CN109667687A - 一种废气再循环***以及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废气再循环***以及发动机，该***包括并联于排气歧管之后的废气管路及EGR管路，废气管路包括串联的第一涡轮增压器涡轮机及第二涡轮增压器涡轮机，第二涡轮增压器涡轮机后连接有排气管，EGR管路包括串联的第二涡轮增压器压气机及第一涡轮增压器压气机，第一涡轮增压器压气机的进口连接进气管，出口连接进气歧管；上述废气再循环***能够提升废气利用率，EGR废气在新鲜空气增压前与之混合，不受进气增压的影响，利用增压废弃加入进气中，可明显提升进入新鲜空气中的废气量，不需要其他提升EGR率的装置及方法，从而在提高EGR率的同时，避免泵气损失、油耗上升、颗粒物排放增加等情况的发生，改善发动机经济性。

Description

一种废气再循环***以及发动机
技术领域
本发明涉及发动机EGR技术领域，特别涉及一种废气再循环***以及发动机。
背景技术
废气再循环(EGR)是现代柴油机降低NOx排放最有效的手段之一。EGR可降低缸内氧浓度和最高燃烧温度，达到降低NOx的效果。EGR被认为是柴油机满足国IV及之后排放法规的重要技术手段之一。
现有的EGR***，如图1所示，发动机01的排气歧管03连接有涡轮增压器的涡轮机06，涡轮机06后连接有排气管07，EGR管路010一端从涡轮机06前取气，另一端接入发动机01的进气歧管02，EGR管路上设置有EGR阀04，涡轮增压器的压气机05的入口连接进气管08，压气机05的出口与进气歧管02连通，在EGR阀打开时，部分废气进入涡轮机05对进气增压，其余废气经过EGR阀04以及EGR冷却器011，与增压后的空气混合后进入发动机01的进气歧管02，由于涡轮增压器效率的提高，增压后的进气压力在相当大转速范围内会高于涡前的排气压力，单纯开启EGR阀难以得到足够的EGR率。为获得足够大的、可调整的EGR率，降低NOx，常用的方法是在进气管路上进气节流阀09，EGR废气在进气节流阀09的下游与增压空气混合，但是进气节流阀09在增加EGR率的同时会显著增加泵气损失，引起发动机油耗上升，颗粒物排放增加，导致经济性恶化。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种废气再循环***，以使其在提高EGR率的同时，避免泵气损失、发动机油耗上升、颗粒物排放增加等情况的发生，改善发动机经济性，本发明的第二目的在于提供一种包括上述废气再循环***的发动机。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种废气再循环***，包括并联于发动机排气歧管后的废气管路以及EGR管路，所述废气管路包括沿废气流动方向依次串联的第一涡轮增压器的涡轮机以及第二涡轮增压器的涡轮机，所述第二涡轮增压器的涡轮机后连接有排气管，所述EGR管路包括沿废气流动方向依次串联的第二涡轮增压器的压气机以及第一涡轮增压器的压气机，所述第一涡轮增压器的压气机的进口连接进气管，所述第一涡轮增压器的压气机的出口连接发动机进气歧管。
优选地，所述第一涡轮增压器的涡轮机与所述第二涡轮增压器的涡轮机之间的管路通过旁通管与所述排气管连通，所述旁通管上设置有废气控制阀。
优选地，所述第二涡轮增压器的压气机与所述排气歧管之间的EGR取气管上设置有过滤器和/或第一EGR冷却器。
优选地，所述第二涡轮增压器的压气机与所述第一涡轮增压器的压气机之间的EGR进气管上设置有EGR阀。
优选地，所述EGR进气管上还设置有第二EGR冷却器。
优选地，所述第二EGR冷却器沿废气流动方向串联于所述EGR阀之后。
优选地，所述第一涡轮增压器的压气机的出口与所述发动机进气歧管之间的管路上还设置有中冷器。
一种发动机，包括如上任意一项所述的废气再循环***。
综上所述，本发明提供了一种废气再循环***，该***包括废气管路以及EGR管路，其中，废气管路以及EGR管路并联于发动机排气歧管之后，废气管路包括沿废气流动方向依次串联的第一涡轮增压器的涡轮机以及第二涡轮增压器的涡轮机，第二涡轮增压器的涡轮机后连接有排气管，EGR管路包括沿废气流动方向依次串联的第二涡轮增压器的压气机以及第一涡轮增压器的压气机，第一涡轮增压器的压气机的进口连接进气管，第一涡轮增压器的压气机的出口连接发动机进气歧管；
上述废气再循环***采用两级涡轮增压器，在应用时，第一涡轮增压器利用排气歧管排出的部分废气对新鲜空气进行增压，第二涡轮增压器利用第一涡轮增压器排出的废气对排气歧管排出的另一部分废气进行增压，并将增压后的废气通入第一涡轮增压器的压气机进行二次增压，即新鲜空气与一次增压后的废气在第一涡轮增压器的压气机上游混合后再进入第一涡轮增压器的压气机增压，然后再通入发动机的进气歧管；由此可见，上述废气再循环***重复利用部分废气的能量推动两级涡轮增压器的涡轮机，提升了废气的利用率，对从第一涡轮增压器前取出的EGR废气增压后，先使EGR废气与新鲜空气混合，再进入第一涡轮增压器的压气机进行增压，有助于提升EGR废气压力以及进入发动机的废气量，无需增加进气节流阀即可提升EGR率，从而在提高EGR率的同时，避免泵气损失、发动机油耗上升、颗粒物排放增加等情况的发生，改善发动机经济性，除此之外，由于在上述***中EGR***不受进气增压的影响，使得第一涡轮增压器可以匹配效率较高的压气机，以获得较好的油耗水平，同时由于进气的提升，可以提升排气温度，对后处理***的热管理有明显的提升，提高了后处理***的转化效率。
本发明还提供了一种发动机，该发动机包括上述的废气再循环***，由于上述的废气再循环***具有上述技术效果，具有该废气再循环***的发动机也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中废气再循环***的结构示意图；
图2为本发明第一种实施例提供的废气再循环***的结构示意图；
图3为本发明第二种实施例提供的废气再循环***的结构示意图；
图4为本发明第三种实施例提供的废气再循环***的结构示意图；
图5为本发明第四种实施例提供的废气再循环***的结构示意图；
图6为本发明第五种实施例提供的废气再循环***的结构示意图；
图7为本发明第六种实施例提供的废气再循环***的结构示意图。
图1中：01为发动机；02为进气歧管；03为排气歧管；04为EGR阀；05为涡轮机；06为压气机；07为排气管；08为进气管；010为EGR管路；011为EGR冷却器；012为中冷器；
图2-图7中：1为发动机；2为进气歧管；3为排气歧管；4为EGR取气管；5为第一EGR冷却器；6为第二涡轮增压器；601为第二涡轮增压器的涡轮机；602为第二涡轮增压器的压气机；7为废气控制阀；8为第一涡轮增压器；801为第一涡轮增压器的涡轮机；802为第一涡轮增压器的压气机；9为进气管；10为旁通管；11为排气管；12为EGR进气管；13为第二EGR冷却器；14为EGR阀；15为中冷器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，图2为本发明第一种实施例提供的废气再循环***的结构示意图。
本发明实施例提供了一种废气再循环***，该***包括废气管路以及EGR管路。
其中，废气管路以及EGR管路并联于发动机1排气歧管3之后，废气管路包括沿废气流动方向依次串联的第一涡轮增压器8的涡轮机801以及第二涡轮增压器6的涡轮机601，第一涡轮增压器8的涡轮机801与第二涡轮增压器6的涡轮机601依次串联是指第一涡轮增压器8的涡轮机801的入口与排气歧管3连通，第一涡轮增压器8的涡轮机801的出口与第二涡轮增压器6的涡轮机601的入口连通，第二涡轮增压器6的涡轮机601的出口与排气管11连通，第二涡轮增压器6的涡轮机601后连接有排气管11，EGR管路包括沿废气流动方向依次串联的第二涡轮增压器6的压气机602以及第一涡轮增压器8的压气机802，第二涡轮增压器6的压气机602与第一涡轮增压器8的压气机802依次串联是指第二涡轮增压器6的压气机602的入口与排气歧管3连通，第二涡轮增压器6的压气机602的出口与第一涡轮增压器8的压气机802的入口连通，第一涡轮增压器8的压气机802的出口连接排气歧管3，第一涡轮增压器8的压气机802的进口连接进气管9，即第一涡轮增压器8的压气机802的进口同时连通有进气管9以及第二涡轮增压器6的压气机602的出口，第一涡轮增压器8的压气机802的出口连接发动机1进气歧管2。
综上所述，与现有技术相比，本发明实施例提供的废气再循环***采用两级涡轮增压器，在应用时，第一涡轮增压器8利用排气歧管3排出的部分废气对新鲜空气进行增压，第二涡轮增压器6利用第一涡轮增压器8排出的废气对排气歧管3排出的另一部分废气进行增压，并将增压后的废气通入第一涡轮增压器8的压气机802进行二次增压，即新鲜空气与一次增压后的废气在第一涡轮增压器8的压气机802上游混合后再进入第一涡轮增压器8的压气机802增压，然后再通入发动机1的进气歧管2；由此可见，上述废气再循环***重复利用部分废气的能量推动两级涡轮增压器的涡轮机，提升了废气的利用率，对从第一涡轮增压器8前取出的EGR废气增压后，先使EGR废气与新鲜空气混合，再进入第一涡轮增压器8的压气机802进行增压，有助于提升EGR废气压力以及进入发动机的废气量，无需增加进气节流阀即可提升EGR率，从而在提高EGR率的同时，避免泵气损失、发动机1油耗上升、颗粒物排放增加等情况的发生，改善发动机1经济性，除此之外，由于在上述***中EGR***不受进气增压的影响，使得第一涡轮增压器8可以匹配效率较高的压气机，以获得较好的油耗水平，同时由于进气的提升，可以提升排气温度，对后处理***的热管理有明显的提升，提高了后处理***的转化效率。
作为优选地，第一涡轮增压器8的涡轮机801与第二涡轮增压器6的涡轮机601之间的管路通过旁通管10与排气管11连通，旁通管10上设置有废气控制阀7，在使用时，当EGR率不够时，关闭废气控制阀7，第一涡轮增压器8的涡轮机801排出的废气进入第二涡轮增压器6的涡轮机601对EGR废气进行加压，当EGR率足够时，废气控制阀7打开，废气直接排出，不经过第二涡轮增压器6的涡轮机601，以减小排气阻力。
旁通管10可以与排气管11连通，也可以直接与外部环境连通。
由于废气温度较高且含有颗粒物，因此可在，第二涡轮增压器6的压气机602与排气歧管3之间的EGR取气管4上设置过滤器和/或第一EGR冷却器5，进一步地，上述过滤器也可以设置在其他位置，在EGR废气与新鲜空气混合前对EGR废气进行过滤即可，第一EGR冷却器5并非是必须的，可以设置也可以不设置。
作为优选地，第二涡轮增压器6的压气机602与第一涡轮增压器8的压气机802之间的EGR进气管12上设置有EGR阀14，通过调整EGR阀14的开度，可控制EGR废气量，达到控制EGR率的目的。
进一步地，EGR进气管12上还设置有第二EGR冷却器13，用于在EGR废气与新鲜空气混合前对EGR废气进行冷却，使两者温度趋于一致，以改善混合效果。
进一步优化上述技术方案，第二EGR冷却器13沿废气流动方向串联于EGR阀14之后，这样流经第二EGR冷却器13的废气是经过EGR阀14节流后的，可保证通过第二EGR冷却器13的EGR废气都用于与进气混合，保证第二EGR冷却器13的效率。
可以理解的是，废气再循环***将废气与新鲜空气混合后作为进气，温度较高，若发动机1进气温度较高，容易造成燃料的不完全燃烧，影响发动机1工作能力，为此，第一涡轮增压器8的压气机802的出口与发动机1进气歧管2之间的管路上还设置有中冷器15，用于对冷却混合进气，保证发动机1进气温度处于合理范围内。
下面结合附图对本发明实施例做进一步描述。
实施例一
请参阅图2，发动机1排气歧管3后并联有废气管路以及EGR管路，其中，废气管路用于回收废气能量，对进气进行增压，EGR管路用于将部分废气送回发动机1进气管9路，具体地，废气管路包括第一涡轮增压器8的涡轮机801以及第二涡轮增压器6的涡轮机601，第一涡轮增压器8的涡轮机801的入口与排气歧管3连通，第一涡轮增压器8的涡轮机801的出口与第二涡轮增压器6的涡轮机601的入口连通，第二涡轮增压器6的涡轮机601的出口连接有排气管11；EGR管路包括第一涡轮增压器8的压气机802以及第二涡轮增压器6的压气机602，第二涡轮增压器6的压气机602的入口与排气歧管3连通，第二涡轮增压器6的压气机602的出口同进气管9一起连接于第一涡轮增压器8的压气机802的入口，第一涡轮增压器8的压气机802的出口连接进气歧管2。
在上述结构中，发动机1废气分为两部分，一部分废气首先进入第一涡轮增压器8的涡轮机801对进气增压，随后进入第二涡轮增压器6的涡轮机601对发动机1废气的另一部分进行加压，加压后的该部分废气在第一涡轮增压器8的压气机802的上游与新鲜空气混合后作为进气被第一涡轮增压器8的压气机802增压。
实施例二
请参阅图3，图3所示的实施例为在图2所示的实施例的基础上，增加一根旁通管10，旁通管10的一端连接在第一涡轮增压器8的涡轮机801与第二涡轮增压器6的涡轮机601之间的连通管路上，另一端与排气管11连通，且旁通管10上设置有废气控制阀7，通过设置上述旁通管10以及废气控制阀7，能够为用户提供多一种选择，即在EGR率不足时，可关闭废气控制阀7，使废气管路上的废气进入第二涡轮增压器6的涡轮机601对EGR管路上的废气进行加压，增加EGR废气，从而提升EGR率，若EGR率足够，则可关闭废气控制阀7，使废气管路中的废气不经过第二涡轮增压器6的涡轮机601直接排出，减少排气阻力。
实施例三
请参阅图4，图4所示实施例为在图3实施例的基础上，在第二涡轮增压器6的压气机602的入口与排气歧管3之间的EGR取气管4上增加第一EGR冷却器5，可以理解的是，废气温度较高，设置第一EGR冷却器5可以将其低温度，使其能够与新鲜空气温度趋于一致以更好的混合，避免发动机1进气温度过高。
当然，在其他实施例中，第二涡轮增压器6的压气机602的入口与排气歧管3之间在图5所示实施例的第一EGR冷却器5的位置上还可以设置过滤器，以过滤废气中的颗粒，防止颗粒进入发动机1，或者，可以在该位置上同时串联过滤器以及第一EGR冷却器5，过滤器也不一定要设置于EGR取气管4，还可以设置于EGR进气管12上，以在其与新鲜空气混合前对其进行过滤。
实施例四
请参阅图5，图5为在图4所示的实施例的基础上，在第二涡轮增压器6的压气机602与第一涡轮增压器8的压气机802之间的EGR进气管12上设置EGR阀14，用户可通过调整EGR阀14的开度来调整EGR率，使得该废气再循环***的EGR率可控。
实施例五
请参阅图6，从图6中可以看出，排气歧管3与第二涡轮增压器6的压气机602之间的EGR取气管4上没有设置第一EGR冷却器及过滤器，在此情况下，可在第二涡轮增压器6的压气机602与第一涡轮增压器8的压气机802之间的EGR管路上设置EGR阀14以及第二EGR冷却器13，利用第二EGR冷却器13对EGR废气进行降温。
实施例六
请参阅图7，在图7所示实施例中，第一涡轮增压器8的涡轮机801以及第二涡轮增压器6的涡轮机601之间的连通管路与排气管11之间连接有旁通管10，旁通管10上设置有废气控制阀7，EGR取气管4上设置有第一EGR冷却器5，EGR进气管12上设置有EGR阀14以及第二EGR冷却器13，在EGR管路中对EGR废气进行两次冷却，使之尽可能的趋近于新鲜空气温度，保证混合效果。
在上述实施例的基础上，还可以在EGR取气管4和/或EGR进气管12上设置过滤器以过滤EGR废气中的颗粒。
基于上述实施例中提供的废气再循环***，本发明还提供了一种发动机1，该发动机1包括如上任一项所述的废气再循环***。由于该发动机1采用了上述实施例中的废气再循环***，所以发动机1的有益效果请参考上述实施例。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种废气再循环***，其特征在于，包括并联于发动机排气歧管后的废气管路以及EGR管路，所述废气管路包括沿废气流动方向依次串联的第一涡轮增压器的涡轮机以及第二涡轮增压器的涡轮机，所述第二涡轮增压器的涡轮机后连接有排气管，所述EGR管路包括沿废气流动方向依次串联的第二涡轮增压器的压气机以及第一涡轮增压器的压气机，所述第一涡轮增压器的压气机的进口连接进气管，所述第一涡轮增压器的压气机的出口连接发动机进气歧管。
2.根据权利要求1所述的废气再循环***，其特征在于，所述第一涡轮增压器的涡轮机与所述第二涡轮增压器的涡轮机之间的管路通过旁通管与所述排气管连通，所述旁通管上设置有废气控制阀。
3.根据权利要求1或2所述的废气再循环***，其特征在于，所述第二涡轮增压器的压气机与所述排气歧管之间的EGR取气管上设置有过滤器和/或第一EGR冷却器。
4.根据权利要求3所述的废气再循环***，其特征在于，所述第二涡轮增压器的压气机与所述第一涡轮增压器的压气机之间的EGR进气管上设置有EGR阀。
5.根据权利要求4所述的废气再循环***，其特征在于，所述EGR进气管上还设置有第二EGR冷却器。
6.根据权利要求5所述的废气再循环***，其特征在于，所述第二EGR冷却器沿废气流动方向串联于所述EGR阀之后。
7.根据权利要求1-2及4-6任意一项所述的废气再循环***，其特征在于，所述第一涡轮增压器的压气机的出口与所述发动机进气歧管之间的管路上还设置有中冷器。
8.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的废气再循环***。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5791146A (en) * 1994-12-08 1998-08-11 Scania Cv Ab Arrangement for return of exhaust gases in supercharged engines with turbines in series
EP0718481B1 (de) * 1994-12-24 2000-10-25 MAN Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine mit Aufladung
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