CN103114916A - Egr废气再循环控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种EGR废气再循环控制系统，其包括监控装置和废气循环装置，废气循环装置包括依次连接的排气歧管（1）、EGR取气管（2）、单向阀（4）、废气预冷通道（6）、废气处理装置（8）、EGR冷却器（10）、废气导入管（12）、废气稳压腔（13）、进气歧管（15）和燃烧室（16）。采用本发明主要有以下效果：当进气歧管压力高于排气歧管压力时，能避免新鲜混合气倒流，提高燃油经济性；EGR冷却系统中设置有预冷通道，能降低主冷却的压力，迅速降低废气的温度，提高进气密度；EGR废气处理装置能保护EGR阀不被污染，提高EGR率的有效性，避免碳烟颗粒进入燃烧室加快缸活塞组的磨损。

Description

EGR废气再循环控制系统

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种EGR废气再循环控制系统。

背景技术

纵观整个发动机行业的发展方向，节能、环保已成为时代的主题。随着全球排放法规的出台，人们越来越多的开始关注产品的排放特性。针对轻型柴油机、重型柴油机以及轿车柴油机，美国、日本、欧盟相继出台一系列新的排放法规，来限制氮氧化合物（NOX）、颗粒（PM）、以及碳氢化合物(HC)的排放量。排放法规的加严，对发动机新产品设计和开发提出了更大的挑战，尤其是柴油机欧Ⅴ排放升级到欧Ⅵ排放阶段。

为满足排放法规的要求，适应国际市场环境的变化，发动机技术集中在优化燃烧系统、改善燃油喷射技术、废气再循环控制（EGR）、先进的涡轮增压和两级涡轮增压、可变气门驱动、闭环燃烧控制等方面进行探索，其中EGR作为改善柴油机排放的重要组成部分，对EGR的布置、整机系统匹配以及EGR率（废气与进入燃烧室混合气的比值）的精确控制方面尤为重要。而现有的废气再循环控制（EGR）存在以下主要缺陷：

（1）发动机在低转速及极限工况下，新鲜空气倒流，燃烧不稳定，进气损失大；

（2）对导入缸内参与燃烧的废气，在无废气预冷时，EGR冷却系统压力较大，尤其是在低转速，中、高负荷工况，存在因EGR冷却能力不足导致进气温度过高，发动机出现爆震现象；

（3）传统意义上的EGR冷却器，不能够根据工况的改变而进行变温调节，发动机在某一工况仅对应一个最佳的温度；

（4）对导入缸内参与燃烧的废气，未进行过废气处理，废气中的碳烟粒子进入燃烧室会导致燃烧不稳定，导入过程中会污染EGR阀；

（5）废气直接导入进气歧管，容易造成废气和新鲜混合气混合不均匀。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种EGR废气再循环控制系统，其可对循环废气进行处理，降低主冷却器的压力，根据缸内的温度可实现变工况温度调节，促进废气和新鲜混合气的充分混合，稳定EGR废气压力。

（二）技术方案

为达上述目的，本发明提供一种EGR废气再循环控制系统，包括监控装置和废气循环装置；所述废气循环装置包括依次连接的排气歧管、EGR取气管、废气处理装置、EGR阀、废气导入管、进气歧管和燃烧室；所述监控装置包括设置于所述EGR取气管上的第一废气压力传感器、设置于废气导入管与进气歧管之间的第二废气压力传感器以及ECU控制单元，所述第一废气压力传感器和第二废气压力传感器将检测到的信号传递给所述ECU控制单元；所述EGR阀的通断由ECU控制单元控制。

优选的，所述废气循环装置还包括EGR冷却器，其连接于所述EGR阀与所述废气导入管之间；所述EGR冷却器与出水管连接。

优选的，所述EGR冷却器为可变流量的EGR冷却器；所述EGR冷却器上设有属于所述监控装置的第二水温传感器，其将检测到的信号传递给所述ECU控制单元。

优选的，所述EGR阀与所述废气导入管之间设有与所述EGR冷却器并联的EGR旁通阀；所述EGR旁通阀的通断由所述ECU控制单元控制。

优选的，所述废气循环装置还包括废气预冷通道，其连接于所述EGR取气管和所述废气处理装置之间。

优选的，所述废气预冷通道设在正时罩盖上，所述废气预冷通道的一端通过EGR波纹管与所述EGR取气管连接，且另一端通过废气连接管与所述废气处理装置连接。

优选的，冷却水源依次与水泵、气缸盖通路以及所述废气预冷通道连接。

优选的，所述废气预冷通道上设有属于所述监控装置的第一水温传感器，其将检测到的信号传递给所述ECU控制单元。

优选的，所述废气循环装置还包括单向阀，其连接于所述EGR取气管与所述EGR波纹管之间，使废气从所述EGR取气管至所述EGR波纹管单向流动。

另外，所述废气循环装置还包括废气稳压腔，其连接于所述废气导入管与所述第二废气压力传感器之间。

（三）有益效果

本发明采用上述技术方案提供的EGR废气再循环控制系统，主要有以下效果：（1）当进气歧管压力高于排气歧管压力时，能够避免新鲜混合气倒流，提高燃油经济性，降低废气损失；（2）EGR冷却系统中设置有预冷通道，能够降低主冷却的压力，迅速降低废气的温度，提高进气密度；（3）采用可变流量EGR冷却器，能够提高燃油经济性；（4）EGR废气处理装置能够保护EGR阀不被污染，提高EGR率的有效性，避免碳烟颗粒进入燃烧室加快缸活塞组的磨损；（5）废气稳压腔的设计，能够促进废气与新鲜混合气的混合，改善燃烧，降低NOX排放。

附图说明

图1是本发明EGR废气再循环控制系统的结构示意图。

图中，1：排气歧管；2：EGR取气管；3：第一废气压力传感器；4：单向阀；5：EGR波纹管；6：废气预冷通道；7：废气连接管；8：废气处理装置；9：EGR阀；10：EGR冷却器；11：EGR旁通阀；12：废气导入管；13：废气稳压腔；14：第二废气压力传感器；15：进气歧管；16：燃烧室；17：冷却水源；18：水泵；19：气缸盖通路；20：出水管；21：第一水温传感器；22：第二水温传感器；23：ECU控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的EGR废气再循环控制系统作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的EGR废气再循环控制系统包括监控装置和废气循环装置。废气循环装置包括依次连接的排气歧管1、EGR取气管2、单向阀4、EGR波纹管5、废气预冷通道6、废气连接管7、废气处理装置8、EGR阀9、EGR冷却器10、废气导入管12、废气稳压腔13、进气歧管15和燃烧室16。其中，废气处理装置8用以过滤炭烟颗粒，提高EGR率的有效性。

监控装置包括第一废气压力传感器3、第二废气压力传感器14、第一水温传感器21、第二水温传感器22和ECU控制单元23。通过监控装置可实时监测和调控EGR废气再循环控制系统的运行状态。

EGR冷却器10与出水管20连接，EGR冷却器10为可变流量的EGR冷却器。EGR冷却器10上设有第二水温传感器22，所述第二水温传感器22将检测到的信号传递给ECU控制单元23。

EGR阀9与废气导入管12之间设有与EGR冷却器10并联的EGR旁通阀11，其中，EGR阀9和EGR旁通阀11的通断由ECU控制单元23控制。该系统里面设置有可变流量式EGR冷却器10以及与EGR冷却器10并联的EGR旁通阀11，用来满足发动机不同工况下的控制策略。

废气预冷通道6设在正时罩盖上，特别是上罩盖上。冷却水源17依次与水泵18、气缸盖通路19以及所述废气预冷通道6连接。废气预冷通道6上设有第一水温传感器21，第一水温传感器21将检测到的信号传递给ECU控制单元23。废气预冷通道6能够降低主冷却装置（即EGR冷却器10）的压力，迅速降低废气的温度，提高进气密度。

单向阀4使废气从EGR取气管2至EGR波纹管5单向流动，用来控制低转速下及极限工况下的废气通路。EGR取气管2与单向阀4之间设有第一废气压力传感器3，第一废气压力传感器3将检测到的信号传递给ECU控制单元23。废气稳压腔13与进气歧管15之间设有第二废气压力传感器14，第二废气压力传感器14将检测到的信号传递给ECU控制单元23。其中，废气稳压腔13可均衡进入进气歧管之前的废气。

本发明的EGR废气再循环控制系统的控制机理：根据转速和负荷的变化由ECU判定EGR参与燃烧的工况条件，ECU按照标定的EGR脉谱对EGR阀进行步进控制。

系统设计参数如下：

EGR预冷却设计流量：10L/min（冷却水来自水泵进水口，具有最大的冷却能力）

进气温度：600℃～700℃

冷却液设计流量范围：10L/min～40L/min

出气温度：60℃～150℃

旁通阀的出气温度：150℃～300℃（主要目的是在保证迅速提高发动机工作温度的同时保护EGR阀）

单向阀的控制机理：当增压后的进气压力（既发动机进气歧管中的大气压力）高于排气歧管内的压力时候，控制气流的流动方向，保证足够的EGR驱动力。

EGR废气处理装置：cpsi（孔道密度）=600；

PM（排放的碳烟粒子）直径＜0.1mm（净化能力）；

废气稳压腔：稳压腔容积=0.9L。

本发明的EGR废气再循环控制系统的工作过程描述如下：

废气经排气歧管1出来，由EGR取气管2导出，此时由第一废气压力传感器3监测废气的压力，通过单向阀4、EGR波纹管5汇集到设置于正时上罩盖的废气预冷通道6处进行预冷，该通道设在水泵进水口与缸盖分开，单独使用未经气缸体曲轴箱预热过的冷却水冷却，冷却能力强。经预冷的废气随后经废气连接管7到达废气处理装置8净化，可过滤废气中的碳烟颗粒，然后依靠EGR阀9对废气量进行控制。正常温度状态下，从EGR阀9出来的废气经过可变流量的EGR冷却器10、废气导入管12进入废气稳压腔13，废气稳压腔13可均衡进入进气歧管之前的废气，稳定EGR废气压力，减少波动现象。但当发动机工作温度低于正常状态时，从EGR阀9出来的废气经EGR旁通阀11、废气导入管12进入废气稳压腔13。废气经废气稳压腔13出来由第二废气压力传感器14检测实际进入进气歧管15的废气压力，废气在进气歧管15内随新鲜混合气进入燃烧室16参与燃烧。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (10)

1.一种EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述EGR废气再循环控制系统包括监控装置和废气循环装置；所述废气循环装置包括依次连接的排气歧管（1）、EGR取气管（2）、废气处理装置（8）、EGR阀（9）、废气导入管（12）、进气歧管（15）和燃烧室（16）；所述监控装置包括设置于所述EGR取气管（2）上的第一废气压力传感器（3）、设置于废气导入管（12）与进气歧管（15）之间的第二废气压力传感器（14）以及ECU控制单元（23），所述第一废气压力传感器（3）和第二废气压力传感器（14）将检测到的信号传递给所述ECU控制单元（23）；所述EGR阀（9）的通断由ECU控制单元（23）控制。

2.根据权利要求1所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述废气循环装置还包括EGR冷却器（10），其连接于所述EGR阀（9）与所述废气导入管（12）之间；所述EGR冷却器（10）与出水管（20）连接。

3.根据权利要求2所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述EGR冷却器（10）为可变流量的EGR冷却器；所述EGR冷却器（10）上设有属于所述监控装置的第二水温传感器（22），其将检测到的信号传递给所述ECU控制单元（23）。

4.根据权利要求3所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述EGR阀（9）与所述废气导入管（12）之间设有与所述EGR冷却器（10）并联的EGR旁通阀（11）；所述EGR旁通阀（11）的通断由所述ECU控制单元（23）控制。

5.根据权利要求1-4任一项所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述废气循环装置还包括废气预冷通道（6），其连接于所述EGR取气管（2）和所述废气处理装置（8）之间。

6.根据权利要求5所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述废气预冷通道（6）设在正时罩盖上，所述废气预冷通道（6）的一端通过EGR波纹管（5）与所述EGR取气管（2）连接，且另一端通过废气连接管（7）与所述废气处理装置（8）连接。

7.根据权利要求6所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：冷却水源（17）依次与水泵（18）、气缸盖通路（19）以及所述废气预冷通道（6）连接。

8.根据权利要求7所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述废气预冷通道（6）上设有属于所述监控装置的第一水温传感器（21），其将检测到的信号传递给所述ECU控制单元（23）。

9.根据权利要求8所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述废气循环装置还包括单向阀（4），其连接于所述EGR取气管（2）与所述EGR波纹管（5）之间，使废气从所述EGR取气管（2）至所述EGR波纹管（5）单向流动。

10.根据权利要求1-4任一项所述的EGR废气再循环控制系统，其特征在于：所述废气循环装置还包括废气稳压腔（13），其连接于所述废气导入管（12）与所述第二废气压力传感器（14）之间。

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