CN104879248A

CN104879248A - 一种防堵塞的egr系统及控制方法

Info

Publication number: CN104879248A
Application number: CN201510285122.4A
Authority: CN
Inventors: 李小华; 李伟俊; 蔡忆昔; 施蕴曦; 郑益; 徐辉; 濮晓宇
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN104879248B

Abstract

一种防堵塞的EGR系统及控制方法，包括EGR冷却单元、排气余热换热装置、NTP喷射系统、控制模块；排气余热换热装置安装在排气管路尾端；排气余热换热装置内部设有蛇形回路管道，蛇形回路管道的入口连接所述NTP喷射系统，蛇形回路管道出口的喷射管路的末端设置有喷嘴，喷嘴延伸至所述EGR冷却单元的入口处；EGR冷却单元、NTP喷射系统均与所述控制模块连接；能够在低于发动机排放颗粒物起燃温度情况下，实现积碳的氧化去除；利用发动机排气余热换热装置，使反应达到合适的反应温度范围；在一条EGR冷却器支路正常工作的状态下，对另一条EGR冷却器支路进行即时再生，在不增加EGR冷却系统尺寸大小的情况下，高效节能地实现EGR冷却器的再生，解决EGR系统的堵塞问题。

Description

一种防堵塞的EGR系统及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机排放控制领域，具体涉及一种防堵塞的EGR系统及控制方法。

背景技术

废气再循环（Exhuast Gas Recirculation，EGR）能有效降低发动机NO_X排放。EGR系统的作用是把发动机部分废气重新引入气缸内，稀释新鲜工质，降低燃烧温度，从而抑制NO_X的生成。但废气温度过高会降低发动机燃烧效率和输出功率。为此，可以在EGR系统中加入EGR冷却器进行冷却，以提高发动机排放性和经济性，对于冷却性能有更高要求的发动机，还可以加入多个EGR冷却器。

然而当废气流过EGR冷却器，冷却至结垢温度时，容易导致液态碳氢和水蒸气凝结，从而使废气中颗粒物（Particulate Matter，PM）吸附沉积，引起EGR冷却器和EGR阀的堵塞，阻碍了EGR系统作用的发挥。

近几年低温等离子技术（Non-thermal Plasma，NTP）因其高效、安全、无二次污染等优点，成为排气后处理技术研究热点。目前，利用NTP技术处理发动机尾气中的NO_X、HC及PM等都取得了一定的研究成果。如在专利CN103629018A中描述了一种利用NTP技术再生EGR冷却器的方法，此方法在发动机停机状态下，利用恒温炉将EGR冷却器内部温度保持在较佳反应区间内，实现EGR冷却器的再生。但是该方法存在一定的问题：再生过程是在停机状态下进行的，需要配以恒温炉、消耗额外的电能；气体分析仪等仪器占用空间大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种防堵塞的EGR系统，利用排气余热换热装置和NTP活性气体喷射装置，实现EGR冷却器的再生，解决EGR系统的堵塞问题。

本发明提供的一种防堵塞的EGR系统，包括EGR冷却单元、排气余热换热装置、NTP（低温等离子体）喷射系统、控制模块；所述排气余热换热装置安装在排气管路尾端；所述排气余热换热装置内部设有蛇形回路管道，所述蛇形回路管道的入口连接所述NTP喷射系统，所述蛇形回路管道出口的喷射管路的末端设置有喷嘴，所述喷嘴延伸至所述EGR冷却单元的入口处；所述EGR冷却单元、NTP喷射系统均与所述控制模块连接；

所述NTP喷射系统包括NTP发生器、等离子体电源、数字示波器、风扇；所述风扇位于所述NTP发生器的外围；所述NTP发生器包括石英管、不锈钢管内电极、细铁丝网外电极，所述不锈钢管内电极设置在所述石英管内壁，所述细铁丝网外电极包裹在石英管外壁；所述等离子体电源给所述NTP发生器提供触发电源，所述数字示波器记录所述等离子体电源的不同放电工况；所述石英管的两端设有进水端、出水端，所述石英管的侧壁上设有进气端和出气端，所述进气端处连接有供气风机，所述进气端和供气风机之间连接有流量计。所述内电极和石英管之间形成放电间隙，所述细铁丝网外电极为放电区域。所述风扇用于冷却放电区域表面，所述循环冷却水从进水端流入，出水端流出，利用水泵实现在不锈钢管内腔中的循环；所述NTP气源经过流量计进入NTP发生器进气端，通过放电区域从NTP出气端出来，最后通过喷射管路与第一多孔喷嘴和第二多孔喷嘴相连。

上述方案中，所述EGR冷却单元包括第一EGR冷却器、第二EGR冷却器；所述第一EGR冷却器和第二EGR冷却器并联布置于所述排气管路中，所述喷射管路上依次设置有第二温度传感器、质量流量控制器，所述质量流量控制器下游的喷射管路分为两个支路，两个支路上分别设置有第一再生气体控制阀门、第二再生气体控制阀门，所述第一再生气体控制阀门的下游设置有第一多孔喷嘴，所述第二再生气体控制阀门的下游设置有第二多孔喷嘴，所述第一多孔喷嘴距离所述第一EGR冷却器的入口处120mm，所述第二多孔喷嘴距离所述第二EGR冷却器的入口处120mm。

上述方案中，所述第一EGR冷却器和第二EGR冷却器入口处分别装有第一控制阀门和第二控制阀门；所述第一EGR冷却器与第二EGR冷却器内壁分别装有第一压差传感器、第二压差传感器，以测量EGR冷却器前后端压差。

上述方案中，所述NTP喷射系统的出气端与所述排气余热换热装置蛇形回路管道的入口端连接，所述出气端与蛇形回路管道的入口端之间安装有第一温度传感器。

上述方案中，所述排气余热换热装置采用气-气型热管换热器，置于排气管路尾端，内部管道蛇形弯曲，利于充分换热。

所述EGR冷却器可以是各种类型的冷却器，如管壳式、板式。

上述方案中，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一控制阀门、第二控制阀门、第一再生气体控制阀门、第二再生气体控制阀门、第一压差传感器、第二压差传感器均与所述控制模块连接。

一种防堵塞的EGR系统控制方法，具体步骤如下：

步骤一：对柴油机EGR冷却器进行标定试验，确定不同工况下对应的EGR冷却器的压差上限值和下限值，并将这些值存入控制模块；

步骤二：通过第一压差传感器和第二压差传感器监测第一EGR冷却器和第二EGR冷却器两端的压差大小，以判断是否需要进行再生；当第一EGR冷却器两端压差大于压差上限值时，即认为其达到再生要求，则控制模块关闭第一控制阀门并开启第二控制阀门以将EGR排气全部旁通到第二EGR冷却器中；反之，当控制模块检测到第二EGR冷却器两端压差大于压差上限值时，则认为第二EGR冷却器达到再生要求，控制模块关闭第二控制阀门并开启第一控制阀门以将EGR排气全部旁通到第一EGR冷却器中；

步骤三：控制模块开启NTP喷射系统，将供气风机保持供气量为10~30L/min；NTP电源的放电电压为17~20kV，放电频率为7~10kHz；

步骤四：通过第一温度传感器和第二温度传感器监测换热情况，使得活性气体和所述第一EGR冷却器、第二EGR冷却器内部积碳层处于较佳反应温度范围80-250℃；

步骤五：控制模块开启第一活性气体控制阀门并关闭第二活性气体控制阀门，将活性气体从第一EGR冷却器前端喷入，对其进行再生；反之，控制模块开启第二活性气体控制阀门并关闭第一活性气体控制阀门，将活性气体从第二EGR冷却器前端喷入，对其进行再生；

步骤六：当第一EGR冷却器、第二EGR冷却器两端压差小于压差下限值时，即认为完成再生，解决了EGR系统堵塞问题，关闭NTP喷射系统。

本发明的有益效果：建立NTP喷射系统，能够在低于发动机排放颗粒物起燃温度情况下，实现积碳的氧化去除；利用发动机排气余热换热装置，无需外加热源，使反应达到合适的反应温度范围；在一条EGR冷却器支路正常工作的状态下，对另一条EGR冷却器支路进行即时再生，在不明显增加EGR冷却系统尺寸大小的情况下，高效地、节能地实现EGR冷却器的再生，解决EGR冷却器的堵塞问题。

附图说明

图1示出的是EGR系统示意图。

图2示出的是NTP喷射系统的结构示意图。

图3示出的是并联的EGR冷却单元示意图。

图中：100：柴油机；101：空气滤清器；102：增压中冷器；103：进气歧管；104：进气门；105：燃烧室；106：活塞；107：排气门；108：排气歧管；109：涡轮增压器；110：颗粒物捕集器；111：排气管路；112：排气余热换热装置；113：EGR支路；114：EGR冷却单元；115：NTP喷射系统；116：控制模块；201：供气风机；202：流量计；203：进气端；204：出气端；205：内电极；206：石英管；207：外电极；208：等离子体电源；209：数字示波器；210：风扇；211：进水端；212：出水端；213：喷射管路；214：第一温度传感器；215：第二温度传感器； 216：质量流量控制器； 217：第一再生气体控制阀门；218：第二再生气体控制阀门；219：第一多孔喷嘴；220：第二多孔喷嘴；301：第一控制阀门；302：第二控制阀门；303：第一EGR冷去器；304：第二EGR冷却器；305：第一冷却器进水口；306：第二冷却器进水口；307：第一冷却器出水口； 308：第二冷却器出水口；309：第一压差传感器；310：第二压差传感器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

如图1所示，一种防堵塞的EGR系统，其特征在于包括EGR冷却单元114、排气余热换热装置112、NTP（低温等离子体）喷射系统115、控制模块116；所述排气余热换热装置112安装在排气管路尾端；所述排气余热换热装置112内部设有蛇形回路管道，所述蛇形回路管道的入口连接所述NTP喷射系统115，所述蛇形回路管道出口的喷射管路213的末端设置有喷嘴，所述喷嘴延伸至所述EGR冷却单元114的入口处；所述EGR冷却单元114、NTP喷射系统115均与所述控制模块116连接；

如图2所示， NTP喷射系统115包括NTP发生器、等离子体电源208、数字示波器209、风扇210；所述风扇210位于所述NTP发生器的外围；所述NTP发生器包括石英管206、不锈钢管内电极205、细铁丝网外电极207，所述不锈钢管内电极205设置在所述石英管206内壁，所述细铁丝网外电极207包裹在石英管206外壁；所述等离子体电源208给所述NTP发生器提供触发电源，所述数字示波器209记录所述等离子体电源208的不同放电工况；所述石英管206的两端设有进水端211、出水端212，所述石英管206的侧壁上设有进气端203和出气端204，所述进气端203处连接有供气风机201，所述进气端203和供气风机201之间连接有流量计202。

供气风机201提供NTP气源之后，通过流量计202从进气端203进入，经过NTP放电区域，形成活性气体后从出气端204出去。NTP发生器包括不锈钢管内电极205、石英管206、包裹在石英管上的细铁丝网外电极207。等离子体电源208用来给所述NTP发生器提供触发电源，其频率和电压均可调，可以采用智能脉冲冲击机，也可以采用逆变升压器等其他电源。数字示波器209用来记录所述NTP电源208的不同放电工况。此外，所述NTP发生器还配以风扇210和循环冷却水进行冷却，冷却水从进水端211进入，再从出水端212出去。综合两种冷却方式可以让放电区域表面温度处于一个合适的范围内，可以实现NTP发生器长期稳定放电。活性气体从出气端204出去之后，经过喷射管路213通过第一温度传感器214，在排气余热换热装置112中完成换热后，再通过第二温度传感器215和质量流量控制器216分成两路。两路管路上分别装有第一再生气体控制阀门217和第二再生气体控制阀门218，最后活性气体分别到达第一多孔喷嘴219和第二多孔喷嘴220。

如图3所示，所述EGR冷却单元114包括第一EGR冷却器303、第二EGR冷却器304；所述第一EGR冷却器303和第二EGR冷却器304并联布置于EGR支路中，所述喷射管路213上依次设置有第二温度传感器215、质量流量控制器216，所述质量流量控制器216下游的喷射管路213分为两个支路，两个支路上分别设置有第一再生气体控制阀门217、第二再生气体控制阀门218，所述第一再生气体控制阀门217的下游设置有第一多孔喷嘴219，所述第二再生气体控制阀门218的下游设置有第二多孔喷嘴220，所述第一多孔喷嘴219距离所述第一EGR冷却器303的入口处120mm，所述第二多孔喷嘴220距离所述第二EGR冷却器304的入口处120mm。

所述第一EGR冷却器303和第二EGR冷却器304入口处分别装有第一控制阀门301和第二控制阀门302；所述第一EGR冷却器301与第二EGR冷却器302内壁分别装有第一压差传感器309、第二压差传感器310，所述第一EGR冷却器303设有第一冷却器进水口305和第一冷却器出水口307，第二EGR冷却器304设有第二冷却器进水口306和第二冷却器出水口308。

所述NTP喷射系统115的出气端204与所述排气余热换热装置112蛇形回路管道的入口端连接，所述出气端204与蛇形回路管道的入口端之间安装有第一温度传感器214。

所述排气余热换热装置 112 采用气-气型热管换热器。

所述第一温度传感器 214 、第二温度传感器 215 、第一控制阀门 301 、第二控制阀302、第一再生气体控制阀门 217、第二再生气体控制阀门218、第一压差传感器309、第二压差传感器310均与所述控制模块116连接。

一种防堵塞的EGR系统控制方法，具体步骤如下：

步骤一：对柴油机EGR冷却器进行标定试验，确定不同工况下对应的EGR冷却器的压差上限值和下限值，并将这些值存入控制模块116；

步骤二：通过第一压差传感器309和第二压差传感器310监测第一EGR冷却器303和第二EGR冷却器304两端的压差大小，以判断是否需要进行再生；当第一EGR冷却器303两端压差大于压差上限值时，即认为其达到再生要求，则控制模块116关闭第一控制阀门301并开启第二控制阀门302以将EGR排气全部旁通到第二EGR冷却器304中；反之，当控制模块检测到第二EGR冷却器两端压差大于压差上限值时，则认为第二EGR冷却器达到再生要求，控制模块关闭第二控制阀门并开启第一控制阀门以将EGR排气全部旁通到第一EGR冷却器中；

步骤三：控制模块116开启NTP喷射系统115，将供气风机201保持供气量为10~30L/min；NTP电源的放电电压为17~20kV，放电频率为7~10kHz；

步骤四：通过第一温度传感器214和第二温度传感器215监测换热情况，使得活性气体和所述第一EGR冷却器303、第二EGR冷却器304内部积碳层处于较佳反应温度范围80-250℃；

步骤五：控制模块116开启第一活性气体控制阀门217并关闭第二活性气体控制阀门218，将活性气体从第一EGR冷却器303前端喷入，对其进行再生；反之，控制模块116开启第二活性气体控制阀门218并关闭第一活性气体控制阀门217，将活性气体从第二EGR冷却器304前端喷入，对其进行再生；

步骤六：当第一EGR冷却器303、第二EGR冷却器304两端压差小于压差下限值时，即认为完成再生，解决了EGR系统堵塞问题，关闭NTP喷射系统。

所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种防堵塞的EGR系统，其特征在于，包括EGR冷却单元（114）、排气余热换热装置（112）、NTP（低温等离子体）喷射系统（115）、控制模块（116）；所述排气余热换热装置（112）安装在排气管路尾端；所述排气余热换热装置（112）内部设有蛇形回路管道，所述蛇形回路管道的入口连接所述NTP喷射系统（115），所述蛇形回路管道出口的喷射管路（213）的末端设置有喷嘴，所述喷嘴延伸至所述EGR冷却单元（114）的入口处；所述EGR冷却单元（114）、NTP喷射系统（115）均与所述控制模块（116）连接；

所述NTP喷射系统（115）包括NTP发生器、等离子体电源（208）、数字示波器（209）、风扇（210）；所述风扇（210）位于所述NTP发生器的外围；所述NTP发生器包括石英管（206）、不锈钢管内电极（205）、细铁丝网外电极（207），所述不锈钢管内电极（205）设置在所述石英管（206）内壁，所述细铁丝网外电极（207）包裹在石英管（206）外壁；所述等离子体电源（208）给所述NTP发生器提供触发电源，所述数字示波器（209）记录所述等离子体电源（208）的不同放电工况；所述石英管（206）的两端设有进水端（211）、出水端（212），所述石英管（206）的侧壁上设有进气端（203）和出气端（204），所述进气端（203）处连接有供气风机（201），所述进气端（203）和供气风机（201）之间连接有流量计（202）。

2.根据权利要求1所述的一种防堵塞的EGR系统，其特征在于，所述EGR冷却单元（114）包括第一EGR冷却器（303）、第二EGR冷却器（304）；所述第一EGR冷却器（303）和第二EGR冷却器（304）并联布置于EGR支路中，所述喷射管路（213）上依次设置有第二温度传感器（215）、质量流量控制器（216），所述质量流量控制器（216）下游的喷射管路（213）分为两个支路，两个支路上分别设置有第一再生气体控制阀门（217）、第二再生气体控制阀门（218），所述第一再生气体控制阀门（217）的下游设置有第一多孔喷嘴（219），所述第二再生气体控制阀门（218）的下游设置有第二多孔喷嘴（220），所述第一多孔喷嘴（219）距离所述第一EGR冷却器（303）的入口处120mm，所述第二多孔喷嘴（220）距离所述第二EGR冷却器（304）的入口处120mm。

3.根据权利要求2所述的一种防堵塞的EGR系统，其特征在于，所述第一EGR冷却器（303）和第二EGR冷却器（304）入口处分别装有第一控制阀门（301）和第二控制阀门（302）；所述第一EGR冷却器（303）与第二EGR冷却器（304）内壁分别装有第一压差传感器（309）、第二压差传感器（310）。

4.根据权利要求1所述的一种防堵塞的EGR系统，其特征在于，所述NTP喷射系统（115）的出气端（204）与所述排气余热换热装置（112）蛇形回路管道的入口端连接，所述出气端（204）与蛇形回路管道的入口端之间安装有第一温度传感器（214）。

5.根据权利要求1所述的一种防堵塞的EGR系统，其特征在于，所述排气余热换热装置（112）采用气-气型热管换热器。

6.根据权利要求1所述的一种防堵塞的EGR系统，其特征在于，所述第一温度传感器（214）、第二温度传感器（215）、第一控制阀门（301）、第二控制阀门（302）、第一再生气体控制阀门（217）、第二再生气体控制阀门（218）、第一压差传感器（309）、第二压差传感器（310）均与所述控制模块（116）连接。

7. 一种防堵塞的EGR系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对柴油机EGR冷却器进行标定试验，确定不同工况下对应的EGR冷却器的压差上限值和下限值，并将这些值存入控制模块（116）；

步骤二：通过第一压差传感器（309）和第二压差传感器310监测第一EGR冷却器（303）和第二EGR冷却器（304）两端的压差大小，以判断是否需要进行再生；

当控制模块（116）检测到第一EGR冷却器（303）两端压差大于压差上限值时，即认为其达到再生要求，则控制模块（116）关闭第一控制阀门（301）并开启第二控制阀门（302）以将EGR排气全部旁通到第二EGR冷却器（304）中；

当控制模块（116）检测到第二EGR冷却器（304）两端压差大于压差上限值时，即认为其达到再生要求，控制模块（116）关闭第二控制阀门（302）并开启第一控制阀门（301）以将EGR排气全部旁通到第一EGR冷却器（303）中；

步骤三：控制模块（116）开启NTP喷射系统（115），将供气风机（201）保持供气量为10~30L/min；NTP电源的放电电压为17~20kV，放电频率为7~10kHz；

步骤四：通过第一温度传感器（214）和第二温度传感器（215）监测换热情况，使得活性气体和所述第一EGR冷却器（303）、第二EGR冷却器（304）内部积碳层处于较佳反应温度范围80-250℃；

步骤五：控制模块（116）开启第一活性气体控制阀门217并关闭第二活性气体控制阀门（218），将活性气体从第一EGR冷却器（303）前端喷入，对其进行再生；反之，控制模块（116）开启第二活性气体控制阀门（218）并关闭第一活性气体控制阀门（217），将活性气体从第二EGR冷却器（304）前端喷入，对其进行再生；

步骤六：当第一EGR冷却器（303）、第二EGR冷却器（304）两端压差小于压差下限值时，即认为完成再生，解决了EGR系统堵塞问题，关闭NTP喷射系统。