技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
发动机的废气再循环系统，尤其是一种混联式废气再循环系统及其使用方法。
背景技术
[0002] 提高发动机热效率，降低油耗是
汽车工业应对世界范围内
能源和环境压
力的一个重要课题。以
汽油机为例，在汽油机的整个运行工况范围内，降低
传热损失是汽油机提升热效率的一个重要手段。其中，在低负荷的非
爆震工况，
泵气损失高是其热效率低的一个重要原因，而爆震燃烧是制约汽油机高负荷工况热效率提升的主要因素。工程中，常用的抑制爆震的方法是推迟
点火角。但推迟点火角不仅会导致汽油机热效率急剧下降，也会影响汽车的动力性能。在汽油机节油技术中，提高几何压缩比是提高热效率的有效办法，也是汽油机技术一直努力的方向。但提高几何压缩比不仅会加重高负荷工况的爆震，也会将爆震燃烧向低负荷区域扩展，从而限制了提高几何压缩比带来的油耗改善幅度。因此，提高汽油机热效率，不仅要改善汽油机传
热损失，降低低负荷非爆震工况的泵气损失，而且也要特别关注抑制汽油机高负荷的爆震燃烧。
[0003] 目前在汽油机上的废气再循环系统(EGR)可以在一定程度上改善传热损失、降低泵气损失和抑制爆震燃烧。常见的高压EGR系统如图1所示，是指将发动机排出的废气，在排气
歧管处引出，经冷却后，进入
进气歧管，从而重新进入缸内参与燃烧的技术。在图1中，新鲜空气经进气通路进入发动机202中，进气通路上设置有空气滤清器200和节气
门201，废气中的一部分从取废气通路再次进入发动机202中，取废气通路上设置有中冷器203和高压EGR
阀204，废气中的另一部分从排气通路排出，排气通路上设置有三元催化器205和消声器206。高压EGR的引入，由于增加了混合气
比热容，使得燃烧
温度得以降低，从而减低了传热损失。在低负荷非爆震工况，由于高压EGR的稀释作用，使得泵气损失得以降低。而在高负荷爆震工况，冷却了的高压EGR，一方面由于燃烧温度的降低，使得末端未燃混合气的温度降低，从而使爆震得以抑制。另一方面，EGR内含有的惰性气体，会增加淬熄反应的程度，从而延长末端未燃混合气的自燃时间，最终达到抑制爆震的效果。
[0004] 但是，目前的高压EGR系统的结构决定了其在高负荷工况的爆震抑制和低负荷非爆震工况的泵气损失改善上存在不足，不能充分发挥高压EGR的节油潜力。如图1所示，高压EGR的废气是从三元催化器上游的
排气歧管取出，也就是说相比三元催化下游取废气，EGR回路中含有的NOx含量要高50倍左右(一般三元催化的NOx降低效率约98％左右)。而大量的研究已经表明，废气中的NOx含量会诱发爆震，加重爆震燃烧的强度。也就是说，目前的高压EGR系统虽然可以通过降低燃烧温度来抑制爆震，但同时，废气中含有的大量NOx又会加重爆震。因此，高压EGR抑制爆震的效果大打折扣，其节油的潜力没有得到充分发挥。另一方面，在低负荷非爆震工况，高压EGR阀上下游的压差较大(上游为三元催化前的排气歧管，压力大于
大气压；下游为节气门后的进气歧管，压力为
负压)，因此可以实现较大的EGR率，从而降低泵气损失。这是有利于油耗改善的。但同时需要指出的是，太大的EGR率会导致燃烧不稳定，特别是在小负荷工况下。综上所述，为了进一步提高高压EGR的节油效果，必须要对现有的高压EGR系统进行改进，使之能够实现最大化的爆震抑制和泵气损失改善。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种混联式废气再循环系统及其使用方法，以解决现有EGR系统爆震抑制效果较差及燃油经济性较差的问题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种混联式废气再循环系统，包括：
[0007] 进气模
块，包括进气管道、设置在进气管道上的节气门和分别与进气管道及发动机连接的进气歧管；
[0008] 排气模块，包括排气管道、分别与发动机及排气管道连接的排气歧管和用于
净化排气管道内废气中氮
氧化物的催化装置；
[0009] 取废气模块，包括取废气管道、多通阀、中冷器、
旁通阀和用于调节废气流量的EGR阀，所述取废气管道具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口与所述排气歧管和催化装置之间的排气管道相连通，所述第二端口与具有经所述催化装置处理后的废气的排气管道相连通，所述第三端口与所述节气门和进气歧管之间的进气管道相连通，所述多通阀、中冷器、旁通阀和EGR阀分别设置在所述取废气管道上，所述中冷器和旁通阀并联设置，所述多通阀具有与所述第一端口连通的第四端口、与所述第二端口连通的第五端口以及经中冷器或旁通阀及EGR阀与第三端口连通的第六端口；
[0010] 其中，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第一端口处的废气、仅取用第二端口处的废气或同时取用第一端口及第二端口处的废气，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口流出的废气经中冷器或旁通阀及EGR阀与所述第三端口连通。
[0011] 进一步地，在发动机低负荷工况下，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第一端口处的废气，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口流出的废气经旁通阀及EGR阀与所述第三端口连通。
[0012] 进一步地，发动机的低负荷工况对应的负荷为：0～P1*Lm，其中，P1：20％～40％，Lm为发动机的最大负荷。
[0013] 进一步地，在发动机中负荷工况下，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第一端口处的废气，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口流出的废气经中冷器及EGR阀与所述第三端口连通。
[0014] 进一步地，发动机的中负荷工况对应的负荷为：P1*Lm～P2*Lm，其中，P1：20％～40％，P2：30％～60％，P2大于P1，Lm为发动机的最大负荷。
[0015] 进一步地，在发动机高负荷工况下，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第二端口处的废气或同时取用第一端口及第二端口处的废气，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口流出的废气经中冷器及EGR阀与所述第三端口连通。
[0016] 进一步地，发动机的高负荷工况对应的负荷为：P2*Lm～Lm，其中，P2：30％～60％，Lm为发动机的最大负荷。
[0017] 进一步地，所述EGR阀为高压EGR阀，所述高压EGR阀两端的压差范围为：0～H1，其中，H1：20～150千帕。
[0018] 进一步地，所述进气模块还包括与进气管道连通的进气总管和设置在进气管道上的空气滤清器，所述进气总管固定在进气歧管上，且与所述取废气管道的第三端口连通，所述节气门位于所述空气滤清器和进气歧管之间，所述排气模块还包括消声器和与排气管道连通的排气总管，所述消声器设置在所述催化装置的下游，所述排气总管固定在排气歧管上，且与所述取废气管道的第一端口连通。
[0019] 进一步地，所述发动机为点燃式的发动机，所述发动机为汽油机、
天然气发动机或
乙醇发动机，所述催化装置为三元催化器，所述多通阀为三通阀，所述EGR阀由
电机驱动，所述多通阀为电控多通阀，所述旁通阀为电控旁通阀，所述中冷器和旁通阀同时设置在EGR阀的上游、同时设置在EGR阀的下游或者分别同时设置在EGR阀的上游和下游，所述混联式废气再循环系统应用在
自然吸气发动机上或
增压发动机上，所述增压发动机为
涡轮增压发动机、机械增压发动机或双增压发动机。
[0020] 本发明还提供了一种混联式废气再循环系统的使用方法，应用在所述的混联式废气再循环系统上，该使用方法包括：通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第一端口处的废气、仅取用第二端口处的废气或同时取用第一端口及第二端口处的废气，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口流出的废气经中冷器或旁通阀及EGR阀与所述第三端口连通。
[0021] 进一步地，当发动机为低负荷工况时，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第一端口处的废气，打开所述旁通阀使得废气经所述旁通阀和EGR阀流入进气歧管中；
[0022] 当发动机为中负荷工况时，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第一端口处的废气，关闭所述旁通阀使得废气经所述中冷器和EGR阀流入进气歧管中；
[0023] 当发动机为高负荷工况时，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块仅取用第二端口处的废气或同时取用第一端口及第二端口处的废气，关闭所述旁通阀使得废气经所述中冷器和EGR阀流入进气歧管中。
[0024] 进一步地，当发动机为高负荷工况时，通过控制所述多通阀使得所述取废气模块同时取用的第一端口及第二端口处的废气，且通过所述多通阀调节取用第一端口处的废气及第二端口处的废气之间的比例。
[0025] 本发明提供了一种混联式废气再循环系统及其使用方法，通过两路EGR取废气回路形成混联式的高压EGR系统，通过控制多通阀使得取废气模块从两路取废气回路中的一路或两路取废气，使得EGR系统能适用于不同的发动机负荷工况，提升了高压EGR的爆震抑制性能，提高了发动机爆震工况的燃油经济性。此外，通过设计废气中冷的旁通功能，进一步提高了发动机非爆震工况的热效率，降低了油耗，从而改善了发动机整体的燃油经济性。
附图说明
[0026] 图1为
现有技术中EGR系统的结构示意图；
[0027] 图2为本发明
实施例提供的EGR系统的结构示意图。
[0028] 图中，200：空气滤清器，201：节气门，202：发动机，203：中冷器，204：高压EGR阀，205：三元催化器，206：消声器，1：空气滤清器，2：进气管道，3：节气门，4：进气歧管，5：发动机，6：排气歧管，7：排气管道，8：催化装置，9：消声器，10：取废气管道，101：第一端口，102：
第二端口，103：第三端口，11：多通阀，111：第四端口，112：第五端口，113：第六端口，12：中冷器，13：旁通阀，14：EGR阀。
具体实施方式
[0029] 下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和
权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0030] 如图2所示，本实施例提供了一种混联式废气再循环系统，包括：
[0031] 进气模块，包括进气管道2、设置在进气管道2上的节气门3和分别与进气管道2及发动机5连接的进气歧管4；
[0032] 排气模块，包括排气管道7、分别与发动机5及排气管道7连接的排气歧管6和用于净化排气管道7内废气中氮氧化物(NOx)的催化装置8；
[0033] 取废气模块，包括取废气管道10、多通阀11、中冷器12、旁通阀13和用于调节废气流量的EGR阀14，所述取废气管道10具有第一端口101、第二端口102和第三端口103，所述第一端口101与所述排气歧管6和催化装置8之间的排气管道7相连通，所述第二端口102与具有经所述催化装置8处理后的废气的(即催化装置下游的)排气管道7相连通，所述第三端口103与所述节气门201和进气歧管4之间的进气管道2相连通，所述多通阀11、中冷器12、旁通阀13和EGR阀14分别设置在所述取废气管道10上，所述中冷器12和旁通阀13并联设置，所述多通阀11具有与所述第一端口101连通的第四端口111、与所述第二端口102连通的第五端口112以及经中冷器12或旁通阀13及EGR阀14与第三端口103连通的第六端口113；
[0034] 其中，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第一端口101处的废气、仅取用第二端口102处的废气或同时取用第一端口101及第二端口102处的废气，通过控制所述旁通阀13使得所述多通阀11的第六端口113流出的废气经中冷器12或旁通阀13及EGR阀14与所述第三端口113连通。
[0035] 在发动机低负荷工况下，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第一端口101处的废气，通过控制所述旁通阀13使得所述多通阀11的第六端口113流出的废气经旁通阀13及EGR阀14与所述第三端口103连通。此时，不仅实现了EGR阀14两侧压差的最大化，易于实现高EGR率，而且废气不经
过冷却，有助于发动机5在高EGR率下保持良好的燃烧
稳定性，从而充分发挥高压EGR降低泵气损失的优势，达到最大化的油耗改善。
[0036] 在发动机中负荷工况下，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第一端口101处的废气，通过控制所述旁通阀13使得所述多通阀11的第六端口113流出的废气经中冷器12及EGR阀14与所述第三端口103连通。在中负荷工况下，发动机5的排气温度相对于低负荷工况要高，高温的废气进入发动机5会使得混合气的温度升高，从而引起发动机5发生爆震的倾向，使得发动机5热效率下降，油耗上升。而EGR废气经过中冷器12的冷却之后，降低了温度，减弱了发动机5产生爆震的倾向，达到最佳的发动机油耗改善。
[0037] 在发动机高负荷工况下，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第二端口102处的废气或同时取用第一端口101及第二端口102处的废气，通过控制所述旁通阀13使得所述多通阀11的第六端口113流出的废气经中冷器12及EGR阀14与所述第三端口103连通。
[0038] 具体地，在发动机高负荷工况下，通过控制多通阀11可以实现两种EGR工作模式。一种模式是关闭第一端口101到多通阀11的回路，打开第二端口102到多通阀11的回路，并关闭旁通阀13。废气经第二端口102，并在中冷器12的冷却之后，流经EGR阀14并最终进入发动机5。在这种工作模式下，废气中的NOx经催化装置8催化转化后含量非常低，有利于充分发挥高压EGR抑制爆震的潜力。另外一种EGR的模式是同时打开第一端口101到多通阀11的回路和第二端口102到多通阀11的回路，这两路废气的比例通过多通阀11来调节(即通过所述多通阀调节取用的第一端口101处的废气及第二端口102处的废气之间的比例)，同时，关闭旁通阀13。两路废气在多通阀11后(即在第六端口113处)汇合，经过中冷器12的冷却之后，流经EGR阀14并最终进入发动机5。在这种工作模式下，兼顾了催化装置8后取废气带来的NOx含量低的优势，同时保持了催化装置8前取废气带来的EGR率大的优势，从而获得综合的爆震抑制能力和最大化的节油效果。
[0039] 对于不同的发动机，各个发动机的低负荷工况常常会不相同。对于中负荷工况和高负荷工况，也是如此，本领域技术人员需要根据发动机的类型确定其低负荷工况、中负荷工况和高负荷工况的具体范围。
[0040] 作为一个非限制性的实施例，发动机的低负荷工况对应的负荷为：0～P1*Lm，发动机的中负荷工况对应的负荷为：P1*Lm～P2*Lm，发动机的高负荷工况对应的负荷为：P2*Lm～Lm，其中，P1：20％～40％，P2：30％～60％，P2大于P1，Lm为发动机的最大负荷。
[0041] 请继续参考图1，作为一个非限制的例子，在本实施例中，所述EGR阀为高压EGR阀，所述高压EGR阀两端的压差范围为：0～H1，其中，H1：20～150千帕。
[0042] 进一步地，所述进气模块还包括与进气管道连通的进气总管(图中未标注)和设置在进气管道2上的空气滤清器1，所述进气总管固定在进气歧管4上，且与所述取废气管道10的第三端口103连通，所述节气门3位于所述空气滤清器1和进气歧管4之间，所述排气模块还包括消声器9和与排气管道7连通的排气总管(图中未标注)，所述消声器9设置在所述催化装置8的下游，所述排气总管固定在排气歧管6上，且与所述取废气管道10的第一端口101连通。
[0043] 所述发动机为点燃式的发动机，所述发动机为汽油机、天然气发动机或乙醇发动机。在本实施例中，其为汽油机。所述催化装置为三元催化器。多通阀11具有第四端口111、第五端口112和第六端口113，故该多通阀11至少为三通阀。以该多通阀为
四通阀为例，四通阀的第四端口111、第五端口112和第六端口113之一的数量为两个，例如，第四端口111的数量为两个，则在排气总管与两个第四端口111之间设置两根取废气管道10即可。在本实施例中，所述多通阀11优选为三通阀。
[0044] 所述EGR阀14、多通阀11和旁通阀13可分别采用多种驱动方式。例如，所述EGR阀由电机驱动或
电磁阀驱动，所述多通阀11采用液压驱动或电驱动，所述旁通阀13采用液压驱动或电驱动，但不限于此。在本实施例中，所述EGR阀14由电机驱动，废气的流量通过控制电机驱动的EGR阀14实现连续可调，所述多通阀11为电控多通阀，所述旁通阀13为电控旁通阀。此外，所述中冷器12和旁通阀13同时设置在EGR阀14的上游、同时设置在EGR阀14的下游或者分别同时设置在EGR阀14的上游和下游(即EGR阀的上游具有中冷器和旁通阀，下游也具有中冷器和旁通阀)。
[0045] 所述混联式废气再循环系统可以应用在自然吸气发动机上或增压发动机上，所述增压发动机为
涡轮增压发动机、机械增压发动机或双增压发动机。在本实施例中，其应用在自然吸气发动机上。
[0046] 综上，在本实施例中，高压EGR的废气可以只从三元催化器后取，也可以只从三元催化器前取，还可以同时从三元催化器前和三元催化器后取。现有的高压EGR系统的废气只能从三元催化器前取，由于废气中含有的NOx较多，限制了EGR抑制爆震的能力。而在本实施例中，可根据发动机的燃烧需求，选择只从三元催化器之后取，以实现低的NOx含量，只从三元催化器之前取，以确保EGR阀两侧压差的最大化，易于实现高EGR率，或同时从三元催化器前和三元催化器之后取，以同时实现低的NOx含量和较大的EGR率，从而达到的最大化的爆震抑制。在本实施例中，还设计了EGR废气中冷器的旁通功能，从而可以根据发动机燃烧的需要，选择废气中冷或废气不中冷两种工作模式，最大程度地改善发动机的燃油经济性。
[0047] 本实施例还提供了一种混联式废气再循环系统的使用方法，应用在所述的混联式废气再循环系统上，该使用方法包括：通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第一端口101处的废气、仅取用第二端口102处的废气或同时取用第一端口101及第二端口102处的废气，通过控制所述旁通阀13使得所述多通阀11的第六端口113流出的废气经中冷器12或旁通阀13及EGR阀14与所述第三端口103连通。
[0048] 当发动机为低负荷工况时，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第一端口101处的废气，打开所述旁通阀13使得废气经所述旁通阀13和EGR阀14流入进气歧管4中；
[0049] 当发动机为中负荷工况时，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第一端口101处的废气，关闭所述旁通阀13使得废气经所述中冷器12和EGR阀14流入进气歧管4中；
[0050] 当发动机为高负荷工况时，通过控制所述多通阀11使得所述取废气模块仅取用第二端口102处的废气或同时取用第一端口101及第二端口102处的废气，关闭所述旁通阀13使得废气经所述中冷器12和EGR阀14流入进气歧管4中。
[0051] 本发明提供了一种混联式废气再循环系统及其使用方法，通过两路EGR取废气回路形成混联式的高压EGR系统，通过控制多通阀使得取废气模块从两路取废气回路中的一路或两路取废气，使得EGR系统能适用于不同的发动机负荷工况，提升了高压EGR的爆震抑制性能，提高了发动机爆震工况的燃油经济性。此外，通过设计废气中冷的旁通功能，进一步提高了发动机非爆震工况的热效率，降低了油耗，从而改善了发动机整体的燃油经济性。
[0052] 上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或
修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
