內(nèi)燃機(jī)全工況egr率可調(diào)的二級(jí)增壓系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)及其控制方法，是在目前應(yīng)用的EGR兩級(jí)增壓系統(tǒng)的并聯(lián)于排氣總管和進(jìn)氣總管上的氣體回路上并聯(lián)兩個(gè)旁通管路，其中的第一旁通管路上設(shè)有與所述高壓級(jí)渦輪機(jī)及高壓級(jí)壓氣機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)連接的高壓級(jí)EGR泵和與所述低壓級(jí)渦輪機(jī)及低壓級(jí)壓氣機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)連接的低壓級(jí)EGR泵，第二旁通管路上設(shè)有高壓級(jí)EGR泵旁通閥和低壓級(jí)EGR泵旁通閥。根據(jù)進(jìn)氣壓差變化調(diào)節(jié)氣泵旁通閥與EGR匹配方式，保證二級(jí)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在較寬的工況范圍內(nèi)能夠滿足對(duì)EGR率的需求。設(shè)置高、低壓級(jí)旁通閥關(guān)閉順序，并比例關(guān)閉閥門(mén)，減小了同軸泵對(duì)二級(jí)增壓系統(tǒng)能量的損耗和EGR壓力突變對(duì)燃燒的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的二級(jí)増壓系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)增壓系統(tǒng)，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以節(jié)能減排為目標(biāo)，增壓技術(shù)在重型柴油機(jī)上的應(yīng)用日益廣泛。二級(jí)增壓柴油機(jī)較單級(jí)增壓相比進(jìn)氣量顯著增加，促進(jìn)油氣混合燃燒，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)升功率和扭矩，但容易導(dǎo)致缸內(nèi)富氧燃燒，NOx排放量相對(duì)單級(jí)增壓更大，進(jìn)而需要大EGR率，有助于達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)的要求。目前，傳統(tǒng)單級(jí)增壓柴油機(jī)廣泛采用將廢氣從柴油機(jī)渦前位置入到中冷器后進(jìn)氣管的高壓EGR引入方式，但由于配置二級(jí)增壓器的重型柴油機(jī)其極高的進(jìn)氣壓力會(huì)嚴(yán)重影響進(jìn)排氣壓差，導(dǎo)致該EGR引入方式下的EGR率可調(diào)范圍受限。
[0003]國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究成果表明:單級(jí)增壓器僅借助單級(jí)EGR栗(渦輪增壓器同軸驅(qū)動(dòng)的氣栗)對(duì)排氣加壓即可達(dá)到符合發(fā)動(dòng)機(jī)工況性能需求的EGR率，但若將其直接應(yīng)用于二級(jí)增壓器的EGR系統(tǒng)，需要對(duì)單級(jí)栗進(jìn)行重新選型和配置的同時(shí)也會(huì)存在兩方面問(wèn)題:在高增壓級(jí)渦輪處同軸配置EGR栗可能導(dǎo)致能耗損失過(guò)大，影響二級(jí)壓氣機(jī)工作效率;低壓級(jí)渦輪處同軸配置EGR栗又可能導(dǎo)致EGR可調(diào)范圍小，不能滿足二級(jí)增壓柴油機(jī)全負(fù)荷工況范圍內(nèi)回流廢氣量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決僅通過(guò)單個(gè)EGR栗難以滿足二級(jí)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)較好的廢氣再循環(huán)的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的主要思想是:對(duì)目前應(yīng)用的高壓EGR進(jìn)氣裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使用兩個(gè)氣栗，即帶有旁通閥的高、低壓級(jí)的EGR栗，可根據(jù)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦前與進(jìn)氣壓差變化調(diào)節(jié)氣栗旁通閥與EGR匹配方式，保證二級(jí)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在較寬的工況范圍內(nèi)能夠滿足對(duì)EGR率的需求。設(shè)置了高、低壓級(jí)旁通閥關(guān)閉順序，并比例關(guān)閉閥門(mén)，減小了同軸栗對(duì)二級(jí)增壓系統(tǒng)能量的損耗，和EGR壓力突變對(duì)燃燒的影響。該裝置可用于優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)EGR引入技術(shù)，根據(jù)排氣背壓與進(jìn)氣增壓后壓力之差大小，調(diào)節(jié)EGR壓力，能在任意工況下實(shí)現(xiàn)較大比例的EGR率。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出如下技術(shù)方案。
[0007]本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)，包括與電子控制單元ECU控制連接的內(nèi)燃機(jī)、通過(guò)進(jìn)氣歧管連接在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口上的進(jìn)氣總管、通過(guò)排氣歧管連接在內(nèi)燃機(jī)排氣口上的排氣總管、與排氣總管依序氣路連通的高壓級(jí)渦輪機(jī)、低壓級(jí)渦輪機(jī)，與進(jìn)氣總管依序氣路連通的進(jìn)氣中冷器、高壓級(jí)壓氣機(jī)、低壓級(jí)壓氣機(jī)，設(shè)置在并聯(lián)于排氣總管和進(jìn)氣總管上的氣體回路中的電控EGR閥和EGR7令卻器；
[0008]在所述并聯(lián)于排氣總管5和進(jìn)氣總管I上的氣體回路上并聯(lián)兩個(gè)旁通管路，其中的第一旁通管路上設(shè)有與所述高壓級(jí)渦輪機(jī)及高壓級(jí)壓氣機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)連接的高壓級(jí)EGR栗和與所述低壓級(jí)渦輪機(jī)及低壓級(jí)壓氣機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)連接的低壓級(jí)EGR栗，第二旁通管路上設(shè)有高壓級(jí)EGR栗旁通閥和低壓級(jí)EGR栗旁通閥，在第一旁通管路a的高壓級(jí)EGR栗和低壓級(jí)EGR栗之間與第二旁通管路的高壓級(jí)EGR栗旁通閥和低壓級(jí)EGR栗旁通閥之間設(shè)有連通該兩個(gè)旁通管路的并聯(lián)管路；
[0009]設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)的氧傳感器，設(shè)置在排氣總管和進(jìn)氣總管間的壓差傳感器，設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)凸輪軸上的轉(zhuǎn)速傳感器，設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)曲軸上的扭矩傳感器；
[0010]所述的電子控制單元ECU分別與氧傳感器、壓差傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器通訊連接，與高壓級(jí)EGR栗旁通閥、低壓級(jí)EGR栗旁通閥和電控EGR閥分別控制連接。
[0011]基于上述本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)的控制方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0012]a.首先由設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)凸輪軸上的轉(zhuǎn)速傳感器和設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)曲軸上的扭矩傳感器向電子控制單元ECU傳遞其工況變化信號(hào)，電子控制單元ECU根據(jù)傳遞的信號(hào)判斷內(nèi)燃機(jī)所處于的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置目標(biāo)EGR率α ；
[0013]b.電子控制單元ECU通過(guò)設(shè)置在排氣總管和進(jìn)氣總管間的壓差傳感器獲取壓差ΛP，若壓差ΛΡ〈0，進(jìn)行步驟c;若壓差ΛΡ>0，高壓級(jí)EGR栗旁通閥和低壓級(jí)EGR栗旁通閥開(kāi)啟，進(jìn)行步驟e ；
[0014]c.比例關(guān)閉低壓級(jí)EGR栗旁通閥，若壓差ΛΡ〈0，則進(jìn)行步驟d;若壓差ΛΡ>0，則進(jìn)行步驟e ；
[0015]d.保持低壓級(jí)EGR栗旁通閥開(kāi)度不變，并比例關(guān)閉高壓級(jí)EGR栗旁通閥，進(jìn)行步驟e；
[0016]e.根據(jù)目標(biāo)EGR流量，電子控制單元E⑶調(diào)節(jié)電控EGR閥門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)EGR率α。
[0017]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0018]1、本實(shí)用新型中設(shè)計(jì)的可調(diào)兩級(jí)EGR栗進(jìn)氣系統(tǒng)，以進(jìn)排氣壓差為控制目標(biāo)，通過(guò)ECU對(duì)EGR閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下EGR較好的引入效果，S卩EGR寬范圍可調(diào)，理論上可以較好地解決法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所要求的NOx排放問(wèn)題。
[0019]2、高、低壓級(jí)都設(shè)置帶旁通閥的EGR栗，在不同工況下匹配相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)閉狀態(tài)，可極大地減小同軸栗對(duì)二級(jí)增壓系統(tǒng)能量的損耗。
[0020]3、設(shè)置了低壓級(jí)旁通閥先開(kāi)順序，并比例關(guān)閉閥門(mén)，減小EGR率可調(diào)裝置對(duì)燃燒的突變影響，防止發(fā)動(dòng)機(jī)因排氣背壓突變而引起增壓器不穩(wěn)定工作運(yùn)。
[0021]4、此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需增加兩個(gè)氣栗和旁通閥及其對(duì)應(yīng)管路;控制策略簡(jiǎn)捷，僅需對(duì)閥進(jìn)行開(kāi)度單調(diào)控制。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)控制方式流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]參照?qǐng)D1，一種內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)，包括與電子控制單元ECU17控制連接的內(nèi)燃機(jī)3、通過(guò)進(jìn)氣歧管2連接在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口上的進(jìn)氣總管1、通過(guò)排氣歧管4連接在內(nèi)燃機(jī)排氣口上的排氣總管5、與排氣總管5依序氣路連通的高壓級(jí)渦輪機(jī)9、低壓級(jí)渦輪機(jī)12，與進(jìn)氣總管I依序氣路連通的進(jìn)氣中冷器6、高壓級(jí)壓氣機(jī)10、低壓級(jí)壓氣機(jī)11，設(shè)置在并聯(lián)于排氣總管5和進(jìn)氣總管I上的氣體回路c中的電控EGR閥15和EGR冷卻器16；
[0026]在所述并聯(lián)于排氣總管5和進(jìn)氣總管I上的氣體回路c上并聯(lián)兩個(gè)旁通管路a和b，其中的第一旁通管路a上設(shè)有與所述高壓級(jí)渦輪機(jī)9及高壓級(jí)壓氣機(jī)10同軸驅(qū)動(dòng)連接的高壓級(jí)EGR栗8和與所述低壓級(jí)渦輪機(jī)12及低壓級(jí)壓氣機(jī)11同軸驅(qū)動(dòng)連接的低壓級(jí)EGR栗13，第二旁通管路b上設(shè)有高壓級(jí)EGR栗旁通閥7和低壓級(jí)EGR栗旁通閥14，在第一旁通管路a的高壓級(jí)EGR栗8和低壓級(jí)EGR栗13之間與第二旁通管路b的高壓級(jí)EGR栗旁通閥7和低壓級(jí)EGR栗旁通閥14之間設(shè)有連通該兩個(gè)旁通管路的并聯(lián)管路d;
[0027]設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管2內(nèi)的氧傳感器18，設(shè)置在排氣總管5和進(jìn)氣總管I間的壓差傳感器19，設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)凸輪軸上的轉(zhuǎn)速傳感器20，設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)曲軸上的扭矩傳感器21；
[0028]所述的電子控制單元ECU17分別與氧傳感器18、壓差傳感器19、轉(zhuǎn)速傳感器20、扭矩傳感器21通訊連接，與高壓級(jí)EGR栗旁通閥7、低壓級(jí)EGR栗旁通閥14和電控EGR閥15分別控制連接。
[0029 ]基于上述的內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0030]a.首先由設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)凸輪軸上的轉(zhuǎn)速傳感器20和設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)曲軸上的扭矩傳感器21向電子控制單元ECU17傳遞其工況變化信號(hào)，電子控制單元ECU17根據(jù)傳遞的信號(hào)判斷內(nèi)燃機(jī)所處于的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置目標(biāo)EGR率α;
[0031]b.電子控制單元ECU17通過(guò)設(shè)置在排氣總管5和進(jìn)氣總管I間的壓差傳感器19獲取壓差ΛΡ，若壓差ΛΡ〈0，進(jìn)行步驟c ；若壓差ΛΡ>0，高壓級(jí)EGR栗旁通閥7和低壓級(jí)EGR栗旁通閥14開(kāi)啟，進(jìn)行步驟e;
[0032]c.比例關(guān)閉低壓級(jí)EGR栗旁通閥14，若壓差ΛΡ〈0，則進(jìn)行步驟d;若壓差ΛΡ>0，則進(jìn)行步驟e ；
[0033]d.保持低壓級(jí)EGR栗旁通閥14開(kāi)度不變，并比例關(guān)閉高壓級(jí)EGR栗旁通閥7，進(jìn)行步驟e;
[0034]e.根據(jù)目標(biāo)EGR流量，電子控制單元ECU17調(diào)節(jié)電控EGR閥門(mén)15開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)EGR率CU
[0035]本方法控制策略先調(diào)節(jié)低壓級(jí)EGR栗旁通閥14的開(kāi)度，由于低壓級(jí)渦輪轉(zhuǎn)速相對(duì)較慢，通過(guò)低壓級(jí)EGR栗加壓，EGR壓力變化率平滑，不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況突變;所述步驟d在低壓級(jí)EGR栗旁通閥14完全關(guān)閉，渦前與進(jìn)氣壓差ΛΡ依然為負(fù)，再減小高壓級(jí)EGR栗旁通閥7開(kāi)度，極大地減小了同軸栗對(duì)二級(jí)增壓系統(tǒng)能量的損耗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)燃機(jī)全工況EGR率可調(diào)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)，包括與電子控制單元ECU(17)控制連接的內(nèi)燃機(jī)(3)、通過(guò)進(jìn)氣歧管(2)連接在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口上的進(jìn)氣總管(I)、通過(guò)排氣歧管(4)連接在內(nèi)燃機(jī)排氣口上的排氣總管(5)、與排氣總管(5)依序氣路連通的高壓級(jí)渦輪機(jī)(9)、低壓級(jí)渦輪機(jī)(12)，與進(jìn)氣總管(I)依序氣路連通的進(jìn)氣中冷器(6)、高壓級(jí)壓氣機(jī)(10)、低壓級(jí)壓氣機(jī)(11)，設(shè)置在并聯(lián)于排氣總管(5)和進(jìn)氣總管(I)上的氣體回路(c)中的電控EGR閥(15)和EGR冷卻器(16)，其特征在于: 在所述并聯(lián)于排氣總管(5)和進(jìn)氣總管(I)上的氣體回路(c)上并聯(lián)兩個(gè)旁通管路(a和b)，其中的第一旁通管路(a)上設(shè)有與所述高壓級(jí)渦輪機(jī)(9)及高壓級(jí)壓氣機(jī)(10)同軸驅(qū)動(dòng)連接的高壓級(jí)EGR栗(8)和與所述低壓級(jí)渦輪機(jī)(12)及低壓級(jí)壓氣機(jī)(11)同軸驅(qū)動(dòng)連接的低壓級(jí)EGR栗(13)，第二旁通管路(b)上設(shè)有高壓級(jí)EGR栗旁通閥(7)和低壓級(jí)EGR栗旁通閥(14)，在第一旁通管路(a)的高壓級(jí)EGR栗(8)和低壓級(jí)EGR栗(13)之間與第二旁通管路(b)的高壓級(jí)EGR栗旁通閥(7)和低壓級(jí)EGR栗旁通閥(14)之間設(shè)有連通該兩個(gè)旁通管路的并聯(lián)管路(d); 設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管(2)內(nèi)的氧傳感器(18)，設(shè)置在排氣總管(5)和進(jìn)氣總管(I)間的壓差傳感器(19)，設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)凸輪軸上的轉(zhuǎn)速傳感器(20)，設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)曲軸上的扭矩傳感器(21)； 所述的電子控制單元ECU( 17)分別與氧傳感器(18)、壓差傳感器(19)、轉(zhuǎn)速傳感器(20)、扭矩傳感器(21)通訊連接，與高壓級(jí)EGR栗旁通閥(7)、低壓級(jí)EGR栗旁通閥(14)和電控EGR閥(15)分別控制連接。
【文檔編號(hào)】F02M26/34GK205618263SQ201620473535
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】袁興, 劉忠長(zhǎng), 田徑, 許允, 高官龍
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)