CN104653353A - 一种减少egr冷却器积碳的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少EGR冷却器积碳的装置，设置在发动机的排气道和进气道之间，其特征在于，包括排气管、氧化催化单元、颗粒捕集单元、EGR阀、EGR冷却单元和进气管，所述排气管一端与排气道连接，另一端通过第二三通阀与氧化催化单元连接，所述氧化催化单元通过第三三通阀与颗粒捕集单元连接，所述EGR阀通过第四三通阀与EGR冷却单元连接，所述EGR冷却单元与进气管一端连接，进气管另一端与进气道连接；通过控制各三通阀的导通位置，控制氧化催化单元、颗粒捕集单元和EGR冷却单元的使用状态。与现有技术相比，本发明具有可以最大程度减小EGR回路流通阻力、降低冷起动时HC和CO排放、减少EGR冷却器积碳等优点。

Description

一种减少EGR冷却器积碳的装置
技术领域
本发明涉及属于发动机污染控制领域，尤其是涉及一种减少EGR冷却器积碳的装置。
背景技术
废气再循环技术(Exhaust Gas Recirculation，EGR)是从排气管引出一部分废气通过进气管与新鲜空气混合后再度进入气缸参与燃烧，减少NOX的生成。一方面废气中含有水蒸气、CO2等三原子气体，能够提高混合气的比热；另一方面，由于废气的稀释，O2的相对浓度下降。所以EGR会使气缸内最高燃烧温度得到有效降低，从而降低NOX的排放。废气再循环虽降低了NOX的排放，由于废气温度很高却又增加了进气温度，因此，很有必要将回流废气冷却后送入气缸，进一步降低进气温度，这样更有利于降低NOX的排放，同时提高了进气密度，改善燃油经济性。但是废气流经EGR冷却器时，由于冷却器壁面的激冷作用，在废气中的碳颗粒容易吸附到壁面形成积碳。一方面EGR冷却器的冷却效果大大降低，另一方面EGR冷却器的流通阻力不断增大。这都将使得实际EGR率在发动机使用过程中逐渐低于标定EGR率，进而使得NOX排放下降幅度减少。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以最大程度减小EGR回路流通阻力、降低冷起动时HC和CO排放的减少EGR冷却器积碳的装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种减少EGR冷却器积碳的装置，设置在发动机的排气道和进气道之间，包括排气管、氧化催化单元、颗粒捕集单元、EGR阀、EGR冷却单元和进气管，所述排气管一端与排气道连接，另一端通过第二三通阀与氧化催化单元连接，所述氧 化催化单元通过第三三通阀与颗粒捕集单元连接，所述EGR阀通过第四三通阀与EGR冷却单元连接，所述EGR冷却单元与进气管一端连接，进气管另一端与进气道连接；
通过控制各三通阀的导通位置，控制氧化催化单元、颗粒捕集单元和EGR冷却单元的使用状态。
所述氧化催化单元包括并联在第二三通阀和第三三通阀之间的氧化催化器和第二管道。
所述颗粒捕集单元包括并联在第三三通阀和EGR阀之间的催化型微粒捕集器和第三管道。
所述EGR冷却单元包括并联在第四三通阀和排气道之间的EGR冷却器和第四管道。
还包括第一三通阀和第一管道，所述排气管依次通过第一三通阀、第一管道、第二三通阀与氧化催化单元连接。
所述排气管为一根管道通入低温尾气、另一根管道通入高温尾气的歧管。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明可以避免EGR冷却器积碳，一方面EGR冷却器的冷却效果将得以保持，另一方面EGR冷却器的流通阻力不会随着时间的推移而增大，最终保证EGR率不会下降很多。
(2)利用发动机排气管上游的高温尾气实现催化型颗粒捕集器主动再生，不需要改变发动机的喷油策略，也不需要在催化器前加装电加热器，减小再生成本。
(3)利用氧化催化器辅助催化型颗粒捕集器再生，此外当不需要再生的时候，再循环废气不流经氧化催化器，最大程度的减小EGR回路流通阻力。
(4)冷启动过程中，将含有大量的HC、燃油蒸气以及氧化产物的废气重新引入气缸，引入废气的热效应及废气中活化成分的化学活化效应有利于改善发动机着火性能，并可以降低冷起动时HC和CO的排放。
(5)依据发动机转速、负荷和EGR率的大小，判断再循环废气流速的大小，选用不同的方式避免EGR冷却器积碳。当再循环废气流速大，再循环废气不经过催化型颗粒捕集器，直接进入冷却器，避免颗粒物沉积又不会增加再循环废气气流阻力；当再循环废气流速小，再循环废气经过催化型颗粒捕集器后再进入冷却器。
(6)EGR阀安装在氧化催化器、催化型颗粒捕捉器的下游，进一步降低EGR 阀的积碳。
附图说明
图1为发动机冷启动时本发明的原理图；
图2为发动机低转速或者高负荷时本发明的原理图；
图3为发动机高转速且低负荷时本发明的原理图；
图4为催化型颗粒捕集器需要再生时本发明的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种减少EGR冷却器积碳的装置，设置在发动机的排气道和进气道之间，包括排气管、氧化催化单元、颗粒捕集单元、EGR阀6、EGR冷却单元和进气管，排气管一端与排气道连接，另一端依次通过第一三通阀1、第一管道9、第二三通阀2与氧化催化单元连接，氧化催化单元通过第三三通阀4与颗粒捕集单元连接，EGR阀6通过第四三通阀7与EGR冷却单元连接，EGR冷却单元与进气管一端连接，进气管另一端与进气道连接，通过控制各三通阀的导通位置，控制氧化催化单元、颗粒捕集单元和EGR冷却单元的使用状态。
对于涡轮增压发动机，按照再循环尾气截取位置的不同，EGR分为高压EGR和低压EGR。高压EGR再循环废气温度高，低压EGR再循环废气温度低。氧化催化器以及催化型颗粒捕集器均需要一定的温度才能发生氧化反应。本实施例装置应用于低压EGR中。本实施例中，排气管为一根管道通入低温尾气、另一根管道通入高温尾气的歧管。
氧化催化单元包括并联在第二三通阀2和第三三通阀4之间的氧化催化器3和第二管道10。颗粒捕集单元包括并联在第三三通阀4和EGR阀6之间的催化型微粒捕集器5和第三管道11。EGR冷却单元包括并联在第四三通阀7和排气道之间的EGR冷却器8和第四管道12。
上述装置在低压EGR中运作时，其中低温尾气截取自排气管涡轮下游，高温 尾气截取自排气管上游，具体工作原理如图1-图4所示，图中，A为低温尾气，B为高温尾气，C通往发动机进气道。
一、如图1所示，当发动机冷启动的时候，再循环废气不经过氧化催化器、催化型颗粒捕捉器、EGR冷却器直接进入发动机进气道。发动机冷启动过程中尾气含有大量的HC、燃油蒸气以及一部分氧化产物，将含有这些成分的废气以EGR的形式重新引入气缸，引入废气的热效应及废气中活化成分的化学活化效应有利于改善发动机着火性能，并可以降低冷起动时HC和CO的排放。另外，冷启动过程需要利用排气能量来促进冷起动，所以不必冷却再循环废气，因而不需要经过EGR冷却器。
二、如图2所示，当发动机处于低转速或者高负荷状态时，EGR率低，再循环废气流量小，流速低，颗粒容易沉积。此时，循环废气经过催化型颗粒捕集器、EGR阀进入EGR冷却器。尾气中的颗粒被催化型颗粒捕集器所捕集。EGR冷却器内壁面积碳的可能性大大减小。再循环废气不经过氧化催化器，主要是为了减小其气流阻力。
三、如图3所示，当发动机处于高转速且低负荷时，EGR率高，再循环废气流量大，流速高，颗粒物不容易沉积。此时，循环尾气不经过氧化催化器、催化型颗粒捕集器，经过EGR阀直接进入EGR冷却器。再循环废气流速高，积碳不容易依附在EGR冷却器内部壁面上。再循环废气不经过氧化催化器、催化型颗粒捕集器可以减小气流阻力，增大该装置所能达到的最大EGR率。
四、如图4所示，当催化型颗粒捕集器需要再生时，从排气管上游截取高温尾气，使再循环废气温度达到氧化催化器和催化型颗粒捕集器的起燃温度。再循环废气经过氧化催化器、催化型颗粒捕捉器、EGR阀进入EGR冷却器。氧化催化器将NO氧化为NO2，将颗粒中有机可溶成分氧化。依附在催化型颗粒捕集器内壁上的颗粒将反生氧化反应，NO2加速颗粒物的氧化。
实施例2
本实施例提供一种减少EGR冷却器积碳的装置，应用于高压EGR。本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例不需要有第一三通阀以及其上游的歧管，其余结构及其作用原理与实施例1相同。

Claims (6)

1.一种减少EGR冷却器积碳的装置，设置在发动机的排气道和进气道之间，其特征在于，包括排气管、氧化催化单元、颗粒捕集单元、EGR阀、EGR冷却单元和进气管，所述排气管一端与排气道连接，另一端通过第二三通阀与氧化催化单元连接，所述氧化催化单元通过第三三通阀与颗粒捕集单元连接，所述EGR阀通过第四三通阀与EGR冷却单元连接，所述EGR冷却单元与进气管一端连接，进气管另一端与进气道连接；
通过控制各三通阀的导通位置，控制氧化催化单元、颗粒捕集单元和EGR冷却单元的使用状态。
2.根据权利要求1所述的减少EGR冷却器积碳的装置，其特征在于，所述氧化催化单元包括并联在第二三通阀和第三三通阀之间的氧化催化器和第二管道。
3.根据权利要求1所述的减少EGR冷却器积碳的装置，其特征在于，所述颗粒捕集单元包括并联在第三三通阀和EGR阀之间的催化型微粒捕集器和第三管道。
4.根据权利要求1所述的减少EGR冷却器积碳的装置，其特征在于，所述EGR冷却单元包括并联在第四三通阀和排气道之间的EGR冷却器和第四管道。
5.根据权利要求1所述的减少EGR冷却器积碳的装置，其特征在于，还包括第一三通阀和第一管道，所述排气管依次通过第一三通阀、第一管道、第二三通阀与氧化催化单元连接。
6.根据权利要求5所述的减少EGR冷却器积碳的装置，其特征在于，所述排气管为一根管道通入低温尾气、另一根管道通入高温尾气的歧管。
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