一种内燃机进排气系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510118628.6

申请日:

2015.03.18

公开号:

CN104791146A

公开日:

2015.07.22

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):F02M 25/07申请日:20150318|||公开

IPC分类号:

F02M25/07; F02D21/08; F02B37/12; F02B37/18; F02D9/04

主分类号:

F02M25/07

申请人:

中国重汽集团济南动力有限公司

发明人:

孙万于; 王树汾; 闫善恒; 郭磊; 滕帅; 李浩; 杨宁

地址:

250002山东省济南市市中区英雄山路165号

优先权:

专利代理机构:

济南舜源专利事务所有限公司37205

代理人:

闫晓燕

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内容摘要

本发明涉及内燃机领域,尤其是采用废气再循环技术(EGR)的涡轮增压内燃机,具体是一种内燃机进排气系统,包括压气机、涡轮、气缸、进气管、排气歧管、排气管和后排气管等部件,排气歧管上设有排气歧管阀门,进气管、排气歧管和后排气管通过三通管连接,三通管中设有三通管阀门。本发明还提供了该内燃机进排气系统的控制方法。本发明能够提高发动机EGR率,方便灵活的控制EGR率,简化增压器结构。

权利要求书

1.  一种内燃机进排气系统,包括压气机(1)、涡轮(2)和气缸(3),所述压气机(1)的出气口通过进气管(4)与气缸(3)连接,所述气缸(3)通过排气歧管(5)与排气管(6)连接,所述排气管(6)与涡轮(2)的进气口连接,所述涡轮(2)的排气口与后排气管(7)连接,其特征在于:所述排气歧管(5)上设有排气歧管阀门(8);还包括三通管,所述三通管包括支管Ⅰ(9)、支管Ⅱ(10)和支管Ⅲ(11),所述支管Ⅰ(9)与进气管(4)连接,所述支管Ⅱ(10)与排气歧管(5)连接且支管Ⅱ(10)与排气歧管(5)的连接位置位于排气歧管阀门(8)的上游,所述支管Ⅲ(11)与后排气管(7)连接,所述三通管中设有可关闭支管Ⅰ(9)、支管Ⅱ(10)或支管Ⅲ(11)中的任意一个或多个的三通管阀门(12)。

2.
  根据权利要求1所述的内燃机进排气系统,其特征在于:所述气缸(3)有六个。

3.
  根据权利要求1或2所述的内燃机进排气系统,其特征在于:所述支管Ⅰ(9)上设有单向阀(13)。

4.
  根据权利要求1或2所述的内燃机进排气系统,其特征在于:所述支管Ⅰ(9)上设有换热器(14)。

5.
  根据权利要求3所述的内燃机进排气系统,其特征在于:所述支管Ⅰ(9)上设有换热器(14)。

6.
  根据权利要求5所述的内燃机进排气系统,其特征在于:所述换热器(14)位于单向阀(13)的下游。

7.
  一种如权利要求1-6任一所述的内燃机进排气系统的控制方法,其特征在于:当发动机处于高负荷工况时,将排气歧管阀门(8)部分或完全关闭,控制三通管阀门(12)将支管Ⅰ(9)和支管Ⅱ(10)连通,关闭支管Ⅲ(11);当发动机处于中高负荷工况时,将排气歧管阀门(8)完全打开,控制三通管阀门(12)将支管Ⅰ(9)和支管Ⅱ(10)连通,关闭支管Ⅲ(11);当发动机处于中等负荷工况时,将排气歧管阀门(8)完全打开,控制三通管阀门(12)将支管Ⅰ(9)关闭,支管Ⅱ(10)和支管Ⅲ(11)连通;当发动机处于中低负荷工况时,将排气歧管阀门(8)完全打开,控制三通管阀门(12)将支管Ⅰ(9)、支管Ⅱ(10)和支管Ⅲ(11)关闭。

8.
  根据权利要求7所述的内燃机进排气系统,其特征在于:可根据发动机需要控制一个或多个气缸(3)进入对应状态。

说明书

一种内燃机进排气系统
技术领域
本发明涉及内燃机领域,尤其是采用废气再循环技术(EGR)的涡轮增压内燃机,具体是一种可以实现可控EGR及增压比的进排气系统及其控制方法。
背景技术
内燃机研发一直致力于改善内燃机的燃油经济性以及降低污染物排放,废气再循环(EGR)以及涡轮增压都是其常用的技术手段。EGR(废气再循环系统)通过将燃烧产生的排气再次引入内燃机气缸中参与燃烧,可以有效控制缸内燃烧过程,调整发动机排放及油耗;而涡轮增压技术则通过利用废气推动涡轮做功以提供更多的新鲜空气参与燃烧,提高发动机功率密度,改善发动机动力性以及燃油经济性。EGR与涡轮增压技术都与发动机的进排气系统密切相关。
对传统内燃机,当其采用了EGR及涡轮增压技术之后,其进排气系统比较复杂、EGR率实现范围低、不容易控制。通常EGR的布置方式为在涡轮前取气,废气从该取气口流通过EGR控制阀、中冷器之后进入发动机进气系统。EGR率(即废气与新鲜空气质量比)对内燃机性能有很大影响,是EGR技术的关键问题之一。由于EGR控制阀与EGR废气流通量之间复杂的响应特性以及EGR率与涡轮增压系统之间的强耦合关系,通常采用开环控制方法控制EGR率,即由发动机ECU通过其所采集的发动机转速、负荷、喷油量等信号查取存储在ECU中的EGR阀开度MAP,然后输出给执行机构。但是开环控制方法无法充分考虑到影响EGR率的多个参数,因此其很难对EGR率实现精准控制。此外,当燃烧系统要求的EGR率较大时,流经涡轮的废气能量不足,导致涡轮增压器增压比降低,为此必须采用复杂的双级涡轮增压或可变截面增压器等,增加了内燃机生产成本。
对传统内燃机,为了控制增压器增压比以及适应内燃机相对于涡轮增压器较为宽广的流量范围,涡轮增压器上通常须增加废气放气阀,以提高低速区域的增压比以及控制高速区域增压比不超出内燃机设计强度限值。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足,提供一种内燃机进排气系统及其控制方法,能够提高发动机EGR率,方便灵活的控制EGR率,简化增压器结构。
本发明提供的一种内燃机进排气系统,包括压气机、涡轮、气缸和三通管,所述压气机的出气口通过进气管与气缸连接,所述气缸通过排气歧管与排气管连接,所述排气歧管上设有排气歧管阀门,所述排气管与涡轮的进气口连接,所述涡轮的排气口与后排气管连接;所述三通管包括支管Ⅰ、支管Ⅱ和支管Ⅲ,所述支管Ⅰ与进气管连接,所述支管Ⅱ与排气歧管连接且支管Ⅱ与排气歧管的连接位置位于排气歧管阀门的上游,所述支管Ⅲ与后排气管连接,所述三通管中设有可关闭支管Ⅰ、支管Ⅱ或支管Ⅲ中的任意一个或多个的三通管阀门。
本发明的技术方案还有:所述气缸有六个。
本发明的技术方案还有:所述支管Ⅰ上设有单向阀,用于防止废气回流。
本发明的技术方案还有:所述支管Ⅰ上设有换热器,用于冷却废气。
本发明的技术方案还有:所述换热器位于单向阀的下游。
本发明提供的一种内燃机排气系统的控制方法:当发动机处于高负荷(外特性)工况时,此工况下发动机氮氧化合物的排放量高,而碳烟的排放量低,后处理系统对氮氧化合物的处理负荷很大,需要很高的EGR率,在高EGR率下,进入涡轮增压器的废气被引流进入进气管,所以增压比较为适中,涡轮不超速。将排气歧管阀门部分或完全关闭,以增大废气的压力,控制三通管阀门将支管Ⅰ和支管Ⅱ连通,关闭支管Ⅲ,废气经过支管Ⅱ和支管Ⅰ进入进气管,废气与新鲜空气混合后进入气缸参与燃烧过程,降低氮氧化合物的排放量。
当发动机处于中高负荷工况时,此工况下发动机氮氧化合物排放量较高,而碳烟排放量相对较低,后处理系统对氮氧化合物的处理负荷较大,为了调控发动机的氮氧化合物和碳烟的排放量,需要适度调整该工况下的EGR率,以降低氮氧化合物排放。由于所需的EGR率较低,因此在该工况下排气歧管阀门完全打开,不进行废气节流,控制三通管阀门将支管Ⅰ和支管Ⅱ连通,关闭支管Ⅲ,废气经过支管Ⅱ和支管Ⅰ进入进气管,废气与新鲜空气混合后进入气缸参与燃烧过程,降低氮氧化合物的排放量。
当发动机处于中等负荷工况时,此工况下发动机氮氧化合物和碳烟排放量均与后处理系统较为匹配,所以不需要调控氮氧化合物和碳烟的排放量,即不需要EGR。此时涡轮的增压比较高,转速较快,为了降低增压比,将排气歧管阀门完全打开,控制三通管阀门将支管Ⅰ关闭,支管Ⅱ和支管Ⅲ连通构成后排气管的旁通管路,由于部分废气被旁通,增压比得到控制。
当发动机处于中低负荷工况时,此工况下发动机氮氧化合物和碳烟排放量均与后处理系统较为匹配,所以不需要调控氮氧化合物和碳烟的排放量,即不需要EGR。由于发动机负荷为中低水平,所以排气能量有限,涡轮的增压比较低,不需要废气旁通以控制增压比,因此将排气歧管阀门完全打开,控制三通管阀门将支管Ⅰ、支管Ⅱ和支管Ⅲ关闭。
本发明的技术方案还有:可根据发动机需要控制一个或多个气缸进入对应状态。
相对于现有技术,本发明内燃机进排气系统的有益效果为:1、针对传统涡轮增压发动机EGR率较低的缺点(通常低于30%),引入排气歧管阀门,可以实现极高的EGR率(理论上可以实现100%);2、EGR率控制方便灵活,可以根据发动机工作需求关闭或开启一个或多个气缸的三通管阀门,实现多种EGR率组合;3、三通管路可以执行涡轮增压器废气放气阀的功能,降低涡轮增压器的复杂程度,降低生产成本及涡轮增压器的占用空间。
附图说明
图1为本发明内燃机进排气系统的结构示意图。
图中:1、压气机,2、涡轮,3、气缸,4、进气管,5、排气歧管,6、排气管,7、后排气管,8、排气歧管阀门,9、支管Ⅰ,10、支管Ⅱ,11、支管Ⅲ,12、三通管阀门,13、单向阀,14、换热器。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面根据附图对本发明具体实施方式作进一步说明。
如图1所示,一种内燃机进排气系统,包括压气机1、涡轮2、气缸3和三通管,所述气缸3有三个,所述压气机1的出气口通过进气管4与气缸3连接,所述气缸3通过排气歧管5与排气管6连接,所述排气歧管5上设有排气歧管阀门8,所述排气管6与涡轮2的进气口连接,所述涡轮2的排气口与后排气管7连接;所述三通管包括支管Ⅰ9、支管Ⅱ10和支管Ⅲ11,所述支管Ⅰ9与进气管4连接,支管Ⅰ9上设有单向阀13和换热器14,所述换热器14位于单向阀13的下游,所述支管Ⅱ10与排气歧管5连接且支管Ⅱ10与排气歧管5的连接位置位于排气歧管阀门8的上游,所述支管Ⅲ11与后排气管7连接,所述三通管中设有可关闭支管Ⅰ9、支管Ⅱ10或支管Ⅲ11中的任意一个或多个的三通管阀门12。
本发明提供的一种内燃机排气系统的控制方法:当发动机处于高负荷(外特性)工况时,此工况下发动机氮氧化合物的排放量高,而碳烟的排放量低,后处理系统对氮氧化合物的处理负荷很大,需要很高的EGR率,在高EGR率下,进入涡轮增压器2的废气被引流进入进气管4,所以增压比较为适中,涡轮不超速。将排气歧管阀门8部分或完全关闭,以增大废气的压力,控制三通管阀门12将支管Ⅰ9和支管Ⅱ10连通,关闭支管Ⅲ11,废气经过支管Ⅱ10和支管Ⅰ9进入进气管4,废气与新鲜空气混合后进入气缸3参与燃烧过程,降低氮氧化合物的排放量。可根据发动机需要控制一个或多个气缸3进入此状态。
当发动机处于中高负荷工况时,此工况下发动机氮氧化合物排放量较高,而碳烟排放量相对较低,后处理系统对氮氧化合物的处理负荷较大,为了调控发动机的氮氧化合物和碳烟的排放量,需要适度调整该工况下的EGR率,以降低氮氧化合物排放。由于所需的EGR率较低,因此在该工况下排气歧管阀门8完全打开,不进行废气节流,控制三通管阀门12将支管Ⅰ9和支管Ⅱ10连通,关闭支管Ⅲ11,废气经过支管Ⅱ10和支管Ⅰ9进入进气管4,废气与新鲜空气混合后进入气缸3参与燃烧过程,降低氮氧化合物的排放量。可根据发动机需要控制一个或多个气缸3进入此状态。
当发动机处于中等负荷工况时,此工况下发动机氮氧化合物和碳烟排放量均与后处理系统较为匹配,所以不需要调控氮氧化合物和碳烟的排放量,即不需要EGR。此时涡轮2的增压比较高,转速较快,为了降低增压比,将排气歧管阀门8完全打开,控制三通管阀门12将支管Ⅰ9关闭,支管Ⅱ10和支管Ⅲ11连通构成后排气管7的旁通管路,由于部分废气被旁通,增压比得到控制。可根据发动机需要控制一个或多个气缸3进入此状态。
当发动机处于中低负荷工况时,此工况下发动机氮氧化合物和碳烟排放量均与后处理系统较为匹配,所以不需要调控氮氧化合物和碳烟的排放量,即不需要EGR。由于发动机负荷为中低水平,所以排气能量有限,涡轮2的增压比较低,不需要废气旁通以控制增压比,因此将排气歧管阀门8完全打开,控制三通管阀门12将支管Ⅰ9、支管Ⅱ10和支管Ⅲ11关闭。可根据发动机需要控制一个或多个气缸3进入此状态。
上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

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本发明涉及内燃机领域,尤其是采用废气再循环技术(EGR)的涡轮增压内燃机,具体是一种内燃机进排气系统,包括压气机、涡轮、气缸、进气管、排气歧管、排气管和后排气管等部件,排气歧管上设有排气歧管阀门,进气管、排气歧管和后排气管通过三通管连接,三通管中设有三通管阀门。本发明还提供了该内燃机进排气系统的控制方法。本发明能够提高发动机EGR率,方便灵活的控制EGR率,简化增压器结构。 。

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