CN203009099U - 一种废气再循环滤水机构及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种废气再循环滤水机构及其系统，该滤水机构包括一罐体，该罐体上部设置有进气口和出气口，罐体底部设置有排水孔，所述排水孔上放置有一密封浮子，所述密封浮子下底面与排水口贴合。该系统是由EGR管道上顺次安装的EGR冷却器、EGR滤水机构和EGR阀构成。与现有技术相比，本实用新型将EGR系统中的液态水过滤，这样既能溶解部分废气中的烟尘和碳氢化合物，净化EGR系统，降低排放物；又能提高发动机的可靠性，避免零部件磨损加剧；同时还能增加发动机充气密度，实现新型燃烧模式，得以降低排放和提高发动机热效率。

Description

一种废气再循环滤水机构及其系统

技术领域

本实用新型属于发动机废气利用领域，具体涉及一种发动机废气再循环处理装置及其系统。

背景技术

随着国内外排放法规日益严格，EGR即废气再循环技术在柴油机领域得到了广泛运用。利用废气本身比热较大的特点，冷却后通入进气能推迟着火始点，为混合赢得时间；另外废气导入气缸必然导致缸内氧浓度的下降，抑制化学反应速度，降低缸内平均燃烧温度，对氮氧化物NO_x的降低有极大的帮助；除此之外，废气本身对进气有稀释作用，进一步抑制燃烧反应速率。

目前，使用最为广泛的EGR系统为高压废气再循环系统HP-EGR，将废气冷却到100°C左右，通过EGR阀门，与新鲜充量汇合，再通入气缸。这种EGR系统对EGR率的调整范围受限于排气与进气之间的压力差值，不采用特殊手段，EGR率很难达到25%以上。为了扩展EGR率的使用范围，以满足低温燃烧的需求，低压废气再循环系统LP-EGR和中压废气再循环系统MP-EGR孕育而生。这两种EGR系统的废气取自涡轮之后，仅仅需要排气压力略大于大气压力就能实现40%左右的EGR率。在EGR率调整范围上，具有得天独厚的优势。此外，在相同EGR量和相同进气温度的情况下，由于HP-EGR系统的废气是从排气总管直接经过EGR冷却器通入进气道，所以对EGR冷却器的冷却强度要求较高；而MP-EGR系统和LP-EGR系统均是使用流经涡轮后的废气，即已做膨胀功的废气，再流过EGR冷却器通入进气道，对EGR冷却器的冷却强度要求大幅降低。故使用MP-EGR系统和LP-EGR系统能将废气冷却至100°C以下，而不至于额外增加发动机的冷却需求，从而额外增加油耗。同时，降低EGR废气温度，将有助于降低增压后的气体温度，提高其充气密度，降低增压后中冷器的冷却强度。

然而，将废气冷却至100°C以下后，废气中的水蒸气将逐渐凝结成液态水，随着EGR流量的增加，液态水也逐渐增加，且会随着气流运动路线，经过增压器的压气机，最终进入到气缸里，这将对高速运动的增压器叶片有极大影响，同时进入气缸的液态水，也将破坏缸内润滑油膜，造成拉缸。

基于上述问题，本实用新型针对废气冷却至100°C以下的EGR系统，在系统中设计出一套滤水机构，将EGR系统中的液态水过滤，这样既能溶解部分废气中的烟和碳氢化合物，净化EGR系统，降低排放物；又能提高发动机的可靠性，避免零部件磨损加剧；同时还能增加发动机充气密度，实现新型燃烧模式，得以降低排放和提高发动机热效率。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型目的在于提供一种净化发动机废气的装置。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是，提供一种废气再循环滤水机构，包括一罐体，该罐体上部设置有进气口和出气口，罐体底部设置有排水孔，所述排水孔上放置有一密封浮子，所述密封浮子下底面与排水口贴合。

优选地，所述密封浮子为下部倒圆椎体、倒棱锥体或球体。

优选地，所述密封浮子由下方的封口浮子、上方的压力浮子和两浮子之间的支撑连接件构成。

优选地，所述支撑连接件为弹簧。

进一步地，所述排水孔上设置有一垂直于罐底的导向管，密封浮子上设置有导向孔，所述导向孔与所述导向管滑动配合。

本实用新型还提供了一种包括上述废气再循环机构的废气再循环滤水系统，EGR管道上顺次安装EGR冷却器、EGR滤水机构和EGR阀。

进一步地，所述EGR管道的进气管节与发动机的排气管连通，EGR管道的出气管节与发动机的进气管连通。

进一步地，在中压废气再循环系统中，EGR管道的进气管节连接于增压器涡轮端之前。

进一步地，在低压废气再循环系统中，EGR管道的进气管节连接于增压器涡轮端之后，背压阀之前。

进一步地，所述EGR管道的出气管节连接于增压器的压气机前。

与现有技术相比，本实用新型将EGR系统中的液态水过滤，这样既能溶解部分废气中的烟尘和碳氢化合物，净化EGR系统，降低排放物；又能提高发动机的可靠性，避免零部件磨损加剧；同时还能增加发动机充气密度，实现新型燃烧模式，得以降低排放和提高发动机热效率。

本实用新型针对使用低压EGR和中压EGR系统的发动机，一方面解决了废气对进气系统的不利影响，防止发动机润滑系统遭到破坏，同时降低了发动机热负荷，使进一步提高充气密度成为可能，这对降低发动机排放和提高热效率都有积极的意义；另一方面，采用滤水式EGR系统,能在不降低发动机热效率的基础上，有效避免EGR废气压降过大，EGR率控制范围降低的劣势，对新一代发动机有极其重大的作用。

本实用新型工艺简单、易于实施、成本低、可靠性高，其中EGR滤水机构采用密封浮子来控制罐内液面水位，实现罐内冷凝水的自动排泄。

针对冷却至100°C以下的EGR气体，本发明将其中的液态水和部分溶解的烟尘和碳氢化合物通过简单的机构分离出来，总结起来主要有以下四方面的优点：其一，避免了废气中的液态水进入高速运行状态的压气机，影响其工作规律，降低其使用寿命；也避免了液态水进入发动机气缸，破坏缸内润滑油膜，造成拉缸的危险；另一方面，滤水机构本身也是净化EGR气体的一种有效手段，使进入气缸的废气更为清洁。其三，冷却至100°C以下的EGR气体，充量密度更大，且能使增压压力进一步提高，而不至于使增压后气体温度超过承受极限温度。这样有利于协调燃烧控制参数，实现降低排放和提高热效率的目的。其四，过滤后的EGR气体成分主要是二氧化碳、氮氧化物以及氧气，EGR气体比热增加，有利于降低缸内上止点时刻温度，提高缸内混合率，对降低氮氧化物和干碳烟均有积极的作用。

附图说明

图1是废气再循环滤水机构的剖视示意图。

图2是中压废气再循环滤水系统安装结构示意图。

图3是低压废气再循环滤水系统安装结构示意图

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进行说明。

实施例1

参见图1。本实施例所描述的废气再循环滤水机构，包括一罐体11，该罐体为不锈钢罐。该罐体11上部设置有进气口11和出气口12，罐体11底部设置有排水孔13，排水孔13上设置有一垂直于罐底的导向管15。所述排水孔13上放置有一密封浮子14，密封浮子14上设置有导向孔。所述密封浮子14下底面与排水口13贴合，所述导向孔与所述导向管15滑动配合。排水孔13内面的形状与密封浮子14下底面的形状相互配合。密封浮子14下部为倒圆椎体、倒棱锥体或球体，密封浮子14是由下方的封口浮子141、上方的压力浮子142和两浮子之间的支撑连接件143构成，也就是说，封口浮子141的形状可以为倒圆椎体、倒棱锥体或球体。当密封浮子14为下部倒圆椎体时，排水孔13就应当为圆椎面设计。同理，密封浮子14下部为倒棱锥体或球体时，排水孔13内面应相对应。

封口浮子141和压力浮子142之间为支撑连接件143，其主要作用是便于调节不锈钢罐体内的水位。支撑连接件143为弹簧。当然，用塑料管/棒或者金属管/棒也能起到相同的作用。

工作状态下，EGR阀开启后，冷却后的EGR气体通入不锈钢罐，冷却水和部分溶解在其中的烟尘和碳氢化合物凝结成液态物质，沉积在不锈钢罐底部。此时，由于封口浮子将排水孔堵住，液态物质不会排泄出罐外，而未溶解于水的EGR气体，由出气口排除。随着时间推移，液态物质持续进入罐内，罐底液面逐渐上升。此时，压力浮子受浮力作用，逐渐上移，而封口浮子所受到的压力仍大于其浮力，依旧贴合在排水孔上。压力浮子和封口浮子运行轨迹由导向管限制，只能做直线运动。当罐内液面上升到临界值时，密封浮子受浮力大于密封浮子的重力，此时两个浮子均随着导向管垂直向上运动，并悬浮在液体中。此时，由于封口浮子向上运动，罐底排水孔打开，罐内液体开始排泄到罐外，而罐内液位也逐渐下降，两浮子逐渐下降，直至封口浮子再次堵住排水孔，实现新的平衡。其中罐底锥面或球面的设计，是为了保证罐内的密封性。众所周知，封口浮子上升位移越大，罐内排泄能力越强，能有效避免EGR率过大时，排泄不能不足的缺陷。

实施例2

参见图1至图3。本实施例所描述的废气再循环滤水系统，由EGR滤水机构1、EGR管道2、EGR冷却器3和EGR阀4构成。EGR管道2上顺次安装EGR冷却器3、EGR滤水机构1和EGR阀4。EGR滤水机构也即是实施例1所述的废气再循环滤水机构。

在中压废气再循环系统中，EGR管道2的进气管节连接于发动机的排气管5上的增压器涡轮端6之前。EGR管道2的出气管节连接于发动机的进气管8上的增压器的压气机9之前。这里所说的前、后是按照气体流动的方向为标准的。

在低压废气再循环系统中，EGR管道2的进气管节连接于发动机的排气管5上的增压器涡轮端6之后，背压阀7之前。所述EGR管道2的出气管节连接于发动机的进气管8上的增压器的压气机9之前。

该EGR系统具体工作原理如下：发动机排出的废气经排气管5进入到EGR管道2，经过EGR冷却器1降温至100°C以下，再经过EGR滤水机构1过滤掉液态水以及溶解在水中的部分烟尘和碳氢，流经EGR阀4，最后于新鲜充量汇合，通入增压器的压气机9，进而流入气缸。余下废气通过背压阀流出发动机，排泄到大气中。其中，EGR率由EGR阀4和背压阀7联合控制实现。具体控制策略如下：发动机电子控制单元ECU根据发动机转速信号和油门位置信号，判断发动机所处状态，并由ECU内部MAP数据查表插值得到该工况所需目标废气再循环率的大小。此时通过安装在进气总管和排气总管处的进气氧传感器和排气氧传感器的反馈信号，ECU判断出该工况的实际废气再循环率，并基于PID的控制算法由步进电机对废气再循环阀和背压阀进行精确控制，使实际值趋向目标值，从而控制废气通入进气的气量。其中，发动机EGR率计算公式如下：

$\mathrm{EGR}\%=\frac{0.21-{\left[O_2\right]}_{\mathrm{in}}}{0.21-{\left[O_2\right]}_{\mathrm{ex}}}---\left(1\right)$

式中，EGR%-EGR率；[O₂]_in-进气氧浓度；[O₂]_ex-排气氧浓度。

EGR阀开启后，冷却后的EGR气体通入不锈钢罐，冷却水和部分溶解在其中的烟尘和碳氢化合物凝结成液态物质，沉积在不锈钢罐底部。此时，由于封口浮子将排水孔堵住，液态物质不会排泄出罐外，而未溶解于水的EGR气体，由出气口排除。随着时间推移，液态物质持续进入罐内，罐底液面逐渐上升。此时，压力浮子受浮力作用，逐渐上移，而封口浮子所受到的压力仍大于其浮力，依旧贴合在排水孔上。压力浮子和封口浮子运行轨迹由导向管限制，只能做直线运动。当罐内液面上升到临界值时，密封浮子受浮力大于密封浮子的重力，此时两个浮子均随着导向管垂直向上运动，并悬浮在液体中。此时，由于封口浮子向上运动，罐底排水孔打开，罐内液体开始排泄到罐外，而罐内液位也逐渐下降，两浮子逐渐下降，直至封口浮子再次堵住排水孔，实现新的平衡。其中罐底锥面或球面的设计，是为了保证罐内的密封性。众所周知，封口浮子上升位移越大，罐内排泄能力越强，能有效避免EGR率过大时，排泄不能不足的缺陷。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种废气再循环滤水机构，其特征在于，包括一罐体（11），该罐体（11）上部设置有进气口（11）和出气口（12），罐体（11）底部设置有排水孔（13），所述排水孔（13）上放置有一密封浮子（14），所述密封浮子（14）下底面与排水口（13）贴合。

2.根据权利要求1所述的废气再循环滤水机构，其特征在于，所述密封浮子（14）为下部倒圆椎体、倒棱锥体或球体。

3.根据权利要求2所述的废气再循环滤水机构，其特征在于，所述密封浮子（14）由下方的封口浮子（141）、上方的压力浮子（142）和两浮子之间的支撑连接件（143）构成。

4.根据权利要求3所述的废气再循环滤水机构，其特征在于，所述支撑连接件（143）为弹簧。

5.根据权利要求1所述的废气再循环滤水机构，其特征在于，所述排水孔（13）上设置有一垂直于罐底的导向管（15），密封浮子（14）上设置有导向孔，所述导向孔与所述导向管（15）滑动配合。

6.一种包括以上任一权利要求所述的滤水机构的废气再循环滤水系统，其特征在于，所述EGR管道（2）上顺次安装有EGR冷却器（3）、EGR滤水机构（1）和EGR阀（4）。

7.根据权利要求6所述的废气再循环滤水系统，其特征在于，所述EGR管道（2）的进气管节与发动机的排气管（5）连通，EGR管道（2）的出气管节与发动机的进气管（8）连通。

8.根据权利要求7所述的废气再循环滤水系统，其特征在于，所述在中压废气再循环系统中，EGR管道（2）的进气管节连接于增压器涡轮端（6）之前。

9.根据权利要求7所述的废气再循环滤水系统，其特征在于，所述在低压废气再循环系统中，EGR管道（2）的进气管节连接于增压器涡轮端（6）之后，背压阀（7）之前。

10.根据权利要求8或9所述的废气再循环滤水系统，其特征在于，所述EGR管道（2）的出气管节连接于增压器的压气机（9）前。

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