[发明专利]一种基于两级涡轮增压器的中压废气再循环系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于柴油机清洁燃烧技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明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。