專利名稱：用于支持增壓裝置的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于支持增壓裝置的設(shè)備。
背景技術(shù)：
DE 10 2006 057 247 Al涉及一種增壓裝置，在該增壓裝置中，通過蒸汽循環(huán)從內(nèi)燃機(jī)的廢氣中提取熱能以及通過渦輪機(jī)將熱能部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械能和電能。未利用的廢熱則通過單獨(dú)的冷凝器向周圍環(huán)境排出。增壓裝置尤其用于為內(nèi)燃機(jī)增壓。在排氣系中有至少一個(gè)用于工作介質(zhì)的回路的廢氣熱交換器。輸送設(shè)備在工作介質(zhì)的回路中接在至少一個(gè)廢氣熱交換器之前。工作介質(zhì)的回路包含至少一個(gè)膨脹機(jī)，通過該膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)布置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系中的壓縮機(jī)部分。由期刊“Auto,Motor und Sport(汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)動(dòng))”卷10、洸頁Λ005已知公開文本"BMW-Vierzylinder nutzt Abwarme fiir Leistungssteigerung-Motor mit Turbine (BMW-四缸利用廢熱提升功率-帶渦輪的發(fā)動(dòng)機(jī))”。根據(jù)該公開文本，內(nèi)燃機(jī)大致將在燃料中含有的能量的2/3轉(zhuǎn)化為廢熱，廢熱或被內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)吸收，或通過內(nèi)燃機(jī)的排氣系排出。迄今為止未利用的廢熱可以在內(nèi)燃機(jī)中用于提高效率至15%。為此，1.8升四缸發(fā)動(dòng)機(jī)與兩級(jí)設(shè)計(jì)的蒸汽渦輪機(jī)聯(lián)接，蒸汽渦輪機(jī)作用到1. 8升四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上。熱蒸汽通過熱交換器產(chǎn)生，熱交換器安裝在內(nèi)燃機(jī)排氣系中排氣管附近。借助水循環(huán)可以從內(nèi)燃機(jī)的冷卻回路中分支出冷卻流體。通過經(jīng)由兩級(jí)設(shè)計(jì)的蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸，可以或提高內(nèi)燃機(jī)的功率和扭矩，或可以大大降低專門的燃料消耗。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明所建議的技術(shù)方案，接下來建議一種在內(nèi)燃機(jī)的排氣系和進(jìn)氣系之間優(yōu)選用蒸汽運(yùn)行的附加回路，增壓裝置的壓縮機(jī)部分與現(xiàn)有增壓裝置優(yōu)選為廢氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)部分優(yōu)選并連或串連地布置在該附加回路中。這種技術(shù)方案既能應(yīng)用于單級(jí)增壓也能應(yīng)用于兩級(jí)增壓。在利用包括低壓級(jí)和高壓級(jí)的增壓裝置的增壓中，通過附加回路加載的附加的壓縮機(jī)部分優(yōu)選與業(yè)已存在的內(nèi)燃機(jī)的高壓級(jí)并連，因?yàn)橥ǔ２贾迷诟邏翰糠稚系膹U氣門的排氣背壓會(huì)下降。由此可以通過減少內(nèi)燃機(jī)的推出功而使效率得到改善。按本發(fā)明建議的方案的優(yōu)勢(shì)在于，一方面可以提高業(yè)已存在的可以是單級(jí)也可以是兩級(jí)的增壓設(shè)備的功率，其中另一方面同樣可能的是，減少可以是單級(jí)也可以是兩級(jí)構(gòu)造的業(yè)已存在的增壓設(shè)備的功率，這例如通過打開廢氣門實(shí)現(xiàn)。隨之而來的排氣背壓的減小，對(duì)內(nèi)燃機(jī)就其效率而言，通過減小推出功而使得效率得到改善。若如上所述通過打開優(yōu)選作為廢氣渦輪增壓器單級(jí)或兩級(jí)構(gòu)造的增壓裝置的廢氣門而發(fā)生排氣背壓的下降，隨之而來的是在保持增壓壓力時(shí)，很少或幾乎沒有廢氣在廢氣再循環(huán)的框架內(nèi)回引到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系中。為了保持或提高廢氣再循環(huán)率，設(shè)附加的廢氣再循環(huán)管路，該廢氣再循環(huán)管路在必要時(shí)將有待再循環(huán)的廢氣導(dǎo)入在附加增壓裝置的壓縮機(jī)部分之前的空氣路徑中。同樣為了調(diào)整廢氣再循環(huán)率，可以在這個(gè)附加的廢氣再循環(huán)管路中設(shè)置計(jì)量閥。為了在附加回路未激活亦即附加回路優(yōu)選蒸汽運(yùn)行的情況下確保通過附加增壓裝置的壓縮機(jī)部分不出現(xiàn)增壓空氣的回流，可以在壓縮機(jī)部分之前或之后設(shè)止回閥。同樣可以在單級(jí)或兩級(jí)構(gòu)造的、業(yè)已存在的增壓裝置的壓縮機(jī)部分之前或之后在空氣路徑中設(shè)止回閥。按本發(fā)明建議的方案的優(yōu)勢(shì)在于，例如相對(duì)由DE 10 2006 057 247 Al公開的方案，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不受影響地保持，以及尤其在特別是構(gòu)造為蒸汽回路的附加回路的功率減小時(shí)確保廢氣再循環(huán)，所述功率減小例如在內(nèi)燃機(jī)的熱機(jī)階段出現(xiàn)。同樣也可以在當(dāng)排氣背壓在排氣側(cè)由于打開的廢氣門而在增壓方向下游大幅下降時(shí)，也確保廢氣再循環(huán)。按本發(fā)明建議的系統(tǒng)相對(duì)帶有一個(gè)或多個(gè)增壓裝置例如廢氣渦輪增壓器的系統(tǒng)而言，優(yōu)勢(shì)在于，可以基于排氣背壓的下降而提高內(nèi)燃機(jī)的效率和/或提高廢氣再循環(huán)率并因而通過內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)措施就已然減少NOx粗排放物，NOx粗排放物在必要時(shí)可以額外通過在排氣系中的SCR (選擇性催化還原)單元在使用尿素溶液或尿素水溶液的情況下減少，這總體上使絕對(duì)的NOx排放物進(jìn)一步下降。


接下來借助

本發(fā)明。附圖中
圖1示意性示出了按本發(fā)明所建議的在內(nèi)燃機(jī)中用于支持增壓裝置的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式按圖1所示可知內(nèi)燃機(jī)10，該內(nèi)燃機(jī)在該實(shí)施變型中包括6氣缸16，并且其以串連方式構(gòu)造。但按本發(fā)明所建議的方案在使用利用內(nèi)燃機(jī)10廢熱的設(shè)備48的情況下并不局限于內(nèi)燃機(jī)10的6缸串連方式的這種配置，而是也包括4缸、8缸、10缸或12缸，以及那些包括不同于以V形或星形等串連方式的較小的氣缸數(shù)的內(nèi)燃機(jī)10。內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣側(cè)用附圖標(biāo)記12標(biāo)注，而內(nèi)燃機(jī)10的排氣側(cè)則用附圖標(biāo)記14標(biāo)注。為附圖所示的內(nèi)燃機(jī)10配設(shè)增壓裝置18。在附圖所示的實(shí)施變型中，尤其構(gòu)造為廢氣渦輪增壓器18的增壓裝置18包括高壓級(jí)20以及低壓級(jí)觀。因此按附圖的增壓裝置 18是兩級(jí)增壓裝置。但尤其構(gòu)造成廢氣渦輪增壓器的增壓裝置18也可以不同于附圖所示地構(gòu)造成單級(jí)的。由附圖可知，增壓裝置18的高壓級(jí)20具有高壓壓縮機(jī)部分22以及高壓渦輪機(jī)部分M。為高壓渦輪機(jī)部分M配設(shè)可以借助調(diào)節(jié)器操縱廢氣門26，廢氣門可以借助調(diào)節(jié)器操縱，并且用廢氣門可以改變通過高壓渦輪機(jī)部分M流動(dòng)的廢氣的體積流量以及因而改變?cè)趦?nèi)燃機(jī)10的排氣側(cè)14上的排氣背壓。此外，按附圖所示兩級(jí)構(gòu)造的增壓裝置還包括低壓級(jí)觀，低壓級(jí)在流動(dòng)下游接在高壓級(jí)20之后。低壓級(jí)28包括低壓壓縮機(jī)部分30和低壓渦輪機(jī)部分32。在低壓渦輪機(jī)部分32上尤其有用于外界環(huán)境的新鮮空氣的進(jìn)氣部位34。在按附圖所示兩級(jí)構(gòu)造的增壓裝置18的低壓渦輪機(jī)部分32的流動(dòng)下游有閥36。這個(gè)設(shè)計(jì)成活門形式的閥用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的效率。在制動(dòng)狀態(tài)中以活門形式構(gòu)造的閥36被關(guān)閉，因此內(nèi)燃機(jī)必需克服更高的排氣背壓工作。在內(nèi)燃機(jī)10的排氣系40中還在閥36的流動(dòng)下游設(shè)置了 SCR單元38。這個(gè)SCR 單元(SCR=選擇性催化還原)通過將尿素水溶液的尿素-0-引入內(nèi)燃機(jī)10的廢氣而將包含在內(nèi)燃機(jī)10的廢氣中的NOx成分還原成N2和H20。通過在內(nèi)燃機(jī)的排氣系40中的SCR單元38能夠在大幅減少內(nèi)燃機(jī)排氣中NOx成分方面達(dá)到在將來預(yù)期會(huì)更加苛刻的廢氣極限值。如進(jìn)一步由圖可知的那樣，在內(nèi)燃機(jī)10的排氣系40中有廢氣熱交換器42，其是附加回路48的一部分。與熱交換器42并行地有旁路46。熱交換器上的廢氣可以導(dǎo)引經(jīng)過該旁路。尤其涉及蒸汽回路的附加回路48充當(dāng)按本發(fā)明建議的利用內(nèi)燃機(jī)10的廢熱的設(shè)備。導(dǎo)引經(jīng)過旁路46或者說經(jīng)過熱交換器42的廢氣流可以通過由附圖可見的活門調(diào)離
iF. ο輸入管路50由將來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣的熱量排出(auskoppeln)的廢氣熱交換器42 延伸至配設(shè)給廢氣再循環(huán)裝置70的第一熱交換器52。在廢氣到達(dá)增壓裝置18之前，尤其是到達(dá)在附圖所示兩級(jí)構(gòu)造的增壓裝置的高壓渦輪機(jī)部分M之前，在內(nèi)燃機(jī)10的排氣側(cè) 14上將在推出沖程中相應(yīng)從內(nèi)燃機(jī)10的氣缸16推出的廢氣導(dǎo)入廢氣彎管，其中為高壓渦輪機(jī)部分M配設(shè)廢氣門26。在內(nèi)燃機(jī)10的排氣側(cè)14的廢氣彎管上有分支部位，廢氣通過該分支部位導(dǎo)入廢氣再循環(huán)裝置70。為廢氣再循環(huán)裝置配設(shè)所述通過輸入管路50作用的第一熱交換器52。尤其設(shè)計(jì)成蒸汽回路的附加回路48的在廢氣熱交換器42中加熱和汽化的工作介質(zhì)一方面通過廢氣熱交換器42以及另一方面直接通過從內(nèi)燃機(jī)的排氣側(cè)14出來的熱的廢氣在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)70的第一熱交換器52中進(jìn)一步被加熱。被加熱的或過熱的工作介質(zhì)被輸送給附加增壓裝置討的渦輪機(jī)部分56，該附加增壓裝置尤其設(shè)計(jì)成廢氣渦輪增壓器并且驅(qū)動(dòng)新鮮空氣側(cè)的壓縮機(jī)部分58。附加增壓裝置M的充當(dāng)附加回路48中膨脹機(jī)的渦輪機(jī)部分56為工作介質(zhì)亦即蒸汽放壓，其被導(dǎo)入接在膨脹機(jī)56的排氣側(cè)亦即渦輪機(jī)部分之后的冷凝器60，在工作介質(zhì)通過接在冷凝器60之后的泵62導(dǎo)入給另外的配屬于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)70的第二熱交換器64之前，工作介質(zhì)在冷凝器中液化。處于液態(tài)的工作介質(zhì)在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)70的這個(gè)第二熱交換器64中再次被加熱。為此目的，再循環(huán)的廢氣在從第一熱交換器52出來之后被汲取進(jìn)一步的能量，由此進(jìn)一步冷卻再循環(huán)的廢氣。在排出側(cè)，工作介質(zhì)從廢氣再循環(huán)裝置70的第二熱交換器64又到達(dá)排氣系40的區(qū)域，工作介質(zhì)在那里進(jìn)入廢氣熱交換器42，以便從排氣系40中的廢氣或從在第一流道44 中流動(dòng)的廢氣排出熱量以及將工作介質(zhì)進(jìn)一步加熱或汽化。新鮮空氣路徑在按本發(fā)明建議的用于利用內(nèi)燃機(jī)10的廢熱的設(shè)備48中如下所示。按附圖所示涉及一種兩級(jí)構(gòu)造的增壓裝置18，因此包括高壓級(jí)20和低壓級(jí)觀。由按附圖的實(shí)施變型可知，為高壓渦輪機(jī)部分M配設(shè)可以通過單獨(dú)的調(diào)節(jié)器操縱的廢氣門26。 低壓級(jí)28的低壓渦輪機(jī)部分32連接在高壓渦輪機(jī)部分M之后。低壓壓縮機(jī)部分30通過該低壓渦輪機(jī)部分驅(qū)動(dòng)，來自外界環(huán)境的新鮮空氣在進(jìn)氣部位34上抽吸并且在內(nèi)燃機(jī)10 的進(jìn)氣系中壓縮。在進(jìn)氣系中在低壓壓縮機(jī)部分30的流動(dòng)下游有第一增壓空氣冷卻器66， 該增壓空氣冷卻器用于將來自預(yù)壓縮的新鮮空氣的熱量排出。在第一增壓空氣冷卻器66 的流動(dòng)下游有進(jìn)氣管的另外的區(qū)段，預(yù)壓縮的新鮮空氣通過進(jìn)氣管流向高壓級(jí)20的高壓壓縮機(jī)部分22。壓縮機(jī)部分58通過優(yōu)選為蒸汽回路的附加回路48與高壓壓縮機(jī)部分22 并連。在附加增壓裝置M的壓縮機(jī)部分58的流動(dòng)下游有一止回閥76，該止回閥在附加回路48未激活時(shí)防止增壓空氣通過附加增壓裝置M的壓縮機(jī)部分58回流，從而可以保持增壓壓力。在高壓壓縮機(jī)部分22中進(jìn)一步壓縮的新鮮空氣以及通過經(jīng)由附加回路48驅(qū)動(dòng)的附加增壓裝置M的壓縮機(jī)部分58預(yù)壓縮的空氣流向設(shè)在通往內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣側(cè)12的進(jìn)氣管中的第二增壓空氣冷卻器68。如由附圖進(jìn)一步可知那樣，在附加增壓裝置M的壓縮機(jī)部分58之前有一布置在第一附加的廢氣再循環(huán)管路72的出口上的計(jì)量閥74，該附加的增壓裝置通過尤其為蒸汽回路的附加回路48加載。這個(gè)附加的廢氣再循環(huán)管路72用于保持或提高有待再循環(huán)的廢氣的廢氣再循環(huán)率，并且可以匯入在附加增壓裝置M的壓縮機(jī)部分58的入口之前的空氣路徑。但附加的廢氣再循環(huán)管路72不是強(qiáng)制性必需的。在就廢氣再循環(huán)裝置70中的廢氣而言的流動(dòng)下游，在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的第二熱交換器64之后，有已經(jīng)一系列設(shè)置的廢氣再循環(huán)管路78，該廢氣再循環(huán)管路在第二增壓空氣冷卻器68的流動(dòng)下游在進(jìn)氣側(cè)12上匯入內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣系。用按本發(fā)明建議的解決方案可以在操縱廢氣門沈時(shí)使在內(nèi)燃機(jī)10的排氣側(cè)14 上的排氣背壓下降，從而通過減少推出沖程中的推出功來降低其效率，其中，廢氣門在按附圖所示的兩級(jí)增壓裝置18中與高壓渦輪機(jī)部分M并連。隨著內(nèi)燃機(jī)10的排氣側(cè)14上的排氣背壓的下降，可以用按本發(fā)明建議的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)在保持已建立的增壓壓力的情況下只有很少或甚至沒有廢氣被弓丨回到進(jìn)氣系中。為了保持或提高廢氣再循環(huán)率，可以設(shè)第一附加的廢氣再循環(huán)管路72，其中，所述計(jì)量閥74用于調(diào)整廢氣再循環(huán)率。用按本發(fā)明建議的技術(shù)方案，用于利用內(nèi)燃機(jī)10廢熱的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，在尤其構(gòu)造為蒸汽回路的附加回路48的功率減小時(shí)，確保了內(nèi)燃機(jī)10的功率以及廢氣再循環(huán)，所述功率減小尤其出現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)10的熱機(jī)階段。按本發(fā)明建議的用于利用內(nèi)燃機(jī)10的廢熱的設(shè)備48的優(yōu)點(diǎn)還在于，與帶有一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)的增壓裝置18的系統(tǒng)相比，內(nèi)燃機(jī)的效率得到提高和/或可以影響廢氣再循環(huán)率，由此可以減少NOx粗排放物。NOx粗排放物的減少又允許了通過布置在內(nèi)燃機(jī)的排氣系40中的SCR單元進(jìn)一步降低NOx粗排放物，SCR單元設(shè)置用于在選擇性催化反應(yīng)路徑中將NOx排放物還原為隊(duì)和H20。包含在輸送給SCR單元38的廢氣中的NOx粗排放物的成分越少，通過引入尿素或尿素水溶液在排氣系40的所述SCR單元38中就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx粗排放物的更多的還原。在基于本發(fā)明的構(gòu)思方案的另一種附圖并未示出的有利的實(shí)施變型方案中，在當(dāng)前情況下也被構(gòu)造成蒸汽回路加載的渦輪增壓器的附加增壓裝置M的壓縮機(jī)部分58與單級(jí)增壓裝置的壓縮機(jī)部分或兩級(jí)增壓裝置18的壓縮機(jī)部分22、30串連。按本發(fā)明建議的技術(shù)方案可以應(yīng)用在所有使用已增壓的內(nèi)燃機(jī)10的車輛中。內(nèi)燃機(jī)10可以是汽油機(jī)、柴油機(jī)或氣體驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它們配設(shè)有用于利用內(nèi)燃機(jī)廢熱的設(shè)備48。
權(quán)利要求
1.用于利用內(nèi)燃機(jī)(10)的廢熱的設(shè)備(48)，其包括單級(jí)或多級(jí)的、尤其構(gòu)造成廢氣渦輪增壓器的增壓裝置(18 ；20、觀)，其特征在于，為單級(jí)或多級(jí)設(shè)計(jì)的增壓裝置(18 ；20,28) 配設(shè)另外的附加的增壓裝置(54)，該附加的增壓裝置包括通過附加回路(48)尤其蒸汽回路加載的膨脹機(jī)(56)。
2.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備(48)，其特征在于，所述另外的附加的增壓裝置(54)設(shè)計(jì)成渦輪增壓器，該渦輪增壓器的壓縮機(jī)部分(58)與單級(jí)或多級(jí)設(shè)計(jì)的增壓裝置(18)的至少一個(gè)壓縮機(jī)部分(24、30)并連或與它或它們串連。
3.按權(quán)利要求2所述的設(shè)備(48)，其特征在于，尤其對(duì)于兩級(jí)的增壓裝置(18；20,28) 而言，所述附加的增壓裝置(54)的壓縮機(jī)部分(58)與高壓級(jí)(20)的高壓壓縮機(jī)部分(22) 并連或與之串連。
4.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備(48)，其特征在于，所述單級(jí)或多級(jí)的增壓裝置(18；20、 28)包括廢氣門(26)，用該廢氣門能夠影響在內(nèi)燃機(jī)(10)的排氣側(cè)(14)上的排氣背壓。
5.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備(48)，其特征在于，為內(nèi)燃機(jī)(10)在排氣側(cè)(14)上配設(shè)廢氣再循環(huán)裝置(70)。
6.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備(48)，其特征在于，在廢氣再循環(huán)的流動(dòng)下游為分支部位配設(shè)第一熱交換器(52)，該第一熱交換器將來自內(nèi)燃機(jī)(10)的廢氣的熱量排出以及引入到附加的增壓裝置(54)之前的附加回路(48)的工作介質(zhì)尤其蒸汽中。
7.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備(48)，其特征在于，為附加回路(48)配設(shè)第二熱交換器 (64),該第二熱交換器將來自流過第一熱交換器(52)之后再循環(huán)的廢氣的熱量引入附加回路(48)的工作介質(zhì)尤其蒸汽中。
8.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備(48)，其特征在于，有待再循環(huán)的廢氣經(jīng)過第一附加的廢氣再循環(huán)管路(72)輸送到附加的增壓裝置(54)的壓縮機(jī)部分(58)之前的空氣路徑中。
9.按權(quán)利要求8所述的設(shè)備(48)，其特征在于，在第一附加的廢氣再循環(huán)管路(72)中布置計(jì)量閥(74)。
10.按權(quán)利要求8所述的設(shè)備(48)，其特征在于，在附加的增壓裝置(54)的壓縮機(jī)部分 (58)之前或之后或者在單級(jí)或多級(jí)的增壓裝置(18)的至少一個(gè)壓縮機(jī)部分(22、30)之前或之后裝入止回閥(76)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于利用內(nèi)燃機(jī)(12)的廢熱的設(shè)備(48)，其包括單級(jí)或多級(jí)的增壓裝置(18；20、28)。它尤其構(gòu)造成廢氣渦輪增壓器(18)。為單級(jí)或多級(jí)設(shè)計(jì)的增壓裝置(18；20、28)配設(shè)另外的附加的增壓裝置(54)，該附加的增壓裝置包括通過附加回路(48)尤其通過蒸汽回路加載的膨脹機(jī)(56)。
文檔編號(hào)F02C1/00GK102472157SQ201080035681
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者施密特 A., 班茨哈夫 B., 施特格邁爾 J., 施密特 M., 齊雄 M. 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司