CN104302904A - 具有温度控制的文丘里管流量计的egr - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于排气再循环(EGR)系统的流量计(31)。所述EGR系统(14)可以是内燃发动机(11)或其它动力源(11)的一部分。所述流量计(31)包括文丘里管(35)，文丘里管(35)包括限定入口部分(36)、喉部(38)以及扩张型出口部分(37)的主体(41)。所述流量计(31)还包括通过多个压力通道耦合到文丘里管(35)的传感器。
Description
技术领域
本公开涉及内燃(IC)发动机，且更具体地，涉及用于IC发动机的排气再循环(EGR)系统。本公开还涉及可用于确定EGR系统的排气再循环率的改进的文丘里管流量计。
背景技术
内燃(IC)发动机可包括用于控制不良污染气体和微粒物质产生的排气再循环(EGR)系统。EGR系统使排气的副产物再循环，进入发动机的进气源。再引入到发动机汽缸中的排气降低了其中的氧气浓度，从而降低缸内的最高燃烧温度以及减缓燃烧过程中的化学反应。这降低了氮氧化物(NOx)的形成。此外，该排气通常包含未燃烧的碳氢化合物，该碳氢化合物在再引入至发动机汽缸时燃烧，这进一步降低不良污染物的排放。
装配有EGR系统的发动机还可包括一个或多个用于压缩供应给一个或多个燃烧腔室的进气的涡轮增压器。每个涡轮增压器通常包括受发动机的排气驱动的涡轮以及受涡轮驱动的压缩机。该压缩机接收将被压缩的空气并将压缩后的空气供应至燃烧腔室中。
当在用涡轮增压的柴油发动机中使用EGR时，将被再循环的排气可在涡轮上游移除。被转移用于引入发动机进气歧管的总排气流的百分比被称为发动机的“EGR率”。将EGR率控制在目标EGR率的相对较小的容差范围内是可取的。文丘里管可用作发动机上的流量计以测量再循环到进气歧管中的排气流量。文丘里管是有用的，因为它们提供了整个装置上的压力差，其可能与质量流率相关。两个或更多个压力通道与文丘里管相连接，容纳压力探针。
但是，在用于发动机的EGR系统中所使用的传统的文丘里管可能经历压力通道的内表面上的燃烧产物的积累或沉淀，这可能会使通道变窄和/或最终完全堵塞住通道，从而使压力差测量的精确度打折扣。由于EGR率的精确测量对于控制发动机的排放是至关重要的，因此务必解决文丘里管压力通道内表面上的燃烧产物的沉淀或文丘里管压力通道的完全堵塞的问题。
压力通道内表面上的燃烧产物的沉淀可能至少部分归因于热迁移。热迁移是当粒子受到温度梯度的力时观察到的现象。不同类型的粒子对温度梯度的反应不同。热迁移以一毫米或更小的尺度观察。
以文丘里管流量计为例，热排气通过文丘里管。同时，文丘里管的压力通道同样暴露于通常比热排气冷的周围环境。结果是，当热排气通过文丘里管时，压力通道的内表面被周围大气冷却。当排气中的粒子在压力通道的较冷的内表面附近流动时，该粒子经受冷却作用。该冷却的粒子可流向压力通道的内表面并且在所述内表面上累积。换言之，排气中的粒子将向温度梯度的下方或向较冷的表面移动。为了应对这个问题，务必寻找到用于降低排气流与压力通道内表面之间的温度梯度的便利的方法。
为了解决这些问题进行过一种尝试，公开于US2010/0154758，其在文丘里管的喉部附近使用液体热交换腔室或套。液体冷却剂通常自发动机的主冷却系统循环通过该腔室。实施这种设计造价较高且占空间较大，因为除热交换腔室之外，需要通过主冷却系统来连接。
所需要的是更可靠且经济的用于EGR系统的文丘里管流量计的设计，其将文丘里管的压力通道的内表面保持在适当的高温中以使热迁移效应和其他可能会导致压力通道中烟灰沉淀和/或烟灰堵塞的机制受到限制。
发明内容
在一方面中，公开了一种流量计。该流量计包括文丘里管，文丘里管包括限定入口部分、喉部以及扩张型出口部分的主体。该流量计还包括通过多个压力通道耦合到文丘里管的传感器。该流量计还包括外套，其包围文丘里管和压力通道的至少一部分以限定围绕文丘里管和压力通道的至少一部分的密封腔室。
在另一方面中，公开了用于内燃发动机的排气再循环(EGR)系统。该内燃发动机包括进气歧管和排气歧管。该EGR系统包括耦合于排气歧管和进气歧管之间的流量计。该流量计包括文丘里管，文丘里管包括限定流体耦合到排气歧管的入口部分的主体。该文丘里管进一步包括入口部分、喉部以及流体耦合到进气歧管的扩张型出口部分。该流量计还包括传感器，其连结多个压力通道用于测量文丘里管上的压降。该流量计还包括外套，其包围文丘里管和压力通道的至少一部分以限定围绕文丘里管和压力通道的至少一部分的封闭腔室。
在再一方面中，公开了一种内燃发动机。该发动机包括限定至少一个燃烧汽缸的汽缸体。该发动机还包括耦合到所述至少一个燃烧汽缸的进气歧管以及耦合到所述至少一个燃烧汽缸的排气歧管。该发动机还包括耦合于排气歧管和进气歧管之间的流量计。该流量计包括文丘里管，文丘里管包括限定流体耦合到排气歧管的入口部分、喉部以及流体耦合到进气歧管的扩张型出口部分的主体。该流量计还包括压力传感器，其通过多个压力通道耦合到文丘里管。该流量计还包括外套，其包围文丘里管和压力通道的至少一部分以限定围绕文丘里管和压力通道的至少一部分的密封腔室。
在任意一个或多个上述实施例中，密封腔室含有空气、惰性气体、油或该密封腔室可保持真空。
附图说明
图1是装配有具有公开的流量计的EGR系统的内燃发动机的示意图。
图2是根据此公开制造的流量计的侧视平面图。
图3是示于图2的流量计的局部放大图，特别图示说明探针口且还图示说明可选择的实施例，其中外套中填充有通过使用加热元件加热的油或另一种流体。
具体实施方式
现在参照图1，显示装配有EGR系统14的内燃发动机或动力源11。该发动机11可以是任意类型的动力源，例如，柴油发动机、汽油发动机、气体燃料发动机，例如，天然气发动机或对本领域技术人员显而易见的任何其它发动机。该发动机11还可包括在另一种动力源例如炉中。该发动机11可装配有空气净化器或空气过滤器12、排气系统13以及EGR系统14，该EGR系统14耦合到动力源11以将气体转入以及转出发动机11。
该空气过滤器12可耦合于一个或多个压缩机16，压缩机16可耦合于设置于发动机11上游的空气冷却器17。压缩机16可耦合于涡轮23，该涡轮可以是排气系统13的一部分，该排气系统13可包括排出管路19、用于在排气到达可选的微粒过滤器24之前升高排出管路19中的排气温度以促进微粒过滤器24中烟灰的氧化及烧除的可选的蓄热器18。消声器显示于29。该排气系统13可包括一个或多个串流、并联的涡轮23，或可仅使用单个涡轮23。
压缩机16可串联设置并通过冷却器17和混合系统30与动力源11连通。压缩机16将流入动力源11的空气压缩到预定压力。压缩机16可体现为固定几何形状的压缩机、可变几何形状的压缩机或本领域已知的任意其他类型的压缩机。可以设想压缩机16可能可选择地并联设置或仅使用单个压缩机16。进一步设想当使用非加压进气系统时，可省略压缩机16。压缩机16也可通过旁路管路20和阀21向可选的蓄热器18供应空气。
该空气冷却器17可以是空气-空气热交换器或空气-液体热交换器且可定位成促进与被引导到混合系统30和动力源11中的空气的热传递。例如，空气冷却器17可体现为壳管式热交换器、盘式热交换器、翅管式热交换器或本领域已知的任意类型的热交换器。空气冷却器17可设置于通道22中，该通道将压缩机16流体连接到混合系统30和动力源11。
每个涡轮23可与一个或多个压缩机16相连接以驱动相连接的压缩机16。特别地，离开动力源11的热排气向涡轮23的叶片(未显示)膨胀，导致涡轮23转动并驱动相连接的压缩机16。同样设想涡轮23可被省略且压缩机16可通过动力源11以机械、液压、电力或本领域已知的任何其他方式驱动。
排气从动力源11，通过排气歧管15的一部分再循环至通道27，再通过冷却器28、流量计31、EGR阀25、混合系统30进入进气歧管26。该EGR阀25可用于控制EGR率。可以设想该EGR系统14还可包括附加的和/或不同的组件，例如，催化剂、静电沉积装置、保护气体系统或用于将来自排气系统13或排气歧管15的排气重新定向到EGR系统14的其他装置。
当来自动力源11的排气的一部分通过排气歧管15进入到EGR系统14时，该排气流的温度可通过排气冷却器28减低至可接受水平。此外，通过EGR系统14的流量可通过设置于流量计31的下游的EGR阀25和/或设置于流量计31上游的阀(未显示)来控制。
如图1所示，该EGR阀25以及流量计31可连结于控制器34，该控制器可以是EGR系统14的发动机控制模块(ECM)或单独的控制器。进气压缩机16、涡轮23以及动力源11的控制也可通过控制器34、单独的控制器或单独的ECM(未显示)得以控制。
该排气冷却器28可设置于通道27中以冷却流经通道27的部分排气。该排气冷却器28可包括用于冷却排气流的液体-空气热交换器、空气-空气热交换器或本领域已知的任何其他类型的热交换器。若需要的话，可以设想可省略排气冷却器28。
转而参照更详尽地显示于图2和图3中的流量计31，该流量计31包括文丘里管35，文丘里管35包括入口部分36、扩张型出口部分37以及喉部38。该入口部分36、喉部38以及扩张型出口部分37形成文丘里管主体41。该主体41包括与喉部38连通的第一压力通道42、与入口部分36连通的第二压力通道43以及可能具有用于附加的压力探针(未显示)的第三通道40，第三通道40可能同样连结于控制器34。压力通道42、43可耦合于压力传感器44或多个压力传感器(未显示)。该压力传感器44以及压力通道40可与控制器34相连通。
因为流量计31暴露于周围环境45中，该文丘里管35的压力通道40、42、43可能由于热迁移、冷凝或可能部分或全部堵塞通道40、42、43中的一个或多个的其它机制而积累燃烧产物。换言之，流经通道27的气体，尽管被可选的排气冷却器28冷却了，但仍然比周围环境45温度高。因此，压力通道40、42、43的内表面比流经文丘里管35的排气温度低。因此，夹带于排气流中的粒子将向温度梯度下方移动或向压力通道40、42、43的温度更低的内表面移动。这些燃烧粒子沿着压力通道40、42、43的内表面沉淀可能会影响压力传感器44的测量并使通过控制器34计算的质量流率打折扣。
为避免这些问题，公开外套47，其至少部分围绕文丘里管主体41以及压力通道40、42、43。该外套47并不用于冷却剂或冷却空气的循环。相反，该外套47将封闭的或密封的腔室48维持在压力通道40、42、43周围。因此，外套47形成了腔室48，该腔室使压力通道40、42、43与周围大气45隔离，这降低周围大气45的冷却作用并因此减少热迁移和在压力通道40、42、43的内表面上生成的粒子或烟灰沉淀的影响。可选的安装特征件显示于49。
最后，作为另一个可替代的选择，该外套47可填充有流体，例如，可使用加热元件51加热的油。该加热元件51可以是电阻式加热元件或其它适宜的加热元件且可由动力源52提供动力，例如，机器的电池(未显示)或其它适宜的动力源。
工业适用性
因此，公开了用于EGR系统和/或内燃发动机的改进的流量计。该流量计为文丘里管式的，其可以内嵌方式安装在排气再循环通道中或在联接至动力源或发动机的进气歧管或混合系统的上游。文丘里管流量计曾在过去存在问题，这是因为将文丘里管主体连接到压力传感器的压力通道暴露于相对较冷的周围环境中，而文丘里管主体的内表面暴露于包括一些微粒物质的热的再循环排气中。由于热迁移和其他机制，该粒子从热排气流中迁移出并移向压力通道的内表面。该粒子可在压力通道的内表面上形成涂层，这可能会使通过压力传感器和控制器记录的压力读数打折扣。因此，因为文丘里管上的压力差测量值可能因为压力通道内表面上的烟灰和粒子的累积而改变，所以使用文丘里管的流量计可能变得不准。因此，具有带涂覆有烟灰和粒子的内表面的压力通道的先前技术流量计可能不再精确地与基于压力差的质量流率相关联。
为了避免这个问题，公开了改进的流量计，其同样包括文丘里管、压力通道和压力传感器。一个压力通道沿着文丘里管的入口部分设置于喉部上游，而其他的压力通道设置于喉部。附加的压力通道可同样沿文丘里管的入口部分设置。为了避免压力通道的内表面被烟灰和粒子涂覆，形成外套，该外套提供用于压力通道和文丘里管的一部分的密封的包围外套。该外套限定了围绕压力通道的密封的或封闭的腔室。该腔室可能填充有空气、惰性气体或该腔室可包括很少的气体或不包含气体，即，真空。该密封的腔室使压力通道与周围条件隔离，从而使热迁移的不良影响最小化。
该密封的腔室还可填充有流体，其可通过使用加热元件，例如，电阻式加热元件加热。可能的流体将是油。
改进的流量计可以是用于内燃发动机的原始设备或可用于替换现有的EGR系统的流量计。该流量计还可能有内燃发动机以外的用途，其中有利的是将文丘里管主体的温度尽可能近地维持在流经文丘里管主体的流体流的温度附近。
Claims (15)
1.一种流量计(31)，包含：
文丘里管(35)，包括限定入口部分(36)、喉部(38)，以及扩张型出口部分(37)的主体(41)；
传感器，通过多个压力通道(40)耦合到所述文丘里管(35)；以及
外套(47)，包围所述多个压力通道(40)并提供至少部分围绕所述多个压力通道(40)的密封的腔室(48)。
2.根据权利要求1所述的流量计(31)，其特征在于，所述密封的腔室(48)包含选自由空气、至少一种惰性气体及它们的组合组成的组的气体。
3.根据权利要求1或2所述的流量计(31)，其特征在于，所述密封的腔室(48)包含油且其中所述密封的腔室(48)耦合到用于加热所述油的加热元件(51)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流量计(31)，其特征在于，所述密封的腔室(48)提供真空环境。
5.根据权利要求1至5中任一项所述的流量计(31)，其特征在于，所述密封的腔室(48)至少部分围绕所述文丘里管(35)的所述主体(41)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的流量计(31)，其特征在于，所述多个压力通道(40)包括与所述喉部(38)相连接的第一压力通道(42)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流量计(31)，其特征在于，所述多个压力通道(40)包括与所述入口部分(36)相连接的第二压力通道(43)。
8.根据权利要求7所述的流量计(31)，其特征在于，所述多个压力通道(40)可包括与所述入口部分(36)相连接的第三附加压力通道(40)。
9.一种内燃发动机(11)，包含：
汽缸体，限定至少一个燃烧汽缸；
进气歧管(26)，与所述至少一个燃烧汽缸耦合；
排气歧管(15)，耦合到所述至少一个燃烧汽缸；
流量计(31)，耦合于所述排气歧管(15)与所述进气歧管(26)之间，所述流量计(31)包括文丘里管(35)，文丘里管(35)包括限定与所述排气歧管(15)耦合的入口部分(36)、喉部(38)，以及耦合到所述进气歧管(26)的扩张型出口部分(37)的主体(41)，所述流量计(31)还包括将所述主体(41)连接到压力传感器(44)的多个压力通道(40)，所述流量计(31)还包括包围所述多个压力通道(40)并且限定密封的腔室(48)的外套(47)。
10.根据权利要求9所述的发动机(11)，其特征在于，所述密封的腔室(48)包含选自由空气、至少一种惰性气体及它们的组合组成的组的气体。
11.根据权利要求9或10所述的发动机(11)，其特征在于，所述密封的腔室(48)提供真空环境。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的发动机(11)，其特征在于，所述密封的腔室(48)包含油且其中密封的腔室(48)耦合到用于加热所述油的加热元件(51)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的发动机(11)，其特征在于，所述多个压力通道(40)包括与所述喉部(38)相连接的第一通道(22)。
14.根据权利要求13所述的发动机(11)，其特征在于，所述多个压力通道(40)包括与所述入口部分(36)相连通的第二通道(22)。
15.根据权利要求14所述的发动机(11)，其特征在于，所述多个压力通道(40)可包括与所述入口部分(36)相连接的第三附加压力通道(40)。
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