CN103775252B - 一种增压柴油机egr系统智能冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置，包括EGR混合器（3）、机械水泵（4）、电控风扇（5）、散热器（6）、调温器（11）、EGR冷却器（13）、电控EGR阀（14）、发动机ECU（18）、温度传感器（19）、废气中冷器（8）和一个电控两位三通阀（12），电控两位三通阀（12）进口与EGR冷却器（13）出气口相连通，电控两位三通阀（12）两端出口分别与EGR混合器（3）废气进口和废气中冷器（8）进气口相连通，废气中冷器（8）出气口与EGR混合器（3）废气进口相连通，电控EGR阀（14）、电控风扇（5）、温度传感器（19）和电控两位三通阀（12）分别与发动机ECU（18）电连接。

Description

一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置

技术领域

本发明涉及一种增压柴油机的废气再循环系统，更具体的说涉及一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置，属于废气再利用技术领域。

背景技术

随着国家汽车尾气排放标准的日益提高，发动机尾气后处理系统已成为发动机不可或缺的一个系统；发动机燃烧排放的主要有害物主要有氮氧化物（NOx）和各种微粒（PM），为降低有毒气体的排放，通常利用EGR系统（ExhaustGasRecirculation，废气再循环系统）来实现减排。EGR系统将发动机燃烧后的部分废气引入到进气系统，与新鲜混合气混合后再进入气缸中参加燃烧，减少燃烧室内的氧含量，减慢燃烧反应速度，降低燃油在汽车发动机内的燃烧温度，从而减少氮氧化物的排放，最终减少对大气的污染；而且安装EGR系统对发动机改动不大，所以应用很广泛。

在废气与空气或混合气混合之前，有必要对进入气缸内的废气预先进行冷却，因此需要EGR系统冷却装置，由此降低进入EGR混合器的废气温度，从而降低进入气缸内的混合气温度，以提高进气充量，降低氮氧化物排放，改善发动机燃油经济性。现有的EGR系统冷却装置具体参见图1，主要包括EGR混合器3、机械水泵4、电控风扇5、散热器6、调温器11、EGR冷却器、电控EGR阀14和发动机ECU18，该EGR冷却器设置有废气通道和一组冷却水通道，EGR混合器3废气进口与EGR冷却器的废气出口相连通；但是，该EGR系统冷却装置有如下缺陷：一、在满足发动机全速全负荷废气再循环冷却性能下，进入到EGR混合器3中的废气在发动机中小转速或部分负荷下容易出现过冷，导致废气中的水分析出，从而引起EGR冷却器腐蚀，影响EGR冷却器和发动机使用寿命；二、根据大量燃烧试验的数据表明，降低混合温度可以有效降低氮氧化物，改善燃油经济性，但较低的温度会引起颗粒的上升，所以需要对进入发动机混合气的混合温度和排放、燃油经济性进行权衡，确定发动机在每个运行工况点混合气最佳混合温度，以保证发动机具有最佳燃油经济性和较低排放。三、在寒冷的天气，安装EGR系统的发动机启动暖机过程缓慢，造成发动机暖机经济性和排放性较差，快速暖机技术也受到人们的重视。因此，如何避免EGR系统冷却器过度冷却和确保每个工况点的混合温度都处于最佳水平成为热点课题。

中国专利授权公告号：CN202132134U、授权公告日2012年2月1日、名称为：《一种改进的柴油机EGR系统》的实用新型中公开了一种改进的柴油机EGR系统，包括柴油发动机的气缸体和发动机ECU，在气缸体上连接有进气歧管和排气歧管，在进气歧管和排气歧管之间设有使废气再循环的EGR结构，在EGR结构和排气歧管之间设有能够加热废气的加热器，在EGR结构和进气歧管之间设有检测混入废气温度的温度传感器，加热器和温度传感器均与发动机ECU连接，发动机ECU能够对温度传感器输送来的信号进行分析处理并发动控制信号控制加热器工作与否。该发明能够有效降低氮氧化物的排放，同时能够降低缸壁的腐蚀和磨损。但是，该发明中采用了电加热废气的方式，电热废气需要消耗能量，而且加热的温度不易控制；另外，在发动机中部分负荷加速时，因废气的管路较长，无法获得较好的加速动态响应性；最后，该发明无法保证全工况范围内废气混合温度处于最佳合适的温度，从而无法保证发动机获得最佳经燃油济性和排放性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的增压柴油机EGR系统冷却装置导致部分负荷废气过度冷却从而降低部件可靠性、每个工况点不能获得最佳混合温度以及发动机启动暖机过程缓慢等问题，提供一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置，包括EGR混合器、机械水泵、电控风扇、散热器、调温器、EGR冷却器、电控EGR阀、发动机ECU和温度传感器，所述的EGR冷却器设置有气体通道和第一冷却水通道，所述EGR混合器的出气口与发动机进气管相连通，所述温度传感器设置在EGR混合器的出气口，所述电控EGR阀的进气口与发动机排气管相连通，电控EGR阀的出气口与EGR冷却器的进气口相连通，所述的电控EGR阀、电控风扇和温度传感器分别与发动机ECU电连接，还包括有废气中冷器和一个电控两位三通阀，所述电控两位三通阀的进口与EGR冷却器的出气口相连通，电控两位三通阀的一端出口与EGR混合器的废气进口相连通，电控两位三通阀的另一端出口与废气中冷器的进气口相连通，所述废气中冷器的出气口与EGR混合器的废气进口相连通，电控两位三通阀与发动机ECU电连接。

还包括有低温散热器和电控水泵，所述的EGR冷却器还设置有第二冷却水通道，所述第二冷却水通道的出水口与电控水泵的进水口相连通，所述电控水泵的出水口与低温散热器的进水口相连通，所述低温散热器的出水口与第二冷却水通道的进水口相连通，所述的电控水泵与发动机ECU电连接。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、设计新颖，改善发动机的进气系统动态响应性能，实现了废气在不同工况下的流通。本发明中电控两位三通阀的进口与EGR冷却器的出气口相连通，电控两位三通阀的一端出口与EGR混合器的废气进口相连通，电控两位三通阀的另一端出口与废气中冷器的进气口相连通，废气中冷器的出气口与EGR混合器的废气进口相连通，且电控两位三通阀与发动机ECU电连接，从而实现了两条独立的废气循环通道。在发动机小负荷或者瞬态工况，发动机废气流量较低，此时调节电控两位三通阀实现废气最短流通路径，从而缩短了废气流通距离，降低了废气流通阻力，短时间内将大量气体送入气缸，改善发动机的进气系统动态响应性能；且在废气再循环发动机处于热机过程中，提高了发动机缸内燃烧温度，加快发动机暖机过程，从而实现了废气在不同工况下的流通。

2、本发明优选的包括有低温散热器和电控水泵，EGR冷却器还设置有第二冷却水通道，第二冷却水通道的出水口与电控水泵的进水口相连通，电控水泵的出水口与低温散热器的进水口相连通，低温散热器的出水口与第二冷却水通道的进水口相连通，电控水泵与发动机ECU电连接；工作时可以有效调节EGR冷却器出口温度，确保EGR冷却器内部不会因废气温度过低导致水大量析出而引起EGR冷却器和气缸内部件的失效，且解决了发动机在全工况运行中混合气温度处于最佳运行范围的问题，有效改善了燃油经济性以及降低了排放。

附图说明

图1现有的EGR系统冷却装置结构示意图。

图2是本发明中电控两位三通阀开启位置Ⅰ结构示意图。

图3是本发明中电控两位三通阀开启位置Ⅱ结构示意图。

图中：发动机排气管1，发动机进气管2，EGR混合器3，机械水泵4，电控风扇5，散热器6，中冷器7，废气中冷器8，低温散热器9，电控水泵10，调温器11，电控两位三通阀12，EGR冷却器13，电控EGR阀14，废气后处理15，增压器16，空气滤清器17，发动机ECU18，温度传感器19，发动机机体20，发动机冷却水道21，第一冷却水通道22，第二冷却水通道23。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图2-图3，一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置，包括EGR混合器3、机械水泵4、电控风扇5、散热器6、调温器11、EGR冷却器13、电控EGR阀14、发动机ECU18、温度传感器19、废气中冷器8和一个电控两位三通阀12。所述的EGR冷却器13设置有废气通道和第一冷却水通道22，所述机械水泵4的出水口分别与第一冷却水通道22的进水口和发动机冷却水道21的进水口相连通，水泵4用于循环冷却，用以将发动机和EGR冷却器13产生的热量带给散热器6；所述第一冷却水通道22的出水口和发动机冷却水道21的出水口分别与调温器11的进口相连通；所述调温器11的出口分别与机械水泵4的进水口和散热器6的进水口相连通，调温器11是个常规蜡式节温器；所述散热器6的出水口与机械水泵4的进水口相连通，所述的电控风扇5设置在散热器6旁，电控风扇5的转速可调节，以此调节风量实现对散热器6的散热。所述电控EGR阀14的进气口与发动机排气管1相连通，EGR冷却器13设置在电控EGR阀14的出口且电控EGR阀14的出气口与EGR冷却器13的进气口相连通，所述电控两位三通阀12的进口与EGR冷却器13的出气口相连通，电控两位三通阀12的一端出口与EGR混合器3的废气进口相连通，电控两位三通阀12的另一端出口与废气中冷器8的进气口相连通，所述废气中冷器8的出气口与EGR混合器3的废气进口相连通，所述EGR混合器3的出气口与发动机进气管2相连通；从而形成两条独立的废气循环管路，即长气路12→8→3流通路径和短气路12→3流通路径，具体参见图2和图3，电控两位三通阀开启位置Ⅰ则通过短气路12→3流通路径，电控两位三通阀开启位置Ⅱ则通过长气路12→8→3流通路径，由此可以实现废气在不同工况下的流通。所述温度传感器19设置在EGR混合器3的出气口，温度传感器19用于检测冷却后的混合气温度；所述的电控EGR阀14、电控风扇5和温度传感器19、电控两位三通阀12分别与发动机ECU18电连接。

参见图2-图3，优选的，还包括有低温散热器9和电控水泵10，所述的EGR冷却器13还设置有第二冷却水通道23，所述第二冷却水通道23的出水口与电控水泵10的进水口相连通，所述电控水泵10的出水口与低温散热器9的进水口相连通，所述低温散热器9的出水口与第二冷却水通道23的进水口相连通，低温散热器9通过风冷冷却水的温度，所述的电控水泵10与发动机ECU18电连接；即EGR冷却器13废气通道仅有一进一出，但具有两组冷却水通道，第一冷却水通道22的冷却水来自发动机冷却水道21、并与散热器6组成一个冷却系统，第二冷却水通道23连接至低温散热器9和电控水泵10，并组成一个独立的冷却系统，从而实现两路独立冷却。

参见图2-图3，工作时，新鲜空气经空气滤清器17、增压器16、中冷器7进入EGR混合器3空气进口，最后进入发动机进气管2中；发动机排出的废气大部分经过废气后处理15后排出，一部分经电控EGR阀14进入EGR系统。通常，为了保证流经EGR冷却器13内部废气中的水分不被大量析出，EGR冷却器13出口温度要求不得低于100-130℃；工作时通过电控水泵10调节EGR冷却器13的冷却出水温度从而达到调节EGR冷却器13废气出口的温度，确保流经EGR冷却器13内部的废气没有过度冷却，并且在推荐的范围内。为了确保发动机在每个工况点获得最佳混合气温度以及发动机启动暖机过程缓慢的问题，此混合气温度由温度传感器19测得，在发动机工作过程中通过有效控制电控风扇5、电控水泵10和电控两位三通阀12使之合理分配EGR冷却器13水流量、风量和废气流量，从而实现对混合气温度智能控制，确保发动机每个工况点的混合气温度都处于最佳水平，提高了EGR冷却器13和发动机的可靠性，改善了发动机燃油经济性和降低排放；同时在发动机冷启动过程中，通过选择废气流通路径和冷却水通道，可增加发动机气缸内燃烧温度，帮助发动机快速暖机。精确可调废气温度、混合气温度的总体控制思路如下：

在发动机小负荷或者瞬态工况，发动机废气流量和温度较低，此时通过发动机ECU18控制电控水泵10确保第二冷却水通道23水流量最低，此时只需EGR冷却器13的第一冷却水通道22工作；同时调节电控两位三通阀12实现废气通过短气路12→3流通路径来保证混合气温度获得最佳值，此温度范围参考值40-70℃（对应的测试标准环境温度为25℃）。且此时因为通过电控两位三通阀实现废气从短气路12→3流通，缩短了废气流通距离，降低了废气流通阻力，短时间内将大量气体送入气缸，改善发动机的进气系统动态响应性能。

在发动机中速中负荷，发动机废气流量和温度较高，此时EGR冷却器13的第一冷却水通道22和第二冷却水通道23全部工作，同时电控两位三通阀12实现废气通过短气路12→3流通路径；发动机ECU18根据当前温度设定值调节电控水泵9转速和电控风扇5转速实现水流量和风量可调，实现对混合气温度最佳值精确控制，此最佳混合温度调节范围参考值为50-60℃（对应的测试标准环境温度为25℃）。

在发动机高速高负荷，发动机废气流量和温度达到最大，此时EGR冷却器13的第一冷却水通道22和第二冷却水通道23全部工作，同时调节电控两位三通阀12实现废气通过长气路12→8→3流通路径，通过发动机ECU18调节电控水泵9转速和电控风扇5转速，从而实现对混合气温度由电控风扇5和电控水泵9来精确控制，此时最佳混合温度调节范围为45-55℃（对应的测试标准环境温度为25℃），实现了通过本发明可以达到非常适宜的混合气温度，因此，获得了较好的发动机燃油经济性和较低的排放。

在寒冷的天气，废气再循环发动机在暖机过程中摩擦较大，对发动机效率降低，经济性能较差，排放性能也受到影响；此时发动机ECU18控制控两位三通阀12实现废气通过短气路12→3流通路径，并调节电控水泵10转速最低，确保EGR冷却器13的第二冷却水通道23带走废气的热量最少，使进入发动机气缸内气体的平均温度增加，因此提高了发动机气缸内燃烧的温度，使发动机冷却水21和发动机机体20温度迅速提高，进而加快了发动机暖机。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置，包括EGR混合器（3）、机械水泵（4）、电控风扇（5）、散热器（6）、调温器（11）、EGR冷却器（13）、电控EGR阀（14）、发动机ECU（18）和温度传感器（19），所述的EGR冷却器（13）设置有气体通道和第一冷却水通道（22），所述EGR混合器（3）的出气口与发动机进气管（2）相连通，所述温度传感器（19）设置在EGR混合器（3）的出气口，所述电控EGR阀（14）的进气口与发动机排气管（1）相连通，电控EGR阀（14）的出气口与EGR冷却器（13）的进气口相连通，所述的电控EGR阀（14）、电控风扇（5）和温度传感器（19）分别与发动机ECU（18）电连接，其特征在于：还包括有废气中冷器（8）和一个电控两位三通阀（12），所述电控两位三通阀（12）的进口与EGR冷却器（13）的出气口相连通，电控两位三通阀（12）的一端出口与EGR混合器（3）的废气进口相连通，电控两位三通阀（12）的另一端出口与废气中冷器（8）的进气口相连通，所述废气中冷器（8）的出气口与EGR混合器（3）的废气进口相连通，电控两位三通阀（12）与发动机ECU（18）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种增压柴油机EGR系统智能冷却装置，其特征在于：还包括有低温散热器（9）和电控水泵（10），所述的EGR冷却器（13）还设置有第二冷却水通道（23），所述第二冷却水通道（23）的出水口与电控水泵（10）的进水口相连通，所述电控水泵（10）的出水口与低温散热器（9）的进水口相连通，所述低温散热器（9）的出水口与第二冷却水通道（23）的进水口相连通，所述的电控水泵（10）与发动机ECU（18）电连接。