CN103306858B - Egr空气混合装置及带egr系统的燃油发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种EGR空气混合装置及带EGR系统的燃油发动机，其中，EGR空气混合装置包括EGR引入管和文丘里混合器，文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；扩压段设置有接口，EGR引入管与扩压段接口连通；喉口段与扩压段为一体结构，喉口段嵌入扩压段接口内，在嵌接部位留有沿喉口段周向的环形缝隙，环形缝隙与喉口段轴线成一定角度；收缩段与扩压段在扩压段接口处密封连接。本发明提供的EGR空气混合装置在喉口段和扩压段之间留有一条环形缝隙，EGR气体从缝隙引入进气管与进气混合，可以保证EGR气体与新鲜空气的充分混合，使得各缸EGR率均匀度提高，进而有效提高燃油发动机的EGR率。

Description

EGR空气混合装置及带EGR系统的燃油发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别地，涉及一种EGR空气混合装置及带EGR系统的燃油发动机。

背景技术

随着排放法规越来越严格，对包括柴油发动机和汽油发动机的燃油发动机的要求也越来越高。以增压柴油机为例，增压柴油机需要更大的排气再循环(EGR、Exhaust Gas Recirculation)率才能满足排放法规要求。对于涡轮增压柴油机，一些工况下涡轮前压力低于压气机后的压力，很难达到所需的EGR率。排气再循环技术是降低发动机NOx排放的有效措施之一。排气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气支管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的二氧化碳，而二氧化碳不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量。

对于增压柴油机而言，进气平均压力高于排气平均压力。然而，高压EGR系统，要实现EGR需要满足的条件是：涡轮前排气压力高于中冷后进气压力。即，进、排气压差ΔP＝(涡前排气压力－中冷后进气压力)＞0；对于增压柴油机，只有在低负荷时ΔP才大于0，在高负荷区ΔP小于0，若不采取辅助措施，则EGR无法实现。

为使废气顺利回流到进气系统，可采用的辅助措施主要有两类：增加排气背压或降低局部进气压力。其中，增加排气背压的方法通常采用在涡轮后加排气节流阀或使用可变几何截面涡轮增压器(VGT，Variable GeometryTurbochargers)来实现。然而，加排气节流阀会导致排温升高，燃烧恶化，烟度急剧增大，燃油耗增加等不良后果，所以不能采用。使用VGT的柴油机，高负荷时可以通过减少涡轮的流通面积来提高排气压力，进而增大高负荷时的EGR率。但实践证明，若对EGR、VGT执行器分别进行控制并不能使它们同时处于最优工作运行点，EGR-VGT的耦合协调控制才是实现EGR率精确控制的前提。有研究表明通过多变量反馈控制器协调控制EGR、VGT，可在满足发动机扭矩要求的条件下实现NOx的最低排放，但采用VGT存在成本高、控制复杂等缺点。对于降低局部进气压力使ΔP＞0，通常采用在中冷器后的进气管串接节流阀或文丘里管来实现。但加进气节流阀会降低充气效率，使经济性受到损失。在进气系统中串联文丘里管(Venturi tube)，可以降低压气机后的气体压力，在高负荷实现充足的EGR率，并且对燃油消耗率的负面影响小，具有很大的优越性。

现有技术在进气管中引入EGR的主要方式是采用三通式，即采用EGR管与文丘里混合器喉口段直接连接。然而，三通式混合器将EGR管与喉口段直接连通，只是在进气管路的一侧导入EGR气体，因此，会造成整个进气管截面内局部EGR气体浓度过高，无法实现废气与新鲜空气或新鲜混合气的均匀混合，导致各缸EGR分布不均匀。EGR在各缸分配不均匀，会使NOx和微粒(PM)的折衷关系恶化，即，降低同样多的NOx会导致烟度增加更多，减少了EGR在降低排放方面的效果，同时还会导致燃油消耗增加。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：促使EGR气体与新鲜空气混合均匀，保证EGR在各缸分配均匀，使燃油发动机在高负荷时也能达到合格的EGR率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种EGR空气混合装置，有效提高EGR率。

为了解决上述问题，一方面提供了一种EGR空气混合装置，包括EGR引入管和文丘里混合器，上述文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；上述扩压段设置有接口，上述EGR引入管与上述扩压段接口连通；上述喉口段与上述收缩段为一体结构，上述喉口段嵌入上述扩压段接口内，在嵌接部位留有沿上述喉口段周向的环形缝隙，上述环形缝隙与上述喉口段轴线成一定角度；上述收缩段与上述扩压段在上述扩压段接口处密封连接。

优选的，上述环形缝隙与上述喉口段轴线所成角度的范围为30°～60°。

优选的，上述收缩段与上述扩压段接口通过法兰密封连接。

优选的，上述收缩段与上述扩压段接口采用焊接方式密封连接。

相应的，还提供了一种带EGR系统的燃油发动机，包括EGR空气混合装置，上述EGR空气混合装置包括文丘里混合器和EGR引入管，上述文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；上述扩压段设置有接口，上述EGR引入管与上述扩压段接口连通；上述喉口段与上述收缩段为一体结构，上述喉口段嵌入上述扩压段接口内，在嵌接部位留有沿上述喉口段周向的环形缝隙，上述环形缝隙与上述喉口段轴线成一定角度；上述收缩段与上述扩压段在上述扩压段接口处密封连接。

优选的，上述环形缝隙与上述喉口段轴线所成角度的范围为30°～60°。

优选的，上述收缩段与上述扩压段接口通过法兰密封连接。

优选的，上述收缩段与上述扩压段接口采用焊接方式密封连接。

优选的，上述带EGR系统的燃油发动机还包括：涡轮增压器、中冷器、EGR冷却器、EGR阀；发动机排出的气体一部分进入涡轮增压器的涡轮机；一部分经EGR冷却器和EGR阀经EGR引入管进入文丘里混合器的扩压段，与经过涡轮增压器的压气机、中冷器的新鲜空气或混合气混合，输送给发动机。

优选的，上述燃油发动机为柴油发动机。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点：本发明提供的EGR空气混合装置实施例中，在喉口段和扩压段之间留有一条环形缝隙，并且缝隙与喉口段轴线成一定角度，EGR气体从缝隙引入进气管与进气混合，可以保证EGR气体与新鲜空气的充分混合，使得各缸EGR率均匀度提高。可见，采用本发明提供的EGR空气混合装置可以有效提高燃油发动机的EGR率。

附图说明

图1是本发明EGR空气混合装置实施例的结构示意图；

图2是本发明带EGR系统的燃油发动机优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明一种EGR空气混合装置实施例的结构示意图，包括：EGR引入管1和文丘里混合器。其中，文丘里混合器包括：收缩段2、喉口段3和扩压段4。其中，扩压段4设置有扩压段接口5。EGR引入管1设计在扩压段接口5上，并与扩压段4连通。喉口段3嵌入扩压段接口5内，在嵌接部位留有与沿喉口段3周向的环形缝隙6。环形缝隙6与喉口段3的轴线成一定的角度α。收缩段2与扩压段4在扩压段接口5处密封连接。

优选的，文丘里混合器可以设计为两部分结构，其中，喉口段3与收缩段2设计为一体结构，扩压段4和扩压段接口5设计为一体结构。

由于环形缝隙6与喉口段3的轴线成一定的角度α，所以使EGR引入管1引入的废气从环形缝隙6中以一定入射角α进入扩压段4内，参见图中箭头方向表示的气流方向。α的角度范围为30°～60°。

本发明EGR空气混合装置实施例的工作原理为：新鲜气体从收缩段2进入，随着截面逐渐减小，新鲜气体的压强增大，流速也随之变大。这时，在喉口段3产生一个真空度，通过中间环缝6使EGR气体被吸入文丘里混合器内，与进气混合，使EGR与新鲜气体充分并均匀地混合，保证EGR在发动机各缸内分配均匀。需要说明的是，对于柴油发动机，上述新鲜气体可以是新鲜空气；对于汽油发动机，上述新鲜气体可以是空气与汽油的混合气。即，上述新鲜气体可以是新鲜空气或新鲜混合气。

在本发明实施例中，收缩段2与扩压段接口5可以通过法兰密封连接，也可以采用焊接等方式密封连接。

综上，本发明提供的EGR空气混合装置实施例中，在喉口段和扩压段之间留有一条环形缝隙，并且环形缝隙与喉口段轴线成一定角度，EGR气体从环形缝隙引入进气管与进气混合，可以保证EGR气体与新鲜空气或新鲜混合气的充分混合，使得各缸EGR率均匀度提高。可见，采用本发明提供的EGR空气混合装置可以有效提高燃油发动机的EGR率。在本发明优选实施例中，将文丘里混合器设计为两部分，结构简单、紧凑，加工方便，并且易于采用铸造的方法加工，适合批量化生产。

此处需要说明的是，本发明实施例提供的EGR空气混合装置不仅适用于带有EGR系统的柴油发动机，还适用于带EGR系统的汽油发动机。

相应的，本发明还提供了一种包括上述任一EGR空气混合装置实施例的带EGR系统的燃油发动机，其中，EGR引入管与发动机的排气歧管连接，文丘里混合气的扩压段与发动机的进气歧管连接。

参照图2，示出了本发明带EGR系统的燃油发动机优选实施例的示意图，包括：发动机本体21、EGR冷却器22、EGR阀23、文丘里混合器24、中冷器25、EGR引入管、涡轮增压器。其中，文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段。涡轮增压器包括压气机26和涡轮机27。

如图2所示，涡轮机27的进气口与发动机本体21的排气歧管相连，排气口接在排气管(图中未示出)上；压气机26的进气口与空气滤清器(图中未示出)管道相连，排气口与中冷器25的进气口连接，中冷器25的排气口与文丘里混合器24的收缩段连接，文丘里混合器的扩压段接在进气歧管上；EGR冷却器22的进气口也与发动机的排气歧管相连，排气口与EGR阀23的进气口连接，EGR阀23的排气口与EGR引入管的进气口连接，EGR引入管的排气口与文丘里混合器的扩压段接口连接。

发动机本体21排出的气体一部分进入涡轮增压器的涡轮机27；一部分经EGR冷却器22和EGR阀23经EGR引入管进入文丘里混合器24，与经过涡轮增压器的压气机26、中冷器25的新鲜空气或混合气混合，输送给发动机本体21。发动机本体21可以是柴油发动机或汽油发动机。

在本发明提供的带EGR系统的燃油发动机实施例中，文丘里混合器的扩压段设置有接口，EGR引入管与扩压段接口连通；喉口段嵌入扩压段接口，在嵌接部位留有沿喉口段周向的环形缝隙，环形缝隙与喉口段的轴线成一定的角度；收缩段与扩压段在扩压段接口处密封连接。

优选的，上述环形缝隙与喉口段的轴线所成角度的范围为30°～60°，使EGR气体进入扩压段的入射角的角度范围为30°～60°。

优选的，文丘里混合器设计为两部分结构，其中，喉口段与收缩段为一体结构，扩压段与扩压段接口为一体结构。本实施例中提供的文丘里混合器结构简单、紧凑，加工方便，并且易于采用铸造的方法加工，适合批量生产。

在发明提供的发动机实施例中，收缩段与扩压段接口可以通过法兰密封连接，也可以采用焊接等方式密封连接。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种EGR空气混合装置，以及一种带EGR系统的燃油发动机，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种EGR空气混合装置，包括EGR引入管和文丘里混合器，所述文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；其特征在于，所述扩压段设置有接口，所述EGR引入管与所述扩压段接口连通；所述文丘里混合器为两部分结构，其中，所述喉口段与所述收缩段为一体结构，所述扩压段与所述扩压段接口为一体结构；所述喉口段嵌入所述扩压段接口内，在嵌接部位留有沿所述喉口段周向的环形缝隙，所述环形缝隙与所述喉口段轴线成一定角度；所述收缩段与所述扩压段在所述扩压段接口处密封连接；

其中，所述环形缝隙与所述喉口段轴线所成角度为60°。

2.根据权利要求1所述的EGR空气混合装置，其特征在于，所述收缩段与所述扩压段接口通过法兰密封连接。

3.根据权利要求1所述的EGR空气混合装置，其特征在于，所述收缩段与所述扩压段接口采用焊接方式密封连接。

4.一种带EGR系统的燃油发动机，包括EGR空气混合装置，其特征在于，所述EGR空气混合装置包括文丘里混合器和EGR引入管，所述文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；所述扩压段设置有接口，所述EGR引入管与所述扩压段接口连通；所述文丘里混合器为两部分结构，其中，所述喉口段与所述收缩段为一体结构，所述扩压段与所述扩压段接口为一体结构；所述喉口段嵌入所述扩压段接口内，在嵌接部位留有沿所述喉口段周向的环形缝隙，所述环形缝隙与所述喉口段轴线成一定角度；所述收缩段与所述扩压段在所述扩压段接口处密封连接；

其中，所述环形缝隙与所述喉口段轴线所成角度为60°。

5.根据权利要求4所述的带EGR系统的燃油发动机，其特征在于，所述收缩段与所述扩压段接口通过法兰密封连接。

6.根据权利要求4所述的带EGR系统的燃油发动机，其特征在于，所述收缩段与所述扩压段接口采用焊接方式密封连接。

7.根据权利要求4所述的带EGR系统的燃油发动机，其特征在于，还包括：涡轮增压器、中冷器、EGR冷却器、EGR阀；发动机排出的气体一部分进入涡轮增压器的涡轮机；一部分经EGR冷却器和EGR阀经EGR引入管进入文丘里混合器的扩压段，与经过涡轮增压器的压气机、中冷器的新鲜空气或混合气混合，输送给发动机。

8.根据权利要求7所述的带EGR系统的燃油发动机，其特征在于，所述燃油发动机为柴油发动机。