CN105545529A - 一种燃气及egr耦合直喷系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃气及EGR耦合直喷系统，其中低压EGR管连接排气管和高压EGR管，低压EGR管上安装有低压EGR阀，高压EGR管上安装有高压EGR阀，？EGR泵进口通过高压EGR管与排气总管相连接，EGR泵出口与EGR气轨进口相连接，EGR气轨出口通过EGR气轨出气管与高压混合器EGR端进口相连接，EGR气轨出气管上设置有EGR气轨控制阀，液化燃气瓶出口与燃气泵进口相连接，燃气泵出口与燃气轨进口相连接，燃气轨出口通过燃气轨出气管与高压混合器燃气端进口相连接，燃气轨出气管上设置有燃气轨控制阀，高压混合器出口通过喷嘴连接管与喷嘴相连接，喷嘴安装在气缸上或靠近气缸的进气道内。

Description

一种燃气及EGR耦合直喷系统
技术领域
本发明涉及一种直喷系统，更具体的说涉及一种燃气及EGR耦合直喷系统，属于燃气机领域的排气再循环（EGR）及燃气供给系统技术领域。
背景技术
目前，面对日趋严峻的环境危机，各国对排放法规的要求越来越严格，因此减少排放成为内燃机发展的主要方向。以天然气为代表的清洁燃料逐渐受到重视，大量研究表明采用清洁燃料的燃气机排放较传统汽柴油机大幅降低；同时天然气等清洁燃料作为一种替代燃料能够一定程度缓解我国对石油的需求。另一方面，EGR系统作为降低内燃机NOx排放的有效机内净化措施，也是低排放燃气机的重要技术路线之一。传统的EGR系统，通过在排气管和进气管之间建立EGR回路，将废气引入进气系统并与新鲜充量混合，然后随新鲜充量进入气缸内参与燃烧，实现对燃烧排放物的控制。该传统的EGR系统简单可行，但是，其存在以下几个问题：一方面，EGR系统存在响应延迟效应，在加速或加载过程中可能出现过大的EGR率，导致排放物急剧上升、燃烧不完全、不稳定甚至失火；另一方面，当EGR率较大时，大量排气引入到进气管，排气与新鲜充量的混合效果变差，造成EGR混合以及各缸EGR分配不均，使部分缸排放浓度过高和燃烧不稳定，对发动机的排放和性能均产生不利影响。
中国专利申请号为201120382503.1、名称为《一种柴油发动机的废气再循环结构》的实用新型专利介绍了一种柴油发动机的EGR结构，其通过在EGR阀与进气歧管之间增加EGR分配管，使各缸的EGR率较容易达到均匀。中国专利申请号为CN201210080055.9、名称为《一种解决EGR驱动滞环的方法和系统》的发明专利介绍了一种解决EGR驱动滞环的方法和系统，其通过建立EGR的实际所需开度的变化趋势和EGR特性曲线间的联系，消除了由于变化趋势不一致而导致的EGR驱动滞后现象。但是，上述专利只是对传统EGR系统的改进，不能从根本上解决EGR延迟及EGR量精确控制等问题；因此，目前依然没有一种方法能够很好地解决瞬态工况下EGR的响应延迟等问题，瞬态工况下EGR系统的精确控制依然是内燃机领域一个急需解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的EGR系统延迟、EGR量精确控制等问题，提供一种燃气及EGR耦合直喷系统。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种燃气及EGR耦合直喷系统，包括压气机、涡轮机、进气中冷器、发动机、气缸、低压EGR管，所述的压气机进气口与进气管相连接，压气机出气口通过压气机出气管与进气中冷器进口相连接，所述的进气中冷器出口通过进气总管与发动机相连接，所述的涡轮机进口通过排气总管与发动机相连接，涡轮机出口与排气管相连接，所述的压气机与涡轮机之间通过连接轴相连接，还包括有高压EGR管、EGR泵、EGR气轨、液化燃气瓶、燃气泵、燃气轨、高压混合器和喷嘴，所述的低压EGR管连接排气管和高压EGR管，低压EGR管上安装有低压EGR阀，高压EGR管上安装有高压EGR阀，所述的EGR泵进口通过高压EGR管与排气总管相连接，EGR泵出口与EGR气轨进口相连接，所述的EGR气轨出口通过EGR气轨出气管与高压混合器EGR端进口相连接，所述的EGR气轨出气管上设置有EGR气轨控制阀，所述的液化燃气瓶出口与燃气泵进口相连接，所述的燃气泵出口与燃气轨进口相连接，所述的燃气轨出口通过燃气轨出气管与高压混合器燃气端进口相连接，所述的燃气轨出气管上设置有燃气轨控制阀，所述的高压混合器出口通过喷嘴连接管与喷嘴相连接，所述的喷嘴安装在气缸上或靠近气缸的进气道内。
还包括有冷却器，所述的冷却器EGR进口通过EGR泵出气管与EGR泵出口相连接，冷却器EGR出口通过EGR气轨进气管与EGR气轨进口相连接，所述的冷却器燃气进口通过燃气泵出气管与燃气泵出口相连接，冷却器燃气出口通过燃气轨进气管与燃气轨进口相连接。
还包括有EGR过滤器，所述的EGR过滤器进口与高压EGR管相连接，EGR过滤器出口通过EGR泵进气管与EGR泵进口相连接。
还包括有燃气过滤器，所述的燃气过滤器设置在液化燃气瓶和燃气泵之间，燃气过滤器进口通过燃气总管与液化燃气瓶出口相连接，燃气过滤器出口通过燃气泵进气管与燃气泵进口相连接，所述的燃气总管上设置有燃气减压阀。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明中EGR泵进口通过高压EGR管与排气总管相连接，EGR泵出口与EGR气轨进口相连接，EGR气轨出口通过EGR气轨出气管与高压混合器EGR端进口相连接，EGR气轨出气管上设置有EGR气轨控制阀，液化燃气瓶出口与燃气泵进口相连接，燃气泵出口与燃气轨进口相连接，燃气轨出口通过燃气轨出气管与高压混合器燃气端进口相连接，燃气轨出气管上设置有燃气轨控制阀，高压混合器出口通过喷嘴连接管与喷嘴相连接，喷嘴安装在气缸上或靠近气缸的进气道内。通过建立了燃气轨和EGR气轨两套气轨，并分别通过燃气泵和EGR泵维持燃气轨和EGR气轨内压力；通过高压混合器将燃气和EGR按一定比例在进行混合，燃气和EGR混合气再由高压混合器输送给喷嘴，通过控制燃气喷嘴开启和关闭实现将燃气和EGR混合气直接精确喷入缸内时刻、喷入缸内燃气和EGR量，实现燃气和EGR的快速响应，有效避免燃气和EGR响应延迟，消除传统燃气供给和EGR系统的响应滞后、因进气混合不均导致的各缸间燃气和EGR分配不均等问题。
2、本发明中燃气和EGR分别经独立的燃气轨和EGR气轨以燃气和EGR混合气形式经共用喷嘴喷入气缸内燃气和EGR共用喷嘴，减小了喷嘴数量，解决了气缸内喷嘴布置问题；同时，燃气轨和EGR气轨避免了两种气轨之间的相互干涉。
3、本发明中的交换器利用燃气冷量对EGR冷却，减少了低温燃气的气化加热需求以及高温EGR的冷却需求，提高发动机能量利用效率。
4、本发明中建立了高压和低压两种EGR回路，通过控制高压EGR阀和低压EGR阀控制EGR泵取气方式，实现了灵活取气策略。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中，进气管1，压气机2，连接轴3，涡轮机4，压气机出气管5，进气中冷器6，进气总管7，发动机8，气缸9，排气总管10，排气管11，低压EGR管12，低压EGR阀13，高压EGR阀14，高压EGR管15，EGR中冷器16，EGR泵进气管17，EGR泵18，EGR泵出气管19，冷却器20，EGR气轨进气管21，EGR气轨22，EGR气轨控制阀23，EGR气轨出气管24，高压混合器25，喷嘴连接管26，喷嘴27，液化燃气瓶28，燃气总管29，燃气减压阀30，燃气过滤器31，燃气泵进气管32，燃气泵33，燃气泵出气管34，燃气轨进气管35，燃气轨36，燃气轨出气管37，燃气轨控制阀38。
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1，一种燃气及EGR耦合直喷系统，包括压气机2、涡轮机4、进气中冷器6、发动机8、气缸9、低压EGR管12、高压EGR管15、EGR泵18、EGR气轨22、液化燃气瓶28、燃气泵33、燃气轨36、高压混合器25和喷嘴27。所述的压气机2进气口与进气管1相连接，压气机2出气口通过压气机出气管5与进气中冷器6进口相连接；所述的进气中冷器6出口通过进气总管7与发动机8相连接。所述的涡轮机4进口通过排气总管10与发动机8相连接，涡轮机4出口与排气管11相连接；所述的压气机2与涡轮机4之间通过连接轴3相连接。所述的低压EGR管12连接排气管11和高压EGR管15，低压EGR管12上安装有低压EGR阀13；高压EGR管15上安装有高压EGR阀14。所述的EGR泵18进口通过高压EGR管15与排气总管10相连接，EGR泵18出口与EGR气轨22进口相连接。所述的EGR气轨22出口通过EGR气轨出气管24与高压混合器25EGR端进口相连接，所述的EGR气轨出气管24上设置有EGR气轨控制阀23。所述的液化燃气瓶28出口与燃气泵33进口相连接，所述的燃气泵30出口与燃气轨36进口相连接；所述的燃气轨36出口通过燃气轨出气管37与高压混合器25燃气端进口相连接，所述的燃气轨出气管37上设置有燃气轨控制阀38；所述的高压混合器25出口通过喷嘴连接管26与喷嘴27相连接，所述的喷嘴27安装在气缸9上或靠近气缸9的进气道内；将喷嘴27安装在靠近气缸9的进气道内实现进气道直喷，可获得较好的响应特性。
参见图1，进一步的，还包括有冷却器20，所述的冷却器20EGR进口通过EGR泵出气管19与EGR泵18出口相连接，冷却器20EGR出口通过EGR气轨进气管21与EGR气轨22进口相连接；所述的冷却器20燃气进口通过燃气泵出气管34与燃气泵33出口相连接，冷却器20燃气出口通过燃气轨进气管35与燃气轨36进口相连接。
参见图1，进一步的，还包括有EGR过滤器16，所述的EGR过滤器16进口与高压EGR管15相连接，EGR过滤器16出口通过EGR泵进气管17与EGR泵18进口相连接。
参见图1，进一步的，还包括有燃气过滤器31，所述的燃气过滤器31设置在液化燃气瓶28和燃气泵33之间。燃气过滤器31进口通过燃气总管29与液化燃气瓶28出口相连接，燃气过滤器31出口通过燃气泵进气管32与燃气泵33进口相连接；所述的燃气总管29上设置有燃气减压阀30。
参见图1，本发明建立了建立了燃气和EGR共轨系统，燃气及EGR缸内耦合直喷系统，在燃气轨36和EGR气轨22内气体经高压混合器25按一定比例混合，然后输送给喷嘴27，并由喷嘴27将混合气直接喷射到缸内，即建立了燃气及EGR缸内耦合直喷系统，适用于多缸增压燃气机。工作时，燃气和废气分别通过燃气泵33和EGR泵18加压进入燃气轨36和EGR气轨22，并在各自的气轨中维持一定的压力；通过高压混合器25控制轨后燃气与EGR混合气比例，保证缸内对燃气和EGR量的不同需求；然后燃气和EGR经高压混合器25按一定比例混合后输送给喷嘴27，通过控制喷嘴27的开启和关闭控制燃气和EGR混合气进入缸内时刻以及喷射量。因此，本发明通过建立燃气轨36和EGR气轨22两套气轨，按照气缸9内燃烧对对燃气和EGR量的需求，将所需比例的燃气与EGR混合气精确快速喷入各缸内，参与缸内燃烧以及排放物控制，实现对燃气和EGR的快速精确控制，避免了因进气混合不均导致的各缸间燃气和EGR分配不均等问题、消除了现有EGR系统的燃气和EGR响应滞后问题，解决了瞬态工况下EGR的响应延迟等问题，实现了瞬态工况下EGR系统的精确控制，保证了发动机8有较优的性能及排放效果。
参见图1，本发明中燃气和EGR分别经独立的燃气轨36和EGR气轨22以燃气和EGR混合气形式经共用喷嘴27喷入气缸9内，燃气和EGR共用喷嘴，减小了喷嘴27数量，解决了气缸27内喷嘴布置问题；同时，燃气轨36和EGR气轨22避免了两种气轨之间的相互干涉。
参见图1，本发明中燃气与EGR通过冷却器20进行换热，利用低温燃气冷量对高温EGR进行冷却，减少了对发动机冷却液需求，同时低温燃气对EGR的冷却效果更好，满足低温燃气加热以及高温EGR冷却需求。
参见图1，同时，本发明中高压EGR管15和低压EGR管12与EGR泵18相连，高压EGR阀14和低压EGR阀13分别安装在高压EGR管15和低压EGR管12上；即建立了高压和低压两种EGR回路，通过控制高压EGR阀14和低压EGR阀13的开启和关闭控制EGR泵取气方式，实现灵活取气策略。
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 (4)

1.一种燃气及EGR耦合直喷系统，包括压气机（2）、涡轮机（4）、进气中冷器（6）、发动机（8）、气缸（9）、低压EGR管（12），所述的压气机（2）进气口与进气管（1）相连接，压气机（2）出气口通过压气机出气管（5）与进气中冷器（6）进口相连接，所述的进气中冷器（6）出口通过进气总管（7）与发动机（8）相连接，所述的涡轮机（4）进口通过排气总管（10）与发动机（8）相连接，涡轮机（4）出口与排气管（11）相连接，所述的压气机（2）与涡轮机（4）之间通过连接轴（3）相连接，其特征在于：还包括有高压EGR管（15）、EGR泵（18）、EGR气轨（22）、液化燃气瓶（28）、燃气泵（33）、燃气轨（36）、高压混合器（25）和喷嘴（27），所述的低压EGR管（12）连接排气管（11）和高压EGR管（15），低压EGR管（12）上安装有低压EGR阀（13），高压EGR管（15）上安装有高压EGR阀（14），所述的EGR泵（18）进口通过高压EGR管（15）与排气总管（10）相连接，EGR泵（18）出口与EGR气轨（22）进口相连接，所述的EGR气轨（22）出口通过EGR气轨出气管（24）与高压混合器（25）EGR端进口相连接，所述的EGR气轨出气管（24）上设置有EGR气轨控制阀（23），所述的液化燃气瓶（28）出口与燃气泵（33）进口相连接，所述的燃气泵（30）出口与燃气轨（36）进口相连接，所述的燃气轨（36）出口通过燃气轨出气管（37）与高压混合器（25）燃气端进口相连接，所述的燃气轨出气管（37）上设置有燃气轨控制阀（38），所述的高压混合器（25）出口通过喷嘴连接管（26）与喷嘴（27）相连接，所述的喷嘴（27）安装在气缸（9）上或靠近气缸（9）的进气道内。
2.根据权利要求1所述的一种燃气及EGR耦合直喷系统，其特征在于：还包括有冷却器（20），所述的冷却器（20）EGR进口通过EGR泵出气管（19）与EGR泵（18）出口相连接，冷却器（20）EGR出口通过EGR气轨进气管（21）与EGR气轨（22）进口相连接，所述的冷却器（20）燃气进口通过燃气泵出气管（34）与燃气泵（33）出口相连接，冷却器（20）燃气出口通过燃气轨进气管（35）与燃气轨（36）进口相连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃气及EGR耦合直喷系统，其特征在于：还包括有EGR过滤器（16），所述的EGR过滤器（16）进口与高压EGR管（15）相连接，EGR过滤器（16）出口通过EGR泵进气管（17）与EGR泵（18）进口相连接。
4.根据权利要求1所述的一种燃气及EGR耦合直喷系统，其特征在于：还包括有燃气过滤器（31），所述的燃气过滤器（31）设置在液化燃气瓶（28）和燃气泵（33）之间，燃气过滤器（31）进口通过燃气总管（29）与液化燃气瓶（28）出口相连接，燃气过滤器（31）出口通过燃气泵进气管（32）与燃气泵（33）进口相连接，所述的燃气总管（29）上设置有燃气减压阀（30）。
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