CN108730074A - 排气再循环混合器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及排气再循环混合器。提供用于排气再循环混合器的方法和系统。在一个示例中，混合器可以包括被配置为接收排气和进气的分开的腔室，并且其中排气和进气在混合器的出口中合并。混合器的出口位于混合器的上游表面和下游表面的相交部处。
Description
技术领域
本发明总体涉及排气再循环混合器。
背景技术
在较高的发动机负荷和/或升压的发动机状况期间可能表现出较高的燃烧和排气温度。这些较高的温度可能增加氮氧化物(NOx)排放并且引起发动机和排气系统中的催化剂材料的加速退化。排气再循环(EGR)是减轻这些影响的方法。EGR策略通过用排气稀释进气来减少进气的氧含量。当稀释的空气/排气混合气替代未与排气混合的环境空气被用来支持发动机的燃烧时，表现出更低的燃烧和排气温度。EGR还通过减少节流损失和热损耗来增加汽油发动机的燃料经济性。
在一些示例中，为了实现EGR稀释水平的适当控制并且维持燃烧稳定性，EGR经由EGR混合器利用进气进行均匀化。Vaught等人在U.S.8,056,340中示出了一种示例方法。在其中，环形EGR腔室环形地位于环形突出部周围，所述环形突出部限制进气通道的横截面流动通过面积。EGR腔室被流体地耦接至进气通道的较窄部分，其中真空可以被形成以促进EGR与进气混合。
然而，发明人在此已经认识到此类系统的潜在问题，并且已经设想了解决它们的一系列方法。作为一个示例，部分进气可以流过环形突出部而不与EGR混合。这可能导致差的EGR分配，这可能导致增加的排放和降低的燃烧稳定性。
发明内容
在一个示例中，上面描述的问题可以通过混合器来解决，该混合器包含中空的环形环，所述中空的环形环具有第一腔室和分开的第二腔室，所述第一腔室被流体地耦接至EGR通道，所述第二腔室经由位于下游表面上的进口被流体地耦接至进气通道，并且其中第一腔室和第二腔室被流体地耦接在出口处，所述出口沿着上游表面与下游表面之间的相交部(intersection)在进气通道的限制部(restriction)附近进行设置。以此方式，EGR和进气在流至进气通道之前进行组合。
作为一个示例，出口沿着进气通道的一部分进行设置，其中混合器产生最大限制。以此方式，真空可以通过出口分别从第一腔室和第二腔室抽取EGR和进气并且进入进气通道中。第二腔室被配置为在出口下游的位置处接收气体。因此，未混合的进气(例如，无EGR的进气)和/或进气/EGR混合物可以在流经出口之后循环通过混合器。这可以增加EGR与进气的混合的可能性。因此，EGR到发动机的每个汽缸的分配可以更一致。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出被配置为接收排气再循环的发动机的实施例。
图2示出被布置在进气装置中的排气再循环(EGR)混合器的等距视图。
图3示出EGR混合器的下游到上游视图。
图2-3近似地按比例示出。
图4示出根据图2中所示的切割平面的EGR混合器的截面图。
具体实施方式
以下描述涉及用于排气再循环混合器的系统和方法。排气再循环混合器可以位于发动机进气装置中并且被流体地耦接至EGR通道的出口，如在图1中示出的。混合器是具有弯曲(curved)表面的中空环形环(ring)以便增加排气与进气的混合，如在图2中示出的。混合器可以限制发动机进气装置的一部分，使得在限制中产生真空。混合器关于进气管的中心轴线被对称地间隔开使得开口允许进气流过其中，如在图3中示出的。在图4中示出了进气和排气的示例流动。
图2-4示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触、或直接耦接，那么此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或相邻的元件可以分别是彼此邻近或相邻的。作为一示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，彼此分离且在其间仅有空间而无其他部件的元件可以被如上称呼。作为又一示例，被示出在彼此的上方/下方、彼此的相对侧或彼此的左侧/右侧的元件可以相对于彼此被如上称呼。另外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶部点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底部点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以相对于附图的竖直轴线，并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出在其他元件上方的元件被定位在其他元件的竖直上方。作为又一示例，附图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如环形的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒角的、成角度的等)。另外，在至少一个示例中，被示出彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，被示出在另一元件内或者被示出在另一元件外的元件可以被如上称呼。应认识到，根据制造公差(例如，在1-5％偏差内)，被称为“基本上类似和/或相同”的一个或多个部件彼此不同。
下面的附图描述了一种混合器，其包含中空的环形环，该中空的环形环具有第一腔室和分开的第二腔室，第一腔室被流体地耦接至EGR通道，并且分开的第二腔室经由位于下游表面上的进口被流体地耦接至进气通道，并且其中第一腔室和第二腔室被流体地耦接在出口处，所述出口沿着上游表面与下游表面之间的相交部在进气通道的限制部附近进行设置。恰好存在八个进口和八个出口。上游表面的径向高度相对于进气流方向从相交部沿上游方向减小。下游表面的径向高度相对于进气流方向从相交部沿下游方向减小。
环包含与进气管共面接触的外表面。限制部对应于文氏管通道的文氏管喉部，上游表面对应于文氏管通道的文氏管进口，并且下游表面对应于文氏管通道的文氏管出口，并且其中文氏管通道沿着环的开口进行设置。开口包含平行于排气流方向的中心轴线。混合器被固定在进气通道中。混合器关于进气管的中心轴线对称。
继续图1，示出了示出发动机系统100中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机系统100可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入来控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30可以包括由燃烧室壁32形成的汽缸，活塞36被设置在燃烧室壁32中。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可以经由飞轮耦接至曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由相应的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些示例中，燃烧室30可以包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。
在该示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53均可以包括一个或多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和位置传感器57确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可以由电气门致动控制。例如，汽缸30可以可替代地包括通过电气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器69被示为直接耦接至燃烧室30，以便与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进燃烧室30。以此方式，燃料喷射器69提供到燃烧室30内的所谓的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可以被安装在燃烧室的侧面中或在燃烧室的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以可替代地或附加地包括以如下配置被布置在进气歧管44中的燃料喷射器，该配置提供了到燃烧室30上游的进气道的所谓的燃料进气道喷射。
火花经由火花塞66提供给燃烧室30。点火系统可以进一步包含用于增加供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在其他示例中，诸如柴油发动机，火花塞66可以被省略。
进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，可以由控制器12通过提供给被包括在节气门62内的电动马达或致动器的信号来改变节流板64的位置，这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可以被操作以改变提供到包括在其他发动机汽缸之中的燃烧室30的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于感测进入发动机10的空气量。
排气传感器126被示出为耦接至根据排气流方向在排放控制装置72上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是被配置为提供与排气中存在的氧的量成比例的输出(诸如电压信号)的UEGO。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换为排气空燃比。
排放控制装置72被示为沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。装置72可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、选择性催化还原剂(SCR)、各种其他排放控制装置或其组合。在一些示例中，在发动机10的操作期间，排放控制装置72可以通过使发动机的至少一个汽缸在特定空燃比内操作而周期性地重置。
排气再循环(EGR)系统140可以通过EGR通道152将期望的一部分排气从排气通道48传送至进气歧管44。提供给进气歧管44的EGR量可以由控制器12经由EGR阀144来改变。在一些状况下，EGR系统140可以被用于调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度，因此提供了在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。
混合器68被布置在EGR通道152与进气歧管44之间的相交部处。可替代地，EGR通道152可以向进气通道42传送排气，并且因此混合器68对应地被布置在进气通道42中。混合器68被配置为在排气流入进气歧管44之前从EGR通道152接收排气。换言之，来自EGR通道152的排气直接流入混合器68而不流过任何其他部件。如将在下面更详细地描述的，混合器68限制进气装置的流动通过面积以产生真空。混合器68进一步包含用于接收排气和进气的腔室，所述排气和进气可以通过真空从其相应的腔室中抽取出来并且可以在进气装置中进行混合。
控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理单元102、输入/输出端口104、在该特定示例中作为只读存储器芯片106(例如，非暂时性存储器)示出的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存取器110和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括从质量空气流量传感器120引入的质量空气流量(MAF)的测量；来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118(或其他类型)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号。发动机转速信号可以通过控制器12从曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号还提供进气歧管44中的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，例如有MAF传感器而无MAP传感器，反之亦然。在发动机操作期间，发动机扭矩可以从MAP传感器122的输出和发动机转速来推测。另外，该传感器连同所检测的发动机转速可以是用于估计被引入汽缸中的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可以在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间距脉冲。
存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的非临时性指令，用于执行以下描述的方法以及被预期但未具体列出的其他变体。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机操作。
现在转向图2，它示出了包括进气管204以及被耦接在其中的混合器68的进气装置202的实施例200。因此，先前存在的部件可以在随后的附图中被类似地编号。如图所示，进气管204的一部分被省略，以更清楚地描绘位于其中的混合器68。当在其完整形式下时，进气管204是基本上柱形的。在一个示例中，进气装置202可以基本上类似于图1的进气歧管44。可替代地，进气装置202可以基本上类似于图1的进气通道42。
轴线系统290被示出包含三个轴线，沿水平方向的x轴线、沿竖直方向的y轴线以及沿垂直于x轴线和y轴线两者的方向的z轴线。进气管204的中心轴线295通过虚线来示出。混合器68可以关于中心轴线295对称。进气流的总体方向通过箭头298来描绘。如图所示，进气沿基本上平行于中心轴线295的方向流动。实施例200从相对于进气流方向的上游到下游方向图示了混合器68。
混合器68可以是单个加工件。混合器68可以包括陶瓷材料、金属合金、硅衍生物、或能够抵抗高温同时还减轻进气流所经历的摩擦使得进气流连续的其他合适材料中的一种或多种。附加地或可替代地，混合器68可以包括一种或多种涂层和材料，使得排气可以接触混合器68的表面而在混合器68上不沉积碳烟或其他排气成分。
进气管204是管状的并且被配置为引导进气(例如，环境空气)通过进气装置202。混合器68经由外环形表面206以如下方式与进气管204的内部周界共面接触：气体可以不在外环形表面206与进气管204之间流动。外环形表面206可以经由焊接、粘合剂和/或提供气密性密封的其他合适的耦接手段被耦接至进气管204。在一些实施例中，混合器68可以被强制地滑入到进气装置202内。以此方式，混合器68包含对应地小于进气管204的内部周界的外周界，使得混合器68沿着进气装置202进行设置，同时基本上不允许气体在进气管204与外环形表面206之间流动。
外环形表面206包含等于上游边缘207与下游边缘208之间的距离的宽度。上游边缘207的周界基本上等于下游边缘208的周界。混合器200的第一表面210位于上游边缘207与环形相交部212之间。第二表面220位于环形相交部212与下游边缘208之间。因此，第一内表面210位于相对于进入的进气流的方向(例如，箭头298)的第二内表面220的上游。第一内表面210在本文中可以被称为上游表面210，并且第二内表面220在本文中可以被称为下游表面220。上游210和下游220表面可以在环形相交部212处合并。
在一个示例中，上游边缘207和下游边缘208与进气管204的内部表面齐平(flush)。以此方式，进气管204的内部表面到第一210和第二220表面的过渡是一致且平滑的。
上游表面210和下游表面220从外环形表面206延伸，并且径向地突出到进气装置202中。以此方式，进气装置202的限制从上游边缘207向环形相交部212增加。同样地，进气装置202的限制从下游边缘208向环形相交部212增加。换言之，进气装置202的流动通过面积从上游边缘207向相交部212减小，其中流动通过面积在相交部212处最受限制，并且限制从相交部212向下游边缘208减少。中心进气通道的这种变窄可以产生进气通道内的文氏管通道的内通道(例如，喉部)，如将在下面更详细地描述的。上游210和下游220表面与中心轴线295径向地间隔开。
上游表面210是弯曲的并且沿下游方向与中心轴线295径向减小地间隔开。下游表面220是弯曲的并且沿下游方向与中心轴线295径向增加地间隔开。因此，上游210和下游220是环形的。作为一示例，上游表面210可以向外弯曲，并且下游表面220可以相对于中心轴线295向内弯曲。以此方式，位于上游210表面和下游220表面的合并处的环形相交部212邻近进气装置202的最窄部分。应认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，上游表面210和下游表面220可以类似地被弯曲。
如上面描述的，混合器68是中空的，其中环形腔室位于其中用于接收进气和排气(例如，EGR)。具体地，第一环形腔室被配置为经由下游表面穿孔252接收进气。第二环形腔室被配置为从EGR通道152接收排气。第一和第二环形腔室两者经由环形相交穿孔254分别将进气和排气排至进气装置202。腔室跨越混合器68的整个360度内部，使得气体基本上充满混合器68的整个体积。如图所示，下游表面穿孔252位于相对于进气流方向的环形相交穿孔254的下游。下游表面穿孔252可以沿着通过进气装置202的进气流在共同轴向位置处彼此对齐，环形相交穿孔254也可以如此。
下游表面穿孔252可以允许进气沿多个方向进入混合器68，所述多个方向至少包括倾斜于箭头298的第一方向和垂直于箭头298的第二方向。下游表面穿孔252允许进气沿相对于中心轴线295的径向向外方向以任何速率进入混合器68。进气管204中的切口(cutout)允许EGR通道152将排气排入到混合器68内。不存在位于EGR通道152与混合器68之间的中间部件。因此，排气直接从EGR通道152流至混合器68。排气可以沿相对于中心轴线295的基本上径向向内方向从EGR通道152流至混合器68。除了下游表面穿孔252、环形相交穿孔254和将EGR通道152流体地耦接至混合器68的切口外，混合器68不包含其他进口以及额外的出口。作为一示例，上游表面210和下游表面220是连续的并且是将腔室与进气装置202分开的唯一壁(表面)。因此，上游表面210和下游表面220是不透气流的。
因此，一种排气再循环混合器包含沿着文氏管喉部相交的弯曲上游表面和弯曲下游表面、位于喉部附近的多个出口和位于文氏管出口附近的多个进口、以及EGR出口，所述EGR出口被设置为使EGR沿着喉部的轴线流入第一腔室，所述第一腔室在第二腔室径向外部，所述第二腔室被配置为经由多个进口接收进气，并且其中腔室位于上游表面与下游表面之间。
多个进口包括相对于进气流方向面向下游方向的八个圆形(circular)开口。上游表面在径向高度上从文氏管进口的上游部分向喉部增加，并且其中下游表面在径向高度上从喉部向文氏管出口的下游部分减小。第一腔室与第二腔室流体地分开，除了在将第一和第二腔室流体地耦接至文氏管喉部的管道处。上游表面、下游表面、第一腔室和第二腔室是环形的。不存在其他进口以及额外的出口。
图3示出了混合器68的下游到上游视图300，其与图2中示出的视图相反。混合器68与进气管204的内部表面共面接触。上游表面(例如，上游表面210)在下游到上游视图300中被挡住。示出了包含三个轴线的轴线系统290，沿水平方向的x轴线、沿竖直方向的y轴线以及沿垂直于x和y轴线的方向的z轴线。
混合器68被气密性地密封，并且经由进气管与外环形表面206之间的耦接与进气管204外部的环境大气完全隔绝。混合器200经由一个或多个下游表面穿孔252接收进气。环形相交穿孔254位于下游表面穿孔252的上游。在本文中，环形相交穿孔254可以可互换地被称为出口254，并且下游表面穿孔252可以被称为进口252。
如图所示，混合器68从进气管204朝向进气装置202的中心延伸。混合器68被示出为与进气装置202的中心间隔开，并且因此开口350沿着进气装置202的中心对应于混合器68的位置进行设置。开口350允许进气流过混合器68。在一些示例中，进气可以不间断地流过开口而不与混合器68相互作用。由于上面描述的混合器68的形状，开口的直径在环形相交部212处最小并且在混合器的末端(例如，图1的上游边缘207和下游边缘208)处最大。
出口254和进口252彼此径向地对齐。在一些示例中，进口和出口可以径向地错开。在一个示例中，进口252的开口尺寸可以大于出口254的开口尺寸。在另一示例中，进口252和出口254的开口尺寸基本上相同。由于制造公差，基本上相同可以被定义为进口250的开口尺寸与出口的开口尺寸之间的偏差在1-5％内。
如上面描述的，下游表面220从下游边缘208向上成角度到环形相交部212。因此，进口252相对于进来的进气流的方向成角度。然而，出口254垂直于进气流并且沿着进口252上游的切割平面进行布置。当从混合器68排出的气体与进来的进气以90度角度碰撞时，这可以改善进气的混合，这可以增加通过进气装置202的混合器68下游的部分的气流的总体湍流。进口252面向下游方向，部分地平行且倾斜于进来的进气流。进气可以使其流动方向转弯和/或转向以进入进口。这可以改善混合器68中的进气的涡流和/或湍流，这可以导致EGR与进气的增加的混合。
进口的数量可以基本上等于出口的数量。可替代地，进口和/或出口的数量可以基于开口尺寸而被改变。作为一示例，进口和出口的数量可以是不相等的，但是进口的总开口尺寸可以基本上等于出口的总开口尺寸。总开口尺寸可以通过对进口或出口的个体开口尺寸求和来计算。以此方式，通过进口的流速可以等于通过出口的流速。作为一示例，进口252和出口254可以是椭圆形的(oblong)。在其他示例中，进口252和出口254可以是圆形的、正方形的、菱形的、三角形的、六角形的、或其他合适的形状。
混合器68的第一半径310从进气装置202的中心延伸到环形相交部212。混合器200的第二半径320从进气装置202的中心延伸到下游表面220的对应于进口202的周界。第一半径310短于第二半径320。以此方式，进口252可以从更外的区域(更靠近进气管204)接收气体，并且出口254将气体排至更中心的区域(更靠近进气管204的中心轴线(例如，图2的中心轴线295))。
图4示出了根据图2的切割平面A-A’的侧截面400，描绘了通过混合器68的进气结合EGR流的示例流动。上游方向和下游方向在下面可以相对于与箭头495平行的进气流的大致方向进行描述。
轴线系统490包含两个轴线，沿水平方向的x轴线和沿竖直方向的y轴线。进气管204的中心轴线295经由虚线示出。箭头498指示平行于重力的向下方向。进气装置202包含上游进气通道410和下游进气通道412以及位于其之间的内部通道414(例如，中心进气通道)。如图所示，内部通道414沿着混合器68的开口350进行布置。上游进气通道410位于混合器68的上游和外部，并且下游进气通道412位于混合器68的下游和外部。
混合器68包含位于虚线a与b之间的弯曲的上游表面210、位于线b与c之间的环形相交部212、以及位于线c与d之间的弯曲的下游侧。混合器的径向高度从线a向线b增加。径向高度可以被定义为从进气管204延伸到中心轴线295的混合器68的长度(例如，混合器68进入内部通道414的突出部)。径向高度是基本上恒定的，并且等于在线b与c之间的混合器68的最大径向高度，其中偏差可以在出口254处发生。混合器的径向高度在线c至线d之间减小，其中径向高度从线c向线d减小的速率小于径向高度从线a向线b增加的速率。以此方式，上游表面210具有比下游表面220更大的斜率。
换言之，开口350的直径从线a向线b减小，从线b向线c保持基本上等于开口350的最小直径，并且从线c向线d增加。开口350在线a至线d之间延伸，其中形成了文氏管通道。因此，内部通道414在本文中可以被称为文氏管通道414。文氏管通道414包含位于线a与线b之间的文氏管进口416。因此，线a与b之间的区域在本文中可以被称为文氏管进口416。文氏管通道414进一步包含位于线c与线d之间的文氏管出口420。因此，线c与线d之间的区域在本文中可以被称为文氏管出口420。文氏管通道进一步包含位于线b与线c之间的喉部418，流体地耦接文氏管进口416和文氏管出口420。线b与线c之间的区域可以在本文中可以被称为喉部418。
混合器200的径向高度与文氏管通道414的直径成反比。因此，以分别对应于上游表面210和下游表面220的弯曲部分的方式，文氏管进口416的直径沿下游方向减小，并且文氏管出口420的直径沿下游方向增加。喉部418的直径是文氏管通道414的最小直径。因此，喉部418被设置尺寸以降低排气的压力同时增加流过文氏管通道414的排气的速度，由此经由出口254为混合器68的内部部分提供真空。
以下描述涉及进气和排气在进气装置202和混合器68中的流动。进气通过实线箭头来描绘。排气通过虚线箭头来描绘。真空气流通过未填充的(白色)箭头来示出。
流过进气装置202的进气从上游进气通道410流入开口350中的文氏管通道414。进气流入文氏管进口416，其中排气可以接触上游表面210。在一个示例中，进气管204附近的进气接触上游表面210，其中进气可以沿倾斜于其原始流动路径的多个方向反弹。中心轴线295附近的进气可以不接触上游表面210，其中其流动路径可以不间断，或可以由于在其和与上游表面210碰撞的进气之间发生的碰撞而被改变。
进气在中心轴线295附近从文氏管进口416流至喉部418。喉部418中的进气的压力小于文氏管进口416中的排气的压力。这在出口254附近产生真空，该真空可以被供应给第一环形腔室406和第二环形腔室408。所产生的真空的强度可以基于进气流速和/或发动机负荷。在一些实施例中，真空的强度可以通过朝向混合器200致动可变文氏管装置(未示出)来增加。在一个示例中，可变文氏管装置限制文氏管进口416的流动通过面积，由此增加所产生的真空量。由于与文氏管进口416相比其增加的速度，喉部418中的进气可以流动经过出口254。
当进气从喉部418流至文氏管出口420时，进气可以远离中心轴线295流动。一部分进气可以流过文氏管出口420并且不间断地流入下游进气通道412，而文氏管出口420中的其余部分排气可以流过进口252并且流入第二环形腔室408。通过进口252的进气流可以通过向混合器68供应的真空来促进。流过进口的进气可以以多个角度流动，包括垂直于箭头495的第一角度和倾斜于箭头495的第二角度。进气流方向的这些变化可以增加在第二环形腔室408中产生的混合能力湍流。
排气从EGR通道152不间断地流入第一环形通道406。以此方式，不存在位于EGR通道152与混合器68之间的中间部件。第一环形腔室406中的排气可以流过在中心轴线295上方和下方的混合器68的部分。如在图2中示出的，混合器200是关于进气管204的整个周界连续的。这允许第一环形腔室406中的排气不间断地流过腔室。第二环形腔室408中的进气也可以流过在中心轴线295上方和下方的混合器68的部分。
如图所示，第一环形腔室406位于进气管204附近，并且第二环形腔室408位于中心轴线295附近。第一环形腔室406与第二环形腔室408流体地分开。如图所示，环形表面407将第一406环形腔室和第二408环形腔室分开。如图所示，环形表面407被物理地耦接至上游表面210和下游表面220。环形表面407不透气流。以此方式，进气不进入第一环形腔室406。此外，排气不从第一环形腔室406进入第二环形腔室。
环形表面407包含与出口254对齐的多个切口，使得管道454被形成。管道454被配置为接收来自第一环形腔室406的排气、来自第二环形腔室408的进气、以及来自喉部418的真空。排气和进气可以在流过出口254并流入喉部418之前在管道454中混合。在一个示例中，进气和排气可以以垂直于箭头495的第一角度流过出口254。如图所示，针对出口254中的每个出口，存在管道454中的至少一个管道。
流过出口254的进气和排气可以与喉部418中的中心轴线295附近的未混合的进气合并。因此，排气被稀释并且在文氏管喉部418中被分散到更多的进气中。排气和进气流入文氏管出口420，其中进气和排气可以经由下游进气通道412流至发动机(例如，图1的发动机10)或经由进口452流入混合器68。以此方式，相比于不包括混合器的进气装置，EGR(排气)被更均匀地分配到发动机的每个汽缸。
因此，一种用于使排气和进气混合的方法包含，使EGR流入混合器的第一环形腔室，使进气流入混合器的第二环形腔室，第二环形腔室与第一腔室流体地分开，以及在混合器的管道中使EGR和进气进行组合，所述管道被流体地耦接至进气通道的限制部分。第二环形腔室经由相对于进气流方向面向下游的多个进口被流体地耦接至进气通道。在流至进气通道之前，EGR流过第一环形腔室和管道。该方法进一步包括使EGR和进气流至车辆的内燃发动机。
以此方式，排气再循环混合器被配置为经由两个分开的腔室接收排气和进气。随着进气流过由混合器产生的限制部，进气和排气从腔室中流出来。使进气和排气流入两个分开的腔室的技术效果是增加当排气和进气在混合器的出口中碰撞时产生的混合和湍流。通过这样做，在发动机EGR需求状况期间保持燃烧稳定性和排放减少。
因此，一种混合器的实施例，该混合器包含中空的环形环，所述中空的环形环具有第一腔室和分开的第二腔室，第一腔室被流体地耦接至EGR通道，并且分开的第二腔室经由位于下游表面上的进口被流体地耦接至进气通道，并且其中第一和第二腔室被流体地耦接在出口处，所述出口沿着上游表面与下游表面之间的相交部在进气通道的限制部附近进行设置。混合器的第一示例进一步包括其中恰好存在八个进口和八个出口。混合器的第二示例可选地包括第一示例，进一步包括，其中上游表面的径向高度相对于进气流方向从相交部沿上游方向减小。混合器的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，进一步包括，其中下游表面的径向高度相对于进气流方向从相交部沿下游方向减小。混合器的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，进一步包括其中环包含与进气管共面接触的外表面。混合器的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，进一步包括，其中限制部对应于文氏管通道的文氏管喉部，上游表面对应于文氏管通道的文氏管进口，并且下游表面对应于文氏管通道的文氏管出口，并且其中文氏管通道沿着环的开口进行设置。混合器的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，进一步包括其中开口包含平行于排气流方向的中心轴线。混合器的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，进一步包括其中混合器被固定在进气通道中。混合器的第八示例可选地包括第一至第七示例中的一个或多个，进一步包括其中混合器关于进气管的中心轴线对称。
一种方法的实施例包含，使EGR流入混合器的第一环形腔室，使进气流入混合器的第二环形腔室，第二环形腔室与第一腔室流体地分开，以及在混合器的管道中组合EGR和进气，所述管道被流体地耦接至进气通道的限制部分。该方法的第一示例，其中第二环形腔室经由相对于进气流方向面向下游的多个进口被流体地耦接至进气通道。方法的第二示例可选地包括第一示例，进一步包括其中在EGR流至进气通道之前，EGR流过第一环形腔室和管道。该方法的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，进一步包括使EGR和进气流至车辆的内燃发动机。
一种排气再循环(EGR)混合器，其包含沿着文氏管喉部相交的弯曲上游表面和弯曲下游表面、位于喉部附近的多个出口和位于文氏管出口附近的多个进口、以及EGR出口，所述EGR出口被设置以使EGR沿着喉部的轴线流入第一腔室，所述第一腔室在第二腔室径向外部，所述第二腔室被配置为经由所述多个进口接收进气，并且其中腔室位于上游表面与下游表面之间。EGR混合器的第一示例进一步包括，其中多个进口包括相对于进气流方向面向下游方向的八个圆形开口。EGR混合器的第二示例可选地包括第一示例，进一步包括，其中上游表面在径向高度上从文氏管进口的上游部分向喉部增加，并且其中下游表面在径向高度上从喉部向文氏管出口的下游部分减小。EGR混合器的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，进一步包括，其中除了在将第一和第二腔室流体地耦接至文氏管喉部的管道处，第一腔室与第二腔室流体地分开。EGR混合器的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，进一步包括，其中管道是多个管道中的一个管道，并且其中管道的数量等于出口的数量。EGR混合器的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，上游表面、下游表面、第一腔室和第二腔室是环形的。EGR混合器的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，不存在其他进口和额外的出口。
注意，图4示出了指示哪里存在用于气体流动的空间的箭头，并且装置壁的实线示出了其中由于缺少由装置壁产生的从一点跨越到另一点的流体连通，流动被阻挡并且连通是不可能的。壁产生区域之间的分开，除了允许所描述的流体连通的壁中的开口。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和配置和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
本申请的权利要求具体地指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在该申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。
Claims (14)
1.一种混合器，其包含：
中空的环形环，所述中空的环形环具有第一腔室和分开的第二腔室，所述第一腔室被流体地耦接至EGR通道，所述第二腔室经由位于下游表面上的进口被流体地耦接至进气通道，并且其中所述第一腔室和所述第二腔室被流体地耦接在出口处，所述出口沿着上游表面与所述下游表面之间的相交部在进气通道的限制部附近进行设置。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中恰好存在八个进口和八个出口。
3.根据权利要求2所述的混合器，其中不存在其他进口和额外的出口。
4.根据权利要求1所述的混合器，其中所述上游表面的径向高度相对于进气流方向从所述相交部沿上游方向减小。
5.根据权利要求1所述的混合器，其中所述下游表面的径向高度相对于进气流方向从所述相交部沿下游方向减小。
6.根据权利要求1所述的混合器，其中所述环包含与进气管共面接触的外表面。
7.根据权利要求1所述的混合器，其中所述限制部对应于文氏管通道的文氏管喉部，所述上游表面对应于所述文氏管通道的文氏管进口，并且所述下游表面对应于所述文氏管通道的文氏管出口，并且其中所述文氏管通道沿着所述环的开口进行设置。
8.根据权利要求7所述的混合器，其中所述开口包含平行于排气流方向的中心轴线。
9.根据权利要求1所述的混合器，其中所述混合器被固定在所述进气通道中。
10.根据权利要求1所述的混合器，其中所述混合器关于进气管的中心轴线对称。
11.一种方法，其包含：
使EGR流入混合器的第一环形腔室；
使进气流入所述混合器的第二环形腔室，所述第二环形腔室与所述第一腔室流体地分开；以及
在所述混合器的管道中组合所述EGR和进气，所述管道被流体地耦接至进气通道的限制部分。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二环形腔室经由相对于进气流方向面向下游的多个进口被流体地耦接至所述进气通道。
13.根据权利要求11所述的方法，其中EGR在流至所述进气通道之前流过所述第一环形腔室和所述管道。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含使所述EGR和进气流至车辆的内燃发动机。
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