CN108730073A - 一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统 - Google Patents

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孙丽玮
张航
曲荀之
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
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    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine

Abstract

本发明公开了一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，包括：发动机，发动机包括发动机本体、进气歧管以及排气歧管，进气歧管与排气歧管均连通于发动机本体；涡轮，涡轮连通排气歧管；压气机，压气机与涡轮固定连接，压气机具有压气机入口、压气机废气收集流道，压气机废气收集流道与压气机入口连通；空气滤清器，空气滤清器一端与空气连通，另一端连通压气机入口；中冷器，中冷器一端与压气机连通，另一端连通进气歧管；EGR冷却器，EGR冷却器一端连通排气歧管，另一端连通压气机废气收集流道。本发明可实现EGR的正向压力差及避免废气污染压气机叶片。

Description

一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统
技术领域
本发明涉及车用内燃机技术领域，更具体的说是涉及一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统。
背景技术
废气再循环(EGR)技术是将内燃机的部分废气引入到进气中再次参加燃烧过程，是目前实现更低的NOX排放所采用的主要技术方案之一。EGR技术具有成本小，容易实施的特点。而且EGR技术适用范围广，可匹配应用电控系统、高压共轨、后处理器等技术。
对于增压柴油机，根据在柴油机上取气位置不同，EGR可分为高压EGR(HP-EGR)和低压EGR(LP-EGR)两种形式。其中LP-EGR是在涡轮后引出排气经过冷却后引入到压气机进口。由于排气压力高于压气机进口的空气压力，所以该系统可顺利实现废气回流到进气系统，且布局简单。但此装置会使压气机叶轮受到废气污染，从而降低压气机寿命。而HP-EGR是在涡轮前引出废气，经过冷却后引入到压气机出口的进气系统中，避免了上述污染问题。但高效的柴油机增压系统会出现压气机出口压力(增压压力)高于涡轮进口压力情况，这样的逆向压差使EGR难以实现。为了获得所需的正向压差需要采取一定的技术措施，但会出现流动阻力大，流动损失大等问题。因此，如何提供一种既可以避免污染压气机叶轮又可以实现正向压差的EGR系统，是本领域人员亟需解决的一个问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，包括：
发动机，所述发动机包括发动机本体、进气歧管以及排气歧管，所述进气歧管一端与所述排气歧管一端均连通于所述发动机本体；
涡轮，所述涡轮连接于所述排气歧管的另一端；
压气机，所述压气机与所述涡轮固定连接，所述压气机上设置有压气机入口、压气机废气收集流道，所述压气机废气收集流道与所述压气机入口连通且连通处位于扩压器之前；
空气滤清器，所述空气滤清器一端与外部空气连通，另一端连通所述压气机入口；
中冷器，所述中冷器一端与所述压气机的出气口连通，另一端连通所述进气歧管的另一端；
EGR冷却器，所述EGR冷却器的入口连通所述排气歧管另一端，所述EGR冷却器的出口连通所述压气机废气收集流道。
采用上述技术方案的有益效果是：将涡轮前的一部分废气引入压气机扩压器入口处，此处压气机中气体尚未经过降速扩压过程，气体静压低于涡轮进口引来的废气，因而形成驱动EGR流动的正向压差，以顺利实现高压EGR的运行，从而实现较好的EGR率，有效降低NOX的排放；而且有效避免了压气机叶轮受废气污染的问题。
优选的，还包括EGR阀，所述EGR阀设置于所述EGR冷却器与所述压气机废气收集流道之间。EGR阀可由控制器控制，进而实现调节整个EGR废气流道对于废气的吸收量。
优选的，还包括颗粒物捕集器，所述颗粒物捕集器连接于所述涡轮。发动机废气中的颗粒物经由颗粒物捕集器过滤后在排放至大气，减少颗粒物对于大气的污染。
优选的，所述压气机废气收集流道为设置在蜗壳流道外部的环形流道。该通道贴紧蜗壳外壁，对空间无特别要求，结构简单，构造方便。
优选的，还包括压气机引流孔，所述环形流道与所述压气机入口通过压气机引流孔连通。
优选的，所述压气机引流孔为环形孔或均匀分布的小孔,并与压气机叶轮轴线成一定角度。
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附图为本发明提供的系统示意图；
图2附图为本发明提供的压气机结构示意图。
其中，1-进气歧管，2-发动机本体，3-排气歧管，4-颗粒物捕集器，5-涡轮，6-压气机，6A-压气机入口，6B-压气机引流气道，6C-压气机引流孔，7-空气滤清器，8-EGR冷却器，9-EGR阀，10-中冷器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示本发明实施例公开了一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，包括：
发动机，所述发动机包括发动机本体2、进气歧管1以及排气歧管3，所述进气歧管1一端与所述排气歧管3一端均连通于所述发动机本体2；
涡轮5，所述涡轮5连通所述排气歧管3的另一端；
压气机6，所述压气机6与所述涡轮5固定连接，所述压气机6设置有压气机入口6A、压气机废气收集流道6B，所述压气机废气收集流道6B与所述压气机入口6A连通且连通处位于扩压器之前；
空气滤清器7，所述空气滤清器7一端与外部空气连通，另一端连通所述压气机入口6A；
中冷器10，所述中冷器10一端连通所述进气歧管1的另一端，所述中冷器10的另一端连通所述压气机2的出气口；
EGR冷却器8，所述EGR冷却器8的入口连通所述排气歧管3另一端，所述EGR冷却器8的出口连通所述压气机废气收集流道6B；
EGR阀9，所述EGR阀9设置于所述EGR冷却器8与所述压气机废气收集流道6B之间；
颗粒物捕集器4，所述颗粒物捕集器4连通所述涡轮5。
有利的，所述压气机废气收集流道6B为设置在蜗壳流道外部的环形流道。
有利的，还包括压气机引流孔6C，所述环形流道与所述压气机入口6A通过压气机引流孔6C连通。
有利的，所述压气机引流孔6C的出口为环形并与轴线成一定角度的出口。
具体应用时，发动机废气一部分进入涡轮5，驱动其转动；一部分进入EGR管路，经过EGR冷却器8和EGR阀9，进入压气机在扩压器处的废气收集流道6B，实现废气再循环。
关于EGR各部分压力的说明：
一般情况下，如果增压系统的效率高的话，压气机2出口的压力会比涡轮5进口的压力高0.02～0.03MPa，这种情况下不能实现废气再循环。
增压器所用的离心压气机2的工作过程是通过压气机2叶轮对气体做功使气体的压力和速度都提高，在叶轮出口出气体具有很高的速度，但是静压力只有压气机2出口压力的70％左右，高速流动的气体经过扩压器以后，由于流通面积的增加，使流动速度降低，从而压力升高(伯努力方程)，到压气机2出口使会达到最大静压。因此，当本发明中将EGR冷却器8进口的气体引到压气机2叶轮出口附近，那里的压力比出口压力低30％，一般压气机2出口的工作压力范围为0.15～0.25MPa，这样，叶轮出口附近扩压之前的气体静压会比压气机2出口至少低0.04MPa，会比EGR冷却器8进口静压低0.02MPa左右。可以形成EGR的正向驱动压差。
测得本发明实施例公开的EGR各部分压力如下：
压气机叶轮出口压力为：0.14MPa，该部分压力为废气与空气的混合气体压力；
EGR冷却器8进口压力为：0.16MPa；
EGR冷却器8进口压力＞压气机2叶轮出口压力，即实现了正向压力差。
本发明提供一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，较传统的高压EGR系统相比，本发明将涡轮前的一部分废气引入压气机扩压器入口处。此处压气机中气体尚未经过降速扩压过程，气体静压低于涡轮进口引来的废气，因而形成驱动EGR流动的正向压差，以顺利实现高压EGR的运行。从而实现较好的EGR率，有效降低NOX的排放、柴油机废气引入压气机扩压器的引流气道贴壁设计，对空间没有特别要求，结构布置方便，避免了用于驱动EGR的其他技术措施所引起的流动损失和发动机泵气损失、有效避免了压气机叶轮受废气污染的问题。
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 (6)

1.一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，其特征在于，包括：
发动机，所述发动机包括发动机本体(2)、进气歧管(1)以及排气歧管(3)，所述进气歧管(1)一端与所述排气歧管(3)一端均与所述发动机本体(2)连通；
涡轮(5)，所述涡轮(5)与所述排气歧管(3)的另一端连通；
压气机(6)，所述压气机(6)与所述涡轮(5)固定连接，所述压气机(6)上设置有压气机入口(6A)，其外侧设有压气机废气收集流道(6B)，所述压气机废气收集流道(6B)与所述压气机入口(6A)连通；
空气滤清器(7)，所述空气滤清器(7)一端与外部空气连通，另一端连通所述压气机入口(6A)；
中冷器(10)，所述中冷器(10)一端连通所述进气歧管(1)的另一端，所述中冷器(10)的另一端连通所述压气机(2)的出气口；
EGR冷却器(8)，所述EGR冷却器(8)的入口连通所述排气歧管(3)另一端，所述EGR冷却器(8)的出口连通所述压气机废气收集流道(6B)。
2.根据权利要求1所述的一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，其特征在于，还包括EGR阀(9)，所述EGR阀(9)设置于所述EGR冷却器(8)与所述压气机废气收集流道(6B)之间。
3.根据权利要求2所述的一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，其特征在于，还包括颗粒物捕集器(4)，所述颗粒物捕集器(4)连通于所述涡轮(5)。
4.根据权利要求1所述的一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，其特征在于，所述压气机废气收集流道(6B)为设置在蜗壳流道外部的环形流道。
5.根据权利要求4所述的一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，其特征在于，还包括压气机引流孔(6C)，所述环形流道与所述压气机入口(6A)通过压气机引流孔(6C)连通。
6.根据权利要求5所述的一种增压柴油机发动机的高压废气再循环系统，其特征在于，所述压气机引流孔为环形孔或均匀分布的小孔,并与压气机叶轮轴线成一定角度。
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