點(diǎn)燃式的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，尤其是一種點(diǎn)燃式的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，降低油耗是汽車工業(yè)面臨的一個(gè)重要課題。以汽油機(jī)為例，相比柴油機(jī)，汽油機(jī)熱效率較低的主要原因包括低的幾何壓縮比、高的栗氣損失以及低的混合氣比熱比等。其中，幾何壓縮比低的主要原因是汽油機(jī)在高負(fù)荷的爆震燃燒。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)是指將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣經(jīng)冷卻后，重新進(jìn)入缸內(nèi)參與燃燒的技術(shù)。冷卻EGR的引入一方面增加了末端未然混合氣的比熱容，使得末端混合氣的溫度降低，從而使爆震得以抑制。另一方面，EGR內(nèi)含有的惰性氣體，會(huì)增加淬熄反應(yīng)的程度，從而延長末端混合氣的自燃時(shí)間，達(dá)到抑制爆震的效果。因此，外部冷卻EGR通過對高負(fù)荷爆震的抑制可以提高幾何壓縮比并強(qiáng)化增壓小型化的水平，從而提高汽油機(jī)熱效率。同時(shí)，在低負(fù)荷區(qū)域，由于外部冷卻EGR的體積稀釋作用，有助于降低汽油機(jī)的栗氣損失，而燃燒溫度的降低不僅有利于混合氣比熱比的增加，也有利于傳熱損失的降低。這些方面的優(yōu)勢使得外部冷卻EGR技術(shù)具備提高發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷及低負(fù)荷熱效率的潛力，從而降低油耗。
[0003]但是，目前在增壓汽油機(jī)上搭建的兩種外部冷卻EGR系統(tǒng)，即高壓EGR和低壓EGR系統(tǒng)，均不能在增壓汽油機(jī)整個(gè)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)油耗改善的最大化。高壓EGR—般把排氣歧管取的廢氣引入到進(jìn)氣歧管，如圖1所示。而低壓EGR是從汽油機(jī)尾氣后處理裝置后取廢氣，在空氣濾清器的后端引入廢氣，如圖2所示。在圖1中，進(jìn)氣管道上設(shè)置有空氣濾清器100、壓縮機(jī)101和節(jié)氣門102，排氣管道上設(shè)置有渦輪機(jī)104和廢氣后處理裝置105，取廢氣管道連接在發(fā)動(dòng)機(jī)103和渦輪機(jī)104之間，還連接在節(jié)氣門102和發(fā)動(dòng)機(jī)103之間，取廢氣管道上設(shè)置有中冷器106和高壓EGR閥107。在圖2中，進(jìn)氣管道上設(shè)置有空氣濾清器200、壓縮機(jī)201和節(jié)氣門202，排氣管道上設(shè)置有渦輪機(jī)204和廢氣后處理裝置205，取廢氣管道連接在廢氣后處理裝置205下游的排氣管道上，還連接在空氣濾清器200和壓縮機(jī)201之間，取廢氣管道上設(shè)置有中冷器206和低壓EGR閥207。這兩種EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了其只能運(yùn)行在一定的發(fā)動(dòng)機(jī)工況范圍內(nèi)，不能有效地覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)行工況，所以無法改善發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)行工況內(nèi)的油耗。以下將詳細(xì)論述。
[0004]外部EGR能否運(yùn)行的一個(gè)基本條件是EGR閥兩側(cè)的壓力差(S卩EGR閥上游壓力與下游壓力的差)要為正值，且壓力差越大，可以引入的EGR越多。在高負(fù)荷區(qū)域，特別是低速大負(fù)荷區(qū)域，進(jìn)氣歧管壓力的增加幅度遠(yuǎn)大于排氣歧管端的壓力增加幅度。這樣就會(huì)導(dǎo)致高壓EGR閥下游壓力大于上游壓力，S卩EGR閥兩側(cè)的壓力差為零甚至為負(fù)。因此，高壓EGR在低速大負(fù)荷的爆震區(qū)域?qū)o法工作。而對于低壓EGR而言，由于廢氣在空氣濾清器后引入，SPEGR閥下游壓力基本為大氣壓，而EGR閥上游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣壓力隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加而增加。即EGR閥兩側(cè)的壓力差為正，且隨負(fù)荷的增加而增加。因此，低壓EGR可以在包括低速大負(fù)荷區(qū)域范圍在內(nèi)的高負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行。更為重要的是，制約汽油機(jī)幾何壓縮比提高的主要障礙就是低速大負(fù)荷區(qū)域的爆震燃燒。低壓EGR由于其在低速大負(fù)荷區(qū)域的爆震抑制作用，使得提高幾何壓縮比成為可能。但需要指出的是，隨著汽油機(jī)幾何壓縮比和增壓比的進(jìn)一步提高，其對低壓EGR系統(tǒng)在高負(fù)荷區(qū)域可實(shí)現(xiàn)的最大EGR率也進(jìn)一步提高，這導(dǎo)致目前如圖2所示的低壓EGR系統(tǒng)不能完全滿足高負(fù)荷區(qū)域提高EGR率的要求。在低負(fù)荷區(qū)域，進(jìn)氣歧管壓力等于或小于大氣壓，因此，高壓EGR閥兩側(cè)的壓力差較大，可以實(shí)現(xiàn)較大的EGR率。而目前的低壓EGR閥兩側(cè)的壓差主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，在低負(fù)荷區(qū)域下排氣背壓較低，因此，低壓EGR系統(tǒng)難以在低負(fù)荷實(shí)現(xiàn)較大的EGR率，節(jié)油潛力要低于高壓EGR系統(tǒng)。綜上所述，高壓EGR和低壓EGR各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)均實(shí)現(xiàn)較好的油耗改善，就必須要對現(xiàn)有的高壓和低壓EGR系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使外部EGR能夠覆蓋整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷區(qū)域，并設(shè)法提高EGR率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種點(diǎn)燃式的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)及其使用方法，以解決現(xiàn)有EGR系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)行工況下油耗較大、EGR率較低的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種點(diǎn)燃式的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括:
[0007]進(jìn)氣模塊，包括進(jìn)氣管道、設(shè)置在進(jìn)氣管道上的節(jié)氣門和分別與進(jìn)氣管道及發(fā)動(dòng)機(jī)連接的進(jìn)氣歧管；
[0008]增壓器，設(shè)置在所述進(jìn)氣管道上，且位于所述節(jié)氣門的上游；
[0009]排氣模塊，包括排氣管道、分別與發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣管道連接的排氣歧管和設(shè)置在排氣管道上的廢氣后處理裝置；
[0010]第一取廢氣模塊，包括第一中冷器、旁通閥、第一EGR閥和具有第一端口和第二端口的第一管道，所述第一端口與所述排氣歧管和廢氣后處理裝置之間的排氣管道相連通，所述第二端口與所述節(jié)氣門和進(jìn)氣歧管之間的進(jìn)氣管道相連通，所述第一中冷器、旁通閥和第一 EGR閥分別設(shè)置在第一管道上，所述第一中冷器和旁通閥并聯(lián)設(shè)置；
[0011]第二取廢氣模塊，包括第二中冷器、第二EGR閥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連通，所述第四端口與增壓器上游的進(jìn)氣管道連通，所述第二中冷器和第二 EGR閥分別設(shè)置在第二管道上；
[0012]多通閥，設(shè)置在所述第一管道和第二管道的連通處，且具有與第一端口連通的第五端口、經(jīng)第一中冷器或旁通閥及第一EGR閥與第二端口連通的第六端口和與第三端口相連通的第七端口；
[0013]其中，通過控制所述多通閥使得采用第一取廢氣模塊將廢氣經(jīng)第一管道向進(jìn)氣歧管處輸送，且通過控制所述旁通閥使得所述多通閥的第六端口經(jīng)第一中冷器或旁通閥及第一 EGR閥與所述第二端口連通，或采用所述第二取廢氣模塊將廢氣依次經(jīng)第一端口、第三端口和第四端口向進(jìn)氣歧管處輸送。
[0014]進(jìn)一步地，在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷工況下，通過控制所述多通閥使得采用第一取廢氣模塊將廢氣經(jīng)第一管道向進(jìn)氣歧管處輸送，通過控制所述旁通閥使得所述多通閥的第六端口經(jīng)旁通閥及第一 EGR閥與所述第二端口連通。
[0015]進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷工況對應(yīng)的負(fù)荷為:0?Pl*Lm，其中，Pl:20%?40%，Lm為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷。
[0016]進(jìn)一步地，在發(fā)動(dòng)機(jī)中負(fù)荷工況下，通過控制所述多通閥使得采用第一取廢氣模塊將廢氣經(jīng)第一管道向進(jìn)氣歧管處輸送，通過控制所述旁通閥使得所述多通閥的第六端口經(jīng)第一中冷器及第一 EGR閥與所述第二端口連通。
[0017]進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)的中負(fù)荷工況對應(yīng)的負(fù)荷為:？1禮111?？2禮111，其中，？1:20%?40%，P2:30%?60%，P2大于Pl，Lm為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷。
[0018]進(jìn)一步地，在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷工況下，通過控制所述多通閥使得采用第二取廢氣模塊將廢氣依次經(jīng)第一端口、第三端口和第四端口向進(jìn)氣歧管處輸送。
[0019]進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷工況對應(yīng)的負(fù)荷為:P2*Lm?Lm，其中，P2:30%?60%，Lm為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷。
[0020]進(jìn)一步地，所述第一EGR閥為高壓EGR閥，所述高壓EGR閥兩端的壓差范圍為:0?Hl，其中，Hl:20?150千帕。
[0021]進(jìn)一步地，所述第二EGR閥為低壓EGR閥，所述低壓EGR閥兩端的壓差范圍為:0?LI，其中，Ll: