排气管理系统的制作方法

本发明涉及排气管理系统，该系统允许通过位于排气管路的下游的单个集成模块进行冷却排气再循环以及热回收。

另外，本发明涉及推进系统，其中，冷却的排气再循环至内燃发动机的进气歧管。

背景技术：

借助于内燃发动机的自然吸气推进系统是当今已知的，该系统具有冷却排气再循环以及热回收的功能。这例如借助于用于这些功能中的每个功能的对应的热交换器来实现。

特别地，所述热交换器中的一个热交换器允许排气的冷却以及随后的排气再循环至发动机的进气歧管。所述热交换器或egr(排气再循环)交换器靠近自然吸气发动机定位，其中，再循环阀或egr阀放置在所述egr交换器与自然吸气发动机的进气歧管之间。

egr交换器靠近发动机的进气歧管的定位是由于以下事实：将气体引入到进气歧管中需要再循环气体中的过压，使得气体可以克服在egr热交换器中发生的压降并且更进一步地建立起可以借助于egr阀进行控制的流入率，以使其与来自大气的空气适当混合。

另外，在靠近排气的地方设有热交换器，非再循环排气在该热交换器中被冷却，从而在将其排入大气之前从该气体中回收热量。回收的热量具有多种应用，比如提高车辆客舱的温度或在启动后提高发动机的温度以使发动机能够尽快达到其标称温度。

在这种情况下，热交换器用作热回收单元，并且必须引起最低的压降以便不增加排气压力，这将降低发动机性能。在这种情况下，已经传递了热量的冷却气体最终被排放到大气中。

术语“排气管路”将在整个说明书中使用，并且必须将其解释为允许将排气从内燃发动机的排气歧管驱动到大气中的一组元件。在装有内燃发动机的车辆中，所述发动机位于车辆的前部，而排气的排放在车辆的后部进行。因此，排气管路从内燃发动机所处的前部位置延伸到后部。排气管路的主要元件是排气管。

在排气管路中的所有元件中，有些元件、比如颗粒过滤器和/或催化转化器靠近发动机并因此靠近排气管路的端部，而另一些元件、比如消声器和谐振器则位于相反的端部处。后者将被认为是具有非常小的压降的元件并且处于接近大气压的压力。端部之间或者在靠近一个端部的元件与靠近相反端部的元件之间的附接通常利用排气管建立，该排气管沿车辆的长度方向延伸，并且该排气管使用可变形的中间元件以在端部处实现合适的附接，从而使发动机的振动运动与位于可变形元件另一侧的其余部件脱离开。

热回收单元位于排气管路的下游是令人感兴趣的，因为发动机室内的空间非常有限。

通过用作egr交换器和热回收单元两者的单个热交换器来整合两种功能是已知的。该策略对应于现有技术中的最先进的领域之一，因为它省去了热交换器中的一个热交换器，从而允许减少推进系统中存在的元件。

但是，用作egr换热器和热回收单元的这种单个换热器必须在适当的条件下运行才能实现这两种功能；特别地，这种单个换热器必须位于排气管路的压力足够高的位置，以允许将再循环的气体供入进气歧管中。

在结合有涡轮增压器的内燃发动机中，通过单个热交换器对功能进行类似的整合是已知的。利用这种构型，如果涡轮增压器始终确保有足够的再循环气体和空气混合压力以使空气通过进气歧管进入，则该交换器允许将两种功能组合在一起。在这种情况下，用于管理再循环气体的阀必须远离进气歧管定位并且位于在涡轮增压器之前。

然而，鉴于带有涡轮增压器的内燃发动机的行为与自然吸气发动机的行为不同，这种解决方案是无效的。

因此，在自然吸气发动机的情况下，现有技术中已知的解决方案不允许对功能进行正确地整合，或者要求热交换器定位在排气管路中发生高热疲劳的地方。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提出了一种解决方案，该解决方案允许适当地整合冷却排气再循环以及从所述排气中回收热量的功能，从而防止元件重复，这种元件重复增加了系统的重量和车辆中用于安装自然吸气汽油内燃发动机的所述系统所需的空间，从而使本发明解决了上述问题。

尽管存在以上考虑的技术问题，第一发明方面涉及一种排气管理系统，该排气管理系统建立了一种构型，该构型包括：

-排气管，该排气管包括：

第一端部，该第一端部能够连接至内燃发动机的排气歧管，

第二端部，该第二端部通向大气；

-热回收模块，该热回收模块包括：

热交换器，该热交换器呈带有排气管的旁通构型，其中，热交换器具有第一入口/出口端口和第二入口/出口端口，其中，第一端口是最靠近排气管的第一端部的端口，而第二端口是最靠近排气管的第二端部的端口；

旁通阀，该旁通阀具有至少两个端部位置，第一端部位置建立了排气通过热交换器的通道，并且第二端部位置建立了气体通过排气管的通道。

如所指出的，排气管是排气管路的主要元件，并且当排气管被安装在包括内燃发动机的驱动装置中时，排气管在运行模式下将排气从内燃发动机输送到大气。

根据实施方式，排气管可以包括插入其中的其他元件、比如颗粒过滤器或消声器，从而产生排气管路。

热回收模块具有热交换器，该热交换器具有使再循环至内燃发动机的进气歧管的气体冷却的第一功能，并且作为热回收单元，该热交换模块在将排气排放到大气中之前从排气中除去热量。旁通构型允许热交换器的暂时性使用，使得气体可以在不穿过热交换器的情况下直接排放到大气中。

在该旁通构型中，热交换器相对于排气管的部段以平行构造布置，并且热交换器分别借助于第一端口和第二端口连接至该排气管。在本发明的优选实施方式中，第一端口和第二端口借助于歧管——进气歧管或排气歧管——进行构造。同样，对于其他中间元件而言，也可以被布置在基本元件之间的连接中。

在整个说明书中，第一端口将被标识为最靠近排气管的第一端部的端口，而第二端口将被标识为最靠近排气管的第二端部的端口。

根据旁通阀的位置，将描述以下实施方式，其中，第一端口将是进入热交换器的入口端口，而第二端口是出口端口；并且将描述以下其他实施方式，其中，热交换器中的循环方向改变，第一端口是出口端口，而第二端口是入口端口。

根据本发明的实施方式，旁通阀的部分打开允许对转移到热交换器的气流以及可能在排气管路中产生的相对于大气压力的过压进行调节。

另外，本发明的特征在于，热回收模块与排气管的第二端部相邻，并且所述管理系统包括：

-再循环排气的再循环管道，该再循环管道能够连接至内燃发动机的进气歧管，

其中，在运行模式下，再循环管道在热回收模块的热交换器的出口与进气歧管之间建立流体连通，

-阀，该阀用于调节在运行模式下穿过再循环管道的再循环气流，该阀定位成与进气歧管相邻。

在说明书的开头，已经确定了排气管的两个端部：与排气管路的起点相对应的端部，该端部由内燃发动机的排气歧管馈入，此处压力最大；以及排气管路的终端端部，该端部旨在将排气排放到大气中，此处压力接近大气压。

同样，已建立的是，排气管的第二端部可以具有诸如消音器和/或谐振器之类的部件，考虑到这两个部件中的压降很小、相对于可能位于排气管中的其他部件可以忽略不计。因此，在本发明的上下文中，定位在排气管的第二端部附近的条件意味着接近在接近大气压的压力条件下将排气排放到大气中的端部，但是可能存在诸如在所述端部附近的点与气体排入大气的出口之间的消音器和谐振器之类的元件；即，如果存在的话，消声器和谐振器将定位在热交换器的下游。

针对描述现有技术时发现的技术偏见，本发明将交换器——其功能之一是冷却进入内燃发动机的进气歧管中的再循环气体——放置在排气管的端部附近，此处压力接近大气压。

接近大气压的压力应当被理解为在大气压与高于大气压5％之间的范围内。

位于该点处的交换器具有非常低、接近大气压的压力，出乎意料地，借助于实验已证明，该交换器能够在运行条件下将egr气体馈送至自然吸气汽油发动机。

用于调节气流的阀允许控制通过发动机的进气口进入的再循环气体，以使其与空气混合。根据将在下面描述的各种实施方式，阀可以设置在特定位置，这增加了发动机的响应速度。

本发明的第二方面是一种推进系统，包括：

-自然吸气汽油内燃发动机，其中，所述发动机包括：

进气歧管，以及

排气歧管；

-根据第一发明方面的实施方式中的任何实施方式的排气管理系统，

其中：

-排气再循环管道连接至进气歧管，并且

-排气管的第一端部连接至排气歧管。

即，推进系统包括自然吸气汽油发动机，其中并入了排气管理系统，该排气管理系统允许如所述的再循环气体馈送和热回收。

附图说明

参照附图，基于优选实施方式的以下详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得更加明显，所述优选实施方式仅通过非限制性的说明性示例给出。

图1示意性地示出了类似于现有技术中已知的那些排气管理系统。

图2示意性地示出了本发明的第一实施方式，其中，旁通阀位于热交换器的第二端口的一侧上。

图3示意性地示出了本发明的第二实施方式，其中，用于调节再循环气流的阀位于非常接近内燃发动机的气缸的馈送口的区域中，该内燃发动机将阀结合在发动机缸体中。

图4a和图4b分别示意性地示出了根据前图所示的实施方式的用于调节再循环气流的阀的实施方式的正视图和俯视图。

图5示意性地示出了本发明的第三实施方式，其中，旁通阀位于热交换器的第一端口的一侧上。

图6示意性地示出了本发明的第四实施方式，其中，再循环管道和用于调节再循环气流的阀包括两个联接接合部，所述两个联接接合部在给定的系统大小的情况下允许更容易的安装。

具体实施方式

根据第一发明方面，本发明涉及一种排气管理系统，该系统允许使适当冷却的排气进行再循环，特别是在自然吸气汽油发动机中允许使适当冷却的排气进行再循环；并且该系统允许从排气中回收热量，否则所述热量将最终排放到大气中。

根据第一发明方面，已证实在汽油发动机中使用egr气体馈送装置具有所示的多种优点：

-当发动机在低负荷运行中工作时，进气阀的节气门必须关闭，以允许对于确保化学计量比混合物而言绝对必要的空气的进入。然而，该节气门的关闭导致负压，并因此导致压降，从而降低了发动机的容积效率。通过引入egr气体，进气阀必须增加其开度、增加容积效率，并因此使发动机的运行条件接近其最佳条件。

-已经观察到的是，一旦那些使自爆趋势降低的条件得到保证，燃料与空气和再循环排气的混合物的加热能力被最大化，并且

-消除了比这些发动机中通常使用的空燃比高的燃料的多余潜力，从而冷却了排气，因为其可能会损坏排气部件。

图1示出了根据现有技术的排气管理系统的实施方式。该图示意性地示出了内燃发动机1，该内燃发动机包括：至少一个进气歧管1.1，所述至少一个进气歧管用于使空气进入到燃烧腔室1.3中；以及排气歧管1.2，来自燃烧腔室1.3的热气体通过该排气歧管1.2离开。

不含氧气或含有微量氧气的热气体最终通过排气管路排入大气中。排气管路包括排气管4，该排气管在第一端部4.1处具有第一组气体处理元件2、3，比如颗粒过滤器2或催化转化器3。

该第一组元件2、3靠近内燃发动机1，并且因此处于高压下，该组离排气歧管1.2越远，则压力越小。

借助于不连续线示出了两种选择，其中，再循环管道7在高温且压力大于大气压的情况下吸收一部分排气，并且在利用egr气体的热交换器10降低其温度后将其驱动至进气歧管1.1。

排气管路的围绕该第一组元件2、3定位的点处的高压允许通过再循环管道7的再循环气体借助于阀8以给定的流量引回到进气口中，该阀用于调节再循环气体。

其余未再循环的气体沿着排气管路通过排气管4继续其路径，直到到达通向大气的第二端部4.2，此处压力为大气压。

在排气管路的第一组元件2、3之后，图1示出了第一可变形元件5以及内燃发动机1和排气管路的其余部分，该第一可变形元件对第一组元件2、3之间的运动建立了一定程度的独立性，从而防止例如将发动机的振动绝大部分地传递至排气管路的位于下游的其余元件。特别地，它防止了将振动传递至排气管4的长形部段，该长形部段经过车辆的下方，该车辆并入了内燃发动机1以及诸如上述的排气管理系统，从而到达通向大气的第二端部4.2。

同一图在排气管路的一个端部处示出了热回收模块6，该热回收模块由热交换器6.1以旁通构型形成，其具有排气管道4和旁通阀6.2。

旁通阀6.2具有至少两个端部位置，第一端部位置建立了排气通过热交换器6.1的通道，而第二端部位置建立了气体通过排气管4的通道。

在第一端部位置，来自排气的热量被转移到通常为液态冷却剂的热流体中，以用于以下应用：比如在内燃发动机启动时提高温度以使其可以尽快达到标称温度从而加热客舱，或用作用于朗肯循环的热源。

该热回收单元模块6独立于egr热交换器10，并且对内燃发动机1的进气歧管1.1中的压力没有任何影响。

本发明的第一实施方式

图2示出了本发明的第一实施方式，其中省去了正位于进气歧管1.1的入口处的用于egr气体的特定热交换器10，并且回收模块6的交换器被建成既用于回收热量又用于冷却循环egr气体的热交换器。其余与图1相同的元件被认为在描述根据现有技术的系统时已经描述了。

为此目的，交换器的出口建在第二端口6.1.2中，并与阀8连通，以借助于再循环管道7调节再循环气体流量。

尽管该热回收模块6定位成与排气管4的第二端部4.2相邻且压力接近大气压，但令人惊讶地被证实的是，在自然吸气汽油发动机中，当用于调节再循环气体流量的阀8打开时，已经观察到气体相对于所建立的目标以足够的流量流动。

在图2所示的构型中，旁通阀6.2根据排气管4中的流动方向位于下游，即在热交换器6.1的冷侧，该侧与本实施方式中的第二端口6.1.2对应。

当旁通阀6.2如图2中所示时，在第二端部位置中，排气可以直接通过排气管4进入大气。然而，一部分排气可能会通过位于第一端口6.1.1中的交换器的入口进入，穿过该交换器6.1、传递热量并降低其温度，然后从相反端部处通过热交换器6.1的端口6.1.2离开以继续通过再循环管道7到达阀8，以调节进入进气歧管1.1的再循环气流。在该实施方式中，根据排气管4的方向，交换器6.1的通过第一端口6.1.1的入口位于最靠近内燃发动机1的端部处，而交换器6.1的通过第二端口6.1.2的出口位于最靠近进入大气的出口的端部处。

在该实施方式和以下描述的所有实施方式中，热交换器6.1的第一端口6.1.1是歧管，并且热交换器6.1的第二端口6.1.2也是歧管。

当旁通阀6.2处于根据图2表示为竖向定向的第一端部位置时，排气无法穿过与热交换器6.1平行布置的部段中的排气管4，并且必须要经过所述热交换器6.1。在穿过热交换器6.1时传递热量、降低其温度后，该气体：

-返回至排气管4以排入大气中，或者

-该气体的一部分被驱动通过再循环管道7以进入内燃发动机1的进气歧管1.1。

第一种选择的目的是回收原本会最终浪费在大气中的热量，而第二种选择允许在进气口处引入较低温度的排气，从而获得egr系统的已经描述的特性优势。

该图示意性地显示了进气歧管1.1中的分配导轨9，该分配导轨允许将空气和再循环气体的混合物直接分配至每个燃烧腔室1.3的入口，从而提高所有燃烧腔室的馈送条件均匀性。

根据另一实施方式，再循环管道7包括第二可变形元件7.1，该第二可变形元件也允许使所述再循环管道7的端部之间的运动、例如由于长形元件的膨胀而导致的运动独立，这种长形元件利用固定附接件连接至定位在其两个端部处的装置，或者该第二可变形元件用于使发动机的振动相对于定位在排气管4的第二端部4.2处的部件分离开。

使用分配导轨9的特定解决方案、使用第二可变形元件7.1的特定解决方案、或者同时使用两种特定解决方案，都适用于本文中所述的任何实施方式。

特别地，根据其他实施方式，第一可变形元件5、第二可变形元件7.1或这两者都是弹性的。

根据其他实施方式，第一可变形元件5、第二可变形元件7.1或这两者都被构造成类似波纹管。

本发明的第二实施方式

图3示意性地示出了第二实施方式，其中大多数元件已经在第一实施方式中描述了，因此下面将仅描述那些相对于第一实施方式不同的元件。

在该实施方式中，用于调节再循环气流或egr气体的阀8已被安装结合在发动机缸体b中，从而避免了某些零件的制造，因为阀8的一些表面由所述发动机缸体b形成，并且最重要的是阀8定位成甚至更靠近燃烧腔室1.3，从而大大减少了将再循环气体馈送至内燃发动机1的进气口时的响应惯性。

所述图3还示出了第一附接接合部i1，该第一附接接合部允许在再循环管道7与发动机缸体b之间进行附接，使得再循环管道7和结合在所述发动机缸体b中用于调节再循环气流的阀8处于流体连通中。

图4a和图4b分别示意性地示出了根据前图中所示的示例的阀8的实施方式的正视图和俯视图。图4a示出了具有壳体8.2的发动机缸体b的截面图，固定在发动机缸体b的上表面上的阀8被容置在该壳体中。因此，壳体8.2就形成在发动机缸体b上而不必制造特定零件，而阀8的致动器8.1以及封闭元件被固定至发动机缸体b。

图4b示意性地示出了进入燃烧腔室1.3的入口1.3.1，该入口非常靠近用于调节再循环气流的阀8，这意味着在再循环气体中压力较低的情况下，流量会增加。

本发明的第三实施方式

图5示意性地示出了本发明的第三实施方式，其中，旁通阀6.2顺着排气的流动方向沿着排气管4位于热回收模块6的上游，即，在第一端口6.1.1所在的一侧上。另外，热交换器6.1的与再循环管道7连接的端部现在位于模块6的上游。该连接建立在第一端口6.1.1中。

在图5中，旁通阀6.2被示出在第二位置中，该旁通阀建立了气体通过排气管4的通道，在该通道中，通过排气管4循环的热气体一直延续至排气管4的第二端部4.2并自由进入大气。在旁通阀6.2的阀瓣的这个位置上，除了通过热气体进入热交换器的管束而产生的少量非期望回收值外，没有热回收。然而，遵循关于排气管4中通过第二端口6.1.2进入的流动方向相同的参照，沿上游方向穿过热交换器6.1的再循环气体入口是可用的。使用带有不连续粗线的箭头示出了再循环气体的流动。

在图5中未示出的第一端部位置中，旁通阀6.2以横向的方式定位，从而在旁通构型中关闭通过排气管4的通道，并且这次在根据排气管4的方向的下游方向上被迫穿过热交换器6.1，以再次合并到所述排气管4中，并最后排放到大气中。即，在这种情况下，排气通过第一端口6.1.1进入到热交换器6.1中，并通过第二端口6.1.2离开。

在旁通阀6.2的该第一端部位置中，热交换器6.1内部的流动方向与旁通阀6.2在第二端部位置时的流动方向相反。在旁通阀6.2的所述第一端部位置中，热回收模块6通过从排气中回收热量来操作。

该构型适用于所有先前的示例，这些示例描述了可变形元件5、7.1的特定方面、用于调节再循环气流的egr阀8的位置以及用于馈送燃烧腔室1.3的分配导轨9的使用。

本发明的第四实施方式

图6示意性地示出了本发明的第四实施方式，其中，再循环管道7和用于调节再循环气流的阀8包括两个联接接合部。

第一接合部i1允许将用于调节再循环气流的阀8附接至在图6中明确示出为一种选择的发动机缸体b或进气歧管。

第二接合部i2允许将再循环管道7附接至热回收模块6的热交换器6.1。

根据该实施方式，可以容易地安装由再循环管道7和用于调节再循环气流的阀8与排气管理系统的其余部分一起形成的组件。

根据本发明的优选实施方式，所描述的示例中的任何示例使用穿过热交换器6.1和排气管4的平行排气路径。

所有实施方式均示出了附接至内燃发动机、特别是自然吸气汽油发动机的排气管理系统。本发明的第二方面涉及将内燃发动机1和如所描述的那些排气管理系统两者相结合的任何推进系统，以及包括这种推进系统的车辆。