CN105781810B - 一种实现egr技术的增压柴油机以及增压柴油机egr实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种实现EGR技术的增压柴油机以及增压柴油机EGR实现方法，包括柴油机、涡轮增压器、EGR涡轮增压器，柴油机分别连接进气总管和排气总管，涡轮增压器的压气机通过第一进气支路连接进气总管，涡轮增压器的涡轮通过第一排气支路连接排气总管，所述EGR涡轮增压器包括EGR压气机和EGR涡轮，第一排气支路分别连通第二排气支路、第三排气支路和第四排气支路，第二排气支路连通大气，第三排气支路连通EGR涡轮，第四排气支路连通EGR压气机，EGR压气机通过第二进气支路连通进气总管。本发明通过一个较小的涡轮增压器，对排气进行增压，这样排气的压力高于进气的压力，排气能够流进进气管中，从而实现EGR。

Description

一种实现EGR技术的增压柴油机以及增压柴油机EGR实现方法

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机及其控制方法，具体地说是柴油机及其进排气控制方法。

背景技术

随着船用柴油机对排放的限制日益严格，尤其是NOx排放，降低NOx排放已经刻不容缓。就目前的减排技术来说，EGR技术无论是在减排的效果上还是成本上都有很大的优势，得到了广泛的认可。所谓废气再循环(EGR)是将排气中的一部分废气引入到进气管，同新鲜空气混合后进入气缸重新参与燃烧的过程，降低了柴油机缸内燃烧温度，进而能够降低柴油机NOx排放。但是实现EGR还有很多难题，尤其是对于增压柴油机来说，柴油机的排气压力要小于进气压力，这就导致在自然条件下不可能将废气引入进气管中，这就需要使用一些辅助方法来实现EGR。有人通过对柴油机压气机后空气进行放气，降低进气压力，将废气引入到进气管中，这种方法虽可以实现EGR，但是是对能量的一种浪费，不易推广。

发明内容

本发明的目的在于提供使排气的压力高于进气的压力，从而令排气能够流向进气管的一种实现EGR技术的增压柴油机以及增压柴油机EGR实现方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种实现EGR技术的增压柴油机，包括柴油机、涡轮增压器，柴油机分别连接进气总管和排气总管，涡轮增压器的压气机通过第一进气支路连接进气总管，涡轮增压器的涡轮通过第一排气支路连接排气总管，其特征是：还包括EGR涡轮增压器，所述EGR涡轮增压器包括EGR压气机和EGR涡轮，第一排气支路分别连通第二排气支路、第三排气支路和第四排气支路，第二排气支路连通大气，第三排气支路连通EGR涡轮，第四排气支路连通EGR压气机，EGR压气机通过第二进气支路连通进气总管，第一进气支路上安装进气中冷器和进气流量计，第二进气支路上安装EGR流量计，第四排气支路上安装EGR冷却器和稳压箱。

本发明一种实现EGR技术的增压柴油机还可以包括：

1、第二排气支路上安装排气放气阀，第三排气支路上安装EGR涡轮控制阀，第四排气支路上安装EGR压气机控制阀，第二进气支路上安装EGR控制阀。

2、排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀以及EGR控制阀均连接采集涡轮增压器转速信号、柴油机负荷信号、柴油机转速信号的ECU控制单元。

本发明一种增压柴油机EGR实现方法，其特征是：采用如下实现EGR技术的增压柴油机：

包括柴油机、涡轮增压器、EGR涡轮增压器，柴油机分别连接进气总管和排气总管，涡轮增压器的压气机通过第一进气支路连接进气总管，涡轮增压器的涡轮通过第一排气支路连接排气总管，所述EGR涡轮增压器包括EGR压气机和EGR涡轮，第一排气支路分别连通第二排气支路、第三排气支路和第四排气支路，第二排气支路连通大气，第三排气支路连通EGR涡轮，第四排气支路连通EGR压气机，EGR压气机通过第二进气支路连通进气总管，第一进气支路上安装进气中冷器和进气流量计，第二进气支路上安装EGR流量计，第四排气支路上安装EGR冷却器和稳压箱；第二排气支路上安装排气放气阀，第三排气支路上安装EGR涡轮控制阀，第四排气支路上安装EGR压气机控制阀，第二进气支路上安装EGR控制阀；排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀以及EGR控制阀均连接采集涡轮增压器转速信号、柴油机负荷信号、柴油机转速信号的ECU控制单元；

ECU控制单元分别采集涡轮增压器转速信号、柴油机负荷信号、柴油机转速信号，根据预先设定的MAP图作比较进行判断：

(1)若柴油机处于低速小负荷状态，排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀以及EGR控制阀均处于关闭状态；

(3)若柴油机处于中高速或中高负荷时，判断涡轮增压器转速信号是否超过预先设定的限定值，如果超过，则打开排气放气阀，如果未超过，则开启EGR压气机控制阀，待稳压箱充满后，开启EGR涡轮控制阀、EGR控制阀。

本发明的优势在于：本发明通过一个较小的涡轮增压器，对排气进行增压，这样排气的压力高于进气的压力，排气能够流进进气管中，从而实现EGR。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括压气机1，废气涡轮2，进气中冷器3，进气流量计4，进气总管5，柴油机6，EGR流量计7，排气放气阀8，EGR涡轮控制阀9，EGR压气机控制阀10，EGR冷却器11，排气总管12，稳压箱13，EGR涡轮14，EGR压气机15，EGR控制阀16，增压器转速信号17，ECU控制单元18，柴油机转速信号19，柴油机负荷信号20以及各连接管路等。

压气机1、进气中冷器3、进气流量计4以及进气总管5组成了第一进气支路；排气总管12和废气涡轮2通过管路连接组成第一排气支路。

排气总管12后除了第一排气支路外还有三条排气支路，包括由排气放气阀8控制的第二排气支路，将废气直接排放到大气环境中；由EGR涡轮控制阀9控制的第三排气支路，控制着此路的开关以及EGR涡轮14工作与否；由EGR压气机控制阀10控制的第四排气支路，控制着此路的开关以及EGR压气机15工作与否。EGR压气机15后与进气总管5之间还有由EGR控制阀16控制的第二进气支路，该支路是实现EGR的最后一条支路，排气通过第二进气支路流进柴油机6，从而实现EGR。

该装置的控制方案如下：

ECU控制单元18采集涡轮增压器转速信号17、柴油机转速信号19以及柴油机负荷信号20，将这三种信号与ECU控制单元18提前设定好的MAP图作比较进行判断：

(1)当柴油机6处于低速小负荷的状态下，排气放气阀8、EGR涡轮控制阀9、EGR压气机控制阀10和EGR控制阀16均处于关闭状态，此时没有EGR。

(2)当柴油机6处于中高转速以及中高负荷时，首先看涡轮增压器转速信号17是否超过限定值，如果超过则打开排气放气阀8，将部分排气放掉，如果没有超过限定值则排气放气阀8依然处于关闭状态；随后开启EGR压气机控制阀10，过一段时间后排气将稳压箱13充满，在开启EGR涡轮控制阀9，最后开启EGR控制阀16，根据ECU控制单元18设定好的MAP图，对每个阀门的开度进行控制，从而达到想要的流量，实现目标EGR率。

本发明利用一个额外的涡轮增压器将排气进行增压，这样排气的压力高于进气的压力，排气能够流向进气管，实现EGR。该增压器的EGR涡轮和EGR压气机的入口都连接在排气管上，并且每条管路上都有一个控制阀，其作用是一方面控制着管路的开关，另一方面控制着管路中的排气流量，根据ECU控制单元接收到的柴油机转速信号和柴油机负荷信号进行具体的动作。EGR控制阀安装在进气总管与EGR压气机之间，控制着管路中的排气流量。排气放气阀的开关由涡轮增压器转速信号控制，当增压器转速高于所允许的最大转速时，开启排气放气阀，以保证安全，反之则处于关闭状态。

本发明装置包括包括包括压气机、废气涡轮、进气中冷器、进气流量计、进气总管、排气总管、柴油机本体、EGR流量计、排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀、EGR冷却器、稳压箱、ECU控制单元、EGR涡轮、EGR压气机以及EGR控制阀等。压气机、进气中冷器、进气流量计以及进气总管组成了第一进气支路；排气总管和废气涡轮通过管路连接组成第一排气支路。排气总管后除了第一排气支路外还有三条排气支路，包括由排气放气阀控制的第二排气支路，将废气直接排放到大气环境中；由EGR涡轮控制阀控制的第三排气支路，控制着此路的开关以及EGR涡轮工作与否；由EGR压气机控制阀控制的第四排气支路，控制着此路的开关以及EGR压气机工作与否。EGR压气机后与进气总管之间还有由EGR控制阀控制的第二进气支路，该支路是实现EGR的最后一条支路，排气通过第二进气支路流进柴油机，从而实现EGR。

该装置的控制方案如下：

ECU控制单元采集涡轮增压器转速信号、柴油机转速信号以及柴油机负荷信号，将这三种信号与柴油机的提前设定好的MAP图作比较进行判断：

(1)当柴油机处于低速小负荷的状态下，排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀和EGR控制阀均处于关闭状态，此时没有EGR。

(2)当柴油机处于中高转速以及中高负荷时，首先看涡轮增压器转速是否超过限定值，如果超过则打开排气放气阀，将部分排气放掉，如果没有超过限定值则排气放气阀依然处于关闭状态；随后开启EGR压气机控制阀，过一段时间后排气将稳压箱充满，在开启EGR涡轮控制阀，最后开启EGR控制阀，根据ECU控制单元设定好的MAP图，对每个阀门的开度进行控制，从而达到想要的流量，实现目标EGR率。

本发明一种增压柴油机实现EGR技术的装置，包括压气机、废气涡轮、进气中冷器、进气流量计、进气总管、排气总管、柴油机、EGR流量计、排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀、EGR冷却器、稳压箱、ECU控制单元、EGR涡轮、EGR压气机以及EGR控制阀等。其中，压气机入口与大气相通，空气通过压气机增压后，在进气中冷器中冷却，然后流过进气流量计经进气总管进入柴油机，废气经排气总管流出，一面通过废气涡轮膨胀做功，废气涡轮出口与大气环境相通，另一面则是流向了三个方向，一是通过排气放气阀直接放到大气环境中，二是通过EGR涡轮控制阀流向EGR涡轮做功，最终流向大气环境中，三是通过EGR压气机控制阀、EGR冷却器以及稳压箱流向EGR压气机，最终经过EGR控制阀和EGR流量计流进进气总管，重新回到柴油机内。

柴油机废气经过三岔管一路流向涡轮增压器的涡轮，一路流向实现EGR的管路中，之后又分别流向了大气环境、EGR涡轮以及EGR压气机三个方向。

废气流向实现EGR的管路中，为了防止涡轮增压器超速，设置了一个将废气直接排放到大气环境的一条管路，通过排气放气阀控制此管路的开关。

废气流向实现EGR的管路中，流向EGR涡轮这一路，通过EGR涡轮控制阀控制此管路的开关，当柴油机处于低负荷时，关闭EGR涡轮控制阀，没有EGR，当柴油机处于中高负荷时，开启EGR涡轮控制阀，实现EGR。

废气流向实现EGR的管路中，流向EGR压气机这一路，通过EGR压气机控制阀控制此路的开关，当柴油机处于低负荷时关闭EGR压气机控制阀，当柴油机处于中高负荷时，开启EGR压气机控制阀，经过EGR冷却器冷却，然后在稳压箱中保证进入EGR压气机的排气压力的稳定。

进过EGR压气机加压后的废气，经过EGR控制阀与EGR流量计流向进气总管，EGR控制阀根据需要通过开关角度控制废气流量。

Claims (1)

1.一种增压柴油机EGR实现方法，其特征是：采用如下实现EGR技术的增压柴油机：

包括柴油机、涡轮增压器、EGR涡轮增压器，柴油机分别连接进气总管和排气总管，涡轮增压器的压气机通过第一进气支路连接进气总管，涡轮增压器的涡轮通过第一排气支路连接排气总管，所述EGR涡轮增压器包括EGR压气机和EGR涡轮，第一排气支路分别连通第二排气支路、第三排气支路和第四排气支路，第二排气支路连通大气，第三排气支路连通EGR涡轮，第四排气支路连通EGR压气机，EGR压气机通过第二进气支路连通进气总管，第一进气支路上安装进气中冷器和进气流量计，第二进气支路上安装EGR流量计，第四排气支路上安装EGR冷却器和稳压箱；第二排气支路上安装排气放气阀，第三排气支路上安装EGR涡轮控制阀，第四排气支路上安装EGR压气机控制阀，第二进气支路上安装EGR控制阀；排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀以及EGR控制阀均连接采集涡轮增压器转速信号、柴油机负荷信号、柴油机转速信号的ECU控制单元；

ECU控制单元分别采集涡轮增压器转速信号、柴油机负荷信号、柴油机转速信号，根据预先设定的MAP图作比较进行判断：

(1)若柴油机处于低速小负荷状态，排气放气阀、EGR涡轮控制阀、EGR压气机控制阀以及EGR控制阀均处于关闭状态；

(2)若柴油机处于中高速或中高负荷时，判断涡轮增压器转速信号是否超过预先设定的限定值，如果超过，则打开排气放气阀，如果未超过，则开启EGR压气机控制阀，待稳压箱充满后，开启EGR涡轮控制阀、EGR控制阀。