CN207420708U - 非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置。包括发动机、排气歧管、涡轮增压器放气阀控制装置、非对称双流道涡轮增压器、电控碟片式EGR阀、进气管路和EGR管路；电控放气阀式非对称双流道涡轮增压器由涡轮机和压气机组成，涡轮机与排气歧管出口连接；EGR管路取气位置为排气歧管出口处；电控碟片式EGR阀位于排气歧管出口、EGR管路入口和涡轮机小流道入口之间。与现有技术相比：泵气损失比对称双流道涡轮增压器降低20kPa～40kPa，燃油经济性提升1％～2％。低负荷工况EGR率最高可达45～50％，低负荷工况排气温度提升30℃～40℃，提升了催化转化器的效率，有效实现对发动机废气能量的管理。

Description

非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置

技术领域

本实用新型涉及一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，属于内燃机技术领域。

背景技术

NOx排放控制方式分为机内控制和机外控制，机内控制主要是通过控制外部EGR率来降低缸内氧浓度和抑制缸内燃烧反应来实现，机外控制主要是通过加装催化转化器进行催化还原来实现，目前为了满足排放法规要求，基本同时采用机内和机外控制NOx排放。

为了在发动机低速高负荷获取更高的EGR率，发动机需要匹配更小流通能力的涡轮增压器，这样就大大增加了泵气损失，使燃油经济性下降，非对称双流道涡轮增压器可以在实现相同EGR率的前提下，泵气损失比对称双流道增压器降低20kPa～40kPa。随着发动机热效率的不断提升，排气温度越来越低，尤其是在低负荷工况，空燃比较大，排气温度较低，大大降低了催化转化器的转化效率，使排放恶化。

在本实用新型以前的现有技术中，专利文献1(CN101694178A)中公开了一种非对称双流道变截面涡轮增压器，包括涡轮涡壳，涡轮涡壳内设有涡轮叶轮和涡壳进气流道，涡壳进气流道靠近涡轮叶轮的位置设有涡壳喷嘴，涡壳进气流道包括涡壳进气小流道和涡壳进气大流道，涡壳进气大流道位于涡壳进气小流道一侧，通过对发动机排出的废气能量的充分利用，实现相同的变截面涡轮功能。

专利文献2(CN104879211A)中公开了一种非对称流道涡轮增压器的控制装置和控制方法，涡轮增压器包括连通发动机排气口的小流道和大流道，发动机的EGR阀连通所述小流道与排气口之间的第一排气管路，控制装置包括：电控放气阀、压力检测元件、控制器。该装置可减小泵气损失，提升发动机性能。

专利文献3(CN202417628U)中公开了一种非对称无叶喷嘴环式可变流量涡轮壳，涡轮蜗壳内设有涡轮叶轮、蜗壳进气流道、蜗壳无叶喷嘴环，蜗壳进气流道内设有喷嘴环环形腔壁，喷嘴环环形腔壁将蜗壳进气流道分为蜗壳进气大流道和蜗壳进气小流道，形成了非对称变截面流道，有效利用了发动机排出的废气能量，实现了变截面蜗壳无叶扩压器具有较宽流量范围的优点。

专利文献1和专利文献3均为流量可调式蜗壳，涡轮增压器流量变化范围较宽，但加工工艺及控制系统较为复杂，成本较高，且没有安装EGR阀，无法充分实现排气能量管理。专利文献2涡轮增压器有两个放气阀，增加了整机成本和控制复杂度，EGR阀安装在排气歧管上面，无法在低负荷实现45％～50％的超高EGR率和提升发动机性能。现有的发动机废气能量管理装置在发动机高负荷工况泵气损失较大，燃油经济性差；在低负荷工况只能实现约30％EGR率，且空燃比较大，低负荷工况排气温度较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，有效分配和利用发动机废气能量，从而实现高废气循环EGR率(以下简称EGR)、高增压压力、低泵气损失和提高低负荷排气温度。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其包括发动机、排气歧管、放气阀控制装置、非对称双流道涡轮增压器、电控碟片式EGR阀、进气管路和EGR管路；

所述非对称双流道涡轮增压器包括涡轮机和与涡轮机同轴的压气机，涡轮机与排气歧管出口连接；

所述EGR管路取气位置为发动机的排气歧管出口处，且位于非对称双流道涡轮增压器中涡轮机的小流道入口之前；

所述电控碟片式EGR阀的进口与排气出口连接，所述电控碟片式EGR阀的一个出口与EGR管路的入口连接，所述电控碟片式EGR阀的另一个出口与涡轮机的小流道的入口连接，且所述电控碟片式EGR阀的阀片用于调整EGR管路的开度；

所述非对称双流道涡轮增压器的涡轮机大流道的进口和出口之间还并联有涡轮机放气阀，所述放气阀控制装置与所述涡轮机放气阀连接，用于控制涡轮机放气阀的开度；

所述EGR管路与所述进气管路均连接于所述发动机的进气歧管。

可选的，所述涡轮机的大流道和小流道截面面积比为2.0:1～3.0:1。

可选的，所述放气阀控制装置包括气瓶、电控截止阀、减压器和电磁阀；所述气瓶通过电控截止阀与减压器连接，并将通过减压器之后的气体的压力信号输入至发动机的ECU，发动机的ECU控制所述电磁阀，所述电磁阀控制涡轮机放气阀的开度。

可选的，所述的放气阀控制装置中的电磁阀工作频率为30Hz～400Hz，放气阀控制装置输出压力范围为100kPa～260kPa。

可选的，所述的电控碟片式EGR阀直径为D0＝1.5D～2.0D，D为排气歧管内径，电控碟片式EGR阀的开启角度范围为0～60°。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，采用非对称双流道涡轮增压器，在发动机大负荷工况实现相同的EGR率前提下，泵气损失比对称双流道涡轮增压器降低20kPa～40kPa，燃油经济性提升1％～2％。采用全新的电控碟片式EGR阀及其管路布置方式，精确分配EGR管路和非对称双流道涡轮增压器入口的废气能量，使低负荷工况EGR率最高可达45～50％，低负荷工况排气温度提升30℃～40℃，提升了催化转化器的效率，有效实现对发动机废气能量的管理。

附图说明

图1为非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置结构示意图；

图2为电控碟片式EGR阀的结构示意图；

图中标记示意为：1-发动机；2-排气歧管；3-涡轮增压器放气阀控制装置；31-气瓶；32-电控截止阀；33-减压器；34-电磁阀；4-非对称双流道涡轮增压器；41-涡轮机；411-涡轮机大流道；412-涡轮机小流道；413-涡轮机放气阀；42-压气机；5-电控碟片式EGR阀；51-EGR阀片；6-进气管路；7-EGR管路。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

实施例1

为了进一步提升发动机低负荷工况的排气温度，需要进一步提升低负荷工况的EGR率，降低低负荷工况空燃比，同时保证发动机高负荷工况有较低的泵气损失和较高的空燃比。需要建立一个兼顾EGR率、空燃比、泵气损失、排气温度的发动机废气能量管理装置。

本实施例提供了一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其包括发动机1、排气歧管2、涡轮增压器放气阀控制装置3、非对称双流道涡轮增压器4、电控碟片式EGR阀5、进气管路6和EGR管路7。

如图1所示，本实用新型的电控放气阀式非对称双流道涡轮增压器4的涡轮机41与发动机1的排气歧管2出口连接，所述EGR管路7取气位置为排气歧管2的出口处，且位于非对双流道涡轮增压器4中涡轮机41的小流道412之前。

所述电控碟片式EGR阀5的进口与排气出口连接，所述电控碟片式EGR阀5的一个出口与EGR管路7的入口连接，所述电控碟片式EGR阀5的另一个出口与涡轮机小流道412的入口连接，且所述电控碟片式EGR阀5的阀片51的直径为68mm，并且用于调整EGR管路的开度。

所述非对称双流道涡轮增压器4的涡轮机41的大流道411的截面面积为1050mm²，小流道412的截面面积为350mm²。

所述非对称双流道涡轮增压器4的涡轮机41的大流道411的进口和出口之间还并联有涡轮机放气阀413，所述放气阀控制装置3与所述涡轮机放气阀413连接，用于控制涡轮机放气阀413的开度。

本实施例中，所述放气阀控制装置3包括气瓶31、电控截止阀32、减压器33和电磁阀34，该装置的输出压力范围为100kPa～260kPa，电磁阀34工作频率为400Hz。

所述气瓶33通过电控截止阀32与减压器33连接，并将通过减压器33之后的气体的压力信号输入至发动机1的ECU，发动机1的ECU控制所述电磁阀34，所述电磁阀34控制涡轮机放气阀(413)的开度。

如图1、图2所示。在发动机低速工况下，废气能量较少，涡轮机放气阀413关闭，随着负荷的增加，电控碟片式EGR阀5的阀片51开度逐渐减小，EGR率逐渐降低，分配给涡轮机41的废气能量逐渐增加，压气机42做功增加，进气管路6的增压压力逐渐增加。发动机中高速工况下，废气能量较多，随着负荷的增加，电控碟片式EGR阀5的阀片51开度逐渐减小，EGR率逐渐降低，分配给涡轮机41的废气能量逐渐增加，增压压力逐渐增加，涡轮机41放气阀413逐渐开启，泵气损失降低。所有转速的低负荷工况，电控碟片式EGR阀5的阀片51开度都为全开，EGR率大幅提高，低负荷排气温度得到提升，提升了催化转化器效率。

本实用新型涉及的非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置可以使发动机燃油经济性提升1.5％，使低负荷工况EGR率最高可达48％，低负荷工况排气温度提升35℃，催化转化器的效率提升10％。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其特征在于，包括发动机(1)、排气歧管(2)、放气阀控制装置(3)、非对称双流道涡轮增压器(4)、电控碟片式EGR阀(5)、进气管路(6)和EGR管路(7)；

所述非对称双流道涡轮增压器(4)包括涡轮机(41)和与涡轮机(41)同轴的压气机(42)，涡轮机(41)与排气歧管(2)出口连接；

所述EGR管路(7)取气位置为发动机(1)的排气歧管(2)出口处，且位于非对称双流道涡轮增压器(4)中涡轮机(41)的小流道(412)入口之前；

所述电控碟片式EGR阀(5)的进口与排气出口连接，所述电控碟片式EGR阀(5)的一个出口与EGR管路(7)的入口连接，所述电控碟片式EGR阀(5)的另一个出口与涡轮机的小流道(412)的入口连接，且所述电控碟片式EGR阀(5)的阀片(51)用于调整EGR管路的开度；

所述非对称双流道涡轮增压器(4)的涡轮机(41)的大流道(411)的进口和出口之间还并联有涡轮机放气阀(413)，所述放气阀控制装置(3)与所述涡轮机放气阀(413)连接，用于控制涡轮机放气阀(413)的开度；

所述EGR管路(7)与所述进气管路(6)均连接于所述发动机(1)的进气歧管。

2.根据权利要求1所述的一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其特征在于：所述涡轮机(41)的大流道(411)和小流道(412)截面面积比为2.0:1～3.0:1。

3.根据权利要求1或2所述的一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其特征在于：所述放气阀控制装置(3)包括气瓶(31)、电控截止阀(32)、减压器(33)和电磁阀(34)；所述气瓶通过电控截止阀(32)与减压器(33)连接，并将通过减压器(33)之后的气体的压力信号输入至发动机(1)的ECU，发动机(1)的ECU控制所述电磁阀(34)，所述电磁阀(34)控制涡轮机放气阀(413)的开度。

4.根据权利要求3所述的一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其特征在于：所述的放气阀控制装置(3)中的电磁阀(34)工作频率为30Hz～400Hz，放气阀控制装置(3)输出压力范围为100kPa～260kPa。

5.根据权利要求1所述的一种非对称双流道涡轮增压发动机的废气能量管理装置，其特征在于：所述的电控碟片式EGR阀(5)直径为D0＝1.5D～2.0D，D为排气歧管内径，电控碟片式EGR阀(5)的开启角度范围为0～60°。