CN106762239A - 排气再循环装置 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种用于涡轮增压的内燃发动机的排气再循环(EGR)装置，该EGR装置包括：进气管道，其具有经配置以控制流经进气管道到涡轮增压器压缩机的进气量的节流阀；排气再循环入口，其连接到该节流阀下游的进气管道；以及EGR阀，其经配置以控制经由排气再循环入口再循环到涡轮增压器压缩机的排气量，其中该节流阀和该EGR阀被组合在单个阀单元中，在该单个阀单元中，阀由经配置以实质上防止排气在该节流阀附近进入进气管道的分离元件分离。

Description

排气再循环装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月19日提交的英国专利申请号1520387.0的优先权。以上提及的申请的全部内容通过引用以其全部内容并入本文用于所有目的。

技术领域

本公开涉及一种排气再循环(EGR)装置，并且具体地涉及一种低压EGR装置。

背景技术

燃料效率和排气污染水平被视为对于所有车辆越来越重要的特性。这已引起非常高的比例的车辆发动机被装配通常包含排气再循环系统的涡轮增压器。排气再循环(EGR)是通过将排气的一部分再循环通过发动机，来用于提高发动机效率并且减少在排出的排气中存在的NOx化合物的过程。在低压EGR中，EGR气体被引入到涡轮增压器压缩机入口的上游。即使在高的发动机升压条件中，在此位置的压力是低的，其允许该排气的低压再循环。

在低压EGR系统中，被引入到涡轮增压器压缩机的上游的EGR气体在进入涡轮增压器压缩机入口之前与发动机入口空气混合。能够被引入的EGR气体的量可以确定改善发动机效率和排气污染物水平的程度。然而，再循环可能性的水平经常受在排气中的水滴的凝结的限制。随着排气与冷却器入口空气混合，来自排气的水蒸气开始凝结。此效应可以在寒冷的周围条件中加重。在EGR气体和涡轮增压器压缩机上游的管道的壁之间的接触也有助于凝结。水滴在该压缩机的入口处能够是不希望的，特别是当形成大水滴时，其可以损坏压缩机叶片。因此，希望被引入的EGR气体接近于压缩机面。然而，在EGR实施方案中，其中EGR气体被引入接近于压缩机面，以及在然后执行节流功能的同一点，不稳定的湍动空气能够降低该压缩机的操作效率。

发明内容

根据本公开的方面，提供了一种用于涡轮增压的内燃发动机的排气再循环(EGR)装置，该EGR装置包括：进气管道，其具有经配置以控制流经进气管道到涡轮增压器压缩机的进气量的节流阀；排气再循环入口，其连接到该节流阀下游的进气管道；以及EGR阀，其经配置以控制经由排气再循环入口再循环到涡轮增压器压缩机的排气量，其中该节流阀和该EGR阀在单个阀单元中组合，在该单个阀单元中，该节流阀和该EGR阀由经配置以实质上(substantially)防止排气在该节流阀附近进入进气管道的分离元件分离。

将再循环的排气引入到更接近压缩机面的进气管道能够减小冷凝液滴扩散到进气管道中并损坏涡轮增压器压缩机的风险，同时将节流阀定位成更远离压缩机面给予节流的空气在进入涡轮增压器压缩机之前用以进行再稳定的距离。该更稳定的流对于最佳的涡轮增压器压缩机性能是所希望的。将阀组合在单个阀单元中，其中该阀能够同时地操作，使得进气管道能够被关闭并且同时排气再循环入口能够被打开(或者该进气管道被打开并且该排气再循环入口被关闭)，例如通过共同的致动器，能够实现与例如具有专用致动器的单独的节流阀和EGR阀单元相比节省重量、复杂性和成本。

阀单元能够具有限定通道的主阀体，当EGR阀的可移动阀元件在打开位置时排气流经该通道到排气再循环入口，并且该分离元件能够设置在该阀体的通道和节流阀之间。这为流体地分离来自再循环的排气的在节流阀附近的空气流提供简单配置。该主阀体可直接附接至进气管道。

EGR阀的可移动阀元件能够通过阀杆机械地连接到节流阀的可移动阀元件，该阀杆穿过在分离元件中的间隙。然而，该节流阀能够通过经配置以允许阀一致操作的连杆、齿轮或其它机构中的任一种机械地连接到EGR阀。

排气再循环入口能够包括管路，该管路将阀体的通道流体地连接到节流阀下游的进气管道的内部。这提供简单构造，通过该简单构造，排气能够被引入到节流阀下游的进气管道。在节流阀和将排气进入到进气管道中的引入点之间的距离、在节流阀和涡轮增压器压缩机之间的距离，以及/或者在排气进入到进气管道中的引入点和涡轮增压器之间的距离能够根据发动机应用和EGR使用计划被改变。此外，安装因素和限制(诸如管道尺寸和形状)能够影响定位。该管路能够具有在进气管道上的开口。替代地，该管路可以延伸进进气管道中。例如，该管路能够包括向上延伸到进气管道中的端部。该端部能够被弯曲以便引导排气朝向涡轮增压器压缩机。其它配置也是可能的。例如，该端部可以包括延伸到进气管道中的初始直线部分，随后是弯曲朝向该涡轮增压器压缩机的弯曲区段，随后是进一步的直线区段。该端部的出口能够相对于进气管道出口被居中定位。

分离元件能够包括板件，该板件能够形成为EGR装置的整体铸造部件或者替代地为插入在通道和节流阀之间的组件，例如在该EGR装置的组装期间。

该节流阀能够包括节流挡板。该EGR阀能够包括升举阀诸如提升阀。

根据本公开的另一个方面，提供了一种发动机系统，其包括：具有进气歧管和排气歧管的内燃发动机机；安装在该发动机上的涡轮增压器，该涡轮增压器包括流体地连接到该排气歧管的涡轮和流体地连接到该进气歧管的压缩机；以及上述排气再循环(EGR)装置。

根据本公开的另一个方面，提供了一种包括上述发动机系统的机动车辆。

根据本公开的另一个方面，提供了一种用于带有涡轮增压器的内燃发动机的排气再循环(EGR)方法，该EGR方法包括：通过节流阀控制流经具有节流阀的进气管道到涡轮增压器的压缩机的进气量；以及通过与该节流阀组合为单个阀单元的EGR阀控制经由连接到节流阀下游的进气管道的排气再循环入口再循环到压缩机的排气量；以及通过将该节流阀与该EGR阀分离的屏障而基本上防止排气在该节流阀处进入进气管道。

附加的方面和/或优点将部分地在下面的描述中阐述，并且根据描述将显而易见，或者可以通过实践本申请的示例实施例而习得。

附图简述

将通过示例的方式参考附图，其中贯穿全文同样的标识号指的是同样的元件，并且其中：

图1是低压EGR装置的剖面示意图；

图2是“紧密耦合的”低压EGR装置的剖面示意图；

图3是“分离的(detached)”低压EGR装置的剖面示意图；

图4是根据本公开的低压EGR装置的剖面示意图；以及

图5是图4的低压EGR装置的透视示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本公开，将首先给出低压排气再循环(EGR)系统的简述。在低压EGR系统中，由发动机产生的排气通过排气歧管离开并且穿过对涡轮增压器压缩机供以动力的涡轮增压器涡轮。然后该排气流入排气管(排气从排气管离开车辆)中，或者流入EGR回路中。在低压EGR回路中，排气穿过冷却排气的温度的低压EGR冷却器，随后该排气穿过EGR阀且然后在进气管道中与空气混合。然后该空气和排气的混合物被引入到增压该混合的进气气体的涡轮增压器压缩机。然后该高压混合物穿过增压空气冷却器到该发动机的进气歧管中。

图1是能够被实施为低压EGR系统的一部分的低压EGR装置10的示意图。该低压EGR装置10包括作为单个阀单元组合在一起的节流阀14和EGR阀16，在本文被称为“组合阀”(或简称“组阀”)，其中供应到该涡轮增压器压缩机的进气的量，以及再循环到涡轮增压器压缩机的排气的量是同时可控的。

具体地，节流阀14被布置在进气管道12的入口18和出口20之间，并且通过打开或关闭该进气管道12而控制供应到该涡轮增压器的进气的量。进气管道12引导进气朝向涡轮增压器压缩机(在图1中没有描绘)，并且能够具有圆形的或一些其它横截面。尽管在此示例中该节流阀14包括安装在铰链28上的节流挡板(节流板)26，但是该节流阀14能够是用于控制通过进气管道12的进气的流动的任何合适的阀。该铰链28充当在打开和关闭位置之间改变节流挡板26的位置的致动器。然而，能够提供任何类型的控制机构，诸如螺线管致动器、气动致动器、液压致动器或其它类型的机构。

EGR阀16布置在EGR路径中，并且通过打开或关闭该EGR路径控制再循环到涡轮增压器的排气的量。具体地，当在打开位置时，该EGR阀允许排气流动到进气管道12，并且当在关闭位置时，该EGR阀阻塞排气流动到进气管道12。更详细地，该EGR阀16包括阀头38和阀座40，该阀座40是定位在该组合阀的主体32的进口34和出口36之间的排气流的路径中的孔。该阀头38可在阀头38坐定在(接触到)阀座40上并且密封阀座40的关闭位置和在阀头38被升举远离阀座40的打开位置之间移动。因此，在此具体示例中，该EGR阀16是升举阀诸如提升阀。然而，该EGR阀16能够是用于控制排气的流动的任何合适的阀。

EGR阀16的阀头38通过阀杆42连接到节流挡板26。这样，该组合阀能够同时控制通过进气管道12的进气的流动和再循环到进气管道12的排气的流动，该控制是通过单个致动器，即，铰链28，同时关闭进气管道12并且打开排气路径(或者打开进气管道12并且关闭排气路径)。

在图1中所示的EGR装置10具有排气进入位置与节流阀位置相同的缺点。如前所述，一方面希望被引入的EGR气体接近于涡轮增压器面。但另一方面也希望节流阀被放置在距该压缩机面一定距离处。在紧密耦合的组合阀中，如图2中所示，节流挡板导致对即将到来的清洁空气的主要干扰(分别地如图2中波浪线和大箭头所示)。直接在压缩机(即，压缩机转轮)前面的不稳定的湍动空气降低了该压缩机的操作效率。均匀的和稳定的流动是最佳压缩机性能所希望的。在另一方面，在分离的组合阀中，如图3中所示，该组合阀进一步背离该压缩机移动。然而，这增大了来自冷凝形成物对压缩机转轮的损坏的风险。特别地，当来自排气入口的热的EGR气体相遇来自新鲜空气入口的冷的入口气体时，在混合位点/区域形成凝结。更长的管道提供更大的距离，其中最初的雾能够在该更大的距离中聚集成较大水滴(如图3中滴状物所示)。这些大水滴显著地降低该压缩机转轮的寿命并且将最终导致压缩机故障。因此，当选择组合阀距涡轮增压器压缩机的距离时必须做出折衷。上述概括的问题能够通过使用单独的节流阀和EGR阀解决。然而，这将取消该组合节流阀/EGR阀的重量、复杂性和成本的利益。

图4和图5是EGR装置的示意图，其中到进气管道的排气进入点与组合阀的主体分离。与在图1中描绘的EGR装置10相似，在图4和图5中描绘的EGR装置10包括节流阀14和EGR阀16。和之前一样，该节流阀14包括由致动器28驱动的可枢转元件26(节流挡板)，并且该EGR阀16包括阀头38和阀座40，该阀头38和阀座40形成为使得当该阀头38在打开位置时，创建用于排气流经的排气流动路径(由虚线所示)。然而与在图1到图3中所描绘的EGR装置形成比照，阀体32的出口36流体地连接到排气再循环入口48，排气再循环入口48连接到节流阀14下游的进气管道12。具体地，该排气再循环入口48包括管路，该管路从阀体32的出口36到开口52延伸进入到进气管道12中。该排气再循环入口可以具有适合于将排气引导到进气管道12的任何尺寸、形状或配置。该EGR阀16通过板件56与节流阀14分离，该板件56经配置以实质上防止排气在节流阀14附近进入进气管道的内部。因此，当该EGR阀16在打开位置时(如在图4和图5中所描绘)，再循环的排气从阀体32的进口34通过到该阀体32的出口36，EGR阀16的可移动阀元件38设置在该阀体32中。从出口36，再循环的排气进入管路并且流到进气管道12的开口52。为了允许节流阀14和EGR阀16一致操作，板件56包括阀杆42通过其延伸的狭槽56。有利地，在图4和图5中所描绘的EGR装置保持该节流阀和EGR阀的组合性质，同时提供用于再循环的排气的单独的路径。

图1到图5示出了具有各种组件的相对定位的示例配置。如果至少在一个示例中示出相互直接接触或直接耦合，则此类元件可以分别地称为直接接触或直接耦合。类似地，至少在一个示例中，示出彼此毗连的或彼此邻近的元件分别地可以是彼此毗连的或彼此邻近的。作为示例，在彼此共面接触放置的组件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，其间有一定距离且没有其他部件而彼此分开定位的元件可以被称作是这种情况。作为另外一个示例，被示出为在彼此上方/下方、在彼此的相对侧，或彼此的左/右的元件可以相对于彼此被如此称之。进一步地，如在图中所示，在至少一个示例中，元件的最顶端元件或最顶端点可以被称为组件的“顶部”，并且元件的最底部元件或最底部点可以被称为组件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴且用来描述相对于彼此的附图的元件的定位。这样，在一个示例中，被示出为在其它元件上方的元件竖直地定位在其它元件上方。作为又一个示例，附图内所描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形的、直的、平面的、弯曲的、磨圆的、倒角的、有角的等等)。此外，被示出为彼此相交的元件可以被称作相交元件或者彼此相交。再进一步，在一个实例中，被示出在另一元件内或被示出在另一元件外的元件可以被称作是这种情况。

为了描述的简单性，本文可以使用空间相对术语诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“之下”、“上方”、“之上”等，来描述如在附图中示出的相对于另一个(多个)元件或(多个)特征的一个元件或特征的关系。空间相对术语可旨在包含在使用中或操作中除了在附图中所描绘的取向之外的设备的不同取向。例如，如果在图中的设备翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”、“下面”的元件将取向为在其它元件或特征“上方”。因此，该示例术语“下方”可以包含上方和下方两个取向。该设备可以用另外的方式取向(旋转90度或在其它取向)，并且本文所使用的空间相关描述符被相应地理解。

本领域的技术人员将理解，尽管本发明已经参考一个或多个示例通过示例的方式被描述，但本发明不限于本公开的实施例，并且在不偏离如由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，能够构造替代的示例。

本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些环境中操作的实施例。相反，这些仅被提供用来说明本文中描述的一些实施例可以在其中被实践的示例技术领域。

本文阐述的所有示例和条件语言旨在辅助读者理解本发明以及发明人为了改进现有技术而贡献的概念，并且被解释为并非将本发明局限于此类具体阐述的示例和条件。尽管已经详细描述实施例，但应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变、替换和变更。

Claims (20)

1.一种用于涡轮增压的内燃发动机的排气再循环装置即EGR装置，所述EGR装置包括：

进气管道，其具有经配置以控制流经所述进气管道到涡轮增压器压缩机的进气量的节流阀；

排气再循环入口，其连接到所述节流阀下游的所述进气管道；以及

EGR阀，其经配置以控制经由所述排气再循环入口再循环到所述涡轮增压器压缩机的排气量，其中

所述节流阀和所述EGR阀被组合在单个阀单元中，在所述单个阀单元中，所述节流阀和所述EGR阀由经配置以实质上防止排气在所述节流阀附近进入所述进气管道的分离元件分离。

2.根据权利要求1所述的EGR装置，其中所述阀单元具有限定通道的主阀体，当所述EGR阀的可移动阀元件在打开位置时排气流经所述通道到所述排气再循环入口，并且所述分离元件被设置在所述阀体的通道和所述节流阀之间。

3.根据权利要求2所述的EGR装置，其中所述EGR阀的所述可移动阀元件通过阀杆机械地连接到所述节流阀的可移动阀元件，所述阀杆穿过在所述分离元件中的间隙。

4.根据权利要求2所述的EGR装置，其中所述排气再循环入口包括管路，所述管路将所述阀体的通道流体地连接到所述节流阀下游的所述进气管道的内部。

5.根据权利要求2所述的EGR装置，其中所述分离元件包括形成为所述EGR装置的整体铸造部件的板件。

6.根据权利要求2所述的EGR装置，其中所述分离元件包括形成为插入在所述通道和所述节流阀之间的组件的板件。

7.根据权利要求1所述的EGR装置，其中所述节流阀包括节流挡板。

8.根据权利要求1所述的EGR装置，其中所述EGR阀包括提升阀。

9.一种发动机系统，其包括：内燃发动机，所述内燃发动机具有进气歧管和排气歧管；涡轮增压器，其安装在所述发动机上，所述涡轮增压器包括流体地连接到所述排气歧管的涡轮和流体地连接到所述进气歧管的压缩机；以及排气再循环装置即EGR装置，所述EGR装置包括：

进气管道，其具有经配置以控制流经所述进气管道到涡轮增压器压缩机的进气量的节流阀；

排气再循环入口，其连接到所述节流阀下游的所述进气管道；以及

EGR阀，其经配置以控制经由所述排气再循环入口再循环到所述涡轮增压器压缩机的排气量，其中

所述节流阀和所述EGR阀被组合在单个阀单元中，在所述单个阀单元中，所述节流阀和所述EGR阀由经配置以实质上防止排气在所述节流阀附近进入所述进气管道的分离元件分离。

10.一种用于涡轮增压的内燃发动机的排气再循环方法即EGR方法，所述EGR方法包括：

通过节流阀控制流经具有所述节流阀的进气管道到涡轮增压器压缩机的进气量；以及

通过在单个阀单元中与所述节流阀组合的EGR阀控制经由连接到所述节流阀下游的所述进气管道的排气再循环入口再循环到所述涡轮增压器压缩机的排气量，在所述单个阀单元中，所述节流阀和所述EGR阀由经配置以实质上防止排气在所述节流阀附近进入所述进气管道的分离元件分离。

11.根据权利要求3所述的EGR装置，其中所述排气再循环入口包括管路，所述管路将所述阀体的通道流体地连接到所述节流阀下游的所述进气管道的内部。

12.根据权利要求4所述的EGR装置，其中所述分离元件包括形成为所述EGR装置的整体铸造部件的板件。

13.根据权利要求4所述的EGR装置，其中所述分离元件包括形成为插入在所述通道和所述节流阀之间的组件的板件。

14.根据权利要求2所述的EGR装置，其中所述EGR阀包括提升阀。

15.根据权利要求4所述的EGR装置，其中所述EGR阀包括提升阀。

16.根据权利要求10所述的排气再循环方法，其中所述阀单元具有限定通道的主阀体，当所述EGR阀的可移动阀元件在打开位置时排气流经所述通道到所述排气再循环入口，并且所述分离元件被设置在所述阀体的通道和所述节流阀之间。

17.根据权利要求16所述的排气再循环方法，其中所述EGR阀的所述可移动阀元件通过阀杆机械地连接到所述节流阀的可移动阀元件，所述阀杆穿过在所述分离元件中的间隙。

18.根据权利要求16所述的排气再循环方法，其中所述排气再循环入口包括管路，所述管路将所述阀体的通道流体地连接到所述节流阀下游的所述进气管道的内部。

19.根据权利要求16所述的排气再循环方法，其中所述分离元件包括形成为插入在所述通道和所述节流阀之间的组件的板件。

20.根据权利要求10所述的排气再循环方法，其中所述节流阀包括节流挡板；并且其中所述EGR阀包括提升阀。