一种发动机的废气再循环EGR装置及EGR发动机系统

摘要

本发明公开了一种发动机的废气再循环EGR装置，包括：设置在所述发动机的排气尾管处的斯特林热机，利用发动机排气的余热为EGR压缩机提供动力；EGR压缩机与发动机的排气尾管连通，接收排气尾管内的部分废气，进行压缩后送至储气筒；储气筒一端与EGR压缩机连通，另一端分别经过调压阀和流量调节器与发动机的进气装置连通；发动机的电子控制单元ECU与流量调节器之间建立通信连接，所述ECU通过对流量调节器的控制实现对发动机的EGR率的调节。采用本发明实施例，能够提高发动机的热效率，同时能够避免对发动机的增压器和中冷器的性能造成影响。

说明书

技术领域

本发明涉及废气再循环技术领域，特别是涉及一种发动机的废气再循环 EGR装置及EGR发动机系统。

背景技术

随着发动机排放要求的提高，对颗粒物PM和氮氧化物NOx的排放量都 进一步加以限制。但是，对于柴油发动机而言，二者存在矛盾。通常情况下， 使用EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)技术，可以显著降低NOx 的排放，通过优化燃烧可以使PM的排放在控制值之内；也可以使用SCR (Selective Catalyst Reduction，选择性催化还原)技术，能使NOx还原成无毒 的氮气。但是，采用SCR技术时，需要增加SCR后处理系统，并增加尿素， 导致成本较高。因此，采用EGR技术相对于SCR技术而言，具有一定的成本 优势。

目前，国内外已经开发出的EGR发动机，主要为高压EGR发动机，其次 为低压EGR发动机。

但是，对于现有高压EGR发动机，需要在EGR的入口处设置节气门或喉 口，以提高增压空气的流速，降低其压力，使得较低压力的EGR废气能够和 增压后的空气混合。因此，现有高压EGR发动机存在进气压力和能量损失的 缺陷，使发动机性能下降，而且随着发动机工况的变化，EGR率的控制调节 也较为复杂，使得其开发难度较高，不利于产业化。

对于现有低压EGR发动机，大多是在增压器的压气机入口前使再循环的 废气和新鲜气体混合，这样再循环废气里存在的少量颗粒物和无机盐就会污染 压气机和中冷器，对压气机和中冷器的性能和可靠性造成不利影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发动机的废气再循环EGR装置及 EGR发动机系统，能够提高发动机的热效率，同时能够避免对发动机的增压 器和中冷器的性能造成影响。

本发明提供一种发动机的废气再循环EGR装置，所述装置包括：斯特林 热机、EGR压缩机、储气筒、调压阀、流量调节器；

所述斯特林热机设置在所述发动机的排气尾管处，利用发动机排气的余热 为所述EGR压缩机提供动力；

所述EGR压缩机与所述发动机的排气尾管连通，接收所述排气尾管内的 部分废气，对接收到的废气进行压缩后送至所述储气筒；

所述储气筒一端与所述EGR压缩机连通，另一端分别经过所述调压阀和 流量调节器与所述发动机的进气装置连通；

所述发动机的电子控制单元ECU与所述流量调节器之间建立通信连接， 所述ECU通过对所述流量调节器的控制实现对所述发动机的EGR率的调节。

优选地，所述装置还包括：EGR冷却器；所述EGR冷却器设置在所述发 动机的排气尾管和EGR压缩机之间，两端分别与所述排气尾管和EGR压缩机 连通。

优选地，所述装置还包括：单向阀；所述单向阀设置在所述储气筒与所述 EGR压缩机相连的一端。

优选地，所述装置还包括：设置在所述储气筒上的压力和温度传感器，用 于检测得到所述储气筒的压力和温度值；所述发动机的ECU与所述压力和温 度传感器之间建立通信连接；所述ECU，用于根据接收自所述压力和温度传 感器的所述储气筒的压力和温度值，控制所述流量调节器。

优选地，所述发动机的ECU和所述斯特林热机的控制单元建立通信连 接；所述ECU，用于当所述储气筒的压力达到安全上限值时，发送停机信号 至所述斯特林热机的控制单元。

优选地，所述装置还包括：设置在所述储气筒上的安全阀；所述安全阀， 用于当所述储气筒中的压力达到安全上限值时开通。

优选地，所述斯特林热机和所述EGR压缩机采用一体化设计。

优选地，所述EGR压缩机为离心式压缩机、螺杆式压缩机、或者活塞式 压缩机。

本发明还提供一种废气再循环EGR发动机系统，所述系统包括：发动机 装置和所述的EGR装置；

所述发动机装置包括：发动机、排气装置及柴油颗粒过滤器DPF、排气尾 管、以及进气装置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例的EGR装置包括EGR压缩机，发动机排气尾管中的部分废 气进入EGR压缩机，经压缩后送至储气筒；所述储气筒对压缩后的废气的压 力脉动起到缓冲作用，并将缓冲后压力较为稳定的废气经调压阀和流量调节器 送入所述发动机的进气装置，实现发动机的废气的再循环。

本发明实施例中，再循环返回的废气与新吸入的新鲜空气的混合是在所述 进气装置的出气端实现的，使得所述混合是在新吸入的新鲜空气完成了增压和 中冷之后进行的，从而可以避免废气中存在少量颗粒物和无机盐会对发动机的 涡轮增压器和中冷器造成污染，能够对增压器和中冷器的性能和可靠性提供有 力保障。

同时，本发明实施例提供的EGR装置，不需要在再循环返回的废气与新 吸入的新鲜空气的混合处设置节气门或喉口，故而进气压力和能量不会损失， 有效提高发动机的性能。

附图说明

图1为本发明实施例的废气再循环EGR发动机系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发动机的废气再循环EGR装置及 EGR发动机系统，能够提高发动机的热效率，同时能够避免对发动机的增压 器和中冷器的性能造成影响。

参照图1，为本发明实施例的废气再循环EGR发动机系统结构图。如图1 所示，所述EGR发动机系统包括：发动机装置和EGR装置。

所述发动机装置包括：发动机1、排气装置及DPF 2(Diesel Particulate  Filter，柴油颗粒过滤器)、排气尾管3、以及进气装置13。

其中，所述进气装置13设置在所述发动机1的进口处，所述排气装置及 DPF 2设置在所述发动机1的出口处，在所述排气装置及DPF 2的尾端设置有 排气尾管3。

所述DPF是指安装在柴油车排气装置中，通过过滤来降低排气中颗粒物 PM的装置。

本发明实施方式一：

所述EGR装置包括：斯特林热机4、EGR压缩机6、储气筒8、调压阀 11、流量调节器12。

所述斯特林热机4设置在所述发动机1的排气尾管3处，利用发动机1排 气的余热工作，用于为所述EGR压缩机6提供动力。

所述EGR压缩机6与所述排气尾管3连通，接收所述排气尾管3内的部 分废气，对接收到的废气进行压缩，并将压缩后的废气送至储气筒8。

所述储气筒8一端与所述EGR压缩机6连通，另一端分别经过所述调压 阀11和流量调节器12与所述进气装置13连通。

所述调压阀11用于调节所述储气筒8输出的废气的压力，使得再循环废 气的压力稳定。

所述发动机1的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)11与所述 流量调节器12之间建立通信连接，所述ECU通过对所述流量调节器12的控 制实现对所述发动机1的EGR率的调节。

下面对本发明实施例所述EGR装置的工作原理进行宁详细介绍：

当发动机1正常工作时，有较高余热的废气从所述发动机1的排气装置排 除，再经过DPF过滤后，从所述排气尾管3排到空气中。本发明实施例中， 所述EGR装置包括EGR压缩机6，所述排气尾管3中的部分废气进入所述EGR 压缩机6。所述EGR压缩机6对接收到的废气进行压缩，并将压缩后的废气 送至储气筒8。所述储气筒8可以对所述压缩后的废气的压力脉动起到缓冲作 用，并将缓冲后压力较为稳定的废气经调压阀11和流量调节器12送入所述发 动机1的进气装置13，实现发动机1的废气的再循环。

同时，本发明实施例中，再循环返回的废气与新吸入的新鲜空气的混合是 在所述进气装置13的出气端(即为所述发动机1的进气口)实现的，即为所 述混合是在新吸入的新鲜空气完成了增压和中冷之后进行的，从而可以避免废 气中存在少量颗粒物和无机盐会对发动机的涡轮增压器和中冷器造成污染，能 够对增压器和中冷器的性能和可靠性提供有力保障。

因此，与现有的高压EGR发动机相比，本发明实施例提供的EGR装置， 不需要在再循环返回的废气与新吸入的新鲜空气的混合处设置节气门或喉口， 故而进气压力和能量不会损失，有效提高发动机的性能。

与现有的低压EGR发动机相比，本发明实施例提供的EGR装置，能够对 增压器和中冷器的性能和可靠性提供有力保障。

本发明实施方式二：

与实施方式一的区别在于：所述EGR装置还包括设置在所述储气筒8上 的压力和温度传感器9，用于检测得到所述储气筒8的压力和温度。所述发动 机1的ECU 11和所述压力和温度传感器9之间建立通信连接，所述ECU 11 通过接收自所述压力和温度传感器9的信号，得到所述储气筒8的压力和温度， 并结合实际需要，控制所述流量调节器12，由此可以很容易的实现对所述发 动机1的EGR率的调节。

本发明实施方式二中，进一步的，建立所述发动机1的ECU 11和所述斯 特林热机4的控制单元之间的通信连接。所述发动机1的ECU 11实时接收所 述压力和温度传感器9的信号，得到所述储气筒8的压力和温度，并实时对所 述储气筒8的压力和温度进行监控。当所述ECU 11监控到所述储气筒8的压 力达到安全上限值时，所述ECU 11发送停机信号至所述斯特林热机4的控制 单元，使得所述斯特林热机4停止为所述EGR压缩机6提供动力，整个EGR 装置停止工作，从而确保所述EGR装置工作的安全性。

本发明实施方式三：

与实施方式一的区别在于：所述EGR装置还可以包括EGR冷却器5，所 述EGR冷却器5设置在所述排气尾管3和EGR压缩机6之间，其两端分别与 所述排气尾管3和EGR压缩机6连通。所述排气尾管3中的部分高温废气经 所述EGR冷却器5冷却后再进入所述EGR压缩机6，有利于提高所述EGR 压缩机6的工作效率。

本发明实施方式四：

与实施方式一的区别在于：所述EGR装置还可以包括单向阀7，所述单 向阀7设置在所述储气筒8的进气端(即为与所述EGR压缩机6相连的一端)， 所述EGR压缩机6通过所述单向阀7与所述储气筒8连通。所述单向阀7单 向开通，即为只允许废气从所述EGR压缩机6流入所述储气筒8，而不允许 废气从所述储气筒8倒流回所述EGR压缩机6，从而有效防止了整个EGR装 置中废气的倒流。

本发明实施方式五：

与实施方式一的区别在于：所述EGR装置还可以包括设置在所述储气筒 8上的安全阀10。所述安全阀10用于当检测到所述储气筒8中的压力达到安 全上限值时开通，实现对所述储气筒8泄压，从而保证所述EGR装置的安全 性。需要说明的是，所述安全上限值可以根据实际的需要具体设定。

本发明实施方式六：

与实施方式一的区别在于：所述EGR装置还可以增加其它形式的动力和 所述斯特林热机4一起驱动所述EGR压缩机6、或者采用其它形式的动力替 换所述斯特林热机4。具体的，其它形式的动力包括发动机1的动力输出，或 电机等。

需要说明的是，上述本发明的各种实施方式可以单独构成一技术方案，也 可以任意组合构成一技术方案。上述任意中实施方式组合后构成的技术方案仍 然属于本发明实施例公开的范围。

需要说明的是，本发明上述各实施例中，所述储气筒8可以对压缩后的废 气的压力脉动起到缓冲作用，同时，所述储气筒8输出的压力稳定的废气经过 所述调压阀11的进一步调节，使得输送至发送机1的再循环废气压力稳定， 对所述发动机1的EGR率的控制和调节变得容易实现，有利于产业化。

本发明实施例中，在所述排气尾管3处设置有斯特林热机4，所述斯特林 热机4可以利用发动机1的排气余热工作，为所述EGR压缩机6提供动力， 从而降低了所述EGR压缩机6的对发动机1或车辆的动力输入，提高了发动 机1或车辆的能量利用率。

进一步的，在本发明上述各实施例中，所述斯特林热机4和所述EGR压 缩机6可以采用一体化设计，使得其结构紧凑，布置较为方便，可以设置在车 辆的底盘上，节省EGR装置的安装空间。

所述EGR压缩机6可以采用多种形式，例如离心式压缩机、螺杆式压缩 机、或者活塞式压缩机等。

上述内容详细介绍了本发明实施例提供的一种废气再循环EGR发动机系 统，对应的，本发明实施例还提供一种发动机的废气再循环EGR装置。所述 发动机的废气再循环EGR装置可以为前述任一实施例所述的EGR装置，在此 不再一一赘述。

以上对本发明所提供的一种发动机的废气再循环EGR装置及EGR发动机 系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进 行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应 用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限 制。