CN110118142A - 一种基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，包括发动机、高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器，发动机连接进气总管和排气总管，高压级涡轮增压器包括高压级废气涡轮和高压级压气机，低压级涡轮增压器包括低压级废气涡轮和低压级压气机，进气总管连接进气管路，排气总管连接排气管路，进气管路设置低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器，排气管路设置高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器和背压阀；高压级废气涡轮进口和高压级压气机进口之间连接高压EGR管路，高压EGR管路设置EGR冷却器、EGR阀和颗粒物捕集器。本发明不仅能扩大EGR率的引入范围，还有较快的瞬态响应速度，提高发动机的效率，降低排放。
Description
技术领域
本发明属于柴油机清洁燃烧技术领域，更具体的说，是涉及一种基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统。
背景技术
现代排放法规日益严格，减少发动机的尾气排放是未来的必然趋势，其中NOx和颗粒物的排放控制最为严格。发动机在工作时，缸内燃料燃烧时的高温富氧区易产生NOx，为了减少NOx排放，就应当控制缸内氧气浓度和最高燃烧温度。目前能够有效降低发动机NOx排放的技术有废气再循环技术(EGR)、选择性催化还原(SCR)后处理技术和掺水燃烧技术。其中EGR技术是指将发动机排出废气的一部分引入到进气管，与新鲜空气混合后一同进入气缸重新参与燃烧，起到降低燃烧温度和氧气浓度的作用，进而降低发动机NOx排放。
目前的EGR技术主要分为高压EGR技术和低压EGR技术。高压EGR技术是从发动机增压器涡轮机前端取气，经过EGR冷却器和EGR阀后进入发动机进气总管，与新鲜空气混合后进入发动机气缸内；低压EGR技术是从增压器涡轮机排气的后处理装置后取气，经过EGR冷却器和EGR阀后进入低压级压气机前端与新鲜空气混合，增压后进入发动机气缸内。这两种EGR技术采用不同的废气引入方法，有其固有的优缺点与适合运行的工况范围：对于高压EGR，其回路短，瞬态响应速度快，但在高负荷时增压的进气压力高于涡前排气压力，单纯的开启EGR阀很难引入EGR，因此高压EGR适合在低负荷工况使用；相对于高压EGR，低压EGR涡后取气，在高速高负荷时所需的涡前压力更小，发动机泵气损失更小，同时也容易引入废气产生较大的EGR率，但因其在后处理装置后取气，存在布置困难，回路长且压差小的缺点，导致瞬态响应速度慢，响应期间发动机排放很难满足要求。
综上所述，为了满足日益严格的法规要求，就需要解决现有低压EGR系统布置困难，高压EGR系统大负荷下废气引入难的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，不仅能够扩大EGR率的引入范围，还有较快的瞬态响应速度，兼顾不同负荷下发动机对EGR的要求，提高发动机的效率，降低排放。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，包括发动机、高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器，所述发动机连接有进气总管和排气总管，所述高压级涡轮增压器包括同轴转动的高压级废气涡轮和高压级压气机，所述低压级涡轮增压器包括同轴转动的低压级废气涡轮和低压级压气机，所述进气总管连接有进气管路，所述排气总管连接有排气管路，所述进气管路上沿进气方向依次设置低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器，所述排气管路上沿排气方向依次设置高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器和背压阀；
所述高压级废气涡轮进口和高压级压气机进口之间连接有高压EGR管路，所述高压EGR管路上设置有EGR冷却器、EGR阀和颗粒物捕集器，所述EGR阀设置于EGR冷却器和颗粒物捕集器之间；所述EGR冷却器进口与EGR阀相连，出口与高压级压气机进口管路相连；所述颗粒物捕集器进口与高压级废气涡轮进口管路相连，出口与EGR阀相连。
所述高压EGR管路的进口端与高压级废气涡轮进口管路连通，出口端与高压级压气机进口管路连通。
所述EGR阀为电控阀，由ECU通过检测发动机的运行工况来调节其开度以获得不同的EGR率。
从高压级废气涡轮进口管路引出高压废气，经颗粒物捕集器、EGR阀和EGR冷却器后，流入高压级压气机进口管路，与新鲜空气混合并经高压级压气机增压冷却后进入发动机，实现较大的EGR率和较快的瞬态响应速度。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明废气取自高压级废气涡轮进口，废气未经利用和冷却，具有较高的压力和较高的温度，因此废气中的颗粒物在进入颗粒物捕集器前还能够在高温中继续氧化燃烧，减少了堵塞颗粒物捕集器的可能。
(2)与传统的高压EGR系统相比，即使发动机运行在大负荷，高压级涡轮进口废气压力仍然高于高压级压气机进口压力(该处压力在发动机进气管路上为中压)，因此在大负荷下仍可以保证可靠的引入废气，实现较大的EGR率，弥补了传统高压EGR系统在大负荷工况下因进气压力高而不能引入EGR的缺点。
(3)与传统的低压EGR系统相比，本发明在高压级涡轮机的进口管路取出高压废气，管路布置方便，不存在低压EGR系统在后处理装置后取气所导致的整车管路布置困难的缺点。同时形成的EGR回路短，具有较高的瞬态响应速度。
(4)本发明在高压EGR管路上应用了颗粒物捕集器，净化了进入EGR系统中的废气，减少了对EGR系统，增压系统和发动机的污染，提高了发动机整体运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统示意图。
附图标记：1进气总管，2发动机，3进气中冷器，4高压级涡轮增压器，5低压级涡轮增压器，6背压阀，7后处理器，8EGR冷却器，9EGR阀，10颗粒物捕集器，11高压EGR管路，12排气总管；
H.Turb高压级废气涡轮，H.Comp高压级压气机，L.Turb低压级废气涡轮，L.Comp低压级压气机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在附图中并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，包括发动机2、高压级涡轮增压器4和低压级涡轮增压器5，所述发动机2连接有进气总管1和排气总管12，所述进气总管1连接有进气管路，所述排气总管12连接有排气管路。所述高压级涡轮增压器4包括同轴转动的高压级废气涡轮H.Turb和高压级压气机H.Comp，所述低压级涡轮增压器5包括同轴转动的低压级废气涡轮L.Turb和低压级压气机L.Comp，涡轮均设置于发动机2的排气总管12后的排气管路上，压气机均设置于发动机2的进气总管1前的进气管路上。
所述进气管路上沿进气方向依次设置低压级压气机L.Comp、高压级压气机H.Comp和进气中冷器3。所述排气管路上沿排气方向依次设置高压级废气涡轮H.Turb、低压级废气涡轮L.Turb、后处理器7和背压阀6。
所述高压级废气涡轮进口和高压级压气机进口之间连接有高压EGR管路11，所述高压EGR管路11上设置有EGR冷却器8、EGR阀9和颗粒物捕集器10，构成高压EGR系统。所述高压EGR管路11的进口端与高压级废气涡轮进口管路连通，出口端与高压级压气机进口管路连通。所述EGR冷却器8进口与EGR阀9相连，出口与高压级压气机进口管路相连，用以冷却高压废气，保证合适的充量密度。所述EGR阀9设置于EGR冷却器8和颗粒物捕集器10之间，两端分别连接EGR冷却器8进口和颗粒物捕集器10出口，根据发动机2工况调整阀的开度可获得不同的EGR率，从而实现清洁燃烧。所述颗粒物捕集器10位于高压级压气机进口前，其进口与高压级废气涡轮进口管路相连，出口与EGR阀9相连，用以净化进入高压级压气机废气中的颗粒物，防止颗粒物影响高压级压气机的运行。
其中，所述EGR阀9为电控阀，能够由ECU通过检测发动机2的运行工况来调节其开度以获得不同的EGR率。
本发明基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，更具体的说，是一种从高压级废气涡轮进口管路中引出一部分高压废气，经过颗粒物捕集器10、EGR阀9和EGR冷却器8后，引入高压级压气机进口(该处压力在发动机进气管路上为中压)管路，与新鲜空气混合后一同经高压级压气机增压冷却后进入发动机2，易于整车布置且容易实现较大EGR率和较快的瞬态响应速度的高压废气中压侧引入系统。
其中高压EGR系统的工作原理和工作过程如下：
当发动机2需要EGR时，EGR阀9开启，由于压差的存在，废气从高压级废气涡轮进口管路流入高压EGR管路11，经过颗粒物捕集器10、EGR阀9和EGR冷却器8净化冷却后，进入高压级压气机进口管路，与新鲜空气混合并经高压级压气机增压冷却后进入发动机2，实现高压EGR在进气管路中压侧的引入。ECU通过检测发动机2的运行工况来调整EGR阀9的开度，实时控制进入发动机2的废气流量，从而获得不同的EGR率，高压废气和中压进气存在较大的压差，即使在大负荷也能达到较大的EGR率，兼顾了高低负荷EGR的需求。由于没有从尾气后处理处引入废气，因此不存在整车布置上的困难，同时该废气引入系统有较短的EGR回路，能够带来较快的瞬态响应速度。在本发明中，由于废气要经过高压级压气机，所以废气中颗粒物含量不能太高，否则容易损坏高压级压气机，所以在该高压EGR系统回路中设置了颗粒物捕集器10，有效的过滤废气中的颗粒物，既保证了高压级压气机的可靠运行，又减少了废气对发动机2和EGR系统管路的污染。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，包括发动机(2)、高压级涡轮增压器(4)和低压级涡轮增压器(5)，所述发动机(2)连接有进气总管(1)和排气总管(12)，所述高压级涡轮增压器(4)包括同轴转动的高压级废气涡轮和高压级压气机，所述低压级涡轮增压器(5)包括同轴转动的低压级废气涡轮和低压级压气机，所述进气总管(1)连接有进气管路，所述排气总管(12)连接有排气管路，其特征在于，所述进气管路上沿进气方向依次设置低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器(3)，所述排气管路上沿排气方向依次设置高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器(7)和背压阀(6)；
所述高压级废气涡轮进口和高压级压气机进口之间连接有高压EGR管路(11)，所述高压EGR管路(11)上设置有EGR冷却器(8)、EGR阀(9)和颗粒物捕集器(10)，所述EGR阀(9)设置于EGR冷却器(8)和颗粒物捕集器(10)之间；所述EGR冷却器(8)进口与EGR阀(9)相连，出口与高压级压气机进口管路相连；所述颗粒物捕集器(10)进口与高压级废气涡轮进口管路相连，出口与EGR阀(9)相连。
2.根据权利要求1所述的基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，其特征在于，所述高压EGR管路(11)的进口端与高压级废气涡轮进口管路连通，出口端与高压级压气机进口管路连通。
3.根据权利要求1所述的基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，其特征在于，所述EGR阀(9)为电控阀，由ECU通过检测发动机的运行工况来调节其开度以获得不同的EGR率。
4.根据权利要求1所述的基于两级涡轮增压器的高压废气中压侧引入系统，其特征在于，从高压级废气涡轮进口管路引出高压废气，经颗粒物捕集器(10)、EGR阀(9)和EGR冷却器(8)后，流入高压级压气机进口管路，与新鲜空气混合并经高压级压气机增压冷却后进入发动机(2)，实现较大的EGR率和较快的瞬态响应速度。
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