阅读说明：本技术 一种空气系统与一种发动机 (Air system and engine ) 是由 李志杰 尹晓军 王波 张广全 王井山 刘畅 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种空气系统与一种发动机,空气系统包括进气管路、排气管路和EGR管路,进气管路并联连通有进气旁通管路,进气旁通管路设置有辅助增压装置,EGR管路的进气端连接于排气管路且出气端连接于进气旁通管路,EGR管路与进气旁通管路的连接处位于进气旁通管路的进气端与辅助增压装置之间,进气旁通管路设有位于EGR管路出气端与辅助增压装置之间的第一通断机构以及位于进气旁通管路进气端与EGR管路出气端之间的第二通断机构；与进气旁通管路并联的并联进气管路段中设有第三通断机构。本方案通过分别控制各个通断机构的开闭,实现不同管路的通断。辅助增压装置和通断机构的相互匹配运行,实现发动机性能的优化。(The invention discloses an air system and an engine, wherein the air system comprises an air inlet pipeline, an exhaust pipeline and an EGR pipeline, the air inlet pipeline is communicated with the air inlet bypass pipeline in parallel, the air inlet bypass pipeline is provided with an auxiliary supercharging device, the air inlet end of the EGR pipeline is connected to the exhaust pipeline, the air outlet end of the EGR pipeline is connected to the air inlet bypass pipeline, the joint of the EGR pipeline and the air inlet bypass pipeline is positioned between the air inlet end of the air inlet bypass pipeline and the auxiliary supercharging device, and the air inlet bypass pipeline is provided with a first on-off mechanism positioned between the air outlet end of the EGR pipeline and the auxiliary supercharging device and a second on-off mechanism positioned between the air inlet end of the air inlet bypass pipeline and the air outlet end of; and a third breaking mechanism is arranged in the parallel air inlet pipe section which is connected with the air inlet bypass pipeline in parallel. This scheme is through the switching of controlling each on-off mechanism respectively, realizes the break-make of different pipelines. The auxiliary supercharging device and the on-off mechanism are matched with each other to realize the optimization of the performance of the engine.)

一种空气系统与一种发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种空气系统与一种发动机。

背景技术

随着对发动机性能指标的提高，低转速工况的扭矩越来越高，传统的废气涡轮增压技术虽然能够增大发动机的进气密度，提高进气充量，但是无法做到发动机整个万有工况的兼顾。此外，随着排放法规的不断严格，柴油机排气后处理技术得到了越来越广泛的应用。当发动机运行在低负荷区域时，排气温度较低，导致广泛采用的SCR后处理系统并未充分发挥效能。提高EGR率，可以大幅降低NOx排放，提高排气温度，目前常用的提升EGR率的方式很多，如VGT(可变截面涡轮增压系统)、小涡轮增压器等，但是这些方案都会造成泵气损失增加，从而导致油耗恶化。

为了满足发动机低速大扭矩目标，通常会选用小流量系数的增压器来提高进气充量，但是使得发动机中高转速工况的泵气损失增加，不利于发动机经济性的优化。在发动机小负荷区域，由于过量空气系数较高，使得排气温度较低，不利于后处理转化效率的提高。

可见，现有技术存在以下缺陷：

1)增压器的匹配无法兼顾发动机高低转速工况的性能需求；

2)发动机小负荷工况排气温度低，不利于后处理的转化效率提高。

因此，如何既能满足低速大扭矩区域的进气需求，又能够提升小负荷区域的排气温度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空气系统，该空气系统在满足发动机低速大扭矩区域的进气需求的同时能够提升小负荷区域的排气温度，实现热管理，提升发动机性能。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述空气系统的发动机。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种空气系统，用于发动机，包括进气管路、排气管路和EGR管路，所述进气管路并联连通有进气旁通管路，所述进气旁通管路设置有辅助增压装置，所述EGR管路的进气端连接于所述排气管路且出气端连接于所述进气旁通管路，所述EGR管路与所述进气旁通管路的连接处位于所述进气旁通管路的进气端与所述辅助增压装置之间，所述进气旁通管路中设置有第一通断机构和第二通断机构，所述第一通断机构位于所述EGR管路的出气端与所述辅助增压装置之间，所述第二通断机构位于所述进气旁通管路的进气端与所述EGR管路的出气端之间，与所述进气旁通管路并联的所述进气管路为并联进气管路段，所述并联进气管路段中设置有第三通断机构。

优选地，所述第一通断机构包括第一电感线圈，所述第二通断机构包括第二电感线圈，所述第三通断机构包括第三电感线圈，所述进气旁通管路和所述并联进气管路段中滑动设置有一个能够与通电的电感线圈相互吸引的感应滑块。

优选地，所述空气系统还包括用于分别控制所述第一电感线圈、所述第二电感线圈和所述第三电感线圈通断电的电感线圈控制器。

优选地，所述第一电感线圈、所述第二电感线圈和所述第三电感线圈所在的管路段同轴布置。

优选地，所述进气旁通管路上还布置有冷却器，所述冷却器位于所述第一通断机构与所述进气旁通管路的出气端之间。

优选地，所述辅助增压装置为电动增压器。

优选地，上述空气系统还包括废气涡轮增压器，所述废气涡轮增压器的涡轮机连接于所述排气管路，所述废气涡轮增压器的压气机连接于所述进气管路。

本发明的工作原理如下：

当车辆正常行驶或者无热管理、加速需求时，控制第一通断机构闭合EGR管路出气端之后的进气旁通管路，同时控制其他两个通断机构打开所在管路，该运行模式与常规发动机运行模式一致。当车辆在怠速或者减速过程中，发动机运行在小负荷区域时，控制第二通断机构闭合EGR管路出气端之前的进气旁通管路，同时控制其他两个通断机构打开所在管路，辅助增压装置可以对EGR气体进行抽气加压，提高EGR率，降低NOx原排，提高排气温度，提高后处理的转化效率。当车辆在起步或者加速过程中，发动机运行在低速大扭矩区域，控制第三通断机构闭合并联进气管路段，同时控制其他两个通断机构打开所在管路，辅助增压装置可以对新鲜空气和EGR气体二次加压，提高进气密度，获得更大的发动机输出功率。

本发明具有以下有益效果：

1)在中低转速中高负荷工况时，可提高进气充量，提高发动机的功率密度；

2)在小负荷工况时，可显著提高EGR率，有利于原排NOx的降低，提高排气温度，有利于后处理转化效率的提高；

3)在中高转速工况时，可实现与目前发动机运行特点一致，减小了系统重新开发标定的工作量。

本发明还提供了一种包括上述空气系统的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述空气系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中的空气系统示意图；

图2为本发明具体实施例中的电感线圈控制机构第一工作方式示意图；

图3为本发明具体实施例中的电感线圈控制机构第二工作方式示意图；

图4为本发明具体实施例中的电感线圈控制机构第三工作方式示意图；

图5为本发明具体实施例中的空气系统第一工作方式示意图；

图6为本发明具体实施例中的空气系统第二工作方式示意图；

图7为本发明具体实施例中的空气系统第三工作方式示意图。

图1至图7中：

1-空气过滤器、2-压气机、3-涡轮机、4-后处理、5-排气背压阀、6-排气总管、7-进气总管、8-进气旁通管路、9-冷却器、10-电动增压器、11-EGR管路、12-第一电感线圈、13-感应滑块、14-第二电感线圈、15-进气管路、16-第三电感线圈、17-并联进气管路段、18-中冷器、19-EGR冷却器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图7，图1为本发明具体实施例中的空气系统示意图；图2至图4分别为本发明具体实施例中的电感线圈控制机构第一、第二和第三工作方式示意图；图5至图7分别为本发明具体实施例中的空气系统第一、第二和第三工作方式示意图。

本发明提供了一种用于提升发动机性能和实现热管理的空气系统，如图1所示，该空气系统包括进气管路15、排气管路和EGR管路11，进气管路15并联连通有进气旁通管路8，进气旁通管路8设置有辅助增压装置，EGR管路11的进气端连接于排气管路且出气端连接于进气旁通管路8，EGR管路11与进气旁通管路8的连接处位于进气旁通管路8的进气端与辅助增压装置之间，进气旁通管路8中设置有第一通断机构和第二通断机构，第一通断机构位于EGR管路11的出气端与辅助增压装置之间，第二通断机构位于进气旁通管路8的进气端与EGR管路11的出气端之间，与进气旁通管路8并联的进气管路为并联进气管路段17，并联进气管路段17中设置有第三通断机构。

需要说明的是，本方案中的第一、第二和第三通断机构用于控制其所在管路位置的通断，本方案通过分别控制每个通断机构的开闭，来实现不同气体管路的灵活切换。具体的，通断机构可以设计成多种结构形式，例如设计为电磁开关阀、可开闭的阀板结构或与管路内部滑动配合的滑块结构等等。优选地，本方案采用了电感线圈控制感应滑块滑动以实现不同管路通断的结构，如图1所示，第一通断机构包括第一电感线圈12，第二通断机构包括第二电感线圈14，第三通断机构包括第三电感线圈16，进气旁通管路8和并联进气管路段17中滑动设置有一个能够与通电的电感线圈相互吸引的感应滑块13。感应滑块13具体可采用磁体材料或铁磁性金属等材质制作，感应滑块13配合于管道内部，其所在的位置能够阻断气流通过，从而实现对管路的关闭截止功能。当电感线圈通电时，电感线圈在电磁感应作用下感应出电磁场，感应滑块13在感应电磁场的吸引作用下滑动至电感线圈所在的位置，从而实现封堵管路的目的。当感应滑块13被其他电感线圈吸引并离开当前所在的电感线圈位置时，当前的管路随即导通，从而可供气流通过。

上述三个电感线圈和一个感应滑块13组成本方案中的电感线圈控制机构。通过控制不同位置的电感线圈通电，可以控制感应滑块13在管路中的不同位置。举例说明：如图2所示，当第一电感线圈12通电时，感应滑块13滑动至第一电感线圈12的位置，将EGR管路11出气端以后的进气旁通管路8关闭，实现进气管路15、EGR管路11和并联进气管路段17的连通；如图3所示，当第二电感线圈14通电时，感应滑块13滑动至第二电感线圈14的位置，将进气旁通管路8进气端与EGR管路11出气端之间的进气旁通管路8关闭，实现进气管路15与并联进气管路段17连通以及EGR管路11与EGR管路11出气端之后的进气旁通管路8连通；如图4所示，当第三电感线圈16通电时，感应滑块13滑动至第三电感线圈16的位置，将并联进气管路段17关闭，实现进气管路15、EGR管路11以及进气旁通管路8的连通。

优选地，空气系统还包括用于分别控制第一电感线圈12、第二电感线圈14和第三电感线圈16通断电的电感线圈控制器。电感线圈控制器可以与发动机控制器相连，当发动机运行在不同负荷区域时可以实时向电感线圈控制器发出切换指令，电感线圈控制器根据切换指令控制相应的电感线圈通电或断电。

需要说明的是，感应滑块13可以在管路中滑动，为了保证感应滑块13在不同的电感线圈之间顺利地进行滑动切换，优选地，本方案将第一电感线圈12、第二电感线圈14和第三电感线圈16所在的管路段同轴布置，如此设置，就可以为感应滑块13提供一段同轴布置的管路段，从而使感应滑块13能够沿直线方向往复滑动。当然，本方案还可以将上述三个电感线圈所在的管路段设计为弧形管路，并把感应滑块13设计为与弧形管路曲率一致的结构，同样能够方便感应滑块13顺利滑动。

优选地，进气旁通管路8上还布置有冷却器9，冷却器9位于第一通断机构与进气旁通管路8的出气端之间。冷却器9可以布置于辅助增压装置之前或之后，其作用是将进气旁通管路8中的气体进行冷却。

优选地，辅助增压装置为电动增压器10，电动增压器10由蓄电池供电，ECU电控系统直接控制，不受转速影响，可随时开启和关闭。当然，本发明还可以采用普通的涡轮增压器或其他形式的增压器来作为辅助增压装置，本文不再赘述。

优选地，本方案提供的空气系统还包括废气涡轮增压器，废气涡轮增压器的涡轮机3连接于排气管路，废气涡轮增压器的压气机2连接于进气管路15。具体的，请参照图1，发动机的排气总管6连接排气管路，尾气经过涡轮机3后再经过后处理4和排气背压阀5排出到大气中，部分尾气经过EGR管路11返回输入到进气系统中再次利用，其中，EGR系统中优选在EGR取气管布置有EGR冷却器19，用于将高温尾气进行冷却。尾气经过涡轮机3时会带动涡轮机旋转，涡轮机3进而带动压气机2旋转。进气系统的布置如下，外界空气经过空气过滤器1后进入压气机2进行加压，提高进气充量和进气密度，进气管路15中优选设置有中冷器18，中冷器18用于将压气机2加压后的高温进气进行冷却，进气管路15进入的新鲜空气与EGR管路11中循环利用的尾气进行混合后，进入到进气总管7中，最后进入发动机参与燃烧。

下面结合附图详细介绍本发明空气系统的工作过程：

如图5所示，当车辆正常行驶或者无热管理、加速需求时，此时电感线圈控制机构如图2方式工作，感应滑块13在第一电感线圈12位置处，该运行模式与常规发动机运行模式一致，EGR管路11出气端以后的进气旁通管路8关闭，进气管路15中充满经过中冷器18冷却后的新鲜空气，EGR管路11中充满经过EGR冷却器19冷却后的EGR气体，进气管路15和EGR管路11中的气体混合汇总后经过并联进气管路段17再进入到进气总管7中。

如图6所示，当车辆在怠速或者减速过程中，发动机运行在小负荷区域时，电感线圈控制机构如图3方式工作，感应滑块13在第二电感线圈14位置处，将进气旁通管路8进气端与EGR管路11出气端之间的进气旁通管路8关闭，进气管路15中充满经过中冷器18冷却后的新鲜空气，经过并联进气管路段17；EGR管路11中充满经过EGR冷却器19冷却后的EGR气体，经过进气旁通管路8，冷却后的EGR气体经过电动增压器10的加压以及冷却器9的冷却，能够显著提高EGR气体密度和EGR气体流量。此后，加压冷却后的EGR气体与来自并联进气管路段17的新鲜空气混合进入到发动机进气总管7中。该运行方式主要应用于发动机万有运行工况的小负荷区域，电动增压器10可以对EGR气体进行抽气加压，能够显著提高EGR率，降低NOx原排，提高发动机的排气温度，提高后处理的转化效率。

如图7所示，当车辆在起步或者加速过程中，发动机运行在低速大扭矩区域，电感线圈控制机构如图4方式工作，感应滑块13在第三电感线圈16位置处，并联进气管路段17关闭，进气管路15中充满经过中冷器18冷却后的新鲜空气，EGR管路11中充满经过EGR冷却器19冷却后的EGR气体，进气管路15和EGR管路11中的气体进行混合，使得进气旁通管路8中充满混合气，新鲜空气和EGR气体混合气经过电动增压器10的加压以及冷却器9的冷却，能够显著提高混合气体密度，同时实现提高新鲜空气流量和EGR气体流量的目的。此后，加压冷却后的混合气进入到发动机的进气总管7中，该运行方式可以利用电动增压器10对新鲜空气和EGR气体进行二次加压，提高进气密度，获得更大的发动机输出功率，可以显著提高过量空气系数和EGR率，有利于提升发动机在中低转速工况的功率密度，主要应用于发动机万有运行工况的中低转速中高负荷区域。此外，该运行方式还有利于提高新鲜空气和EGR气体混合的均匀性。

另外，当电感线圈因故障出现报警信号时，感应滑块13强制归位至第一电感线圈12位置处，保证发动机的正常运行。

本方案中电感线圈控制机构通过控制不同位置的电感线圈通电，从而控制感应滑块在管路中的不同位置，实现不同管路的通断。电动增压器和冷却器通过与电感线圈控制机构的相互匹配运行，实现发动机性能的优化。

本发明具有以下有益效果：

1)在中低转速中高负荷工况时，可提高进气充量，提高发动机的功率密度；

2)在小负荷工况时，可显著提高EGR率，有利于原排NOx的降低，提高排气温度，有利于后处理转化效率的提高；

3)在中高转速工况时，可实现与目前发动机运行特点一致，减小了系统重新开发标定的工作量。

本发明还提供了一种包括上述空气系统的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述空气系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。