内燃发动机系统技术方案

内燃发动机系统，包括：内燃发动机；涡轮增压器涡轮，连接到涡轮增压器压缩机；进气系统；排气系统；EGR导管；EGR阀；和布置在EGR导管中的涡轮机械。EGR阀和涡轮机械被定位在EGR导管中，使得通过EGR导管朝向进气系统的高压排气流在到达涡轮机械之前先到达EGR阀；附加的排气导管布置在EGR导管与排气系统的在涡轮增压器涡轮下游的位点之间，以允许排气在EGR导管和该位点之间流动而不通过涡轮增压器涡轮，附加的排气导管在EGR阀和涡轮机械之间的位点处连接到EGR导管，从而即使EGR阀关闭，也在涡轮机械与附加的排气导管之间提供连通；附加的排气阀被布置成与附加的排气导管连接以对通过附加的排气导管的气流提供调节。还涉及操作这种发动机系统的方法。种发动机系统的方法。种发动机系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
内燃发动机系统


[0001]本专利技术涉及一种内燃发动机系统和用于操作内燃发动机系统的方法。
[0002]本专利技术尤其可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车以及建筑设备。尽管将针对卡车来描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定车辆。

技术介绍

[0003]内燃发动机系统通常包括涡轮增压装置，其中，排气驱动与压缩机连接的涡轮，该压缩机进而压缩要馈送到发动机的进气。这种发动机系统的一个众所周知的问题是涡轮迟滞(turbo lag)，即，在机动或低负荷运行期间，涡轮增压压缩机减速之后需要花费一些时间来加速。
[0004]DE102016224192解决了这个问题，并且提出了一种发动机系统，该发动机系统设有电动压缩机形式的涡轮机械，该涡轮机械布置在进气管道中，并且经由EGR导管绕过发动机以使该涡轮增压器涡轮加速。这可能对某些发动机系统有用，但在DE102016224192中同样关注的增压压力升高的情况下并不具有显著的重要性，所提出的解决方案相当昂贵。此外，并非所有的发动机系统都能在进气管道中提供用于布置电动压缩机的空间。
[0005]因此，在这一领域需要进行改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是提供一种内燃发动机系统，该内燃发动机系统以有效的方式提供减少的涡轮迟滞。另一个目的是提供一种用于操作这种发动机系统的方法。这些目的通过根据下文所述的发动机系统和方法来实现。
[0007]在本专利技术的一个方面，本专利技术涉及一种内燃发动机系统，其包括：内燃发动机，该内燃发动机设有至少一个气缸；涡轮增压器装置，该涡轮增压器装置包括涡轮增压器涡轮，该涡轮增压器涡轮被操作地连接到涡轮增压器压缩机；进气系统，该进气系统被布置成经由涡轮增压器压缩机将进气馈送到所述至少一个气缸；排气系统，该排气系统被布置成馈送出自所述至少一个气缸的排气并且经由该涡轮增压器涡轮馈送排气以驱动涡轮增压器压缩机；排气再循环(EGR)导管，该排气再循环导管布置在排气系统的涡轮增压器涡轮上游的位点与进气系统的涡轮增压器压缩机下游的位点之间，以允许高压排气从排气系统再循环到进气系统；EGR阀，该EGR阀布置在EGR导管中，以对通过EGR导管的气流提供调节；以及涡轮机械(trubomachine)，该涡轮机械被构造成在内燃发动机系统中提供强制气流。
[0008]此外，该涡轮机械布置在EGR导管中，以允许强制气流流过EGR导管；该EGR阀和涡轮机械相对于彼此定位在该EGR导管中，使得穿过EGR导管朝向进气系统的排气流在到达涡轮机械之前先到达EGR阀；附加的排气导管布置在EGR导管与排气系统的在涡轮增压器涡轮下游的位点之间，以允许排气在EGR导管与在涡轮增压器涡轮下游的该位点之间流动而不通过涡轮增压器涡轮，其中，所述附加的排气导管在EGR阀和涡轮机械之间连接到EGR导管，从而即使EGR阀被关闭，也在涡轮机械与所述附加的排气导管之间提供连通；并且附加的排
气阀被布置成与所述附加的排气导管连接，以对通过所述附加的排气导管的气流提供调节。
[0009]总而言之，该ICE系统包括多个部分的组合，这些部分例如是涡轮增压器装置、高压EGR系统、布置在EGR导管中的涡轮机械(例如罗茨式鼓风机的EGR泵)以及特定的附加排气导管(具有阀)，参照通过EGR导管的EGR流的正常方向，该附加的排气导管在涡轮增压器涡轮下游的排气系统与在EGR阀下游和EGR泵上游的位点处的EGR导管之间提供连接。术语“位点”在本公开中用于通用地表示部位或位置或类似物。
[0010]这种内燃发动机系统对于减少涡轮迟滞是有用的，因为它可以采用以下操作方法：
[0011]‑
关闭EGR阀，以防止或至少显著地限制通过所述EGR导管的再循环排气流；
[0012]‑
打开所述附加的排气阀，以允许排气通过所述附加的排气导管流动到所述EGR导管中；以及
[0013]‑
使涡轮机械运行，以驱使已经通过涡轮增压器涡轮的排气流过所述附加的排气导管并进一步通过所述EGR导管流到进气系统。
[0014]当根据上文来操作该发动机系统时，产生了再循环回路，该再循环回路允许气体从发动机气缸再循环，通过排气系统，穿过涡轮增压器涡轮，进入排气旁通导管中，进一步进入进气系统中并返回到发动机气缸。并且，由于该涡轮机械运行以驱动气流，因此，即使通过发动机系统的总气流很小，也能够在该再循环回路中实现高的气体流量。进而，该再循环回路中的高的气体流量意味着涡轮增压器涡轮能够保持在较高的转速下，或者，如果允许减速，则能够迅速加速。所产生的再循环回路增大了涡轮压力比和涡轮速度，并且还通过减少气体交换功来减少发动机机动摩擦。简而言之，主要效果在于，能够在机动或低负荷情形下减少或避免涡轮迟滞。
[0015]在一个实施例中，该内燃发动机系统还包括至少一个主阀，该至少一个主阀被布置成调节通过该内燃发动机系统的总气流。该主阀可以为进气节流阀/ITV和/或排气阀/CLB的形式。那么，该方法还可以包括以下步骤：
[0016]‑
部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀以减少通过该内燃发动机系统的总气流。
[0017]通过根据具有附加步骤的上述方法来操作上述发动机系统，提供了附加优点：即，可以避免使布置在涡轮下游和所述附加的排气导管下游的排气后处理系统(EATS)冷却，这是因为能够显著地减小通过该EATS的冷排气的流量。大多数内燃发动机系统设有以这种方式布置的EATS以及上述类型的主阀，因此对于大多数发动机系统来说，上述发动机系统和方法提供了双重有利效果。可以注意到，减少涡轮迟滞的效果不依赖于任何EATS的存在。
[0018]上述内燃发动机系统的另一优点在于：可以免于设置例如具有标准涡轮安装式废气门的常规涡轮旁路，因为所述附加的排气导管和对应的阀能够通过在EGR阀和所述附加的排气阀二者均打开的情况下操作该发动机系统来代替常规部件。在这种情况下，使用罗茨式鼓风机或类似形式的涡轮机械是有用的，因为这种鼓风机还可以用作附加的EGR阀，并因此在(一部分)排气被馈送通过EGR导管的一部分并且进一步被馈送通过所述附加的排气导管时关闭EGR导管(在更靠近进气系统的位点处)，从而绕过该涡轮。
[0019]EGR阀和所述附加的排气阀(“废气门”)可以组合在一个多路阀(通常是三通阀)
中，该多路阀布置在所述附加的排气导管与EGR导管连接的位置处。
[0020]优选对所述主阀(即，通常是进气节流阀和/或主排气阀)、以及涡轮机械/EGR泵的驱动速度进行适当地控制，以避免在涡轮增压器压缩机中出现喘振。为了避免与压缩机喘振有关的问题，可能有利的是在进气系统中布置涡轮增压器压缩机的再循环导管，该再循环导管允许进气再循环到压缩机中并且为该导管提供压缩机再循环阀(有时被表示为排放再循环阀，DRV)，以控制所述再循环。这将在下面进一步描述。
[0021]在一个实施例中，所述至少一个主阀包括进气节流阀，该进气节流阀在进气系统中布置在涡轮增压器压缩机下游。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内燃发动机系统(1)，包括：
‑
内燃发动机(2)，所述内燃发动机(2)设有至少一个气缸(3)；
‑
涡轮增压器装置(4)，所述涡流增压器装置(4)包括涡轮增压器涡轮(5)，所述涡轮增压器涡轮(5)被操作地连接到涡轮增压器压缩机(6)；
‑
进气系统(7)，所述进气系统(7)被布置成经由所述涡轮增压器压缩机(6)将进气馈送到所述至少一个气缸(3)；
‑
排气系统(8)，所述排气系统(8)被布置成馈送出自所述至少一个气缸(3)的排气并且经由所述涡轮增压器涡轮(5)馈送排气以驱动所述涡轮增压器压缩机(6)；
‑
排气再循环(EGR)导管(10)，所述排气再循环导管(10)布置在所述排气系统的所述涡轮增压器涡轮(5)上游的位点(11)与所述进气系统(7)的所述涡轮增压器压缩机(6)下游的位点(12)之间，以允许高压排气从所述排气系统(8)再循环到所述进气系统(7)；
‑
EGR阀(13)，所述EGR阀(13)布置在所述EGR导管(10)中，以对通过所述EGR导管(10)的高压排气流提供调节；以及
‑
涡轮机械(9)，所述涡轮机械(9)被构造成在所述内燃发动机系统(1)中提供强制气流，其特征在于，
‑
所述涡轮机械(9)布置在所述EGR导管(10)中，以允许强制气流流过所述EGR导管(10)；
‑
所述EGR阀(13)和所述涡轮机械(9)相对于彼此定位在所述EGR导管(10)中，使得穿过所述EGR导管(10)朝向所述进气系统(7)的高压排气流在到达所述涡轮机械(9)之前先到达所述EGR阀(13)；
‑
附加的排气导管(16)布置在所述EGR导管(10)与所述排气系统(8)的在所述涡轮增压器涡轮(5)下游的位点(17)之间，以允许排气在所述EGR导管(10)与在所述涡轮增压器涡轮(5)下游的所述位点(17)之间流动而不经过所述涡轮增压器涡轮(5)，其中，所述附加的排气导管(16)在所述EGR阀(13)和所述涡轮机械(9)之间的位点(27)处连接到所述EGR导管(10)，从而即使所述EGR阀(13)被关闭，也在所述涡轮机械(9)与所述附加的排气导管(16)之间提供连通；并且
‑
附加的排气阀(18)被布置成与所述附加的排气导管(16)连接，以对通过所述附加的排气导管(16)的气流提供调节，
‑
其中，所述内燃发动机系统(1)设有排气后处理系统(EATS)(21)，所述排气后处理系统(21)布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游，并且也在所述附加的排气导管(16)下游。2.根据权利要求1所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述系统(1)还包括至少一个主阀(14、15)，所述至少一个主阀(14、15)被布置成调节通过所述内燃发动机系统(1)的总气流。3.根据权利要求2所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述至少一个主阀包括进气节流阀(14)，所述进气节流阀(14)在所述进气系统(7)中布置在所述涡轮增压器压缩机(6)下游，和/或其中，所述至少一个主阀包括主排气阀(15)，所述主排气阀(15)布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游并且也在所述附加的排气导管(16)下游。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述EGR阀(13)和所述附加的排气阀(18)是分开的阀，所述分开的阀分别布置在所述EGR导管(10)和所述附
加的排气导管(16)中或者与所述EGR导管(10)及所述附加的排气导管(16)连接，或者其中，所述EGR阀(13)和所述附加的排气阀(18)形成公用多路阀的一部分，所述公用多路阀被布置成同时与所述EGR导管(10)和所述附加的排气导管(16)连接。5.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述进气系统(7)设有压缩机再循环导管(19)，所述压缩机再循环导管(19)在所述涡轮增压器压缩机(6)的上游和下游连接到主进气通道，其中，所述压缩机再循环导管(19)设有压缩机再循环阀(20)，所述压缩机再循环阀(20)用于控制通过所述压缩机再循环导管(19)的空气流。6.根据权利要求3所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述至少一个主阀包括布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游并且也在所述附加的排气导管(16)下游的所述主排气阀(15)，并且其中，所述EATS(21)布置在所述主排气阀(15)下游。7.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：