CN106762238A - 一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统,增压式发动机包括进气侧和设置在进气侧的压气机,包括:废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气经由压气机导入进气侧进行再度燃烧;辅助废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气在不经由压气机的情况下导入进气侧进行再度燃烧;控制器,用于根据车辆行驶速度控制废气选择性地流经废气再循环回路和辅助废气再循环回路。本发明能够将发动机排出的部分废气在不同条件下经过/不经过压气机进入气缸内再度燃烧。这有利于提高压缩行程前气缸内的气体温度和燃烧开始时气体的温度,从而提高了发动机效率和增加了废气再循环率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域,特别是涉及一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统。
背景技术
增压式发动机是配备涡轮增压器的发动机。首先是涡轮机的进气口与发动机排气歧管相连,涡轮机的排气口则接在排气管上。然后压气机的进气口与空气滤清器管道相连,压气机的排气口接在进气歧管上,最后涡轮和叶轮分别装在涡轮机和压气机内,二者同轴刚性联接。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送新鲜空气进入气缸。涡轮增压的主要作用就是通过涡轮增压器提高发动机进气量,从而提高发动机的输出功率和扭矩。而米勒和/或阿特金森循环发动机的特点是膨胀比大于压缩比。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压。但是,米勒和/或阿特金森循环发动机独特的进气方式让低速扭矩很差,长活塞行程不利于高转速运转。因此,在实际运用中将涡轮增压器和米勒和/或阿特金森循环发动机结合具有一定程度的好处。
但是,应用上述米勒和/或阿特金森循环发动机运行过程中,这种循环方式降低了发动机压缩行程前缸内气体的温度和燃烧开始时气体的温度,导致燃烧速度变慢而不利于提高发动机的热效率。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统,并将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气在不同条件下经过/不经过压气机进入气缸内再度燃烧。这有利于提高压缩行程前气缸内的气体温度,以及提高燃烧开始时气体的温度,从而提高了发动机效率和增加了废气再循环率。
特别地,本发明提供了一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统,所述增压式发动机包括进气侧和设置在所述进气侧的压气机,包括:废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气经由所述压气机导入所述进气侧进行再度燃烧;辅助废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气在不经由所述压气机的情况下导入所述进气侧进行再度燃烧;控制器,用于根据车辆行驶速度控制所述废气选择性地流经废气再循环回路和辅助废气再循环回路。
进一步地,增压式发动机还包括排气侧和设置在所述排气侧的涡轮机,所述系统还包括:设置在所述废气再循环回路中的催化器,位于所述涡轮机的下游,用于将所述废气转化为无害气体;设置在所述废气再循环回路中的EGR冷却器和用于选择性地打开或关闭所述废气再循环管路EGR阀,所述EGR冷却器设置在所述催化器的下游,所述EGR阀能够将经由所述EGR冷却器的无害气体导流至所述压气机;其中,所述废气在所述废气再循环回路的流动路径为:所述废气从所述发动机排出至涡轮机,经过所述催化器转化为无害气体后进入所述EGR冷却器,通过EGR阀流经压气机后再导入所述发动机内进行再度燃烧。
进一步地,辅助废气再循环管路,其具有连接至所述发动机的所述进气侧的第一端部和连接至所述EGR冷却器的下游的第二端部;设置在所述辅助废气再循环管路中的开关阀,用于选择性地打开或关闭所述辅助废气再循环管路。
进一步地,所述EGR阀和所述开关阀配置成在所述EGR阀打开时,所述开关阀关闭,在所述开关阀打开时,所述EGR阀关闭。
进一步地,还包括:设置在所述辅助废气再循环管路中并靠近所述进气侧的单向阀,用于在所述开关阀打开时,将所述经由所述EGR冷却器的无害气体导流至所述发动机,以使得所述无害气体进行再度燃烧。
进一步地,所述单向阀构造成能够在所述开关阀打开时被气体顶开。
进一步地,电连接至所述开关阀两侧的压差传感器,用于检测所述开关阀的上游和下游之间的压力差。
进一步地,所述发动机还包括进气歧管,所述系统还包括:设置在所述进气歧管内的加热装置,用于对所述进气歧管内的气体进行加热。
进一步地,速度传感器,用于检测所述车辆的行驶速度;其中,所述控制器配置成在检测到所述车辆的行驶速度不高于一预设速度值时,控制所述废气在所述废气再循环回路中进行循环流动,在检测到所述车辆的行驶速度高于一预设速度值时,控制所述废气在所述辅助废气再循环回路中进行循环流动。
进一步地,所述控制器配置成在所述压差传感器检测到所述压力差不小于一预设压力差时,控制所述废气在所述辅助废气再循环回路中进行循环流动,在所述压差传感器检测到所述压力差小于一预设压力差时,控制所述废气在所述废气再循环回路中进行循环流动。
本发明的低压废气再循环系统,由于所述废气选择性地流经废气再循环回路和辅助废气再循环回路,因此该系统满足了不同条件下的需求,有利于提高压缩行程前气缸内的气体温度,以及提高燃烧开始时气体的温度,从而提高了发动机效率和增加了废气再循环率。
进一步地,本发明的低压废气再循环系统能够在发动机高速运转和低速运转时,采用不同的废气再循环方式对发动机废气再利用。本发明的低压废气再循环系统还能够根据废气循环回路中的进气和排气的压差来调整不同的废气再循环方式。在将该低压废气再循环系统运用到采用米勒&阿特金森循环技术的发动机后,低压废气再循环系统能够充分发挥米勒&阿特金森和外部废气再循环技术组合对油耗的贡献,提高发动机效率。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统的示意图;
图2是图1所示低压废气再循环系统在发动机高速运转时的示意图;
图3是图1所示低压废气再循环系统在发动机低速运转时的示意图。
图中各符号表示的含义:
1、涡轮机,2、催化器,3、EGR冷却器,4、EGR阀,5、压气机,6、发动机进气管,7、发动机排气管,8、开关阀,9、压差传感器,10、单向阀,11、控制器,12、混合阀。
具体实施方式
如图1所示,新鲜空气在发动机系统中的大致流动路径是(一些发动机系统常规部件在图中未标出):新鲜空气经过混合阀12、压气机5进入发动机进气管6,从而经过进气歧管的分配进入发动机并在发动机中燃烧做功。燃烧后的气体从发动机排气管7离开,并经过涡轮机1。涡轮机1和压气机5是涡轮增压器的部件。涡轮机1利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送新鲜空气,使之经过压气机5增压进入发动机气缸。在涡轮机1中做功后的废气离开涡轮机1,进入下游的催化器2。催化器2能够将废气中的有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气等。催化净化后的废气是高温气体,其温度可以被利用。因此,如果将废气与新鲜气体混合以加热新鲜气体,并将混合气导入发动机气缸进行燃烧,这也有助于加快燃烧速度,提高发动机热效率。而且催化净化后的废气在导入发动机气缸后,不会对发动机造成负担。
本发明的低压废气再循环管路对如何利用催化净化后的废气进行了详细说明。由于增压式发动机在低速负荷和高速大负荷时,发动机和排出发动机的废气的各个状态参数有区别。因此,为了更好的利用废气,本发明设置了废气再循环回路和辅助废气再循环回路。
废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气经由所述压气机5导入进气侧,也就是发动机进气管6进行再度燃烧。废气再循环管路设置在催化器2的下游和压气机5的进气侧之间。在废气在循环管路上具有EGR冷却器3和用于选择性地打开或关闭所述废气再循环管路EGR阀4。所述EGR冷却器3设置在所述催化器2的下游,所述EGR阀4能够将经由所述EGR冷却器3的无害气体导流至所述压气机5。所述废气在所述废气再循环回路的流动路径为:所述废气从所述发动机排出至涡轮机1,经过所述催化器2转化为无害气体后进入所述EGR冷却器3,通过EGR阀4流经压气机5后再导入所述发动机内进行再度燃烧。具体地,经过EGR阀4的废气与经过混合阀12的新鲜空气混合成混合气,所述君合器进入压气机5进行压缩,然后进入发动机进气管6,并在进气歧管分配后进入各个气缸燃烧。
辅助废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气在不经由所述压气机5的情况下导入所述进气侧进行再度燃烧。辅助废气再循环回路具有连接至所述发动机进气管6的第一端部和连接至所述EGR冷却器3的下游的第二端部。在辅助废气再循环回路上设置有开关阀8和单向阀10,所述开关阀8用于选择性地打开或关闭所述辅助废气再循环管路。所述单向阀10在辅助废气再循环回路上位于靠近发动机进气管6的一侧。所述单向阀10用于在所述开关阀8打开时,将所述经由所述EGR冷却器3的无害气体导流至所述发动机,以使得所述无害气体进行再度燃烧。具体地,所述单向阀10构造成能够在所述开关阀8打开时被气体顶开,以使得使废气在辅助废气再循环回路中单向顺利流通。废气离开催化器2后在辅助废气再循环回路的流动路径是:经过EGR冷却器3和开关阀8后,直接进入发动机进气管6,废气经过进气歧管的分配进入各个气缸。
由于废气选择性的流经废气再循环回路和辅助废气再循环回路,因此EGR阀4和开关阀8不同时打开。所述EGR阀4和所述开关阀8配置成在所述EGR阀4打开时,所述开关阀8关闭,在所述开关阀8打开时,所述EGR阀4关闭。
本发明还设置有控制器11(ECU)来根据车辆行驶速度控制所述废气选择性地流经废气再循环回路和辅助废气再循环回路。因此,本发明还包括速度传感器,用于检测所述车辆的行驶速度。所述控制器11配置成在检测到所述车辆的行驶速度不高于一预设速度值时,控制所述废气在所述废气再循环回路中进行循环流动;在检测到所述车辆的行驶速度高于一预设速度值时,控制所述废气在所述辅助废气再循环回路中进行循环流动。设计人员可以根据具体车辆的性能参数和发动机参数来设置预设速度值。
除了监测车辆的行驶速度,由于进气压力和排气压力也是随着发动机的运行状态而变化的,因此控制器11还可以监测进气压力和排气压力的压差。在本实施例中,压差传感器9设置在开关阀8的两端。控制器11电连接至所述开关阀8两侧的压差传感器9,用于检测所述开关阀8的上游和下游之间的压力差。所述控制器11配置成在所述压差传感器9检测到所述压力差不小于一预设压力差时,控制所述废气在所述辅助废气再循环回路中进行循环流动;在所述压差传感器9检测到所述压力差小于一预设压力差时,控制所述废气在所述废气再循环回路中进行循环流动。
在其他实施例中,发动机进气管6处设置有加热装置,用于对所述进气歧管内的气体进行加热。
由于废气在经过EGR冷却器3后的温度在120℃到150℃之间,因此这时候的废气具有合适的加热新鲜空气的温度而这个温度又不会太高。废气经过废气再循环回路与新鲜空气混合压缩,或者废气经过辅助废气再循环回路直接进入发动机气缸,这两者能够在发动机的不同运行条件下有利于增加压缩行程前气缸内的气体温度,提高燃烧速度,并提高发动机效率。尤其在将该低压废气再循环系统运用到采用米勒&阿特金森循环技术的发动机后,低压废气再循环系统能够充分发挥米勒&阿特金森和EGR技术组合对油耗的贡献,提高发动机效率。
除了利用废弃再循环回路和辅助废气再循环回路,因为阿特金森/米勒循环发动机充分利用能源的特点,其还可以被用于各种节油的混合动力车型中。因为在阿特金森/米勒循环发动机低速和高速时,这两个时段有电动机在为车轮提供动力,发动机的大多时段都是在发电,所以发动机可以在油耗最优异的转速运转。用电动机的大扭矩弥补动力的缺陷,互补之后的动力总成,让混合动力车在动力和经济型上都有着突出的表现。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种基于增压式发动机的低压废气再循环系统,所述增压式发动机包括进气侧和设置在所述进气侧的压气机,包括:
废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气经由所述压气机导入所述进气侧进行再度燃烧;
辅助废气再循环回路,用于将米勒和/或阿特金森循环发动机排出的部分废气在不经由所述压气机的情况下导入所述进气侧进行再度燃烧;
控制器,用于根据车辆行驶速度控制所述废气选择性地流经废气再循环回路和辅助废气再循环回路。
2.根据权利要求1所述的低压废气再循环系统,其中,增压式发动机还包括排气侧和设置在所述排气侧的涡轮机,所述系统还包括:
设置在所述废气再循环回路中的催化器,位于所述涡轮机的下游,用于将所述废气转化为无害气体;
设置在所述废气再循环回路中的EGR冷却器和用于选择性地打开或关闭所述废气再循环管路EGR阀,所述EGR冷却器设置在所述催化器的下游,所述EGR阀能够将经由所述EGR冷却器的无害气体导流至所述压气机;
其中,所述废气在所述废气再循环回路的流动路径为:所述废气从所述发动机排出至涡轮机,经过所述催化器转化为无害气体后进入所述EGR冷却器,通过EGR阀流经压气机后再导入所述发动机内进行再度燃烧。
3.根据权利要求2所述的低压废气再循环系统,其中,还包括:
辅助废气再循环管路,其具有连接至所述发动机的所述进气侧的第一端部和连接至所述EGR冷却器的下游的第二端部;
设置在所述辅助废气再循环管路中的开关阀,用于选择性地打开或关闭所述辅助废气再循环管路。
4.根据权利要求3所述的低压废气再循环系统,其中,所述EGR阀和所述开关阀配置成在所述EGR阀打开时,所述开关阀关闭,在所述开关阀打开时,所述EGR阀关闭。
5.根据权利要求3或4所述的低压废气再循环系统,其中,还包括:
设置在所述辅助废气再循环管路中并靠近所述进气侧的单向阀,用于在所述开关阀打开时,将所述经由所述EGR冷却器的无害气体导流至所述发动机,以使得所述无害气体进行再度燃烧。
6.根据权利要求5所述的低压废气再循环系统,其中,所述单向阀构造成能够在所述开关阀打开时被气体顶开。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的低压废气再循环系统,其中,还包括:
电连接至所述开关阀两侧的压差传感器,用于检测所述开关阀的上游和下游之间的压力差。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的低压废气再循环系统,其中,所述发动机还包括进气歧管,所述系统还包括:
设置在所述进气歧管内的加热装置,用于对所述进气歧管内的气体进行加热。
9.根据权利要求8所述的低压废气再循环系统,其中,还包括:
速度传感器,用于检测所述车辆的行驶速度;
其中,所述控制器配置成在检测到所述车辆的行驶速度不高于一预设速度值时,控制所述废气在所述废气再循环回路中进行循环流动,在检测到所述车辆的行驶速度高于一预设速度值时,控制所述废气在所述辅助废气再循环回路中进行循环流动。
10.根据权利要求8所述的低压废气再循环系统,其中,所述控制器配置成在所述压差传感器检测到所述压力差不小于一预设压力差时,控制所述废气在所述辅助废气再循环回路中进行循环流动,在所述压差传感器检测到所述压力差小于一预设压力差时,控制所述废气在所述废气再循环回路中进行循环流动。
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