CN106837615A - 一种多级egr涡轮增压系统 - Google Patents

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Abstract

一种多级EGR涡轮增压系统，包括一号涡轮增压器、二号涡轮增压器、EGR气轨、EGR喷嘴、发动机，一号涡轮增压器包括同轴连接的一号涡轮机、一号压气机，二号涡轮增压器包括同轴连接的二号涡轮机、二号压气机，一号涡轮机的进气口与发动机的排气管相通，排气口与二号涡轮机的进气口相通，二号压气机的进气口依次通过二号排气管、一号压气机、一号排气管与排气管相通，排气口依次通过三号排气管、EGR气轨、EGR喷嘴与发动机的进气道相通。本设计不仅实现了高压EGR直喷，而且提高了发动机效率、实现了直喷EGR温度的精确控制。

Description

一种多级EGR涡轮增压系统
技术领域
本发明属于内燃机EGR技术领域，具体涉及一种多级EGR涡轮增压系统，适用于提高EGR直喷发动机的效率、实现高压EGR直喷以及直喷EGR温度的精确控制。
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。EGR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；同时，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。而EGR直喷系统能有效解决EGR系统延迟、EGR量精确控制等问题，是未来EGR策略的发展方向之一。
中国专利：授权公告号为CN205330831U，授权公告日为2016年6月22日的实用新型专利公开了一种内燃机EGR直喷系统，包括高压EGR管，高压EGR管一端与排气总管相连接，另一端通过EGR气轨连接管与EGR气轨进口相连接，EGR气轨出口通过EGR供给管与EGR喷嘴相连接，EGR喷嘴安装在气缸上或靠近气缸的进气道内。虽然该系统能够实现EGR的快速响应，但其中的涡轮增压方式采用的是进气增压，EGR气轨内的压力通过EGR泵来维持，因此需要借助外界能量带动EGR泵运转，该种方式使得发动机的能量利用率较低，从而影响了发动机的效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的发动机效率低的问题，提供一种能够有效提高EGR直喷发动机效率和实现高压EGR直喷的多级EGR涡轮增压系统。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种多级EGR涡轮增压系统，包括一号涡轮增压器、EGR气轨、EGR喷嘴、发动机，所述一号涡轮增压器包括同轴连接的一号涡轮机、一号压气机，所述一号涡轮机的进气口与发动机的排气管相通，所述EGR气轨的排气口通过EGR喷嘴与发动机的进气道相通；
所述系统还包括二号涡轮增压器，所述二号涡轮增压器包括同轴连接的二号涡轮机、二号压气机，所述二号涡轮机的进气口与一号涡轮机的排气口相通，二号压气机的进气口依次通过二号排气管、一号压气机、一号排气管与排气管相通，二号压气机的排气口通过三号排气管与EGR气轨的进气口相通。
所述一号排气管、二号排气管、三号排气管上分别设置有一号EGR中冷器、二号EGR中冷器、三号EGR中冷器。
所述系统还包括涡轮旁通管，所述涡轮旁通管上设置有涡轮旁通阀，该涡轮旁通阀的进气口、排气口分别与排气管、二号涡轮机的进气口相通，且一号排气管上还设置有EGR截止阀，该EGR截止阀的排气口与一号EGR中冷器的进气口相通。
所述一号涡轮增压器为高压级涡轮增压器，所述二号涡轮增压器为低压级涡轮增压器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种多级EGR涡轮增压系统包括二号涡轮增压器，该二号涡轮增压器的二号涡轮机进气口与一号涡轮机的排气口相通，二号涡轮增压器的二号压气机进气口依次通过二号排气管、一号压气机、一号排气管与排气管相通，二号压气机的排气口通过三号排气管与EGR气轨的进气口相通，当系统运转时，由发动机排气管排出的废气分为两部分，一部分作为驱动源进入依次进入一号涡轮机、二号涡轮机为涡轮增压器提供驱动力，另一部分则依次流入一号压气机、二号压气机，经多级增压后进入EGR气轨，并维持EGR气轨内的压力，最后通过EGR喷嘴喷出，该设计利用发动机废气能量对EGR进行多级增压，无需借助外力，不仅能够建立一个高压、稳定的EGR共轨系统，实现更高压力的EGR直喷，而且改善了发动机的能量利用率，从而提高了发动机效率。因此，本发明不仅能够实现高压EGR直喷，而且提高了EGR直喷发动机效率。
2、本发明一种多级EGR涡轮增压系统中一号排气管、二号排气管、三号排气管上分别设置有一号EGR中冷器、二号EGR中冷器、三号EGR中冷器，通过调节一号EGR中冷器和二号EGR中冷器的冷却量可控制进入一号压气机、二号压气机的EGR温度，避免因EGR温度过高导致压气机损坏，通过对三号中冷器冷却量的调节可控制EGR气轨内的EGR温度，并维持EGR气轨内EGR温度的稳定，从而实现直喷EGR温度的精确控制。因此，本发明不仅能够保护压气机，而且可精确控制直喷EGR的温度。
3、本发明一种多级EGR涡轮增压系统在一号涡轮机的两端并联有带涡轮旁通阀的涡轮旁通管，且一号排气管上设置有与一号中冷器进气口相通的EGR截止阀，通过对涡轮旁通阀和EGR截止阀的调节，不仅能够实现对EGR增压度（EGR气轨轨压）的控制，而且可以实现多级EGR增压直喷、单级EGR增压直喷、无EGR直喷的快速切换。因此，本发明可实现对EGR增压度的控制以及多级EGR增压直喷、单级EGR增压直喷、无EGR直喷的快速切换。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：
一号涡轮增压器1、一号涡轮机11、一号压气机12、二号涡轮增压器2、二号涡轮机21、二号压气机22、EGR气轨3、EGR喷嘴4、发动机5、排气管51、一号排气管6、一号EGR中冷器61、EGR截止阀62、二号排气管7、二号EGR中冷器71、三号排气管8、三号EGR中冷器81、涡轮旁通管9、涡轮旁通阀91；
箭头所指方向为气流方向。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种多级EGR涡轮增压系统，包括一号涡轮增压器1、EGR气轨3、EGR喷嘴4、发动机5，所述一号涡轮增压器1包括同轴连接的一号涡轮机11、一号压气机12，所述一号涡轮机11的进气口与发动机5的排气管51相通，所述EGR气轨3的排气口通过EGR喷嘴4与发动机5的进气道相通；
所述系统还包括二号涡轮增压器2，所述二号涡轮增压器2包括同轴连接的二号涡轮机21、二号压气机22，所述二号涡轮机21的进气口与一号涡轮机11的排气口相通，二号压气机22的进气口依次通过二号排气管7、一号压气机12、一号排气管6与排气管51相通，二号压气机22的排气口通过三号排气管8与EGR气轨3的进气口相通。
所述一号排气管6、二号排气管7、三号排气管8上分别设置有一号EGR中冷器61、二号EGR中冷器71、三号EGR中冷器81。
所述系统还包括涡轮旁通管9，所述涡轮旁通管9上设置有涡轮旁通阀91，该涡轮旁通阀91的进气口、排气口分别与排气管51、二号涡轮机21的进气口相通，且一号排气管6上还设置有EGR截止阀62，该EGR截止阀62的排气口与一号EGR中冷器61的进气口相通。
所述一号涡轮增压器1为高压级涡轮增压器，所述二号涡轮增压器2为低压级涡轮增压器。
本发明的原理说明如下：
EGR直喷系统主要通过EGR喷嘴控制将EGR气轨内具有一定压力的EGR精确快速的喷出，而EGR增压是建立和维持EGR气轨压力的关键，也是实现EGR直喷的前提。为此，本发明提出了一种利用废气涡轮增压的多级EGR增压方式，将由发动机排出的废气分为两部分，一部分废气作为驱动源进入涡轮机为涡轮增压器提供驱动力，另一部分废气则作为EGR进入压气机，经压气机增压后输入EGR气轨，并维持EGR气轨内的压力。该多级EGR涡轮增压方式不仅可以提高EGR气轨压力，实现更高压力的EGR喷射，同时废气能量的利用能够帮助提高发动机能量利用率，提高发动机效率。
本发明通过对涡轮旁通阀91、EGR截止阀62的开关调节可以实现多级EGR增压直喷、单级EGR增压直喷、无EGR直喷间的快速切换，具体为：
当涡轮旁通阀91打开、EGR截止阀62打开时，系统进入多级EGR增压状态，实现高压EGR直喷功能；
当涡轮旁通阀91关闭、EGR截止阀62打开时，系统进入单级EGR增压状态，实现常规EGR直喷功能；
当涡轮旁通阀91打开、EGR截止阀62关闭时，一号涡轮机11被旁通，来自发动机的废气由涡轮旁通管9排出，系统进入无EGR增压状态，EGR直喷功能关闭。
实施例1：
参见图1，一种多级EGR涡轮增压系统，包括一号涡轮增压器1、二号涡轮增压器2、EGR气轨3、EGR喷嘴4、发动机5、涡轮旁通管9，所述一号涡轮增压器1为高压级涡轮增压器，包括同轴连接的一号涡轮机11、一号压气机12，所述二号涡轮增压器2为低压级涡轮增压器，包括同轴连接的二号涡轮机21、二号压气机22，所述一号涡轮机11的进气口与发动机5的排气管51相通，一号涡轮机11的排气口与二号涡轮机21的进气口相通，所述二号压气机22的进气口依次通过二号排气管7、一号压气机12、一号排气管6与排气管51相通，二号压气机22的排气口通过三号排气管8、EGR气轨3、EGR喷嘴4与发动机5的进气道、相通，所述一号排气管6上设置有一号EGR中冷器61、EGR截止阀62，所述EGR截止阀62的排气口与一号EGR中冷器61的进气口相通，所述二号排气管7、三号排气管8上分别设置有二号EGR中冷器71、三号EGR中冷器81，所述涡轮旁通管9上设置有涡轮旁通阀91，该涡轮旁通阀91的进气口、排气口分别与排气管51、二号涡轮机21的进气口相通。

Claims (4)

1.一种多级EGR涡轮增压系统，包括一号涡轮增压器（1）、EGR气轨（3）、EGR喷嘴（4）、发动机（5），所述一号涡轮增压器（1）包括同轴连接的一号涡轮机（11）、一号压气机（12），所述一号涡轮机（11）的进气口与发动机（5）的排气管（51）相通，所述EGR气轨（3）的排气口通过EGR喷嘴（4）与发动机（5）的进气道相通，其特征在于：
所述系统还包括二号涡轮增压器（2），所述二号涡轮增压器（2）包括同轴连接的二号涡轮机（21）、二号压气机（22），所述二号涡轮机（21）的进气口与一号涡轮机（11）的排气口相通，二号压气机（22）的进气口依次通过二号排气管（7）、一号压气机（12）、一号排气管（6）与排气管（51）相通，二号压气机（22）的排气口通过三号排气管（8）与EGR气轨（3）的进气口相通。
2.根据权利要求1所述的一种多级EGR涡轮增压系统，其特征在于：所述一号排气管（6）、二号排气管（7）、三号排气管（8）上分别设置有一号EGR中冷器（61）、二号EGR中冷器（71）、三号EGR中冷器（81）。
3.根据权利要求1或2所述的一种多级EGR涡轮增压系统，其特征在于：所述系统还包括涡轮旁通管（9），所述涡轮旁通管（9）上设置有涡轮旁通阀（91），该涡轮旁通阀（91）的进气口、排气口分别与排气管（51）、二号涡轮机（21）的进气口相通，且一号排气管（6）上还设置有EGR截止阀（62），该EGR截止阀（62）的排气口与一号EGR中冷器（61）的进气口相通。
4.根据权利要求1或2所述的一种多级EGR涡轮增压系统，其特征在于：所述一号涡轮增压器（1）为高压级涡轮增压器，所述二号涡轮增压器（2）为低压级涡轮增压器。
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