CN105190009A - 用于egr系统中的排气管理的紧凑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于EGR(排气再循环)系统中的排气管理的紧凑装置，相对于通常通过EGR系统中出现的一组元件占用的空间，所述紧凑装置经配置占用较小的空间，该装置适合耦合到PF或DPF过滤器(PF是微粒过滤器的缩写，而DPF是柴油机微粒过滤器的缩写)，PF或DPF过滤器无论哪个都是合适的。

Description

用于EGR系统中的排气管理的紧凑装置
技术领域
本发明涉及用于EGR(排气再循环)系统中的排气管理的紧凑装置，相对于通常通过EGR系统中出现的一组元件占用的空间，所述紧凑装置经配置用于占用较小的空间，该装置适合被耦合到PF或DPF过滤器(PF是微粒过滤器的缩写，而DPF是柴油机微粒过滤器的缩写)，无论哪个都是合适的。
背景技术
用于燃烧发动机的EGR系统中的排气管理要求必须安置在发动机舱内的若干辅助装置。这种系统的改进已经引起竞争空间的辅助部件的数量不断增加。
现有技术的状态已经通过找到每个部件能够适配的空间且然后借助于导管确立所述部件之间的流体连通直到确立适合的回路来处理空间不足的问题。封装的改进也已朝该方向，其中每个部件已被设想具有与每个部件能够被置放其中的空腔或空间的形状相一致的形状。
因为可用的空间通常不在邻近的位置中，所以该策略引起部件分散程度高，且其因此也引入同样大量的导管以至于每个部件的入口和出口被适合地连接。这些导管也需要空间且沿它们的路径具有压力损失。
由于日益严格的环境管制，现今出现在EGR系统中的部件之一为PF/DPF过滤器。因为过滤器不得不过滤的流率也高，所以该过滤器具有大的直径。本发明提出通过EGR系统的多个部件特征形成的装置，所述装置经配置致使所述多个部件被封装进单一主体中，且在安装后不需要借助于额外的导管确立连接。结果，多个部件形成单一的紧凑主体，其包含所有的能够通过将其部件装配在一起而提供的功能。
具体地，本发明的装置的配置利用PF/DPF过滤器的大的直径以适应它的出口，使得两个排气的连接在相同的耦合元件中执行，从而适配位于横向安置下游的部件，所述横向安置引起非常小的空间需求。如将在下面进一步描述的，相同的装置也解决其它技术问题。
发明内容
本发明的装置是用于EGR系统中的排气管理的紧凑装置，其适合直接耦合在PF/DPF过滤器上，该过滤器利用由所述过滤器提供的大直径出口的优点。
通常具有圆柱形配置的该过滤器沿纵向方向X-X’延伸，在所述过滤器的末端，该过滤器具有排出口。本发明的装置在该开口上耦合，从而接收离开发动机的所有经过滤的排气以处理其后续管理。
本发明的装置包括：
带有底座的耦合基底，其适合被耦合到覆盖其开口的过滤器，
根据纵向方向Y-Y’延伸的排气导管，
热交换器，其包括至少第一冷却液流体连接和第二冷却液流体连接，二者用于冷却液流体循环；且其中交换器沿用于有待冷却的气体的入口和用于已冷却的气体的出口之间的纵向方向Z-Z’延伸。
该装置的耦合基底适合被耦合到PF/DPF过滤器使得耦合基底接收离开过滤器的所有排气。该基底的配置与过滤器的截面配置一致。如所指示的，PF/DPF过滤器最常见的配置是圆柱形配置。在这种特定情况下，截面是圆形的，也产生带有底座的耦合基底，所述底座具有圆形的配置。
剩余的部件被安装在耦合基底上使得，在优选的示例中，耦合基底的主体为几乎所有部件被安装其上而形成单一主体的结构元件。
纵向方向X-X’已在PF/DPF过滤器上被识别。该纵向方向是通过过滤器的排气流的主要方向。在优选的示例中，耦合基底的底座在垂直于纵向方向X-X’的平面中。
突出两个基本部件，即沿纵向方向Y-Y’延伸的排气导管和也沿纵向方向Z-Z’延伸的热交换器。如将在下面额外的几何条件中所见的，这两个部件分别沿其延伸的这两个纵向方向的识别是相关联的，因为其特殊的安置允许整体的紧凑设计。
位于PF/DPF过滤器的出口处的耦合基底在所述过滤器和所述耦合基底之间产生内室，其中离开过滤器的排气流入所述内室。排气导管和热交换器二者与耦合基底的该内室流体连通使得离开过滤器的排气仅能够通向排气导管或通向热交换器。
本发明的装置还包括：
中间室，其依次包括：
气体入口，其与热交换器的出口流体连接，
第一出口，其连接到EGR导管从而朝向EGR系统的EGR阀提供冷却的排气，
第二出口，其连接到排气导管。
借助于这些连接，通过热交换器的排气通过中间室的唯一入口流入中间室。这些通过热交换器冷却的气体有两种替代物，它们要么指向连接到EGR导管的第一出口从而利用EGR阀的管理将冷却的排气提供到发动机进气装置，要么它们指向与排气导管连通的第二出口。在该实施例中，连接到排气导管的该第二出口通过一侧通向该排气导管。
一旦该装置的主要部件被建立，经证实：
耦合基底具有与热交换器的入口流体连接的耦合基底的第一连接，
热交换器的纵向方向Z-Z’相对于过滤器的纵向方向X-X’偏离，
耦合基底具有耦合基底的第二连接，该第二连接根据过滤器的纵向轴线X-X’相对于耦合基底的第一连接相对设置，该耦合基底的该第二连接与排气导管流体连接，其中所述排气导管的纵向方向Y-Y’基本平行于热交换器的纵向方向且相对于过滤器的纵向方向X-X’偏离。
这些第一条件确立热交换器和排气导管的位置和取向二者。这两个部件的纵向方向(Y-Y’、Z-Z’)彼此基本平行但相对于由PF/DPF过滤器限定的纵向方向X-X’偏离。根据过滤器的纵向方向X-X’，该偏离意味着该装置不是PF/DPF过滤器的纵向延长。
此外，用于供给热交换器的第一连接和用于供给排气导管的第二连接相对安置。例如，在下面将更详细描述的实施例中，PF/DPF过滤器是圆柱形的，从而产生耦合基底的圆形配置。在耦合基底的该圆形配置中，第一连接和第二连接被安置为使得它们正好完全相反，这意味着热交换器横向延伸主要为PF/DPF过滤器的宽度的距离，其优点为热交换器的长度不受所述过滤器的宽度的限制。术语横向表明相对于参考的纵向方向其是横向的，在X-X’的这种情况下，或表明其十分偏斜参考的该相同方向。横向设置的特定情况为垂直的条件。
假定排气导管基本平行于热交换器延长，出口在热交换器的长度的末端处借助于中间室被连接到排气导管。排气导管足以变得足够长以便启用热交换器的出口和排气导管之间的流体连通。
即使两个部件、热交换器和排气导管之间的取向基本平行，两者的取向是横向的但相对于过滤器的纵向方向X-X’不一定是垂直的。此外，小角度(例如30度角)阻止根据垂直于方向X-X’的平面将热交换器放在排气导管上面的需要从而进一步利用空间。该角度将主要取决于热交换器的厚度以及在耦合基底中相对设置的第一连接和第二连接之间的间隙。
还必须证实：
与排气导管流体连接的中间室的第二出口位于排气导管的侧面上；且，
该装置包括适合具有至少两个末端位置的阀，第一末端位置用于关闭中间室和排气导管之间的流体连接，使通过排气导管的通道不受限制；且第二末端位置用于关闭排气导管，使中间室和排气导管之间的流体连接不受限制。
中间室的这种位置使得横向设置热交换器到方向X-X’成为可能，使得它的长度覆盖过滤器的宽度；且如果后者更长，与排气导管的连接能够被确立。关于占用的空间，假定热交换器占用PF/DPF过滤器的部分宽度，过滤器的长度仅比热交换器的宽度增加稍微多点；且假定热交换器的部分长度横向延伸到利用其宽度的过滤器，该装置利用长度从侧面冒出，所述长度与热交换器的总长度不对应。
最后，要求出现允许至少两个末端位置的阀。该阀管理通过排气导管直接朝向排气的流动，或与之相反，引起该流动通过热交换器朝向EGR阀或在穿过交换器后朝向排气返回。
附图说明
本发明上述的以及其它的优点和特征将从下面优选的实施例的详细描述中更好地理解，所述详细描述仅通过说明性的且非限制性的示例并结合附图给出。
图1示出本发明的优选的示例的透视图。该视图允许详细观察耦合基底上的热交换器的位置以及排气导管的相对位置。PF/DPF过滤器在该图中未被示出。
图2A至图2B示出装置的横截面视图，其中截面的平面包括纵向方向X-X’、Y-Y’和Z-Z’使得该视图允许观察这些方向的相对取向。图2A示出关闭排气导管的阀，且图2B示出关闭从加热交换器的出口朝向排气的连通的同样的阀。
图3示出图1所示的实施例的装置的透视图，其中视点位于另一侧上以允许观察通向耦合基底中的两个主要的流体连通的内部入口。
图4示出与图1所示的实施例的装置的在图3中的透视图相同的透视图，除了在排气导管中已经示出部分截面以允许观察阀的翻门(flap)以及甚至在中间室内开口的热交换器的出口。
图5示出图1所示的实施例的装置的透视图，其视点具有与纵向方向Z-Z’一致的视线。
具体实施方式
本发明是用于EGR系统中的排气管理的紧凑装置，其中图1示出将用于本发明的具体实施方式的优选的实施例。
PF/DPF过滤器是这样的装置，其要求大的直径以能够处理穿过其中的高容量气体。本发明提出一种紧凑装置，以在没有中间导管的情况下允许该装置直接耦合在PF/DPF过滤器的出口上；且此外，整合到该装置的一组部件也不需要允许部件之间的正确连接的其它辅助导管。
图1的后面示出主体、耦合基底(1)，以及沿其外围的圆形配置。该外围配置为适合耦合到过滤器的底座(1.5)，在该实施例中，所述过滤器为具有圆形截面的圆柱形过滤器。
耦合基底(1)借助于表面覆盖过滤器的出口，在该实施例中，所述耦合基底借助于周边侧壁(1.1)和闭合底部(1.4)进行配置，两个表面部分在过滤器的出口处形成内室。周边侧壁(1.1)根据过滤器的纵向方向稍稍延长过滤器的长度，且对应于闭合底部(1.4)的表面部分具有特殊的配置，该特殊的配置将被视为有助于该装置的较大程度的压缩。
同样在图1中，用于冷却液流体进出的带有两个连接(2.1、2.2)的热交换器(2)在最显著的位置上区分。在该实施例中，热交换器(2)具有棱柱主体和末端，所述棱柱主体具有大致矩形的截面，且所述末端对应于与耦合基底(1)的内室流体连通的排气的入口(2.3)。热交换器(2)的入口(2.3)与耦合基底(1)的内室的这种流体连通已借助于从耦合基底(1)的第一连接(1.2)冒出且位于耦合基底(1)的外围区域中的弯头(3)来实施。
由于热交换器(2)的出口(2.4)与中间室(5)的入口(5.3)流体连通，已穿过热交换器(2)的气体到达该中间室(5)。
中间室(5)具有两个出口(5.1、5.2)。图1的透视图的取向允许通过中间室(5)的第一出口(5.1)观察热交换器(2)的核心的导管的出口，直接流入所述中间室(5)的冷却的排气通过所述导管的出口离开。
中间室(5)的第一出口(5.1)旨在被连接到携带冷却的气体到发动机进气装置的导管，所述发动机进气装置借助于图中未示出的EGR阀管理再循环的气体流率。
耦合基底(1)具有排气导管从其冒出的、耦合基底(1)的第二连接(1.3)。第二连接(1.3)的位置也位于耦合基底(1)的外围中但在与耦合基底(1)的第一连接(1.2)的位置正好相反的位置中。
图2A和图2B示出的横截面视图允许观察每个部件的位置和取向。具体地，在该实施例中，第一连接(1.2)位于闭合底部(1.4)上，该闭合底部已经以稍偏斜的方式进行配置使得弯头(3)不得不使通过其中循环的流动在较小程度上偏斜。关于第二连接(1.3)，其为覆盖部分周边侧壁(1.1)的较大的连接，其中在该区域内周边侧壁(1.1)较宽。
由过滤器限定且垂直于包括耦合基底(1)的底座(1.5)的平面的纵向轴线X-X’已在这些图中用虚线识别，所述底座适合关闭所述过滤器的出口。
热交换器(2)的纵向方向Z-Z’和排气导管(4)的纵向方向Y-Y’也已使用虚线识别。在这些横截面视图中观察出这两个主要方向彼此平行且相对于纵向方向X-X’偏离。该偏离具有小角度(α)，该小角度(α)允许对应于入口(2.3)的热交换器(2)的末端几乎直接从闭合底部(1.4)的表面冒出，从而缩短将所述末端以流动的方式与耦合基底(1)的第一连接(1.2)连通的弯头(3)。
上述相同的中间室(5)具有第二出口(5.2)，其在这两个横截面视图中经观察以与排气导管(4)的一侧流体连通。
该流体连通通过允许图2A和图2B所示的两个末端位置的阀(6)控制，所述两个末端位置为诸如图2A所示的末端位置和诸如图2B所示的另一末端位置，诸如图2A所示的末端位置关闭排气导管(4)且保持中间室(5)的第二出口(5.2)和排气导管(4)之间的连通打开，且在诸如图2B所示的另一末端位置中，阀的翻门关闭中间室(5)的第二出口(5.2)和排气导管(4)之间的连通，使穿过排气导管(4)的通道不受限制。
在该实施例中，出口(5.2)的流体连通已经借助于非常短的导管节段来实施，所示导管节段的功能为使中间室的出口(5.2)适应负责关闭该流体连通的阀(6)的底座。该短的节段还允许容纳阀(6)的轴，该轴允许翻门的转动。
图1、图3、图4和图5还示出固定在热交换器(2)的壳体上的线性致动器(7)，推动杆(7.1)从所述线性致动器(7)壳体冒出。推动杆(7.1)被附接到与阀(6)的轴成为一体的曲柄(6.1)。线性致动器(7)的推动杆(7.1)的线性运动允许阀(6)的翻门适应至少两个末端位置。
阀(6)允许两个末端位置的事实不意味着不能够使用其它中间位置进行管理气体。
图3和图4以透视图示出装置，使得观察在过滤器的出口处收集的气体是如何具有两种可能的替代物，即耦合基底(1)的第一连接(1.2)或耦合基底的第二连接(1.3)和相对安置的该两种连接。
返回到图2A和图2B的横截面视图，据观察，热交换器的长度与耦合基底(1)的底座(1.5)的宽度为相同的数量级，且因此也与过滤器的宽度为相同的数量级。由于通过弯头(3)的出现施加的移动，热交换器(2)的横向位置意味着其以覆盖该稍微延长的宽度的长度延伸。虽然在任何情况下，通过耦合基底(1)的底座(5)的宽度限定的空间通常已经被利用，但由于排气导管(4)基本平行的取向意味着热交换器(2)的出口(2.4)和排气导管(4)之间的附接能够在排气导管的任一点上实施，所以该长度甚至会更大。
图5允许在几乎与热交换器(2)的纵向轴线Z-Z’一致的视线的方向上观察该装置。根据该透视图，据观察，在不使用包括致动器(7)的辅助连接导管的情况下，过滤器的长度已经通过这样的长度增加，所述长度的数量级为排气导管(4)的宽度加上热交换器(2)的宽度的数量级，根据图2A和图2B中使用的截面的平面，其位于热交换器(2)的一侧上。
一旦确定优选实施例的配置，必须指出，优选实施例的配置的使用允许离开PF/DPF过滤器的排气的有效管理。
在阀(6)的第一位置中，翻门正在从中间室(5)的第二出口(5.2)朝向排气导管(4)的通道关闭。打开的排气导管(4)是用于排气的最简单路径，所以气体直接朝向排气装置排出。附加地，如果位于中间室的第一出口(5.1)的下游的EGR阀也被闭合，则所有排气都被引导朝向排气装置。
在阀(6)的第二末端位置中，翻门关闭排气导管(4)的通道且通过中间室的第二出口(5.2)使中间室(5)和排气导管(4)之间的流体连通打开，该流体连通位于排气导管(4)中的翻门的闭合点的下游。该配置阻止离开过滤器的排气的直接通道朝向排气导管(4)，而是使它们总是穿过热交换器(2)。
经冷却的气体能够通过中间室(5)的第一出口(5.1)或通过中间室(5)的第二出口(5.2)被引导。通过中间室(5)的第一出口(5.1)离开的气体通过EGR阀被管理。这些气体被冷却，所以热交换器(2)执行EGR热交换器的功能。这些气体是EGR系统的再循环气体。
第二替代选择为气体通过中间室(5)的第二出口(5.2)离开。经冷却的气体在通过排气装置离开之前已经把它们的部分热交给冷却液。如果EGR阀闭合，所有冷却的气体将朝排气装置被直接排出。当排气被排出前从排气回收热有好处时，该配置是适合的。使用该配置获得非常紧凑的装置，因为该配置占用小的空间，且其中相同的热交换器(2)允许具有EGR系统的热交换器的功能和热回收的功能。

Claims (7)

1.一种用于EGR系统中的排气管理的紧凑装置，所述紧凑装置适合被直接耦合在PF/DPF过滤器上，其中该过滤器沿纵向方向X-X’延伸且所述过滤器的末端具有开口；且其中所述装置包括：
带有底座(1.5)的耦合基底(1)，其适合耦合到覆盖其开口的所述过滤器，
排气导管(4)，其根据纵向方向Y-Y’延伸，
热交换器(2)，其包括至少一第一冷却液流体连接(2.1)和一第二冷却液流体连接(2.2)，二者用于所述冷却液流体的循环；且其中所述交换器沿用于有待被冷却的气体的入口(2.3)和用于经冷却的气体的出口(2.4)之间的纵向方向Z-Z’延伸，
中间室(5)，其包括：
气体入口(5.3)，其与所述热交换器的所述出口(2.4)流体连接，
第一出口(5.1)，其连接到所述EGR导管从而为所述EGR系统的EGR阀提供冷却的排气，
第二出口(5.2)，其连接到所述排气导管(4)，
其中
所述耦合基底(1)具有所述耦合基底的第一连接(1.2)，其与所述热交换器(2)的所述入口(2.3)流体连接，
所述热交换器(2)的所述纵向方向Z-Z’相对于所述过滤器的所述纵向方向X-X’偏离，
所述耦合基底(1)具有所述耦合基底的第二连接(1.3)，所述第二连接(1.3)根据所述过滤器的纵向轴线X-X’相对于所述耦合基底的所述第一连接(1.2)被相对设置，所述耦合基底的该第二连接(1.3)与所述排气导管(4)流体连接，其中所述排气导管(4)的所述纵向方向Y-Y’基本平行于所述热交换器(2)的所述纵向方向且相对于该过滤器的所述纵向方向X-X’偏离，
与所述排气导管(4)流体连接的所述中间室(5)的所述第二出口(5.2)位于所述排气导管(4)的侧面上；且，
所述装置包括适合具有至少两个末端位置的阀(6)，第一末端位置用于关闭所述中间室(5)和所述排气导管(4)之间的所述流体连接，使通过所述排气导管(4)的通道不受限制；且第二末端位置用于关闭所述排气导管(4)，使所述中间室(5)和所述排气导管(4)之间的所述流体连接不受限制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合基底(1)由至少一个周边侧壁(1.1)和闭合底部(1.4)形成。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，与所述热交换器(2)的所述入口(2.3)流体连接的所述耦合基底的所述第一连接(1.2)位于所述耦合基底的所述底部(1.4)处，优选地，在接近与所述耦合基底(1)的所述周边壁(1.1)接合的边缘的位置中。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，与所述排气导管(4)流体连接的所述耦合基底的所述第二连接(1.3)位于所述耦合基底(1)的所述周边壁(1.1)中。
5.根据权利要求3和4所述的装置，其特征在于：
所述耦合基底(1)在连接到所述排气导管(4)的区域中的所述周边壁(1.1)大于所述周边的其余部分的周边壁，
带有所述热交换器(2)的所述入口(2.3)的所述耦合基底的所述第一流体连接(1.2)借助于用于使所述气体流偏斜的连接弯头(3)，
相对于与所述过滤器的所述纵向方向X-X’垂直的平面，所述排气导管(4)的所述纵向方向Y-Y’和所述热交换器(2)的所述纵向方向Z-Z’示出大于零的倾斜角(α)以减少气体偏斜。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，相对于与所述过滤器的所述纵向方向X-X’的平面，所述排气导管(4)的所述纵向方向Y-Y’和所述热交换器(2)的所述纵向方向Z-Z’的倾斜角(α)在0与40度之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀(6)被容纳在所述排气导管(4)里面。
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