一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统，包括发动机、高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器，发动机连接进气总管和排气总管，高压级涡轮增压器包括高压级废气涡轮和高压级压气机，低压级涡轮增压器包括低压级废气涡轮和低压级压气机，进气总管连接进气管路，排气总管连接排气管路，进气管路设置空气滤器、低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器，排气管路设置高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器和背压阀；高压级压气机进口和高压级废气涡轮出口之间连接中压EGR管路，中压EGR管路上设置颗粒物捕集器、EGR阀和EGR冷却器。本发明专利技术能够降低混合后的充量温度，提高大负荷下EGR的瞬态响应速度。

A Medium Pressure Exhaust Gas Recycling System Based on Two-stage Turbocharger

【技术实现步骤摘要】
一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统
本专利技术属于柴油机清洁燃烧
，更具体的说，是涉及一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统。
技术介绍
现代排放法规日益严格，减少发动机的尾气排放是未来的必然趋势，其中NOx和颗粒物的排放控制最为严格。发动机在工作时，缸内燃料燃烧时的高温富氧区易产生NOx，为了减少NOx排放，就应当控制缸内氧气浓度和最高燃烧温度。目前能够有效降低发动机NOx排放的技术有废气再循环技术(EGR)、选择性催化还原(SCR)后处理技术和掺水燃烧技术。其中EGR技术是指将发动机排出废气的一部分引入到进气管，与新鲜空气混合后一同进入气缸重新参与燃烧，起到降低燃烧温度和氧气浓度的作用，避开了NOx生成区，进而降低发动机NOx排放。目前的EGR技术主要分为高压EGR技术和低压EGR技术。高压EGR技术是从发动机增压器涡轮机前端取气，经过EGR冷却器和EGR阀后进入发动机进气管，与新鲜空气混合后进入发动机气缸内；低压EGR技术是从增压器涡轮机排气的后处理装置后取气，经过EGR冷却器和EGR阀后进入压气机前端与新鲜空气混合，增压后进入发动机气缸内。这两种EGR技术有其固有的优缺点与适合运行的工况范围：对于高压EGR，其回路短，瞬态响应速度快，但在高负荷时增压的进气压力高于涡前排气压力，单纯的开启EGR阀很难引入EGR，因此高压EGR适合在低负荷工况使用，同时在涡前取气会使进入涡轮机中废气的能量减少，影响涡轮增压器的运行效率；相对于高压EGR，低压EGR涡后取气，在高速高负荷时所需的涡前压力更小，发动机泵气损失更小，同时也容易引入废气产生较大的EGR率，但因其回路长，瞬态响应速度慢,响应期间发动机排放很难满足要求。综上所述，为了满足日益严格的法规要求，就需要解决现有EGR系统不同工况下瞬态响应慢，废气引入难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统，能够降低混合后的充量温度，提高大负荷下EGR的瞬态响应速度，扩大EGR率的引入范围，兼顾不同负荷下发动机对EGR的要求，提高发动机的效率，降低排放。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统，包括发动机、高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器，所述发动机连接有进气总管和排气总管，所述高压级涡轮增压器包括同轴转动的高压级废气涡轮和高压级压气机，所述低压级涡轮增压器包括同轴转动的低压级废气涡轮和低压级压气机，所述进气总管连接有进气管路，所述排气总管连接有排气管路，所述进气管路上沿气体流动方向依次设置有空气滤器、低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器，所述排气管路上沿气体流动方向依次设置有高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器和背压阀；所述高压级压气机进口和高压级废气涡轮出口之间连接有中压EGR管路，所述中压EGR管路上设置有颗粒物捕集器、EGR阀和EGR冷却器，所述EGR阀连接于EGR冷却器进口和颗粒物捕集器出口之间；所述颗粒物捕集器进口与高压级废气涡轮出口的排气管路相连，出口与EGR阀相连；所述EGR冷却器出口与高压级压气机进口的进气管路相连，进口与EGR阀相连。所述中压EGR管路进口端与高压级废气涡轮出口(或低压级废气涡轮进口)管路连通，出口端与高压级压气机进口(或低压级压气机出口)管路连通。所述EGR阀为电控阀，由ECU通过检测发动机的运行工况来调节其开度以获得不同的EGR率。从高压级废气涡轮出口(或低压级废气涡轮进口)的排气管路引出废气，经颗粒物捕集器、EGR阀和EGR冷却器后，流入高压级压气机进口(或低压级压气机出口)的进气管路，与新鲜空气混合并经高压级压气机增压冷却后进入发动机，实现较大的EGR率和较快的瞬时响应速度。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)与传统的高压EGR系统相比，本专利技术中废气取自高压级废气涡轮出口，是经高压级废气涡轮吸收部分能量后的中压废气，温度有所降低，改善了管路的可靠性，同时避免了涡前取气带来较多的能量损失，保证了高压级涡轮运行在高效率区域，获得较好的油耗水平。(2)即使发动机运行在较大负荷，高压级涡轮出口压力仍然高于低压级压气机出口压力，因此在较大负荷下仍可以保证较大的EGR率，弥补了高压EGR系统在大负荷工况下因进气压力高而不能引入EGR的缺点。(3)与传统的低压EGR系统相比，本专利技术采用中压EGR系统，该系统回路短于低压EGR系统回路，在因发动机工况变化而使EGR率的需求发生变化时，中压EGR系统能够以较快的瞬时响应速度来响应这种需求的变化，弥补了低压EGR系统因回路长而瞬态响应速度慢的缺点。(4)本专利技术在中压EGR管路上应用了颗粒物捕集器，净化了进入EGR系统中的废气，减少了对EGR系统，增压系统和发动机的污染，提高了发动机整体运行的可靠性。附图说明图1是本专利技术基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统的结构示意图。附图标记：1进气总管，2发动机，3排气总管，4高压级涡轮增压器，5低压级涡轮增压器，6后处理器，7背压阀，8空气滤器，9颗粒物捕集器，10中压EGR管路，11EGR阀，12EGR冷却器，13进气中冷器；H.Turb高压级废气涡轮，H.Comp高压级压气机，L.Turb低压级废气涡轮，L.Comp低压级压气机。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，使本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在附图中并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所示，本专利技术基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统，包括发动机2、高压级涡轮增压器4和低压级涡轮增压器5，所述发动机2连接有进气总管1和排气总管3，所述进气总管1连接有进气管路，所述排气总管3连接有排气管路。所述高压级涡轮增压器4包括同轴转动的高压级废气涡轮H.Turb和高压级压气机H.Comp，所述低压级涡轮增压器5包括同轴转动的低压级废气涡轮L.Turb和低压级压气机L.Comp，涡轮均设置于排气总管3后的排气管路上，压气机均设置于进气总管1前的进气管路上。所述进气管路上沿气体流动方向依次设置有空气滤器8、低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器13，所述排气管路上沿气体流动方向依次设置有高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器6和背压阀7。所述高压级压气机进口和高压级废气涡轮出口之间连接有中压EGR管路10，所述中压EGR管路10进口端与高压级废气涡轮出口(或低压级废气涡轮进口)管路连通，出口端与高压级压气机进口(或低压级压气机出口)管路连通。所述中压EGR管路10上设置有颗粒物捕集器9、EGR阀11和EGR冷却器12，形成中压EGR系统。所述颗粒物捕集器9位于高压级压气机进口前，且其进口与高压级废气涡轮出口(或低压级废气涡轮进口)的排气管路相连，出口与EGR阀11相连，用以净化进入高压级压气机废气中的颗粒物，防止颗粒物影响高压级压气机的运行。所述EGR阀11连接于EGR冷却器12进口和颗粒物捕集器9出口之间，且是电控阀，能够由ECU通过检测发动机2的运行工况来调节其开度以获得不同的EGR率，从而实现清本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统，包括发动机(2)、高压级涡轮增压器(4)和低压级涡轮增压器(5)，所述发动机(2)连接有进气总管(1)和排气总管(3)，所述高压级涡轮增压器(4)包括同轴转动的高压级废气涡轮和高压级压气机，所述低压级涡轮增压器(5)包括同轴转动的低压级废气涡轮和低压级压气机，所述进气总管(1)连接有进气管路，所述排气总管(3)连接有排气管路，其特征在于，所述进气管路上沿气体流动方向依次设置有空气滤器(8)、低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器(13)，所述排气管路上沿气体流动方向依次设置有高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器(6)和背压阀(7)；所述高压级压气机进口和高压级废气涡轮出口之间连接有中压EGR管路(10)，所述中压EGR管路(10)上设置有颗粒物捕集器(9)、EGR阀(11)和EGR冷却器(12)，所述EGR阀(11)连接于EGR冷却器(12)进口和颗粒物捕集器(9)出口之间；所述颗粒物捕集器(9)进口与高压级废气涡轮出口的排气管路相连，出口与EGR阀(11)相连；所述EGR冷却器(12)出口与高压级压气机进口的进气管路相连，进口与EGR阀(11)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统，包括发动机(2)、高压级涡轮增压器(4)和低压级涡轮增压器(5)，所述发动机(2)连接有进气总管(1)和排气总管(3)，所述高压级涡轮增压器(4)包括同轴转动的高压级废气涡轮和高压级压气机，所述低压级涡轮增压器(5)包括同轴转动的低压级废气涡轮和低压级压气机，所述进气总管(1)连接有进气管路，所述排气总管(3)连接有排气管路，其特征在于，所述进气管路上沿气体流动方向依次设置有空气滤器(8)、低压级压气机、高压级压气机和进气中冷器(13)，所述排气管路上沿气体流动方向依次设置有高压级废气涡轮、低压级废气涡轮、后处理器(6)和背压阀(7)；所述高压级压气机进口和高压级废气涡轮出口之间连接有中压EGR管路(10)，所述中压EGR管路(10)上设置有颗粒物捕集器(9)、EGR阀(11)和EGR冷却器(12)，所述EGR阀(11)连接于EGR冷却器(12)进口和颗粒物捕集器(9)出口之间；所述颗粒物捕集器(9)进口与高压级废气涡轮出...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬斌扬，苏万华，张志强，刘一泽，邱俊松，毋波，刘亚龙，张洁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12