CN102057152A - 废气混合系统 - Google Patents

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Abstract

在一个方面，提供一种用于将内燃机(10)的废气流(17)引入进入空气流(19)的混合管(94)。混合管(94)包括开口(91)、管区段(93)和多个管端口。开口(91)能够接收废气流。管区段(93)流体连接至开口(91)并且延伸到进入空气流(19)中。管区段(93)上的管端口位于进入空气绕过管区段时所确定的低静压区域中。

Description

废气混合系统
相关申请
本发明要求于2008年6月12提交的欧洲专利申请EP 08158172.0以及也于2008年6月12日提交的欧洲专利申请EP 08158166.2的优先权，上述专利申请其整体均明确通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及废气混合系统，更特别地，涉及用于内燃机废气再循环系统的废气混合系统。
背景技术
废气再循环(EGR)系统是常用于在内燃机的操作过程中控制不希望的污染气体和微粒物质产生的一项技术。EGR系统去除废气并且将其重新引导至进入空气流中。在很多EGR系统中，再循环的废气被重新引导至进气歧管。EP-A-0869275/US 5802846涉及这种EGR系统。
废气混合系统引导再循环的废气并将其与进入空气流混合。现有的废气混合系统的非一体化部件的性能、尺寸、包装和数量并不理想。本发明至少部分地涉及改进或克服现有废气混合系统的一个或多个方面。
发明内容
在一个方面，提供一种用于将废气流引入内燃机的进入空气流的混合管。所述混合管包括开口、管区段和多个管端口。开口能够接收所述废气流。管区段流体连接至所述开口并且延伸进入所述进入空气流。管端口位于所述管区段上且位于低静压区域中，其中根据所述进入空气绕过所述管区段来确定所述低静压区域。
在另一个方面，提供一种混合组件。混合组件将废气流引入进入空气流并且包括两个或多个进入所述进入空气流中的混合管。
在又一个方面，提供一种能够作为单个单元来安装的模块。该模块包括废气引导主体、节气阀主体和混合主体。废气引导主体能够接收废气流。节气阀主体能够接收进入空气流。混合主体流体联接至废气引导主体和节气阀主体并且能够将废气流引入进入空气流中。
附图说明
图1是具有EGR系统的内燃机的示意图；
图2是EGR模块的第一种示例性的实施方式的透视图；
图3是图1的EGR模块的第一种示例性的实施方式的横切截面透视图；
图4是EGR模块的第二种示例性的实施方式的横切截面透视图；
图5是EGR模块的第三种示例性的实施方式的横切截面透视图；
图6是图5的混合组件的第三实施方式的纵向剖面的透视图；
图7是混合管的俯视图，其中示出气流经过混合管时的压强区域。
具体实施方式
图1示意性地示出具有发动机机体12的内燃机10。内燃机10可以具有空气进入系统11和排气系统13，排气系统13包括废气再循环(EGR)。空气进入系统11可以包括空气进入通道14、16、18和20。空气进入系统11还可以包括压缩机22、增压空气冷却器24、EGR系统或模块26以及进气歧管28。空气进入通道14将新鲜空气输送至压缩机22。空气进入通道16将空气从压缩机22输送至增压空气冷却器24。空气进入通道18将空气从增压空气冷却器24输送至EGR模块26。空气进入通道20可以将混合气体流15从EGR模块26输送至进气歧管28，或者EGR模块26可以直接连接至进气歧管28。空气进入系统11可以包括多种额外的部件。空气进入系统11也可以不包括空气冷却器24或压缩机22。
排气系统13可以包括排气通道30和32。排气系统13也可以包括排气歧管34和涡轮36。压缩机22可以通过涡轮增压器轴38连接至涡轮36。在另一种实施方式中，压缩机22也可以由其他元件驱动，例如由电动马达或内燃机10通过传动装置驱动的轴来驱动。在该情况下，可以不包括涡轮36。排气系统13还可以包括多种额外的部件，例如废气后处理系统。废气后处理系统可以包括例如柴油微粒过滤器、柴油氧化催化器、以及选择性催化还原(SCR)系统。
空气进入系统11也可以包括将废气从排气系统13输送至EGR模块26的EGR通道40。EGR通道40的入口42可以出自废气歧管34。EGR通道40的出口可以进入EGR模块26的废气进入开口44。EGR通道40也可以包括EGR冷却器46。
EGR模块26可以作为空气进入系统11中的单个单元安装在空气进入通道18和20之间。EGR模块26包括空气进入管道48。空气进入管道48包括空气进入开口50和混合物出口52。空气进入开口50可以连接到空气进入通道18。混合物出口52可以连接至空气进入通道20。如前文所述，EGR模块26还包括可以连接至EGR通道40的出口的废气进入开口44。
EGR模块26还可以包括废气引导主体61、节气阀主体58和混合主体62。废气引导主体61可以包括能够控制或限制再循环的废气的量的EGR阀54。EGR模块26还可以包括防止任何进入空气和废气流回EGR通道40的至少一个止回阀56。EGR阀54和止回阀56可以位于EGR模块26中的废气上游通道64中。废气下游通道63可以位于混合组件60和止回阀56之间。EGR模块26的空气进入管道48可以包括用于控制或限制经过空气进入管道48并被输送至空气进入系统11的下游空气进入通道20的进入空气19的量或流动的节气阀主体58。EGR模块26的其他的实施方式不包括节气阀主体58。
混合主体62包括可以被配置为将从废气进入开口44引入的废气流17和通过空气进入开口50引入空气进入管道48的空气进入流19混合的混合器或混合组件60。混合组件60可以位于EGR模块26的止回阀56和废气下游通道63的下游。
图2至图6示出EGR模块26的三种实施方式。第一实施方式的部件以100系列附图标记进行标示，第二实施方式的部件以200系列附图标记进行标示，且第三实施方式的部件以300系列附图标记进行标示。下面将具体说明第一实施方式126。之后的讨论将着重于三种实施方式126、226和326中每一种的独特的方面。
图2和图3示出EGR模块26的第一实施方式126。图2示出EGR模块126安装在发动机110上。EGR模块126包括废气引导主体161、节气阀主体158和混合主体162。
废气引导主体161限定废气下游通道163和废气上游通道164。废气引导主体161包括止回阀壳体169和EGR阀壳体172。止回阀壳体169容纳止回阀156并且包括EGR阀壳体凸缘168。由EGR模块126引入的废气流117经过止回阀156。止回阀156阻止当邻近止回阀156处的进入空气流119的压强高于废气流117的压强时废气流117的回流。
在一种实施方式中，止回阀156可以采用至少一个簧片阀157的形式。至少一个簧片阀157可以包括位于止回阀壳体169中的具有簧片阀凸缘192的簧片阀主体190。由此，止回阀156被夹在废气下游通道163和废气上游通道164之间。簧片阀157也可以包括一端连接至簧片阀主体190的膜188。当簧片阀157上游的压强高于簧片阀157下游的压强时，簧片阀膜188可以变形。该变形可以使得簧片阀157打开。因为膜188很轻并且容易变形，所以簧片阀157的响应时间很短且即使很小的压强差也足以打开和关闭簧片阀157并获取废气脉冲。由此，可以再循环的废气量可以是最佳的。当前的实施方式中使用两套簧片阀157，但是可以想到，可以使用不同数量的簧片阀157。数量可以取决于可以再循环的废气的量和簧片阀157的型号。其他类型和安装的止回阀156也是可行的。
EGR阀壳体172容纳EGR阀154并且连接至EGR阀壳体凸缘168。EGR阀壳体172可以具有马达凸缘174。EGR阀马达176可以连接至EGR阀壳体172的马达凸缘174。EGR阀壳体172还可以包括由EGR阀马达176驱动以调节可以经过EGR模块126的废气的量的EGR阀构件186。EGR阀壳体172还包括废气进入开口144，废气进入开口可以被EGR通道连接凸缘145环绕并且位于废气上游通道164的上游。
节气阀主体158包括流体连接至空气进入通道118的节气阀170。节气阀主体158还部分地限定空气进入管道148。节气阀170包括节气阀马达178、阀瓣180和阀杆182。
阀杆182受到节气阀马达178驱动。节气阀170的阀杆182的纵向轴线可以大致平行于至少一个混合管194的中央轴线155。阀瓣180联接至阀杆182以调节阀瓣180相对于空气进入管道148的位置。阀杆182可以在该位置处大致垂直于或横交空气进入管道148的中央轴线地延伸。这可以直接地或通过传动装置实现。其他类型的节气阀170也是可行的。节气阀主体158还包括可以由空气进入凸缘151围绕的空气进入开口150。
混合主体162也部分地限定空气进入管道148并且包括混合组件160。混合主体162还包括节气阀主体凸缘166和邻近混合物出口152的出口凸缘184。节气阀主体凸缘166将混合主体162联接至节气阀主体158。通过出口凸缘184，EGR模块126流体联接至空气进入通道20或进气歧管28。
混合主体162能够从废气引导主体161的下游通道163接收废气流117并且将废气流117引入空气进入管道148。空气进入管道148的中央轴线大致平行于空气进入管道148的进入空气流119地延伸。
混合组件160包括混合管194和混合管底座189。混合管194包括管开口191、管区段193、端壁195和管端口196。管开口191通向下游通道163，且管端口196通向空气进入管道148。
管区段193包括管第一端141、管第二端143、前表面147、后表面149，相对的短壁段197、相对的长壁段199和拐角段153。管区段193和混合管194是细长的，中央轴线155从管第一端141延伸至管第二端143且大致垂直于或横交进入空气流119和空气进入管道148。
管第一端141在管区段193的顶部靠近下游通道163。管开口191可以靠近管第一端141。管第二端143位于管第一端141的相对端，管区段193的底部。
前表面147和后表面149大致平行于中央轴线155地沿着管区段193的长度延伸。前表面147朝向过来的进入空气流119。后表面149位于管区段193的与前表面147相对的一端。前表面147可以相对较小以防止对进入空气流119造成限制。
管区段193的截面可以是卵形、椭圆形或圆角矩形。短壁段197、长壁段199和拐角段153平行于中央轴线155地沿着管区段193的长度延伸。短壁段197在大致垂直于或横交混合管194的中央轴线155的方向上比长壁段199更短。相对的短壁段197可以形成前表面147和后表面149。长壁段199可以在大致平行于空气进入管道148中的进入空气流119的方向上并且在大致垂直于或横交混合管194的中央轴线155的方向上延伸。拐角段153表示管区段193的拐角，并且形成短壁段197和长壁段199之间的过渡。
可以包括端壁195以在第二端143处封闭管区段193。端壁195可以形成为混合管194的一部分，或者混合管194可以延伸至混合主体162的壁以形成端壁195。混合主体162还可以包括凹入部分187以接收混合管194并且帮助形成端壁195。
可以包括多个管端口196作为管区段193中的开口、孔、或孔口。管端口196可以是圆形的(如图所示)、卵形的、狭缝形、或任何其他形状的孔。管端口196可以成排173、175地定位，排173，175大致平行于管区段193的中央轴线155地延伸。管端口196可以位于上游排173和下游排175中。上游排173中的管端口196在进入空气流119的方向上位于下游排175的正上游。上游排173中的管端口196可以相对于下游排175中的管端口196偏置以使得管端口196在进入空气流119的直线上不重叠。管端口196的偏置通过帮助将更大面积的进入空气流119暴露于废气流117以促进废气流117与进入空气流119的混合。下面将参照图7更具体地讨论管端口196的位置。
混合管底座189包括安装板181和管安装凸缘183。安装板181联接至混合管194。安装凸缘183形成在EGR模块126的外侧。将管底座189定位在EGR模块126外减少了残渣(例如松掉的紧固件)落入空气进入管道148中并损坏发动机的可能性，同时也帮助组装。其他的安装系统也是可行的。
经过废气引导主体161并离开混合组件160的废气流117与进入空气流119混合以在空气进入管道148中形成混合空气流115。
EGR模块126还可以包括多种传感器。例如温度传感器133和压强传感器135。这些传感器可以定位在靠近混合物出口152处的混合空气流115中。可以有多于一个的温度传感器133和多于一个的压强传感器135。也可以有其他传感器，例如用于测量混合物成分的浓度的传感器。也可以包括与EGR阀马达176和节气阀马达178电连接以对它们进行控制和供电的控制器。所述控制可以基于来自温度传感器133和压强传感器135的信号和来自发动机110的许多其它信号。
EGR模块126的配置在多个方面与其他的实施方式226和326不同。废气下游通道163是细长的并且大致垂直于或横交废气上游区段164延伸。废气上游通道164也大致平行于空气进入管道148并且大致垂直于或横交混合管194的中央轴线155延伸。管开口191形成在混合管194的管区段193的侧面，使得废气流117经过废气下游通道163并且在进入混合管194后转过大约90度角。
安装凸缘183在靠近废气下游通道163的端部且靠近第一端141和管开口191处联接至废气引导主体161的外侧。EGR阀154超出空气进入管道148的端部地靠近混合物出口152。
EGR模块226的配置与其他实施方式126和326的不同之处如下。混合组件260包括两个混合管294和两套止回阀256。混合管294中的一个在进入空气流219的方向上位于另一个混合管294的上游。两个混合管294使得来自发动机10的废气流217的脉冲平缓。发动机10形成的废气流有脉冲，并不平缓。在空气进入通道248中使用空间上间隔开的混合管294使得脉冲平均，以形成更加平缓的混合空气流215。两个混合管294也使得能够引入更大流量的废气217。
第二实施方式226的流动路径与第一实施方式126相比是不同的，且在很多方面是相反的。EGR模块226包含大致平行于废气上游区段264的更短的废气下游通道263。废气上游通道264也大致垂直于或横交空气进入通道248并且大致平行于混合管294的中央轴线255延伸。管开口291形成于混合管294的管区段293的顶部，使得废气流217经废气下游通道263直接进入混合管294。
混合管底座289也是不同的。安装板281位于管第二端243处，且管安装凸缘283位于空气进入管道248的与管开口291相对的一端处。
第三实施方式326也包括独特的方面。第三实施方式的混合管底座389不包括安装板。如图6最清楚地示出，混合管底座389包括管安装凸缘383。管安装凸缘383邻近管第一端341。混合管底座389还包括在管安装凸缘383上的弹性挡圈槽321。弹性挡圈323插入弹性挡圈槽321中以将混合管394保持就位。弹性挡圈323是具有断口的可弯曲的环状构件，断口由环的两端限定。可以通过将邻近断口的环的端部朝向彼此地弯曲来减小弹性挡圈323的环状构件的周长。因此，弹性挡圈323可以被卡在弹性挡圈槽321中。
图7示出空气进入管道48中的管区段93的俯视剖视图。进入空气流19经过空气进入管道48并且横穿或绕过管区段93以形成低静压区域。进入空气流19首先与前边缘47接触。废气流17经过管区段93的内部并且流出管端口96。废气流17与进入空气流19混合以形成流过后边缘49的混合空气流15。
图7还示出由于围绕管区段93的该空气流而形成的围绕管区段93的外部的静压区域A至M。这些压强区域是通过计算机模型、实验和测试确定的。压强区域A的压强最低，压强区域M的压强最高，A和M之间具有相应的增长值。
当进入空气流19经过前边缘47时加速，并且当其流过后边缘49时减速。这种速度变化形成静压区域A至M。管端口96位于低压区域中。将管端口96定位在管区段93的低压区域中使得废气流17更容易被引入进入空气流19中，且更容易形成混合空气流15。在低压区域处废气流17更容易被从管区段93抽出。在当前的实施方式中且根据当前的数据，最低压区域位于邻近区域A的拐角段53附近。因此，在拐角段53中形成管端口96作为开口。管端口也可以延伸至长段99或短段97。
工业实用性
如上所述的EGR模块26、126、226和326可以适用于任何内燃机10。因为EGR模块26可以是紧凑的，所以可能希望将EGR模块26封装在发动机10周围的有限空间内。管端口96的定位促进废气流17的引导和混合。
EGR模块26可以被配置为由外部供应商提供的单个单元。因此，可以减少将EGR模块26组装到内燃机10上的组装工作。因为EGR模块26的部件被一体化地配置为单个单元，所有这些部件可以同时维护并且可以作为单个单元被保存。从维护和物流的角度来看这都是有利的。
本领域普通技术人员将很清楚，可以对这里所公开的废气混合系统进行多种修正和变形。在考虑说明书的基础上，本领域普通技术人员也将很清楚其他的实施方式。说明书和例子仅意于被认为是示例性的。在查阅附图和权利要求书的情况下，本发明的其他方面、特征和优点将是很清楚的。

Claims (10)

1.一种用于将废气流(17)引入内燃机(10)的进入空气流(19)的混合管(94)，所述混合管(94)包括：
开口(91)，其能够接收所述废气流；
管区段(93)，其流体连接至所述开口(91)并且延伸进入所述进入空气流(19)中，所述进入空气流(19)横穿以及绕过所述管区段(93)以围绕所述管区段(93)的外部形成静压区域(A-M)；以及
多个混合管端口，其位于所述管区段上且位于低静压区域(A)处。
2.根据权利要求1所述的混合管(94)，其中所述管区段(93)还包括：
相对的短壁段(97)；
相对的长壁段(99)；以及
拐角段(53)，其位于所述相对的短壁段(97)和所述相对的长壁段(99)之间的相交处，其中所述管端口(96)位于所述拐角段(53)上。
3.根据权利要求2所述的混合管(94)，其中所述管端口(96)部分地延伸至所述长壁段(99)上。
4.根据权利要求1所述的混合管(94)，其中所述管区段(93)具有横交所述进入空气流(19)的中央轴线(55)，且所述长壁段(99)在大致平行于所述进入空气流(19)的方向上延伸。
5.根据权利要求4所述的混合管(94)，其中所述管端口(96)位于大致平行于所述管区段(93)的所述中央轴线(55)延伸的一个或多个排(73，75)中。
6.根据权利要求4所述的混合管(94)，其中所述管端口(96)位于一个或多个上游排(73)和一个或多个下游排(75)中，其中所述上游排(73)和所述下游排(75)大致平行于所述管区段(93)的所述中央轴线(55)延伸，所述上游排(73)在所述进入空气流(19)的方向上位于所述下游排(75)的直接上游，且所述上游排(73)的所述管端口(96)相对于所述下游排(75)的所述管端口(96)偏置。
7.根据权利要求4所述的混合管(94)，其中所述混合管(94)的大致垂直于所述中央轴线(55)的截面为大致卵形、椭圆形或矩形。
8.一种用于将内燃机(10)的废气流(17)引入进入空气流(19)中的混合组件(60)，所述混合组件(60)包括：
进入所述进入空气流(19)中的两个或更多个混合管(94)。
9.根据权利要求12所述的混合组件，其中一个混合管(94)在所述进入空气流(19)的方向上位于另一个混合管(94)的上游。
10.根据权利要求12所述的混合组件，其中所述混合管(94)包括位于所述混合管(94)的低静压区域中的多个管端口(96)，其中根据所述进入空气流(19)绕过所述混合管(94)来确定所述低静压区域。
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