專利名稱：用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的通道式egr系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的通道式EGR系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及低壓燃料供給系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，本實(shí)用新型涉及一種通道式二甲醚廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，其無(wú)需采用EGR閥以及后處理器而使機(jī)械泵的二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)V排放要求。
背景技術(shù)：
[0002]隨著環(huán)境保護(hù)問題的重要性日趨增加，如何降低發(fā)動(dòng)機(jī)有害物排放是減少大氣污染的一個(gè)重要議題，因此其也成為了未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要方向。目前降低汽車尾氣排放一般不再是從發(fā)動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)方面來(lái)采取措施，而通常采取排氣后處理的方式來(lái)降低污染物的排放量。在現(xiàn)有的各種降低有害排放物的控制方法中，選擇性催化還原(Selective Catalyst Reduction，簡(jiǎn)稱為 SCR)技術(shù)和廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation，簡(jiǎn)稱為EGR)技術(shù)成為控制發(fā)動(dòng)機(jī)排放的主要技術(shù)手段。本實(shí)用新型主要涉及對(duì)于EGR技術(shù)或是系統(tǒng)的改進(jìn)。[0003]EGR的原理是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，將一部分廢氣引入進(jìn)氣管，與新鮮空氣或霧化混合氣混合后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)參與再次燃燒。由于再循環(huán)氣體的熱容量較高，在燃燒過(guò)程中吸收較多的熱量，能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)最高燃燒溫度以及壓力，而氮和氧只有在高溫高壓條件下才會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此就抑制了氮氧化合物的生成。另外，提高廢氣再循環(huán)率會(huì)使總的廢氣流量(mass flow)減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會(huì)相對(duì)減少。[0004]一般采用兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)EGR:—種是將渦輪前的排氣引入中冷器之后，稱為高壓廢氣反向；另一種是將渦輪后的排氣引入壓氣機(jī)之前，稱為低壓EGR系統(tǒng)。當(dāng)使用柴油作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料時(shí)，由于柴油等含有C-C鍵以及硫，因此在燃燒過(guò)程中會(huì)生成碳煙和S03，碳煙的顆粒使渦輪增壓器的壓氣機(jī)磨損嚴(yán)重，而S03遇到水后會(huì)生成硫酸從而腐蝕壓氣機(jī)， 所以在柴油機(jī)中一般采用高壓EGR系統(tǒng)并且需要與例如DPF(顆粒捕捉器)等后處理器同時(shí)使用，然而DPF壓力過(guò)高后需要再生，因此使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且成本較高。因此，雖然柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)高7-9個(gè)百分點(diǎn)，但是由于柴油污染大以及其逐漸緊缺等原因，采用二甲醚(分子式CH30CH3，簡(jiǎn)稱DME)來(lái)替代柴油作為汽車燃料是能源時(shí)代發(fā)展的迫切需要。二甲醚的分子式簡(jiǎn)單，無(wú)C-C鍵，燃料二甲醚中不合有硫，因此燃燒過(guò)程中沒有碳煙也沒有硫化物的生成，此時(shí)如果采用EGR就不會(huì)對(duì)壓氣機(jī)的葉片造成磨損，也不會(huì)腐蝕葉片。此外，同樣由于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的顆粒很少并且?guī)缀醪簧商紵?，也就無(wú)需安裝DPF等后處理器。從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。[0005]由于低壓可有效降低氮氧化物，而廢氣循環(huán)工作范圍較大，因此目前運(yùn)用得最多的是低壓二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR系統(tǒng)。在現(xiàn)有的二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)專用低壓EGR系統(tǒng)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不同，對(duì)EGR的量的要求也不同。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下時(shí)，幾乎沒有廢氣循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加，進(jìn)入燃燒室的廢氣量而增加。在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到額定狀況，即全負(fù)荷時(shí)，EGR率也達(dá)到最大。因?yàn)檫^(guò)量的廢氣在循環(huán)中將會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，特別在怠速或低速小負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)運(yùn)行時(shí)，再循環(huán)的廢氣將會(huì)明顯降低發(fā)動(dòng)機(jī)的能量效率和機(jī)械耐久性。因此為了使EGR系統(tǒng)能更有效地發(fā)揮作用，一般需要采用電控或者氣動(dòng)閥來(lái)控制不同工況下參加EGR的廢氣量。通常采用EGR率作為排氣再循環(huán)的控制指標(biāo)，其MAP圖一般形式為以轉(zhuǎn)速(r/min)和負(fù)荷(％ )為自變量的三維圖形，可以將其簡(jiǎn)單定義為[0006]EGR率=EGR氣體流量/ (吸入空氣量+EGR氣體流量)X 100%[0007]目前采用機(jī)械式尤其是電子式控制來(lái)對(duì)EGR率進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。普通的電控式 EGR控制系統(tǒng)一般主要由EGR閥、電磁閥、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器、冷卻水溫度傳感器、啟動(dòng)信號(hào)傳送器等等組成，而更為復(fù)雜的可變式電控EGR控制系統(tǒng)還可能包括定壓閥、調(diào)節(jié)閥等等。在工作中，當(dāng)確定了發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的EGR率之后，EGR閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣口閥的開啟高度和開啟時(shí)間，從而控制流經(jīng)EGR閥的廢氣量，故而高溫廢氣流經(jīng)EGR閥使得其需要承受工作高溫。因此，EGR控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相應(yīng)地使得運(yùn)營(yíng)成本和維修成本都較尚ο[0008]因此，在現(xiàn)有技術(shù)的EGR系統(tǒng)中，存在優(yōu)化設(shè)計(jì)中涉及的人力物力較多、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度較高以及相應(yīng)地運(yùn)營(yíng)維修成本較大等缺陷。實(shí)用新型內(nèi)容[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足之處，實(shí)用新型人通過(guò)構(gòu)建燃燒模型，并且通過(guò)對(duì)燃燒機(jī)理的分析，提出了一種用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的通道式EGR系統(tǒng)，其無(wú)需采用現(xiàn)有EGR控制系統(tǒng)中所普遍采用的EGR閥以及相關(guān)的控制器件或設(shè)備，而是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型和額定工況時(shí)的參數(shù)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，從而確定EGR系統(tǒng)的通道尺寸，例如通道直徑，使得再循環(huán)廢氣在進(jìn)排氣壓差的作用下進(jìn)入進(jìn)氣管，接著和新鮮空氣混合后進(jìn)入壓氣機(jī)，并接著進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)參與再次燃燒。由于進(jìn)排氣壓差在各穩(wěn)定工況點(diǎn)的壓差基本上是穩(wěn)定的，由此保證了一定的EGR率。因此，在確保EGR率的前提下，由于其無(wú)需采用現(xiàn)有技術(shù)中用以控制EGR 率的閥門及其配套器件，從而使得用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得到極大的簡(jiǎn)化， 由此降低了設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)以及維修成本。[0010]具體地，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的通道式EGR 系統(tǒng)，其包括EGR進(jìn)口接管、EGR冷卻器、EGR出口接管、進(jìn)氣管、排氣管、以及增壓器，其中 EGR通道直徑符合下述計(jì)算公式[0011]Q X φ =^1(2(0-Ap)/ρ) X S[0012]其中S為通道直徑，Φ為發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定狀況下的ERG率，Q為總進(jìn)氣量，Δρ為額定點(diǎn)進(jìn)排氣壓差，P為排氣密度，C為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選方面，上述的通道式EGR系統(tǒng)中的通道直徑優(yōu)選地為最小流通橫截面直徑。[0014]可以看出，通過(guò)本實(shí)用新型所公開的這種用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的通道式EGR系統(tǒng)無(wú)需采用電控或是氣動(dòng)閥來(lái)控制EGR率，僅僅依靠EGR系統(tǒng)尺寸就能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)不同工況時(shí) EGR系統(tǒng)進(jìn)口和出口的壓差來(lái)控制EGR率，從而控制廢氣流量。[0015]通過(guò)以下更為具體的描述，可以看出本實(shí)用新型的通道式EGR系統(tǒng)能夠取得一系列的有益效果，包括但不限于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉并且能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性等等。[0016]參照
以下結(jié)合附圖及權(quán)利要求所進(jìn)行的描述，本實(shí)用新型的其他特征和有益效果將變得明顯。
在下文中將參考附圖中所示的實(shí)施方式而更為詳細(xì)地描述本實(shí)用新型?？梢岳斫獾氖?，在此所給出的附圖僅僅是出于示意性目的，而其中出于便于理解和簡(jiǎn)單示出功能性的原因，在很多地方采用了簡(jiǎn)易視圖，任何涉及結(jié)構(gòu)性、連接性的圖形示意都不應(yīng)當(dāng)被理解為用以詮釋本實(shí)用新型的限制性依據(jù)。在附圖中，相似參考編號(hào)用于表示相似或在操作上相似的組件，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)中帶有EGR閥門的EGR系統(tǒng)的示意性框圖；圖2為示意性地示出EGR率的MAP圖；圖3示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)中EGR閥的一個(gè)示例；圖4為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施方式的通道式EGR系統(tǒng)的示意性框圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步的描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，由于燃燒機(jī)理的復(fù)雜性，在此僅出于強(qiáng)調(diào)本實(shí)用新型重點(diǎn)的意圖，簡(jiǎn)化了很多原理性的描述。這些原理對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是可以獲知并理解的。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中帶有EGR閥的EGR系統(tǒng)的示意性視圖。其中，1為EGR進(jìn)口接管，2為EGR閥，3為EGR冷卻器，4為EGR出口接管，5為進(jìn)氣管，6為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋中冷器， 7為機(jī)械泵二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)，8為壓氣機(jī)，9為排氣管。當(dāng)機(jī)械泵二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)7工作時(shí)，一部分廢氣經(jīng)EGR進(jìn)口接管1、EGR閥門2、EGR冷卻器3、EGR出口接管4引入到壓氣機(jī)8之前和新鮮空氣混合后再進(jìn)入壓氣機(jī)8。結(jié)合附圖可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)的這種EGR系統(tǒng)中，采用了 EGR閥來(lái)對(duì)EGR率進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。在工作時(shí)，當(dāng)確定了發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的EGR率之后， EGR閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣口閥的開啟高度和開啟時(shí)間，從而控制流經(jīng)EGR閥的廢氣量。如之前已經(jīng)描述的，這種閥門的控制機(jī)理較為復(fù)雜，其中使用了大量的例如測(cè)量、傳感和控制元件的器件，因此，除了由于系統(tǒng)的復(fù)雜性而導(dǎo)致的發(fā)生概率較高的故障之外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，參與EGR控制的閥門以及閥門系統(tǒng)中的元件也極易由于承受高溫而產(chǎn)生老化并發(fā)生故障。圖3出于舉例性目的而給出了一個(gè)EGR閥的結(jié)構(gòu)圖的例子?？梢钥闯?，在該EGR 閥中，將離合信號(hào)、水溫、感測(cè)器信號(hào)和速度信號(hào)作為電路輸入，并且通過(guò)EGR真空控制閥、 EGR控制電磁閥以及EVP傳感器對(duì)EGR閥門的開啟進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2為EGR率的MAP圖的示意性表示。其中EGR率由負(fù)荷(％ )、轉(zhuǎn)速(r/min)而確定。因此，在知曉負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的情況下，可以確定EGR率。圖4為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施方式的通道式EGR系統(tǒng)的示意性視圖，其通過(guò)特殊的通道直徑尺寸而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的EGR閥所實(shí)現(xiàn)的功能，因此無(wú)需采用EGR閥，從而克服了上述傳統(tǒng)EGR系統(tǒng)中由于采用EGR閥而帶來(lái)的各種不足之處。在圖4中，用想象中的虛線框起來(lái)的部分即為本實(shí)用新型所采用的通道式EGR系統(tǒng)，可以看出，該系統(tǒng)通過(guò)管道與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋中冷器( 和發(fā)動(dòng)機(jī)(6)相連接，當(dāng)機(jī)械泵二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)(6)工作時(shí)，一部分廢氣經(jīng) EGR進(jìn)口接管(1)、EGR冷卻器Q)、EGR出口接管(3)引入到壓氣機(jī)(7)之前和新鮮空氣混合后再進(jìn)入壓氣機(jī)(7)。由于排氣管(8)后端接消音器(未示出)，從而存在排氣背壓，進(jìn)氣管(4)前端安裝空氣濾清器(未示出)，從而存在負(fù)壓，因此廢氣可在壓差的作用下進(jìn)入 EGR進(jìn)口接管(I)0通過(guò)試驗(yàn)以及下述公式來(lái)確定EGR通道的通道直徑Q χ φ =W2(C-^7Vp) xS其中S為通道直徑，Φ為發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定狀況下的ERG率，Q為發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定狀況下的總進(jìn)氣量，△ P為額定點(diǎn)進(jìn)排氣壓差，P為排氣密度，c為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，c 一般的取值范圍為0. 8-1，在根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，C取值為0. 95。更具體地，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定狀況下時(shí)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的MAP來(lái)確定其EGR率，此外能夠確定總的進(jìn)氣量Q。其中的排氣密度ρ為與排氣溫度相關(guān)的參數(shù)，因此可以通過(guò)查找表來(lái)進(jìn)行確定?！?P為額定點(diǎn)進(jìn)排氣壓差，通過(guò)在進(jìn)氣管(4)處測(cè)量進(jìn)氣負(fù)壓并且在排氣管 (8)處測(cè)量排氣背壓，從而計(jì)算出額定點(diǎn)的進(jìn)排氣壓差△ p，C為通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)， 其一般取值范圍為0. 8-1，并且優(yōu)選地選擇0. 95，因此，通過(guò)上述公式能夠計(jì)算得出EGR通道的直徑尺寸S?？梢钥闯觯纱说玫降耐ǖ乐睆匠叽缒軌蚴沟眠M(jìn)排氣壓差在各穩(wěn)定的工況點(diǎn)的壓差基本上是穩(wěn)定的，因此可以保證一定的EGR率。其中，所述的通道直徑優(yōu)選地為最小流通橫截面的直徑。此外，由于從渦輪后引出的高溫燃?xì)馊菀资沟迷鰤浩鞯臒嶝?fù)荷過(guò)高從而影響其可靠性，因此，還需要對(duì)冷卻器的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)及EGR冷卻器。由于冷卻器的尺寸設(shè)計(jì)并非本實(shí)用新型的主要關(guān)注點(diǎn)，因此對(duì)其不進(jìn)行過(guò)多描述，在此僅出于示例性目的簡(jiǎn)單闡述其設(shè)計(jì)原理。一般RGR冷卻器按照EGR廢氣的最大流量設(shè)計(jì)，并將EGR廢氣中冷后的溫度控制在設(shè)計(jì)溫度之下。由于控制廢氣最高溫度，因此該系統(tǒng)不會(huì)造成壓氣機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣門及座圈等熱負(fù)荷超標(biāo)。EGR冷卻器的冷卻面積和水流量根據(jù)公式Q = qb ^Cpb · (Tb-Tb,)= qf · Cpf · (Tf-Tf,)，(其中，qb_再循環(huán)廢氣質(zhì)量流量，Cpb-再循環(huán)廢氣定壓比熱容，Tb-EGR冷卻器再循環(huán)廢氣進(jìn)口溫度，Tb, -EGR冷卻器再循環(huán)廢氣出口溫度，qf_發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水質(zhì)量流量，Cpf-冷卻水定壓比熱容，Tf-EGR冷卻器冷卻水進(jìn)口溫度，Tf, -EGR冷卻器冷卻水出口溫度?？梢钥闯?，本實(shí)用新型的這種通道式EGR系統(tǒng)僅依靠EGR系統(tǒng)的固有尺寸就能夠?qū)崿F(xiàn)控制廢氣流量，而在達(dá)到控制EGR率的技術(shù)效果的同時(shí)由于減少了所使用的元件量， 從而使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，操作和維修成本大大降低。上面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了闡述，可以看出，通過(guò)上述確定EGR通道尺寸的方法以及由該方法所獲得的具有特殊通道尺寸的EGR系統(tǒng)能夠在無(wú)需 EGR閥的情況下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有EGR系統(tǒng)降低排放中的NOx含量、使二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)ν排放的功能，并且同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維修成本低廉、可靠性高等有益效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，上述的具體實(shí)施方式
以及示意性的視圖僅僅是出于舉例或是示意性的目的而給出的。上述公式中的各個(gè)參數(shù)可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉并采用的多種方法來(lái)確定或是測(cè)量，例如EGR率的測(cè)定也可以采用包括諸如轉(zhuǎn)矩模塊、 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器以及踏板位置傳感器和反饋控制模塊的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本實(shí)用新型所公開的原理和構(gòu)思對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行各種變形、修改以及調(diào)整，而不會(huì)背離本實(shí)用新型的精神，并且這種變形、修改以及調(diào)整應(yīng)當(dāng)被視為涵蓋在本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于包括廢氣再循環(huán)進(jìn)口接管， 廢氣再循環(huán)冷卻器，廢氣再循環(huán)出口接管，進(jìn)氣管，排氣管，以及增壓器，其中廢氣再循環(huán)通道直徑符合下述計(jì)算公式Qx φ =Mc-^P)/P) χ S其中S為通道直徑，Φ為發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定狀況下的廢氣再循環(huán)率，Q為總進(jìn)氣量，Δρ 為額定點(diǎn)進(jìn)排氣壓差，P為排氣密度，C為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的通道直徑為最小流通橫截面直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于其中所述經(jīng)驗(yàn)常數(shù)C的取值范圍為 0. 85-1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于其中所述經(jīng)驗(yàn)常數(shù) C 為 0. 95。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的通道式EGR系統(tǒng)。本實(shí)用新型公開了一種通道式廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。更具體地，本實(shí)用新型通過(guò)確定通道尺寸而使得廢氣在壓差的作用下進(jìn)入進(jìn)氣管，在無(wú)需采用EGR閥門元件或系統(tǒng)的前提下，保證一定的EGR率，使得機(jī)械泵的二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)V排放要求。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉并且可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02M25/07GK202273775SQ20112033635
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者冀麗琴, 孫少軍, 宋林萍, 李國(guó)祥, 譚旭光 申請(qǐng)人:濰坊濰柴道依茨柴油機(jī)有限公司, 濰柴動(dòng)力股份有限公司