CN104863757A - 排气混合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气混合系统，具体地，本发明涉及一种用于在发动机中将排气与进气进行混合的混合室。混合室具有进气入口、排气入口以及混合柱。混合柱定位在增压空气入口的下游和排气流与进气流相遇的点的上游，所述的混合柱延伸跨过混合室。混合柱具有垂直于混合室的纵向轴线定向的纵向轴线。

Description

排气混合系统
技术领域
本发明涉及一种排气混合系统，其适于用在内燃发动机的排气再循环系统中。
背景技术
排气再循环(EGR)是用于内燃发动机(汽油或柴油)中的已知技术，其中，发动机排气的部分再循环回到发动机缸并与进气流混合。EGR可用来减少不良污染气体的排放，例如包括NO和NO2的氮氧化物以及诸如碳烟的微粒。
典型的EGR系统可包括将发动机的排气路径的部分与发动机的进气系统的部分流体地连接的导管或其它结构，从而形成EGR路径。排气与进气需要被充分地良好混合以在进气中提供均匀浓度的排气从而能够减少排放，尤其是减少氮氧化物。
EGR混合器模块可用来实现排气与进气的混合，并且其可以配置成将进气与EGR气体混合在一起以产生具有理想均匀性水平的混合物。EGR混合器模块可简单地为导管和/或进气歧管，如果需要的话其可以设置有诸如叶片、阀或迷宫的特征部以增加混合特性。在一些实施例中EGR混合器模块可包括专用的流体混合器总成。
WO-A-2009/149868描述了一种具有混合模块的排气混合系统，所述混合模块包括带有若干孔的管，排气流经所述孔被分配进入进气通道中。
发明内容
本发明提供用于在发动机中将排气与增压空气进行混合的混合室，所述的混合室包括：
进气入口，其配置成接收进气流；
排气入口，其定位在进气入口的下游并且配置成接收排气流；以及
混合柱，其定位在进气入口的下游和排气的至少部分与进气相遇的点的上游，所述的混合柱延伸跨过混合室，所述的混合柱具有垂直于混合室的纵向轴线定向的纵向轴线。
本发明还提供一种用于在发动机中将排气与增压空气进行混合的混合器模块，所述混合器模块包括：
进气入口，其配置成接收进气流；
排气入口，其定位在增压空气入口的下游并且配置成接收排气流；
出口；以及
如上所述的混合室，其自进气入口延伸至出口。
本发明还提供一种内燃发动机，其包括如上所述的混合器模块。
附图说明
现在将参考附图仅举例描述本发明的实施例，其中：
图1是带有排气再循环系统的内燃发动机的示意图；
图2是图1的排气再循环系统的排气再循环混合器模块的立体图；
图3是示出增压空气入口的图2的排气再循环混合器模块的端视图；以及
图4是图2的排气再循环混合器模块的横截面视图。
具体实施方式
参照图1，示出了具有高压回路排气再循环系统(EGR系统11)的示例性发动机10。发动机10可以是任何种类的适合的发动机，例如内燃发动机，并且特别是柴油燃料压燃(CI)内燃发动机。内燃发动机10可包括封装在曲轴箱中的多个燃烧缸。燃烧缸可与进气歧管12以及排气歧管13流体地结合。虽然图1中示出了单个进气歧管12和排气歧管13，但应该理解的是，可以使用多于一个的进气歧管12或排气歧管13，其中各个进气歧管12或排气歧管13结合至多个燃烧缸。可将诸如柴油燃料的燃料或者燃料空气混合物以已知的方式引入各个燃烧缸12中并在其中燃烧。
发动机10还可包括涡轮增压器14。涡轮增压器14可包括通过公共轴17可驱动地连接的涡轮机15和压缩机16。压缩机16可通过进气通道18接收新鲜空气或气体，其被压缩并通过空气供应通道19供应至发动机10的进气歧管12。所述压缩的“进气”也被称为增压空气，其可在进入进气歧管12之前穿过增压空气冷却器20。
涡轮机15可通过第一排气通道21与排气歧管13流体地连接，并通过进一步的排气通道22流体地连接至发动机10的排气系统(未示出)。排气系统可包括后处理系统和一个或多个消声器，以在排气被排放到周围环境之前从排气流移除燃烧产物并降低发动机噪音。自发动机10的排放通常称为排气，但现实中可以是包括例如CO2、H2O、NOX以及颗粒物的气体、诸如液体的其它流体、甚至固体的混合物。后处理系统可包括柴油微粒过滤器、柴油氧化催化器和/或选择性催化还原系统。
尽管图1中没有示出，但是可以把涡轮增压器14当作是包括例如串联配置的多个涡轮增压器14的涡轮增压布置。
在自然吸气发动机中，供应至燃烧室的进气可不被压缩。
EGR系统11可包括EGR气体通道23，在带有冷侧EGR阀24的高压回路EGR系统的情况下，所述EGR气体通道23流体地连接第一排气通道21和空气供应通道19，使得排气的至少部分可与进气混合并再循环到燃烧缸。再循环排气的这个部分在本文中将被称为“EGR气体”。EGR系统11还可包括EGR阀24，其可配置成由控制器25控制以便改变流过EGR气体通道23的EGR气体的量。EGR气体可穿过EGR冷却器26以在其与进气混合之前冷却EGR气体。EGR冷却器26和EGR阀24的顺序可以颠倒以给出热侧或冷侧EGR阀24。EGR系统11可设计成单个单元。
控制器25可以是单个控制器或者包括多个独立的或连接的控制单元。控制器25可以配置成接收并处理来自各种传感器布置的信号，并且还可以配置成确定发动机10和/或EGR系统11的运行状态。
EGR系统11还可包括EGR混合器模块27(见图2至4)。EGR混合器模块27包括：进气入口28，其可流体地连接气体供应通道19；和EGR气体入口29，其可流体地连接EGR气体通道23。混合的EGR气体和进气可经由EGR混合器模块出口30离开EGR混合器模块27。EGR混合器模块出口30可流体地连接至进气歧管12。
EGR阀24可定位在EGR混合器模块27中并且可配置成打开或关闭EGR气体入口29，并且EGR阀24的位置可确定通过EGR通道23的流速。
图3示出进气入口28。混合室31从进气入口28延伸至EGR混合器模块出口30。从而混合室31具有与以下连通的进气入口33：EGR混合器模块27的进气入口28；EGR气体入口34，其可包括与EGR混合器模块27的EGR气体入口29连通的一个或多个口；以及出口35，其与EGR混合器模块出口30连通。混合室31可大致为管状并具有沿进气的流动方向延伸的纵向轴线。混合柱32延伸跨过混合通道31。混合柱32定位在进气入口33与EGR气体入口34之间，即，进气入口28的下游和经由EGR气体入口34进入EGR混合模块27的EGR气体的至少一些与进气相遇的点的上游。混合柱32可定位在EGR气体入口34的一个或多个口的上游。如图3和4所示，EGR气体入口34可包括两个口，每个口由簧片或其它合适的阀控制。
混合柱32被定向使得其纵向轴线垂直于混合室的纵向轴线并且从而也垂直于进气流动的方向。
混合柱32可具有如图4所示的C形横截面。替代地它可以是三角形、圆形、D形、椭圆形的。混合柱32还可以是在进气流的方向逐渐减小的翼型形式。混合柱32可具有配置成扰乱进气的流动的朝进气入口定向的连续偏转面。
混合柱的尺寸可根据进气流的雷诺数(Reynolds number)、斯特鲁哈尔数(Strouhal number)、流体属性以及EGR和进气流的理想混合水平中的任意一个或其所有进行选择。
混合室31可以与混合柱压铸在一起成为单个单元。
工业实用性
在发动机10的运行期间，诸如柴油燃料的燃料可被注入燃烧缸中并燃烧。由于燃烧过程而产生的排气可从燃烧缸引导至排气歧管13。排气歧管13内的排气的至少部分可被引导流过并驱动涡轮机15。所消耗的排气可在从涡轮机15经由排气系统排出至大气之前进行处理以减少排放。称为EGR气体的排气的另外部分可被引导至EGR混合器模块27。EGR气体可在通过EGR气体入口29进入EGR混合器模块27之前由EGR冷却器26进行冷却。
涡轮机15可通过涡轮增压器轴17将能量传递至压缩机16。压缩机16可吸入新鲜空气或其它气体并将其压缩。压缩的进气可从压缩机16排出并且可沿空气供应通道19经由EGR混合器模块27来到进气歧管12。压缩的燃烧气体可在经由进气入口28进入EGR混合器模块27之前由增压空气冷却器20进行冷却。
当EGR阀24处于关闭位置时，没有EGR气体进入EGR混合器模块27，并且进气穿过混合通道31并离开EGR混合器模块出口30来到进气歧管12用于燃烧。
当EGR阀24处于打开位置时，EGR气体可经由EGR气体入口29(EGR气体与干净的进气在此处混合)进入EGR混合器模块27的混合室31。然后混合物可被引导至进气歧管12用于燃烧。
进气流随着其经由进气入口33进入混合室31而流过混合柱32。混合柱32可配置成随着进气被混合柱32的表面偏转而产生湍流。这可以产生涡层，所述涡层可在混合柱32的下游产生低压区域。这可增强EGR气体流渗入进气流。虽然流速的切向分量跨涡层是不连续的，但是流速的法向分量是连续的。EGR气体入口34也可配置成在EGR气体流中产生湍流，所述湍流也可以是涡层形式的。涡层沿主体流垂直于彼此相遇并交织，使EGR和进气混合。
因为在生产混合柱32的制造过程中只要求相对小和花费不多的改变，混合柱32的使用可以是有优势的。特别地，如果混合室31是压铸的，可以预计在这样的过程中所用的金属压模可容易地修改以生产混合柱32。

Claims (8)

1.一种混合室，其用于在发动机中将排气与增压空气进行混合，所述混合室包括：
进气入口，其能够接收进气流；
排气入口，其定位在进气入口的下游并且能够接收排气流；以及
混合柱，其定位在进气入口的下游和排气的至少部分与进气相遇的点的上游，所述的混合柱延伸跨过混合室，所述的混合柱具有垂直于混合室的纵向轴线定向的纵向轴线。
2.根据权利要求1所述的混合室，其中，混合柱具有朝进气入口定向的连续偏转面。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的混合室，其中，偏转面能够扰乱进气流。
4.根据任一前述权利要求所述的混合室，其中，混合柱具有C形、三角形、圆形、D形、椭圆形或锥形的横截面。
5.根据任一前述权利要求所述的混合室，其中，混合柱定位在排气入口的至少部分的上游。
6.根据任一前述权利要求所述的混合室，其中，混合柱和混合室铸造成单个单元。
7.一种混合器模块，其用于在发动机中将排气与增压空气进行混合，所述混合器模块包括：
进气入口，其能够接收进气流；
排气入口，其定位在增压空气入口的下游并且能够接收排气流；
出口；以及
根据任一前述权利要求所述的混合室，其从进气入口延伸至出口。
8.一种包括根据权利要求7所述的混合器模块的内燃发动机。
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