[发明专利]用于二甲醚发动机的通道式EGR系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及低压燃料供给系统领域，更具体地，本发明涉及一种通道式二甲醚废气再循环(EGR)系统，其无需采用EGR阀以及后处理器而使机械泵的二甲醚发动机达到国V排放要求。

背景技术

随着环境保护问题的重要性日趋增加，如何降低发动机有害物排放是减少大气污染的一个重要议题，因此其也成为了未来发动机发展的重要方向。目前降低汽车尾气排放一般不再是从发动机本身的结构方面来采取措施，而通常采取排气后处理的方式来降低污染物的排放量。在现有的各种降低有害排放物的控制方法中，选择性催化还原(SelectiveCatalyst Reduction，简称为SCR)技术和废气再循环(Exhaust GasRecirculation，简称为EGR)技术成为控制发动机排放的主要技术手段。本发明主要涉及对于EGR技术或是系统的改进。

EGR的原理是在发动机工作过程中，将一部分废气引入进气管，与新鲜空气或雾化混合气混合后进入发动机气缸内参与再次燃烧。由于再循环气体的热容量较高，在燃烧过程中吸收较多的热量，能够降低发动机最高燃烧温度以及压力，而氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，因此就抑制了氮氧化合物的生成。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量(mass flow)减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。

一般采用两种方式来实现EGR：一种是将涡轮前的排气引入中冷器之后，称为高压废气反向；另一种是将涡轮后的排气引入压气机之前，称为低压EGR系统。当使用柴油作为发动机燃料时，由于柴油等含有C-C键以及硫，因此在燃烧过程中会生成碳烟和SO3，碳烟的颗粒使涡轮增压器的压气机磨损严重，而SO3遇到水后会生成硫酸从而腐蚀压气机，所以在柴油机中一般采用高压EGR系统并且需要与例如DPF(颗粒捕捉器)等后处理器同时使用，然而DPF压力过高后需要再生，因此使得整个系统的结构复杂并且成本较高。因此，虽然柴油机的热效率比汽油机高7-9个百分点，但是由于柴油污染大以及其逐渐紧缺等原因，采用二甲醚(分子式：CH3OCH3，简称DME)来替代柴油作为汽车燃料是能源时代发展的迫切需要。二甲醚的分子式简单，无C-C键，燃料二甲醚中不含有硫，因此燃烧过程中没有碳烟也没有硫化物的生成，此时如果采用EGR就不会对压气机的叶片造成磨损，也不会腐蚀叶片。此外，同样由于二甲醚发动机产生的颗粒很少并且几乎不生成碳烟，也就无需安装DPF等后处理器。从而降低了系统的复杂度和成本。

由于低压可有效降低氮氧化物，而废气循环工作范围较大，因此目前运用得最多的是低压二甲醚发动机的EGR系统。在现有的二甲醚发动机专用低压EGR系统中，由于发动机的工作状态不同，对EGR的量的要求也不同。当发动机在怠速工况下时，几乎没有废气循环至发动机。随着发动机转速和负荷的增加，进入燃烧室的废气量而增加。在发动机达到额定状况，即全负荷时，EGR率也达到最大。因为过量的废气在循环中将会影响发动机的正常运行，特别在怠速或低速小负荷和发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的能量效率和机械耐久性。因此为了使EGR系统能更有效地发挥作用，一般需要采用电控或者气动阀来控制不同工况下参加EGR的废气量。通常采用EGR率作为排气再循环的控制指标，其MAP图一般形式为以转速(r/min)和负荷(％)为自变量的三维图形，可以将其简单定义为：

EGR率＝EGR气体流量/(吸入空气量+EGR气体流量)×100％

目前采用机械式尤其是电子式控制来对EGR率进行控制和调节。普通的电控式EGR控制系统一般主要由EGR阀、电磁阀、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、冷却水温度传感器、启动信号传送器等等组成，而更为复杂的可变式电控EGR控制系统还可能包括定压阀、调节阀等等。在工作中，当确定了发动机当前的EGR率之后，EGR阀调节进气口阀的开启高度和开启时间，从而控制流经EGR阀的废气量，故而高温废气流经EGR阀使得其需要承受工作高温。因此，EGR控制系统的结构比较复杂，相应地使得运营成本和维修成本都较高。

因此，在现有技术的EGR系统中，存在优化设计中涉及的人力物力较多、结构的复杂度较高以及相应地运营维修成本较大等缺陷。

发明内容