CN107939558B - 一种带废气再循环的内燃机排气*** - Google Patents

一种带废气再循环的内燃机排气*** Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种带废气再循环的内燃机排气***，包括多个发动机气缸、排气歧管、EGR阀、EGR冷却器、进气歧管、涡轮机、增压器压气机、增压中冷器和中冷后进气管；其特征在于：多个所述发动机气缸分组分别连接多根所述排气歧管；所述涡轮机具有多个涡轮蜗壳腔室通向涡轮叶轮；多根所述排气歧管分别进入对应的多个所述涡轮蜗壳腔室；至少部分所述排气歧管同时与所述EGR阀相连接。本发明的有益效果在于三流道增压器蜗壳和排气歧管布置更有利于减小各缸排气间干扰，利用排气脉冲效应，便于排气能量的保持。本发明的有益效果还在于三流道增压器蜗壳内设置有不同截面积蜗壳腔，可以形成不同梯度的蜗壳非对称度，便于发动机不同工况下EGR率优化。

Description

一种带废气再循环的内燃机排气***
技术领域
本发明属于涡轮增压内燃机技术领域，特别是涉及一种采用非对称涡轮增压器的带废气再循环的内燃机排气***。
背景技术
为满足发动机排放要求，通过非对称涡轮增压器、EGR阀及相关排气***为发动机提供恰当的EGR率。
目前存在的解决方案主要为专利CN104508284(A)所公开的内容，即通过非对称双流道增压器和所述的EGR阀，通过控制EGR阀来满足发动机不同工况下EGR率要求。其不足之处在于，当涡轮机蜗壳非对称度较大时，难以产生大的废气压力，只能通过强制EGR阀来满足EGR率要求。而非对称度较小时，在高速大负荷，排气背压较高，将产生过大EGR率。Daimler公司倾向于采用采用较大的非对称度，在部分工况通过强制EGR阀来满足EGR率要求。
该方案的主要缺点为：1）三缸共用一个蜗壳排气流道，使得各缸间排气能量耗散较多。2）强制EGR阀直接承受高温排气冲刷，带来较高的热负荷，可靠性较差。此外，强制EGR阀也带来排气能量的损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡轮增压器及采用非对称涡轮增压器的带废气再循环的内燃机排气***，在满足发动机EGR率的同时，尽可能提高涡轮增压器排气能量利用率。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种带废气再循环的内燃机排气***，包括多个发动机气缸、排气歧管、EGR阀、EGR冷却器、进气歧管、涡轮机、增压器压气机、增压中冷器和中冷后进气管；所述发动机气缸的排气经所述排气歧管部分进入所述涡轮机，部分经EGR阀、EGR冷却器、进气歧管再次进入所述发动机气缸；所述发动机气缸的进气经增压器压气机、增压中冷器和中冷后进气管后回到所述发动机气缸，其特征在于：多个所述发动机气缸分组分别连接多根所述排气歧管；所述涡轮机具有多个涡轮蜗壳腔室通向涡轮叶轮；多根所述排气歧管分别进入对应的多个所述涡轮蜗壳腔室；至少部分所述排气歧管同时与所述EGR阀相连接。
其进一步特征在于：每根所述排气歧管至少连接两个发动机气缸排气。
优选的：所述发动机气缸为六个，两两组合与三根排气歧管相连，所述涡轮机包括第一涡轮蜗壳腔、第二涡轮蜗壳腔、第三涡轮蜗壳腔；三根所述排气歧管中的第一排气歧管同时连接所述EGR阀和所述第一涡轮蜗壳腔，第二排气歧管同时连接所述EGR阀和所述第二涡轮蜗壳腔，第三排气歧管单独与所述第三涡轮蜗壳腔相连接。
所述第一涡轮蜗壳腔、第二涡轮蜗壳腔、第三涡轮蜗壳腔截面积呈梯度排列。
优选的：所述第三涡轮蜗壳腔截面积大于第二涡轮蜗壳腔和第一涡轮蜗壳腔。
所述第二涡轮蜗壳腔和第三涡轮蜗壳腔截面非对称设置。
所述EGR阀为三通阀。
本发明的有益效果在于三流道增压器蜗壳和排气歧管布置更有利于减小各缸排气间干扰，利用排气脉冲效应，便于排气能量的保持。本发明的有益效果还在于三流道增压器蜗壳内设置有不同截面积蜗壳腔，可以形成不同梯度的蜗壳非对称度，便于发动机不同工况下EGR率优化。
附图说明
图 1 为本发明的发动机***架构示意图。
图 2 为本发明涡轮机的一种涡轮蜗壳腔结构示意图。
图 3 为本发明第二种涡轮蜗壳腔结构示意图。
图 4 为本发明第三种涡轮蜗壳腔结构示意图。
图 5-9为EGR阀在不同工况下的状态示意图。
具体实施方式
如图1所示一种采用非对称涡轮增压器的带废气再循环的内燃机排气***，包括多个发动机气缸、排气歧管、EGR阀20、EGR冷却器19、EGR冷却后管路18、进气歧管17、涡轮机、增压器压气机28、增压中冷器29和中冷后进气管30；发动机气缸的排气经排气歧管部分进入涡轮机，部分经EGR阀20、EGR冷却器19、进气歧管17再次进入发动机气缸。发动机气缸的第一气缸11和第二气缸12排出的气体引入第一排气歧管21；第三气缸13和第四气缸14排出的气体引入第二排气歧管22；第五气缸15和第六气缸16排出的气体引入第三排气歧管23。第二排气歧管22和第三排气歧管23中流出的气体至少部分再循环至进气歧管17。将第一排气歧管21、第二排气歧管22和第三排气歧管23中的气体分别送入涡轮机的第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25和第三涡轮蜗壳腔26中，再推动涡轮叶轮27。
如图2所示，上述的非对称涡轮增压器，包括涡轮机，涡轮机包括蜗壳和涡轮叶片31部分。在涡轮机蜗壳内设置有三个蜗壳腔，第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25、第三涡轮蜗壳腔26。三个蜗壳腔分别连接三组不同排气歧管。其中第三涡轮蜗壳腔26具有相对于第二涡轮蜗壳腔25、第一涡轮蜗壳腔24具有较大的截面积。其中进入第一排气歧管21、第二排气歧管22的气体一部分通过EGR实现再循环，剩余部分分别进入涡轮机第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25。与现有技术相比，本发明相对于蜗壳腔26，设置了具有不同非对称度的蜗壳腔25和蜗壳腔24。设置的非对称流道更有利于形成不同梯度的EGR率，便于发动机不同工况下EGR率优化。
通过图2所示结构，可以产生如下效果。发动机三组排气歧管分别与第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25、第三涡轮蜗壳腔26相连。通过蜗壳腔进入涡轮膨胀做功。由于第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25、第三涡轮蜗壳腔26具有不同的喉口面积，使的三组蜗壳腔内气流收到不同程度的节流。气流在第三涡轮蜗壳腔26收到的节流较小，因此第三涡轮蜗壳腔26内气体能量保持较好，气体压力较低，能保证涡轮较高的工作效率。第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25、第三涡轮蜗壳腔26喉口面积依次增加。在节流作用的影响下，第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25、第三涡轮蜗壳腔26的压力依次减小。第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25相对于第三涡轮蜗壳腔26具有较高的压力，因此相对于增压后的进气，其能形成适当的压力梯度。这便于利用热端EGR阀，提供发动机所需的EGR率。进一步的，第一涡轮蜗壳腔24具有相对于第二涡轮蜗壳腔25更小的喉口面积，因此相对于增压后的进气，其能形成更大的压力梯度。便于在发动机低速工况，提供较小量的废气再循环。当发动机需要较大量的EGR时，可以通过EGR管路，将第一排气歧管21、第二排气歧管22中的部分排气，利用第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25形成的压差，同时引入EGR冷却器。
图 5-9为EGR阀在不同工况下的状态示意图。
当发动机在低速大负荷运行时，发动机需要较低的EGR率，如图9所示，此时EGR阀板36将第二流道35关闭，第一流道34敞开，EGR经EGR冷却器19进入进气歧管17。当发动机在低速小负荷运行时，需要较高的EGR率， EGR阀板36将第二流道35、第一流道34部分打开或者全开，如图6、7所示。当发动机需要中等EGR率时，EGR阀板36将第二流道35部分打开，或者EGR阀板36将第一流道34关闭，如图5和图8所示。
在本发明中也可以设置第二蜗壳腔25小于第一涡轮蜗壳腔24，如图3所示。或如图4所示，所述的非对称涡轮增压器，包括涡轮机，涡轮机包括蜗壳和涡轮叶片31部分。在涡轮机蜗壳内设置有三个蜗壳腔，第一涡轮蜗壳腔24、第二涡轮蜗壳腔25、第三涡轮蜗壳腔26。三个蜗壳腔分别连接三组不同排气歧管。其中涡轮机蜗壳第二蜗壳腔25具有相对于第一涡轮蜗壳腔24、第三涡轮蜗壳腔26较大的截面积。其中进入第一排气歧管21、第二排气歧管22的气体一部分通过EGR实现再循环，剩余部分分别进入涡轮机第一涡轮蜗壳腔24、第三涡轮蜗壳腔26。
上面对本发明进行了描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带废气再循环的内燃机排气***，包括多个发动机气缸、排气歧管、EGR阀、EGR冷却器、进气歧管、涡轮机、增压器压气机、增压中冷器和中冷后进气管；所述发动机气缸的排气经所述排气歧管部分进入所述涡轮机，部分经EGR阀、EGR冷却器、进气歧管再次进入所述发动机气缸；其特征在于：多个所述发动机气缸分组分别连接多根所述排气歧管；所述涡轮机具有多个涡轮蜗壳腔室通向涡轮叶轮；多根所述排气歧管分别进入对应的多个所述涡轮蜗壳腔室；至少部分所述排气歧管同时与所述EGR阀相连接；
每根所述排气歧管至少连接两个发动机气缸排气；
所述发动机气缸为六个，两两组合与三根排气歧管相连，所述涡轮机包括第一涡轮蜗壳腔、第二涡轮蜗壳腔、第三涡轮蜗壳腔；三根所述排气歧管中的第一排气歧管同时连接所述EGR阀和所述第一涡轮蜗壳腔，第二排气歧管同时连接所述EGR阀和所述第二涡轮蜗壳腔，第三排气歧管单独与所述第三涡轮蜗壳腔相连接。
2.根据权利要求1所述的带废气再循环的内燃机排气***，其特征在于：所述第一涡轮蜗壳腔、第二涡轮蜗壳腔、第三涡轮蜗壳腔截面积呈梯度排列。
3.根据权利要求2所述的带废气再循环的内燃机排气***，其特征在于：所述第三涡轮蜗壳腔截面积大于第二涡轮蜗壳腔和第一涡轮蜗壳腔。
4.根据权利要求3所述的带废气再循环的内燃机排气***，其特征在于：所述第二涡轮蜗壳腔和第三涡轮蜗壳腔截面非对称设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的带废气再循环的内燃机排气***，其特征在于：所述EGR阀为三通阀。
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