一种EGR废气净化冷却加压一体化装置的制作方法

本发明属于发动机进、排气控制系统领域，主要用于控制汽车、非道路发动机的再循环废气，涉及一种egr废气净化冷却加压一体化装置。

背景技术：

废气再循环系统在发动机领域中用于降低缸内燃烧温度，降低nox排放，改善发动机的排放性能。

经调研，现有的egr(废气再循环)冷却系统采用机内和机外两种引入方式，机内引入方式采用可变气门机构的定时调整实现废气从排气阀的直接引入，对废气不做任何处理。机外引入另设egr管系及egr阀将废气引入进气管，根据废气自排气管的引出点不同也分高压egr方式及低压egr方式，在egr阀前或阀后一般设专用冷却器对egr废气进行冷却以降低进气混合气温度，但一般也不设专门的净化装置。

现有的发动机egr引入方案一般不对废气进行净化处理，带有颗粒物的废气进入缸内容易形成更大的颗粒物排放，也非常容易对增压器压气机叶片、进气管系及缸内燃烧室造成污染；同时，现有的低温燃烧技术方式存在大egr率需求，但目前进气增压程度越来越高的要求下，传统的直接引入废气方式由于废气压力较低，已经无法满足大egr率要求；此外引入缸内的egr高温废气需单独增设冷却器进行冷却，冷却器多为管壳式冷却器，在废气污染物的作用下很容易形成脏堵、腐蚀及泄露现象，并且存在清洗困难、体积较大及拆装不便等缺点。

技术实现要素：

本发明需要解决的问题是针对现有的发动机egr引入方案容易形成脏堵、腐蚀及泄露现象，并且存在清洗困难、体积较大及拆装不便的不足，而提供一种能同时净化除尘、冷却及加压，且结构紧凑，清洗简单、拆装方便的egr废气净化冷却加压一体化装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种egr废气净化冷却加压一体化装置，包括安装在底板上的静电除尘单元、设置于静电除尘单元上方的离心除尘加压单元和依次套接在离心除尘加压单元外的冷却单元和外壳，底板上设有egr废气的进气口，外壳上设有出气口；静电除尘单元设有气道，气道的一端连通进气口，气道内设有静电针，静电针与高压电源连接，底板上与气道相对应处设有底板集尘槽，底板集尘槽的末端设有排尘口；离心除尘加压单元包括电机和中空的螺杆转子，电机的输出轴朝下架设在外壳上，螺杆转子的上端安装在电机的输出轴上，螺杆转子的内腔与静电除尘单元的气道的另一端相通，螺杆转子的壁上设有径向贯通的离心通道，螺杆转子外套接有冷却单元，冷却单元包括进水口、冷却器和出水口，螺杆转子与冷却器之间形成离心腔，离心腔的底部设有离心集尘槽，离心集尘槽与分段设置在底板和静电除尘单元上的水灰泄放通道相通，外壳套接在冷却器的外面，外壳上的出气口与离心腔连通。

进气口处设有egr浓度传感器，出气口处设有温度/压力传感器，进水口处设有冷却水流量调节阀，静电针与高压电源之间设有静电开关，排尘口和水灰泄放通道的出口处设有电磁阀；egr浓度传感器和温度/压力传感器将检测的到的信号反馈给电子控制单元ecu，根据ecu内设指令实现各电控装置的智能化控制；

工作时，ecu发出控制指令，闭合静电开关和启动电机，静电除尘单元开始工作，ecu根据egr浓度传感器反馈的浓度信号和温度/压力传感器反馈的压力信号，对照预设的浓度值和压力值，调节电机的转速，通过改变离心力大小使进气egr的浓度和压力达到预设工况需求；

同时，温度/压力传感器将egr废气的温度信号反馈至ecu，ecu根据相应工况预设的标定数据控制冷却水流量调节阀的开度，进而控制冷却水的流量以调节egr废气的温度；

ecu根据其内预设的egr运行时间，控制电磁阀导通进行水灰泄放，也可通过电磁阀上的手动按钮随时人工清灰，电磁阀每次动作，ecu中的egr装置运行时间重新计量。

所述水灰泄放通道与排尘口经过装置内部流道汇集在一处，并通过电磁阀控制水灰泄放通道及排尘口的灰尘及水分排空，所述的电磁阀为两位四通电磁阀。

静电除尘单元的气道呈螺旋形，螺旋形的气道的径向外端为与进气口连通的进气端，螺旋形的气道的中心端为与内腔相通的出气端，静电针的形状与气道的形状相适配。

螺杆转子呈锥形，其小端朝上。

离心通道的数量至少为2个，周向均布在螺杆转子的壁上，离心通道的中心轴与螺杆转子的中心轴呈60°角布置。

冷却器呈锥形，小端朝上，其上沿设有上集水环，上集水环与进水口相通，下沿设有下集水环，下集水环与出水口相通，冷却器的外壁上设有连通上集水环和下集水环的双螺旋的冷却水螺旋通道，冷却器的内壁上设有螺旋交错的网纹凸起，网纹凸起的截面为半圆形，最大高度为1.5mm。

冷却器的冷却水螺旋通道的螺旋走向与螺杆转子的旋转方向相反，螺杆转子的旋转方向与其螺旋走向一致。

静电针上施加的高压静电为3000v。

该装置安装时为竖向安装，该装置轴线与垂线夹角小于等于5°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结构设计新颖，将egr废气的净化除尘、冷却及加压功能整合到一个装置中，可同时实现对egr废气进行净化除尘、冷却以及加压的效果，能有效改善egr废气对管系及发动机造成的污染，同时egr废气的冷却可提高混合气进气量及egr废气量，还可结合对egr废气的加压功能满足当前低温燃烧中高负荷工况对大egr率的需求。

详细优点如下：

(1)净化了egr废气：分离去除egr废气中的颗粒物质，降低碳烟颗粒物质在进气管系内积聚形成的污染，同时，也能够有效避免这些颗粒物质进入缸内与未燃颗粒物质集聚产生更大的颗粒物质，尽量减小废气排放颗粒对发动机缸内燃烧及排放的影响。

(2)冷却egr废气：对egr废气进行有效的冷却，控制egr废气中的水蒸汽不会因过冷而凝结，避免在增压器前引入egr废气时对增压器造成的液击损害。

(3)egr废气加压：对引自排气管的egr废气进行强制增压，使其满足低温燃烧工况对大egr率的需求，能够适应各种工况采用低压egr循环，不但高压废气可以做功，也可提升低压egr的瞬态响应性。

(4)集成电控装置：上述三种功能集成在一个体积较小的设备中，并外接用于水灰泄放的电磁阀、冷却水流量调节阀，以及静电开关，用发动机的ecu集中控制，实现智能化。

(5)结构紧凑，节约安装空间，拆装方便，清洗简单、且成本较低。

附图说明

图1是本发明的egr废气净化冷却加压一体化装置的结构示意图；

图2为本装置的电控系统原理图；

图3是底板的结构示意图；

图4是静电除尘单元的底部结构示意图；

图5是静电除尘单元的顶部结构示意图；

图6是螺杆转子的结构示意图；

图7是冷却器的结构示意图；

图8是静电吸附原理图。

其中，1-进气口，2-底板，3-静电针，4-气道，5-静电除尘单元，6-螺栓，7-内腔，8-螺杆转子，9-离心通道，10-离心腔，11-冷却器，12-冷却水螺旋通道，13-冷却器进水口，14-出气口，15-外壳，16-外壳进水口，17-上集水环，18-下集水环，19-外壳出水口，20-电机，21-支架，22-紧固螺帽，23-轴承盖，38-水环通孔，39-网纹凸起，40-水灰泄放通道，41-底板集尘槽，42-排尘口，43-离心集尘槽，44-冷却水流量调节阀，45、出水单向阀，46-高压电源，47-静电开关，48-电磁阀，49-ecu，51-温度/压力传感器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种egr废气净化冷却加压一体化装置，包括安装在底板2上的静电除尘单元5、设置于静电除尘单元5上方的离心除尘加压单元和依次套接在离心除尘加压单元外的冷却单元和外壳15，底板2上设有egr废气的进气口1，外壳15上设有出气口14；静电除尘单元设有气道4，气道4的一端连通进气口1，气道4内设有静电针3，静电针3与高压电源46连接，如图3所示，底板2上与气道4相对应处设有底板集尘槽41，底板集尘槽41的末端设有排尘口42；离心除尘加压单元包括电机20和中空的螺杆转子8，电机20的输出轴朝下架设在外壳15上，螺杆转子8的上端安装在电机20的输出轴上，螺杆转子8的内腔7与静电除尘单元的气道4的另一端相通，螺杆转子8的壁上设有径向贯通的离心通道9，螺杆转子8外套接有冷却单元，冷却单元包括进水口、冷却器11和出水口，螺杆转子8与冷却器11之间形成离心腔10，离心腔10的底部设有离心集尘槽43，离心集尘槽43与分段设置在底板2和静电除尘单元上的水灰泄放通道40相通，外壳15套接在冷却器11的外面，外壳15上的出气口14与离心腔10连通。

如图2所示，进气口1处设有egr浓度传感器，出气口14处设有温度/压力传感器51，进水口处设有冷却水流量调节阀44，静电针3与高压电源46之间设有静电开关47，排尘口42和水灰泄放通道40的出口处设有电磁阀48；egr浓度传感器和温度/压力传感器51将检测的到的信号反馈给电子控制单元

ecu49，根据ecu49内设指令实现各电控装置的智能化控制；

工作时，ecu49发出控制指令，闭合静电开关47和启动电机20，静电除尘单元开始工作，ecu49根据egr浓度传感器反馈的浓度信号和温度/压力传感器51反馈的压力信号，对照预设的浓度值和压力值，调节电机20的转速，通过改变离心力大小使进气egr的浓度和压力达到预设工况需求；

同时，温度/压力传感器51将egr废气的温度信号反馈至ecu49，ecu49根据相应工况预设的标定数据控制冷却水流量调节阀44的开度，进而控制冷却水的流量以调节egr废气的温度；

ecu49根据其内预设的egr装置运行时间，控制电磁阀48导通进行水灰泄放，也可通过电磁阀48上的手动按钮随时人工清灰，电磁阀48每次动作，ecu49中的egr装置运行时间重新计量。

所述水灰泄放通道40与排尘口42经过装置内部流道汇集在一处，并通过电磁阀48控制水灰泄放通道40及排尘口42的灰尘及水分排空，所述的电磁阀48为两位四通电磁阀。

如图4和5所示，静电除尘单元的气道4呈螺旋形，螺旋形的气道4的径向外端为与进气口1连通的进气端，螺旋形的气道4的中心端为与内腔7相通的出气端，静电针3的形状与气道4的形状相适配。

如图6所示，螺杆转子8呈锥形，其小端朝上。

离心通道9的数量至少为2个，周向均布在螺杆转子8的壁上，离心通道9的中心轴与螺杆转子8的中心轴呈60°角布置。

如图7所示，冷却器11呈锥形，小端朝上，其上沿设有上集水环17，上集水环17与进水口相通，下沿设有下集水环18，下集水环18与出水口相通，冷却器11的外壁上设有连通上集水环17和下集水环18的双螺旋的冷却水螺旋通道12，冷却器11的内壁上设有螺旋交错的网纹凸起39，网纹凸起39的截面为半圆形，最大高度为1.5mm；换热面积较平整内表面增大30％左右，在不影响流通性能的前提下能够有效的改善锥形体冷却器11的换热效果。

冷却器11的冷却水螺旋通道12的螺旋走向与螺杆转子8的旋转方向相反，螺杆转子8的旋转方向与其螺旋走向一致。

静电针3上施加的高压静电为3000v。

该装置安装时为竖向安装，该装置轴线与垂线夹角小于等于5°；以利于离心分离作用，同时利于灰尘及水分的收集。

外壳15与静电除尘单元5之间通过至少两个螺栓6连接。

发动机正常运行开启egr引入模式时，egr废气经进气口1后进入静电除尘单元5中的气道4，在气道4内的静电针3接高压电源46，静电针3与静电除尘单元5的连接处有绝缘材料隔离。

当发动机正常运行且需要采用egr装置时，ecu49控制静电开关47导通，由发动机上自带的发电机20及变压装置充当的高压电源46引来的3000v高压静电施加在静电针3上，静电针3在气道4中产生静电场，如图8所示，由于柴油机废气微粒一般均带有1-5个基本电荷，正负电荷微粒数基本相等，因此，egr废气经过气道4内静电针3所产生的高压静电场时，静电场对微粒产生吸附或者凝聚现象，微粒会吸附在静电针3上或向下沉积并收集在底板2上的底板集尘槽41中，底板集尘槽41末端设置有排尘口42，通过装置外接管路中的电磁阀48的开闭可实现积尘的排空。

经过静电除尘的egr废气从气道4中心向上进入由电机20驱动的高速旋转的螺杆转子8的内腔7，电机20固定在外壳15上的支架21上，电机20与外壳15的连接处设有轴承盖23，螺杆转子8与电机20的输出轴通过紧固螺帽22连接，螺杆转子8高速旋转过程中，废气经过螺杆转子8上均布的离心通道9进入离心腔10，进入离心腔10的egr废气在螺杆转子8的高速驱动下在离心腔10内高速旋转，egr废气中经过静电分离后仍未被除去的微粒物质在离心腔10内高速旋转过程中产生较大离心力向离心腔10外围扩散，并与冷却器11的内壁面相碰撞，微粒受到撞击阻隔会向下反弹或沿冷却器11内壁向下汇集在静电除尘单元5上端面的离心集尘槽43中，并可通过静电除尘单元5上布设的水灰泄放通道40及电磁阀48排出装置外，冷却器11内壁的网纹凸起39设计能够有效改善离心除尘时微粒阻隔收集的效果。

冷却器11采用1.5mm厚的耐酸性腐蚀并具有良好导热性能的材料成型，如钛合金材料，冷却器11外侧为双螺旋的冷却水螺旋通道12，冷却水自装置外壳15上的外壳进水口16进入外壳15体顶部流道，并通过冷却器11上端的冷却器进水口13进入冷却器11上端的上集水环17，冷却水自上集水环17分配至双螺旋的冷却水螺旋通道12并向下逆气流方向流动至下集水环18中，下集水环18上开设有水环通孔38，水环通孔38与外壳15上的外壳出水口19连通，冷却水由外壳出水口19排出，外壳出水口19处设有出水单向阀45。

冷却器11内壁面与螺杆转子8之间形成气流流通通道，废气可在螺杆转子8的高速驱动下沿冷却器11内壁面螺旋向上并与冷却水充分换热，实现egr废气的有效冷却。同时egr废气所含有的水汽碰到低温的冷却器11壁面会在壁面上产生凝结并沿着冷却器11内壁面向下汇集在离心集尘槽43中，可通过静电除尘单元5上部的水灰泄放通道40排出装置外，这种设计可有效避免现有冷却器11在egr废气过冷却时凝水排放困难的问题，同时也可避免增压器前egr引气含水时可能对增压器叶片造成的液击现象，有明显的优势。

在egr废气冷却和离心除尘的同时，由于螺杆转子8的高速驱动，egr废气的压力会逐渐升高，从而为发动机中高负荷工况下通过egr废气的强制增压实现大egr率提供了条件，可根据实际工况需求通过ecu49实时控制电机20的转速进而调节egr废气的压力并结合外部egr阀来调节egr率的大小，同时采用较高的转速同样有利于egr废气中微粒的离心分离效果。

图2为本装置电控系统原理图，当发动机正常运行需要采用装置时，ecu49控制静电开关47闭合和电机20启动，静电除尘单元工作。同时根据进气口1的egr浓度传感器、出气口14外接管路上的温度/压力传感器51以及标定需求调节电机20转速，从而使egr废气达到预设工况所需压力，同时进气egr浓度达到标定需求。温度/压力传感器51可将egr废气温度信号反馈至ecu49，ecu49根据相应工况预设的标定数据控制冷却水流量调节阀44的开度进而控制冷却水进出装置的流量以调节egr废气温度。

底板2下部设计的水灰泄放通道40及排尘口42通过两位四通电磁阀接外部环境，根据ecu49内部存储的egr装置运行时间，比如每10h，控制电磁阀48导通进行水灰泄放，也可通过电磁阀48上的手动按钮随时人工清灰，电磁阀48每动作一次，ecu49中的egr装置运行时间重新计量，定时清灰设计可延长装置的维护周期。

拆解清洁时，只需拆除装置体上的多个螺栓6、紧固螺帽22以及轴承盖23即可，冷却器11可移出装置外，其内壁面积灰积垢可采用稀硫酸液浸泡的方法去除，维护清洁方便快捷。

本发明通过合理设计将egr废气的净化、加压和冷却三种功能集成为一体，充分有效的实现各自功能的同时，能够有效的减小装置大小，操作简单，便于安装。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。