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CN109653906B - 汽油增压发动机废气再循环系统装置 - Google Patents

汽油增压发动机废气再循环系统装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，包括缸盖，缸盖的排气侧设有排气总管，在进气侧设有进气总管，排气总管与增压系统连接，排气总管旁通有EGR进气管，EGR进气管另一端依次连接EGR阀、EGR冷却器以及进气总管；缸盖上还设有EGR进气水套，EGR进气水套包裹住EGR进气管。本发明大大降低了EGR阀的阀前废气温度，减小了EGR系统装置的体积，同时EGR的进气温度低，使得进气总管中的废气含量占比更高，EGR率更高，有利于进一步抑制爆震和提高燃油效率；此外，EGR进气侧出口压力损失小，高于增压系统进气侧压力，使得EGR系统进气顺畅，发动机可运行EGR的工况范围更大；EGR进气管的废气存储量更少，提高了EGR阀的调节响应时间。

Description

汽油增压发动机废气再循环系统装置
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体地指一种汽油增压发动机废气再循环系统装置。
背景技术
发动机废气再循环技术(EGR)是指把发动机排气侧的部分废气再引入到进气侧与新鲜空气混合并参与燃烧的技术，废气再循环技术将冷却后的废气与新鲜空气混合后，使得混合气体中的含氧量降低，降低了燃烧室的燃烧温度，这样便抑制了NOx的产生。
对于汽油发动机而言，当发动机负荷较小时，节气门开度较小，此时泵气损失比较大。在低负荷时采用外部EGR技术，为了保持足够的新鲜空气进气量，必须增大节气门开度，从而降低泵气损失，有助于提高燃油经济性。此外，EGR技术使废气中富含比热容较高的惰性气体，提高了混合气的绝热指数，有效降低最高燃烧温度，减缓燃烧速度并延长燃烧持续期，有效的抑制爆震的发生。
现有的废气再循环系统一般是与发动机增压系统结合在一起，如中国专利CN106762238A公开了一种基于增压发动机的低压废气再循环系统，该系统将EGR的取气位置设置在增压系统的涡轮机和催化器之后，废气的压力变小，使得能够运行EGR系统的工况范围变小；且废气先经过EGR冷却器冷却，再经过EGR阀，这样使得废气在EGR阀之前的管程较长，EGR阀调节的响应时间变长，不利于精确控制废气循环量。
中国专利CN108730073A公开了一种增压柴油发动机的高压废气再循环系统，该系统将EGR的取气位置设置在涡轮之前，但是EGR阀设置在EGR冷却器之后仍然会出现EGR阀的调节响应时间长，控制精度低，且由于EGR系统没有设置催化器，废气中的残留汽油蒸气冷却后容易堵塞EGR阀；中国专利CN203717168U公开了一种发动机及其废气再循环系统、排气歧管。该系统将EGR取气位置设置在涡轮之前，且EGR阀设置在EGR冷却器之前，但是由于排气歧管排出的废气温度一般高达800℃～900℃，容易影响EGR阀的结构可靠性。此外在EGR冷却器两端设置膨胀节大大降低了废气压力，使得在进气侧EGR的废气压力小于经过压气机的新鲜空气压力，容易形成倒流。
在发动机集成化、小型化、以及越来越严格的排放标准的发展趋势下，如何能够在保证EGR运行的可靠性条件下，进一步实现EGR装置的小型化，并提高EGR运行的工况范围和EGR率成为亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种在减小系统装置体积的同时，提高EGR运行的工况范围和EGR率的废气再循环系统装置。
为实现上述目的，本发明提供一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，包括缸盖，所述缸盖的排气侧设有排气总管，在进气侧设有进气总管，其特征在于：所述排气总管与增压系统连接，所述排气总管旁通有EGR进气管，所述EGR进气管另一端依次连接EGR阀、EGR冷却器以及进气总管；所述缸盖上还设有EGR进气水套，所述EGR进气水套包裹住EGR进气管。
进一步地，所述排气总管靠缸盖一侧同时连通多个排气歧管，所述缸盖上还设有排气侧水套，所述排气侧水套横截面呈U字型，并三面包裹住排气歧管和排气总管。
进一步地，所述EGR冷却器上端设有EGR冷却器进气口和EGR冷却器出气口，所述EGR冷却器水平方向上设有EGR冷却器进水口和出水口；所述EGR冷却器进气口和EGR冷却器出气口之间通过呈U字型EGR冷却通道连通。
进一步地，所述EGR阀一端设有与EGR进气管连通的EGR阀进气口，另一端设有与EGR冷却器进气口直接连接的EGR阀出气口；所述EGR阀的轴线与水平面呈一定夹角，且靠EGR阀进气口一侧的高度低于EGR阀轴线上的另一侧。
进一步地，所述进气总管一端连接增压系统的出气口，另一端封闭，所述进气总管旁通有多个连接到缸盖进气侧的进气歧管，每个所述进气歧管旁通有EGR排气支管，多个所述EGR排气支管均与EGR排气总管连通。
进一步地，所述缸盖上端还设有发动机罩盖，所述发动机罩盖内设有发动机罩盖通道，所述发动机罩盖通道一端与EGR冷却器出气口连通，另一端与EGR排气总管连通。
进一步地，所述EGR阀进气口与EGR冷却器出气口处设有温度传感器。
进一步地，所述增压系统包括涡轮和压气机，所述涡轮与压气机为同轴联动；所述涡轮一端与排气总管连通，另一端与催化器连通；所述压气机的进气端与空气滤清器连通，出气端与所述中冷器连通，所述中冷器另一端通过节气门与进气总管连通。
本发明的有益效果如下：
1、EGR装置体积小、EGR率高。将EGR取气位置直接在设置在排气总管的旁路，并通过缸盖上的EGR进气水套对EGR进气管进行冷却，这样可将EGR阀进气口前的废气温度从800℃～900℃降低到300℃～400℃，相比于完全依靠EGR冷却器冷却，本发明可大大减小EGR进气管、EGR阀和EGR冷却器的体积，同时可以进一步降低EGR排气支管处的废气温度，使得气缸进气中废气含量占比更高，EGR率更高，有利于进一步抑制爆震和提高燃油效率。
2、保证EGR的进气压力，提高EGR运行工况的范围。将EGR取气位置设置在涡轮之前，避免了EGR中的废气进行做功，EGR的压力损失较小，这样在进气侧EGR排气支管的废气压力大于进气歧管中增压后的新鲜空气，使得EGR可以在正压差下自发循环，同时发动机可运行EGR的转速和扭矩的工况范围更大。
3、EGR阀的调节响应时间更短，控制精度高。EGR阀的阀前废气温度更低，EGR进气管管程和管径更短，可储存废气量更小，当EGR阀进行流量调节时，其所需要的响应时间更短，控制精度更高。
附图说明
图1为本发明的废气再循环系统装置的结构示意图。
图2为缸盖排气侧的结构示意图。
图3为EGR阀与EGR冷却器结构的主视图。
图4为EGR阀与EGR冷却器结构的俯视图。
图5为发动机罩盖的结构示意图。
图6为为缸盖进气侧的结构示意图。
图7为本发明的废气再循环系统的示意图。
图中各部件标号如下：缸盖1、排气侧水套101、EGR进气水套102、排气总管2、排气歧管201、EGR进气管202、EGR阀3、EGR阀进气口301、EGR阀出气口302、EGR冷却器4、EGR冷却器进气口401、EGR冷却器出气口402、EGR冷却器进水口403、EGR冷却器出水口404、EGR冷却通道405、发动机罩盖5、发动机罩盖通道501、进气总管6、进气歧管601、EGR排气总管602、EGR排气支管603、EGR分配通道604、温度传感器7、涡轮8、压气机9、催化器10、空气滤清器11、中冷器12、节气门13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1～7所示，一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，包括缸盖1，缸盖1的排气侧设有排气总管2，在进气侧设有进气总管6，排气总管2与增压系统连接，排气总管2旁通有EGR进气管202，EGR进气管202另一端依次连接EGR阀、EGR冷却器以及进气总管6；排气总管2靠缸盖1一侧同时连通多个排气歧管201，缸盖1上还设有排气侧水套101，排气侧水套101横截面呈U字型，并三面包裹住排气歧管201和排气总管2；缸盖1上还设有EGR进气水套102，EGR进气水套102包裹住EGR进气管202；增压系统包括涡轮8和压气机9，涡轮8与压气机9为同轴联动；涡轮8一端与排气总管2连通，另一端与催化器10连通；压气机9的进气端与空气滤清器11连通，出气端与中冷器12连通，中冷器12另一端通过节气门13与进气总管6连通。这样，EGR阀的阀前废气温度更低，EGR进气管管程和管径更短，因此可储存废气量更小，当EGR阀进行流量调节时，其所需要的响应时间更短，控制精度更高。
上述技术方案中，EGR冷却器4上端设有EGR冷却器进气口401和EGR冷却器出气口402，EGR冷却器4水平方向上设有EGR冷却器进水口403和出水口404；EGR冷却器进气口401和EGR冷却器出气口402之间通过呈U字型EGR冷却通道405连通。这样，U字型冷却通道延长了冷却时间和增大了冷却面积，使得在相同冷却量下所需的EGR冷却器体积更小。
上述技术方案中，EGR阀3一端设有与EGR进气管202连通的EGR阀进气口301，另一端设有与EGR冷却器进气口401直接通过螺栓固定连接的EGR阀出气口302，这样EGR阀与EGR冷却器成为一个整体，结构紧凑，体积较小；EGR阀3的轴线与水平面呈一定夹角，且靠EGR阀3进气口一侧的高度低于EGR阀3轴线上的另一侧。这样，废气中未完全燃烧的汽油蒸气由于冷却而冷凝成液体，该液态冷凝物不会进入到EGR阀中，从而避免了堵塞EGR阀。
上述技术方案中，进气总管6一端连接增压系统的出气口，另一端封闭，进气总管6旁通有多个连接到缸盖1进气侧的进气歧管601，每个进气歧管601通过振动摩擦焊接连接有EGR排气支管603，多个EGR排气支管602均与EGR排气总管602连通。这样，多个EGR排气支管602直接与多个进气歧管601直接连通，使得每一个气缸的废气进气量分配更加均匀。
上述技术方案中，缸盖1上端还设有发动机罩盖5，发动机罩盖5内设有发动机罩盖通道501，发动机罩盖通道501一端与EGR冷却器出气口402连通，另一端与EGR排气总管602连通。这样，发动机罩盖内集成有发动机罩盖通道，有效地减小了EGR出气管的长度，使得EGR系统装置布置更加紧凑，体积更小。
上述技术方案中，EGR阀进气口301与EGR冷却器出气口402处设有温度传感器7。这样，温度传感器可以用于监测EGR系统的工作情况。
本发明将EGR取气位置直接在设置在排气总管的旁路，并通过缸盖上的EGR进气水套对EGR进气管进行冷却，可将EGR阀进气口前的废气温度从800℃～900℃降低到300℃～400℃，相比于完全依靠EGR冷却器冷却，本发明可大大减小EGR进气管、EGR阀和EGR冷却器的体积，同时可以进一步降低EGR排气支管处的废气温度，使得气缸进气中废气含量占比更高，EGR率更高，有利于进一步抑制爆震和提高燃油效率。其次，EGR取气位置在涡轮之前，废气不经过增压系统，EGR的压力损失较小，这样在进气侧EGR排气支管处废气压力大于进气歧管中增压后的新鲜空气，使得EGR可以在正压差下自发循环，同时发动机可运行EGR的转速和扭矩的工况范围更大。

Claims (6)

1.一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，包括缸盖(1)，所述缸盖(1)的排气侧设有排气总管(2)，在进气侧设有进气总管(6)，其特征在于：所述排气总管(2)与增压系统连接，所述排气总管(2)旁通有EGR进气管(202)，所述EGR进气管(202)另一端依次连接EGR阀(3)、EGR冷却器(4)以及进气总管(6)；所述缸盖(1)上还设有EGR进气水套(102)，所述EGR进气水套(102)包裹住EGR进气管(202)；
所述排气总管(2)靠缸盖(1)一侧同时连通多个排气歧管(201)，所述缸盖(1)上还设有排气侧水套(101)，所述排气侧水套(101)横截面呈U字型，并三面包裹住排气歧管(201)和排气总管(2)；
所述进气总管(6)一端连接增压系统的出气口，另一端封闭，所述进气总管(6)旁通有多个连接到缸盖(1)进气侧的进气歧管(601)，每个所述进气歧管(601)旁通有EGR排气支管(603)，多个所述EGR排气支管(603)均与EGR排气总管(602)连通。
2.根据权利要求1所述的一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，其特征在于：所述EGR冷却器(4)上端设有EGR冷却器进气口(401)和EGR冷却器出气口(402)，所述EGR冷却器(4)水平方向上设有EGR冷却器进水口(403)和出水口(404)；所述EGR冷却器进气口(401)和EGR冷却器出气口(402)之间通过呈U字型EGR冷却通道(405)连通。
3.根据权利要求1所述的一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，其特征在于：所述EGR阀(3)一端设有与EGR进气管(202)连通的EGR阀进气口(301)，另一端设有与EGR冷却器进气口(401)直接连接的EGR阀出气口(302)；所述EGR阀(3)的轴线与水平面呈一定夹角，且靠EGR阀(3)进气口一侧的高度低于EGR阀(3)轴线上的另一侧。
4.根据权利要求1所述的一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，其特征在于：所述缸盖(1)上端还设有发动机罩盖(5)，所述发动机罩盖(5)内设有发动机罩盖通道(501)，所述发动机罩盖通道(501)一端与EGR冷却器出气口(402)连通，另一端与EGR排气总管(602)连通。
5.根据权利要求3所述的一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，其特征在于：所述EGR阀进气口(301)与EGR冷却器出气口(402)处设有温度传感器(7)。
6.根据权利要求1所述的一种汽油增压发动机废气再循环系统装置，其特征在于：所述增压系统包括涡轮(8)和压气机(9)，所述涡轮(8)与压气机(9)为同轴传动；所述涡轮(8)一端与排气总管(2)连通，另一端与催化器(10)连通；所述压气机(9)的进气端与空气滤清器(11)连通，出气端与中冷器(12)连通，所述中冷器(12)另一端通过节气门(13)与进气总管(6)连通。
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