CN109973258A - Egr系统及包括egr系统的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种EGR系统和包括该EGR系统的内燃机，该EGR系统包括：EGR阀，设置在气缸的排气系统上，从所述气缸排出的气体经过所述EGR阀进入排气系统；电控单元，与所述EGR阀连接并控制所述EGR阀的打开和关闭；EGR凸轮，设置在所述气缸与所述EGR阀之间，用于驱动所述气缸的排气阀；以及储气腔，设置在所述EGR阀与所述EGR凸轮之间，用于储存气体。本申请的EGR系统可以实现高EGR率，有效降低内燃机NOx排放，可以精确地为内燃机不同工况提供需要的EGR率，具有低排放、高经济性、结构紧凑的优点。本申请还提供一种包括该EGR系统的内燃机。

Description

EGR系统及包括EGR系统的内燃机
技术领域
本申请属于内燃机领域，具体涉及内燃机的废气再循环系统及包括该系统的内燃机。
背景技术
废气再循环(EGR)技术是当前内燃机领域最常用来降低NOx排放的关键技术之一，EGR技术是把一定的排气废气引入内燃机气缸，提高缸内混合气中惰性气体成分，从而抑制最高燃烧温度、降低NOx排放，在内燃机部分负荷的状态下，因排气中未燃燃料油成分再次参与燃烧等原因还可降低内燃机燃油消耗。
目前，内燃机领域常用的EGR系统是外部EGR系统，外部EGR技术是通过一定的技术措施提高废气排气压力或者降低废气引入部位的进气压力，克服进排气压差，而使排气进入空气的技术，这些技术措施主要包括EGR泵、EGR阀、EGR混合器、EGR冷却器等装置，系统结构复杂、内燃机紧凑性低。并且，外部EGR技术采用技术措施提高排气压力会消耗内燃机有效功，再加上引入的废气量不能实现精确控制，内燃机经济性较低。
用于内燃机的内部EGR技术也有公开，例如中国专利CN202132135U公开了一种内部EGR方式，该方式利用改变进气阀和排气阀重叠角度实现，可以减少NOx排放。但是，因缺少进排气压差的控制，并受限于仅通过气门调整废气范围较窄，该方式能够提供的EGR率较小，并且如需对全工况EGR率进行调节，需要配备可变气门正时装置，系统结构复杂，并且同样不能实现对EGR率精确控制，NOx减排效果差，经济性较低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种EGR系统，消除或至少缓解现有技术中的上述问题。
本申请提供一种EGR系统，包括：EGR阀，设置在气缸的排气系统上，从所述气缸排出的气体经过所述EGR阀进入排气系统；电控单元，与所述EGR阀连接并控制所述EGR阀的打开和关闭；EGR凸轮，设置在所述气缸与所述EGR阀之间，用于控制所述气缸的排气阀；以及储气腔，设置在所述EGR阀与所述EGR凸轮之间，用于储存气体。
根据本申请的EGR系统，由所述EGR阀和所述EGR凸轮协作地控制所述储气腔内气体的体积和压力。
根据本申请的EGR系统，所述EGR凸轮包括排气工作模式和EGR工作模式，在所述排气工作模式下，所述储气腔不储存气体；以及在所述EGR工作模式下，所述储气腔储存气体。
根据本申请的EGR系统，所述EGR阀的阀体设置在所述排气系统上，以确保所述储气腔的容积。
根据本申请的EGR系统，所述EGR阀的工作速度与所述气缸的工作循环相匹配。
本申请还提供一种内燃机，包括：气缸，气体在所述气缸内燃烧做功并经排气系统排出；压气机，与所述气缸连接，被所述压气机压缩的气体经由进气系统被供给到所述气缸；根据本申请的EGR系统，与所述气缸的排气系统连接；和涡轮，连接到所述EGR系统，并与所述压气机同轴。
为了解决已有技术中的不足，本申请提出一种内燃机的内部EGR系统，可以实现较高的EGR率，有效的降低内燃机NOx排放，可以精确地为内燃机不同工况提供需要的EGR率，具有低排放、高经济性、结构紧凑的优点。
附图说明
本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的原理。在附图中，
图1是根据本申请的EGR内燃机工作原理示意图；
图2是根据本申请的EGR系统的示意图；
图3是示出排气阀、进气阀(含EGR升程曲线)的图；
图4是根据本申请的EGR凸轮的示意图；和
图5是根据本申请的内燃机的排气系统的一部分的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
图1是根据本申请的EGR内燃机工作原理示意图。如图1所示，内燃机1包括电控单元810、涡轮820、排气总管830、EGR阀240、排气歧管850、气缸860、进气歧管870、进气总管880、中冷器890、压气机8100以及它们之间的连接管路。
如图1所示，内燃机1的进气由压气机8100压缩后经中冷器890冷却后经过进气总管830，并从此进入各个进气歧管870及各个气缸860，气体在内燃机1的气缸860内燃烧做功后，废气依次通过排气歧管850排出，经过排气歧管850上设置的EGR阀240进入排气总管830，最后进入涡轮820中膨胀做功，涡轮820驱动同轴的压气机8100工作。EGR系统无需在内燃机外额外布置零部件，使得包括该EGR系统的内燃机具有外形尺寸小、结构紧凑、可靠性高的优点。
如图1所示，内燃机1内设置多个气缸860，图中示出为6个，但不限于此。每个气缸860均设置有一EGR阀240。EGR阀240可以电气方式与电控单元280连接，经过标定的控制策略写入电控单元280。
图2示出了根据本申请的EGR系统20，每个气缸860均配备有EGR系统20，其设置在排气歧管850上并位于气缸860与排气总管830之间。EGR系统20包括EGR阀240和与其连接的EGR凸轮220。EGR阀240为电控高速EGR阀，为匹配气缸的工作循环，电控高速EGR阀的开关速度可小于1ms。EGR凸轮220控制内燃机的排气阀(即气缸的排气阀)866。通过旋转EGR凸轮220可使其处于排气工作模式和EGR工作模式，在各模式下内燃机的进排气升程曲线如图3所示。
图3中示出了排气阀升程曲线1、进气阀升程曲线2和EGR升程曲线3。排气阀升程曲线1对应EGR凸轮的排气工作模式，进气阀升程曲线2对应气缸860的进气凸轮的工作模式，EGR升程曲线3对应EGR凸轮的EGR工作模式。如图中所示，EGR凸轮220的EGR工作模式应在排气工作模式结束后开始，在进气凸轮的工作模式结束前结束。
如附图3所示，EGR升程曲线的起点在进气阀升程曲线下降段，此时进气阀和排气阀同时开启，EGR升程曲线的终点在进气阀升程曲线终点之前，保证内燃机后续的压缩过程效率。
EGR系统20还包括设置在EGR阀240与EGR凸轮220之间的储气腔260，该储气腔260储存从气缸860排出的气体。在EGR凸轮220处于排气工作模式时，EGR阀240打开，储气腔860不储存气体，气体经过排气歧管850进入排气总管830；在EGR凸轮220处于EGR工作模式时，EGR阀240关闭，储气腔260储存气体。EGR阀240的打开和关闭由电控单元280来控制。
在内燃机1工作时，电控单元280控制的EGR阀240在排气升程后期关闭，关闭的时刻根据内燃机不同工况对EGR率的需求来标定和控制，从而使排出的气体聚集在EGR储气腔260，因此储气腔260的流量增大且压力升高；在进气升程后期，EGR凸轮220驱动气缸的排气阀866再次开启，储气腔260内的气体在较高压力的作用下通过排气阀866回流到气缸860内，实现EGR。通过对EGR阀控制策略的标定，可以精确的控制EGR废气压力流量，进而精确的控制EGR率，可以实现内燃机的最高热效率和最佳排放性。
图4示出了根据本申请的EGR凸轮220。如图中所示，EGR凸轮220包括基圆部222、排气工作部224和EGR工作部226。当EGR凸轮220旋转到基圆部222时，排气阀866关闭，气缸860不排放气体。凸轮继续旋转到排气工作部224时，排放阀866被逐步打开，气体被排放到排气歧管850。此时，EGR阀240打开，则气体进入排气总管830。
在排放阀866被全部打开后，凸轮220继续旋转而关闭排放阀866。在排放阀866关闭之前、即凸轮220的排气工作模式结束之前，EGR阀240关闭，则气体储存在储气腔260中。在排放阀866关闭之后，新鲜的气体可经过内燃机的进气阀进入气缸860。
随着凸轮220继续旋转到EGR工作部226，排放阀866被再次打开，进入EGR工作模式，储气腔260中的气体可回流到气缸860中，与新鲜的气体混合。本领域人员容易理解，可根据需要设计出各种形状的凸轮，在此详细说明的EGR凸轮220仅仅是为了示例，本发明不限于此。
如附图5所示，内燃机的排气系统由排气总管810和排气歧管850组成，EGR阀的阀体242设置在排气歧管850上，并且，EGR阀的阀体242与排气总管810的距离L尽可能的小，以保证高速EGR阀与内燃机排气阀之间构成的EGR储气腔具有较大的容积，进而保证内燃机实现较大的EGR率。
本申请提出一种内燃机的内部EGR系统，系统结构紧凑、可靠性高，通过EGR凸轮和电控高速EGR阀的控制，调节发动机每循环EGR废气的流量，可以实现高EGR率，并精确地为内燃机不同工况提供需要的EGR率，进而有效的降低内燃机排放、提高内燃机经济性。
本申请已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本申请限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本申请并不局限于上述实施例，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。本申请的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (6)

1.一种EGR系统，包括：
EGR阀，设置在气缸的排气系统上，从所述气缸排出的气体经过所述EGR阀进入排气系统；
电控单元，与所述EGR阀连接并控制所述EGR阀的打开和关闭；
EGR凸轮，设置在所述气缸与所述EGR阀之间，用于控制所述气缸的排气阀；以及
储气腔，设置在所述EGR阀与所述EGR凸轮之间，用于储存气体。
2.根据权利要求1所述的EGR系统，其中，由所述EGR阀和所述EGR凸轮协作地控制所述储气腔内气体的体积和压力。
3.根据权利要求1所述的EGR系统，其中，所述EGR凸轮包括排气工作模式和EGR工作模式，
在所述排气工作模式下，所述储气腔不储存气体；以及
在所述EGR工作模式下，所述储气腔储存气体。
4.根据权利要求1所述的EGR系统，其中，所述EGR阀的阀体设置在所述排气系统上，以确保所述储气腔的容积。
5.根据权利要求1所述的EGR系统，其中，所述EGR阀的工作速度与所述气缸的工作循环相匹配。
6.一种包括EGR系统的内燃机，包括：
气缸，气体在所述气缸内与燃料混合燃烧并经排气系统排出；
压气机，与所述气缸连接，被所述压气机压缩的气体经由进气系统被供给到所述气缸；
如前述权利要求1-5中任一项所述的EGR系统，与所述气缸的排气系统连接；和
涡轮，连接到所述EGR系统并接收所述EGR系统排出的气体，并与所述压气机同轴。
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