CN106677934B - 一种egr与进气耦合涡轮增压*** - Google Patents
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Abstract
一种EGR与进气耦合涡轮增压***,包括涡轮增压器、EGR涡轮增压器、EGR气轨、EGR喷嘴、发动机,涡轮增压器的压气机排气口与发动机的进气道相通,EGR涡轮增压器的EGR涡轮机进气口与发动机的排气管相通,排气口与涡轮机的进气口相通,EGR涡轮增压器的EGR压气机进气口通过一号排气管与排气管相通,排气口依次通过二号排气管、EGR气轨、EGR喷嘴与发动机的进气道相通。本设计不仅提高了发动机的效率,而且实现了直喷EGR温度的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于内燃机EGR技术领域,具体涉及一种EGR与进气耦合涡轮增压***,适用于提高EGR直喷发动机的效率、实现直喷EGR温度的精确控制以及进气与EGR增压度的联合控制。
背景技术
目前,面对日趋严峻的环境危机,各国对排放法规的要求越来越严格,因此减少排放成为内燃机发展的主要方向。EGR作为降低内燃机NOx排放的有效机内净化措施,也是低排放燃气机的重要技术路线之一。
传统的EGR***存在响应延迟效应,在加速或加载过程中可能出现过大的EGR率,导致排放物急剧上升、燃烧不完全、不稳定甚至失火;同时,当EGR率较大时,大量排气引入到进气管,排气与新鲜充量的混合效果变差,造成EGR混合以及各缸EGR分配不均,使部分缸排放浓度过高和燃烧不稳定,对发动机的排放和性能均产生不利影响。而EGR直喷***能有效解决EGR***延迟、EGR量精确控制等问题,是未来EGR策略的发展方向之一。
中国专利:授权公告号为CN205330831U,授权公告日为2016年6月22日的实用新型专利公开了一种内燃机EGR直喷***,包括高压EGR管,高压EGR管一端与排气总管相连接,另一端通过EGR气轨连接管与EGR气轨进口相连接,EGR气轨出口通过EGR供给管与EGR喷嘴相连接,EGR喷嘴安装在气缸上或靠近气缸的进气道内。虽然该***能够实现EGR的快速响应,但其中的涡轮增压方式仅采用进气增压,EGR气轨内的压力则通过EGR泵来维持,因此需要借助外界能量带动EGR泵运转,以上方式使得发动机的能量利用率较低,从而影响了发动机的效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的发动机效率低的问题,提供一种能够有效提高EGR直喷发动机效率、并实现进气与EGR增压度的联合控制的EGR涡轮增压***。
为实现以上目的,本发明的技术方案如下:
一种EGR与进气耦合涡轮增压***,包括涡轮增压器、EGR气轨、EGR喷嘴、发动机,所述涡轮增压器包括同轴连接的涡轮机、压气机,所述涡轮机的进气口与发动机的排气管相通,所述压气机的排气口与发动机的进气道相通,所述EGR气轨的排气口通过EGR喷嘴与发动机的进气道相通;
所述***还包括EGR涡轮增压器,该EGR涡轮增压器包括同轴连接的EGR涡轮机、EGR压气机,所述EGR涡轮机的进气口与排气管相通,EGR涡轮机的排气口与涡轮机的进气口相通,所述EGR压气机的进气口通过一号排气管与排气管相通,EGR压气机的排气口通过二号排气管与EGR气轨的进气口相通。
所述一号排气管、二号排气管上分别设置有压前中冷器、压后中冷器。
所述***还包括涡轮旁通管,所述涡轮旁通管上设置有涡轮旁通阀,该涡轮旁通阀的进气口与排气管相通,涡轮旁通阀的排气口与涡轮机的进气口相通,且一号排气管上还设置有EGR截止阀,该EGR截止阀的排气口与压前中冷器的进气口相通。
所述压气机通过进气中冷器与发动机的进气道相通。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明一种EGR与进气耦合涡轮增压***包括EGR涡轮增压器,其中的EGR涡轮机的进气口、排气口分别与排气管、涡轮机的进气口相通,EGR压气机的进气口通过一号排气管与排气管相通,排气口通过二号排气管与EGR气轨的进气口相通,即在传统进气增压的基础耦合了EGR增压,当***运转时,由发动机排气管排出的废气分为两部分,一部分作为驱动源进入EGR涡轮机为EGR涡轮增压器提供驱动力,之后继续进入涡轮机,以驱动压气机对进气进行增压,另一部分则流入EGR压气机,经EGR压气机增压后进入EGR气轨,并维持EGR气轨内的压力,最后通过EGR喷嘴喷出,该设计利用发动机废气能量对进气和EGR进行增压,无需借助外力,不仅能够在实现进气增压的同时建立一个压力稳定的EGR共轨***,为EGR直喷提供有利条件,而且改善了发动机的能量利用率,从而提高了发动机效率。因此,本发明不仅有利于EGR直喷,而且提高了发动机效率。
2、本发明一种EGR与进气耦合涡轮增压***中压气机与发动机的进气道之间设置有进气中冷器,一号排气管、二号排气管上分别设置有压前中冷器、压后中冷器,通过调节进气中冷器的冷却量可以控制增压后进气温度,进而控制进入缸内新鲜充量温度,优化缸内燃烧并控制排放,调节压前中冷器的冷却量可控制进入压气机的EGR温度,避免因EGR温度过高导致压气机损坏,调节压后中冷器的冷却量可控制EGR气轨内的EGR温度,并维持EGR气轨内EGR温度的稳定,从而实现直喷EGR温度的精确控制。因此,本发明不仅能够保护压气机,而且可精确控制直喷EGR的温度。
3、本发明一种EGR与进气耦合涡轮增压***在涡轮机上并联有带涡轮旁通阀的涡轮旁通管,且一号排气管上设置有与压前中冷器进气口相通的EGR截止阀,通过对涡轮旁通阀和EGR截止阀的调节,不仅能够控制EGR增压度(EGR气轨轨压),而且可以实现进气和EGR耦合直喷与单纯进气增压状态的快速切换。因此,本发明可实现对EGR增压度的控制、进气和EGR耦合直喷与单纯进气增压状态的快速切换。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中:
涡轮增压器1、涡轮机11、压气机12、EGR涡轮增压器2、EGR涡轮机21、EGR压气机22、EGR气轨3、EGR喷嘴4、发动机5、排气管51、一号排气管6、EGR截止阀61、二号排气管7、压前中冷器8、压后中冷器9、涡轮旁通管10、涡轮旁通阀101、进气中冷器20;
箭头所指方向为气流方向。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1,一种EGR与进气耦合涡轮增压***,包括涡轮增压器1、EGR气轨3、EGR喷嘴4、发动机5,所述涡轮增压器1包括同轴连接的涡轮机11、压气机12,所述涡轮机11的进气口与发动机5的排气管51相通,所述压气机12的排气口与发动机5的进气道相通,所述EGR气轨3的排气口通过EGR喷嘴4与发动机5的进气道相通;
所述***还包括EGR涡轮增压器2,该EGR涡轮增压器2包括同轴连接的EGR涡轮机21、EGR压气机22,所述EGR涡轮机21的进气口与排气管51相通,EGR涡轮机21的排气口与涡轮机11的进气口相通,所述EGR压气机22的进气口通过一号排气管6与排气管51相通,EGR压气机22的排气口通过二号排气管7与EGR气轨3的进气口相通。
所述一号排气管6、二号排气管7上分别设置有压前中冷器8、压后中冷器9。
所述***还包括涡轮旁通管10,所述涡轮旁通管10上设置有涡轮旁通阀101,该涡轮旁通阀101的进气口与排气管51相通,涡轮旁通阀101的排气口与涡轮机11的进气口相通,且一号排气管6上还设置有EGR截止阀61,该EGR截止阀61的排气口与压前中冷器8的进气口相通。
所述压气机12通过进气中冷器20与发动机5的进气道相通。
本发明的原理说明如下:
EGR直喷***主要通过EGR喷嘴控制将EGR气轨内具有一定压力的EGR精确快速的喷出,而EGR增压是建立和维持EGR气轨压力的关键,也是实现EGR直喷的前提。为此,本发明提出了一种基于涡轮增压技术的EGR和进气耦合增压方式,并建立了利用废气能量对EGR和进气进行增压的EGR与进气耦合涡轮增压***。该***将由发动机排出的废气分为两部分,一部分废气作为驱动源进入EGR涡轮机21为EGR涡轮增压器2提供驱动力,之后进入涡轮机11,以驱动压气机12对进气进行增压,增压后的进气则进入发动机5的气缸内燃烧做功;另一部分则流入EGR压气机22,经EGR压气机22增压后进入EGR气轨3,并维持EGR气轨3内的压力,最后通过EGR喷嘴4喷出。本设计不仅在实现进气增压的同时解决了EGR增压的驱动问题,同时废气能量的利用能够帮助提高发动机能量利用率,提高发动机效率。
本发明通过对涡轮旁通阀101、EGR截止阀61的开关调节可以实现进气和EGR耦合直喷与单纯进气增压状态的快速切换,具体为:
当涡轮旁通阀101关闭、EGR截止阀61打开时,***进入EGR增压状态,实现正常EGR直喷功能;
当涡轮旁通阀101打开、EGR截止阀61关闭时,EGR涡轮机21被旁通,来自发动机的废气由涡轮旁通管10排入涡轮机11中,EGR直喷功能关闭,***进入单纯进气增压状态。
实施例1:
参见图1,一种EGR与进气耦合涡轮增压***,包括涡轮增压器1、EGR涡轮增压器2、EGR气轨3、EGR喷嘴4、发动机5、涡轮旁通管10,所述涡轮增压器1包括同轴连接的涡轮机11、压气机12,EGR涡轮增压器2包括同轴连接的EGR涡轮机21、EGR压气机22,所述压气机12的排气口通过进气中冷器20与发动机5的进气道相通,所述EGR涡轮机21的进气口与排气管51相通,EGR涡轮机21的排气口与涡轮机11的进气口相通,所述EGR压气机22的进气口通过一号排气管6与排气管51相通,EGR压气机22的排气口依次通过二号排气管7、EGR气轨3、EGR喷嘴4与发动机5的进气道相通,所述一号排气管6上设置有EGR截止阀61、压前中冷器8,该EGR截止阀61的排气口与压前中冷器8的进气口相通,所述二号排气管7上设置有压后中冷器9,所述涡轮旁通管10上设置有涡轮旁通阀101,该涡轮旁通阀101的进气口与排气管51相通,涡轮旁通阀101的排气口与涡轮机11的进气口相通。
Claims (4)
1.一种EGR与进气耦合涡轮增压***,包括涡轮增压器(1)、EGR气轨(3)、EGR喷嘴(4)、发动机(5),所述涡轮增压器(1)包括同轴连接的涡轮机(11)、压气机(12),所述涡轮机(11)的进气口与发动机(5)的排气管(51)相通,所述压气机(12)的排气口与发动机(5)的进气道相通,所述EGR气轨(3)的排气口通过EGR喷嘴(4)与发动机(5)的进气道相通,其特征在于:
所述***还包括EGR涡轮增压器(2),该EGR涡轮增压器(2)包括同轴连接的EGR涡轮机(21)、EGR压气机(22),所述EGR涡轮机(21)的进气口与排气管(51)相通,EGR涡轮机(21)的排气口与涡轮机(11)的进气口相通,所述EGR压气机(22)的进气口通过一号排气管(6)与排气管(51)相通,EGR压气机(22)的排气口通过二号排气管(7)与EGR气轨(3)的进气口相通;
所述***还包括涡轮旁通管(10),所述涡轮旁通管(10)上设置有涡轮旁通阀(101),该涡轮旁通阀(101)的进气口与排气管(51)相通,涡轮旁通阀(101)的排气口与涡轮机(11)的进气口相通,且一号排气管(6)上还设置有EGR截止阀(61),该EGR截止阀(61)的排气口与EGR压气机(22)的进气口相通。
2.根据权利要求1所述的一种EGR与进气耦合涡轮增压***,其特征在于:所述一号排气管(6)、二号排气管(7)上分别设置有压前中冷器(8)、压后中冷器(9)。
3.根据权利要求2所述的一种EGR与进气耦合涡轮增压***,其特征在于:所述EGR截止阀(61)的排气口与压前中冷器(8)的进气口相通。
4.根据权利要求1或2所述的一种EGR与进气耦合涡轮增压***,其特征在于:所述压气机(12)通过进气中冷器(20)与发动机(5)的进气道相通。
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