CN115711190A - Egr发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机技术领域，具体涉及一种EGR发动机及车辆。本申请旨在解决相关EGR发动机的EGR系统中，废气的含水量高的问题。本申请的EGR发动机及车辆，EGR组件包括EGR管、第一冷却器、第二冷却器、EGR阀和排水器，第一冷却器、第二冷却器和EGR阀沿EGR管的废气流向依次设置在EGR管上，流入EGR管中的废气经第一冷却器初次降温后，再经过第二冷却器二次降温，使废气中的水分充分冷凝，降低了废气的含水量，从而提高了EGR发动机的燃烧效率。此外，流向EGR阀的废气的含水量降低，使得在寒冷的环境下，EGR阀也不易结冰，EGR阀可正常对进入气缸的废气的流量进行调节，从而提高了EGR发动机的废气再循环效率。

Description

EGR发动机及车辆

技术领域

本申请实施例涉及发动机技术领域，尤其涉及一种EGR发动机及车辆。

背景技术

发动机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，废气再循环系统可将发动机排出的废气再次引入进气管，随新鲜空气混合气进入气缸，再次参与燃烧过程，以减少发动机氮氧化物的排放。

相关技术中，EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)发动机是具有废气再循环系统的发动机，EGR发动机包括发动机和EGR系统，发动机具有进气管和排气管，EGR系统包括废气再循环管及设置在废气再循环管上的冷却器和EGR阀，废气再循环管的一端与进气管连通，另一端与排气管连通。排气管中的部分废气流入废气再循环管，经冷却器冷却后，流经EGR阀，与新鲜空气混合后被引入到进气管内，实现发动机的废气再循环。

然而，相关EGR发动机的EGR系统中，废气的含水量高，导致发动机的燃烧效率降低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的主要目的是提供一种EGR发动机及车辆，以解决相关EGR发动机的EGR系统中，废气的含水量高的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种EGR发动机，包括：发动机本体和EGR组件，所述发动机本体包括气缸、涡轮机和压气机，所述气缸的进气口与所述压气机的排气口通过第一管体连通，所述气缸的排气口与所述涡轮机的进气口连通；所述EGR组件包括EGR管、第一冷却器、第二冷却器、EGR阀和排水器，所述第一冷却器、所述第二冷却器和所述EGR阀沿所述EGR管的废气流向依次设置在所述EGR管上，所述EGR管的首端与所述涡轮机的排气口连通，所述EGR管的尾端与所述压气机的进气口连通；所述排水器包括储水箱和文丘里管，所述储水箱被配置为收集所述第一冷却器和所述第二冷却器产生的冷凝水，所述文丘里管的入口与所述储水箱的底部连通，所述文丘里管的收缩段和所述第一管体连通。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述发动机本体还包括发动机散热器和发动机水泵，所述发动机散热器和所述第一冷却器通过第一冷却管路循环串接，所述第一冷却管路内流通有冷却液；所述发动机水泵设置于所述第一冷却管路，以使所述第一冷却管路内的所述冷却液循环流动。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第二冷却器包括换热器和换热水泵，所述换热器和所述换热水泵通过第二冷却管路循环串接，所述第二冷却管路内流通有冷却液。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第一冷却器的冷却温度高于所述第二冷却器的冷却温度，所述储水箱设置于所述第二冷却器的下方，以承接所述第二冷却器产生的冷凝水。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述压气机的进气口通过第二管体与环境空气连通，所述EGR管的尾端与所述第二管体连通。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第二管体上设置有加热器，所述加热器位于所述第二管体的首端和所述EGR管的尾端之间。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第二管体上还设置有流量控制阀，所述流量控制阀位于所述加热器和所述EGR阀的尾端之间。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述EGR管上还设置有温度传感器、压力传感器和压差传感器，所述温度传感器设置于所述第二冷却器和所述EGR阀之间，所述压力传感器设置于所述EGR阀和所述EGR管的尾端之间，所述压差传感器被配置为检测所述EGR阀两端的压差；所述EGR发动机还包括主控制器，所述温度传感器、所述压力传感器和所述压差传感器均与所述主控制器电连接，所述主控制器被配置为根据所述温度传感器、所述压力传感器和所述压差传感器的检测值调节所述EGR阀的开度。

在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第一管体上设置有中冷器。

本申请实施例还提供了一种车辆，包括上述的EGR发动机。

本申请实施例提供的EGR发动机及车辆，包括EGR发动机，EGR发动机包括发动机本体和EGR组件，发动机本体包括气缸、涡轮机和压气机，气缸的进气口与压气机的排气口通过第一管体连通，气缸的排气口与涡轮机的进气口连通；EGR组件包括EGR管、第一冷却器、第二冷却器、EGR阀和排水器，第一冷却器、第二冷却器和EGR阀沿EGR管的废气流向依次设置在EGR管上，EGR管的首端与涡轮机的排气口连通，EGR管的尾端与压气机的进气口连通；排水器包括储水箱和文丘里管，储水箱被配置为收集第一冷却器和第二冷却器产生的冷凝水，文丘里管的入口与储水箱的底部连通，文丘里管的收缩段和第一管体连通。通过上述设置，流入EGR管中的废气经第一冷却器初次降温后，再经过第二冷却器二次降温，使废气中的水分充分冷凝，降低了废气的含水量，从而提高了EGR发动机的燃烧效率。此外，流向EGR阀的废气的含水量降低，使得在寒冷的环境下，EGR阀也不易结冰，EGR阀可正常对进入气缸的废气的流量进行调节，从而提高了EGR发动机的废气再循环效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的EGR发动机的结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的EGR发动机的结构示意图二。

附图标记说明：

110、涡轮机；120、压气机；130、转动轴；

140、进气管；

150、排气管；

210、第一管体；220、中冷器；

310、EGR管；320、第一冷却器；330、第二冷却器；340、EGR阀；350、排水器；360、温度传感器；370、压力传感器；380、压差传感器；390、催化转化器；

410、第二管体；420、加热器；430、流量控制阀；440、空气滤清器；

510、第三管体；

60、主控制器。

具体实施方式

首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理，并非旨在限制本申请的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

其次，需要说明的是，在本申请实施例的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或构件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个构件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

EGR发动机是具有废气再循环系统的发动机，EGR发动机包括发动机和EGR系统，发动机包括气缸、进气管和排气管，EGR系统包括废气再循环管及设置在废气再循环管上的冷却器和EGR阀，废气再循环管的一端与进气管连通，另一端与排气管连通。排气管中的部分废气流入废气再循环管，经冷却器冷却后，流经EGR阀，与新鲜空气混合后被引入到进气管内，实现发动机的废气再循环。

EGR系统可以使气缸内可燃混合气中的二氧化碳等惰性气体比例增加，以使燃烧速度降低，同时混合气的比热容增加，使最高燃烧温度降低，从而抑制氮氧化物的生成。

然而，由于相关EGR系统中废气的冷却不充分，导致废气的含水量较高，含水量高的废气进入到气缸中后，会导致燃气的燃烧效率降低。

此外，在寒冷的环境下，废气的含水量高将导致EGR阀结冰卡滞，EGR阀无法对废气的流量进行调节，导致EGR发动机的废气再循环效率降低。

本实施例提供一种EGR发动机及车辆，通过第一冷却器和第二冷却器对废气进行两级冷却，使废气中的水分充分冷凝，降低了废气的含水量，从而提高了EGR发动机的燃烧效率；此外，流向EGR阀的废气的含水量降低，使得在寒冷的环境下，EGR阀也不易结冰，EGR阀可正常对进入气缸的废气的流量进行调节，从而提高了EGR发动机的废气再循环效率。

如图1所示，本实施例提供一种EGR发动机，该EGR发动机包括发动机本体和EGR组件，发动机本体包括气缸、涡轮机110、压气机120、进气管140和排气管150，气缸具有进气口和排气口，气缸的进气口与进气管140可以通过进气歧管连通，气缸的排气口可以通过排气歧管与排气管150连通。

气缸可以为多个，各气缸的进气口通过对应的进气歧管与进气管140连通，进气管140内的混合气通过进气歧管分配至各气缸；各气缸的排气口通过对应的排气歧管与排气管150连通，气缸内燃气燃烧产生的废气通过排气歧管汇聚至排气管150内。

涡轮机110具有第一进气口、第一排气口、第一叶轮和穿设在第一叶轮上的转动轴130，第一进气口与排气管150连通。

压气机120具有第二进气口、第二排气口及第二叶轮，转动轴130还穿设在第二叶轮上，第二排气口与进气管140通过第一管体210连通，第二进气口可以通过第二管体410与环境空气连通。

排气管150排出的废气驱动第一叶轮转动，由于转动轴130穿设在第一叶轮上，第一叶轮转动的同时，转动轴130也随第一叶轮而转动，进而带动转动轴130上的第二叶轮转动。第二叶轮转动时，环境空气从第二进气口进入压气机120，经压气机120压缩后，从第二排气口排出至第一管体210内。通过废气驱动涡轮机110和压气机120工作，更加节能环保。

EGR组件包括EGR管310、第一冷却器320、第二冷却器330、EGR阀340和排水器350，第一冷却器320、第二冷却器330和EGR阀340沿EGR管310的废气流向依次设置在EGR管310上，EGR管310的首端与涡轮机110的排气口连通，EGR管310的尾端与压气机120的进气口连通，具体的，EGR管310的尾端可以与第二管体410连通，EGR管310内的废气和第二管体410内的空气混合后从第二进气口进入压气机120，压气机120将混合气压缩后，从第二排气口经第一管体210输送至进气管140内。

排气管150中的废气具有脉冲能量，排气管150中的废气在脉冲能量的作用下流入EGR管310，经EGR管310流向第二管体410，与第二管体410内的空气混合后从第二进气口进入压气机120，压气机120将混合气压缩后，从第二排气口经第一管体210输送至进气管140内，进而将废气和空气的混合气输送至气缸，使气缸内燃料燃烧过程中的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，气缸内最高燃烧温度下降，从而破坏氮氧化物生成所需要的高温富氧的条件，使氮氧化物的排放量降低。

流入EGR管310中的废气经第一冷却器320初次降温后，再经过第二冷却器330二次降温，使废气中的水分充分冷凝，降低了废气的含水量，从而提高了EGR发动机的燃烧效率。

此外，流向EGR阀340的废气的含水量降低，使得在寒冷的环境下，EGR阀340也不易结冰，EGR阀340可正常对进入气缸的废气的流量进行调节，从而提高了EGR发动机的废气再循环效率。

排水器350包括储水箱和文丘里管，储水箱被配置为收集第一冷却器320和第二冷却器330产生的冷凝水，文丘里管包括依次首尾相接的入口段、收缩段、喉道和扩散段，入口段为圆柱管，收缩段的内径由入口段向喉道逐渐减小，喉道为圆柱管，扩散段的内径沿远离喉道的方向逐渐增大。入口段与储水箱的底部连通，收缩段和第一管体210通过第三管体510连通。

通过储水箱收集第一冷却器320和第二冷却器330产生的冷凝水，第一管体210内的部分高压混合气从收缩段流向喉道时，流速逐渐增大且压力逐渐降低，在文丘里管内产生低压，从而产生吸附作用，使储水箱内的冷凝水沿文丘里管排出。

在一些实施例中，发动机本体还可以包括发动机散热器和发动机水泵，发动机散热器的进口和出口通过管路连通，发动机水泵连接于管路上，管路内流通有冷却液。发动机水泵使冷却液在发动机各部位强制循环流动，冷却液流经发动机各部位时，吸收各部位的热量并将热量散发到环境空气中，以降低发动机各部位的温度。

发动机散热器和第一冷却器320可以通过第一冷却管路循环串接，第一冷却管路内流通有冷却液；发动机水泵设置于第一冷却管路，以使第一冷却管路内的冷却液循环流动。冷却液流经第一冷却器320时，吸收流经第一冷却器320的废气中的热量，并将热量散发到环境空气中。废气中的热量被冷却液吸收后，废气的温度降低，以使废气中的水分冷凝。

发动机散热器既可以对发动机的各部位进行降温，又可以对废气进行冷却，提高了发动机散热器的利用率。

进一步地，第二冷却器330可以包括换热器和换热水泵，换热器和换热水泵通过第二冷却管路循环串接，第二冷却管路内流通有冷却液。

由于发动机散热器对发动机的多个部件进行降温，第一冷却管路内的冷却液吸收了发动机多个部件的热量，因此，第一冷却器320内的冷却液的温度较高，对废气的冷却不充分。

第二冷却器330通过单独的换热器对经第一冷却器320冷却后的废气再次进行冷却，第二冷却管路内的冷却液只吸收废气中的热量，因此第二冷却管路内的冷却液的温度比第一冷却管路内的冷却液的温度低，以使废气被充分冷却，废气中的水分充分冷凝，冷凝水附着在换热器的表面，汇聚后流至储水箱内。

在第一冷却器320的冷却温度高于第二冷却器330的冷却温度的实现方式中，储水箱设置于第二冷却器330的下方，以承接第二冷却器330产生的冷凝水。

第一冷却器320的冷却温度高，废气中的水分未充分冷凝，已经冷凝的水分混在废气中，随废气流到第二冷却器330处。第二冷却器330的冷却温度低，废气中的水分在第二冷却器330处充分冷凝，第二冷却器330处的冷凝水量较大，冷凝水附着在换热器的表面，汇聚后流至储水箱内，使冷凝水可以一次性被收集，提高了对冷凝水的收集效率。

如图2所示，在一些实施例中，第二管体410上可以设置有流量控制阀430，流量控制阀430设置于第二管体410的首端和EGR管310的尾端之间，通过流量控制阀430可以调节进入进气管140的空气的流量。

进一步地，第二管体410上可以设置有加热器420，加热器420位于第二管体410的首端和流量控制阀430之间。

由于环境空气中含有水分，在环境温度较低时，第二管体410内的空气中的水分容易在流量控制阀430和第二管体410的内壁上结冰，流量控制阀430处结冰后，将导致流量控制阀430卡滞，无法调节。EGR发动机在运行时会发生震动，第二管体410的靠近压气机120的一端的结冰被震落后容易砸伤第二叶轮。

本申请实施例在第二管体410上设置加热器420，加热器420对进入第二管体410内的空气进行加热，避免流量控制阀430和第二管体410内结冰，避免流量控制阀430卡滞，同时避免压气机120的第二叶轮被砸伤。

在一些实施例中，EGR管310上还可以设置有温度传感器360、压力传感器370和压差传感器380，温度传感器360设置于第二冷却器330和EGR阀340之间，压力传感器370设置于EGR阀340和EGR管310的尾端之间，压差传感器380被配置为检测EGR阀340两端的压差。

EGR发动机还包括主控制器60，温度传感器360、压力传感器370和压差传感器380均与主控制器60电连接，主控制器60被配置为根据温度传感器360、压力传感器370和压差传感器380的检测值调节EGR阀340的开度。

在第二管体410上设置有流量控制阀430的实现方式中，流量控制阀430也与主控制器60电连接，主控制器60可调节流量控制阀430的开度。

上述第一管体210上还可以设置有中冷器220，中冷器220可以降低被压气机120压缩后的混合气的温度，从而降低EGR发动机的热负荷，提高进气量，进而增加EGR发动机的功率，避免EGR发动机由于燃烧温度过高而出现爆震甚至损伤熄火的现象。

在一些实施例中，EGR管310上还可以设置有催化转化器390，催化转化器390设置于涡轮机110和第一冷却器320之间，催化转化器390在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性气体反应和水蒸气改质反应等，将废气中的CO、HC、及NOx三种有害气体转化成无害气体二氧化碳、氮气、氢气和水。

在一些实施例中，第二管体410上还可以设置有空气滤清器440，空气滤清器440设置于第二管体410的首端和加热器420之间，空气滤清器440对进入第二管体410内的空气进行过滤，滤除空气中的灰尘、砂粒等，保证气缸中进入足量、清洁的空气，避免空气中悬浮的尘埃被吸入气缸中，从而降低活塞组和气缸的磨损。

本申请实施例还提供一种车辆，该车辆可以为汽车、火车、摩托车、轮船等通过发动机来提供动力的设备，其中，车辆包括上述实施例中的EGR发动机。

本实施例中的车辆，包括EGR发动机，EGR发动机包括发动机本体和EGR组件，发动机本体包括气缸、涡轮机110和压气机120，气缸的进气口与压气机120的排气口通过第一管体210连通，气缸的排气口与涡轮机110的进气口连通；EGR组件包括EGR管310、第一冷却器320、第二冷却器330、EGR阀340和排水器350，第一冷却器320、第二冷却器330和EGR阀340沿EGR管310的废气流向依次设置在EGR管310上，EGR管310的首端与涡轮机110的排气口连通，EGR管310的尾端与压气机120的进气口连通；排水器350包括储水箱和文丘里管，储水箱被配置为收集第一冷却器320和第二冷却器330产生的冷凝水，文丘里管的入口与储水箱的底部连通，文丘里管的收缩段和第一管体210连通。通过上述设置，流入EGR管310中的废气经第一冷却器320初次降温后，再经过第二冷却器330二次降温，使废气中的水分充分冷凝，降低了废气的含水量，从而提高了EGR发动机的燃烧效率。此外，流向EGR阀340的废气的含水量降低，使得在寒冷的环境下，EGR阀340也不易结冰，EGR阀340可正常对进入气缸的废气的流量进行调节，从而提高了EGR发动机的废气再循环效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种EGR发动机，其特征在于，包括：发动机本体和EGR组件，所述发动机本体包括气缸、涡轮机和压气机，所述气缸的进气口与所述压气机的排气口通过第一管体连通，所述气缸的排气口与所述涡轮机的进气口连通；

所述EGR组件包括EGR管、第一冷却器、第二冷却器、EGR阀和排水器，所述第一冷却器、所述第二冷却器和所述EGR阀沿所述EGR管的废气流向依次设置在所述EGR管上，所述EGR管的首端与所述涡轮机的排气口连通，所述EGR管的尾端与所述压气机的进气口连通；

所述排水器包括储水箱和文丘里管，所述储水箱被配置为收集所述第一冷却器和所述第二冷却器产生的冷凝水，所述文丘里管的入口与所述储水箱的底部连通，所述文丘里管的收缩段和所述第一管体连通。

2.根据权利要求1所述的EGR发动机，其特征在于，所述发动机本体还包括发动机散热器和发动机水泵，所述发动机散热器和所述第一冷却器通过第一冷却管路循环串接，所述第一冷却管路内流通有冷却液；所述发动机水泵设置于所述第一冷却管路，以使所述第一冷却管路内的所述冷却液循环流动。

3.根据权利要求1所述的EGR发动机，其特征在于，所述第二冷却器包括换热器和换热水泵，所述换热器和所述换热水泵通过第二冷却管路循环串接，所述第二冷却管路内流通有冷却液。

4.根据权利要求1所述的EGR发动机，其特征在于，所述第一冷却器的冷却温度高于所述第二冷却器的冷却温度，所述储水箱设置于所述第二冷却器的下方，以承接所述第二冷却器产生的冷凝水。

5.根据权利要求1-4任一项所述的EGR发动机，其特征在于，所述压气机的进气口通过第二管体与环境空气连通，所述EGR管的尾端与所述第二管体连通。

6.根据权利要求5所述的EGR发动机，其特征在于，所述第二管体上设置有加热器，所述加热器位于所述第二管体的首端和所述EGR管的尾端之间。

7.根据权利要求6所述的EGR发动机，其特征在于，所述第二管体上还设置有流量控制阀，所述流量控制阀位于所述加热器和所述EGR阀的尾端之间。

8.根据权利要求1-4任一项所述的EGR发动机，其特征在于，所述EGR管上还设置有温度传感器、压力传感器和压差传感器，所述温度传感器设置于所述第二冷却器和所述EGR阀之间，所述压力传感器设置于所述EGR阀和所述EGR管的尾端之间，所述压差传感器被配置为检测所述EGR阀两端的压差；

所述EGR发动机还包括主控制器，所述温度传感器、所述压力传感器和所述压差传感器均与所述主控制器电连接，所述主控制器被配置为根据所述温度传感器、所述压力传感器和所述压差传感器的检测值调节所述EGR阀的开度。

9.根据权利要求1-4任一项所述的EGR发动机，其特征在于，所述第一管体上设置有中冷器。

10.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的EGR发动机。

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