专利名称：轻型柴油机egr进气控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及柴油机领域，特别涉及一种轻型柴油机带EGR的进气控制系统。
背景技术：
柴油发动机在工作过程中燃烧的废气含有NOx等对人体有害的气体，因此国家在 环保法规里明确规定了发动机尾气中的NOx含量。随着国三、国四、国五的标准颁布，NOx含 量限值越来越严格。这就需要发动机在设计和燃烧开发时充分考虑该限值的控制，既要满 足国家的排放法规要求，又要能兼顾发动机的性能需求。尾气中的NOx的生成机理三要素是高温、富氧、燃烧持续时间。即在足够的氧浓 度的条件下，温度越高和燃烧反应时间越长，则生成量越大。通过EGR系统(Exhaust Gas Recycle,即废气再循环系统)，将发动机的废气冷却后重新引入进气管可以得到三个方面 的好处一、提高混合气的热容量。废气中还有水蒸汽和二氧化碳，可有效降低气缸内的最 高燃烧温度，抑制NOx的生成。二、降低混合气中氧气的浓度。废气加入的稀释作用可以使 氧气的相对浓度下降，从而也能降低NOx的排放。三、降低燃烧速度。由于废气中含有大量 惰性气体，当这些废气部分回流到进气管后起到了稀释新鲜进气的作用，使燃烧反应速度 减缓。国家排放法规对轻型车NOx排放的考核控制区段在发动机运行的中低速区段，对 中、重型车NOx排放的考核控制区段在发动机运行的高速重载荷区段。为了满足法规的考核要求，根据燃烧排放控制NOx机理，引入了 EGR率的概念，即 控制气缸内回流尾气所占的百分比来改善燃烧。轻型柴油机在中低速段时需要高达50% 以上的EGR率才能有效控制NOx排放；而在高速段为了减少泵气损失，满足低油耗率要求， EGR率又不需要那么大。可事实上轻型柴油机的工作原理刚好跟上述的需求相反中低速 时，产生废气少，难以获得较高的排气背压回流尾气来保证高EGR率；高速时，产生废气多， 但此时又需要顺畅排气，吸进更多的新鲜空气参与燃烧，不要那么大的EGR率了。现有轻型 柴油机的EGR系统在固定增压器涡轮、固定的排气管内径，仅靠进气管前EGR阀的开度控制 废气流量，很难在中低速段控制得到理想的EGR率又能兼顾高速段的性能要求。传统带EGR进气系统方案缺点1)减小增压器涡轮，使涡前压力增大来提高EGR率，涡轮过小牺牲了高速的经济性。2)减小排气管内径的方法增大排气压力，这种方法仅对高速段大负荷工况的EGR 率有好处，对小负荷低速段影响不大，所以对轻型车的意义不大。3)进气门关闭角的变化很难实现大幅度地提高缸内的EGR率。4)气门重叠角减小，EGR率会有所增大，但EGR率存在一个临界值无法大幅提高。
实用新型内容本实用新型是为了克服上述现有技术中缺陷，既可实现在中低速获得可控的高EGR率，又可保证高速段的充气效率，最大程度地减小增压器和排气管对EGR率的影响。本实用新型的轻型柴油机EGR进气控制系统，包括与新鲜空气源连通的进气接 管，进气接管的进气端设进气节流阀，用于控制新鲜空气的进气总量；进气接管为双层结 构，其中进气接管下层与进气管第一稳压腔连通并通过进气涡流控制阀控制流入第一稳压 腔的新鲜空气流量，形成新鲜空气进气组；进气接管上层根部处设EGR进气口，经冷却后的 尾气通过电控EGR阀对进入EGR进气口的尾气流量进行控制，尾气与新鲜空气在进气接管 上层混合，充分混合后的尾气和新鲜空气进入进气管第二稳压腔，形成带EGR尾气进气组。其中，进气接管上层通过第二稳压腔支气管与进气管第二稳压腔连通，用于充分 混合位于进气接管上层的尾气和新鲜空气。其中该系统还包括EGR冷却器和EGR导管，尾气在EGR冷却器中冷却、然后通过 EGR导管进入进气接管。其中，轻型柴油机为四缸十六气门柴油机，新鲜空气进气组包括第一、三、五、七进 气口，带EGR尾气进气组包括第二、四、六、八进气口，新鲜空气进气口与带EGR尾气进气口 间隔设置。其中，进气节流阀、进气涡流控制阀以及电控EGR阀可以进行ECU电控控制，在不 过多减低发动机性能的前提下，又能满足国家的排放限值；当柴油机在中低速运转时，进气 节流阀的阀门和进气涡流控制阀的阀门关小，电控EGR阀的阀门开至最大，用于引入足够 的尾气并保证带EGR尾气进气组的进气充气效率；当柴油机在高速运转时，进气节流阀的 阀门和进气涡流控制阀的阀门开大，电控EGR阀的阀门适当关小，用于保证两个进气组的 新鲜空气进气的充气 效率。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果1、通过进气接管的双层设计以及三个相应阀门的设置，可在不同工况下精确控制 EGR 率；2、系统的结构紧凑、便于实施，可满足轻型柴油发动机中低转速的大EGR率要求；3、系统故障率低、安全可靠，优化升级后可满足更严格的排放要求。
图1是本实用新型柴油机带EGR的进气控制系统的立体装配分解图；图2是本实用新型柴油机带EGR的进气控制系统组装后的立体图；图3是本实用新型柴油机带EGR的进气控制系统组装后的立体图(示出了八个进 气口)；图4是本实用新型柴油机带EGR的进气控制系统中的油气流动示意图(示出了进 气接管的双层结构以及进气节流阀、进气涡流控制阀的阀门位置)；图5是本发明柴油机带EGR的进气控制系统立体装配的进出气流示意图。结合附图在其上标记以下附图标记1-进气管；2-进气节流阀；3-EGR导管；4_进气涡流控制阀；5_进气接管；6_电 控EGR阀；7-EGR冷却器；8-进气管第一稳压腔；9-第一稳压腔进气歧管；10-第二稳压腔 进气歧管；11-进气管第二稳压腔；12-第二稳压腔支气管；13-第一进气口 ； 14-第二进气 口 ；15-第三进气口 ；16-第四进气口 ；17-第五进气口 ；18-第六进气口 ；19-第七进气口 ；20-第八进气口 ；21-进气节流阀阀门；22-进气接管分流腔；23-EGR进气口 ；24-进气涡流 控制阀阀门；25-新鲜空气进气口 ；26-排气废气进口。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式
进行详细描述，但应当理解本 实用新型的保护范围并不受具体实施方式
的限制。如图1所示，整个柴油机带EGR的进气控制系统由七大部分零部件组成即进气管 1、进气节流阀2、EGR导管3、进气涡流控制阀4、进气接管5、电控EGR阀6、EGR冷却器7。进一步如图2所示，进气管分两层结构，进气管第一稳压腔8在下，在其前端安装 有进气涡流控制阀4 ；进气管第二稳压腔11在上，并与长长的第二稳压腔支气管12连接。 尾气在电控EGR阀6和EGR冷却器7控制流量并冷却后，经过EGR导管3导入进气接管5。进一步如图2、3所示，进气管第二稳压腔11与第二进气口 14、第四进气口 16、第 六进气口 18、第八进气口 20相连，这组进气口称为带EGR尾气进气组；进气管第一稳压腔 8与第一进气口 13、第三进气口 15、第五进气口 17、第七进气口 19相连，这组进气口称为新 鲜空气进气组。下面详细介绍一下本实用新型系统的工作原理和工作过程本实用新型的系统是在四缸十六气门的柴油机的基础上建立的在每个气缸有两 个进气门的柴油机中，进气管分为两组，第一组与EGR尾气混合，第二组带阀门不与EGR尾 气混合。在中低速工况时，电控EGR阀开至最大，通过控制第二组的阀门和进气节流阀门， 可以使第一组获得很高的EGR率；而在高速工况时，控制电控EGR阀适当关闭，第二组的阀 门和进气节流阀门同时打开，保证了足够的新鲜空气进入。进一步如图4所示，本实用新型的系统有三个阀门可以调节即控制EGR尾气量的 电控EGR阀6(图4中未示出，见图1、2)；控制新鲜空气进入总量的进气节流阀的阀门21 ； 控制一组进气管进气量的进气涡流控制阀4(相应的阀门为图4中的阀门24)。在柴油机工作在中低速时，发动机对新鲜空气总量需求不多，进气节流阀阀门21 可以关小；此时尾气产生量不大，可将电控EGR阀2开至最大以引入足够的尾气；进气涡流 控制阀阀门24关小，来保证EGR尾气和新鲜空气混合组进气管的压力，保证进气的充气效 率。在柴油机工作在高速时，发动机对新鲜空气总量需求很多，进气节流阀阀门21可 以加大；此时尾气产生量很大，可将电控EGR阀2适当关闭从而控制EGR引入的尾气；进 气涡流控制阀阀门24全开，来保证两组进气管都有足够的新鲜空气，保证了进气的充气效率。进气流动控制进一步如图4所示，本实用新型核心结构在于进气接管5的进气接 管分流腔22将新鲜空气分成了两股，第一股进入第二稳压腔支气管12，第二股进入进气管 第一稳压腔8。第二稳压腔支气管12内有EGR进气口 23，EGR引入的尾气与第一股新鲜空 气可以在较长的第二稳压腔支气管12内充分混合后进入进气管第二稳压腔11。第二股新 鲜空气经过进气涡流控制阀4的阀门24节流后，进入进气管第一稳压腔8。整套系统的进气和出气情况如图5所示，第一进气口 13和第二进气口 14连接第 一缸的两个进气道；第三进气口 15和第四进气口 16连接第二缸的两个进气道；第五进气口 17和第六进气口 18连接第三缸的两个进气道；第七进气口 19和第八进气口 20连接第 四缸的两个进气道。新鲜空气从新鲜空气进气口 25通过进气节流阀2精确计量进入；排气 管的尾气经导流从排气废气进口 26精确计量进入，后经过冷却，导入进气接管5的EGR进 气口 23 (见图4)。新鲜空气和尾气经过本实用新型系统处理后，在进气管的八个进气口的 流出如附图5箭头所示。其中，第一、三、五、七进气口只有新鲜空气，第二、四、六、八进气口 是新鲜空气+EGR尾气混合气体。 总体工作过程如图1至5所示，新鲜空气经过进气节流阀的阀门21控制流量后， 在进气接管内被分流成了两股，第一股向上经第二稳压腔支气管12进入进气管第二稳压 腔11 ；第二股向右经过进气涡流控制阀的阀门24控制流量后进入进气管第一稳压腔8，最 终流至第一、三、五、七进气口。排气尾气从排气废气进口 26进入电控EGR阀，精确计量后 进入EGR冷却器，冷却后经EGR导管3导入到进气接管5与第一股新鲜空气在第二稳压腔 支气管12充分混合后到达进气管第二稳压腔11，最终流至第二、四、六、八进气口。其中， 第一、二进气口进入第一缸，第三、四进气口进入第二缸，第五、六进气口进入第三缸，第七、 八进气口进入第四缸。通过控制第一、三、五、七进气口的新鲜空气含量，即可控制气缸内的 EGR率，即气缸内尾气所占的百分比。本实用新型的双层进气接管的结构设计以及三个相应阀门的应用，既可实现在中 低速获得可控的高EGR率，又可保证高速段的充气效率，最大程度地减小增压器和排气管 对EGR率的影响。以上公开的仅为本实用新型的一个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种轻型柴油机EGR进气控制系统，其特征在于，包括与新鲜空气源连通的进气接 管，进气接管的进气端设进气节流阀，用于控制新鲜空气的进气总量；进气接管为双层结 构，其中进气接管下层与进气管第一稳压腔连通并通过进气涡流控制阀控制流入第一稳压 腔的新鲜空气流量，形成新鲜空气进气组；进气接管上层根部处设EGR进气口，经冷却后的 尾气通过电控EGR阀对进入EGR进气口的尾气流量进行控制，尾气与新鲜空气在进气接管 上层混合，充分混合后的尾气和新鲜空气进入进气管第二稳压腔，形成带EGR尾气进气组。
2.根据权利要求1所述的轻型柴油机EGR进气控制系统，其特征在于，所述进气接管上 层通过第二稳压腔支气管与所述进气管第二稳压腔连通，用于充分混合位于进气接管上层 的尾气和新鲜空气。
3.根据权利要求1或2所述的轻型柴油机EGR进气控制系统，其特征在于，还包括EGR 冷却器和EGR导管，尾气在EGR冷却器中冷却、然后通过EGR导管进入进气接管。
4.根据权利要求3所述的轻型柴油机EGR进气控制系统，其特征在于，所述轻型柴油机 为四缸十六气门柴油机，所述新鲜空气进气组包括第一、三、五、七进气口，所述带EGR尾气 进气组包括第二、四、六、八进气口，新鲜空气进气口与带EGR尾气进气口间隔设置。
专利摘要本实用新型公开了一种轻型柴油机EGR进气控制系统，包括与新鲜空气源连通的进气接管，进气接管的进气端设进气节流阀，用于控制新鲜空气的进气总量；进气接管为双层结构，其中进气接管下层与进气管第一稳压腔连通并通过进气涡流控制阀控制流入第一稳压腔的新鲜空气流量，形成新鲜空气进气组；进气接管上层根部处设EGR进气口，经冷却后的尾气通过电控EGR阀对进入EGR进气口的尾气流量进行控制，尾气与新鲜空气在进气接管上层混合，充分混合后的尾气和新鲜空气进入进气管第二稳压腔，形成带EGR尾气进气组。本实用新型的系统既可实现在中低速获得可控的高EGR率，又可保证高速段的充气效率。
文档编号F02D21/08GK201891532SQ201020539708
公开日2011年7月6日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者庞威, 赵贵 申请人:广西玉柴机器股份有限公司