CN110230556A - 一种egr系统与一种发动机 - Google Patents

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张广全
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Abstract

本发明公开了一种EGR系统与一种发动机，其中，EGR系统用于多缸四气门发动机，发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，EGR系统包括EGR取气管，EGR取气管的进气口连接有至少两个气缸的第一排气道，且与EGR取气管连接的每相邻两个气缸的排气冲程间隔的曲轴转角大于等于180°CA，EGR取气管的出气口连接于发动机的进气管。本方案将发动机的两个以上气缸的第一排气道连接于EGR取气管，将第一排气道的废气直接取用作为EGR取气来源，同时，由于相邻气缸的排气冲程错开，减少了相邻两气缸排气脉冲的抵消和干扰作用，从而可以充分利用发动机的排气脉冲来提升EGR取气效率，进而提高EGR率。

Description

一种EGR系统与一种发动机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种EGR系统与一种发动机。
背景技术
随着NOx排放标准的不断严格，对内燃机性能和排放要求也越来越高，EGR（Exhaust Gas Return，废气再循环）技术已经越来越受到重视。为了满足更高的排放法规，目前主流的重型柴油机企业大多选择了高压EGR（简称HP-EGR）这一技术路线，使用EGR技术可以大幅降低NOx的排放，根据相关材料，当EGR率为15%时，NOx排放可以减少50%以上；而EGR率提高至25%时，NOx排放可以减少80%以上。
目前常用的EGR取气方式是分别从1、2、3缸的排气歧管和4、5、6缸的排气歧管分别取气，但是这种取气方式可能会因为不同气缸之间的排气谐波相互干扰，影响EGR的取气效果，可能影响各缸EGR率的均匀性；此外，目前常用的提升EGR率的其他许多方式，如VGT（Variable geometry turbocharger，可变截面涡轮增压系统）、小涡轮增压器等，都会造成泵气损失增加，对发动机的性能产生不利影响，不利于发动机的经济性。
因此，如何更有效地提升EGR率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种EGR系统，该EGR系统可以有效利用排气脉冲来提升EGR率。本发明的另一个目的是提供一种包括该EGR系统的发动机。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种EGR系统，用于多缸四气门发动机，所述发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，包括EGR取气管，所述EGR取气管的进气口连接有至少两个所述气缸的所述第一排气道，且与所述EGR取气管连接的每相邻两个所述气缸的排气冲程间隔的曲轴转角大于等于180°CA，所述EGR取气管的出气口连接于所述发动机的进气管。本方案将发动机的两个以上气缸的第一排气道连接于EGR取气管，将第一排气道的废气直接取用作为EGR取气来源，同时，由于相邻气缸的排气冲程错开至少180°CA，减少了相邻两气缸排气脉冲的抵消和干扰作用，从而可以充分利用发动机的排气脉冲来提升EGR取气效率，进而提高EGR率。
优选地，上述EGR系统还包括EGR加压装置，所述EGR加压装置的进气口通过低压EGR阀连通于涡轮机的涡后排气管，所述EGR加压装置的出气口与所述EGR取气管连通。
优选地，所述EGR系统应用于六缸四气门发动机，所述EGR取气管包括第一EGR取气管和第二EGR取气管，所述第一EGR取气管的进气口连接于第一气缸的所述第一排气道和第二气缸的所述第一排气道，所述第二EGR取气管的进气口连接于第五气缸的所述第一排气道和第六气缸的所述第一排气道，所述第一气缸和所述第二气缸的排气冲程间隔的曲轴转角为240°CA，所述第五气缸和所述第六气缸的排气冲程间隔的曲轴转角为240°CA。
优选地，所述EGR取气管通过EGR中冷器连接于所述发动机的进气管。
本发明还提供了一种发动机，所述发动机为多缸四气门发动机，所述发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，发动机还包括如上所述的EGR系统。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述EGR系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
优选地，所述发动机为六缸四气门发动机。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例中的EGR系统示意图。
图1中：
1- EGR加压装置、2- EGR单向阀、3- EGR中冷器、4-EGR阀、5-进气管、6-中冷器、7-空气滤清器、8-第一EGR取气管、9-增压器、10-排气管、11-第二EGR取气管、12-低压EGR阀、13-发动机。
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。
请参照图1，图1为本发明具体实施例中的EGR系统示意图。
本发明提供了一种EGR系统，其主要目的是充分利用发动机的排气脉冲以提高EGR的取气效率，在利用排气脉冲获得的EGR率不能满足要求时，也能通过对涡轮机后EGR气体加压提高EGR率。
本方案提供的EGR系统，用于多缸四气门发动机，发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，即，每个气缸的排气分两个气道排出，该EGR系统包括EGR取气管，EGR取气管的进气口连接有至少两个气缸的第一排气道，且与EGR取气管连接的每相邻两个气缸的排气冲程间隔的曲轴转角大于等于180°CA（CrankAngle，曲轴转角单位为°CA），连接有EGR取气管的气缸的第二排气道则通过排气管10连接于增压器9的涡轮机，因此，此处发动机的排气管为分体式排气管，即，每个气缸的排气分两个气道排出，一部分排气管连接于增压器9而另一部分排气管作为EGR取气管，EGR取气管的出气口连接于发动机的进气管5。本方案将发动机的两个以上气缸的第一排气道连接于EGR取气管，将第一排气道的废气直接取用作为EGR取气来源，同时，由于相邻气缸的排气冲程错开至少180°CA，减少了相邻两气缸排气脉冲的抵消和干扰作用，使得EGR取气管能更加有效地利用发动机的排气脉冲，从而可以充分利用发动机的排气脉冲来提升EGR取气效率，进而提高EGR率。
优选地，上述EGR系统还包括EGR加压装置1，EGR加压装置1的进气口通过低压EGR阀12连通于涡轮机的涡后排气管，EGR加压装置1的出气口与EGR取气管连通。设置有EGR加压装置1的EGR系统形成了加压低压EGR系统，在利用高压脉冲效果获得的EGR率达不到目标值时，打开低压EGR阀12，部分排气进入EGR加压装置1，经过加压后进入EGR取气管中，从而可以提升在中低转速时的EGR率。
以发火顺序为1-5-3-6-2-4的四冲程六缸四气门发动机为例，具体的发动机工作循环表如表1所示。如图1所示，优选地， EGR取气管包括第一EGR取气管8和第二EGR取气管11，第一EGR取气管8的进气口连接于第一气缸的第一排气道和第二气缸的第一排气道，即，第一气缸和第二气缸的第一排气道的废气汇总至第一EGR取气管8；第二EGR取气管11的进气口连接于第五气缸的第一排气道和第六气缸的第一排气道，即，第五气缸和第六气缸的第一排气道的废气汇总至第二EGR取气管11，两路EGR取气管的气体汇在一起后进入到发动机13的进气管5内。在中低转速工况时，第一和第二路EGR取气管可以充分利用发动机13的排气脉冲，实现提高EGR率的目的。
由表1可以看出，根据发动机13的发火顺序，在一个循环内第二、第一、第五、第六气缸依次进行排气冲程，而第一气缸和第二气缸的排气冲程间隔的曲轴转角为240°CA，不会造成相互之间的影响，同样，第五气缸和第六气缸的排气冲程间隔的曲轴转角为240°CA。第一气缸和第二气缸的排气脉冲不会对第一EGR取气管8的取气产生干扰，第五气缸和第六气缸的排气脉冲不会对第二EGR取气管11的取气产生干扰，所以，在一个工作循环内可以充分利用发动机13的排气脉冲来实现EGR率的提高。同时，六个气缸的其余排气道向增压器9的涡轮机提供废气，也不会因涡前能量的减小而对涡轮机的效率造成过大的影响。在中低转速工况时，当高压EGR率不满足需求时，可以通过加压低压EGR系统，达到EGR率的目标值。
表1 四冲程六缸四气门发动机工作循环表
优选地，EGR取气管通过EGR中冷器3连接于发动机的进气管5，EGR中冷器3可以对发动机排出的高温废气进行冷却。
需要说明的是，如图1所示，上述EGR取气管与EGR中冷器3之间还布置有EGR单向阀2，EGR中冷器3与发动机13的进气管5之间还布置有EGR阀4。发动机13的进气系统的其他部分与现有技术一致，外部空气经过空气滤清器7后进入增压器9的压气机进行加压，然后经过中冷器6冷却后进入进气管5中。本方案在设计分体式排气管结构时，由于每个气缸均有两个排气道，在原有基础上，只需将需要取气的某几个气缸中的其中一个排气道连接汇总至成EGR取气管即可，其余排气道仍通过排气管10连通至增压器9的涡轮机。
本发明具有以下有益效果：
1）分体式排气管可以将某几路排气道废气直接取用作为EGR废气来源，可以充分利用发动机的排气脉冲，能够提高EGR取气效率，从而提高EGR率，能够有效降低发动机NOx的排放，以实现更高的排放水平；
2）在中低转速工况未达到目标EGR率时，加压低压EGR系统介入，通过涡后取气并加压的方法，能够保证在中低转速工况下的目标EGR率。此外，通过对低压EGR系统进行加压，在一定程度上能够提高低压EGR系统的瞬态响应性。
本发明还提供了一种发动机，该发动机为多缸四气门发动机，发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，该发动机还包括如上所述的EGR系统。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述EGR系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
优选地，所述发动机为六缸四气门发动机。当然，发动机还可以设计为四缸、八缸或其他缸数的发动机，本文不再赘述。
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EGR系统，用于多缸四气门发动机，发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，其特征在于，包括EGR取气管，所述EGR取气管的进气口连接有至少两个所述气缸的所述第一排气道，且与所述EGR取气管连接的每相邻两个所述气缸的排气冲程间隔的曲轴转角大于等于180°CA，所述EGR取气管的出气口连接于所述发动机的进气管（5）。
2.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，还包括EGR加压装置（1），所述EGR加压装置（1）的进气口通过低压EGR阀（12）连通于涡轮机的涡后排气管，所述EGR加压装置（1）的出气口与所述EGR取气管连通。
3.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述EGR系统应用于六缸四气门发动机，所述EGR取气管包括第一EGR取气管（8）和第二EGR取气管（11），所述第一EGR取气管（8）的进气口连接于第一气缸的所述第一排气道和第二气缸的所述第一排气道，所述第二EGR取气管（11）的进气口连接于第五气缸的所述第一排气道和第六气缸的所述第一排气道，所述第一气缸和所述第二气缸的排气冲程间隔的曲轴转角为240°CA，所述第五气缸和所述第六气缸的排气冲程间隔的曲轴转角为240°CA。
4.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述EGR取气管通过EGR中冷器（3）连接于所述发动机的所述进气管（5）。
5.一种发动机，其特征在于，所述发动机为多缸四气门发动机，所述发动机的每个气缸均设置有第一排气道和第二排气道，包括如权利要求1至4中任一项所述的EGR系统。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述发动机为六缸四气门发动机。
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