CN101718237A - 用于废气再循环的三模式冷却器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于废气再循环的三模式冷却器。用于发动机的废气再循环系统提供三个操作模式。在旁通模式中，废气绕过热交换器。在单通路操作模式中，废气流经热交换器通路。在双通路操作模式中，废气以提供比单通路模式更长的通过热交换器的有效流动长度的方式流经热交换器通路，从而增加冷却效率。

Description

用于废气再循环的三模式冷却器
技术领域
本发明涉及用于发动机的废气再循环的冷却系统。
背景技术
车辆通常包括废气再循环(EGR)系统，以将内燃机废气选择性地引导至发动机的空气入口。EGR能够降低不希望发动机排放成分(例如氮氧化物(NOX))的水平且能够提高燃料经济性。一直到一定极限，NOX排放随EGR水平增加而减少。超出该极限，EGR会增加其它不希望发动机排放成分的形成且会降低车辆驾驶性能。
EGR通常涉及通过介于发动机排气管道和发动机新鲜空气进气通道之间的EGR通道进行的废气再循环。EGR通道内的阀(EGR阀)被控制，以改变EGR通道内的限制，从而调节通过EGR通道的废气流。在压缩点火式发动机中，再循环的废气可被冷却以允许将更多质量的废气引入发动机气缸。
发明内容
本发明提供一种发动机的废气再循环系统，所述发动机具有排气歧管和进气歧管。所述系统包括阀组件，所述阀组件包括阀壳体和至少一个阀构件。所述阀壳体限定第一端口和第二端口，并且能够操作性地连接到所述发动机，使得所述第一端口从所述排气歧管接收废气且所述第二端口与所述进气歧管流体连通。热交换器限定第一通路和第二通路。所述至少一个阀构件能相对于所述阀壳体选择性地移动，以提供第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式。
在所述第一操作模式中，废气从流入端口流向流出端口，而不流经所述热交换器的第一通路和第二通路中的任一个。在所述第二操作模式中，废气从流入端口串行流过所述第一通路和第二通路流向流出端口。在第三操作模式中，废气从流入端口并行流过所述第一通路和第二通路流向流出端口。
在不希望EGR冷却时，所述第一操作模式提供用于废气的低阻力流动路径。与第三操作模式相比，由于废气通过热交换器的较长的有效流动路径，第二操作模式提供较高程度的EGR冷却。与第二模式相比，第三操作模式提供具有较低流动限制的EGR冷却。
通过下面结合附图对用于实施本发明的最佳模式进行的详细描述，本发明的上述特征和优点、以及其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是包括废气再循环系统的发动机的示意图；
图2是图1的废气再循环系统的示意性侧视截面图，其中阀构件处于第一位置；
图3是图1的废气再循环系统的示意性侧视截面图，其中阀构件处于第二位置；和
图4是图1的废气再循环系统的示意性侧视截面图，其中阀构件处于第三位置。
具体实施方式
参考图1，发动机10包括发动机本体14，发动机本体14限定多个气缸(未示出)。所述气缸中的每个都容纳各自的活塞(未示出)，如本领域技术人员理解的那样。进气歧管18相对于发动机本体14安装且限定多个通路，所述通路在气缸和环境之间提供流体连通。因而，进气歧管18从环境分配空气给气缸。进气门(未示出)可操作以调节气缸和进气歧管18之间的空气流，如本领域技术人员理解的那样。
排气歧管22相对于发动机本体14安装且与气缸选择性地流体连通，以从气缸接收废气。如本领域技术人员理解的那样，排气门(未示出)可操作以调节从气缸到排气歧管22的排气流。在一个示例性实施例中，发动机10是压缩点火类型。
废气再循环(EGR)系统24设置成在排气歧管22和进气歧管18之间提供选择性的流体连通。EGR系统24包括阀组件26。参考图1和2，阀组件26包括限定流入端口30的壳体28，流入端口30经由管道34与排气歧管34流体连通。因此，在发动机10的操作期间，流入端口30从排气歧管22接收废气。
壳体28还限定流出端口38，流出端口38经由管道42与进气歧管18流体连通。壳体28还限定与流入端口30和流出端口38流体连通的腔46。热交换器50可操作地连接到到阀组件26。
具体地参考图2，热交换器50限定由壁60隔开的第一通路54和第二通路58。壳体28还限定端口62、66、70。通路54在端口66和腔74之间提供流体连通。通路58在端口62和腔74之间提供流体连通。腔74由相对于热交换器50安装的后部集管78限定。热交换器50设置成将热量从通路54、58中的废气传递给较冷的流体，如水或空气。因而，热交换器50在废气流经通路54、58时冷却废气。通路54、58中的冷却翅片84为废气和冷却流体之间的热传递提供了增加的表面面积。壳体28和热交换器50协作以限定通路86，通路86在腔74和端口70之间提供流体连通，因而通路86在腔74和腔46之间提供选择性的流体连通。
腔46在所有端口30、38、62、66、70之间提供选择性的流体连通。在所示实施例中，腔46是大致圆形截面。蝶形阀构件90在腔46内相对于阀体26可旋转地安装，且与腔46的壁94密封接合。阀构件90可在三个位置之间移动，以控制端口30、38、62、66、70之间的流体连通，使得EGR系统24的特征在于具有三个操作模式。
在旁通操作模式中，如图2所示，阀构件90处于第一位置，在第一位置，阀构件90阻止从流入端口30到端口62、66的流体连通，即，EGR被阻止从流入端口30经过腔46流向端口62、66中的任一个。在第一位置中，阀构件90并不阻碍从流入端口30经由腔46到流出端口38的流体流。因而，在旁通操作模式中，废气98从流入端口30通过腔46流向流出端口38。从而，在旁通操作模式中，废气98在从排气歧管传输给进气歧管时并未流经热交换器50。在第一位置，阀构件90并不阻止从流入端口30到端口70的流体流；不过，排气并不流经返回通路86，因为阀构件90放空(deadhead)端口62、66。
在双通路操作模式下，如图3所示，阀构件90处于第二位置，在第二位置，阀构件90阻止从端口70到腔46的流体连通。阀构件90将腔46中的流从流入端口30引导到端口66，从端口62引导到流出端口38。阀构件90阻止从端口62经过腔46到端口62和端口38的流动。因此，当阀构件90处于第二位置时，排气98从流入端口30流经端口66，然后通过第一通路54，然后通过腔74，然后通过第二通路58，然后通过端口62，流向流出端口38。因而，在第二操作模式期间，流经流入端口30的废气98连续地流经第一通路54和第二通路58。即，废气98串行地流经通路54且然后流经通路58。
在单通路操作模式中，如图4所示，阀构件90处于第三位置，在第三位置中，阀构件90阻止从流入端口30经过腔46到流出端口38的废气流。相反，阀构件90将废气98从流入端口30经过腔46引导到端口62和端口66。因而，从端口30进入腔46的废气98中的一些行进通过通路54，从端口30进入腔46的废气98中的一些行进通过通路58。即，废气98并行地流经通路54且流经通路58。在第三操作模式中通路58中的废气98的流动方向与在第二操作模式中通路58中的废气98的流动方向相反。
来自于通路54、58的废气98进入腔74，然后流经通路86流向端口70。端口70经由腔46与流出端口38流体连通，因而，来自通路86的废气98流经流出端口38且流向进气歧管。阀构件90阻止端口70和端口30、62、66之间的流体连通。
如图2所示，例如在发动机14的冷启动期间，当废气冷却不必要时且当废气压力低时，可以使用EGR系统24的旁通操作模式。例如当排气歧管和进气歧管之间存在高的差压时，可以使用双通路操作模式。双通路操作模式具有比单通路模式更高的流动阻力，但是表征为高程度的冷却，因为在双通路模式中废气在热交换器50中的有效流动长度比单通路模式更大。例如，假设第一和第二通路54、58具有相等的长度，那么与单通路模式相比，在双通路模式中废气流动通过热交换器50两倍的距离。
例如当期望EGR冷却，但是在排气歧管和进气歧管之间存在相对低的差压时，可以使用单通路模式。在单通路模式中废气通过热交换器50的有效流动长度约为在双通路模式中排气的有效流动长度的一半(假设通路54、58具有相同的长度)。然而，废气在两个通路54、58之间分配，因而与双通路模式相比分配经过更大的截面面积。较短的有效流动长度和较大的流动面积提供了比双通路模式更低的流动阻力。与双通路模式相比，在单通路模式中废气的较慢速度允许热交换器50中的有效EGR冷却。
应当注意的是，在要求保护的本发明的范围内可以采用其它阀配置，以实现本文所述的三个操作模式。例如，在替代实施例中且在要求保护的本发明的范围内，阀壳体可以使得端口线性对齐，且滑阀(未示出)可选择性地移动以控制端口之间的流动，从而实现三个操作模式。在另一个替代性实施例中且在要求保护的本发明的范围内，可以采用一个以上的阀构件来控制端口之间的废气流。
本领域技术人员将认识到，在要求保护的本发明的范围内，在EGR系统24内可以采用另一阀(未示出)，以调节从排气歧管分流至进气歧管的废气量。
虽然已经详细描述了用于实现本发明的最佳模式，但是本领域技术人员将认识到所附权利要求书范围内的、用于实施本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (13)

1.一种用于发动机的废气再循环系统，所述发动机具有排气歧管和进气歧管，所述废气再循环系统包括：
阀组件，所述阀组件包括阀壳体和至少一个阀构件，所述阀壳体限定第一端口和第二端口并且能够操作性地连接到所述发动机，使得所述第一端口从所述排气歧管接收废气，而所述第二端口与所述进气歧管流体连通；和
热交换器，所述热交换器限定第一通路和第二通路；
其中，所述至少一个阀构件能相对于所述阀壳体选择性地移动，以提供：
第一操作模式，在所述第一操作模式中，废气从流入端口流向流出端口，而不流经所述热交换器的第一通路和第二通路中的任一个；
第二操作模式，在所述第二操作模式中，废气从流入端口串行流过所述第一通路和第二通路流向流出端口；和
第三操作模式，在所述第三操作模式中，废气从流入端口并行流过所述第一通路和第二通路流向流出端口。
2.根据权利要求1所述的废气再循环系统，还包括限定第三通路的结构，所述第三通路在所述第一和第二通路与流出端口之间提供选择性的流体连通；且
其中，在所述第一和第二操作模式期间，所述至少一个阀构件阻止流体流过第三通路，且在第三操作模式期间所述至少一个阀构件允许流体流过第三通路。
3.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其中，所述至少一个阀构件是能相对于阀壳体选择性地旋转的蝶形阀。
4.一种用于发动机的废气再循环系统，所述发动机具有排气歧管和进气歧管，所述废气再循环系统包括：
阀组件，所述阀组件包括阀壳体和至少一个阀构件，所述阀壳体限定具有第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口的腔，并且所述阀壳体能够操作性地连接到所述发动机，使得所述腔通过所述第一端口从所述排气歧管接收废气且使得所述腔经由所述第二端口与所述进气歧管流体连通；
热交换器，所述热交换器限定与所述第三端口流体连通的第一通路和与所述第四端口流体连通的第二通路；
限定第三通路的结构，所述第三通路在所述第一和第二通路与所述第五端口之间提供流体连通；
其中，所述至少一个阀构件能相对于所述阀壳体选择性地移动，以提供：
第一操作模式，在所述第一操作模式中，废气从第一端口流向第二端口，而不流经所述热交换器的第一通路和第二通路中的任一个；
第二操作模式，在所述第二操作模式中，废气从第一端口连续地流经所述第一通路和第二通路；和
第三操作模式，在所述第三操作模式中，废气从流入端口流经所述第一通路、第二通路和第三通路。
5.根据权利要求4所述的废气再循环系统，其中，在第二模式中，废气沿第一方向流经所述第二通路；并且其中，在第三模式中，废气沿着与所述第一方向相反的第二方向流经所述第二通路。
6.根据权利要求4所述的废气再循环系统，其中，在第三模式中，来自第一端口的废气通过第三和第四端口离开所述腔并经由第五端口再次进入所述腔。
7.根据权利要求6所述的废气再循环系统，其中，在第二模式中，来自第一端口的排气通过第三端口离开所述腔并经由第四端口再次进入所述腔。
8.根据权利要求4所述的废气再循环系统，其中，所述至少一个阀构件是能在所述腔内在分别与第一、第二和第三操作模式相对应的第一、第二和第三位置之间选择性地旋转的蝶形阀。
9.一种发动机，包括：
进气歧管；
排气歧管；
阀组件，所述阀组件包括阀壳体和至少一个阀构件，所述阀壳体限定具有第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口的腔，并且所述阀壳体能够操作性地连接到所述发动机，使得所述腔通过所述第一端口从所述排气歧管接收废气且使得所述腔经由所述第二端口与所述进气歧管流体连通；
热交换器，所述热交换器限定与所述第三端口流体连通的第一通路和与所述第四端口流体连通的第二通路；
限定第三通路的结构，所述第三通路在所述第一和第二通路与所述第五端口之间提供流体连通；
其中，所述至少一个阀构件能相对于所述阀壳体选择性地移动，以提供：
第一操作模式，在所述第一操作模式中，废气从第一端口流向第二端口，而不流经所述热交换器的第一通路和第二通路中的任一个；
第二操作模式，在所述第二操作模式中，废气从第一端口连续地流经所述第一通路和第二通路；和
第三操作模式，在所述第三操作模式中，废气从流入端口流经所述第一通路、第二通路和第三通路。
10.根据权利要求9所述的发动机，其中，在第二模式中，废气沿第一方向流经所述第二通路；并且其中，在第三模式中，废气沿着与所述第一方向相反的第二方向流经所述第二通路。
11.根据权利要求9所述的发动机，其中，在第三模式中，来自第一端口的废气通过第三和第四端口离开所述腔并经由第五端口再次进入所述腔。
12.根据权利要求11所述的发动机，其中，在第二模式中，来自第一端口的废气通过第三端口离开所述腔并经由第四端口再次进入所述腔。
13.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述至少一个阀构件是能在所述腔内在分别与第一、第二和第三操作模式相对应的第一、第二和第三位置之间选择性地旋转的蝶形阀。
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