CN101526048A - 高egr率的废气高效冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高EGR率的废气高效冷却系统，包括冷却器及EGR阀，其创新点为：该系统包括一个前置冷却器，用于冷却从排气系统引入的高温大流量废气；一个后置冷却器，用于冷却从前置冷却器引入的经过前置冷却器冷却过的循环废气；EGR阀串连安装于前置冷却器和后置冷却器之间，用于调节废气流量。本发明具有设计科学合理，特别用于基于废气再循环的全氧燃烧发动机中高EGR率(70－80％)废气冷却，具有冷却效率高、占用空间小、便于安装、耐用性高等优点。

Description

高EGR率的废气高效冷却系统
技术领域
本发明属于EGR废气冷却技术领域，特别是一种基于废气再循环的全氧燃烧发动机中的高EGR率的废气高效冷却系统。
背景技术
目前，为了降低发动机排气中的氮氧化物NOx含量，已经开始采用废气再循环(EGR)技术。在EGR系统中，从排气系统抽取部分废气，然后使其进入发动机的进气系统，与新鲜空气或混合气混合进入发动机汽缸燃烧，从而减小NOx含量。在废气与空气或混合气混合之前，有必要对废气进行冷却，这样不但可以降低进气温度，降低燃烧温度，抑制NOx的生成，而且还可减小发动机热负荷，增强发动机耐用性，以及防止高温废气导致EGR阀的功能和耐久性恶化。因此，这就需要采用EGR冷却器。EGR冷却器将再循环废气冷却，使进气保持在合理温度，保证了废气再循环技术目的的实现，降低了NOx的的生成。
目前，废气再循环冷却器主要应用在EGR率不高的情况下(20％以下)，并且大部分是采用一个冷却器。冷却器结构是在圆柱形壳体内部沿轴向使用多个内外表面平滑的不锈钢管作为冷却管，在壳体两侧有一冷却液进管和出管，冷却液通过这两个进出口在壳体中流动，EGR废气通过冷却管时与通入圆柱壳体内的冷却液进行热交换降温，而后流出冷却器，经过EGR阀进入进气管。对于高EGR率的情况下(70-80％)，EGR废气的流量远大于低EGR的流量，所要进行热交换的热量远高于低EGR的热量。如果采用一个冷却器，为满足要求所涉及的冷却器的尺寸会很大，势必不能方便地装到汽车内；并且该冷却器的热变形和热应力很大，则会严重影响冷却器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高EGR率的废气高效冷却系统，该冷却系统具有冷却效率高、耐用性高、安装方便的优点，可满足高EGR率下的循环废气冷却要求。
一种高EGR率的废气高效冷却系统，包括冷却器及EGR阀，其特征在于：该系统包括一个前置冷却器，用于冷却从排气系统引入的高温大流量废气；一个后置冷却器，用于冷却从前置冷却器引入的经过前置冷却器冷却过的循环废气；EGR阀串连安装于前置冷却器和后置冷却器之间，用于调节废气流量。
而且，所述前置冷却器的冷却液进口与一个水泵连接，后置冷却器的冷却液进口与另一水泵连接，该两个水泵的进口端共同连接一进口三通，前置冷却器的冷却液出口与后置冷却器的冷却液出口共同连接一出口三通。
而且，在所述的前置冷却器与EGR阀之间设置温度传感器。
而且，所述的前置冷却器及后置冷却器均包括壳体及固装于壳体内的冷却管，该冷却管的管壁均制有断续、交错、螺旋形排列的凹槽。
本发明的优点和有益效果为：
1.本废气高效冷却系统中前置冷却器用于冷却从排气系统引入的EGR气体，后置冷却器用于冷却从前置冷却器冷却过的EGR气体，EGR阀安装在前置冷却器和后置冷却器之间，与两个冷却器串联起来，用于控制EGR气体的流量，通过两个冷却器逐步冷却再循环的废气，实现将一个冷却器的冷却量分配给两个冷却器，由此可降低冷却器尺寸，节省空间，从而可方便将其安装在汽车内，另外采用这种结构还可减小热变形和热应力，提高冷却器的耐用性能。
2.本废气高效冷却系统中前置冷却器及后置冷却器的冷却液进口均安装有水泵，并且该两水泵的进口端共同连接一进口三通，该进口三通与发动机散热器的冷却液出口连接，前置冷却器及后置冷却器的冷却液出口共同连接一出口三通，冷却液从发动机散热器的出口经进口三通进行分流，完成换热工作后的冷却液从两个冷却器的出口通过出口三通汇合并经发动机散热器的入口循环回到发动机散热器，可见该两个冷却器的冷却液的通入为并联方式，以简化结构，提高效率。
3.本废气高效冷却系统在前置冷却器和EGR阀之间安装温度传感器，用以监测冷却液的温度，使其保持在合理的温度范围，根据最大冷却要求量对两个冷却器进行设计，以满足冷却要求，通过温度传感器与两个冷却器的配合使用可以有效的冷却高温大流量的EGR废气，并准确地将其控制在合理的范围内。
4.本废气高效冷却系统的前置冷却器及后置冷却器内所安装的冷却管管壁上设置多个凹槽，这些凹槽是呈断续、交错、螺旋形排列，由此管内流体形成螺旋式紊流，提高了换热效率；并且对冷却管外侧流体进行扰流，由此冷却管外表面不会形成隔热气层，保证冷却管内外的废气与冷却水能充分换热；另外，冷却管内良好的紊流效应使废气中的颗粒物不能沉积在冷却管的内壁上，从而防止积碳现象发生，进而提高了冷却器的换热效率和使用寿命。
5.本发明具有设计科学合理，特别用于基于废气再循环的全氧燃烧发动机中高EGR率废气的冷却，在EGR率高达70％-80％的情况下，保证发动机进气温度在发动机全部负荷范围内都能够被有效控制，从而提高发动机的工作能力和寿命，具有冷却效率高、占用空间小、便于安装、耐用性高等优点。
附图说明
图1为本发明冷却系统的示意图；
图2为本发明冷却器的结构示意图；
图3为本发明前置冷却器内部所安装冷却管的结构放大示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种高EGR率的废气高效冷却系统，包括与EGR管连接的冷却器及EGR阀。该冷却系统的创新之处为：其包括一前置冷却器1、一后置冷却器7，EGR阀6串连安装于前置冷却器与后置冷却器之间。前置冷却器冷却从排气端引入的高温大流量的废气，后置冷却器冷却从前置冷却器出来经过冷却的废气，此两个冷却器的最终目标是将废气控制在合理温度内(150-200℃)。EGR阀对引入冷却系统的废气量进行控制控制，按发动机的要求对废气进行精确调节。
前置冷却器的结构如图2所示，由壳体15、安装于壳体内两端的孔板14，固装于孔板上的多根冷却管16构成，壳体两端设置气体进口17、气体出口13，壳体侧壁固装冷却液进口2及出口4。冷却管的管壁均制有断续、交错、螺旋形排列的凹槽18，如图3所示。后置冷却器与前置冷却器具有相同结构。循环废气在冷却管内流动时，由于该冷却管所制凹槽结构而形成螺旋式的紊流，提高了换热效率；其次，冷却水在冷却管外侧流动时，这些凹槽能对冷却水进行扰流，冷却管的外表面不会形成隔热气层，保证废气与冷却水能充分换热，另外管内良好的紊流效应使废气中的颗粒物不能沉积在冷却管的内壁上，从而防止积碳现象发生，进而提高了冷却器的换热效率和使用寿命。
前置冷却器的冷却液进口与一个水泵3连接，后置冷却器的冷却液进口8与另一水泵9连接，该两个水泵的进口端共同连接一进口三通12，前置冷却器的冷却液出口与后置冷却器的冷却液出口10共同连接一出口三通11。冷却液从发动机散热器的出口经进口三通进行分流，通过各水泵进入各冷却器，完成换热工作后的冷却液从两个冷却器的出口通过一个三通汇合，并经发动机散热器的入口循环回到发动机散热器，可见该两个冷却器的冷却液的通入为并联方式。
在前置冷却器与EGR阀之间设置温度传感器5，该温度传感器通过控制单元控制分别与前置冷却器的冷却液进口及后置冷却器的冷却液进口相连接的水泵。温度传感器检测到废气温度小于150℃时，这表明一个前置冷却器已经满足要求，系统关闭后置冷却器的水泵，停止向后置冷却器提供冷却液。同时控制前置冷却器的水泵，调节冷却液的流量抑制冷却液对废气的冷却。当废气温度在150℃与200℃之间时，保持当前状态。当废气温度大于200℃时，开启后置冷却器的水泵，并控制水泵的流量增加对废气的冷却。因此通过温度传感器与两个冷却器的配合使用可以有效的冷却高温大流量的EGR废气，并准确地将其控制在合理的范围内。

Claims (4)

1.一种高EGR率的废气高效冷却系统，包括冷却器及EGR阀，其特征在于：该系统包括一个前置冷却器，用于冷却从排气系统引入的高温大流量废气；一个后置冷却器，用于冷却从前置冷却器引入的经过前置冷却器冷却过的循环废气；EGR阀串连安装于前置冷却器和后置冷却器之间，用于调节废气流量。
2.根据权利要求1所述的高EGR率的废气高效冷却系统，其特征在于：所述前置冷却器的冷却液进口与一个水泵连接，后置冷却器的冷却液进口与另一水泵连接，该两个水泵的进口端共同连接一进口三通，前置冷却器的冷却液出口与后置冷却器的冷却液出口共同连接一出口三通。
3.根据权利要求2所述的高EGR率的废气高效冷却系统，其特征在于：在所述的前置冷却器与EGR阀之间设置温度传感器。
4.根据权利要求1或2或3所述的高EGR率的废气高效冷却系统，其特征在于：所述的前置冷却器及后置冷却器均包括壳体及固装于壳体内的冷却管，该冷却管的管壁均制有断续、交错、螺旋形排列的凹槽。
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