CN102155337A

CN102155337A - 柴油机低压废气再循环系统

Info

Publication number: CN102155337A
Application number: CN2011101458009A
Authority: CN
Inventors: 田维; 魏远文; 曾东建; 彭忆强; 王永忠; 杨建军
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: CN102155337B

Abstract

一种柴油机低压废气再循环系统，由涡轮机之后，后处理设备之前引出废气，然后流经冷却器进行冷却，冷却后的废气与从压气机之后流出的高压新鲜空气在专用射流器中混合，新鲜空气与废气的混合气经中冷器后再进入发动机的燃烧室。与现有高压EGR系统和低压EGR系统相比，本发明具有EGR分布更加均匀、瞬态（动态）特性好、冷却要求降低、避免对压气机的危害、可以减小后处理的负担，延长后处理设备使用寿命的特点。

Description

柴油机低压废气再循环系统

技术领域

本发明涉及发动机进气系统，特别是柴油机废气加入高压新鲜空气的再循环系统。

背景技术

内燃机实施废气再循环（EGR）作为控制柴油机NO_X排放的有效手段已经得到广泛采用，EGR的实施效果往往受到EGR系统和EGR实施方式的影响，而EGR的实施效果又直接影响NO_X排放的控制效果。

现在柴油机上所普遍采用的高压EGR系统存在着一些问题，如：1、EGR温度较高，直接影响到柴油机的充气效率和排放，为了对EGR进行冷却，需要较为复杂的冷却系统；2、高压EGR系统的最大EGR率受涡轮机上游的压力与压气机下游的压力差的影响，EGR率调节范围有限。

虽然市场上有一些低压EGR系统解决了上述的高压EGR系统的部分问题，但是也相应地产生了一些新的问题，如专利[200810196308.2]所提出的低压EGR系统存在以下问题：1、发动机的排气虽然是由后处理设备的下游引出，但是排气中依然存在水蒸汽、未燃碳氢化合物（HC）、颗粒物（soot）以及其他一些燃烧产物，而这些物质势必会对压气机产生不良影响，如：压气机叶片被腐蚀、排气当中的颗粒物对高速运动的叶片（压气机最高转速达100000转/分钟以上）的物理撞击等等；2、由于引入压气机的发动机排气都是在后处理器的下游引出，与采用高压EGR系统的发动机相比，其流经发动机后处理设备的排气流量增大，这样必须会增大后处理设备的负担，增加后处理设备的使用成本；3、由于EGR是由后处理设备之后引出，EGR所通过的路线变长，EGR率调节的瞬态特性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种柴油机低压废气再循环系统，以使发动机低压废气与新鲜空气混合更均匀，瞬态特性好，避免对压气机的危害。

本发明的目的是这样实现的：一种柴油机低压废气再循环系统，包括顺次经管道连接的发动机，涡轮机和后处理设备，涡轮机与后处理设备之间的管道经三通与废气进口管连接，该废气进口管再与冷却器的废气进口连接，冷却器的废气出口经管道与专用射流器的废气进口管连通；用作引入新鲜空气的空气滤清器出口与压气机进口管连通，压气机出口管与专用射流器的高压新鲜空气进口管连通，且压气机出口管经回流管与压气机进口管连通，该回流管上设置有旁通阀；该专用射流器结构为：射流管管体由位于同一轴线的大口径进口段、收缩段、小口径段、扩张段以及大口径出口段顺次平滑连接构成，高压新鲜空气进口管的管径略小于小口径段的管径，高压新鲜空气进口管伸入前端封头的大口径进口管内腔并与之位于同一轴线，且高压新鲜空气进口管前端临近小口径管进口处，废气进口管垂直于大口径进口段并与之连通；专用射流器的大口径出口段与增压中冷器的进气管连通，增压中冷器的出气管与进气总管连通，进气总管与所述发动机的进气口连通。

上述废气进口管上设置有控制阀。

本发明为具有新的EGR引出位置和新的引入方式和引入位置的低压EGR系统。

本发明利用高压的发动机进气对低压的EGR气体进行增压，本系统援引气体射流原理，改变了现有低压EGR依靠压气机对低压EGR进行增压的方式。具体来说是：本低压EGR系统从涡轮机之后，各种后处理设备之前引出发动机排气，然后流经低压控制阀并进入到冷却器进行强制冷却，经强制冷却后的低压EGR气体流入到LPEGR专用装置当中。与此同时，低压的空气经空气滤清器后变成干净的新鲜空气，并进入涡轮机之后引出，流经涡轮机的发动机排气流量更大，因此涡轮机的输出机械能更大。

与现有高压EGR系统和低压EGR系统相比，本低压EGR系统具有以下优势：

1、EGR分布更加均匀；

2、瞬态（动态）特性好；

3、冷却要求降低；

4、可以完全避免EGR对压气机的全部危害，包括soot、HC 和 H₂O蒸汽对压气机的损伤；

5、可以减小后处理的负担，延长后处理设备的使用寿命；

6、避免了EGR的高温对压气机的影响。

附图说明

图1是本发明低压EGR系统结构的原理示意图。

图2是低压EGR（LPEGR）专用装置（即专用射流器）结构的原理示意图。

具体实施方式

本发明在增压发动机低压废气再循环（EGR）的低压EGR系统中，经压气机增压后的新鲜高压空气也进入到LPEGR专用装置内。高压新鲜空气与低压EGR气体在专用装置内进行能量和物质交换，由此实现利用高压的新鲜空气对低压的EGR气体进行增压的目的，同时新鲜空气与EGR进行了充分的混合，混合后的气体流经增压中冷器进行二次冷却，然后沿进气系统进入到发动机燃烧室内。为了进一步降低EGR的高温对发动机进气效率的影响，以及EGR高温对专用装置的损伤，必须事先对发动机排气进行预先强制冷却。EGR率的调节由低压EGR回路控制阀来完成。

具体技术方案如下：

一种低压EGR系统，包括一级EGR冷却器，该冷却器采用发动机冷却水对废气进行冷却，冷却水的流向与EGR气体的流向相反。

还包括一级增压中冷器，该中冷器用于冷却EGR与新鲜空气的混合气，中冷器的冷却介质为发动机冷却水，冷却水的流向与EGR与新鲜空气的混合气的流向相反。

还包括一套低压EGR专用装置，该专用装置利用高压新鲜空气的能量对低压的EGR进行增压并形成新鲜空气与EGR的混合气，由此实现低压的EGR气体与高压的新鲜空气混合并进入到发动机燃烧室内。该装置还用于调节新鲜空气与EGR的比例，即起EGR率的控制功能。EGR率可以根据发动机的工况进行调整。

该低压EGR系统从增压器的涡轮机之后引出发动机的排气，先流经EGR冷却器，再流经低压EGR专用装置并与流出增压器压气机的高新鲜空气混合，混合后的EGR气体和新鲜空气的混合气一起流经增压中冷器进行二次冷却，最终进入发动机燃烧室内。

新鲜空气为从空气滤清器流出的空气，然后经增压器的压气机进行增压，增压后的高压新鲜空气在低压EGR专用装置内对低压的EGR气体进行增压，并与EGR气体混合后流入增压中冷器进行二次冷却，然后流入燃烧室。

低压EGR为从发动机排气管流入到涡轮增压器的涡后，在涡轮机的下游所引出的发动机排气，低压EGR由涡轮机下游引出后流入到EGR冷却器进行一级冷却后流入到低压EGR专用装置内与所述新鲜空气混合并被增压。

与目前现有增压发动机EGR技术相比，本发明的有益效果体现在：直接利用纯净的高压新鲜空气对低压的EGR气体进行增压，而不需要将EGR气体由压气机进行增压，避免了EGR气体中的有害物质对压气机的损伤；EGR气体经涡轮机膨胀后温度降低，减小了冷却系统的负担，并且有利于提高发动机的充气效率；在专用装置内，EGR与空气可以进行充分的能量与物质的交换，因此可以为发动机提供了更均匀的EGR与空气的混合气；低压EGR气体由后处理设备之前引出，减少了流经后处理设备的EGR气体，降低了后处理设备的负担。

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例子。

如图1所示，本发明包括顺次经管道连接的发动机1，涡轮机3和后处理设备4，涡轮机3与后处理设备4之间的管道经三通与废气进口管连接，该废气进口管再与冷却器6的废气进口连接，冷却器6的废气出口经管道与专用射流器10的废气进口管102连通；用作引入新鲜空气的空气滤清器8出口与压气机7进口管连通，压气机7出口管与专用射流器的高压新鲜空气进口管101连通，且压气机7出口管经回流管与压气机进口管连通，该回流管上设置有旁通阀9；该专用射流器10结构为：射流管管体由位于同一轴线的大口径进口段10a、收缩段10b、小口径段10c、扩张段10d以及大口径出口段10e顺次平滑连接构成，高压新鲜空气进口管101的管径略小于小口径段10c的管径，高压新鲜空气进口管101伸入前端封头的大口径进口管10a内腔并与之位于同一轴线，且高压新鲜空气进口管前端临近小口径管10c进口处，废气进口管102垂直于大口径进口段10a并与之连通；专用射流器10的大口径出口段10e与增压中冷器11的进气管连通，增压中冷器11的出气管12与进气总管13连通，进气总管13与所述发动机1的进气口连通。

本发明的低压EGR由涡轮机3的下游，并且在后处理设备4的上游引出，引出的EGR气体经低压EGR阀（即控制阀）流入到EGR冷却器6内，经冷却器冷却后的低压EGR气体流入低压EGR专用装置（即专用射流器10）内。与此同时，新鲜空气流经空气滤清器8后进入到压气机7被增压，压气机流出的高压新鲜空气进入到LPEGR专用装置。为了防止过增压，压气机设在旁通阀9，让过多的空气回流到压气机之前。经增压后的新鲜空气的压力高于低压EGR气体的压力，低压EGR与高压新鲜空气分别进入LPEGR专用装置后，高压的新鲜空气会与低压EGR气体在LPEGR专用装置内进行能量和物质的交换，从而实现对低压的EGR进行增压并与之混合，所形成的混合气通过增压中冷器11进行二次冷却后经出气管12和进气总管13流入到发动机1内（发动机1与涡轮机3之间连接有废气进气管2）。低压EGR的实施比例由低压EGR回路上的控制阀5（位于废气进口管上）进行控制。

如图2所示，低压EGR专用装置，该装置的主要作用在于利用高压的新鲜空气对低压的EGR气体进行增压，其工作基于气体射流原理。高压的新鲜空气由高压新鲜空气进口管101进入，低压的EGR气体由EGR进气管（即废气进口管102）进入，在高压空气进气管的出口处新鲜空气与EGR气体进行能量和物质交换，由此实现对EGR气体的增压和形成混合气，混合气在扩压部分升压后由专用装置出口流出至图1中增压中冷器的入口。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或略经改进直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种柴油机低压废气再循环系统，包括，顺次经管道连接的发动机（1），涡轮机（3）和后处理设备（4），其特征是：所述涡轮机（3）与后处理设备（4）之间的管道经三通与废气进口管连接，该废气进口管再与冷却器（6）的废气进口连接，冷却器（6）的废气出口经管道与专用对流器（10）的废气进口管（102）连通；用作引入新鲜空气的空气滤清器（8）出口与压气机（7）进口管连通，压气机（7）出口管与专用对流器的高压新鲜空气进口管（101）连通，且压气机（7）出口管经回流管与压气机进口管连通，该回流管上设置有旁通阀（9）；该专用对流器（10）结构为：对流管管体由位于同一轴线的大口径进口段（10a）、收缩段（10b）、小口径段（10c）、扩张段（10d）以及大口径出口段（10e）顺次平滑连接构成，高压新鲜空气进口管（101）的管径略小于小口径段（10c）的管径，高压新鲜空气进口管（101）伸入前端封头的大口径进口管（10a）内腔并与之位于同一轴线，且高压新鲜空气进口管前端临近小口径管（10c）进口处，废气进口管（102）垂直于大口径进口段（10a）并与之连通；专用对流器（10）的大口径出口段（10e）与增压中冷器（11）的进气管连通，增压中冷器（11）的进气管（12）与进气总管（13）连通，进气总管（13）与所述发动机（1）的进气口连通。

2.根据权利要求1所述的柴油机低压废气再循环系统，其特征是：所述废气进口管上设置有控制阀（5）。