CN108150315A - Egr排气处理装置及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种EGR排气处理装置，包括第一废气排出总管、第一废气排出支管、第一废气回收支管、第一EGR控制阀、第一涡前控制阀及涡轮增压器，第一废气排出总管进气端与发动机出气端连接，第一废气排出支管的进气端和第一废气回收支管的进气端均与第一废气排出总管的出气端连接，第一废气排出支管的出气端与涡轮增压器连接，第一废气回收支管的出气端与发动机的进气端连接，第一EGR控制阀安装在第一废气回收支管上，第一涡前控制阀安装在第一废气排出支管上。本发明还公开了一种包括上述EGR排气处理装置的汽车。

Description

EGR排气处理装置及汽车
技术领域
本发明涉及发动机排气再循环技术领域，特别涉及一种EGR排气处理装置。本发明还涉及一种包括设置EGR排气处理装置的汽车。
背景技术
近年来，汽车的排气污染和CO2排放引起的地球生态环境破坏和温室效应问题日益严重。排污好燃油消耗率低的汽车不仅可缓解地球温室效应而带来的气候变暖、生态环境平衡破坏的影响。为了减小环境污染，EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)是将发动机排出的废气重新引入进气管和新鲜气体混合后进入燃烧室进行燃烧，此举可有效降低发动机NOX排放广泛使用。
传统的EGR排气处理装置包括废气排出总管、废气排出支管、废气回收支管、EGR控制阀、涡轮增压器及用于控制EGR控制开度的发动机控制器，其中，废气排出总管进气端与发动机出气端连接，废气排出支管和废气回收支管的进气端均与废气排出总管的出气端连接，废气排出支管的出气端与涡轮增压器连接，废气回收支管的出气端与发动机的进气端连接，EGR控制阀安装在废气回收支管上。
然而，由于仅在废气回收支管上设有EGR控制阀，无法有效地调节涡前的压力，无法准确调节EGR驱动压差，使得EGR率较低。
因此，如何提高EGR率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种EGR排气处理装置，以提高EGR率。本发明的另一目的是提提供一种包括上述EGR排气处理装置的汽车。
为实现上述目的，本发明提供一种EGR排气处理装置，包括第一废气排出总管、第一废气排出支管、第一废气回收支管、第一EGR控制阀、第一涡前控制阀及涡轮增压器，所述第一废气排出总管进气端与发动机出气端连接，所述第一废气排出支管的进气端和所述第一废气回收支管的进气端均与所述第一废气排出总管的出气端连接，所述第一废气排出支管的出气端与所述涡轮增压器连接，所述第一废气回收支管的出气端与发动机的进气端连接，所述第一EGR控制阀安装在所述第一废气回收支管上，所述第一涡前控制阀安装在所述第一废气排出支管上。
优选地，还包括第一EGR冷却器，所述第一EGR冷却器设置在所述第一废气回收支管上，且沿气流运动方向位于所述第一EGR控制阀的前方。
优选地，还包括第二废气排出总管、第二废气排出支管、第二废气回收支管、第二EGR控制阀及第二涡前控制阀，所述第二废气排出总管进气端与发动机出气端连接，所述第二废气排出支管的进气端和所述第二废气回收支管的进气端均与所述第二废气排出总管的出气端连接，所述第二废气排出支管的出气端与所述涡轮增压器连接，所述第二废气回收支管的出气端与发动机的进气端连接，所述第二EGR控制阀安装在所述第二废气回收支管上，所述第二涡前控制阀安装在所述第二废气排出支管上。
优选地，还包括第二EGR冷却器，所述第二EGR冷却器设置在所述第二废气回收支管上，且沿气流运动方向位于所述第二EGR控制阀的前方。
优选地，还包括:
进气节流阀，安装在发动机进气口；
涡前压力传感器，用于测量涡前压力，得到涡前压力测量值；
进气压力传感器，用于测量发动机进气压力，得到发动机进气压力测量值；
发动机控制器，所述发动机控制器用于根据发动机当前工况下的涡前压力目标值，调整所述第一涡前控制阀和所述第二涡前控制阀的开度，直至所述涡前压力测量值与当前工况下的涡前压力目标值相同，及根据发动机当前工况下的发动机进气压力目标值，调整所述进气节流阀开度，直至当前工况下的发动机进气压力目标值与发动机进气压力测量值相同
优选地，所述第一EGR控制阀和所述第二EGR控制阀开度的控制包括发动机控制器获取EGR废气流量的废气流量值及进气气缸的总的进气量值，得出EGR率实际值，所述发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节所述第一EGR控制阀和所述第二EGR控制阀的开度，使得EGR率实际值与当前工况下的发动机EGR率目标值相同。
优选地，所述第一EGR控制阀和所述第二EGR控制阀开度的控制包括发动机控制器获取排气尾管或者进气总管的氧浓度，根据模型计算进气气缸的总的进气流量，并根据过程消耗的燃油量，计算得到进气歧管的氧浓度实际值，所述发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节所述第一EGR控制阀和所述第二EGR控制阀开度，进气歧管的氧浓度实际值与当前工况下的发动机进气歧管的氧浓度目标值相同。
优选地，还包括新鲜空气进气管及设置在所述新鲜空气进气管上的气体流量传感器，所述气体流量传感器与所述发动机控制器连接，所述第一EGR控制阀和所述第二EGR控制阀开度控制包括发动机控制器获取EGR混合前的新鲜进气流量，所述发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节所述第一EGR控制阀和所述第二EGR控制阀开度，使得新鲜进气流量实际值与当前工况下的发动机新鲜进气流量目标值相同。
一种汽车，包括发动机及与所述发动机连接的EGR排气处理装置，其中，所述EGR排气处理装置为上述任一项所述的EGR排气处理装置。
在上述技术方案中，本发明提供的EGR排气处理装置包括第一废气排出总管、第一废气排出支管、第一废气回收支管、第一EGR控制阀、第一涡前控制阀及涡轮增压器，第一废气排出总管进气端与发动机出气端连接，第一废气排出支管的进气端和第一废气回收支管的进气端均与第一废气排出总管的出气端连接，第一废气排出支管的出气端与涡轮增压器连接，第一废气回收支管的出气端与发动机的进气端连接，第一EGR控制阀安装在第一废气回收支管上，第一涡前控制阀安装在第一废气排出支管上。
通过上述描述可知，在本申请提供的EGR排气处理装置中，获取高的EGR率需要通过提高涡前压力或者降低进气压力，获取高的驱动压差，在本技术方案中，可以通过改变涡轮涡轮增压器前的节流阀面积，提高涡前的压力，进而获取所需的EGR率目标值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的EGR排气处理装置的安装位置图。
其中图1中：1-发动机、2-第一废气排出总管、3-第一废气回收支管、4-第一废气排出支管、5-第一EGR控制阀、6-第一涡前控制阀、7-第二废气排出总管、8-第二废气回收支管、9-第二废气排出支管、10-第二EGR控制阀、11-第二涡前控制阀、12-第一EGR冷却器、13-第二EGR冷却器、14-进气节流阀、15-空滤器、16-涡轮增压器、17-后处理装置、18-中冷器、19-混合管道。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种EGR排气处理装置，以提高EGR率。本发明的另一核心是提提供一种包括上述EGR排气处理装置的汽车。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的EGR排气处理装置包括第一废气排出总管2、第一废气排出支管4、第一废气回收支管3、第一EGR控制阀5、第一涡前控制阀6、涡轮增压器16，第一废气排出总管2进气端与发动机1出气端连接，第一废气排出支管4的进气端和第一废气回收支管3的进气端均与第一废气排出总管2的出气端连接，第一废气排出支管4的出气端与涡轮增压器16连接，第一废气回收支管3的出气端与发动机1的进气端连接，第一EGR控制阀5安装在第一废气回收支管3上，第一涡前控制阀6安装在第一废气排出支管4上。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的EGR排气处理装置中，获取高的EGR率需要通过提高涡前压力或者降低进气压力，获取高的驱动压差，在本技术方案中，可以通过改变涡轮涡轮增压器16前的节流阀面积，提高涡前的压力，进而获取所需的EGR率目标值。
为了延长EGR排气处理装置的使用寿命，优选，该EGR排气处理装置还包括第一EGR冷却器12，第一EGR冷却器12设置在第一废气回收支管3上，且沿气流运动方向位于第一EGR控制阀5的前方。
进一步，该EGR排气处理装置还包括第二废气排出总管7、第二废气排出支管9、第二废气回收支管8、第二EGR控制阀10及第二涡前控制阀11，第二废气排出总管7进气端与发动机1出气端连接，第二废气排出支管9和第二废气回收支管8的进气端均与第二废气排出总管7的出气端连接，第二废气排出支管9的出气端与涡轮增压器16连接，第二废气回收支管8的出气端与发动机1的进气端连接，第二EGR控制阀10安装在第二废气回收支管8上，第二涡前控制阀11安装在第二废气排出支管9上。优选，还包括新鲜空气进气管，其中新鲜空气进气管通过空滤器进化后，通过涡轮增压器16进入新鲜空气进气管，其中新鲜空气进气管的出气端、第一废气回收支管3出气端和第二废气回收支管8出气端通过混合管道19与发动机1的进气口连接。
其中，第一EGR控制阀5、第一涡前控制阀6、第二EGR控制阀10及第二涡前控制阀11可以手动控制开闭，为了提高精确性，降低劳动强度，优选，还包括发动机控制器，其中发动机控制器控制第一EGR控制阀5、第一涡前控制阀6、第二EGR控制阀10及第二涡前控制阀11的开度。
为了延长EGR排气处理装置的使用寿命，优选，该EGR排气处理装置还包括第二EGR冷却器13，第二EGR冷却器13设置在第二废气回收支管8上，且沿气流运动方向位于第二EGR控制阀10的前方。
为了便于控制阀体，优选，第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11的开度相同，第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10的开度相同，该发动机控制器控制发动机1的排气进入发动机1的流速，实现两侧同时对称控制即第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11通过驱动机构同时控制，其中该驱动装置具体可以通过气动、液压、电机驱动等形式，截面积在任意时刻都是相同的，涡前压力两侧是相同的；也可实现双侧非对称的控制，第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11可以通过驱动机构单独控制开度，在同一时刻，两侧的排气管截面不同，涡前压力两侧不相同。
具体的，在发动机1制动的时候，减小第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11截面积，提高排气压力，实现制动功能。
在SCR(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器)加热模式和DPF(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)再生模式时，，需要满足一定的排气温度，通过控制第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11的节流面积实现排气热管理功能。
该第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11可以调节涡前的压力，进而实现EGR驱动压差，实现EGR率的提升。
本申请的形成的双通道的EGR系统，该EGR流量控制可以实现两侧通道的任意控制，既可以实现相同的开度控制，也可以非对称的控制两侧开度。
当将第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11完全关闭时，理论是可以实现最大50％的高EGR率水平。
通过控制第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11及第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10开度，实现进入涡轮的废气和EGR废气的流量分配，实现排放控制和油耗控制。
该技术方案中，涡轮增压器16是根据系统需求进行匹配，涡轮增压器16涡轮端进口为双流道的方案。同时为更好的实现该功能，发动机1的两个流道可以是不对称的形式，更好的实现涡轮增压器16的效率。
进一步，为了实现阀体控制精确调整，优选，该EGR排气处理装置还包括:
进气节流阀14，安装在发动机1进气口；
涡前压力传感器，用于测量涡前压力，得到涡前压力测量值；
进气压力传感器，用于测量发动机1进气压力，得到发动机1进气压力测量值；
发动机控制器用于根据发动机1当前工况下的涡前压力目标值，调整第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11的开度，直至涡前压力测量值与当前工况下的涡前压力目标值相同。具体的，发动机控制器根据发动机当前工况下的发动机进气压力目标值，调整进气节流阀开度，直至当前工况下的发动机进气压力目标值与发动机进气压力测量值相同。具体的，发动机控制器可以通过PID方法调节进气节流阀14或第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11的开度。
同时发动机控制器根据发动机1当前工况下的发动机1进气压力目标值，调整进气节流阀14开度，直至当前工况下的发动机1进气压力目标值与发动机1进气压力测量值相同。
通过台架标定，获取发动机1在当前工况下最佳的EGR率设定值、或者最佳的进气歧管氧浓度、再或者最佳的新鲜进气流量，具体控制形式如下：
在第一种实施方式中，采用EGR率作为控制目标，第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10开度的控制包括发动机控制器获取EGR废气流量的废气流量值及进气气缸的总的进气量值，得出EGR率实际值，发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型控制第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10的开度，使得EGR率实际值与当前工况下的发动机1EGR率目标值相同。具体可以通过废气文丘里测量实际的EGR废气流量并通过模型计算得到进气气缸总的进气量。
在第二种实施方式中，采用最佳的进气歧管氧浓度作为控制目标，第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10开度的控制包括发动机控制器获取排气尾管或者进气总管的氧浓度，根据模型计算进气气缸的总的进气流量，并根据过程消耗的燃油量，计算得到进气歧管的氧浓度实际值，发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10开度，使得进气歧管的氧浓度实际值与当前工况下的发动机进气歧管的氧浓度目标值相同。
在第三种实施方式中，采用最佳的新鲜进气流量作为控制目标，EGR排气处理装置还包括新鲜空气进气管及设置在新鲜空气进气管上的气体流量传感器，气体流量传感器与发动机控制器连接，第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10开度控制包括发动机控制器获取EGR混合前的新鲜进气流量，发动机控制器调节通过PID闭环控制或者系统控制模型调节第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10开度，使得新鲜进气流量实际值与当前工况下的发动机新鲜进气流量目标值相同，其中新鲜空气是指从外界直接抽送至发动机1内的气体。
为了提高功率，优选，该EGR排气处理装置还包括用于设置在发动机1进气口的蝶阀。由于制动过程可以通过提高排气压力来达到，传统的方式是通过发动机1出口增加蝶阀，通过改变蝶阀的面积来实现。这种方式的缺点是废气经过发动机1做功，影响了制动的效果。本申请将蝶阀装在发动机1入口，可以实现更高的功率，这种方式也可以配合缸内压缩释放制动形式或者排气门泄气制动形式等一起使用，根据不同的制动功率需求。
在一些特殊工况下，需要高的EGR率时，比如在涡后排温比较低SCR无法达到足够转化效率的过程，并且需要监控NOx排放，此时需要优先保证排放。针对这个过程，可以通过单侧排气系统的单独控制，获取最高50％的EGR率。例如，保持第一涡前控制阀6全开和第一EGR控制阀5全关，使这一侧的排气全部进入涡轮增压器16。开启第二EGR控制阀10，并关闭第二涡前控制阀11，此时这一侧的排气不再进入涡轮增压器16，而是全部再循环进入进气混合，此时可以实现更高的EGR率。
对于这种过程，从实际应用角度来说，出现的工况并不是很多，可以根据发动机1的运行模式，开环控制EGR阀和涡前阀的工作过程，即标定基于工况的阀开度的MAP(Manifold Absolute Pressure进气歧管绝对压力传感器)来实现。
制动过程中，发动机控制器控制第一EGR控制阀5和第二EGR控制阀10全部关闭。第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11开度通过实际标定的制动功率需求所对应的开度值继续进行调节。可以通过涡前压力所对应的开度值进行第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11开度调节，也可以采用转速标定对应的开度进行第一涡前控制阀6和第二涡前控制阀11开度调节。
本申请提供的一种汽车包括发动机1及与发动机1连接的EGR排气处理装置，EGR排气处理装置为上述任一种EGR排气处理装置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种EGR排气处理装置，其特征在于，包括第一废气排出总管(2)、第一废气排出支管(4)、第一废气回收支管(3)、第一EGR控制阀(5)、第一涡前控制阀(6)及涡轮增压器(16)，所述第一废气排出总管(2)进气端与发动机出气端连接，所述第一废气排出支管(4)的进气端和所述第一废气回收支管(3)的进气端均与所述第一废气排出总管(2)的出气端连接，所述第一废气排出支管(4)的出气端与所述涡轮增压器(16)连接，所述第一废气回收支管(3)的出气端与发动机的进气端连接，所述第一EGR控制阀(5)安装在所述第一废气回收支管(3)上，所述第一涡前控制阀(6)安装在所述第一废气排出支管(4)上。
2.根据权利要求1所述的EGR排气处理装置，其特征在于，还包括第一EGR冷却器(12)，所述第一EGR冷却器(12)设置在所述第一废气回收支管(3)上，且沿气流运动方向位于所述第一EGR控制阀(5)的前方。
3.根据权利要求2所述的EGR排气处理装置，其特征在于，还包括第二废气排出总管(7)、第二废气排出支管(9)、第二废气回收支管(8)、第二EGR控制阀(10)及第二涡前控制阀(11)，所述第二废气排出总管(7)进气端与发动机出气端连接，所述第二废气排出支管(9)的进气端和所述第二废气回收支管(8)的进气端均与所述第二废气排出总管(7)的出气端连接，所述第二废气排出支管(9)的出气端与所述涡轮增压器(16)连接，所述第二废气回收支管(8)的出气端与发动机的进气端连接，所述第二EGR控制阀(10)安装在所述第二废气回收支管(8)上，所述第二涡前控制阀(11)安装在所述第二废气排出支管(9)上。
4.根据权利要求3所述的EGR排气处理装置，其特征在于，还包括第二EGR冷却器(13)，所述第二EGR冷却器(13)设置在所述第二废气回收支管(8)上，且沿气流运动方向位于所述第二EGR控制阀(10)的前方。
5.根据权利要求3所述的EGR排气处理装置，其特征在于，还包括:
进气节流阀(14)，安装在发动机进气口；
涡前压力传感器，用于测量涡前压力，得到涡前压力测量值；
进气压力传感器，用于测量发动机进气压力，得到发动机进气压力测量值；
发动机控制器，所述发动机控制器用于根据发动机当前工况下的涡前压力目标值，调整所述第一涡前控制阀(6)和所述第二涡前控制阀(11)的开度，直至涡前压力测量值与当前工况下的涡前压力目标值相同，及根据发动机当前工况下的发动机进气压力目标值，调整所述进气节流阀(14)开度，直至当前工况下的发动机进气压力目标值与发动机进气压力测量值相同。
6.根据权利要求5所述的EGR排气处理装置，其特征在于，所述第一EGR控制阀(5)和所述第二EGR控制阀(10)开度的控制包括发动机控制器获取EGR废气流量的废气流量值及进气气缸的总的进气量值，得出EGR率实际值，所述发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节所述第一EGR控制阀(5)和所述第二EGR控制阀(10)的开度，使得EGR率实际值与当前工况下的发动机EGR率目标值相同。
7.根据权利要求5所述的EGR排气处理装置，其特征在于，所述第一EGR控制阀(5)和所述第二EGR控制阀(10)开度的控制包括发动机控制器获取排气尾管或者进气总管的氧浓度，根据模型计算进气气缸的总的进气流量，并根据过程消耗的燃油量，计算得到进气歧管的氧浓度实际值，所述发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节所述第一EGR控制阀(5)和所述第二EGR控制阀(10)开度，进气歧管的氧浓度实际值与当前工况下的发动机进气歧管的氧浓度目标值相同。
8.根据权利要求5所述的EGR排气处理装置，其特征在于，还包括新鲜空气进气管及设置在所述新鲜空气进气管上的气体流量传感器，所述气体流量传感器与所述发动机控制器连接，所述第一EGR控制阀(5)和所述第二EGR控制阀(10)开度控制包括发动机控制器获取EGR混合前的新鲜进气流量，所述发动机控制器通过PID闭环控制或者系统控制模型调节所述第一EGR控制阀(5)和所述第二EGR控制阀(10)开度，使得新鲜进气流量实际值与当前工况下的发动机新鲜进气流量目标值相同。
9.一种汽车，包括发动机及与所述发动机连接的EGR排气处理装置，其特征在于，所述EGR排气处理装置为权利要求1-8中任一项所述的EGR排气处理装置。
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