CN107201973A - 一种增压汽油发动机的废气再循环系统及其使用方法及具有其的汽车发动机 - Google Patents

一种增压汽油发动机的废气再循环系统及其使用方法及具有其的汽车发动机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增压汽油发动机的废气再循环系统及其使用方法及具有其的汽车发动机，包括发动机本体及进、排气系统；压气机、进气中冷器、发动机节气门通过管路依次连接，发动机节气门通过管路与发动机的进气歧管连通；发动机的排气歧管通过管路依次连接涡轮机和主催化器；还具有：预催化器，预催化器安装在涡轮机后端的管道上；EGR中冷器，其第一端通过管路接入预催化器后端的管路上，第二端通过管路接入进气系统，再循环的EGR废气更为清洁，降低对发动机进气相关零部件的不利影响；降低EGR废气最高温度，降低了对EGR冷却器的要求。

Description

一种增压汽油发动机的废气再循环系统及其使用方法及具有 其的汽车发动机
技术领域
本发明属于发动机排放技术领域，尤其涉及一种增压汽油发动机的废气再循环系统及其使用方法及具有其的汽车发动机。
背景技术
面对全球变暖以及环保、能源短缺问题，对车用动力要求即节能又环保。EGR(废气再循环)技术已经成为清洁高效发动机上一种不可或缺的技术，它在显著降低NOx排放的同时，也改善了发动机燃烧经济性。
在自然吸气汽油发动机上，EGR的引入都不是问题，排气压力高于进气压力，废气很容易进入缸内实现再循环。但是增压发动机歧管内的进气压力在低负荷时小于大气压，高负荷时高于大气压。增压发动机上EGR系统可以简单地分为两类：低压EGR和高压EGR。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术的一种低压EGR系统，它从涡轮机后引出废气，通到压气机前。这种EGR系统的优点是废气温度低，对EGR中冷器要求低。但是废气中含有碳烟以及水蒸汽，会污化及腐蚀压气机和进气中冷器。另一种EGR系统采用涡轮前取EGR废气，好处是能实现高的EGR率。与第一种的缺点一样，而且更加显著。
某汽油发动机上采用高压EGR系统，它直接从增压器涡轮机前取出废气，经过冷却后通到进气歧管内。涡轮前比涡轮后温度高约100℃，所以这种高压EGR对EGR中冷器的冷却能力提出高的要求。另外从涡轮前取的废气，因为没有经过催化器，废气中的碳烟会污化进气歧管和气道，而且废气中的NOx会加剧燃烧爆震倾向。
另一种实现高、低压EGR可控引入装置。它是在高压EGR布置基础上，在EGR阀和EGR中冷器后加入三通，除保留原有的高压EGR通路，又增加了一路引到增压器压气机前，类似一种低压模式。高压EGR的问题仍然存在。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种再循环的EGR废气更为清洁，降低对发动机进气相关零部件的不利影响；降低EGR废气最高温度，降低了对EGR冷却器冷却能力要求的增压汽油发动机的废气再循环系统。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种增压汽油发动机的废气再循环系统，包括发动机本体及进、排气系统；
压气机、进气中冷器、发动机节气门通过管路依次连接，所述发动机节气门通过管路与发动机的进气歧管连通；
发动机的排气歧管通过管路依次连接涡轮机和主催化器；还具有：
预催化器，所述预催化器安装在所述涡轮机后端的管道上；
EGR中冷器，其第一端通过管路接入所述预催化器后端的管路上，第二端通过管路接入进气系统。
所述EGR中冷器第二端接入发动机节气门后端的管路上。
所述EGR中冷器的管路上还设有EGR阀。
还包括排气节流阀，所述排气节流阀安装在主催化器前端的管路上；所述EGR中冷器第一端接入所述预催化器和排气节流阀之间的管路上。
所述涡轮机和压气机同轴连接。
增压汽油发动机的废气再循环系统的使用方法，从预催化器后引出再循环的废气，经过EGR中冷器冷却，再经过EGR阀，最后进入节气门后的进气歧管，形成EGR废气的主通路；在排气系统EGR引出口与主催化器之间，增加了可控的排气节流阀，通过控制背压达到提高EGR率和EGR范围的效果。
一种汽车发动机，具有上述增压汽油发动机的废气再循环系统。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，
1.经过预催化器的废气，排放物中微粒质量显著降低，减小了对进气系统、气道以及进气门处积炭、油泥的积累。同时废气中NOx浓度处于较低水平，缓解了对中高负荷下燃烧爆震的不利影响。
2.与涡轮前取的废气相比，预催化器后的废气温度降低约100℃，降低了对EGR中冷器的冷却要求。可以选择成本低且更小巧的EGR中冷器。
3.EGR直接引入到节气门后的进气歧管，避免EGR废气经过压气机和进气中冷器。这样降低了EGR对压气机和进气中冷器的不利影响。
4.EGR引出口下游排气通道上的节流阀，可控制排气背压，不但能优化EGR率，而且提高了EGR的工作范围。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的增压汽油发动机的废气再循环系统的结构示意图；
图2为本发明专利增压汽油发动机EGR系统的EGR运行工况图；
上述图中的标记均为：1、压气机，2、进气中冷器，3、发动机节气门，4、进气歧管，5、涡轮机，6、预催化器，7、排气节流阀，8、主催化器，9、EGR中冷器，10、EGR阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
文中描述的前端和后端，均是以气体流向为基准。进气端为前端，出气端为后端。
参见图1，一种增压汽油发动机的废气再循环系统，包括发动机本体及进、排气系统；
压气机1、进气中冷器2、发动机节气门3通过管路依次连接，发动机节气门3通过管路与发动机的进气歧管4连通；
发动机的排气歧管通过管路依次连接涡轮机5和主催化器8；还具有：
预催化器6，预催化器6安装在涡轮机5后端的管道上；
EGR中冷器9，其第一端通过管路接入预催化器6后端的管路上，第二端通过管路接入进气系统。
EGR中冷器9第二端接入发动机节气门3后端的管路上。
EGR中冷器9的管路上还设有EGR阀10。
还包括排气节流阀7，排气节流阀7安装在主催化器8前端的管路上；EGR中冷器9第一端接入预催化器6和排气节流阀7之间的管路上。
涡轮机5和压气机1同轴连接。
实施例二
增压汽油发动机的废气再循环系统的使用方法，从预催化器6后引出再循环的废气，经过EGR中冷器9冷却，再经过EGR阀10，最后进入节气门后的进气歧管4，形成EGR废气的主通路；在排气系统EGR引出口与主催化器8之间，增加了可控的排气节流阀7，通过控制背压达到提高EGR率和EGR范围的效果。
实施例三
一种汽车发动机，具有上述增压汽油发动机的废气再循环系统。
再循环的EGR废气从预催化器6后引出，它比从涡轮前取的废气，温度低约100℃。经过预催化器6的氧化还原，废气中碳颗粒和NOx含量更低。这样可降低对EGR通路、EGR中冷器9、进气歧管4及气道的污染及堵塞，提高系统可靠性。
EGR废气从节气门后进入进气歧管4。相比常规的低压EGR系统，从压气机1前接入EGR废气的方式。避免了EGR废气对压气机1和进气中冷器2的堵塞及腐蚀的风险，提高了进气系统的可靠性。
但是上述EGR通路方案也存在不足，EGR工作范围较窄。EGR只能工作在图2所示的A和B发动机工况区域。对增压发动机来说，平均有效压力低于11bar以下区域，进气歧管4内为负压。平均有效压力越小的区域，也就是负荷越小的区域，负压越大。比如A区，进气歧管4内较大的负压，使EGR通路有足够的压差，保障了足够的EGR率。但对于B区，进气歧管4内负压降低，导致EGR流量不足，但该区域对EGR率的需求却是最高的。为解决这一矛盾，本发明在主催化器8之前增加了排气节流阀7。通过控制排气节流阀77的开度提高排气系统背压，进而提高EGR系统的压差，保障了B区EGR率的需求。同时，因为排气节流阀7的作用，使EGR工作区域拓展到图2中的C区。使C区的发动机油耗和排放都得到改善。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，
1.经过预催化器6的废气，排放物中微粒质量显著降低，减小了对进气系统、气道以及进气门处积炭、油泥的积累。同时废气中NOx浓度处于较低水平，缓解了对中高负荷下燃烧爆震的不利影响。
2.与涡轮前取的废气相比，预催化器6后的废气温度降低约100℃，降低了对EGR中冷器9的冷却要求。可以选择成本低且更小巧的EGR中冷器9。
3.EGR直接引入到节气门后的进气歧管4，避免EGR废气经过压气机1和进气中冷器2。这样降低了EGR对压气机1和进气中冷器2的不利影响。
4.EGR引出口下游排气通道上的节流阀，可控制排气背压，不但能优化EGR率，而且提高了EGR的工作范围。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种增压汽油发动机的废气再循环系统，其特征在于，包括发动机本体及进、排气系统；
压气机、进气中冷器、发动机节气门通过管路依次连接，所述发动机节气门通过管路与发动机的进气歧管连通；
发动机的排气歧管通过管路依次连接涡轮机和主催化器；还具有：
预催化器，所述预催化器安装在所述涡轮机后端的管道上；
EGR中冷器，其第一端通过管路接入所述预催化器后端的管路上，第二端通过管路接入进气系统。
2.如权利要求1所述的增压汽油发动机的废气再循环系统，其特征在于，所述EGR中冷器第二端接入发动机节气门后端的管路上。
3.如权利要求2所述的增压汽油发动机的废气再循环系统，其特征在于，所述EGR中冷器的管路上还设有EGR阀。
4.如权利要求3所述的增压汽油发动机的废气再循环系统，其特征在于，还包括排气节流阀，所述排气节流阀安装在主催化器前端的管路上；所述EGR中冷器第一端接入所述预催化器和排气节流阀之间的管路上。
5.如权利要求4所述的增压汽油发动机的废气再循环系统，其特征在于，所述涡轮机和压气机同轴连接。
6.如权利要求4或5所述的增压汽油发动机的废气再循环系统的使用方法，其特征在于，从预催化器后引出再循环的废气，经过EGR中冷器冷却，再经过EGR阀，最后进入节气门后的进气歧管，形成EGR废气的主通路；在排气系统EGR引出口与主催化器之间，增加了可控的排气节流阀，通过控制背压达到提高EGR率和EGR范围的效果。
7.一种汽车发动机，其特征在于，具有如权利要求1-5任一所述的增压汽油发动机的废气再循环系统。
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