CN105156235A - 一种矿用防爆电控egr系统 - Google Patents

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韩晓强
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Chengdu Tiandi Zhifang Engine Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种矿用防爆电控EGR系统，包括EGR冷却器、进排气歧管、EGR混合装置和防爆EGR阀，EGR冷却器的两端设有EGR进气管和EGR排气管，EGR进气管与进排气歧管的排气口连接，EGR冷却器上设有进水口和出水口；EGR混合装置的废气入口端与EGR排气管连接，EGR混合装置的混合气体出口端与进排气歧管的进气口连接；防爆EGR阀与EGR混合装置相连；线束将EGR阀和EGR控制单元连接在一起，ECU控制防爆EGR阀的开闭来控制EGR废气的流量；EGR控制单元位于防爆型电气控制装置内。本发明的EGR系统具有良好的防爆效果，使得EGR系统可以在矿下使用，能有效的降低防爆柴油机NOx的排放。

Description

一种矿用防爆电控EGR系统
技术领域
本发明涉及矿用柴油机的控制技术领域，特别是一种矿用防爆电控EGR系统。
背景技术
由于煤矿井下作业环境的特殊性：通风性差，矿用柴油动力车辆排出的废气难以及时排出，因此对井下作业人员的身体健康影响很大。随着人们环保意识的不断加强，对控制防爆柴油机的有害排放污染物的要求越来越严格。我国现行的MT990-2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》规定：防爆柴油机在MT220规定的工况下，未经稀释的排气中，其有害气体成分的体积浓度：一氧化碳(CO)不应超过0.1％，氮氧化物(NOX)不超过0.08％，且有进一步提高标准要求的意向。现有的国产矿用发动机系统中没有提供尾气排放处理装置和系统，其对环境造成污染的同时，并对井下作业人员的健康带来不利的影响。
排气再循环EGR(ExhaustGasRecirculation)是指内燃机在燃烧后将排出废气的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术(手法或方法)。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NOX)与分担部分负荷时可降低燃油消耗率，提高燃油经济性。
发明内容
本发明提供一种矿用防爆电控EGR系统，以对矿用发动机的尾气排放进行有效处理，以减少尾气的环境污染。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种矿用防爆电控EGR系统，所述矿用防爆电控EGR系统包括EGR冷却器、进排气歧管和EGR混合装置，所述EGR冷却器设置在所述进排气歧管上方，所述EGR冷却器内设有EGR气管，所述EGR冷却器的两端设有与所述EGR气管连通的EGR进气管和EGR排气管，所述EGR进气管与所述进排气歧管的排气口连接，所述EGR冷却器靠近所述EGR进气管的一端设有EGR冷却器进水口，所述EGR冷却器的另一端设有EGR冷却器出水口；所述EGR混合装置包括废气入口端、新鲜空气入口端和混合气体出口端，所述EGR混合装置的废气入口端与所述EGR排气管连接，所述EGR混合装置的混合气体出口端与所述进排气歧管的进气口连接；所述EGR混合装置上设有防爆EGR阀，所述防爆EGR阀电连接有用于控制ECR系统的EGR控制单元，所述EGR控制单元位于防爆型电气控制装置内。
本发明的有益效果是：由于矿用防爆电控EGR系统所使用的防爆EGR阀和用于控制ECR系统的防爆型电气控制装置，具有良好的防爆效果，使得EGR系统可在矿下应用，能有效的降低防发动机氮氧化物NOx的排放。
进一步，所述EGR混合装置的新鲜空气入口端设置为喇叭孔状，所述喇叭孔的大端为新鲜空气入口，所述喇叭孔的小端连接柱状通孔的一端，所述柱状通孔的另一端为混合气体出口端。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于EGR混合装置的新鲜空气入口端设计成喇叭孔状，这样EGR混合装置就具有文丘里管的功能，这样，整个EGR系统体积较小，结构紧凑，同时便于防爆柴油机各缸EGR废气均匀分布，通过混合气体出口端时的气体压力降低，进而提高发动的能效比。
进一步，所述废气入口端与所述柱状通孔垂直，所述混合气体出口端设有与所述柱状通孔共轴的环状凹槽，所述废气入口端的废气入口与所述环状凹槽连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：当废气进入略带切向导流的环状凹槽后，废气可在环状凹槽里进入方便且能均匀分布，由于环状凹槽和柱状通孔共轴，使得废气环绕在新鲜空气的四周，这样，废气和新鲜空气的混合就会十分均匀。
进一步，所述喇叭孔的大端的孔径与所述喇叭孔的小端的孔径的比值位于1.5至2之间时。
采用上述进一步方案的有益效果是：喇叭孔的大端的孔径与喇叭孔的小端的孔径的比值位于1.5至2之间时，EGR混合装置的文丘里管功能最佳。
进一步，所述防爆型电气控制装置内还设有用于控制发动机的电子控制单元ECU。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于防爆型电气控制装置内设有用于控制柴油机EGR阀开闭的电子控制单元(ECU)，这样，电子控制单元(ECU)就和EGR控制元件都设置在防爆型电气控制装置内，提高了系统的防爆性和集成度。
进一步，所述EGR气管、所述EGR进气管和所述EGR排气管都为双层水冷结构气管。
采用上述进一步方案的有益效果是：双层水冷结构气管提高了废气的散热效果，同时在管体的外表面不会产生高温，具有良好的防爆功能。
进一步，所述进排气歧管包括主进气歧管、主排气歧管和外壳，所述外壳的一侧设有气缸连接座，所述气缸连接座上设有气缸进气连接端口和气缸排气连接端口，所述主进气歧管和所述主排气歧管设置在所述外壳的外部，所述主进气歧管上连接有与其连通的多个支进气歧管，所述主排气歧管上连接有与其连通的多个支排气歧管；所述支进气歧管伸入所述外壳的内部，与所述气缸进气连接端口连通，所述支排气歧管伸入所述外壳的内部，与所述气缸排气连接端口连通；所述外壳上设有进水口和出水口，所述主进气歧管和所述每个支进气歧管的连接段为进气歧管弯曲段，所述主排气歧管和所述每个支排气歧管的连接段为排气歧管弯曲段，所述进气歧管弯曲段和所述排气歧管弯曲段都为导流弯径结构。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于进气歧管弯曲段和排气歧管弯曲段都为导流弯径结构；导流弯径结构增加进气与排气的导流性，减小涡流的产生，以减小进气与排气的阻力，增加进气和排气的流畅性。
进一步，所述气缸排气连接端口远离所述主排气歧管，所述每个支排气歧管上至少设置有两处支排气歧管弯曲段，所述支排气歧管弯曲段为导流弯径结构。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于气缸排气连接端口远离主排气歧管，这样支排气歧管的长度较长，使得各防爆排气支管排气通道最大可能的独立，以减小各防爆排气支管的流通干扰性，减小各防爆排气支管之间的排气阻力；同时，导流弯径结构增加进气与排气的导流性，减小涡流的产生，以减小进气与排气的阻力，增加进气和排气的流畅性。
进一步，所述导流弯径结构中小弯曲面所在的圆柱和大弯曲面所述在的圆柱共轴，所述小弯曲面的半径R1和所述大弯曲面的半径R2满足如下要求：
R2/B＝R1/B+a，其中，a为0.5至0.8，B为与所述R1方向一致的导流弯径结构入口口径。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过匹配导流弯径结构中所述R1和R2与导流弯径结构入口口径的相关参数，进一步提减小进气与排气的阻力，增加进气和排气的流畅性。
进一步，所述导流弯径结构的入口的面积为F1，所述导流弯径结构的出口的面积为F2，所述F1和所述F2满足如下要求：F1/F2的值为1.2至2.0。
采用上述进一步方案的有益效果是：将导流弯径结构设置为进口大、出口小的结构，使进进气和排气在改变流向时最大限度的减小空气与外壁的分离，以及最大限度的减小内壁的涡流区范围，从而减小进排气的阻力。
附图说明
图1是本发明矿用防爆电控EGR系统结构图，
图2是EGR混合装置结构图，
图3是EGR混合装置剖面图，
图4是进排气歧管立体结构图，
图5是进气歧管立体结构图，
图6是排气歧管的立体结构，
图7是进排气歧管组合的立体结构，
图8是图5中导流弯径结构的局部剖面图，
图9是本发明矿用防爆电控EGR系统实施例结构图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
01、EGR冷却器，011、EGR进气管，012、EGR排气管，013、EGR冷却器进水口，014、EGR冷却器出水口，02、进排气歧管，021、主进气歧管，0211、支进气歧管，0212、进气歧管弯曲段，0213、主进气歧管接口，022、主排气歧管，0221、支排气歧管，0222、排气歧管弯曲段，0223、主排气歧管接口，0224、支排气歧管弯曲段，023、外壳，0231、进水口，0232、出水口，0233、排气口,024、，0241、气缸进气连接端口，0242、气缸排气连接端口，03、防爆EGR阀，04、EGR混合装置，041、废气入口端，042、新鲜空气入口端，043、混合气体出口端，05、防爆型电气控制装置，06、进气防爆栅栏，07、散热器总成，08、防爆水冷增压器
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明矿用防爆电控EGR系统结构图参见图1至图3，矿用防爆电控EGR系统包括EGR冷却器01、进排气歧管02和EGR混合装置04，EGR冷却器01设置在进排气歧管02上方，EGR冷却器01内设有EGR气管，EGR冷却器01的两端设有与EGR气管连通的EGR进气管011和EGR排气管012，EGR进气管011与进排气歧管02的排气口连接，EGR冷却器01靠近EGR进气管011的一端设有EGR冷却器进水口013，EGR冷却器01的另一端设有EGR冷却器出水口014；EGR混合装置04包括废气入口端041、新鲜空气入口端042和混合气体出口端043，EGR混合装置04的废气入口端041与EGR排气管012连接，EGR混合装置04的混合气体出口端043与进排气歧管02的进气口连接；EGR混合装置04上设有防爆EGR阀03，防爆EGR阀03电连接有用于控制ECR系统的EGR控制单元，EGR控制单元位于防爆型电气控制装置05内；EGR气管、EGR进气管011和EGR排气管012都为双层水冷结构气管；其中，防爆EGR阀03为浇封型电磁阀。
EGR混合装置04的新鲜空气入口端042设置为喇叭孔状，喇叭孔的大端为新鲜空气入口，喇叭孔的小端连接柱状通孔的一端，柱状通孔的另一端为混合气体出口端043。
废气入口端041与柱状通孔垂直，混合气体出口端043设有与柱状通孔共轴的环状凹槽，废气入口端041的废气入口与环状凹槽连通；喇叭孔的大端的孔径与喇叭孔的小端的孔径的比值位于1.5至2之间；防爆型电气控制装置05内还设有用于控制发动机的电子控制单元。
由于矿用防爆电控EGR系统所使用的防爆EGR阀和用于控制ECR系统的防爆型电气控制装置，具有良好的防爆效果，使得EGR系统可以用于煤矿井下，能有效的降低防发动机NOx的排放；同时，EGR混合装置的新鲜空气入口端设置为喇叭孔状，这样EGR混合装置就具有文丘里管的功能，整个EGR系统体积较小，结构紧凑，同时便于防爆柴油机各缸EGR废气均匀分布；由于环状凹槽和柱状通孔共轴，使得废气环绕在新鲜空气的四周，废气和新鲜空气的混合就会十分均匀；喇叭孔的大端的孔径与喇叭孔的小端的孔径的比值位于1.5至2之间是，EGR混合装置的文丘里管功能最佳；双层水冷结构气管提高了废气的散热效果，同时在管体的外表面不会产生高温，具有良好的防爆功能。
本发明进排气歧管结构图参见图4至图8，进排气歧管02包括主进气歧管021、主排气歧管022和外壳023，外壳023的一侧设有气缸连接座024，气缸连接座024上设有气缸进气连接端口0241和气缸排气连接端口0242，主进气歧管021和主排气歧管022设置在外壳023的外部，主进气歧管021上连接有与其连通的多个支进气歧管0211，主排气歧管022上连接有与其连通的多个支排气歧管0221；支进气歧管0211伸入外壳023的内部，与气缸进气连接端口0241连通，支排气歧管0221伸入外壳023的内部，与气缸排气连接端口0242连通；外壳023上设有进水口0231和出水口0232，主进气歧管021和每个支进气歧管0211的连接段为进气歧管弯曲段0212，主排气歧管022和每个支排气歧管0221的连接段为排气歧管弯曲段0222，进气歧管弯曲段0212和排气歧管弯曲段0222都为导流弯径结构。气缸排气连接端口0242远离主排气歧管022，每个支排气歧管0221上至少设置有两处支排气歧管弯曲段0224，支排气歧管弯曲段0224为导流弯径结构。
导流弯径结构中小弯曲面所在的圆柱和大弯曲面在的圆柱共轴，小弯曲面的半径R1和大弯曲面的半径R2满足如下要求：
R2/B＝R1/B+a，其中，a为0.5至0.8，B为与R1方向一致的导流弯径结构入口口径。导流弯径结构的入口的面积为F1，导流弯径结构的出口的面积为F2，F1和F2满足如下要求：F1/F2的值为1.2至2.0。
由于进气歧管弯曲段和排气歧管弯曲段都为导流弯径结构；导流弯径结构增加进气与排气的导流性，减小涡流的产生，以减小进气与排气的阻力，增加进气和排气的流畅性；通过匹配导流弯径结构中R1和R2与导流弯径结构入口口径的相关参数，进一步提减小进气与排气的阻力，增加进气和排气的流畅性；将导流弯径结构设置为进口大、出口小的结构，使进进气和排气在改变流向时最大限度的减小空气与外壁的分离，以及最大限度的减小内壁的涡流区范围，从而减小进排气的阻力；其中，进气的阻力有原来的2.25牛顿～2.5牛顿减为1.12牛顿～1.3牛顿；排气的阻力有原来的2.83牛顿～3.15牛顿减为1.54牛顿～1.66牛顿；其阻力降低了一半左右，发动机的能效比很高。
本发明矿用防爆电控EGR系统实施例结构图参见图9，包括EGR冷却器01、进排气歧管02、EGR混合装置04、防爆EGR阀03、防爆型电气控制装置05、进气防爆栅栏06、散热器总成07和防爆水冷增压器08；在图1结构的基础上，EGR冷却器01的EGR冷却器出水口014流入散热器总成07的内循环中，散热器总成07中连接防爆水冷增压器08以确保水冷和增压效果；散热器总成07的新鲜空气输出端通过进气防爆栅栏06与EGR混合装置04的新鲜空气入口端042连接。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明矿用防爆电控EGR系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述矿用防爆电控EGR系统包括EGR冷却器(01)、进排气歧管(02)和EGR混合装置(04)，所述EGR冷却器(01)设置在所述进排气歧管(02)上方，所述EGR冷却器(01)内设有EGR气管，所述EGR冷却器(01)的两端设有与所述EGR气管连通的EGR进气管(011)和EGR排气管(012)，所述EGR进气管(011)与所述进排气歧管(02)的排气口连接，所述EGR冷却器(01)靠近所述EGR进气管(011)的一端设有EGR冷却器进水口(013)，所述EGR冷却器(01)的另一端设有EGR冷却器出水口(014)；所述EGR混合装置(04)包括废气入口端(041)、新鲜空气入口端(042)和混合气体出口端(043)，所述EGR混合装置(04)的废气入口端(041)与所述EGR排气管(012)连接，所述EGR混合装置(04)的混合气体出口端(043)与所述进排气歧管(02)的进气口连接；所述EGR混合装置(04)上设有防爆EGR阀(03)，所述防爆EGR阀(03)电连接有用于控制ECR系统的EGR控制单元，所述EGR控制单元位于防爆型电气控制装置(05)内。
2.根据权利要求1所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述EGR混合装置(04)的新鲜空气入口端(042)设置为喇叭孔状，所述喇叭孔的大端为新鲜空气入口，所述喇叭孔的小端连接柱状通孔的一端，所述柱状通孔的另一端为混合气体出口端(043)。
3.根据权利要求2所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述废气入口端(041)与所述柱状通孔垂直，所述混合气体出口端(043)设有与所述柱状通孔共轴的环状凹槽，所述废气入口端(041)的废气入口与所述环状凹槽连通。
4.根据权利要求3所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述喇叭孔的大端的孔径与所述喇叭孔的小端的孔径的比值位于1.5至2之间。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述防爆型电气控制装置(05)内还设有用于控制发动机的电子控制单元。
6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述EGR气管、所述EGR进气管(011)和所述EGR排气管(012)都为双层水冷结构气管。
7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述进排气歧管(02)包括主进气歧管(021)、主排气歧管(022)和外壳(023)，所述外壳(023)的一侧设有气缸连接座(024)，所述气缸连接座(024)上设有气缸进气连接端口(0241)和气缸排气连接端口(0242)，所述主进气歧管(021)和所述主排气歧管(022)设置在所述外壳(023)的外部，所述主进气歧管(021)上连接有与其连通的多个支进气歧管(0211)，所述主排气歧管(022)上连接有与其连通的多个支排气歧管(0221)；所述支进气歧管(0211)伸入所述外壳(023)的内部，与所述气缸进气连接端口(0241)连通，所述支排气歧管(0221)伸入所述外壳(023)的内部，与所述气缸排气连接端口(0242)连通；所述外壳(023)上设有进水口(0231)和出水口(0232)，所述主进气歧管(021)和所述每个支进气歧管(0211)的连接段为进气歧管弯曲段(0212)，所述主排气歧管(022)和所述每个支排气歧管(0221)的连接段为排气歧管弯曲段(0222)，所述进气歧管弯曲段(0212)和所述排气歧管弯曲段(0222)都为导流弯径结构。
8.根据权利要求7所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述气缸排气连接端口(0242)远离所述主排气歧管(022)，所述每个支排气歧管(0221)上至少设置有两处支排气歧管弯曲段(0224)，所述支排气歧管弯曲段(0224)为导流弯径结构。
9.根据权利要求8所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述导流弯径结构中小弯曲面所在的圆柱和大弯曲面所述在的圆柱共轴，所述小弯曲面的半径R1和所述大弯曲面的半径R2满足如下要求：
R2/B＝R1/B+a，其中，a为0.5至0.8，B为与所述R1方向一致的导流弯径结构入口口径。
10.根据权利要求9所述的矿用防爆电控EGR系统，其特征在于，所述导流弯径结构的入口的面积为F1，所述导流弯径结构的出口的面积为F2，所述F1和所述F2满足如下要求：F1/F2的值为1.2至2.0。
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