CN106499551B

CN106499551B - 一种清洁的egr回路系统

Info

Publication number: CN106499551B
Application number: CN201610890360.2A
Authority: CN
Inventors: 石秀勇; 陈琦; 倪计民; 刘越; 唐晨曦; 管志云
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: CN106499551A

Abstract

本发明涉及一种清洁的EGR回路系统，包括荷电凝聚室(1)、捕集器(2)、EGR冷却器(3)和EGR阀(4)，荷电凝聚室(1)为腔体结构，荷电凝聚室(1)上设有作为放电极的金属条(12)，捕集器(2)内设有电极板(23)，荷电凝聚室(1)的出口连接捕集器(2)的入口，捕集器(2)的出口连接EGR冷却器的入口，EGR冷却器的出口设置EGR阀。与现有技术比，本发明通过电场作用使汽车发动机废气中的NOx和HC含量减少，降低了NOx与HC含量，减少了对EGR冷却器和EGR阀的腐蚀，并减少NOx的最终排放，本发明成本低、体积小、效率高、阻力小、易再生，无须复杂改装即可加装在GDI发动机中，EGR阀和EGR冷却器使用寿命得以大幅延长，提升EGR响应速度和流通效率。

Description

一种清洁的EGR回路系统

技术领域

本发明涉及一种EGR回路系统，尤其是涉及一种用在GDI发动机上的清洁的EGR回路系统。

背景技术

GDI发动机(汽油直接喷射式发动机)因其较好的动力性、燃油经济性、排放性等优点，在乘用车上得到愈来愈广泛的使用。GDI发动机的燃油直接喷入气缸，由此引起的油气混合不均匀和燃油湿壁使颗粒物排放质量和数量显著增加。国内外大量实验研究表明，GDI发动机颗粒物排放数量明显多于传统气道喷射发动机。

长期以来，发动机可通过配备TWC(三元催化转换器)降低NOx。GDI发动机在加装EGR(废气再循环系统)后，在动力性和经济性方面都有很大提升，并且在碳氢化合物(HC)排放升高不多的情况下可对氮氧化合物(NOx)的排放实现有效的控制，面对越来越严重的能源危机和环境问题，EGR技术在GDI发动机上具有很大的应用前景。

GDI发动机的排气颗粒物主要包括核态颗粒物和积聚态颗粒物。在数量上，核态颗粒物所占比重较大，峰值粒径多数小于10nm，积聚态颗粒物所占比重较小，峰值粒径在70-100nm之间。EGR的引入减少了排气中积聚态颗粒物，也导致了核态颗粒物数量一定程度的增加。随着使用日久，细小颗粒物在EGR阀处容易聚集，易造成堵塞，影响EGR的响应速度和流通效率，最终造成动力性和经济性的损失，加剧颗粒物排放的恶化。

中国专利CN 104879248 A公开了一种防堵塞的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EGR冷却单元的入口处；EGR冷却单元、NTP喷射系统均与控制模块连接；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，解决EGR系统的堵塞问题，但该系统结构复杂，控制策略要求高，且需配合外加NTP发生系统，成本高，易故障，不易生产应用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种成本低、体积小、效率高、阻力小、易再生的清洁的EGR回路系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种清洁的EGR回路系统，包括EGR冷却器和EGR阀，还包括荷电凝聚室和捕集器，所述的荷电凝聚室为设有入口和出口的腔体结构，荷电凝聚室设有作为放电极的金属条，所述的捕集器内设有电极板，

所述的荷电凝聚室的出口连接捕集器的入口，所述捕集器的出口连接EGR冷却器的入口，EGR冷却器的出口设置EGR阀。

进一步的，所述的金属条加载30-40kv的脉冲直流电压，优选为35kv。

进一步的，所述的金属条间隔20-30mm并排排列布置在荷电凝聚室的内部，金属条优选为平直的条形状，金属条的两边设成具有“峰”和“谷”类似锯齿的形状，金属条的两边还设有突出的尖刺，这样有利于金属条作为放电极放电，使气体充分电离。

进一步的，所述的捕集器的电极板设有两块，分别设置在捕集器的两侧，两块电极板上分别加载2500-3500V的正负直流电压，优选为3000V。

进一步的，所述的捕集器底部设有灰斗，灰斗上部设有灰斗挡板，捕集器内设有刮擦电极板的除尘刮片。

进一步的，所述的除尘刮片上端连接齿条，所述的捕集器的上部设有与齿条配合的齿轮，齿轮装在电机上，通过设在捕集器下部的行程开关驱动控制除尘刮片进行上下刮擦运动。

进一步的，所述的灰斗挡板由两个相同的挡板组成，两个挡板的外侧端分别与捕集器铰接，内侧端分别通过牵引线与除尘刮片连接，两个挡板随除尘刮片上下运动实现灰斗的闭合与开启。

进一步的，所述的荷电凝聚室的金属条、捕集器的电极板以及电机通过电瓶经变压装置提供电能。

进一步的，所述的除尘刮片与电极板垂直，除尘刮片两端分别与两侧的电极板接触。

进一步的，所述的电极板与捕集器之间设有绝缘层。

使用时，废气进入荷电凝聚室，荷电凝聚室利用金属条尖刺作为放电极，金属条上加载高压脉冲直流电压，在脉冲直流电压下，当气流在荷电凝聚室通过时，气体在放电电极周围的强电场作用下进行电离，气体离子与周围微粒碰撞接触，使微粒带电，荷电微粒在静电力的作用下凝聚长大，达到满足高效吸附的尺寸和接近饱和的荷电量；从荷电凝聚室引出的气体进入捕集器，捕集器两侧电极板分别加载正负高压直流电，带点微粒及带点“凝聚团”在电场力作用下运动到正负极板上，被吸附在电极板上，废气颗粒被高效捕集，处理后的废气进入EGR冷却器，通过EGR阀进入后续设备，有效避免了EGR阀因堵塞而需要清洁更换的问题，提高了控制灵敏度；同时减少EGR冷却器污染腐蚀，提高冷却效果。

本发明在发动机停机后启动电机，利用齿轮、齿条驱动除尘刮片对吸附在电极板上的颗粒进行往复刮擦，由行程开关控制，除尘刮片完成一个往复运动后停止，实现简单可行、高效节能的机械式再生，同时通过牵引线带动灰斗挡板实现灰斗的封闭和启封，灰斗用作收集除尘刮片刮下的颗粒物，且有足够的容量和合理布置的造型，在电极板吸附时，除尘刮片位于装置顶端，两片灰斗挡板闭合与除尘刮片平行，封闭灰斗，防止灰斗中的颗粒物受气流扰动而扬起。

本发明采用了电荷吸附的原理，对废气中的颗粒进行收集。从发动机燃烧后的排气微粒整体呈电中性，在颗粒物固有电荷基础上采用高压脉冲直流电强化荷电可将捕集效率由70％提升至90％以上，同时缩小捕集装置的体积，适于静电捕集的颗粒电阻率范围是10⁴～10¹¹Ω·cm，适于排气微粒的电阻率在10⁶～10⁸Ω·cm，静电捕集效率高，可达80～99.9％，阻力小，约为0.2～0.3kpa，适于捕集细小微粒。针对GDI发动机易产生小粒径的核态颗粒物，尤其是加入EGR后核态颗粒物增多的情况，本发明提供了一种高效的除尘手段。

与现有技术比，本发明通过电场作用使废气中的NOx和HC含量减少，同时提升了三元催化转换器的经济性，使废气中NOx与HC发生电化学反应、氧化反应或凝聚长大被极板吸附，降低了NOx与HC含量，减少了对EGR冷却器和EGR阀的腐蚀，并减少NOx的最终排放。本发明成本低、体积小、效率高、阻力小、易再生，无须复杂改装即可加装在GDI发动机中，EGR阀和EGR冷却器使用寿命得以大幅延长，提升EGR响应速度和流通效率，随着GDI汽油机配合EGR使用的普及，本发明有着重要的实用性意义。

附图说明

图1为本发明EGR回路系统的示意图；

图2为荷电凝聚室的结构示意图；

图3为捕集器吸附状态的结构示意图；

图4为捕集器再生状态的结构示意图；

图中：1-荷电凝聚室；2-捕集器；3-EGR冷却器；4-EGR阀；5-电瓶；6-变压装置；11-荷电凝聚室入口；12-金属条；121-尖刺；13-荷电凝聚室出口；21-捕集器入口；22-捕集器出口；23-电极板；24-灰斗档板；25-灰斗；26-齿条；27-齿轮；28-电机；29-绝缘层；210-行程开关；211-牵引线；212-除尘刮片。

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。

实施例1

一种清洁的EGR回路系统，如图1-4所示，包括EGR冷却器3和EGR阀4，还包括荷电凝聚室1和捕集器2，荷电凝聚室1为设有入口11和出口13的腔体结构，荷电凝聚室1的腔体结构上设有金属条12，金属条12间隔20-30mm并排排列布置在荷电凝聚室1的内部，本实施例间隔20mm，金属条12可以加载30-40kv的脉冲直流电压，本实施例采用35kv，荷电凝聚室1的出口连接捕集器2的入口，捕集器2的出口连接EGR冷却器3的入口，EGR冷却器3的出口设置EGR阀4。捕集器2内设有电极板23，捕集器2的电极板设有两块，分别设置在捕集器2的两侧，两块电极板上可以加载2500-3500V的正负直流电压，本实施例为3000V。

捕集器2设有捕集器入口21和捕集器出口22，捕集器2内设有刮擦电极板23的除尘刮片212，除尘刮片212与电极板23垂直，除尘刮片212两端分别与两侧的电极板23接触，电极板23与捕集器2之间设有绝缘层。捕集器2底部设有灰斗25，灰斗25上部设有灰斗挡板24，灰斗挡板24由两个相同的挡板组成，两个挡板的外侧端分别与捕集器2铰接，内侧端分别通过牵引线211与除尘刮片212连接，两个挡板随除尘刮片212上下运动实现灰斗25的闭合与开启，除尘刮片212上端连接齿条26，捕集器2的上部设有与齿条26配合的齿轮27，齿轮27装在电机28上，通过设在捕集器2下部的行程开关210驱动控制除尘刮片212进行上下刮擦运动。荷电凝聚室1的金属条12、捕集器2的电极板23以及电机28通过电瓶5经变压装置6提供电能。

本系统在使用时，废气进入荷电凝聚室1，荷电凝聚室1利用金属条12上的尖刺121作为放电极，金属条12上加载高压脉冲直流电压，在脉冲直流电压下，当气流在荷电凝聚室通过时，气体在放电电极周围的强电场作用下进行电离，气体离子与周围微粒碰撞接触，使微粒带电，荷电微粒在静电力的作用下凝聚长大，达到满足高效吸附的尺寸和接近饱和的荷电量；从荷电凝聚室1引出的气体进入捕集器2，捕集器2两侧电极板23分别加载正负高压直流电，带点微粒及带点“凝聚团”在电场力作用下运动到正负极板上，被吸附在电极板23上，废气颗粒被高效捕集，处理后的废气进入EGR冷却器3，通过EGR阀4进入后续设备，有效避免了EGR阀4因堵塞而需要清洁更换的问题，提高了控制灵敏度；同时减少EGR冷却器污染腐蚀，提高冷却效果。

发动机停机后启动电机28，利用齿轮27、齿条26驱动除尘刮片212对吸附在电极板23上的颗粒进行往复刮擦，由行程开关210控制，除尘刮片212完成一个往复运动后停止，实现简单可行、高效节能的机械式再生，同时通过牵引线211带动灰斗挡板24实现灰斗25的封闭和启封，灰斗25用作收集除尘刮片212刮下的颗粒物，且有足够的容量和合理布置的造型，在电极板间吸附时，除尘刮片212位于装置顶端，两片灰斗挡板24闭合与除尘刮片212平行，封闭灰斗25，防止灰斗中的颗粒物受气流扰动而扬起。

Claims

1.一种清洁的EGR回路系统，包括EGR冷却器(3)和EGR阀(4)，其特征在于，还包括荷电凝聚室(1)和捕集器(2)，所述的荷电凝聚室(1)为设有入口(11)和出口(13)的腔体结构，荷电凝聚室(1)设有作为放电极的金属条(12)，所述的捕集器(2)内设有电极板(23)，

所述的荷电凝聚室(1)的出口连接捕集器(2)的入口，所述捕集器(2)的出口连接EGR冷却器的入口，EGR冷却器的出口设置EGR阀，

所述的捕集器(2)底部设有灰斗(25)，灰斗(25)上部设有灰斗挡板(24)，捕集器(2)内设有刮擦电极板(23)的除尘刮片(212)，

所述的除尘刮片(212)上部连接齿条(26)，所述的捕集器(2)的上部设有与齿条(26)配合的齿轮(27)，齿轮(27)装在电机(28)上，通过设在捕集器(2)下部的行程开关(210)驱动控制除尘刮片(212)进行上下刮擦运动，

所述的灰斗挡板(24)由两个相同的挡板组成，两个挡板的外侧端分别与捕集器(2)铰接，内侧端分别通过牵引线(211)与除尘刮片(212)连接，两个挡板随除尘刮片(212)上下运动实现灰斗(25)的闭合与开启。

2.根据权利要求1所述的一种清洁的EGR回路系统，其特征在于，所述的金属条(12)加载30-40kv的脉冲直流电压。

3.根据权利要求1所述的一种清洁的EGR回路系统，其特征在于，所述的金属条(12)间隔20-30mm并排排列布置在荷电凝聚室(1)的内部，金属条的两边设成具有“峰”和“谷”类似锯齿的形状，金属条的两边还设有突出的尖刺(121)。

4.根据权利要求1所述的一种清洁的EGR回路系统，其特征在于，所述的捕集器(2)的电极板(23)设有两块，分别设置在捕集器(2)的两侧，两块电极板上分别加载2500-3500V的正负直流电压。

5.根据权利要求1所述的一种清洁的EGR回路系统，其特征在于，所述的荷电凝聚室(1)的金属条(12)、捕集器(2)的电极板(23)以及电机(28)通过电瓶(5)经变压装置(6)提供电能。

6.根据权利要求1所述的一种清洁的EGR回路系统，其特征在于，所述的除尘刮片(212)与电极板(23)垂直，除尘刮片(212)两端分别与两侧的电极板(23)接触。

7.根据权利要求1所述的一种清洁的EGR回路系统，其特征在于，所述电极板(23)与捕集器(2)之间设有绝缘层(29)。