專利名稱：一種自潔凈功能的車用egr復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)行業(yè)，滿足了歐4以上的環(huán)保輔助要求。
背景技術(shù)：
汽車發(fā)動機(jī)排氣中的有害成分主要是PM、 NOx、 HC及CO等。在過去2 3年里，低排放發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為人們爭論、關(guān)心、甚至渴望實(shí)現(xiàn)的一個(gè)理想。
美國國家環(huán)保局(EPA) 2007排放法規(guī)要求汽車制造商同時(shí)減少廢氣的顆粒(PM)和氮氧化物(Nox)兩種污染物。這需要有相當(dāng)?shù)募记桑鉀Q這個(gè)問題沒有什么捷徑可走。按傳統(tǒng)的方法，減少一種污染勢必導(dǎo)致另一種污染的增加。汽車制造商似乎已經(jīng)陷入了困境。
在排放法規(guī)的壓力下， 一方面車用柴油機(jī)正不斷進(jìn)行技術(shù)升級和改進(jìn)，另一方面，選擇恰當(dāng)?shù)暮筇幚砑夹g(shù)策略和裝備，例如，SCR、DPF、 DOC等。但以上裝置在汽車上應(yīng)用，無疑將使每輛汽車的出廠成本2 4萬元，不僅如此，上述技術(shù)裝備還面臨復(fù)雜的維護(hù)、較高的使用成本和壽命問題，如SCR技術(shù)和裝備是需要定期加入專用的尿素還原劑為前提，不僅增加原料消耗，也增加司機(jī)的勞動強(qiáng)度，在城市之內(nèi)的公交車上應(yīng)用較為合適，而應(yīng)用于公路車輛就有上述不便。
4而具有輔助改善后處理功能的車用EGR系統(tǒng)的成本僅僅為前者的1/3~1/6，無疑使EGR更具有生命力。
因此，從2007年開始，全球的柴油發(fā)動機(jī)制造商投入了更多的精力來開發(fā)和使用更高水平的輔助后處理功能的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)。如Detroit Co、 Mack Co和Volvo Co等主要的汽車生產(chǎn)商將采用EGR作為輔助措施，來滿足2010年的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
EGR系統(tǒng)是車用發(fā)動機(jī)上的一個(gè)主要元件，其核心部分是數(shù)控的EGR閥，該EGR閥安裝在排氣歧管上，其作用是獨(dú)立地對再循環(huán)到發(fā)動機(jī)的廢氣量進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。通常情況下，EGR閥通過3個(gè)孔徑遞增的計(jì)量孔控制從排氣歧管回流進(jìn)氣歧管的廢氣量，以產(chǎn)生不同流量的組合。每個(gè)計(jì)量孔都由1個(gè)電磁閥和針閥組成，當(dāng)電磁閥通電時(shí)，電樞便被磁鐵吸向上方，使計(jì)量孔開啟。旋轉(zhuǎn)式針閥保證了當(dāng)EGR閥關(guān)閉時(shí)，具有良好密封性。
當(dāng)發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速超過怠速限制時(shí)，EGR閥開啟，使少量的廢氣回流進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管，與可燃混合氣一起進(jìn)入燃燒室；怠速時(shí)EGR閥關(guān)閉，幾乎沒有廢氣再循環(huán)至發(fā)動機(jī)。廢氣在燃燒室內(nèi)不參與燃燒，它通過吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來降低燃燒溫度和壓力，以減少NOX的生成量。進(jìn)入燃燒室的廢氣量隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而增加。
EGR廢氣的冷卻器一般是依靠發(fā)動機(jī)冷卻液進(jìn)行熱交換的管式的結(jié)構(gòu)形式，熱交換器本體采用優(yōu)質(zhì)奧氏體不銹鋼。對硫酸具有高的抗腐蝕性；絕大部分采用激光焊接制造工藝；內(nèi)部設(shè)有能產(chǎn)生渦流的翼形導(dǎo)流片，因而具有很高的功率密度，結(jié)構(gòu)非常緊湊。
EGR除降低NOx排放以外，同時(shí)兼顧PM的排放。因?yàn)橐徊糠謴U氣被重新引入燃燒室中參與燃燒；另外采用EGR時(shí)缸內(nèi)的溫度會比無EGR的基本型發(fā)動機(jī)高。
劣質(zhì)柴油含硫量高，將大大提高汽車尾氣中PM的排放量。十六烷值在柴油機(jī)燃料參數(shù)中對NOx排放影響最大。
EGR系統(tǒng)會從燃油不完全燃燒中累積更多的PM或者炭煙。而一些炭煙潛流至活塞環(huán)，積沉在活塞環(huán)和軸承表面，而增加摩擦和加快磨損；此外，這些未完全燃燒的PM或者炭煙以及膠質(zhì)成分也會沉積在EGR閥體上，使閥體的開和關(guān)動作'發(fā)滯'，密封不嚴(yán)，使排氣回流的比例波動；同樣這些未完全燃燒的PM或者炭煙以及膠質(zhì)成分也會沉積在EGR換熱器的內(nèi)管壁上，致使換熱效率降低，失去了EGR換熱器的功能，回流氣體的溫度也會變化。因此，如何保持EGR系統(tǒng)的穩(wěn)定是關(guān)鍵。必須有足夠的力量來克服EGR閥體上膠質(zhì)產(chǎn)生的粘附阻力；同樣也要清除這些未完全燃燒的PM或者炭煙以及膠質(zhì)成分也會沉積在EGR換熱器的內(nèi)管壁上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)，是在原汽車發(fā)動機(jī)的EGR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，增加了部分新的結(jié)構(gòu)，消除PM或者炭煙對活塞環(huán)和軸承摩擦和磨損；還消除PM或者炭煙在EGR閥體上沉積的問題，使閥體的開和關(guān)動作'不發(fā)滯'，密封嚴(yán)，使排氣回流的比例穩(wěn)定；能夠保證EGR冷卻器的換熱效率穩(wěn)定的功能。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種自潔凈功能的車用EGR
復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括汽車發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)排氣歧管、發(fā)動機(jī)排氣管、EGR進(jìn)氣管、EGR換熱器之冷卻液進(jìn)口管、EGR換熱器、EGR換熱器之冷卻液出口管、發(fā)動機(jī)EGR總成、EGR出氣管、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管、自潔凈EGR進(jìn)氣溫度熱電偶；其特征在于在EGR進(jìn)氣管和EGR換熱器之間設(shè)有自潔凈EGR反應(yīng)器，自潔凈EGR反應(yīng)器入口錐管與EGR進(jìn)氣管連接，自潔凈EGR反應(yīng)器出口錐管與EGR換熱器連接，自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段的金屬載體、表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體、表面涂敷催化劑的后段金屬載體;自潔凈EGR還原劑容器連接自潔凈EGR還原劑控制單元和帶有壓縮空氣的自潔凈EGR還原劑噴射劑量單元；自潔凈EGR還原劑控制單元與進(jìn)氣溫度熱電偶相連控制自潔凈EGR還原劑前噴頭、自潔凈EGR還原劑中噴頭、自潔凈EGR還原劑后噴頭，自潔凈EGR還原劑前噴頭、自潔凈EGR還原劑中噴頭、自潔凈EGR還原劑后噴頭分別安裝在自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段的金屬載體、表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體、表面涂敷催化劑的后段金屬載體內(nèi)。自潔凈EGR反應(yīng)器中表面涂敷催化劑的金屬載體為金屬板蜂窩載體或不銹鋼絲網(wǎng)載體。自潔凈EGR反應(yīng)器中所用的還原劑為甲醇或乙醇的水溶液；或甲醇或乙醇的混合水溶液。
本發(fā)明的積極效果是消除PM或者炭煙對活塞環(huán)和軸承摩擦和磨損；還消除PM或者炭煙在EGR閥體上沉積的問題，使閥體的開和關(guān)動作^不發(fā)滯'，密封嚴(yán)，使排氣回流的比例穩(wěn)定；能夠保證EGR冷卻器的換熱效率穩(wěn)定的功能。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述如圖1所示， 一種自潔
凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)，由以下主要部分和輔助部分構(gòu)成，包括汽車發(fā)動機(jī)l、發(fā)動機(jī)排氣歧管2、發(fā)動機(jī)排氣管3、 EGR進(jìn)氣管4、 EGR換熱器之冷卻液進(jìn)口管5、 EGR換熱器6、 EGR換熱器之冷卻液出口管7、發(fā)動機(jī)EGR總成8、 EGR出氣管9、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管IO、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管ll、自潔凈EGR進(jìn)氣溫度熱電偶12;其特征在于在EGR進(jìn)氣管4和EGR換熱器6之間設(shè)有自潔凈EGR反應(yīng)器，自潔凈EGR反應(yīng)器入口錐管20與EGR進(jìn)氣管4連接，自潔凈EGR反應(yīng)器出口錐管24與EGR換熱器6連接，自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段的金屬載體21、表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體22、表面涂敷催化劑的后段金屬載體23;自潔凈EGR還原劑容器16連接自潔凈EGR還原劑控制單元17和帶有壓縮空氣19的自潔凈EGR還原劑噴射劑量單元18;自潔凈EGR還原劑控制單元17與進(jìn)氣溫度熱電偶12]相連控制自潔凈EGR還原劑前噴頭13、自潔凈EGR還原劑中噴頭14、自潔凈EGR還原劑后噴頭15，自潔凈EGR還原劑前噴頭13、自潔凈EGR還原劑中噴頭14、自潔凈EGR還原劑后噴頭15分別安裝在自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段的金屬載體21、表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體22、表面涂敷催化劑的后段金屬載體23內(nèi)。自潔凈EGR反應(yīng)器中表面涂敷催化劑的金屬載體為金屬板蜂窩載體或不銹
鋼絲網(wǎng)載體。自潔凈EGR反應(yīng)器中所用的還原劑為甲醇或乙醇的水溶液；或甲醇或乙醇的混合水溶液。
首先由自潔凈EGR進(jìn)氣溫度熱電偶12來測定EGR進(jìn)氣管而來的炙熱的尾氣的溫度，對于汽油機(jī)的溫度范圍會在200 850。C，對于柴油機(jī)的溫度范圍會在200 55(TC。以柴油機(jī)為例，當(dāng)溫度在200 30(TC范圍內(nèi)，由控制單元17啟動自潔凈EGR還原劑前噴頭13，關(guān)閉還原劑前噴頭14和15，使還原劑在反應(yīng)器內(nèi)100%的全程進(jìn)行熱分解，又能避免過度分解和炭化；當(dāng)溫度在301 40(TC范圍內(nèi)，由控制單元[17]啟動自潔凈EGR還原劑前噴頭14，關(guān)閉還原劑前噴頭13和15，使還原劑在反應(yīng)器內(nèi)2/3催化劑表面上進(jìn)行熱分解，又能避免過度分解和炭化；當(dāng)溫度在401 55(TC范圍內(nèi)，由控制單元17啟動自潔凈EGR還原劑前噴頭15，關(guān)閉還原劑前噴頭13和14，使還原劑在反應(yīng)器內(nèi)l/3催化劑表面上進(jìn)行熱分解，又能避免過度分解和炭化。
自潔凈EGR所用的還原劑來自容器16;自潔凈EGR還原劑流量大小控制由控制單元17來實(shí)現(xiàn)，流量大小由發(fā)動機(jī)的EGR率，即流經(jīng)反應(yīng)器的炙熱尾氣的流量來決定，噴入的還原劑的流量可以在5~50ml/min，推薦其流量在尾氣質(zhì)量流量的10 20%，其中又以15%為最佳；自潔凈EGR還原劑噴射劑量單元18可以是微型液體泵，也可以是依靠壓縮空氣作動力的氣液噴嘴來混合和噴射，壓縮空氣19來源于發(fā)動機(jī)的剎車氣源；自潔凈EGR反應(yīng)器的殼體包括進(jìn)出口錐管20和24由耐腐蝕和耐熱性好的不銹鋼材質(zhì)制作；自潔凈EGR反應(yīng)器中表面涂敷催化劑的前段的金屬載體21和自潔凈EGR反應(yīng)器中表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體22以及自潔凈EGR反應(yīng)器中表面涂敷催化劑的后段金屬載體23可以采用ZL02101994.0所定義的金屬板蜂窩載體，也可以采用不銹鋼絲網(wǎng)制造而成的金屬載體，涂敷合適種類和數(shù)量的催化劑。
一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)多級還原劑的智能分解反應(yīng)器所用的還原劑的選擇的原則是考慮在使用條件下的物理化學(xué)特性、價(jià)格、毒性以及更為重要的是能在合適的溫度下進(jìn)行裂解反應(yīng)生成所需要的CO和Eb成分。所用的還原劑必須是含水的液體，水分的存在能保證所用還原劑在高溫的反應(yīng)器中均勻裂解，不出現(xiàn)碳化；此外，由于水的揮發(fā)潛熱較大，水揮發(fā)吸收的熱量后可以把此能量轉(zhuǎn)化成體系的化學(xué)能量，并在持續(xù)的熱分解中再釋放出能量；含水液體的吸熱揮發(fā)后也能使EGR換熱器的效率提高，降低溫度，由此可以保證換熱器不至于過熱，此舉也可以考慮直接降低該EGR換熱器的尺寸大小，有利于車輛減重。為此，考慮到所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是在高溫下的裂解出CO和H2的反應(yīng)，C H的前驅(qū)體還原劑可選為甲醇或乙醇的水溶液，或甲醇和乙醇的混合水溶液，以甲醇為最佳，不論采用那種醇類，其水溶液中醇的濃度最為關(guān)鍵，推薦醇的濃度在40 60%wt，最佳濃度為55% wt，其余部分為水。以還原劑中的甲醇為例，在反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)如下
重整反應(yīng)CH3OH + H20 = CC)2+3H2 (1)熱裂解反應(yīng)CH3OH = CO + 2H2 (2)水煤氣反應(yīng)CO + H2〇=C02 + H2 (3)上述反應(yīng)(1) (2) (3)可能會同時(shí)發(fā)生，可能也會存在逆反應(yīng)，但是隨著還原劑的連續(xù)噴入，上述反應(yīng)的主要反應(yīng)方向是朝著生成CO和H2的方向進(jìn)行，主反應(yīng)產(chǎn)物是生成含有CO和H2的混合物，這種混合物中CO和H2是強(qiáng)還原劑，具有極強(qiáng)的引發(fā)還原反應(yīng)的傾向，在氣流溫度和催化劑的作用下，完全可以使已經(jīng)形成的膠質(zhì)粘附
發(fā)生以下反應(yīng)
固態(tài)膠質(zhì)[C-H-0]n + CO或H2=氣態(tài)或液態(tài)CxHyOz + H20 (4)
上式(4)中的x、 y、 z數(shù)值遠(yuǎn)小于n。反應(yīng)(4)的結(jié)果是徹底消除EGR閥和換熱器內(nèi)壁積累的粘附物，使系統(tǒng)工作正常。
一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是采用由溫度作為控制和反饋的主參數(shù)。在某發(fā)動機(jī)完成標(biāo)定后，其發(fā)動機(jī)EGR率也就隨發(fā)動機(jī)工況而被確定下來。從化學(xué)角度分析，在催化劑固定下來之后，溫度是還原劑的裂解反應(yīng)的主參數(shù)，為此選定反應(yīng)器入口端的溫度作為控制的目標(biāo)參數(shù)。
一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是采用多級的還原劑分解反應(yīng)器，由溫度高低來啟動還原劑在反應(yīng)器不同位置的噴頭噴入還原劑，主要是為解決還原劑的誤噴入后過度反應(yīng)引起的炭化和重新結(jié)焦的問題。例如，如果采用全尺寸的單級整體式的反應(yīng)器，在一定的還原劑噴量下，如果柴油發(fā)動機(jī)在低速(怠速)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，發(fā)動機(jī)排氣的溫度會保持在稍低的水平，也可能會低于200°C，但是，依靠單級整體式的反應(yīng)器基本能完全滿足恒定還原劑噴量的完全分解的要求，而不會出現(xiàn)還原劑結(jié)焦和炭化的問題；而對于柴油發(fā)動機(jī)在中速或中負(fù)荷工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，柴油發(fā)動機(jī)排氣的溫度可
能會處于200 300°C，單級整體式的反應(yīng)器能完全滿足恒定噴量還原劑的完全分解的要求，但也會出現(xiàn)部分還原劑結(jié)焦和炭化的問題，此時(shí)解決的辦法是在分級反應(yīng)器的第二級噴入，等效于縮短了反應(yīng)器的尺寸的1/3，減少反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留和反應(yīng)時(shí)間，也就解決了還原劑結(jié)焦和炭化的問題；而對于柴油發(fā)動機(jī)在高速或低速高負(fù)荷以及中速高負(fù)荷工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，發(fā)動機(jī)排氣的溫度可能會處于301 50(TC甚至更高，單級整體式的反應(yīng)器能完全滿足恒定噴量還原劑的完全分解的要求，但會出現(xiàn)還原劑的過度結(jié)焦和炭化的問題，此時(shí)解決的辦法是在分級反應(yīng)器的第三級噴入，等效于縮短反應(yīng)器的尺寸2/3，減少反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，也就解決了還原劑結(jié)焦和炭化的問題。
權(quán)利要求
1、一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括汽車發(fā)動機(jī)(1)、發(fā)動機(jī)排氣歧管(2)、發(fā)動機(jī)排氣管(3)、EGR進(jìn)氣管(4)、EGR換熱器之冷卻液進(jìn)口管(5)、EGR換熱器(6)、EGR換熱器之冷卻液出口管(7)、發(fā)動機(jī)EGR總成(8)、EGR出氣管(9)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管(10)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管(11)、自潔凈EGR進(jìn)氣溫度熱電偶(12)；其特征在于在EGR進(jìn)氣管(4)和EGR換熱器(6)之間設(shè)有自潔凈EGR反應(yīng)器，自潔凈EGR反應(yīng)器入口錐管(20)與EGR進(jìn)氣管(4)連接，自潔凈EGR反應(yīng)器出口錐管(24)與EGR換熱器(6)連接，自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段的金屬載體(21)、表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體(22)、表面涂敷催化劑的后段金屬載體(23)；自潔凈EGR還原劑容器(16)連接自潔凈EGR還原劑控制單元(17)和帶有壓縮空氣(19)的自潔凈EGR還原劑噴射劑量單元(18)；自潔凈EGR還原劑控制單元(17)與進(jìn)氣溫度熱電偶(12)相連控制自潔凈EGR還原劑前噴頭(13)、自潔凈EGR還原劑中噴頭(14)、自潔凈EGR還原劑后噴頭(15)，自潔凈EGR還原劑前噴頭(13)、自潔凈EGR還原劑中噴頭(14)、自潔凈EGR還原劑后噴頭(15)分別安裝在自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段的金屬載體(21)、表面涂敷催化劑的中間段的金屬載體(22)、表面涂敷催化劑的后段金屬載體(23)內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的自潔凈EGR反應(yīng)器中表面涂敷催化劑的金屬載體為金屬板蜂窩載體或不銹鋼絲網(wǎng)載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自潔凈功能的車用EGR復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于在EGR進(jìn)氣管和EGR換熱器之間設(shè)有自潔凈EGR反應(yīng)器，其入口錐管與EGR進(jìn)氣管連接，出口錐管與EGR換熱器連接，自潔凈EGR反應(yīng)器中分成表面涂敷催化劑的前段、中間段和后段金屬載體；自潔凈EGR還原劑容器連接自潔凈EGR還原劑控制單元和帶有壓縮空氣的自潔凈EGR還原劑噴射劑量單元；還原劑控制單元與進(jìn)氣溫度熱電偶相連控制自潔凈EGR還原劑前噴頭、中噴頭和后噴頭，其分別安裝在自潔凈EGR反應(yīng)器內(nèi)。消除PM或者炭煙對活塞環(huán)和軸承摩擦和磨損；使閥體的開和關(guān)動作‘不發(fā)滯’，密封嚴(yán)，使排氣回流的比例穩(wěn)定；保證EGR冷卻器的換熱效率穩(wěn)定。
文檔編號F02M25/07GK101487427SQ200910066520
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者張克益, 張德廣 申請人:張克益