[发明专利]一种带有双EGR通道的非对称涡轮增压内燃机系统

说明书

本发明公开了一种内燃机系统，属于内燃机技术领域。在内燃机的排气口布置非对称双通道涡轮，所述非对称双通道涡轮有两个喉口面积不同的蜗壳通道(蜗壳小通道和蜗壳大通道)。所述蜗壳小通道和所述蜗壳大通道分别与两个废气再循环(EGR)通道相连。所述两个EGR通道上分别有一个EGR阀，用于控制EGR率的大小。本发明采用带双EGR通道的非对称双通道涡轮增压内燃机系统，有利于提高EGR率从而降低内燃机的氮氧化物排放，同时减小内燃机的排气背压从而降低内燃机的油耗，可以更好地实现内燃机节能减排。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种内燃机系统。

背景技术

内燃机在国民生产和生活中有着十分重要的作用，绝大部分的车用和船用动力都是内燃机。随着内燃机油耗和排放法规越来越严格，内燃机设计生产厂家面临越来越大的挑战，对于能够兼顾内燃机排放和油耗的技术提出了更大的需求。内燃机消耗了大量的化石燃料，但是平均只有30％-40％的能量转化为机械能，有近60％-70％的能源在内燃机工作过程中以多种热量传递形式散发到大气中。其中，内燃机排放的废气能量约占总能量的30％。也就是说，内燃机真正利用的能量和排放的废气能量比例相当，这对能源造成了极大的浪费，对环境造成了很大的污染。对内燃机废气能量进行回收利用，不断提高能源的利用效率，是实现节能减排的重要手段，对全球经济的可持续发展具有重要的意义。

为解决上述问题，现有技术中采用涡轮增压回收利用内燃机废气能量是非常有效的技术手段，目前应用十分广泛。同时，为了进一步降低氮氧化物排放，在内燃机上广泛采用废气再循环(EGR)技术。EGR技术就是将一部分内燃机排气引入气缸内再次参与燃烧，这样可以降低气缸内混合气温度和氧气含量，使得产生的氮氧化物减少，并且EGR率(引入气缸的气体质量占总进气气体质量的比例)越高，氮氧化物排放越少。为了提供更高的EGR率，需要内燃机排气背压更大。将EGR系统与涡轮增压技术结合，可以实现更大的EGR率。

现有技术的技术方案主要有下述几种：

1.方案一：如图1，是现有技术中广泛使用的涡轮增压内燃机系统的结构示意图。其工作原理是：内燃机1排放的废气一部分进入涡轮2膨胀做功，涡轮2通过轴系3输出功给压气机4，压气机4压缩空气，增加进气压力和密度，压缩后的气体进入第一换热器5冷却，降低进气温度，进一步增加进气密度，提高内燃机1的动力性。通过涡轮2的废气再经过后处理之后排到大气中。同时，如果EGR阀6开启，内燃机1排放的另一部分废气将直接通过EGR阀6，再经过第二换热器7冷却后进入内燃机1参与燃烧，降低内燃机1的氮氧化物排放。为了避免增压压力过大而导致内燃机1爆缸，当内燃机1运行在高转速时，内燃机1排放的部分废气将不通过涡轮2，而经过废气旁通阀8直接进入后处理之后排放到大气中。但在该方案中，涡轮2为固定截面，内燃机1的排气背压较低，不足以驱动较大的EGR率。为了提供更大的EGR率，现有技术将涡轮2设计为可变截面涡轮(VGT)，这样涡轮的喉口面积可以根据不同的需求进行改变。但是VGT的叶片可靠性低，成本很高，目前大部分应用在高端内燃机增压领域。