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CN105008705B - 用于内燃机的排气装置 - Google Patents

用于内燃机的排气装置 Download PDF

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CN105008705B
CN105008705B CN201480009818.8A CN201480009818A CN105008705B CN 105008705 B CN105008705 B CN 105008705B CN 201480009818 A CN201480009818 A CN 201480009818A CN 105008705 B CN105008705 B CN 105008705B
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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气装置(10)，所述排气装置具有第一废气流道(14)，所述第一废气流道分配给废气涡轮增压器的涡轮的第一涡轮流道并且能被内燃机的废气穿流；具有第二废气流道(16)，所述第二废气流道至少部分地与第一废气流道(14)流体分开、能被内燃机的废气穿流并且分配给涡轮的第二涡轮流道；具有从第一废气流道(14)分岔的废气导回管路(22)；并且具有封堵元件(26)，所述封堵元件能在至少一个阻止废气从第一废气流道(14)流动到废气导回管路(22)中的第一关闭位置(1)与至少一个能实现废气从第一废气流道(14)流动到废气导回管路(22)中的第一打开位置(2)之间调整，其中，通过在各废气流道(14、16)之间的流体的连接部(30)，废气能从第一废气流道(14)分岔和能输送给第二废气流道(16)，在第一关闭位置(1)中借助于封堵元件(26)释放所述连接部并且在第一打开位置(2)中借助于封堵元件(26)封堵所述连接部。

Description

用于内燃机的排气装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气装置。
背景技术
这样的用于特别是汽车的内燃机的排气装置可以由DE 10 2008 064 264 A1作为已知所得出。排气装置包括第一废气流道(Abgasflut)以及至少部分地与第一废气流道流体分开的第二废气流道。废气流道能相应地被内燃机的废气穿流。此外，第一废气流道配设给废气涡轮增压器的涡轮的第一涡轮流道。第二废气流道配设给涡轮的至少部分地与第一涡轮流道流体分开的第二涡轮流道。这意味着，通过第一废气流道向第一涡轮流道输送并且能输送废气，而通过第二废气流道向第二涡轮流道输送或者能输送内燃机的废气。
此外，排气装置包括废气导回管路，所述废气导回管路由第一废气流道分岔。这意味着，废气导回管路在第一废气流道的分岔部位处与第一废气流道流体连接，从而在分岔部位处，废气能够从第一废气流道分岔到废气导回管路中。废气导回管路用于将内燃机的废气导回至该内燃机的进气侧，以便因此能够实现内燃机的排放少的运行。
最终，排气装置包括封堵元件。封堵元件能在至少一个阻止废气从第一废气流道流动到废气导回管路中的关闭位置与至少一个能实现废气从第一废气流道流动到废气导回管路中的打开位置之间调整。换言之，废气导回管路在至少一个关闭位置中流体封堵，从而废气导回管路不被废气穿流。废气导回管路在打开位置中流体释放，从而所述废气导回管路被废气穿流。
也由DE 10 2005 021 172 A1已知一种用于内燃机的排气装置。来自内燃机的经定义数量气缸的废气穿流第一废气流道。内燃机的剩余气缸的废气流动通过第二废气流道。设有在第一废气流道与第二废气流道之间的桥接管路。通过桥接管路能将各废气流道相互流体连接。在桥接管路中设置有第一封堵元件，借助于所述第一封堵元件能流体释放并且能流体封堵桥接管路。此外，排气装置具有废气导回管路，所述废气导回管路由第一废气流道分岔出并且具有第二封堵元件。利用第二封堵元件能流体释放并且能流体封堵废气导回管路。最后，第一废气流道在废气导回管路下游具有第三封堵元件。利用第三封堵元件能流体释放并且能流体封堵第一废气流道。该排气装置具有相对高的复杂性。此外已证实，要能够在传统的排气装置中实现内燃机的高的发动机制动功率是困难且特别耗费的。
发明内容
因此，本发明的任务在于，进一步改进开头所述类型的排气装置，使得借助于排气装置也能够按照特别不复杂的方式实现高的发动机制动功率。
所述任务通过一种排气装置来解决，所述排气装置具有第一废气流道，所述第一废气流道分配给废气涡轮增压器的涡轮的第一涡轮流道并且能被内燃机的废气穿流；具有第二废气流道，所述第二废气流道至少部分地与第一废气流道流体分开、能被内燃机的废气穿流并且分配给涡轮的第二涡轮流道；具有从第一废气流道分岔出的废气导回管路；并且具有封堵元件，所述封堵元件能在至少一个阻止废气从第一废气流道流动到废气导回管路中的第一关闭位置与至少一个能实现废气从第一废气流道流动到废气导回管路中的第一打开位置之间调整，通过在第一废气流道和第二废气流道之间的流体的连接开口，废气能从第一废气流道分流出和能输送给第二废气流道，在第一关闭位置中借助于封堵元件释放所述连接开口并且在第一打开位置中借助于封堵元件封堵所述连接开口，借助于封堵元件在第一关闭位置中至少在流体连接开口下游流体封堵所述第一废气流道，所述封堵元件能调整到第二关闭位置中，在所述第二关闭位置中阻止废气从第一废气流道流动到废气导回管路中并且释放在第一废气流道和第二废气流道之间的连接开口和第一废气流道。
为了创造一种排气装置，借助于该排气装置能够按照特别不复杂且因此简单的方式也实现内燃机的特别高的发动机制动功率，按照本发明规定，在封堵元件的第一关闭位置中释放在各废气流道之间的连接开口并且在该封堵元件的第二打开位置中借助于封堵元件封堵所述连接开口。在此，废气能通过连接开口从第一废气流道分岔并且能输送给第二废气流道。换言之，封堵元件不仅配设给废气导回管路而且配设给连接开口，借助于对于废气导回管路和连接开口共同的封堵元件在关闭位置中或者在打开位置中流体封堵所述连接开口。以有利的方式，在内燃机的发动机制动运行中，废气可以从第一废气流道流动到第二废气流道中，从而以提高的废气流加载第二废气流道并且因此加载第二涡轮流道，由此能达到更高的发动机制动功率。
封堵元件例如构成为阀元件、特别是构成为活门，其中，活门例如能绕枢转轴线在关闭位置与打开位置之间枢转。通过使用所述一个不仅用于流体封堵废气导回管路而且用于流体封堵连接开口的封堵元件，可以使排气装置的部件数量、重量和成本保持得特别低。此外，可以保证排气装置的非常高的功能实现安全性。
在本发明的特别有利的构造形式中，借助于在第一关闭位置中的封堵元件至少在流体开口下游流体封堵所述第一废气流道。这意味着，废气可以穿过第一废气流道流至连接开口，然而不继续流过第一废气流道。因为废气导回管路在所述至少一个关闭位置中也通过封堵元件封堵，废气也不可以流过废气导回管路。废气因此在连接开口的区域中通过该连接开口由第一废气流道流动到第二废气流道中，从而所有废气在连接开口下游流过第二废气流道并且与此相应地输送给第二涡轮流道，而向第一涡轮流道则不输送废气。由此在内燃机的发动机制动运行中实现特别高的发动机制动功率。该高的发动机制动功率在此能不使用附加封堵元件实现。
此外，排气装置能实现保持涡轮流道的不对称和/或使废气流道保持得较小，并且必要时甚至相互对称地构造涡轮流道和/或废气流道，但仍能实现非常高的发动机制动功率。
在本发明的另一种构造形式中，借助于在第一打开位置中的封堵元件至少在分岔部位下游流体封堵所述第一废气流道，在所述分岔部位处废气能从第一废气流道分岔到废气导回管路中。以有利的方式，在第一打开位置中也流体封堵连接开口，从而达到废气至内燃机的进气侧的特别高的废气导回率或者最大可能的废气导回率，由此特别是能够以高的程度在内燃机的点火运行中降低氮氧化物排放。
在本发明的另一种构造形式中，所述封堵元件能调整到第二打开位置中，在所述第二打开位置中相应地流体释放废气导回管路、第一废气流道以及连接开口。以有利的方式，可以在内燃机的点火运行中或者在内燃机的主行走区域中借助于第二打开位置调整废气导回率和涡轮的加载，从而也可以调整最小的废气导回率，由此能实现内燃机以低的废气排放的特别高效的运行。
在本发明的另一种构造形式中，所述封堵元件能被调整到第二关闭位置中，在所述第二关闭位置中阻止废气从第一废气流道流动到废气导回管路中并且释放在各废气流道之间的连接开口。以有利的方式，内燃机在两个废气流道中的所有废气于是流动至废气涡轮增压器的涡轮，从而通过废气涡轮增压器的压缩机在内燃机的进气侧上达到燃烧用空气的增加的压缩，由此特别是在对内燃机要求负载时或者在负载阶越时非常快速地提供转矩。
在本发明的另一种构造形式中，所述第二废气流道具有比第一废气流道大的、能被废气穿流的横截面。以有利的方式通过较小的横截面提高在第一废气流道中的废气压力，从而即使在高的增压度的情况下也可以导回废气，由此能够达到排放、特别是氮氧化物排放的特别高效的减少。
在本发明的一种备选的构造形式中，所述各废气流道的横截面构成为相同大小的。以有利的方式通过按照本发明的废气流道借助于封堵元件能调整第一废气流道的横截面的减少，从而能够升高在第一废气流道和废气导回管路中的压力，由此朝向进气侧产生相应的压差并且能够导回废气。
本发明的其他优点、特征和细节由优选的实施例的以下说明以及借助于附图1得出。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在对附图1的说明中提到的和/或在所述唯一的附图中示出的特征和特征组合不仅能应用在相应给出的组合中、而且能应用在其他组合中或在独立方案(Alleinstellung)中，而不离开本发明的范围。
附图说明
附图1以唯一的附图1局部地示出用于特别是汽车的内燃机的排气装置10的示意性剖视图，所述排气装置包括两个至少部分流体相互分开的废气流道14、16，带有由废气流道14分岔的废气导回管路22并且带有封堵元件26，借助于所述封堵元件相应地能流体封堵并且能流体释放在各废气流道14、16之间的连接开口30以及废气导回管路22和所述废气流道14、16之一。
具体实施方式
附图1以示意性剖视图示出用于未示出的内燃机的排气装置10。在此，内燃机构成为活塞往复式内燃机并且包括多个气缸。此外，内燃机包括用于将燃烧用空气导入到气缸中的进气侧和用于将废气从气缸导出的排气侧。借助于排气装置10，废气可以由排气侧引导至废气涡轮增压器的涡轮和/或引导至废气导回部中。废气可以通过废气导回部流动至进气侧。废气涡轮增压器的压缩机在进气侧上将燃烧用空气压缩。
排气装置10包括具有第一废气流道14和具有第二废气流道16的废气套管(Abgasverrohrung)12。如在附图1中通过方向箭头18表示的那样，所述两个废气流道14、16能被内燃机的废气穿流。废气流道14、16借助于废气套管12的至少一个中间壁20相互流体分开。通过废气流道14、16与排气侧的相应的流体耦合，可以给第一废气流道14分配经定义的第一数量的气缸并且因此分配来自这些气缸的废气，而给第二废气流道16分配剩余的第二数量的气缸并且因此分配来自这些气缸的废气。
排气装置10也包括废气导回部的废气导回管路22，所述废气导回部在第一废气流道14的分岔部位24处从第一废气流道14分岔出并且通入到进气侧中。借助于废气导回管路22，穿流第一废气流道14的废气能在分岔部位24处分岔，从而穿流第一废气流道14的废气溢流/旁通(ü)到废气导回管路22中。废气导回管路22用于将废气由排气装置10导回至内燃机的进气侧，通过所述废气导回管路将所导回的废气重新输送给所述气缸的至少一部分。由此可以将内燃机的排放和特别是氮氧化物排放保持在低水平，从而例如可以满足法定的废气标准。
沿废气通过废气套管12的流动方向18，在分岔部位24下游至少设置有废气涡轮增压器的在附图1中未示出的涡轮。涡轮包括涡轮壳体，在所述涡轮壳体中以能够绕转动轴线相对于涡轮壳体转动地方式容纳涡轮转子。涡轮壳体包括两个至少部分相互流体分开的涡轮流道，通过所述涡轮流道能够将废气输送给涡轮转子。废气于是可以流向并且由此驱动涡轮转子。
涡轮流道例如分别构成为螺旋通道，所述螺旋通道沿涡轮转子的周向方向在其周边上至少基本上螺旋形地延伸。涡轮流道关于其横截面构成为相互非对称或对称的。
在此，第一废气流道14被分配给涡轮流道中的第一涡轮流道。这意味着，废气流道14与第一涡轮流道流体耦合。在分岔部位24下游穿流第一废气流道14的废气因此可以输送给第一涡轮流道。
第二废气流道16被分配给第二涡轮流道。这意味着，第二废气流道16与第二涡轮流道流体耦合，从而穿流第二废气流道16的废气可以流入到第二涡轮流道中。
此外，排气装置10包括当前以活门26形式的封堵元件，所述活门能相对于废气套管12绕枢转轴线28在多个位置1、2、3、4之间枢转。在此，第一位置1借助于实线表示，而位置2、3和4借助于虚线表示。活门26的可枢转性在附图1中通过方向箭头29表示。
位置1是活门26的第一关闭位置，在所述第一关闭位置中，借助于活门26阻止废气从第一废气流道14流动到废气导回管路22中。在第一关闭位置1中，废气导回管路22被流体封堵，从而该废气导回管路不能被废气穿流。此外，在第一关闭位置1中释放在各废气流道14、16之间的连接开口30。通过构成为中间壁20的贯通开口38的连接开口30(当流体释放该连接开口时)，能够进行在第一废气流道14与第二废气流道16之间的废气交换。贯通孔38由中间壁20的壁部40限定。
此外，借助于在第一关闭位置1中的活门26在连接开口30下游流体封堵第一废气流道14。这意味着，第一废气流道14在连接开口30下游不再被废气穿流。在连接开口30上游穿流第一废气流道14的废气因此在第一关闭位置1穿过被释放的连接开口30流到第二废气流道16中，从而来自所有气缸的所有废气在连接开口30下游穿流第一废气流道16。废气从第一废气流道14向第二废气流道16中溢流/旁通在附图1中通过方向箭头32表示。因为在活门26的第一关闭位置1中封闭废气导回管路22和第一废气流道14，并且连接开口30由第一废气流道14朝向第二废气流道16敞开，发生内燃机通过废气涡轮增压器强烈增压，这伴随着高的发动机制动功率。在发动机制动运行中，没有燃料喷入到气缸中，由此内燃机作为流体机械运行。通常，以发动机制动运行来运行的内燃机具有本身已知的用于提高发动机制动功率的装置。在此，例如可以是本身已知的减压制动。通过将所有气缸的废气共同引导到第二废气流道16中可以通过涡轮的优化的入流而达到内燃机在发动机制动运行中的特别有效的增压。
附加地，排气装置10的部件数量可以保持得特别低，因为所述一个活门26不仅用于流体封堵在连接开口30下游的第一废气流道14而且用于流体封堵废气导回管路22。为此，活门26在其第一关闭位置1中以第一部分区域34伸入到第一废气流道14中并且以与此连接的第二部分区域36伸入到废气导回管路22中。在此，第一部分区域34用于流体封堵在连接开口30下游的第一废气流道14，而第二部分区域36用于流体封堵废气导回管路22。活门26的所述两个部分区域34、36相应地绕枢转轴线28枢转。
位置2是封堵元件或者说活门26的第一打开位置，在所述第一打开位置2中，流体释放废气导回管路22。在第一打开位置2中流体封堵连接开口30，从而所述连接开口不能被废气穿流。此外，在第二打开位置中，也流体封堵在分岔部位24下游的第一废气流道14，从而所述分岔部位下游的第一废气流道于是不能被废气穿流。这意味着，在分岔部位24上游穿流第一废气流道14的废气由第一废气流道14分岔出并且输送给废气导回管路22。由此调整最大可调整的废气导回率(AGR率)。
位置3是活门26的第二打开位置或者中间位置，所述活门在内燃机的主要行驶区域中调整。在第二打开位置3中不仅释放废气导回管路22而且释放第一废气流道14以及连接开口30，并且因此废气导回管路和第一废气流道以及连接开口都能被废气穿流。通过改变第二打开位置3的中间位置，内燃机的废气可以相应地分配到废气导回管路22、第一废气流道14中并且分配经过连接开口30。
活门26的位置4是第二关闭位置，在所述第二关闭位置中，流体封堵废气导回管路22并且释放连接开口30。在第二关闭位置4中也释放第一废气流道14。这意味着，在第二关闭位置中，两个废气流道14、16能被相应的废气穿流。由此例如能在内燃机的点火运行中表现改善的负载阶越(Lastsprung)，其方式为，在相应的负载要求中，所有废气仅仅通过所述两个废气流道14、16能够作用到废气涡轮增压器的涡轮上，从而可以借助于废气涡轮增压器的压缩机实现相应上升的负载压力，由此内燃机可以相应快速地提供更高的转矩。
如从附图1可看出的那样，废气流道14、16构成为非对称的。在此，第一废气流道14具有比第二废气流道16小的、能被废气穿流的流动横截面。因为废气导回管路22由第一废气流道14分岔出，所以第一废气流道14也被称为AGR流道(废气导回流道)。第一废气流道14因此特别是用于以高的压力为废气导回部提供废气。第一废气流道14的横截面特别是为废气的压力所设计，该废气的压力超过在进气侧上的压力。燃烧用空气在内燃机的进气侧上的压力通过废气涡轮增压器的压缩机提升并且为了导回废气必须被从第一废气流道14流入到废气导回管路22中的废气的压力所超过。
借助于按照本发明的排气装置10也可想到的是，将所述两个废气流道14、16关于其相应的横截面实施为对称的。通过特别是第二打开位置3相应改变，第一废气流道14的横截面仅这样减小，使得在第一废气流道14中和特别是在废气导回管路22中的废气的压力超过在进气侧上的压力。以有利的方式，通过第一废气流道14由对称性给出的较大横截面，在第一废气流道中的废气压力下降，从而具有配设给第一废气流道14的气缸的内燃机必须施加较小的功率来将废气从气缸推出到排气侧中，由此内燃机的效率上升并且同时消耗和废气排放降低。
如从附图1可看出的那样，活门26不仅配设给废气导回管路22而且配设给第一废气流道14以及连接开口30并且用于流体封堵和释放废气导回管路、第一废气流道以及连接开口。因此，排气装置10的部件数量和复杂性可以保持得特别低。
因为活门26具有非常大的调整区域，所以能够非常良好地控制和特别是调节发动机制动功率和废气导回。
为了以具有高发动机制动功率的内燃机实现排放少的运行，可以相应地将相同数量的气缸配设给废气流道14和16。不言而喻地，也可想到气缸对废气流道14和16的不均匀的分配。
为了使在排气装置10中的流动损耗保持得特别低，此外以有利的方式可以规定，活门26在主行走区域中至少基本上平行于废气通过废气套管12或者通过第一废气流道14的流动方向延伸。

Claims (5)

1.用于内燃机的排气装置(10)，所述排气装置具有第一废气流道(14)，所述第一废气流道分配给废气涡轮增压器的涡轮的第一涡轮流道并且能被内燃机的废气穿流；具有第二废气流道(16)，所述第二废气流道至少部分地与第一废气流道(14)流体分开、能被内燃机的废气穿流并且分配给涡轮的第二涡轮流道；具有从第一废气流道(14)分岔出的废气导回管路(22)；并且具有封堵元件(26)，所述封堵元件能在至少一个阻止废气从第一废气流道(14)流动到废气导回管路(22)中的第一关闭位置(1)与至少一个能实现废气从第一废气流道(14)流动到废气导回管路(22)中的第一打开位置(2)之间调整，
其特征在于，
通过在第一废气流道(14)和第二废气流道(16)之间的流体的连接开口(30)，废气能从第一废气流道(14)分流出和能输送给第二废气流道(16)，在第一关闭位置(1)中借助于封堵元件(26)释放所述连接开口并且在第一打开位置(2)中借助于封堵元件(26)封堵所述连接开口，借助于封堵元件(26)在第一关闭位置(1)中至少在流体连接开口(30)下游流体封堵所述第一废气流道(14)，所述封堵元件(26)能调整到第二关闭位置(4)中，在所述第二关闭位置中阻止废气从第一废气流道(14)流动到废气导回管路(22)中并且释放在第一废气流道(14)和第二废气流道(16)之间的连接开口(30)和第一废气流道(14)。
2.按照权利要求1所述的排气装置(10)，其特征在于，借助于在第一打开位置(2)中的封堵元件(26)至少在分岔部位(24)下游流体封堵所述第一废气流道(14)，在所述分岔部位处废气能从第一废气流道(14)分流到废气导回管路(22)中。
3.按照权利要求1或2所述的排气装置(10)，其特征在于，所述封堵元件(26)能调整到第二打开位置(3)中，在所述第二打开位置中相应地流体释放废气导回管路(22)而且流体释放第一废气流道(14)以及连接开口(30)。
4.按照权利要求1或2所述的排气装置(10)，其特征在于，所述第二废气流道(16)具有比第一废气流道(14)更大的、能被废气穿流的横截面。
5.按照权利要求1或2所述的排气装置(10)，其特征在于，所述第一废气流道(14)和第二废气流道(16)的横截面构成为相同大小。
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