CN107191295A

CN107191295A - 一种柴油机egr废气混合器

Info

Publication number: CN107191295A
Application number: CN201710555004.XA
Authority: CN
Inventors: 吴亚龙; 丁艳; 郑蒙蒙; 孙红军; 孙志国
Original assignee: Henan Diesel Engine Industry Co Ltd
Current assignee: Henan Diesel Engine Industry Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2017-09-22

Abstract

本发明属于柴油机零部件设计技术领域，主要涉及一种柴油机EGR废气混合器结构。提出的一种柴油机EGR废气混合器具有废气引流管；废气引流管为中间细、两端粗的分段式锥形管结构，即，废气引流管由入口端向出口端依次为等直径段的入口段、由入口段向出口端渐缩径的收缩段、等直径的喉口段、出口段；废气混合器还包括有废气管；废气管为90°弯管结构，废气管的出气端位于喉口段，并与废气引流管相连通；废气管的出气端的为斜切口；废气管的进口端通过波纹管与柴油机排气管相连通。本发明实现了柴油机在全工况范围内EGR率的灵活调整和控制，改善了柴油机性能，降低了排放。

Description

一种柴油机EGR废气混合器

技术领域

本发明属于柴油机零部件设计技术领域，主要涉及一种柴油机EGR废气混合器结构。

背景技术

EGR（Exhaust Gas Recirculation）是废气再循环系统的简称，是降低柴油机废气中NOx排放量的主要措施之一；其原理是通过管道和控制阀门将排气管中的部分废气重新引入进气管，进入气缸参与混合气的燃烧，降低燃烧时气缸中的工作温度和氧气的含量，抑制NOx的生成。

现有技术中，柴油机EGR废气混合器有两种结构形式，均采用直管。一种是将排气管中的部分废气直接接入进气管内，在进气管内与增压空气混合后经过扰流板进入气缸；另一种是通过延长混合管路，增加新鲜空气与废气混合管的长度，进而提高混合气体的均匀性。受结构和形状的限制，上述两种方案中的直管均造成来自柴油机排气管内的EGR废气压力与增压空气形不成合理的压差，造成柴油机EGR废气进入量少，EGR率达不到理想的预期目标；对于柴油机在中、低转速，高负荷工况，排气压力较小时，甚至会出现EGR废气压力与增压空气压差为负，增压空气进入EGR废气管，使废气产生倒流的现象，造成柴油机EGR率较低，NOx降低效果不明显。

发明内容

为解决现有技术中存在的结构缺陷，本发明的目的是提出一种柴油机EGR废气混合器。

本发明通过以下技术方案完成其发明任务：

一种柴油机EGR废气混合器，所述的废气混合器具有废气引流管；所述的废气引流管为中间细、两端粗的分段式锥形管结构，即，所述废气引流管由入口端向出口端依次为等直径段的入口段、由入口段向出口端渐缩径的收缩段、等直径的喉口段、由入口段向出口端渐扩径的扩散段以及等直径的出口段；所述入口段、收缩段、喉口段、扩散段、出口段同轴设置；所述入口段的直径与出口段的直径相同；出口段的长度是进口段长度的两倍；所述的入口段连接有与柴油机增压空气进气管连接的连接法兰Ⅰ，所述的出口段连接有与柴油机混合气出口管连接的连接法兰Ⅱ；所述喉口段的外壁面上加工有椭圆形状的凸台；所述凸台的中心具有与废气引流管相连通的圆孔，且圆孔的轴线与喉口段的中心轴线垂直；所述的废气混合器还包括有废气管；所述的废气管为90°弯管结构，所述废气管的出气端位于废气引流管所述喉口段，并与所述的废气引流管相连通；所述废气管的出气端为斜切口；所述斜切口的斜切方向与增压空气进口方向一致，且斜切口所在斜切面的上端与喉口段内壁面平齐；所述斜切口与废气管中心线之间的角度为γ，γ在19°～22°的范围内；所述废气管的进口端通过波纹管与柴油机排气管相连通。

所述的废气管上套置有椭圆法兰，所述的椭圆法兰与所述的凸台固联，并在椭圆法兰和凸台之间安装有与椭圆法兰形状相同的不锈钢密封垫片。

所述收缩段的收缩锥角α为20°～23。

所述扩散段的扩散锥角β为8°～10°。

本发明提出的一种柴油机EGR废气混合器，采用专用的废气引流管，利用废气引流管喉口处流速增大，压力降低的效果，解决了柴油机各工况来自排气管的EGR废气压力与增压空气压差的问题，有效防止EGR废气倒流，增大了柴油机进入气缸的EGR废气量；废气引流管喉口直径采用柴油机最大扭矩时的温度和流量参数计算得到，保证柴油机在全工况范围内都能实现较大的EGR废气量；废气管出口端采用斜切口式结构，利用气流扰动来提升EGR废气混合均匀性；本发明所述EGR废气混合器的结构设计，实现了柴油机在全工况范围内EGR率的灵活调整和控制，改善了柴油机性能，降低了排放。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图。

图2为本发明中废气引流管的结构示意图。

图3为本发明中废气管带椭圆法兰的结构示意图。

图中：1、废气引流管；2、连接法兰Ⅰ； 3、入口段；4、收缩段；5、喉口段；6、扩散段；7、出口段；8、凸台；9、圆孔；10、连接法兰Ⅱ；11、废气管；12、波纹管；13、斜切口、14、椭圆法兰；15、密封垫片；16、螺钉。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种柴油机EGR废气混合器，所述的废气混合器具有废气引流管1；结合图2所述的废气引流管1为中间细、两端粗的分段式锥形管结构，即，所述废气引流管由入口端向出口端依次为等直径段的入口段3、由入口段向出口端渐缩径的收缩段4、等直径的喉口段5、由入口段向出口端渐扩径的扩散段6以及等直径的出口段7；所述入口段3、收缩段4、喉口段5、扩散段6、出口段7同轴设置；所述入口段3的直径与出口段7的直径相同；出口段7的长度是进口段3长度的两倍；所述的入口段3连接有与柴油机增压空气进气管连接的连接法兰Ⅰ2；所述的出口段连接有与柴油机混合气出口管连接的连接法兰Ⅱ10；所述收缩段4的收缩锥角α为20°～23，收缩段4的锥形大口与进口段3连接；所述扩散段6的扩散锥角β为8°～10°；所述喉口段5的外壁面上加工有椭圆形状的凸台8；所述凸台8的中心具有与废气引流管相连通的圆孔，且圆孔的轴线与喉口段的中心轴线垂直；所述的废气混合器还包括有废气管11；所述的废气管11为90°弯管结构，所述废气管11的出气端位于废气引流管所述喉口段5，并与所述的废气引流管1相连通；所述废气管11的出气端为斜切口13；所述斜切口13的斜切方向与增压空气进口方向一致，且斜切口13所在斜切面的上端与喉口段5内壁面平齐；所述斜切口13与废气管中心线之间的角度为γ；γ角度为19°～22°，可以根据柴油机EGR废气进入量进行调整，柴油机EGR废气量越大，对应的γ角17越大；所述废气管11的进口端通过波纹管与柴油机排气管相连通；所述的废气管11采用耐高温合金钢制成；废气管11的直径根据柴油机最大EGR废气量计算得到，废气管11的长度根据柴油机排气管和进气管安装的相对位置决定。

结合图3，所述的废气管11上套置有椭圆法兰14，所述的椭圆法兰14与所述的凸台8固联，并在椭圆法兰14和凸台8之间安装有与椭圆法兰形状相同的不锈钢密封垫片15。

废气管11入口端安装一段波纹管12，废气管11通过波纹管12与柴油机排气管相连。废气管出口末端加工斜切口13，斜切口13与废气管11中心线呈一定的角度γ17。

EGR废气混合过程，见图1：增压空气以一定的压力从废气引流管1左端进入，经过连接法兰Ⅰ2和进口段3流进收缩段4；在收缩段4，管道直径由大变小，气体流经横截面积变小，气流由粗变细，流速加快，引起气体流动压力的降低；气流到达喉口段5前端，直径最小，气流压力降到最低，在整个喉口段5保持恒压，直至扩散段6之前；由于喉口段5较低的空气压力对周围的气流产生了引导吸附作用，促使废气管11内的EGR废气从圆孔9被吸入废气引流管1的喉口段5内，并在喉口段5内与增压空气混合。废气管11出口端采用斜切口式结构，增压空气经过废气管11斜切口13背面时，在背面端口附近形成气流扰动，促使进入废气引流管1喉口段5的EGR废气和增压空气进行充分均匀混合。混合后的气流经过喉口段5的出口，进入扩散段6，随着扩散段6的管道直径由小变大，气体流经横截面积变大，气流由细变粗，流速降低，使气体流动压力逐渐升高。在喉口段5形成的较低压力的混合气体，经过较长的扩散段6之后，气流压力得到很大程度的恢复，接近废气引流管1之前的增压空气压力，满足柴油机各工况进气压力的要求，使EGR废气混合气和增压空气一起经过出口段7和圆法兰2，以及出口段7之后的进气管，进而进入气缸，参与油气混合气燃烧。

EGR废气引流管结构参数的确定：废气引流管1喉口段5直径φD20的大小是依据柴油机最大扭矩时的进气、废气温度和流量等参数确定,设计时先计算喉口段5刚好发生堵塞时的临界截面直径，再根据柴油机在所有转速范围内EGR废气压力与增压空气压力差值不小于5kPa的要求，计算出喉口段5直径φD20。

废气引流管形成压差的原理：对于柴油机EGR废气压力与增压空气压差为正（EGR废气压力>增压空气压力）的工况，废气引流管1可以进一步扩大压差，从EGR废气进口吸入更多废气以增大柴油机EGR率；对于柴油机EGR废气压力与增压空气压差为负（EGR废气压力<增压空气压力）的工况，废气引流管1利用喉口段5压力降低的效应，使EGR废气压力大于进入喉口段5的增压空气压力，且形成合理的压差，防止增压空气向EGR废气管道内流动，解决EGR废气倒流的问题，保证进入气缸的EGR废气量。

废气管斜切口使废气混合均匀的原理：柴油机排气管中的EGR废气经波纹管12的管口进入废气管11，由于废气管11下端设计有斜切口13，当增压空气经过废气管11斜切口13背面时，增压空气在斜切口13背面端口附近形成气流扰动，促使进入废气引流管喉口段5的EGR废气和增压空气进行充分均匀混合；为使废气混合均匀，设计保证废气管11斜切口13切面下端点进入废气引流管1喉口段5内部约2/3的喉口段半径；此时，斜切口13与废气管11中心线对应的切口斜角γ17在19°～22°范围内变化；斜切口13对应的切口斜角γ17角度太大会对进入废气引流管1喉口段5内的空气流动起阻碍作用，影响柴油机进入气缸的空气量；斜切口13对应的切口斜角γ17角度太小，对废气混合扰流效果不明显。

Claims

1.一种柴油机EGR废气混合器，其特征在于：所述的废气混合器具有废气引流管；所述的废气引流管为中间细、两端粗的分段式锥形管结构，即，所述废气引流管由入口端向出口端依次为等直径段的入口段、由入口段向出口端渐缩径的收缩段、等直径的喉口段、由入口段向出口端渐扩径的扩散段以及等直径的出口段；所述入口段、收缩段、喉口段、扩散段、出口段同轴设置；所述入口段的直径与出口段的直径相同；出口段的长度是进口段长度的两倍；所述的入口段连接有与柴油机增压空气进气管连接的连接法兰Ⅰ，所述的出口段连接有与柴油机混合气出口管连接的连接法兰Ⅱ；所述喉口段的外壁面上加工有椭圆形状的凸台；所述凸台的中心具有与废气引流管相连通的圆孔，且圆孔的轴线与喉口段的中心轴线垂直；所述的废气混合器还包括有废气管；所述的废气管为90°弯管结构，所述废气管的出气端位于废气引流管所述喉口段，并与所述的废气引流管相连通；所述废气管的出气端的为斜切口；所述斜切口的斜切方向与增压空气进口方向一致，且斜切口所在斜切面的上端与喉口段内壁面平齐；所述斜切口与废气管中心线之间的角度为γ；所述废气管的进口端通过波纹管与柴油机排气管相连通。

2.如权利要求1所述的一种柴油机EGR废气混合器，其特征在于：所述的废气管上套置有椭圆法兰，所述的椭圆法兰与所述的凸台固联，并在椭圆法兰和凸台之间安装有与椭圆法兰形状相同的不锈钢密封垫片。

3.如权利要求1所述的一种柴油机EGR废气混合器，其特征在于：所述收缩段的收缩锥角α为20°～23，收缩段的锥形大口与进口段3连接；所述扩散段的扩散锥角β为8°～10°。

4.如权利要求1所述的一种柴油机EGR废气混合器，其特征在于：所述斜切口与废气管中心线之间的角度为γ为19°～22°。