專利名稱：輕型柴油機egr進氣控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及柴油機領域，特別涉及一種輕型柴油機帶EGR的進氣控制系統。
背景技術：
柴油發動機在工作過程中燃燒的廢氣含有NOx等對人體有害的氣體，因此國家在 環保法規里明確規定了發動機尾氣中的NOx含量。隨著國三、國四、國五的標準頒布，NOx含 量限值越來越嚴格。這就需要發動機在設計和燃燒開發時充分考慮該限值的控制，既要滿 足國家的排放法規要求，又要能兼顧發動機的性能需求。尾氣中的NOx的生成機理三要素是高溫、富氧、燃燒持續時間。即在足夠的氧濃 度的條件下，溫度越高和燃燒反應時間越長，則生成量越大。通過EGR系統(Exhaust Gas Recycle,即廢氣再循環系統)，將發動機的廢氣冷卻后重新引入進氣管可以得到三個方面 的好處一、提高混合氣的熱容量。廢氣中還有水蒸汽和二氧化碳，可有效降低氣缸內的最 高燃燒溫度，抑制NOx的生成。二、降低混合氣中氧氣的濃度。廢氣加入的稀釋作用可以使 氧氣的相對濃度下降，從而也能降低NOx的排放。三、降低燃燒速度。由于廢氣中含有大量 惰性氣體，當這些廢氣部分回流到進氣管后起到了稀釋新鮮進氣的作用，使燃燒反應速度 減緩。國家排放法規對輕型車NOx排放的考核控制區段在發動機運行的中低速區段，對 中、重型車NOx排放的考核控制區段在發動機運行的高速重載荷區段。為了滿足法規的考核要求，根據燃燒排放控制NOx機理，引入了 EGR率的概念，即 控制氣缸內回流尾氣所占的百分比來改善燃燒。輕型柴油機在中低速段時需要高達50% 以上的EGR率才能有效控制NOx排放；而在高速段為了減少泵氣損失，滿足低油耗率要求， EGR率又不需要那么大。可事實上輕型柴油機的工作原理剛好跟上述的需求相反中低速 時，產生廢氣少，難以獲得較高的排氣背壓回流尾氣來保證高EGR率；高速時，產生廢氣多， 但此時又需要順暢排氣，吸進更多的新鮮空氣參與燃燒，不要那么大的EGR率了。現有輕型 柴油機的EGR系統在固定增壓器渦輪、固定的排氣管內徑，僅靠進氣管前EGR閥的開度控制 廢氣流量，很難在中低速段控制得到理想的EGR率又能兼顧高速段的性能要求。傳統帶EGR進氣系統方案缺點1)減小增壓器渦輪，使渦前壓力增大來提高EGR率，渦輪過小犧牲了高速的經濟性。2)減小排氣管內徑的方法增大排氣壓力，這種方法僅對高速段大負荷工況的EGR 率有好處，對小負荷低速段影響不大，所以對輕型車的意義不大。3)進氣門關閉角的變化很難實現大幅度地提高缸內的EGR率。4)氣門重疊角減小，EGR率會有所增大，但EGR率存在一個臨界值無法大幅提高。
實用新型內容本實用新型是為了克服上述現有技術中缺陷，既可實現在中低速獲得可控的高EGR率，又可保證高速段的充氣效率，最大程度地減小增壓器和排氣管對EGR率的影響。本實用新型的輕型柴油機EGR進氣控制系統，包括與新鮮空氣源連通的進氣接 管，進氣接管的進氣端設進氣節流閥，用于控制新鮮空氣的進氣總量；進氣接管為雙層結 構，其中進氣接管下層與進氣管第一穩壓腔連通并通過進氣渦流控制閥控制流入第一穩壓 腔的新鮮空氣流量，形成新鮮空氣進氣組；進氣接管上層根部處設EGR進氣口，經冷卻后的 尾氣通過電控EGR閥對進入EGR進氣口的尾氣流量進行控制，尾氣與新鮮空氣在進氣接管 上層混合，充分混合后的尾氣和新鮮空氣進入進氣管第二穩壓腔，形成帶EGR尾氣進氣組。其中，進氣接管上層通過第二穩壓腔支氣管與進氣管第二穩壓腔連通，用于充分 混合位于進氣接管上層的尾氣和新鮮空氣。其中該系統還包括EGR冷卻器和EGR導管，尾氣在EGR冷卻器中冷卻、然后通過 EGR導管進入進氣接管。其中，輕型柴油機為四缸十六氣門柴油機，新鮮空氣進氣組包括第一、三、五、七進 氣口，帶EGR尾氣進氣組包括第二、四、六、八進氣口，新鮮空氣進氣口與帶EGR尾氣進氣口 間隔設置。其中，進氣節流閥、進氣渦流控制閥以及電控EGR閥可以進行ECU電控控制，在不 過多減低發動機性能的前提下，又能滿足國家的排放限值；當柴油機在中低速運轉時，進氣 節流閥的閥門和進氣渦流控制閥的閥門關小，電控EGR閥的閥門開至最大，用于引入足夠 的尾氣并保證帶EGR尾氣進氣組的進氣充氣效率；當柴油機在高速運轉時，進氣節流閥的 閥門和進氣渦流控制閥的閥門開大，電控EGR閥的閥門適當關小，用于保證兩個進氣組的 新鮮空氣進氣的充氣 效率。與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果1、通過進氣接管的雙層設計以及三個相應閥門的設置，可在不同工況下精確控制 EGR 率；2、系統的結構緊湊、便于實施，可滿足輕型柴油發動機中低轉速的大EGR率要求；3、系統故障率低、安全可靠，優化升級后可滿足更嚴格的排放要求。
圖1是本實用新型柴油機帶EGR的進氣控制系統的立體裝配分解圖；圖2是本實用新型柴油機帶EGR的進氣控制系統組裝后的立體圖；圖3是本實用新型柴油機帶EGR的進氣控制系統組裝后的立體圖(示出了八個進 氣口)；圖4是本實用新型柴油機帶EGR的進氣控制系統中的油氣流動示意圖(示出了進 氣接管的雙層結構以及進氣節流閥、進氣渦流控制閥的閥門位置)；圖5是本發明柴油機帶EGR的進氣控制系統立體裝配的進出氣流示意圖。結合附圖在其上標記以下附圖標記1-進氣管；2-進氣節流閥；3-EGR導管；4_進氣渦流控制閥；5_進氣接管；6_電 控EGR閥；7-EGR冷卻器；8-進氣管第一穩壓腔；9-第一穩壓腔進氣歧管；10-第二穩壓腔 進氣歧管；11-進氣管第二穩壓腔；12-第二穩壓腔支氣管；13-第一進氣口 ； 14-第二進氣 口 ；15-第三進氣口 ；16-第四進氣口 ；17-第五進氣口 ；18-第六進氣口 ；19-第七進氣口 ；20-第八進氣口 ；21-進氣節流閥閥門；22-進氣接管分流腔；23-EGR進氣口 ；24-進氣渦流 控制閥閥門；25-新鮮空氣進氣口 ；26-排氣廢氣進口。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的一個具體實施方式
進行詳細描述，但應當理解本 實用新型的保護范圍并不受具體實施方式
的限制。如圖1所示，整個柴油機帶EGR的進氣控制系統由七大部分零部件組成即進氣管 1、進氣節流閥2、EGR導管3、進氣渦流控制閥4、進氣接管5、電控EGR閥6、EGR冷卻器7。進一步如圖2所示，進氣管分兩層結構，進氣管第一穩壓腔8在下，在其前端安裝 有進氣渦流控制閥4 ；進氣管第二穩壓腔11在上，并與長長的第二穩壓腔支氣管12連接。 尾氣在電控EGR閥6和EGR冷卻器7控制流量并冷卻后，經過EGR導管3導入進氣接管5。進一步如圖2、3所示，進氣管第二穩壓腔11與第二進氣口 14、第四進氣口 16、第 六進氣口 18、第八進氣口 20相連，這組進氣口稱為帶EGR尾氣進氣組；進氣管第一穩壓腔 8與第一進氣口 13、第三進氣口 15、第五進氣口 17、第七進氣口 19相連，這組進氣口稱為新 鮮空氣進氣組。下面詳細介紹一下本實用新型系統的工作原理和工作過程本實用新型的系統是在四缸十六氣門的柴油機的基礎上建立的在每個氣缸有兩 個進氣門的柴油機中，進氣管分為兩組，第一組與EGR尾氣混合，第二組帶閥門不與EGR尾 氣混合。在中低速工況時，電控EGR閥開至最大，通過控制第二組的閥門和進氣節流閥門， 可以使第一組獲得很高的EGR率；而在高速工況時，控制電控EGR閥適當關閉，第二組的閥 門和進氣節流閥門同時打開，保證了足夠的新鮮空氣進入。進一步如圖4所示，本實用新型的系統有三個閥門可以調節即控制EGR尾氣量的 電控EGR閥6(圖4中未示出，見圖1、2)；控制新鮮空氣進入總量的進氣節流閥的閥門21 ； 控制一組進氣管進氣量的進氣渦流控制閥4(相應的閥門為圖4中的閥門24)。在柴油機工作在中低速時，發動機對新鮮空氣總量需求不多，進氣節流閥閥門21 可以關小；此時尾氣產生量不大，可將電控EGR閥2開至最大以引入足夠的尾氣；進氣渦流 控制閥閥門24關小，來保證EGR尾氣和新鮮空氣混合組進氣管的壓力，保證進氣的充氣效 率。在柴油機工作在高速時，發動機對新鮮空氣總量需求很多，進氣節流閥閥門21可 以加大；此時尾氣產生量很大，可將電控EGR閥2適當關閉從而控制EGR引入的尾氣；進 氣渦流控制閥閥門24全開，來保證兩組進氣管都有足夠的新鮮空氣，保證了進氣的充氣效率。進氣流動控制進一步如圖4所示，本實用新型核心結構在于進氣接管5的進氣接 管分流腔22將新鮮空氣分成了兩股，第一股進入第二穩壓腔支氣管12，第二股進入進氣管 第一穩壓腔8。第二穩壓腔支氣管12內有EGR進氣口 23，EGR引入的尾氣與第一股新鮮空 氣可以在較長的第二穩壓腔支氣管12內充分混合后進入進氣管第二穩壓腔11。第二股新 鮮空氣經過進氣渦流控制閥4的閥門24節流后，進入進氣管第一穩壓腔8。整套系統的進氣和出氣情況如圖5所示，第一進氣口 13和第二進氣口 14連接第 一缸的兩個進氣道；第三進氣口 15和第四進氣口 16連接第二缸的兩個進氣道；第五進氣口 17和第六進氣口 18連接第三缸的兩個進氣道；第七進氣口 19和第八進氣口 20連接第 四缸的兩個進氣道。新鮮空氣從新鮮空氣進氣口 25通過進氣節流閥2精確計量進入；排氣 管的尾氣經導流從排氣廢氣進口 26精確計量進入，后經過冷卻，導入進氣接管5的EGR進 氣口 23 (見圖4)。新鮮空氣和尾氣經過本實用新型系統處理后，在進氣管的八個進氣口的 流出如附圖5箭頭所示。其中，第一、三、五、七進氣口只有新鮮空氣，第二、四、六、八進氣口 是新鮮空氣+EGR尾氣混合氣體。 總體工作過程如圖1至5所示，新鮮空氣經過進氣節流閥的閥門21控制流量后， 在進氣接管內被分流成了兩股，第一股向上經第二穩壓腔支氣管12進入進氣管第二穩壓 腔11 ；第二股向右經過進氣渦流控制閥的閥門24控制流量后進入進氣管第一穩壓腔8，最 終流至第一、三、五、七進氣口。排氣尾氣從排氣廢氣進口 26進入電控EGR閥，精確計量后 進入EGR冷卻器，冷卻后經EGR導管3導入到進氣接管5與第一股新鮮空氣在第二穩壓腔 支氣管12充分混合后到達進氣管第二穩壓腔11，最終流至第二、四、六、八進氣口。其中， 第一、二進氣口進入第一缸，第三、四進氣口進入第二缸，第五、六進氣口進入第三缸，第七、 八進氣口進入第四缸。通過控制第一、三、五、七進氣口的新鮮空氣含量，即可控制氣缸內的 EGR率，即氣缸內尾氣所占的百分比。本實用新型的雙層進氣接管的結構設計以及三個相應閥門的應用，既可實現在中 低速獲得可控的高EGR率，又可保證高速段的充氣效率，最大程度地減小增壓器和排氣管 對EGR率的影響。以上公開的僅為本實用新型的一個具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此， 任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種輕型柴油機EGR進氣控制系統，其特征在于，包括與新鮮空氣源連通的進氣接 管，進氣接管的進氣端設進氣節流閥，用于控制新鮮空氣的進氣總量；進氣接管為雙層結 構，其中進氣接管下層與進氣管第一穩壓腔連通并通過進氣渦流控制閥控制流入第一穩壓 腔的新鮮空氣流量，形成新鮮空氣進氣組；進氣接管上層根部處設EGR進氣口，經冷卻后的 尾氣通過電控EGR閥對進入EGR進氣口的尾氣流量進行控制，尾氣與新鮮空氣在進氣接管 上層混合，充分混合后的尾氣和新鮮空氣進入進氣管第二穩壓腔，形成帶EGR尾氣進氣組。
2.根據權利要求1所述的輕型柴油機EGR進氣控制系統，其特征在于，所述進氣接管上 層通過第二穩壓腔支氣管與所述進氣管第二穩壓腔連通，用于充分混合位于進氣接管上層 的尾氣和新鮮空氣。
3.根據權利要求1或2所述的輕型柴油機EGR進氣控制系統，其特征在于，還包括EGR 冷卻器和EGR導管，尾氣在EGR冷卻器中冷卻、然后通過EGR導管進入進氣接管。
4.根據權利要求3所述的輕型柴油機EGR進氣控制系統，其特征在于，所述輕型柴油機 為四缸十六氣門柴油機，所述新鮮空氣進氣組包括第一、三、五、七進氣口，所述帶EGR尾氣 進氣組包括第二、四、六、八進氣口，新鮮空氣進氣口與帶EGR尾氣進氣口間隔設置。
專利摘要本實用新型公開了一種輕型柴油機EGR進氣控制系統，包括與新鮮空氣源連通的進氣接管，進氣接管的進氣端設進氣節流閥，用于控制新鮮空氣的進氣總量；進氣接管為雙層結構，其中進氣接管下層與進氣管第一穩壓腔連通并通過進氣渦流控制閥控制流入第一穩壓腔的新鮮空氣流量，形成新鮮空氣進氣組；進氣接管上層根部處設EGR進氣口，經冷卻后的尾氣通過電控EGR閥對進入EGR進氣口的尾氣流量進行控制，尾氣與新鮮空氣在進氣接管上層混合，充分混合后的尾氣和新鮮空氣進入進氣管第二穩壓腔，形成帶EGR尾氣進氣組。本實用新型的系統既可實現在中低速獲得可控的高EGR率，又可保證高速段的充氣效率。
文檔編號F02D21/08GK201891532SQ201020539708
公開日2011年7月6日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者龐威, 趙貴 申請人:廣西玉柴機器股份有限公司