技术领域
[0001] 本
发明涉及一种发动机的废气再循环系统，尤其是一种点燃式的增压发动机用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
汽车工业面临的一个重要课题。以
汽油机为例，相比柴油机，汽油机热效率较低的主要原因包括低的几何压缩比、高的
泵气损失以及低的混合气
比热比等。其中，几何压缩比低的主要原因是汽油机在高负荷的
爆震燃烧。废气再循环系统(EGR)是指将发动机排出的废气经冷却后，重新进入缸内参与燃烧的技术。冷却EGR的引入一方面增加了末端未然混合气的比
热容，使得末端混合气的
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，从而延长末端混合气的自燃时间，达到抑制爆震的效果。因此，外部冷却EGR通过对高负荷爆震的抑制可以提高几何压缩比并强化增压小型化的
水平，从而提高汽油机热效率。同时，在低负荷区域，由于外部冷却EGR的体积稀释作用，有助于降低汽油机的泵气损失，而燃烧温度的降低不仅有利于混合气比热比的增加，也有利于
传热损失的降低。这些方面的优势使得外部冷却EGR技术具备提高发动机高负荷及低负荷热效率的潜
力，从而降低油耗。
[0003] 但是，目前在增压汽油机上搭建的两种外部冷却EGR系统，即高压EGR和低压EGR系统，均不能在增压汽油机整个运行区域内实现油耗改善的最大化。高压EGR一般把排气
歧管取的废气引入到
进气歧管，如图1所示。而低压EGR是从汽油机尾气后处理装置后取废气，在空气滤清器的后端引入废气，如图2所示。在图1中，进气管道上设置有空气滤清器100、
压缩机101和节气
门102，排气管道上设置有
涡轮机104和废气后处理装置105，取废气管道连接在发动机103和
涡轮机104之间，还连接在节气门102和发动机103之间，取废气管道上设置有中冷器106和高压EGR
阀107。在图2中，进气管道上设置有空气滤清器200、压缩机201和节气门202，排气管道上设置有涡轮机204和废气后处理装置205，取废气管道连接在废气后处理装置205下游的排气管道上，还连接在空气滤清器200和压缩机201之间，取废气管道上设置有中冷器206和低压EGR阀207。这两种EGR系统的结构决定了其只能运行在一定的发动机工况范围内，不能有效地
覆盖发动机整个运行工况，所以无法改善发动机整个运行工况内的油耗。以下将详细论述。
[0004] 外部EGR能否运行的一个基本条件是EGR阀两侧的压力差(即EGR阀上游压力与下游压力的差)要为正值，且压力差越大，可以引入的EGR越多。在高负荷区域，特别是低速大负荷区域，进气歧管压力的增加幅度远大于
排气歧管端的压力增加幅度。这样就会导致高压EGR阀下游压力大于上游压力，即EGR阀两侧的压力差为零甚至为负。因此，高压EGR在低速大负荷的爆震区域将无法工作。而对于低压EGR而言，由于废气在空气滤清器后引入，即EGR阀下游压力基本为
大气压，而EGR阀上游的发动机排气压力随着发动机负荷增加而增加。即EGR阀两侧的压力差为正，且随负荷的增加而增加。因此，低压EGR可以在包括低速大负荷区域范围在内的高负荷区域运行。更为重要的是，制约汽油机几何压缩比提高的主要障碍就是低速大负荷区域的爆震燃烧。低压EGR由于其在低速大负荷区域的爆震抑制作用，使得提高几何压缩比成为可能。但需要指出的是，随着汽油机几何压缩比和增压比的进一步提高，其对低压EGR系统在高负荷区域可实现的最大EGR率也进一步提高，这导致目前如图2所示的低压EGR系统不能完全满足高负荷区域提高EGR率的要求。在低负荷区域，进气歧管压力等于或小于大气压，因此，高压EGR阀两侧的压力差较大，可以实现较大的EGR率。而目前的低压EGR阀两侧的压差主要取决于发动机排气背压，在低负荷区域下排气背压较低，因此，低压EGR系统难以在低负荷实现较大的EGR率，节油潜力要低于高压EGR系统。综上所述，高压EGR和低压EGR各有优缺点，为了在发动机整个运行区域内均实现较好的油耗改善，就必须要对现有的高压和低压EGR系统进行改进，使外部EGR能够覆盖整个
发动机转速/负荷区域，并设法提高EGR率。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统及其使用方法，以解决现有EGR系统在发动机整个运行工况下油耗较大、EGR率较低的问题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统，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]
增压器，设置在所述进气管道上，且位于所述节气门的上游；
[0009] 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设置在排气管道上的废气后处理装置；
[0010] 第一取废气模块，包括第一中冷器、
旁通阀、第一EGR阀和具有第一端口和第二端口的第一管道，所述第一端口与所述排气歧管和废气后处理装置之间的排气管道相连通，所述第二端口与所述节气门和进气歧管之间的进气管道相连通，所述第一中冷器、旁通阀和第一EGR阀分别设置在第一管道上，所述第一中冷器和旁通阀并联设置；
[0011] 第二取废气模块，包括第二中冷器、第二EGR阀和具有第三端口和第四端口的第二管道，所述第三端口和第一管道连通，所述第四端口与增压器上游的进气管道连通，所述第二中冷器和第二EGR阀分别设置在第二管道上；
[0012] 多通阀，设置在所述第一管道和第二管道的连通处，且具有与第一端口连通的第五端口、经第一中冷器或旁通阀及第一EGR阀与第二端口连通的第六端口和与第三端口相连通的第七端口；
[0013] 其中，通过控制所述多通阀使得采用第一取废气模块将废气经第一管道向进气歧管处输送，且通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口经第一中冷器或旁通阀及第一EGR阀与所述第二端口连通，或采用所述第二取废气模块将废气依次经第一端口、第三端口和第四端口向进气歧管处输送。
[0014] 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采用第一取废气模块将废气经第一管道向进气歧管处输送，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口经旁通阀及第一EGR阀与所述第二端口连通。
[0015] 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。
[0016] 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采用第一取废气模块将废气经第一管道向进气歧管处输送，通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口经第一中冷器及第一EGR阀与所述第二端口连通。
[0017] 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。
[0018] 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采用第二取废气模块将废气依次经第一端口、第三端口和第四端口向进气歧管处输送。
[0019] 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。
[0020] 进一步地，所述第一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。
[0021] 进一步地，所述第二EGR阀为低压EGR阀，所述低压EGR阀两端的压差范围为：0～L1，其中，L1：10～100千帕。
[0022] 进一步地，所述进气模块还包括空气滤清器、第三中冷器和与进气管道连通的进气总管，所述空气滤清器设置在进气管道上，且位于所述增压器的上游，所述第三中冷器设置在进气管道上，且位于所述节气门的上游，所述进气总管固定在进气歧管上，且与所述第一管道的第二端口连通，所述排气模块还包括与排气管道连通的排气总管，所述排气总管固定在排气歧管上，且与所述第一管道的第一端口连通，所述发动机为汽油机或柴油机，所述废气后处理装置为三元催化器或者三元催化器及颗粒捕集器，所述第二取废气模块还包括颗粒物
过滤器，所述颗粒物过滤器设置在第二管道上，所述多通阀为三通阀，所述第一EGR阀和第二EGR阀分别由
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，所述第一中冷器和旁通阀同时设置在第一EGR阀的上游、同时设置在第一EGR阀的下游或者分别同时设置在第一EGR阀的上游和下游。
[0023] 进一步地，所述发动机为
涡轮增压发动机、机械增压发动机或双增压发动机，所述发动机为汽油机、
天然气发动机或
乙醇发动机。
[0024] 进一步地，所述增压发动机为涡轮增压发动机，所述增压器包括压缩机和涡轮机，所述压缩机设置在所述第四端口和节气门之间的进气管道上，所述涡轮机设置在所述第一端口下游的排气管道上。
[0025] 本发明还提供了一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统的使用方法，应用在所述的点燃式的增压发动机用废气再循环系统上，该使用方法包括：通过控制所述多通阀使得采用第一取废气模块将废气经第一管道向进气歧管处输送，且通过控制所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口经第一中冷器或旁通阀及第一EGR阀与所述第二端口连通，或采用所述第二取废气模块将废气依次经第一端口、第三端口和第四端口向进气歧管处输送。
[0026] 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采用第一取废气模块将废气经第一管道向进气歧管处输送，打开所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口经旁通阀及第一EGR阀与所述第二端口连通；
[0027] 当发动机为中负荷工况时，通过控制所述多通阀使得采用第一取废气模块将废气经第一管道向进气歧管处输送，关闭所述旁通阀使得所述多通阀的第六端口经第一中冷器及第一EGR阀与所述第二端口连通。
[0028] 当发动机为高负荷工况时，通过控制所述多通阀使得采用第二取废气模块将废气依次经第一端口、第三端口和第四端口向进气歧管处输送。
[0029] 本发明提供了一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统及其使用方法，该废气再循环系统包括两路EGR回路，在高压回路中设置了中冷器和旁通阀，通过控制旁通阀的通断使得废气保持温度或进行冷却，能降低发动机低负荷和中负荷工况范围的油耗水平，低压回路中设置中冷器，且低压回路直接从排气歧管处取废气，使得发动机高负荷的爆震得到抑制，在提高了几何压缩比的同时也降低了发动机高负荷的油耗，最终实现了在发动机全工况范围内提高EGR率和改善油耗的目的。
附图说明
[0030] 图1为
现有技术中高压EGR系统的结构示意图；
[0031] 图2为现有技术中低压EGR系统的结构示意图；
[0032] 图3为本发明
实施例提供的点燃式的增压发动机用废气再循环系统的结构示意图。
[0033] 图中，100：空气滤清器，101：压缩机，102：节气门，103：发动机，104：涡轮机，105：废气后处理装置，106：中冷器，107：高压EGR阀，200：空气滤清器，201：压缩机，202：节气门，
203：发动机，204：涡轮机，205：废气后处理装置，206：中冷器，207：低压EGR阀，1：空气滤清器，2：进气管道，3：增压器，31：压缩机，32：涡轮机，4：第三中冷器，5：节气门，6：进气歧管，
7：发动机，8：排气歧管，9：排气管道，10：废气后处理装置，11：第一管道，111：第一端口，
112：第二端口，12：多通阀，121：第五端口，122：第六端口，123：第七端口，13：第一中冷器，
14：旁通阀，15：第一EGR阀，16：第二管道，161：第三端口，162：第四端口，17：第二中冷器，
18：第二EGR阀，19：颗粒物过滤器。
具体实施方式
[0034] 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。
[0035] 如图3所示，本实施例提供了一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统，包括：
[0036] 进气模块，包括进气管道2、设置在进气管道2上的节气门5和分别与进气管道2及发动机7连接的进气歧管6；
[0037] 增压器3，设置在所述进气管道2上，且位于所述节气门5的上游；
[0038] 排气模块，包括排气管道9、分别与发动机7及排气管道9连接的排气歧管8和设置在排气管道9上的废气后处理装置10；
[0039] 第一取废气模块，包括第一中冷器13、旁通阀14、第一EGR阀15和具有第一端口111和第二端口112的第一管道11，所述第一端口111与所述排气歧管8和废气后处理装置10之间的排气管道9相连通，所述第二端口112与所述节气门5和进气歧管6之间的进气管道2相连通，所述第一中冷器13、旁通阀14和第一EGR阀15分别设置在第一管道11上，所述第一中冷器13和旁通阀14并联设置；
[0040] 第二取废气模块，包括第二中冷器17、第二EGR阀18和具有第三端口161和第四端口162的第二管道16，所述第三端口161和第一管道11连通，所述第四端口162与增压器3上游的进气管道2连通，所述第二中冷器17和第二EGR阀18分别设置在第二管道16上；
[0041] 多通阀12，设置在所述第一管道11和第二管道16的连通处，且具有与第一端口111连通的第五端口121、经第一中冷器13或旁通阀14及第一EGR阀15与第二端口112连通的第六端口122和与第三端口161相连通的第七端口123；
[0042] 其中，通过控制所述多通阀12使得采用第一取废气模块将废气经第一管道11向进气歧管6处输送，且通过控制所述旁通阀14使得所述多通阀12的第六端口经第一中冷器13或旁通阀14及第一EGR阀15与所述第二端口112连通，或采用所述第二取废气模块将废气依次经第一端口111、第三端口161和第四端口162向进气歧管6处输送。
[0043] 在发动机低负荷工况下，通过控制所述多通阀12使得采用第一取废气模块将废气经第一管道11向进气歧管6处输送，通过控制所述旁通阀14使得所述多通阀12的第六端口122经旁通阀14及第一EGR阀15与所述第二端口112连通。也就是，废气不经过第一中冷器13的冷却，保持原始高的温度经高压的第一EGR阀15进入发动机7。此时，不仅实现了高压的第一EGR阀15两侧压差的最大化，而且废气不经
过冷却，有助于发动机7在高EGR率下保持良好的燃烧
稳定性，从而达到最大化的油耗改善。
[0044] 在发动机中负荷工况下，通过控制所述多通阀12使得采用第一取废气模块将废气经第一管道11向进气歧管6处输送，通过控制所述旁通阀14使得所述多通阀12的第六端口122经第一中冷器13及第一EGR阀15与所述第二端口112连通。也就是，废气经过第一中冷器
13的冷却之后流经高压的第一EGR阀15，并最终进入发动机7。在中负荷工况下，发动机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会使得混合气的温度升高，从而加重发动机发生爆震的倾向，使得发动机热效率下降，油耗上升。而EGR废气经过第一中冷器
13的冷却之后，降低了温度，减弱了发动机爆震加重的倾向，达到最佳的发动机油耗改善。
[0045] 在发动机高负荷工况下，通过控制所述多通阀12使得采用第二取废气模块将废气依次经第一端口111、第三端口161和第四端口162向进气歧管6处输送。也就是，关闭高压EGR回路，使得低压EGR回路工作。在发动机高负荷工况下，发动机面临的主要技术挑战是爆震燃烧。爆震直接导致了发动机热效率下降，油耗上升。外部冷却EGR由于其在爆震抑制方面的优势，而使得发动机爆震燃烧得到抑制，从而达到改善油耗的目的。在本实施例中，低压EGR回路的废气不是从目前常见的废气后处理装置10之后取，而是从和高压EGR回路一样的排气歧管8处取(在本实施例中，从排气总管处取)，使得低压的第二EGR阀上游的压力增加，从而实现更大的低压EGR流量，以进一步达到爆震抑制和燃油经济性改善的目的。
[0046] 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。
[0047] 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。
[0048] 请继续参考图1，作为一个非限制的例子，在本实施例中，所述第一EGR阀15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；所述第二EGR阀18为低压EGR阀，所述低压EGR阀两端的压差范围为：0～L1，其中，L1：10～100千帕。
[0049] 进一步地，所述进气模块还包括空气滤清器1、第三中冷器4和与进气管道2连通的进气总管(图中未标注)，所述空气滤清器1设置在进气管道2上，且位于所述增压器3的上游，所述第三中冷器4设置在进气管道2上，且位于所述节气门5的上游，所述进气总管固定在进气歧管6上，且与所述第一管道11的第二端口112连通，所述排气模块还包括与排气管道9连通的排气总管(图中未标注)，所述排气总管固定在排气歧管8上，且与所述第一管道11的第一端口111连通。
[0050] 所述(点燃式的)发动机7可以为汽油机、天然气发动机或乙醇发动机，在本实施例中，其为汽油机。所述废气后处理装置10为三元催化器或者三元催化器及颗粒捕集器，所述第二取废气模块还包括颗粒物过滤器19，所述颗粒物过滤器19设置在第二管道16上，颗粒物过滤器19的作用是将废气中含有的大颗粒物过滤掉，以避免进入
涡轮增压器的压缩机腔而影响增压器寿命，造成增压器损坏。
[0051] 多通阀12具有第五端口121、第六端口122和第七端口123，故该多通阀12至少为三通阀。以该多通阀12为
四通阀为例，四通阀的第五端口121、第六端口122和第七端口123之一的数量为两个，例如，第五端口121的数量为两个，则在排气总管与两个第五端口121之间设置两根第一管道11即可。在本实施例中，所述多通阀12优选为三通阀。
[0052] 所述第一EGR阀15、第二EGR阀18、多通阀12和旁通阀14可分别采用多种驱动方式。例如，所述第一EGR阀15由电机驱动或
电磁阀驱动，所述第二EGR阀18由电机驱动或电磁阀驱动，所述多通阀12采用液压驱动或电驱动，所述旁通阀14采用液压驱动或电驱动，但不限于此。在本实施例中，所述第一EGR阀15和第二EGR阀18分别由电机驱动，废气的流量通过电机驱动的第一EGR阀15实现连续可调，还通过电机驱动的第二EGR阀18实现连续可调，所述多通阀12为电控多通阀，所述旁通阀14为电控旁通阀。此外，所述第一中冷器13和旁通阀14同时设置在第一EGR阀15的上游、同时设置在第一EGR阀15的下游或者分别同时设置在第一EGR阀15的上游和下游(即第一EGR阀的上游具有第一中冷器和旁通阀，下游也具有第一中冷器和旁通阀)。
[0053] 所述(增压)发动机7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，所述增压发动机为涡轮增压发动机，所述增压器3包括压缩机31和涡轮机32，所述压缩机31设置在所述第四端口162和节气门5之间的进气管道2上，所述涡轮机32设置在所述第一端口111下游的排气管道9上，所述第三中冷器4设置在压缩机31和节气门5之间的进气管道2上，所述第二管道16的第四端口162连接在空气滤清器1和压缩机31之间的进气管道2上。
[0054] 综上，在本实施例中，提供了一种双回路的EGR系统，该系统可以在发动机全工况下(即所有转速和负荷范围内)实现期望的EGR率。现有的不论是高压EGR还是低压EGR系统，都只能在有限的发动机转速负荷区域内工作，而本发明提出的EGR系统，包含了两路EGR系统，可根据发动机的燃烧需求，在这两套EGR回路之间切换，从而可以在所有的发动机转速和负荷工况下都实现期望的EGR率。在本实施例中，高压EGR回路设计了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。此外，在本实施例中，低压EGR回路的废气不是从目前常见的废气后处理装置之后取，而是从和高压EGR回路一样的排气总管处取，使得低压EGR阀上游的压力增加，从而实现更大的低压EGR流量，满足发动机在高负荷区域提出的更大EGR率的需求，以进一步达到爆震抑制和燃油经济性改善的目的。
[0055] 本实施例还提供了一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统的使用方法，应用在所述的点燃式的增压发动机用废气再循环系统上，该使用方法包括：通过控制所述多通阀12使得采用第一取废气模块将废气经第一管道11向进气歧管6处输送，且通过控制所述旁通阀14使得所述多通阀12的第六端口122经第一中冷器13或旁通阀14及第一EGR阀15与所述第二端口112连通，或采用所述第二取废气模块将废气依次经第一端口111、第三端口161和第四端口162向进气歧管6处输送。
[0056] 当发动机为低负荷工况时，通过控制所述多通阀12使得采用第一取废气模块将废气经第一管道11向进气歧管6处输送，打开所述旁通阀14使得所述多通阀12的第六端口122经旁通阀14及第一EGR阀15与所述第二端口112连通；
[0057] 当发动机为中负荷工况时，通过控制所述多通阀12使得采用第一取废气模块将废气经第一管道11向进气歧管6处输送，关闭所述旁通阀14使得所述多通阀12的第六端口122经第一中冷器13及第一EGR阀15与所述第二端口112连通。
[0058] 当发动机为高负荷工况时，通过控制所述多通阀12使得采用第二取废气模块将废气依次经第一端口112、第三端口161和第四端口162向进气歧管6处输送。
[0059] 本发明提供了一种点燃式的增压发动机用废气再循环系统及其使用方法，该废气再循环系统包括两路EGR回路，在高压回路中设置了中冷器和旁通阀，通过控制旁通阀的通断使得废气保持温度或进行冷却，能降低发动机低负荷和中负荷工况范围的油耗水平，低压回路中设置中冷器，且低压回路直接从排气歧管处取废气，使得发动机高负荷的爆震得到抑制，在提高了几何压缩比的同时也降低了发动机高负荷的油耗，最终实现了在发动机全工况范围内提高EGR率和改善油耗的目的。
[0060] 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。
