CN114263551A

CN114263551A - Egr系统

Info

Publication number: CN114263551A
Application number: CN202111577019.9A
Authority: CN
Inventors: 王振; 李德胜; 杜建秋; 徐玉梁; 李辉; 赵金旋
Original assignee: Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute (tianjin Motorcycle Technical Center); Tianjin University
Current assignee: Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute (tianjin Motorcycle Technical Center); Tianjin University
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2022-04-01

Abstract

本公开提供了一种EGR系统，该EGR系统包括：排气单元，所述排气单元第一端与气缸的排气口连接；EGR冷却器，所述EGR冷却器的进气室与所述排气单元第二端连接；EGR压力控制单元，所述EGR压力控制单元第一端与所述EGR冷却器的出气室连接；所述EGR压力控制单元配置为对EGR废气进行加压并蓄压，使所述EGR压力控制单元内部的EGR废气维持在目标的压力范围内；EGR阀，所述EGR阀第一端与所述EGR压力控制单元第二端连接；进气歧管，所述进气歧管第一端与所述EGR阀第二端连接，所述进气歧管第二端与所述气缸的进气口连接。

Description

EGR系统

技术领域

本公开涉及发动机领域，尤其涉及一种EGR系统。

背景技术

现有EGR系统开发时，主要通过优化EGR阀直径、EGR管路直径、EGR管路形状及紧凑布置等手段，尽量降低EGR系统的阻力以提升EGR率，同时改善瞬态响应问题，但无法从根本上解决。目前，国内外相关机型在燃油经济区最大的EGR率约在25％左右，若能进一步提升EGR率，油耗和热效率有望获得更多的改善。

同时，由于EGR管路较长，在高瞬变工况下，气路的压力及流量变化剧烈，导致EGR的瞬态响应特性较差，瞬时EGR率无法快速稳定的达到ECU预设的目标，往往存在大幅超调的现象，使瞬时工况下的排放和油耗与稳态工况相比差异较大。

因此，如何进一步优化EGR系统，实现中高负荷区域较大的EGR率，并解决瞬态响应问题，成为了高效发动机研发迫切需要解决的重要技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本公开提供一种EGR系统，用于至少部分解决以上技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本公开提供了一种EGR系统，包括：

排气单元，所述排气单元第一端与气缸的排气口连接；

EGR冷却器，所述EGR冷却器的进气室与所述排气单元第二端连接；

EGR压力控制单元，所述EGR压力控制单元第一端与所述EGR冷却器的出气室连接；所述EGR压力控制单元配置为对EGR废气进行加压并蓄压，使所述EGR压力控制单元内部的EGR废气维持在目标的压力范围内；

EGR阀，所述EGR阀第一端与所述EGR压力控制单元第二端连接；

进气歧管，所述进气歧管第一端与所述EGR阀第二端连接，所述进气歧管第二端与所述气缸的进气口连接。

在本公开的一些实施例中，所述EGR压力控制单元还包括：

EGR气泵，所述EGR气泵第一端与所述EGR冷却器的出气室连接；

压力传感器，所述压力传感器第一端与所述EGR气泵第二端相连，所述压力传感器第二端与所述EGR阀第一端连接。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，还包括：

旁通阀，当所述EGR压力控制单元内部的EGR废气超过目标的压力范围时，所述EGR气泵排出的多余的EGR废气，并通过所述旁通阀将排出至所述排气单元中。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，还包括：

电控单元，所述电控单元的第一信号端与所述压力传感器信号端相连。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，还包括：

控制器，所述控制器第一端与所述电控单元的第二信号端相连，所述控制器第二端与所述EGR气泵的信号端相连。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，还包括：

EGR流量测试单元，设置于所述EGR阀与所述进气歧管之间，所述EGR流量测试单元的信号端与所述电控单元的第三信号端连接。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，其中，所述排气单元还包括：

排气歧管，所述排气歧管第一端与所述气缸的排气口连接；

增压器，所述增压器第一端与所述排气歧管第二端连接；

后处理部，所述后处理部第一端与所述增压器第二端连接；

所述排气歧管第二端、增压器第二端、后处理部第二端中的一个与所述EGR冷却器的进气室连接。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，还包括：

节气门，设置于所述EGR阀与所述进气歧管之间。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，还包括：

过滤网，设置于所述排气单元与所述EGR冷却器之间。

在本公开的一些实施例中，所述的EGR系统，其中，EGR压力控制单元的压力值为2-4bar。

(三)有益效果

基于上述技术方案，本公开相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)本公开通过在EGR阀前设计EGR压力控制单元，保证EGR阀的驱动压差保持充足状态，不受转速和负荷的影响，解决了压差不足和流量快速变化等问题，大幅提升了EGR系统的瞬态响应，能实现在任何瞬态工况下快速的达成目标EGR率，解决了传统EGR系统瞬态响应慢，部分工况EGR率大幅超调的问题，突破了现有机型废气再循环系统最大EGR率的限制，能实现30％以上的EGR率，可进一步改善油耗和热效率，有效改善了瞬态工况的综合燃油经济性。

(2)本公开通过设置旁通阀，可以排出部分废气至排气单元，保证EGR压力控制单元的压力稳定。

(3)本公开通过设置压力传感器、电控单元和控制器，可以精准的控制EGR气泵的出口压力。

(4)本公开通过设置EGR流量测试单元和电控单元，可以实时测试进入气缸的EGR废气量，精准的控制EGR率。

(5)本公开将EGR阀布置于节气门前，使EGR废气与新鲜空气的混合距离更长，因此EGR均匀性更高，进而提升各缸的一致性，提升发动机性能。

(6)本公开的EGR阀驱动压差充足，因此采用本EGR系统的发动机理论上可以采用更大的压缩比和更大程度的阿特金森循环或米勒循环，从而进一步改善油耗，降低碳排放。

附图说明

图1为本公开实施例中EGR系统的结构图。

【附图标记说明】

1：气缸；

2：排气单元；

3：EGR冷却器；

4：EGR气泵；

5：压力传感器；

6：EGR压力控制单元；

7：EGR阀；

8：EGR流量测试单元；

9：节气门；

10：进气歧管；

11：旁通阀；

12：电控单元；

13：控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

图1为本公开实施例中EGR系统的结构图。

如图1所示，本公开提供了一种EGR系统。沿图1中箭头指示方向依次包括：气缸1、排气单元2、EGR冷却器3、EGR压力控制单元6、EGR阀7、进气歧管10。

气缸1的排气口与排气单元2入口端连接，排气单元2出口端与EGR冷却器3的进气室连接，EGR冷却器3的出气室与EGR压力控制单元6前端连接，EGR压力控制单元6末端与EGR阀7进气口连接，EGR阀7出气口与进气歧管10进气口连接，进气歧管10出气口与气缸1的进气口连接。

以下针对EGR系统各个组成部分进行详细说明。

关于本实施例中选用的排气单元2，可用以接收并输送气缸1排出的EGR高温废气。

根据本公开实施例，排气单元2还包括：排气歧管、增压器和后处理部，排气歧管进气口与气缸1的排气口连接；排气歧管出气口与增压器进气口连接；增压器出气口与后处理部进气口。

根据本公开实施例，EGR冷却器3的进气室，接收来自排气歧管出气口、增压器出气口、后处理部出气口中的一个或多个输送的EGR废气，进行冷却，可以显著降低气缸内最高燃烧温度，减少传热损失，改善小负荷下的泵气损失，降低大负荷工况的爆震倾向和燃油加浓。关于EGR冷却器3的冷却方式可选但不限于水冷形式。

关于本实施例中选用的EGR压力控制单元6，具有较高的响应速度，可用以接收到来自EGR冷却器3冷却后的EGR废气，在EGR压力控制单元6区域内对气体进行加压并蓄压，使EGR压力控制单元6内部的EGR废气维持在目标的压力范围内。

关于EGR压力控制单元6的结构可以包括：EGR气泵4和压力传感器5。

EGR气泵4位于EGR压力控制单元6前端，压力传感器5位于EGR压力控制单元6末端，EGR气泵4的进气口与EGR冷却器3的出气室连接，EGR气泵4的排气管与压力传感器5的前端连接，压力传感器5的末端与EGR阀7进气口连接，EGR气泵4可以为EGR压力控制单元6提供动力支持，压力传感器5可以实时检测EGR压力控制单元6的压力情况，EGR压力控制单元6可以实现为对气体进行加压并蓄压，使EGR压力控制单元6内部的EGR废气维持在目标的压力范围内，例如，但不限于2-4bar。

EGR压力控制单元6的结构还可以选择其他能够实现在EGR阀前形成高压力区域的结构单元均可适用，这里不再一一例举。

优选地，上述EGR气泵4的驱动设备可选但不限于电机驱动，其供电源可选但不限于传统车辆的12V/24V蓄电池、混合动力车型的动力电池。

关于本实施例中选用的EGR阀，串联布置于压力传感器后端，可以通过调节EGR阀的开口大小控制EGR废气的流通量，进而可以控制实际进入气缸的EGR废气量。

关于本实施例中选用的进气歧管10，可用以输送进入气缸1的气体。

在一个可选实施例中，上述EGR系统还包括节气门9，设置于EGR阀7与进气歧管10之间。

传统的EGR系统，其EGR阀的出口端必须要布置于节气门之后，以获得必要的驱动压差，但缺点是导致EGR出口与气缸距离较近，影响EGR废气与新鲜空气的混合均匀度，本实施例中节气门9设置于EGR阀7与进气歧管10之间，即直接将EGR阀7布置于节气门9之前，使EGR废气与新鲜空气可以在较长的空间区域进行混合，能保证EGR与新鲜空气的充分混合，提升了EGR系统的均匀性。

在一个可选实施例中，上述EGR系统还包括过滤网，设置于排气单元2与EGR冷却器3之间，可以提高进入EGR冷却器的废气的纯净度，提升EGR冷却器的使用寿命。

在本公开的实施例中，还包括：旁通阀11。旁通阀11前端与EGR压力控制单元6前端相连，旁通阀11后端与排气单元2进气口相连。

根据本公开的实施例，排气单元2、EGR冷却器3、EGR压力控制单元6和旁通阀11构成EGR压力控制单元6压力平衡控制部，当EGR压力控制单元6的压力到达一定的压力值后，包括但不限于2-4bar，旁通阀11开启，排出部分废气至排气单元2，以保证EGR高压区域的压力稳定，旁通阀11可以根据不同工况的需求来调节，旁通阀11包括机械控制式或者电子控制式。

根据本公开的实施例，EGR压力控制单元6包括EGR气泵4时，EGR气泵4的出气口和旁通阀11相连。

在本公开的实施例中，还包括：电控单元12。电控单元12的第一信号输入端与压力传感器5的信号端相连，可用以接收来自压力传感器5的信号，可用以计算EGR的目标压力值。

在本公开的实施例中，还包括：控制器13。控制器13的信号输入端与电控单元12的信号输出端相连，控制器13的信号输出端与EGR气泵4的信号端相连。

根据本公开的实施例，EGR气泵4、压力传感器5、电控单元12和控制器13可形成闭环，构成反馈控制部，电控单元12接收到来自压力传感器5的信号，与计算出的EGR目标压力值进行比较，将信号传输给控制器13，控制器13根据信号指令命令，进而控制EGR气泵，达到精准控制EGR气泵出口压力的效果。

在本公开的实施例中，还包括：EGR流量测试单元8。EGR流量测试单元8设置于EGR阀7与进气歧管10之间，可用于实时测试进入气缸的EGR废气量。

根据本公开的实施例，EGR流量测试单元8还可与电控单元12的信号输入端连接，EGR流量测试单元8、电控单元12和EGR阀7可形成闭环，构成EGR率精准控制部，EGR流量测试单元8可以实时测试进入气缸的EGR废气量，EGR流量测试单元8将测试得到的进入气缸的EGR废气量信号传输给电控单元12，并与电控单元12计算出的发动机需求EGR废气量及EGR阀7开度进行比较，根据比较结果，实时调节EGR阀7的开度，到达精准的控制EGR率的效果，其中，电控单元12可用于采集发动机的相关信号并根据工况的需要对发动机进行优化控制。

在一个可选实施例中，EGR流量测试单元8的测试系统可选但不限于文丘里管式压差测试系统、孔板式压差测试系统。

在一个可选实施例中，EGR流量测试单元8出口直接与进气歧管10相联通，且EGR流量测试单元8内部管路紧凑，缩短EGR阀与进气管之间的距离，进一步提升EGR系统的瞬态响应。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种EGR系统，包括：

排气单元(2)，所述排气单元(2)第一端与气缸(1)的排气口连接；

EGR冷却器(3)，所述EGR冷却器(3)的进气室与所述排气单元(2)第二端连接；

EGR压力控制单元(6)，所述EGR压力控制单元(6)第一端与所述EGR冷却器(3)的出气室连接；所述EGR压力控制单元(6)配置为对EGR废气进行加压并蓄压，使所述EGR压力控制单元(6)内部的EGR废气维持在目标的压力范围内；

EGR阀(7)，所述EGR阀(7)第一端与所述EGR压力控制单元(6)第二端连接；

进气歧管(10)，所述进气歧管(10)第一端与所述EGR阀(7)第二端连接，所述进气歧管(10)第二端与所述气缸的进气口连接。

2.根据权利要求1所述的EGR系统，其中，所述EGR压力控制单元(6)还包括：

EGR气泵(4)，所述EGR气泵(4)第一端与所述EGR冷却器(3)的出气室连接；

压力传感器(5)，所述压力传感器(5)第一端与所述EGR气泵(4)第二端相连，所述压力传感器(5)第二端与所述EGR阀(7)第一端连接。

3.根据权利要求2所述的EGR系统，还包括：

旁通阀(11)，当所述EGR压力控制单元(6)内部的EGR废气超过目标的压力范围时，所述EGR气泵(4)排出的多余的EGR废气，并通过所述旁通阀(11)将排出至所述排气单元(2)中。

4.根据权利要求2所述的EGR系统，还包括：

电控单元(12)，所述电控单元(12)的第一信号端与所述压力传感器(5)信号端相连。

5.根据权利要求4所述的EGR系统，还包括：

控制器(13)，所述控制器(13)第一端与所述电控单元(12)的第二信号端相连，所述控制器(13)第二端与所述EGR气泵(4)的信号端相连。

6.根据权利要求4所述的EGR系统，还包括：

EGR流量测试单元(8)，设置于所述EGR阀(7)与所述进气歧管(10)之间，所述EGR流量测试单元(8)的信号端与所述电控单元(12)的第三信号端连接。

7.根据权利要求1所述的EGR系统，其中，所述排气单元(2)还包括：

排气歧管，所述排气歧管第一端与所述气缸(1)的排气口连接；

增压器，所述增压器第一端与所述排气歧管第二端连接；

后处理部，所述后处理部第一端与所述增压器第二端连接；

所述排气歧管第二端、增压器第二端、后处理部第二端中的一个与所述EGR冷却器(3)的进气室连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的EGR系统，还包括：

节气门(9)，设置于所述EGR阀(7)与所述进气歧管(10)之间。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的EGR系统，还包括：

过滤网，设置于所述排气单元(2)与所述EGR冷却器(3)之间。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的EGR系统，其中，EGR压力控制单元(6)的压力值为2-4bar。