CN107339168A - 发动机系统 - Google Patents

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Abstract

发动机系统可以包括：发动机，包括通过燃烧燃料产生驱动扭矩的多个燃烧室；进气管线，新鲜空气通过进气管线流动到燃烧室中；进气歧管，用于将由进气管线供应的新鲜空气分配至燃烧室；排气管线，从燃烧室排出的废气在排气管线中流动；再循环管线，从排气管线分支并连接到进气管线；连接管，布置在再循环管线与进气管线连接的部分处；以及水管线，连接连接管和进气歧管。在连接管处产生的冷凝水在水管线中流动。

Description

发动机系统
相关申请的交叉引证
本申请要求于2016年4月28号提交的韩国专利申请第10-2016-0052107号的优先权以及其权益，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本公开涉及一种发动机系统。更具体地，本公开涉及一种可喷射冷凝水的发动机系统。
背景技术
这个部分中的陈述仅提供了与本公开内容有关的背景信息，并且可不构成现有技术。
发动机适当地混合空气和燃料并通过燃烧所混合的空气产生驱动力。
为了获得期望的输出功率和燃烧效率，应将充足的空气供应至发动机。为此，涡轮增压器用于增大燃烧效率并将充足的空气供应至发动机。
通常，涡轮增压器的涡轮机通过从发动机排出的废气的压力旋转，涡轮增压器的压缩机压缩从外部流入的新鲜空气，并且压缩空气被供应至发动机的燃烧室。涡轮增压器几乎已应用于柴油发动机，并且近来被应用于汽油发动机。
此外，废气中包含的NOx(一氧化氮)被规定为的空气污染物，并且为了减少废气中的NOx的量已进行了很多研究。
安装在车辆中的废气再循环(EGR)系统减少车辆的有毒废气。通常，在富氧空气混合物中，废气中的NOx的量增加，并且空气混合物燃烧良好。因此，由于废气的一部分再循环至空气混合物以便减少空气混合物中的氧比并因此阻碍燃烧，所以废气再循环系统减少废气中的NOx的量。
LP-EGR(低压EGR)系统是废气再循环(EGR)系统中的一种。LP-EGR系统将经过涡轮增压器的涡轮机的废气再循环至压缩机的上游侧的进气路径。
然而，由EGR系统再循环的废气具有高温度和高湿度。因此，当再循环的废气和具有低温的外部空气混合时，产生冷凝水。我们发现冷凝水由于废气中包含的各种材料而具有很高的酸性。
如果冷凝水碰到高速旋转的压缩机叶轮，则压缩机叶轮损坏。根据传统技术，已使用涂敷压缩机叶轮的方法以便减少或防止压缩机叶轮的损坏和腐蚀，但我们发现涂覆压缩机叶轮使制造成本增加。
此外，各个部件(即，压缩机叶轮、或压缩机壳体等等)被具有高酸性的冷凝水腐蚀。并且如果冷凝水流入发动机的气缸中，则发动机的燃烧变得不稳定。
在本背景技术部分公开的以上信息仅是为了增强对本公开的背景的理解，并因此不构成现有技术。
发明内容
本公开提供了一种可将由EGR气体和新鲜空气产生的冷凝水喷射到燃烧室中的发动机系统。
根据本公开的一种形式的发动机系统可以包括：发动机，包括通过燃烧燃料产生驱动扭矩的多个燃烧室；进气管线，新鲜空气通过进气管线流动到燃烧室中；进气歧管，用于将由进气管线供应的新鲜空气分配至燃烧室；排气管线，从燃烧室排出的废气在排气管线中流动；再循环管线，从排气管线分支并连接到进气管线；连接管，布置在再循环管线与进气管线连接的部分处；以及水管线，连接连接管和进气歧管，其中，冷凝水在水管线中流动。
发动机系统还可以包括水阀，该水阀布置在水管线中并选择性地关闭水管线。
发动机系统还可以包括喷射装置，该喷射装置用于将在连接管处产生的冷凝水喷射到发动机的燃烧室中。
喷射装置可以包括：水泵，布置在水管线中并泵送在连接管处产生的冷凝水；以及喷射器，用于将通过水泵泵送的冷凝水喷射到进气歧管中。
连接管可以包括：进气管，与进气管线连通；以及再循环管，与再循环管线连通，该再循环管围绕进气管的外周缘并与进气管连通。
多个连通孔可以形成在进气管中，并且再循环管通过连通孔与进气管连通。
进气管可以包括：上游部分，形成为具有一预定直径的圆柱形；下游部分，形成为具有的直径小于上游部分的预定直径的圆柱形；以及连接部分，连接上游部分和下游部分；其中，连通孔形成在连接部分与下游部分连接的部分中。
连通孔的整个面积可以等于或大于再循环管线的截面面积。
冷却翅片可以形成进气管的外周缘上。
冷却翅片可以形成于连接部分和下游部分的外周缘上。
发动机系统还可以包括：涡轮机，布置在排气管线处并通过从燃烧室排出的废气旋转；以及压缩机，布置在进气管线处，并且压缩机与涡轮机一起旋转并压缩新鲜空气。
根据本公开的另一种形式，由于EGR气体和新鲜空气产生的冷凝水被喷射到发动机的燃烧室中，所以能够通过冷凝水抑制或防止外部部件的腐蚀并获得发动机的燃烧稳定性。
此外，由于EGR气体和新鲜空气产生的冷凝水被喷射到发动机的燃烧室中，所以燃烧室的温度降低并且碳沉积被除去，并且因此可以抑制或者预防异常燃烧(诸如，爆燃)。
应用的其他领域将可从本文提供的说明中明显得出。应当理解描述和具体实例旨在仅用于举例说明，而并非旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
为了可充分理解本公开，现将参考附图描述以实例的方式给出的本公开的各种形式，附图中：
图1是示出了用于排出冷凝水的发动机系统的示意图；
图2是示出了连接管的立体图；
图3是示出了连接管的俯视平面图；
图4是进气管的分析结果；以及
图5是示出了连通孔的整个面积与再循环管线的截面面积之间的关系的曲线图。
本文所描述的附图仅用于说明目的而并非旨在以任何方式限制本公开内容的范围。
具体实施方式
以下描述实际上仅是示例性的而并非旨在限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的参考标号表示相似或对应的部件或特征。
如本领域技术人员将认识到的，在完全不背离本公开的实质或范围的情况下，所描述的形式可通过各种不同的方式修改。
为了清晰地描述本公开，将省略与描述无关的部分。
此外，为了更好的理解和易于描述，附图中所示的每个构造的尺寸及厚度均随意地示出，但本公开并不限于此。在附图中，为清晰起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。
图1是示出了根据本公开的一种形式的用于排出冷凝水的发动机系统的示意图。
如在图1中示出的，发动机系统包括：发动机20，包括通过燃烧燃料产生驱动扭矩的多个燃烧室21；进气管线10，新鲜空气通过进气管线流动到燃烧室21中；进气歧管12，用于将由进气管线10供应的新鲜空气分配至燃烧室21；排气管线30，从燃烧室排出的废气在排气管线中流动；再循环管线40，从排气管线30分支并连接到进气管线10；连接管100，布置在再循环管线40和进气管线10连接的部分处；以及水管线210，连接连接管100和进气歧管12，其中冷凝水在水管线210中流动。
根据本公开的一种形式的发动机系统还可包括：水阀240，布置在水管线210中并选择性地关闭水管线210。即，当水阀240打开时，冷凝水通过水管线210供应至进气歧管12，并且当水阀240关闭时，冷凝水不通过水管线210供应至进气歧管12。
当发动机正常运转时，水阀240可以打开，在连接管100处产生的冷凝水通过燃烧室21中的负压经过水管线210流动至进气歧管12，并且因此冷凝水被供应至燃烧室21。
然而，由于当发动机处于空转状态或者发动机在高负载区域中运转时燃烧室21中的负压非常低，所以冷凝水不能流过水管线210。或者，当产生过多冷凝水时，由于燃烧室21中的负压，冷凝水不能流过水管线210。因此，冷凝水可以在进气歧管12中停滞。因此，水阀240被关闭。
在这些情况下，水阀240可以打开，并且可以通过(将在下面描述的)喷射装置200将冷凝水强制地供应至燃烧室21。
为此，发动机系统还可包括喷射装置200以用于将在连接管处产生的冷凝水喷射到燃烧室中。
净化从燃烧室21排出的废气的废气净化装置60可以布置在排气管线30处。废气净化装置60可以包括LNT(NOx吸附还原催化转化器)、DOC(柴油机氧化催化剂)、以及DPF(柴油机微粒过滤器)。
发动机系统包括废气再循环(EGR)装置，其中从燃烧室21排出的废气的一部分再供应至燃烧室21。EGR装置包括：再循环管线40，从排气管线30分支并连接到进气管线10；EGR冷却器54，布置在再循环管线40处；以及EGR阀52，布置在再循环管线40处。EGR冷却器54冷却通过再循环管线40再循环的废气(在下文中，“EGR气体”)。由EGR阀52调节再循环气体量。
发动机系统包括涡轮增压器70，该涡轮增压器压缩通过进气管线10流入的新鲜空气(或外部空气)和通过再循环管线40流入的EGR气体并将压缩空气供应至燃烧室21。涡轮增压器70包括：涡轮机71，布置在排气管线30处并通过从燃烧室21排出的废气旋转；以及压缩机73，布置在进气管线10处并通过与涡轮机71一起旋转而压缩新鲜空气和EGR气体。
涡轮机71包括涡轮机壳体和涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮布置在涡轮机壳体中并通过从燃烧室21排出的废气的旋转力旋转。压缩机73包括压缩机壳体和布置在压缩机壳体中并与涡轮机叶轮一起旋转的压缩机叶轮。新鲜空气和再循环气体通过压缩机叶轮130的旋转而被压缩，并且压缩气体被供应至燃烧室21。
在下文中，将详细描述连接进气管线10和再循环管线40的连接管100。
图2是示出了根据本公开的一种形式的连接管的立体图。图3是示出了根据本公开的连接管的俯视平面图。
如在图2和图3中所示，连接管100布置在再循环管线40与进气管线10连接的部分处。
连接管100包括再循环管130以及与进气管线10连通的进气管110。再循环管130与再循环管线40和进气管110连通，并形成为围绕进气管110的外周缘。在进气管110的外表面与再循环管130的内表面之间形成一空间。
进气管110包括：上游部分111，其形成为具有预定直径的圆柱形；下游部分115，其形成为具有小于上游部分111的预定直径的直径的圆柱形；以及连接部分113，其连接上游部分111和下游部分115。
多个连通孔120形成在进气管110处，并且再循环管130通过连通孔120与进气管110连通。在一种形式中，连通孔120形成在连接部分113和下游部分115连接的部分中。
图4是根据本公开的一种形式的进气管的分析结果。图4示出了分析在进气管110中流动的新鲜空气的压力的结果。
参照图4，在进气管110中流动的流体(即，新鲜空气)的压力在连接部分113和下游部分115相交的部分(指的是图4的“X”)处减小。由于下游部分115的直径小于上游部分111的直径，新鲜空气的速度增大，但新鲜空气的压力在连接部分113和下游部分115连接的部分处减小。这是一种伯努利定理。
这样，由于新鲜空气的压力在连接部分113和下游部分115连接的部分处减小，所以从再循环管130流动的具有相对高压的EGR气体可通过连通孔120顺畅地流动至进气管110。
图5是示出了根据本公开的一种形式的连通孔的整个面积与再循环管线的截面面积之间的关系的曲线图。在图5中，横轴表示连通孔120的整个面积与再循环管线40的截面面积之间的面积比(即，连通孔120的整个面积/再循环管线40的截面面积)，并且纵轴表示通过连通孔120流入进气管110中的EGR气体量。
如图5中所示，通过连通孔120流入进气管110中的EGR气体量随着面积比增大而增加，但当面积比大于大约100％时EGR气体量相对稳定(即，很少增加)。
然而，当面积比大于大约100％时，能使进气管110的强度减弱。因此，在一种形式中，连通孔120的整个面积等于再循环管线40的截面面积。
参照图2和图3，多个冷却翅片117形成在进气管110的外周缘中。冷却翅片117可以沿着进气管110的外周缘形成为圆盘状。但本公开不限于所公开的形式，并且冷却翅片117可以形成为另一形状。
冷却翅片117可以形成在连接部分113和下游部分115的外周缘上。当EGR气体处于相对高的温度(例如，大约100-150摄氏度)时以及当流过再循环管线40的湿气接触具有相对低温(例如，大约25摄氏度)的新鲜空气流动的进气管线10时，可易于由冷却翅片117产生冷凝水。
即，由于EGR气体与进气管线10接触的接触面积通过冷却翅片117而增大，所以EGR气体中包含的水分容易被冷凝，因此容易产生冷凝水。
同时，喷射装置200包括：水管线210、布置在水管线210中的水泵220，以及用于将在水管线210中流动的冷凝水喷射到进气歧管12中的喷射器230。
水管线210连接连接管的再循环管130和进气歧管12，停滞在连接管100的再循环管130中的冷凝水在水管线210中流动。
水泵220布置在水管线210中，并且将留存在连接管100的再循环管130中的冷凝水泵送至喷射器230。通常，存在根据驱动区域(例如，高负载区域)未充分形成用于将冷凝水供应至进气歧管12中的负压的情况。
喷射器230将由水泵220泵送的冷凝水喷射到进气歧管12中。即，喷射器230使泵送的冷凝水雾化，并将雾化的冷凝水喷射到进气歧管12中。这样，由喷射器230喷射的冷凝水去除进气歧管12中的碳沉积，并且因此可以抑制或防止异常燃烧，诸如，在燃烧室中产生的爆燃。可改善燃烧稳定性和燃料消耗。
在下文中，将详细描述根据本公开的一种形式的发动机系统的操作。
通过燃烧燃料在发动机20的燃烧室21中产生驱动扭矩，并且废气从燃烧室21排到排气管线30。
在排气管线30中流动的废气的一部分流入再循环管线40中，该再循环管线从排气管线30分支并连接到进气管线10。
在再循环管线40中流动的EGR气体与在进气管线10中流动的新鲜空气混合，并且所混合的气体(EGR气体和新鲜空气)被供应至发动机20的燃烧室21。这时，所混合的气体(EGR气体和新鲜空气)可被涡轮增压器70的压缩机73压缩，并被供应至发动机20的燃烧室21。
同时，与从外部流入的新鲜空气相比，在再循环管线40中流动的EGR气体具有相对高的温度和湿度。换言之，与EGR气体相比，在进气管线10中流动的新鲜空气的温度相对较低。
因此，具有高温高湿的EGR气体通过再循环管线40流入再循环管130，EGR气体接触具有低温的新鲜空气流动的进气管线10，并且产生冷凝水。这时，由于EGR气体与进气管线10接触的接触面积通过冷却翅片117而增大，所以顺利产生冷凝水。
冷凝水留存在再循环管130的下部，并通过水管线210供应至燃烧室21。
当发动机正常运转时，布置在水管线210中的水阀240打开，并且通过燃烧室21中的负压可使冷凝水经由水管线210和进气歧管12供应至燃烧室21。
如果发动机处于空转状态并且冷凝水量很大，则通过喷射装置200将冷凝水喷射到进气歧管12和燃烧室21中。
同时，通过冷凝水的产生使湿度变低的EGR气体通过连通孔120流入进气管110，并且EGR气体与在进气管110中流动的新鲜空气混合。这时，由于连通孔120形成在连接部分113和下游部分115连接的部分(即，新鲜空气的压力最小化的部分)处，EGR气体可顺利流入进气管110。
混合气体(EGR气体和新鲜空气)被涡轮增压器70的压缩机73压缩，并且所压缩的混合气体被供应至燃烧室21。
如上所述，具有高温高湿的EGR气体与冷进气管110接触，并且在具有高温高湿的EGR气体与新鲜空气混合之前，通过冷凝产生冷凝水。因此，能够减小EGR气体的湿度。由于当具有高湿度的EGR气体与新鲜空气混合时产生冷凝水，所以EGR气体的降低的湿度可以抑制或防止部件(诸如，压缩机叶轮)的腐蚀以及压缩机叶轮的损坏。
同时，留存在再循环管130的下部中的冷凝水通过水泵220泵送到喷射器230。
喷射器230雾化所泵送的冷凝水，并将冷凝水喷射到进气歧管12和燃烧室21中。通过喷射器230喷射的冷凝水去除进气歧管12和燃烧室21的碳沉积。
如上所述，由于通过EGR气体和新鲜空气产生的雾化冷凝水被喷射到进气歧管12和燃烧室中，所以能够通过冷凝水抑制或防止部件(诸如，压缩机叶轮)的腐蚀以及压缩机叶轮的损坏。
此外，由于通过EGR气体和新鲜空气产生的冷凝水被喷射器230喷射到进气歧管12和燃烧室21中，所以能够去除进气管线、进气歧管12和燃烧室中的碳沉积，并且因此可以抑制或防止异常燃烧，诸如，燃烧室中的爆燃。
<符号说明>
10：进气管线
12：进气歧管
20：发动机
21：燃烧室
30：排气管线
40：再循环管线
52：EGR阀
54：EGR冷却器
70：涡轮增压器
71：涡轮机
73：压缩机
100：连接管
110：进气管
111：上游部分
113：连接部分
115：下游部分
117：冷却翅片
120：连通孔
130：再循环管
200：喷射装置
210：水管线
220：水泵
230：喷射器
240：水阀
虽然本公开结合目前认为实用的示例性形式进行描述，但可以理解的是，本公开不限于所公开的形式，而相反地，本公开旨在覆盖包含在本公开的精神和范围内的各种变形和等同布置。

Claims (11)

1.一种发动机系统，包括：
发动机，包括通过燃烧燃料产生驱动扭矩的多个燃烧室；
进气管线，新鲜空气通过所述进气管线流动到所述燃烧室中；
进气歧管，被构造成将由所述进气管线供应的新鲜空气分配至所述燃烧室；
排气管线，从所述燃烧室排出的废气在所述排气管线中流动；
再循环管线，从所述排气管线分支并连接到所述进气管线；
连接管，布置在所述再循环管线与所述进气管线连接的部分处；以及
水管线，连接所述连接管和所述进气歧管，其中，冷凝水在所述水管线中流动。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括水阀，所述水阀布置在所述水管线中并选择性地关闭所述水管线。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括喷射装置，所述喷射装置被构造成将在所述连接管处产生的冷凝水喷射到所述发动机的所述燃烧室中。
4.根据权利要求3所述的发动机系统，其中，所述喷射装置包括：
水泵，布置在所述水管线中并泵送在所述连接管处产生的冷凝水；以及
喷射器，被构造成将通过所述水泵泵送的冷凝水喷射到所述进气歧管中。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述连接管包括：
进气管，与所述进气管线连通；以及
再循环管，与所述再循环管线连通，所述再循环管围绕所述进气管的外周缘并与所述进气管连通。
6.根据权利要求5所述的发动机系统，其中
多个连通孔形成在所述进气管中，并且
所述再循环管通过所述连通孔与所述进气管连通。
7.根据权利要求5所述的发动机系统，其中，所述进气管包括：
上游部分，形成为具有一预定直径的圆柱形；
下游部分，形成为具有的直径小于所述上游部分的所述预定直径的圆柱形；以及
连接部分，连接所述上游部分和所述下游部分；
其中，所述连通孔形成在所述连接部分与所述下游部分连接的部分中。
8.根据权利要求7所述的发动机系统，其中，冷却翅片形成于所述连接部分和所述下游部分的外周缘中。
9.根据权利要求5所述的发动机系统，其中，所述连通孔的整个面积等于或大于所述再循环管线的截面面积。
10.根据权利要求5所述的发动机系统，其中，冷却翅片形成在所述进气管的外周缘中。
11.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
涡轮机，布置在所述排气管线处并通过从所述燃烧室排出的废气旋转；以及
压缩机，布置在所述进气管线处，并且所述压缩机与所述涡轮机一起旋转并被构造成压缩新鲜空气。
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