[发明专利]使用用于EGR的补充压缩机的系统

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机，具体来说具有排气气体再循环的卡车柴油发动机。

发明背景

柴油发动机是用于目前在北美制造的很多卡车的动力装置。

通常，柴油发动机装备有单级或两级涡轮增压器。在涡轮增压器的一个例子中，两级涡轮增压机包括排气系统中串流关系的高压和低压涡轮机，该排气系统运行进气系统中串流关系的高压和低压压缩机来进行增压。单级涡轮增压器仅具有单个涡轮和单个压缩机。

柴油发动机的燃烧必须得到精确控制使排放最少。决定排放水平的因素中，有燃烧过程中过量氧气的存在。排气气体再循环(EGR)是将发动机的排气的一部分再循环回到发动机气缸的过程，且已经用于降低峰值燃烧温度、降低过量氧含量并降低NOx排放。

日益严格的排放规范要求增加EGR流量(flow rate)来避免使用昂贵的后处理技术。

美国公开专利申请2008/0078176和美国专利6,973,786描述了用于涡轮增压柴油发动机的发动机控制系统。这些文献描述了用于控制涡轮增压器和EGR阀的策略。

有不同的已知方法来“驱动”EGR，即确保保持相对于进入进气岐管的新鲜空气流量的足够的EGR流量。因为必须通过EGR冷却器和管道来驱动EGR气体流量，所以给定排气岐管内的可用压力，降压会降低EGR气体的最大流量。单独或组合使用的某些方法有：

a.使用空气进气节流阀，使用节流阀来限制进气空气可用于驱动EGR，但是，要以较高的燃料消耗为代价。

b.使用冷侧EGR阀(即，气动、液压、电气)或诸如簧片阀的止回阀。用在EGR气体出口端口的这些类型的阀使EGR气体流入EGR/空气混合器并防止给气升压(当高于EGR压力时)使EGR流动反向。

c.使用脉动排气岐管。排气气体压力以正弦曲线形式变化(具有峰值的脉冲和出口)。当排气气体压力处于脉冲峰值(最高值)时，其用于克服给气升压，因此形成新鲜给气与EGR气体的混合物。为了能够使用每个缸体的脉冲，排气岐管设计成允许排气流道与同相压力波关联。通常称为“分岐管”的该类型设计与分EGR热侧管(从排气岐管到EGR)结合使用，将EGR冷却器核心内的管束分开并将EGR冷管(从EGR到EGR/空气混合器)分开。

本发明人认识到需要提供一种制造成本低且运行有效且可靠的EGR驱动系统。

发明内容

本发明的示例实施例提供一种为发动机提供EGR流的系统、装置和方法。具体来说，从发动机排气向发动机空气进口驱动EGR气体流量的方法包括以下步骤：

将涡轮增压器布置在发动机上，所述涡轮增压器具有机械驱动主压缩机的排气气体涡轮机；

将第一排气气体流量引导到气体涡轮机来驱动排气气体涡轮机，该排气气体涡轮机驱动主压缩机；

使用主压缩机，压缩空气并将压缩空气引导到发动机空气进口；

布置待由气体涡轮机驱动的补充压缩机；

引导第二排气气体流量进入补充压缩机，压缩第二排气气体流量；

引导压缩的第二排气气体流量进入发动机空气进口。

根据该方法的一方面，第一排气气体流量可以是第二排气气体流量和第三排气气体流量之和，其中第三排气气体流量通过排气气体排放口排出。

该方法还可包括控制第二与第三流量的比例的步骤。

该方法还可提供选择性地关闭补充压缩机到排出气体流动的步骤。

本发明的示例性实施例提供一种用于发动机的EGR系统和/或涡轮增压器系统，该发动机具有进气空气岐管、排气岐管，排气岐管将排气气体引导到涡轮增压器，且涡轮增压器将压缩空气引导到进气空气岐管。

该系统包括排气气体涡轮机，该排气气体涡轮机具有涡轮机壳体和涡轮机壳体内固定地安装到轴上的涡轮机轮，该涡轮机壳体具有与排气气体岐管流体连通的进口和与排气气体排放管道流体连通的出口。

该系统包括主进口空气压缩机，该主进气空气压缩机具有主压缩机壳体和在主压缩机内固定地安装在轴上的主压缩机轮，该主压缩机壳体具有与进口空气流体连通的入口和与进气空气岐管流体连通的出口。

该系统包括补充压缩机，该补充压缩机具有补充压缩机壳体和在补充压缩机内固定地安装在轴上的补充压缩机轮，该补充压缩机壳体具有与排气气体岐管流体连通的入口和与进气空气岐管流体连通的出口。

涡轮机轮构造成由流过涡轮机壳体的排气气体转动。涡轮机轮的转动使轴转动，并由此使主压缩机轮和补充压缩机轮转动。主压缩机轮的转动压缩进气空气并将压缩的进气空气输送到进口空气岐管。补充压缩机轮的转动压缩排气气体并将压缩的排气气体输送到进气空气岐管。