管路l5与所述进 气管路13连接。
在图1中，用箭头16表示废气在所述排气管路14中的流动方向。 从所述内燃机3中排出的废气在所述排气管路H中经由废气涡轮增压 器2的涡轮机17并且经由颗粒过滤器18进行导引。不仅所述涡轮机 17而且所述颗粒过滤器18布置在所述废气再循环管路15的从排气管 路14分支出来的支路19前面，其中所述颗粒过滤器l8布置在所述涡 轮机17的后面。该涡轮机17可以优选具有可变的涡轮机几何形状。
所述废气涡轮增压器2的涡轮机17驱动所述废气涡轮增压器2的压缩机20，其中该压缩机20布置在所述进气管路13中，更确切地说 沿着输送给内燃机3的空气的由箭头21表示的流动方向布置在所述废 气再循环管路15汇入所述进气管路13中的汇入口 22后面。沿流动方 向在所述压缩机20的前面并且在所述废气再循环管路15的汇入口 22 前面，布置了具有节流阀23的可调节的节流^L构24。
借助于所述节流机构24，可以对从作为所述进气管路13的组成部 分的新鲜空气管路25输送来的新鲜空气的流量进行调节。为了探测通 过所述新鲜空气管路25流来的新鲜空气质量，在所述新鲜空气管路25 中沿着由箭头27表示的新鲜空气流动方向在所述节流机构24之前布 置了空气质量测量仪26。
作为替代方案，也可以作为具有节流阀28的节流机构29沿流动 方向在所述空气质量测量仪26之前布置所述在进气管路13的新鲜空 气管路25中的节流机构。
此外，所述废气再循环装置1在所述废气再循环管路15中具有废 气冷却器30，其用于对导回的废气进行冷却。该废气冷却器30可以比 如是具有自己的冷却回路的水冷却器，该冷却回路不依赖于所述内燃 机3的冷却回路。通过这种方式，可以将导回的废气冷却到远低于100 。C。
此外，在所述进气管路13上在进气冷却管路31中布置空气冷却 器32。借助于空气冷却调节阀33可以将所述进气管路13完全或者部 分封闭，并且所述输送给内燃机3的空气同时通过支路34导入所述进 气冷却管路31中。而后，在流经所述空气冷却器32时，对空气进行 冷却，并且随着温度的降低再输送给内燃机3。在图l所示的位置中， 所述空气冷却调节阀33完全封闭所述进气管路13。所述空气冷却调节 阀33可以优选根据所述内燃机3的负荷来切换所述进气冷却管路31 ， 其中比如可以在所述内燃机3低的以及中等的部分负荷情况下绕开空 气冷却器32，也就是说打开所述空气冷却调节阀33，并且在该内燃机 3全负荷情况下关闭所述空气冷却调节阀33。
在所述废气再循环装置1的排气管路14中，沿着流动方向在所述 废气再循环管路15的支路19后面布置了具有节流阀35的可调节的节 流机构36，用于必要时额外地截住废气。来自所述废气再循环管路l5 的冷凝水逆着通过箭头37表示的在废气再循环管路15中的废气流动
10方向进行回流，该回流通过另一个较小的指向相反方向的箭头38来表示。
在图2中以图解方式示出所述在图1中示出的内燃机和废气再循 环装置的在进气区域中不同程度节流的不同废气再循环率-区域。其中， 绘出了在内燃机的气缸中以bar为单位表示的平均压力p与该内燃机 的以转/分种为单位表示的转速n的关系。该平均压力p是在气缸中整 个工作循环上的平均压力；但该压力可能在工作循环的个别区段中要 高出很多，比如该压力在燃烧时大约为200bar。
在按照图2的图表中处于下面的曲线I限定了一个区域A，在该区 域A中在内燃机的从大约900到大约3000转/分钟的转速范围内并且在 内燃机的气缸中的从大约O到大约6bar的平均压力p的情况下对新鲜 空气进行强烈节流（新鲜空气管路几乎关闭）时，所述废气再循环率 为0到70%。
处于所述曲线I上方的曲线II限定了一个区域B，在该区域B中 在内燃机的从大约900到大约3000转/分钟的转速范围内并且在内燃机 的气缸中的从大约6到大约12bar的平均压力p的情况下对新鲜空气 进行较弱的节流时，所述废气再循环率为30到70%。
另一条曲线HI限定了一个区域C，在该区域C中在内燃才几的从大 约900到大约4000转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从大 约15到大约20bar的平均压力p的情况下对新鲜空气进行弱的节流时， 所述废气再循环率为10到30%。
最后一条曲线IV限定了一个区域D，在该区域D中在内燃机的从 大约900到大约4500转/分钟的转速范围内并且在内燃机的气缸中的从 大约15到大约25bar的平均压力p的情况下，所述废气再循环率为0 到10%。
ii