一种EGR系统及其控制方法与流程

本发明涉及发动机egr领域，尤其涉及一种egr系统及其控制方法。

背景技术：

废气再循环(exhaustgasrecirculation，egr)是将柴油机或汽油机产生的废气的一部分引出排气管路，并通过一个控制阀(比如egr阀)将适量的废气引入进气管路中与新鲜空气混合，再进入燃烧室参与燃烧的一种排放控制技术。由于废气中含有大量的co2，而co2不能燃烧却吸收大量的热量，进而降低了气缸中混合气的燃烧温度，从而减少了nox的生成量。

然而，尾气排放标准的升级以及后处理系统的老化问题使得柴油机需要提升egr率，但是，在增压器规格一定(即，增压器的压比一定)的条件下，egr率的提升较为困难。

具体地，如图1所示，现有技术中的发动机egr系统包括：egr管路1-1、中冷器2-1、发动机3-1、进气管路4-1、第一排气管路5-1、第二排气管路6-1和egr阀7-1。其中，发动机3-1的三个气缸(例如1缸、2缸、3缸)连接第一排气管路5-1的一端，第一排气管路5-1的另一端与涡轮机8-1连接，此外，第一排气管路5-1还与egr管路1-1的一端连接，egr管路1-1的另一端与进气管路4-1连接。发动机3-1的另外三个气缸(例如4缸、5缸、6缸)连接第二排气管路6-1的一端，第二排气管路6-1的另一端同样与涡轮机8-1相连接，来自4缸、5缸、6缸的排气经由第二排气管路6-1流通至涡轮机8-1并带动压气机9-1压缩进气，随后以排气排出。

该egr系统的工作过程如下：来自1缸、2缸、3缸的废气经由第一排气管路5-1分成两部分，废气的一部分经由涡轮机8-1进气口进入涡轮机8-1并驱动涡轮机8-1，从而带动压气机9-1压缩进气。废气的另一部分经由egr管路1-1流通至egr阀7-1，在egr阀7-1被打开并且egr管路1-1中的气压大于进气管路4-1中的气压的情况下，废气通过egr阀7-1之后与进气混合并经中冷器2-1冷却后经由发动机3-1进气口进入发动机3-1的气缸中。在上述egr系统的工作过程中，来自1缸、2缸、3缸的废气仅在涡轮机8-1前的压力大于进气压力时才产生egr，这导致egr率提升较为困难，egr率的提升完全依赖于增压器的自身性能，对增压器的匹配提出了较高的要求。

因此，存在对于能够有效提升egr率的发动机egr系统的需求。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于：提供一种egr系统，以解决现有技术中egr系统的egr率提升困难，难以实现较高egr率，并且提升程度依赖增压器自身性能的问题。

本发明的另一个目的在于：提供一种egr系统的控制方法。

一方面，本发明提供一种egr系统，包括：

发动机，所述发动机包括至少两个气缸，每一个所述气缸均分别与进气歧管和排气歧管连通；

压气机，所述压气机的输入端与大气连通，输出端与所述进气歧管的主管路连通；

涡轮机，所述涡轮机与所述压气机连接，所述涡轮机的输出端与大气连通，输入端通过第一管路与所述排气歧管连通；

egr管路，所述egr管路的一端与所述第一管路连通，另一端与所述进气歧管的主管路连通；

控制阀，所述控制阀安装在所述排气歧管的主管路上，所述控制阀能够控制一部分气缸所排放的废气进入第一管路中的量。

作为优选，所述涡轮机还通过第二管路与所述控制阀连通，所述控制阀能够控制所述一部分气缸所排放的废气全部进入第一管路、全部进入第二管路或者一部分进入第一管路且另一部分进入第二管路。

作为优选，所述控制阀以及所述第一管路与所述排气歧管的主管路的连接处均位于所述一部分气缸和所述另一部分气缸与所述排气歧管的主管路的连接处之间。

作为优选，所述控制阀包括：

阀体外壳，所述阀体外壳上间隔设有第一端口、第二端口和第三端口；

阀芯，所述阀芯位于所述阀体外壳内部；

所述控制阀通过所述第一端口和所述第三端口连接在所述排气歧管的主管路上，并且所述第三端口相比所述第一端口靠近所述第一管路与所述排气歧管的主管路的连接处，所述第二端口与所述第二管路连接，所述阀芯能够控制所述第二端口或者所述第三端口的开度。

作为优选，所述一部分气缸均通过所述第一端口与所述控制阀连通。

作为优选，所述阀体外壳上还设有第四端口，所述第四端口位于所述第一端口、和所述第三端口之间，所述一部分气缸中的一个与所述第四端口连通，所述一部分气缸中的其余部分与所述第三端口连通。

作为优选，所述阀体外壳呈圆柱形，所述第一端口、所述第二端口以及所述第三端口间隔设置在所述阀体外壳的周面上。

作为优选，所述控制阀还包括步进电机，所述步进电机位于所述阀体外壳的一侧且与所述步进电机的输出轴连接，所述步进电机能够正转或者反转。

作为优选，所述步进电机为直流步进电机，所述直流步进电机通过联轴器与所述阀芯连接。

作为优选，所述控制阀还包括与所述步进电机连接的控制模块，所述控制模块能够控制所述阀芯位于所述阀体外壳中的位置。

作为优选，还包括安装在所述压气机的输出端与所述进气歧管的主管路之间的中冷器，安装在所述egr管路上的egr冷却器和egr阀。

另一方面，本发明提供一种egr系统的控制方法，适用于上述任一方案中所述的一种egr系统，包括：

控制控制阀，使一部分气缸所排放的废气全部进入第一管路或者全部不进入第一管路。

作为优选，控制控制阀，使一部分气缸所排放的废气部分进入第一管路。

作为优选，阀芯将第三端口部分密封，将第二端口全部开启；

或者将第三端口和第二端口均全部开启；

或者将第二端口部分密封，第三端口全部开启；

一部分气缸所排放的废气的一部分进入第一管路，另一部分进入第二管路。

本发明的有益效果为：

1)通过控制阀控制进入第一管路的废气的量，进而控制第一管路的气压，从而实现对于通过egr管路进入进气歧管废气的量的控制，从而实现对于egr率的控制，当废气全部进入第一管路，第一管路中的气压达到最大，从而通过控制阀的控制即可实现高的egr率，解决了现有技术中egr系统的egr率提升困难，难以实现较高egr率，并且提升程度依赖增压器自身性能的问题。

2)当控制阀控制一部分气缸所排放的废气全部进入第一管路，可以使第一管路内的气压达到最大，由于egr管路从第一管路取气，可以使更多的egr气体进入进气歧管中，因而能够实现较高的egr率，并且不依赖增压器的自身性能。

3)当控制阀控制一部分气缸所排放的废气全部进入第二管路，另一部分气缸所排放的废气全部进入第一管路，若一部分气缸和另一部分气缸的数量相同时，此时可实现脉冲增压。

4)当控制阀控制一部分气缸所排放的废气和另一部分气缸所排的废气均可以通过第一管路和第二管路自由进入涡轮机对涡轮机进行驱动，并且一部分气缸和另一部分气缸的数量相同时，此时可以实现定压增压。

5)当控制阀控制一部分气缸所排放的废气的一部分能够进入第一管路时，可以实现对于egr管路取气侧管路气压的调节，进而调节egr率。

附图说明

图1为本发明背景技术中发动机egr系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种egr系统的结构示意图(包括三个端口时)；

图3为本发明实施例中一种egr系统的结构示意图(包括四个端口时)；

图4为本发明实施例中一种egr系统中控制阀的结构示意图；

图5为图4所示的控制阀沿a-a方向的剖视图。

图中：

1-1、egr管路；2-1、中冷器；3-1、发动机；4-1、进气管路；5-1、第一排气管路；6-1、第二排气管路；7-1、egr阀；8-1、涡轮机；9-1、压气机；

1、发动机；11、气缸；12、进气歧管；13、排气歧管；

21、压气机；22、涡轮机；

3、egr管路；

4、第一管路；

5、控制阀；51、阀体外壳；511、第一端口；512、第二端口；513、第三端口；514、第四端口；52、步进电机；53、阀芯；531、转轴；532、连接部；533、密封部；54、联轴器；

6、第二管路；

7、中冷器；

8、egr冷却器；

9、egr阀。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供一种egr系统，如图2～5所示，包括发动机1、压气机21、涡轮机22、egr管路3、中冷器7、egr冷却器8、egr阀9以及控制阀5。

发动机1包括至少两个气缸11以及分别与每一个气缸11连通的进气歧管12和排气歧管13，如图2所示，本实施例中的发动机1包括六个气缸11。

压气机21的输入端与大气连通，输出端与进气歧管12的主管路连通；涡轮机22与压气机21连接，涡轮机22的输出端与大气连通，输入端分别通过第一管路4和第二管路6与排气歧管13连通，中冷器7安装在压气机21与进气歧管12的主管路的连接管路上，中冷器7用于对即将进入进气歧管12的新鲜空气进行冷却，达到降低气缸11内的燃烧温度的目的，从而进一步减少了nox的生成量，废气在进入涡轮机22后，驱动涡轮机22运转，涡轮机22带动压气机21压缩新鲜空气。

egr管路3的一端与第一管路4连通，另一端与进气歧管12的主管路连通，本实施例中，egr管路3的另一端与中冷器7和进气歧管12之间的连接管路连通。egr冷却器8和egr阀9均安装在egr管路3上，并且egr阀9相对egr冷却器8处于气体流动方向的下方，通过egr冷却器8降低进入进气歧管12中的废气的温度，并通过egr阀9对废气的流量进行控制，从而便于根据发动机1的实际工况匹配相应的egr率。

可以理解的是，egr管路3的另一端也可以与压气机21的输出端和中冷器7之间的连接管路连通，此时废气在进入进气歧管12之前还可以通过中冷器7进行进一步冷却，从而可以降低对于egr冷却器8的性能要求。

控制阀5安装在排气歧管13的主管路上，控制阀5能够控制一部分气缸11所排放的废气全部进入第一管路4、部分进入第一管路4或者全部不进入第一管路4。具体的，控制阀5以及第一管路4与排气歧管13的主管路的连接处均位于一部分气缸11与排气歧管13的主管路的连接处和另一部分气缸11与排气歧管13的主管路的连接处之间。在本实施例中，一部分气缸11是指图2所示气缸11中的4缸、5缸和6缸，另一部分气缸11是指1缸、2缸和3缸。

控制阀5包括阀体外壳51、步进电机52、阀芯53、联轴器54和控制模块(附图中未示出)，阀体外壳51呈圆柱形，阀体外壳51的周面上间隔90°依次设有第一端口511、第二端口512以及第三端口513，并且第一端口511、第二端口512以及第三端口513的孔径相等。阀芯53位于阀体外壳51中，并且呈扇形，步进电机52位于阀体外壳51之外，步进电机52和阀芯53的转轴通过联轴器54连接，在步进电机52的带动下，阀芯53能够在阀体外壳51的内部空腔中转动。控制模块与步进电机52连接，控制模块能够控制步进电机52运转或者停止，从而可以控制阀芯53位于阀体外壳51中的位置，可以通过改变控制模块输入给步进电机52的脉冲数目，实现阀芯53相对阀体外壳51以固定角度间隔连续旋转。本实施例中，当阀芯53转动到正对第一端口511、第二端口512或第三端口513的位置时，阀芯53能够将第一端口511、第二端口512或第三端口513密封，当阀芯53转动到第一端口511、第二端口512以及第三端口513中任意相邻的两个端口的正中间时，阀芯53不会与第一端口511、第二端口512或第三端口513重叠。需要注意的是，本实施例中的步进电机52优选采用直流步进电机，能够正转，也能够反转，从而根据发动机1的实时工况，可以连续的对阀芯53的位置进行调整。

阀芯53包括与联轴器54连接的转轴531，分别与转轴531的顶部和底部固定连接两个扇形的连接部532，以及分别和两个连接部532扇形的一端连接的密封部533，当密封部533转动到和各个端口正对的位置时，将各个端口密封。本实施例阀芯53两个连接部532之间为空心结构，并与阀体外壳51内部的空腔连通，并且占用了空腔较小的空间，在阀芯53转动的过程中，不会引起阀体外壳51内部空腔中气压的改变，不会造成阀体外壳51内部空腔中较大的气流扰动，同时减小了步进电机52的负载。

如图2所示，控制阀5通过第一端口511和第三端口513安装在排气歧管13的主管路上，并且第三端口513相对第一端口511靠近第一管路4和排气歧管13的主管路的连接处，通过第二端口512和第二管路6连接。

可以理解的是，阀体外壳51的外周上还可以设置第四端口514，如图5所示，第四端口514位于第一端口511和第三端口513之间，并且和第二端口512相对，第四端口514和第一端口511间隔90°，并且孔径一致。如图3所示，控制阀5通过第一端口511和第三端口513安装在排气歧管13的主管路上，并且第三端口513相对第一端口511靠近第一管路4和排气歧管13的主管路的连接处，通过第二端口512和第二管路6连接，通过第四端口514和4缸的排气管路连接。

本实施例还提供一种egr系统的控制方法，适用于上述方案中的一种egr系统，该控制方法为：

通过控制控制阀5，使一部分气缸11所排放的废气全部进入第一管路4、部分进入第一管路4或者全部不进入第一管路4。

通过控制阀芯53在第三端口513和第二端口512之间摆动，能够实现使4缸、5缸和6缸所排出的废气经第三端口513全部进入第一管路4、一部分进入第一管路4，另一部分进入第二管路6或者全部进入第二管路6，并能实现对于进入第一管路4和第二管路6气体流量的连续控制，从而实现对于第一管路4气体压力的连续控制，即实现对egr管路3取气侧气压大小的连续控制，进而可以根据发动机1的实际工况，控制egr率。具体如下：

1)直流步进电机带动阀芯53转动到正对第二端口512的位置，阀芯53将第二端口512密封，此时，第三端口513全部开启，4缸、5缸和6缸所排出的废气，从控制阀5一侧的排气歧管13的主管路中全部通过第三端口513进入控制阀5另一侧的排气歧管13的主管路中，和1缸、2缸和3缸所排放的废气一起进入第一管路4中，此时，所有气缸11排放的废气全部进入第一管路4中，因而第一管路4中的气压达到最大，提高了egr管路3取气侧的压力，从而可以使更多的egr气体进入进气歧管12的主管路中，提高了egr率。

2)直流步进电机带动阀芯53转动到和第三端口513有重叠或者和第二端口512有重叠的位置，此时阀芯53将第三端口513部分密封或者将第二端口512部分密封，4缸、5缸和6缸所排出的废气的一部分进入第一管路4，另一部分进入第二管路6。通过控制阀芯53与第三端口513或者第二端口512的重叠面积，可以控制4缸、5缸和6缸所排出的废气进入第一管路4中的数量，进而可以实现对egr率的控制。

需要注意的是，当阀芯53和第二端口512有重叠时，此时第三端口513是完全开启的，此时大部分废气进入第一管路4中，当阀芯53和第三端口513有重叠时，此时第二端口512是完全开启的，此时大部分废气进入第二管路6中。

3)直流步进电机带动阀芯53转动到和第三端口513和第二端口512的中间，并且和第二端口512以及第三端口513均没有重叠的位置，此时第三端口513和第二端口512均全部开启，控制阀5两侧的气路完全相通，1缸～6缸所排放的废气均能从第一管路4和第二管路6进入涡轮机22，对涡轮机22进行增压，此时egr系统的管路结构和常规的定压增压管路结构是一致的，能够实现对发动机1的定压增压。

4)直流步进电机带动阀芯53转动到正对第三端口513的位置，阀芯53将第三端口513密封，此时，第二端口512全部开启，4缸、5缸和6缸所排放的废气全部进入第二管路6，1缸、2缸及3缸所排放的废气全部进入第一管路4，此时egr系统的管路结构和常规的脉冲增压管路结构是一致的，能够实现对发动机1的脉冲增压。

本实施例通过控制阀5可以控制一部分气缸11所排放的废气进入第一管路4的数量，进而控制第一管路4的气压，从而实现对于通过egr管路3进入进气歧管12的废气量的控制，进而实现对于egr率的控制，并且当废气全部进入第一管路4时，第一管路4中的气压达到最大，可实现高的egr率，解决了现有技术中egr系统的egr率提升困难，难以实现较高egr率，并且提升程度依赖增压器自身性能的问题；同时，还可以实现非对称流道增压器的功能以及对称流道增压器的功能，非对称度可以根据实际需求通过控制阀5进行连续调节。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。