CN105626321A - 一种汽油机egr混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽油机EGR混合器，包括混合器外壳以及位于混合器外壳内的混合器内腔，所述混合器外壳上设有混合器空气进气口、EGR进气入口通道以及混合器出口，所述混合器空气进气口和混合器出口相对设置，所述混合器外壳的内壁与混合器内腔的外壁之间形成有与EGR进气入口通道相通的中间腔体，所述混合器内腔的腔壁上设有用于连通中间腔体与混合器内腔的通道。该汽油机EGR混合器可改善各缸EGR均匀性，提高汽油机中高负荷区域热效率。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种汽油机EGR混合器。
背景技术
随着国内宏观经济形势进入经济发展“新常态”，以及正承担家庭重任的80后和90后成为汽车消费市场的主力，家用型轿车正处于家庭购置车辆的高峰阶段。轿车在改善人们生活便捷的同时，亦带来了能源紧张和环境危机的问题。针对上述问题，我国于2016年1月1日开始第四阶段油耗法规限制。
新能源政策；“十三五”开始了电动汽车重大科技专项，确定了电动汽车“三纵三横”的基本技术体系。“十三五”电动汽车规划，将沿承此前发展确定的指导思想，继续坚持“三纵三横”的基本技术体系，即纵向发展燃料电池动力系统、混合动力系统、纯电动力系统，横向发展动力电池与电池管理、电机驱动与电力电子、电子控制与智能技术。而更加容易推向市场仍然是混合动力汽车和纯电动汽车。以2014年11月21日-11月29日广州国际车展为例，新能源展出车型更加贴近市场，展出共计60辆，其中EV34辆(占比56.7％)、PHEV20辆(占比33.3％)，EV+PHEV仍是本次车展新能源汽车主流的技术路线。其中，广汽丰田全新凯美瑞采用全新代号为6AR-FSE的混合喷射技术2.0L自然吸气发动机，几何压缩比为12.8，最低BSFC为214g/kWh。丰田2015年混合动力车发动机热效率为40％。《中国制造2025》提出改善热效率，最终希望汽油机在2030年达42％。
不管是常规常用车发动机还是混合动力专用汽油机，进一步提高热效率，中冷EGR是其中关键技术之一。而对于NA汽油机以及增压汽油机机压气机后采用中冷EGR技术时，存在EGR均匀性和EGR率偏低的问题，不利于提高汽油机最大热效率。
发明内容
针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种汽油机EGR混合器，以达到改善各缸EGR均匀性的目的。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种汽油机EGR混合器，包括混合器外壳以及位于混合器外壳内的混合器内腔，所述混合器外壳上设有混合器空气进气口、EGR进气入口通道以及混合器出口，所述混合器空气进气口和混合器出口相对设置，所述混合器外壳的内壁与混合器内腔的外壁之间形成有与EGR进气入口通道相通的中间腔体，所述混合器内腔的腔壁上设有用于连通中间腔体与混合器内腔的通道。
进一步的，所述混合器外壳上对应混合器出口连有渐扩减缩管道。
所述EGR进气入口通道的轴线与混合器内腔的轴线相垂直。
所述混合器内腔的内径为中间细两端粗的管型结构。
所述中间腔体在混合器外壳内偏心设置。
所述通道为一组通道，一组通道呈螺旋状设置。
所述通道为一组通道，一组通道均匀布置，与混合器内腔轴线呈角度为45°-70°，通道内侧出口离混合器轴线距离和混合器外壳内径之比1/5-1/4，通道内径5-10mm。
所述渐扩减缩管道的管长为30-60mm。
所述混合器内腔的最小直径与混合器外壳内径之比在4/7-5/7。
所述通道与混合器内腔轴线呈角度为25°-40°，与混合器内腔切向呈40°-60°。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
该汽油机EGR混合器可改善各缸EGR均匀性，使其控制在3.5％以内，试验结果没出现由于EGR均匀性差的问题；同时EGR混合器集成喉管，使EGR率进一步提高，满足自然吸气汽油机热效率达40％所需求的EGR率，解决EGR均匀性差和EGR率偏低的问题，提高汽油机中高负荷区域热效率。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明EGR混合器沿进气气流方向剖视图。
图2为本发明EGR混合器俯视示意图。
图3为本发明EGR混合器垂直进气气流方向剖视图。
图4为本发明实际计算CFD图。
图5为本发明不同曲轴转角下EGR最大偏差示意图。
图6为本发明某一曲轴转角下各缸EGR均匀性结果示意图。
图7为本发明各缸EGR均匀性试验结果示意图。
图中：1.混合器空气进气口、2.混合器外壳、3.中间腔体、4.通道Ⅰ、5.混合器内腔、6.通道Ⅱ、7.渐扩减缩管道、8.混合器出口、9.EGR进气入口通道。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1至图7所示，该汽油机EGR混合器，包括混合器外壳2以及位于混合器外壳内的混合器内腔5，混合器外壳上设有混合器空气进气口1、EGR进气入口通道9以及混合器出口8，混合器空气进气口和混合器出口相对设置，即新鲜空气的进口与混合气的出口相对设置，EGR进气入口通道设在混合器外壳侧面。
该EGR混合器，前端通过阀座螺栓固定，后端通过阀座螺栓固定进气总管(进气歧管侧)或者整个EGR混合器集成进气总管上，固定方式可靠，零件体积小，管路易于布置，安装方便，且系统振动小，从而降低了管路断裂的隐患。
混合器外壳的内壁与混合器内腔的外壁之间形成有与EGR进气入口通道相通的中间腔体3，混合器内腔的腔壁上设有用于连通中间腔体与混合器内腔的通道；并在混合器外壳上对应混合器出口连有渐扩减缩管道7，渐扩减缩管道7的管长为30-60mm。通过渐扩减缩管道将EGR和空气混合气进一步导向，改变混合气流动轨迹，使其混合更加均匀。
中间腔体3在混合器外壳内偏心设置。EGR流动中间腔体内壁与混合器内腔外壁距离沿着EGR流动方向是渐变的，在EGR进气入口通道与中间腔体交界处距离最大。利用中间腔体使EGR气体形成大涡流运动，为EGR进入混合器内腔做准备。
通道为两组，一组为三个通道Ⅰ4，另一组为三个通道Ⅱ6；具体为，三个通道Ⅰ4呈螺旋状设置，通道Ⅰ与混合器内腔轴线呈角度为25°-40°，与混合器内腔切向呈40°-60°。三个通道Ⅱ6均匀布置，与混合器内腔轴线呈角度为45°-70°，通道内侧出口离混合器轴线距离和混合器外壳内径之比1/5-1/4，通道内径5-10mm。
EGR进气入口通道9的轴线与混合器内腔5的轴线相垂直。混合器内腔的内径为中间细两端粗的管型结构。混合器内腔的最小直径与混合器外壳内径之比在4/7-5/7。
EGR混合器核心混合器内腔是EGR和新鲜充量混合主体部分，其中，混合器内腔候口直径在此处变小，发生文丘里效应，气流速度增加，静压力下降，使得混合器内腔的真空度增大，排气和进气压差增大，加快气流速度，有利于气体混合，同时克服进排气压差过小导致EGR率低的问题。
混合器外壳和混合器内腔之间的中间腔体是EGR气体进入混合器内腔前一段管子，该腔体呈偏心状，利用中间腔体使EGR气体形成大涡流运动，为EGR进入内腔做准备。
混合器空气进气口1为汽油机进气侧，连接节气门；混合器出口8连接进气歧管总管入口，为EGR和新鲜充量混合气出口，通过进气歧管分配到各缸。中间腔体中EGR气体通过通道Ⅰ和通道Ⅱ进入混合器内腔，其中，一组通道Ⅰ呈螺旋状，并且与中间腔体形成的大涡流进行匹配，进一步增加EGR气体进入混合器内腔的气流运动强度，这样就会有更强的气流运动和混合器空气进气口新鲜充量进行混合。
CFD计算结果表明，由于EGR气体径向气流速度弱于新鲜充量轴线气流速度，EGR气体很难冲到混合器内腔轴线处，计算结果显示约有直径10mm空间EGR气体较少，因此增加3个通道Ⅱ将EGR气体导入混合器内腔轴线附近。预研项目试验结果表明，该EGR混合器可有效解决多缸机EGR均匀性问题，并扩大汽油机EGR率和运行区域，提高汽油机中高负荷区域热效率。
EGR气体通过两路通道Ⅰ4和通道Ⅱ6进入混合器内腔，可使EGR气体与新鲜充量混合效果好，进而提高各缸实际EGR进气均匀性；同时EGR与空气混合内腔是渐缩渐扩管，利用文丘里效应，混合器内腔静压力下降，增加排气与进气压差，解决对于自然吸气汽油机以及增压汽油机压气机后端采用中冷EGR技术时，EGR均匀性和EGR率偏低问题。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽油机EGR混合器，包括混合器外壳以及位于混合器外壳内的混合器内腔，所述混合器外壳上设有混合器空气进气口、EGR进气入口通道以及混合器出口，其特征在于：所述混合器空气进气口和混合器出口相对设置，所述混合器外壳的内壁与混合器内腔的外壁之间形成有与EGR进气入口通道相通的中间腔体，所述混合器内腔的腔壁上设有用于连通中间腔体与混合器内腔的通道。
2.如权利要求1所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述混合器外壳上对应混合器出口连有渐扩减缩管道。
3.如权利要求1所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述EGR进气入口通道的轴线与混合器内腔的轴线相垂直。
4.如权利要求1所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述混合器内腔的内径为中间细两端粗的管型结构。
5.如权利要求1所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述中间腔体在混合器外壳内偏心设置。
6.如权利要求1所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述通道为一组通道，一组通道呈螺旋状设置。
7.如权利要求1所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述通道为一组通道，一组通道均匀布置，与混合器内腔轴线呈角度为45°-70°，通道内侧出口离混合器轴线距离和混合器外壳内径之比1/5-1/4，通道内径5-10mm。
8.如权利要求2所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述渐扩减缩管道的管长为30-60mm。
9.如权利要求4所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述混合器内腔的最小直径与混合器外壳内径之比在4/7-5/7。
10.如权利要求6所述汽油机EGR混合器，其特征在于：所述通道与混合器内腔轴线呈角度为25°-40°，与混合器内腔切向呈40°-60°。
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