CN104653352A - 一种废气再循环***及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种废气再循环***及方法，包括：冷却器、单向阀和EGR阀，其中，单向阀的入口端与发动机的排气口连接，出口端与冷却器的入口端连接；冷却器的出口端与EGR阀的入口端连接，EGR阀的出口端与发动机的进气口连接；发动机产生的废气由排气口流出，依次流经单向阀、冷却器和EGR阀后，流入进气口。在现有技术中，排气管排出的废气先流经冷却器，且在流经冷却器过程中可能出现废气倒流现象，进而倒流的废气削弱废气脉冲能量；本申请中由排气口排出的废气直接流向单向阀，由于单向阀的防倒流作用，流过单向阀的废气不会出现倒流现象，从而避免了现有技术中上述削弱废气脉冲能量情况的出现，减少了废气排气脉冲能量的损失，提高发动机EGR率。

Description

一种废气再循环***及方法

技术领域

本申请涉及废气再利用技术领域，特别涉及一种废气再循环***及方法。

背景技术

废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，EGR***的作用就是将柴油机产生的废气的一部分再送回气缸,使柴油机内物体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,从而破坏氮氧化合物生成所需要的高温富氧的条件,使柴油机的氮氧化合物排放量降低。

对于外置EGR柴油机来说，EGR***的布置方式有很多种，目前应用较为广泛一种布置方式如图1所示，在柴油机排气管11处取废气，废气经过冷却器12冷却后，流经冷端单向阀13和EGR阀14，引入到柴油机进气管15，最终与新鲜空气混合后进入气缸。

上述布置方式的EGR***中，排气管11和进气管15两侧的气体压差直接影响其EGR率(EGR率指柴油机废气再循环过程中，柴油机的进气中废气量占总进气量的比值)。当柴油机排气管11内气体压力高于进气管15内气体压力时，其EGR率较高；当柴油机排气管11内气体压力低于进气管15内气体压力时，其EGR率较低，但是仍然存在。这是因为柴油机废气再循环并不完全依赖于排气管11和进气管15两侧的气体压差，而是在很大程度上由柴油机排气管11中的排气脉冲能量来实现。

在上述柴油机排气管11内气体压强低于进气管15内气体压强的情况下，可能出现瞬时的排气峰值高于进气管15内气体压力的情况，此时在排气脉冲能量的推动下，部分废气流经冷却器12和冷端单向阀13，混入新鲜空气中，实现废气再循环。针对此种工况，模拟计算出了柴油机有无冷端单向阀13对其EGR废气再循环量的影响，如图2所示，可见，没有安装冷端单向阀13时，柴油机可能出现废气倒灌现象，其EGR率较低；安装冷端单向阀13后，能保证柴油机不出现废气倒流的现象，从而获得较为理想的EGR率。

对于上述EGR***来说，冷端单向阀13的使用有助于其获得了较为理想的EGR率，但是这种设计方式也有其不可避免的缺陷。为了降低废气温度，保证冷端单向阀13和EGR阀14的使用寿命，以及优化柴油机排放，必须使用冷却器12对废气进行冷却；由于柴油机布置空间的局限性，冷却器12与冷端单向阀13之间的管路流通性存在一定问题，会造成一定的气路压损，如图3中的数据显示，在柴油机EGR内部不同位置测得的排气脉冲曲线是不同的。图中黑色实线为在冷却器12废气入口端采集到的废气脉冲波形，黑色虚线为在冷端单向阀13前采集到的废气脉冲波形，可见，废气经过冷却器12及管路的缓冲后，到达冷端单向阀13处的排气脉冲能量受到了一定削弱。排气脉冲能量的削弱最直接的影响就是降低柴油机的EGR率。

从上述过程中可以看出，现有技术中废气在流经EGR***的冷却器时其脉冲能量会受到一定削弱，从而导致了柴油机EGR率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种废气再循环***和方法，用以解决现有技术中废气再循环***EGR率较低的问题。

本申请提供的废气再循环***和方法的技术方案如下：

一种废气再循环***，应用于发动机，包括：

冷却器、单向阀和EGR阀，单向阀的入口端与发动机的排气口连接，出口端与冷却器的入口端连接；冷却器的出口端与EGR阀的入口端连接，EGR阀的出口端与发动机的进气口连接；

发动机产生的废气由排气口流出，依次流经单向阀、冷却器和EGR阀后，流入进气口。

优选地，单向阀为热端单向阀。

优选地，冷却器的近地面有进水管，冷却器的远地面有出水管。

优选地，冷却器包括外腔和内腔，内腔用于废气流通，外腔用于冷水流通。

一种废气再循环方法，包括：

废气由发动机的排气口流向单向阀，当排气口端气压大于发动机的进气口端气压时，开启单向阀，当排气口端气压小于或者等于进气口端气压时，关闭单向阀；

由单向阀流向冷却器，冷却器对废气进行冷却；

由冷却器流向EGR阀，EGR阀依据废气预设值调整其闭合度；

由EGR阀流入进气口，发动机对废气进行再利用。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

在本申请中，单向阀的入口端与发动机的排气口连接，出口端与冷却器的入口端连接；冷却器的出口端与EGR阀的入口端连接，EGR阀的出口端与发动机的进气口连接；发动机产生的废气由排气口流出，依次流经单向阀、冷却器和EGR阀后，流入进气口。在现有技术中，排气管排出的废气先后流经冷却器和单向阀，并且在流经冷却器的过程中可能发生废气倒流现象，进而倒流的废气削弱废气脉冲能量，即废气在流向冷端单向阀的过程中脉冲能量已被削弱；而本申请中由排气口排出的废气直接流向单向阀，由于单向阀的防倒流作用，流过单向阀的废气不会出现倒流的现象，从而避免了现有技术中废气首先流经冷却器并在此过程中由于倒流的废气削弱脉冲能量的情况，减少了废气排气脉冲能量的损失，能够有效利用排气脉冲能量，提高发动机的EGR率。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术一种废气再循环***的结构示意图；

图2是现有技术柴油机排气管内气压低于进气管内气压时，废气再循环***有无单向阀时废气再循环量的曲线图；

图3是现有技术废气再循环***不同位置处排气脉冲曲线图；

图4是本申请实施例提供的一种废气再循环***的结构示意图；

图5是同一机型下，本发明的废气再循环***单向阀前与现有技术的废气再循环***冷端单向阀前的废气压力曲线图；

图6是同一工况下，本发明的废气再循环***与现有技术的废气再循环***的废气再循环量曲线图；

图7是本发明实施例提供的一种废气再循环方法的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种废气再循环***，应用于发动机，其结构示意图请参阅图4所示，该***包括单向阀41、冷却器42和EGR阀43，其中，单向阀41的入口端与发动机的排气口连接，出口端与冷却器的入口端连接；冷却器42的出口端与EGR阀43的入口端连接，EGR阀43的出口端与发动机的进气口连接。

由发动机排气口排出的废气，依次流经单向阀41、冷却器42和EGR阀43后，流入发动机的进气口以供再次使用。

其中，单向阀41又称止回阀或逆止阀，可防止废气逆向流动，当发动机的排气口端气压大于其进气口端气压时，所述单向阀为开启状态，即不对流经废气起到任何作用；当排气口端气压小于或者等于进气口端气压时，单向阀为关闭状态，能够起到防止废气逆向流动的作用。

另外，冷却器42能够对废气进行冷却，降低废气温度，保证单向阀41和EGR阀43的使用寿命，优化发动机排放；EGR阀43可调整流经EGR阀的废气量，从而控制废气再循环量。

可以理解的是，冷却器42包括进水管、出水管、外腔和内腔，进水管在冷却器的近地面，出水管在其远地面。在上述过程中，冷水由进气管注入外腔，并由出水管流出，从而对内腔内的废气起到冷却作用。

已知在现有技术中，排气管排出的废气先后流经冷却器和单向阀，并且在流经冷却器的过程中可能发生废气倒流现象，进而倒流的废气削弱废气脉冲能量，即废气在流向冷端单向阀的过程中脉冲能量已被削弱；而本申请中由排气口排出的废气直接流向单向阀，由于单向阀的防倒流作用，流过单向阀的废气不会出现倒流的现象，从而避免了现有技术中废气首先流经冷却器并在此过程中由于倒流的废气削弱脉冲能量的情况，减少了废气排气脉冲能量的损失，能够有效利用排气脉冲能量，提高发动机的EGR率。

发动机的混合气在气缸中燃烧时温度超过800℃，做功后产生的废气温度不能被即时冷却，只有少部分热量被冷却水带走，大部分热会随着废气进入排气管排出，因此为了保证单向阀的寿命，本实施例中可以采用热端单向阀，热端单向阀可承受800℃以上的高温环境，由此保证废气再循环***的正常使用，避免材料浪费。请参阅图5，其示出了同一机型下，分别采用本发明和现有技术的废气再循环***时热端单向阀前和冷端单向阀前的废气压力，可明显看出，本发明热端单向阀前的废气压力峰值高于现有技术冷端单向阀前的废气压力峰值，即说明采用热端单向阀的本发明的EGR***，废气脉冲能量大，能够使发动机实现高废气再循环量，图6示出了同一工况下，发动机分别采用包括热端单向阀的本发明的EGR***和采用包括冷端单向阀的现有技术的EGR***的废气再循环量，再次验证了上述观点。

与上述废气再循环***对应，本发明还提供一种废气再循环方法，应用于上述废气再循环***中，其流程图请参阅图7所示，该方法包括：

S101：废气由发动机的排气口流向单向阀，当排气口端气压大于发动机的进气口端气压时，开启单向阀，当排气口端气压小于或者等于进气口端气压时，关闭单向阀。

废气由发动机的排气口排出，并流向单向阀，单向阀根据排气口端气压与进气口端气压的比对关系确定工作状态，具体来说，当排气口端气压大于进气口端气压时，开启单向阀；当排气口端气压小于或者等于进气口端气压时，关闭单向阀。

S102：废气由单向阀流向冷却器，冷却器对废气进行冷却。

废气流经单向阀后流向冷却器，冷却器对废气有冷却作用，其实现方式可以是：将冷水由冷却器近地面的进水管注入其外腔，并由其远地面的出水管流出。在冷水流动过程中，冷却冷却器内腔流动的废气。

S103：废气由冷却器流向EGR阀，当废气量需求大时，EGR阀的开关大，当废气需求量小时，EGR阀的开关小。

废气流经冷却器后流向EGR阀，EGR阀依据预设值调整其闭合度。

经过多次试验，制定一对应表，其内容为废气预设值与EGR阀的闭合度的对应关系，即每一废气预设值均对应一EGR阀的闭合度，其中，废气预设值为预先设定可通过EGR阀的废气量，闭合度为EGR阀的开关闭合程度。

可以理解的是，EGR阀的闭合度可以是一准确值，也可以是一范围；EGR阀通过查阅对应表获取与废气预设值对应的闭合度，调整自身闭合度以符合对应表中的对应关系。

S104：废气由EGR阀流入所述发动机的进气口，发动机对废气进行再利用。

废气流经EGR阀后流入发动机进气口，以供发动机对其再次使用。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

另外，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种废气再循环***和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (5)

1.一种废气再循环***，应用于发动机，包括：冷却器、单向阀和EGR阀，其特征在于，

所述单向阀的入口端与所述发动机的排气口连接，出口端与所述冷却器的入口端连接；所述冷却器的出口端与所述EGR阀的入口端连接，所述EGR阀的出口端与所述发动机的进气口连接；

所述发动机产生的废气由所述排气口流出，依次流经所述单向阀、所述冷却器和所述EGR阀后，流入所述进气口。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述单向阀为热端单向阀。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述冷却器的近地面有进水管，所述冷却器的远地面有出水管。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述冷却器包括外腔和内腔，所述内腔用于废气流通，所述外腔用于冷水流通。

5.一种废气再循环方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4中任一项所述的废气再循环***，所述方法包括：

所述废气由所述发动机的排气口流向所述单向阀，当所述排气口端气压大于所述发动机的进气口端气压时，开启所述单向阀，当所述排气口端气压小于或者等于所述进气口端气压时，关闭所述单向阀；

由所述单向阀流向所述冷却器，所述冷却器对所述废气进行冷却；

由所述冷却器流向所述EGR阀，所述EGR阀依据废气预设值调整其闭合度；

由所述EGR阀流入所述进气口，所述发动机对所述废气进行再利用。