CN109707543A - 一种车辆、进气系统及其进气混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进气混合装置，包括：用以提供空气的空气管道；用以提供废气的废气管道；与所述空气管道和所述废气管道相连、用以供空气和废气混合为混合气体的混合管道；其中，所述废气管道的出气端位于所述混合管道内；与所述混合管道的出气端相连、用以将混合气体输送至发动机的进气歧管。上述进气混合装置用以降低空气的压力，使废气能够在新的压强差的作用下进入混合管道并与空气混合，解决了气缸内燃烧温度高以及氮氧化物排放量过大问题。此外，本发明还公开了一种包括上述进气混合装置的进气系统以及一种包括上述进气系统的车辆。

Description

一种车辆、进气系统及其进气混合装置

技术领域

本发明涉及发动机进气技术领域，特别是涉及一种进气混合装置。此外，本发明还涉及一种包括上述进气混合装置的进气系统以及一种包括上述进气系统的车辆。

背景技术

重型卡车，主要是指重型货车和半挂牵引车，比如我们日常生活中常见的洒水车、消防车、油罐车和货运车。

目前，随着重型卡车制造业的发展，为了满足高爆压和各种排放的要求，重型卡车的发动机利用排气再循环技术(EGR，Exhaust Gas Recirculation)来降低尾气中的氮氧化物和气缸内的燃烧反应温度，其中，排气再循环技术具体是指将发动机气缸反应生成的废气与空气混合并再次燃烧的技术。然而，空气在混合管道内流动时具有较高的压强和流速，废气管道内废气的压强较小，在这种压强差的作用下，导致废气管道内的废气难以进入混合管道与空气混合、并进入气缸内进行燃烧反应，进而无法降低尾气中氮氧化物的量和气缸内的燃烧温度。

因此，如何使废气能够与空气混合并进入气缸内是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种进气混合装置，该进气混合装置用以降低空气的压强，使废气能够在新的压强差的作用下进入混合管道并与空气混合，解决了气缸内燃烧温度高以及氮氧化物排放量过大问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述进气混合装置的进气系统以及一种包括上述进气系统的车辆。

为实现上述目的，本发明提供一种进气混合装置，包括：用以提供空气的空气管道；用以提供废气的废气管道；与所述空气管道和所述废气管道相连、用以供空气和废气混合为混合气体的混合管道；其中，所述废气管道的出气端位于所述混合管道内；与所述混合管道的出气端相连、用以将混合气体输送至发动机的进气歧管。

优选地，所述废气管道的出气端的端口垂直于所述混合管道内空气的流动方向。

优选地，所述空气管道的进气端设有用以测量空气流量的测流管；其中，所述测流管内设有用以测量空气的压力、流量和质量的PFM传感器；所述测流管的出气端设有用以控制空气的进气量的空气阀门。

优选地，所述测流管包括沿空气流动方向依次设置的进气通道、测量通道和出气通道；其中，所述进气通道和所述出气通道的截面积均大于所述测量通道的截面积；所述PFM传感器设于所述测量通道。

优选地，还包括：用以冷却废气的冷却器；其中，所述冷却器的出气端与所述废气管道的进气端相连；设于所述冷却器的进气端、用以控制废气的进气量的废气阀门。

优选地，所述混合管道和所述进气歧管之间设有用以改变混合气体流向的进气弯管；其中，所述进气弯管的出气端设有用以将混合气体分流的分流筋。

优选地，所述进气弯管设有用以检测混合气体的压力和温度的压力温度传感器。

优选地，所述进气歧管包括：与所述进气弯管的出气端相连的进气口；多个用以与发动机的全部气缸相连的出气口；设于所述进气口和多个所述出气口之间、用以供混合气体流动的气体分配通道；其中，所述进气口位于所述气体分配通道的中间位置。

相对于上述背景技术，本发明提供的进气混合装置通过将废气管道的出气端设于混合管道内来降低混合管道内位于废气管道出气端附近空气的压强。具体来说，废气管道在混合管道内并在废气管道的出气端处减小了空气的流通截面的面积，进而使空气的流速增大，相应地降低了空气的压强，并使空气的压强值低于废气管道内废气的压强值，使得废气在压强差的作用下进入混合管道并与空气混合。

本发明还提供一种进气系统，包括：用以过滤空气的空气滤清器；具有多个气缸、用以供混合气体与燃料燃烧并输出动力的发动机；与所述空气滤清器和所述发动机均相连、如上述任一项所述的进气混合装置；与所述进气混合装置相连、用以提供废气的排气歧管。

本发明还提供一种车辆，包括如上所述的进气系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种进气混合装置的结构示意图；

图2为图1中混合管道的剖视图；

图3为图1中进气歧管的剖视图；

其中，

1-混合管道、2-空气管道、3-废气管道、31-支撑架、4-进气歧管、41-进气口、42-气体分配通道、43-出气口、5-测流管、51-进气通道、52-测量通道、53-出气通道、6-PFM传感器、7-空气阀门、8-冷却器、9-废气阀门、10-进气弯管、101-分流筋、102-压力温度传感器。

此外，上述附图中未进行标注的箭头代表气体的流动方向。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的一种进气混合装置的结构示意图；图2为图1中混合管道的剖视图；图3为图1中进气歧管的剖视图。

本发明所提供的一种进气混合装置，如图1至图3所示，该进气混合装置包括：用以提供空气的空气管道2；用以提供废气的废气管道3；与空气管道2和废气管道3相连、用以供空气和废气混合为混合气体的混合管道1；其中，废气管道3的出气端位于混合管道1内；空气管道2的出气端与混合管道1的进气端相连；与混合管道1的出气端相连、用以将混合气体输送至发动机的进气歧管4。具体来说，将废气管道3从混合管道1的侧壁插入混合管道1内，并在混合管道1和废气管道3的连接处优选通过焊接密封，以减小混合管道1在废气管道3出气端处的流通面积，并且进入混合管道1内空气的量没有发生变化，使得空气在废气管道3出气端的位置增加了流动速度，根据伯努利方程可知，流体的动能、重力势能以及压力势能的和为常数，在废气管道3附近，空气流动的重力势能变化忽略不计，由于空气的流速增大，空气的动能增大，则空气的压力势能会减小，进而空气的压强值会相应地降低，使得在废气管道3出气端的位置空气的压强值小于废气管道3内废气的压强值，使得废气能够在压强差的作用下进入混合管道1内，并与空气充分地混合，进而达到降低发动机的气缸内的燃烧温度和氮氧化物含量的目的。

需要说明的是，上述废气管道3插进混合管道1的程度(也即混合管道1在废气管道3出气端处被阻挡的面积)应根据废气管道3的大小以及混合管道1截面积的大小等实际情况而定，只要能够保证混合管道1内的空气在废气管道3出气端处的压强值低于废气管道3内废气的压强值即可；上述混合管道1和空气管道2是同一个管道的两个部分，由于整个管道的一部分用于供空气流动，另一部分用于供空气和废气混合，因此，为了说明方便将该管道分为混合管道1和空气管道2，实际上混合管道1和空气管道2为一体设置。

为了减小废气在进入混合管道1时对原空气流场的扰动，如图2所示，上述废气管道3的出气端的端口所在的平面优选垂直于混合管道1内空气的流动方向。具体来说，当废气管道3内的废气在压力差的作用下被“吸”入混合管道1时，若废气的流动方向与空气在废气管道3出气端附近的流动方向不一致，则会消耗混合气体的能量，进而使混合气体的流速降低；由于将废气管道3出气端的端口截面设置为垂直于空气在废气管道3出气端附近流动方向，则当废气从废气管道3内被“吸”出时，废气的流动方向与空气的流动方向一致，进而减小了对混合管道1内流场的影响，以尽可能地避免混合气体在流动过程中的能量损失。需要说明的是，在废气从废气管道3内流出的过程中，废气的流速方向垂直于废气管道3出气端的端口截面。

为了精确地测量空气的进气量，如图1和图2所示，空气管道2的进气端设有用以测量空气流量的测流管5；其中，测流管5内设有用以测量空气的压强、流量和质量的PFM传感器6；测流管5的出气端设有用以控制空气的进气量的空气阀门7。在空气进入混合管道1之前，需要通过PFM传感器6对空气的流量进行检测，以便于控制发动机气缸内的燃烧情况。需要说明的是，上述测流管5的进气端用以连接空气滤清器，通过该空气滤清器先将空气中的杂质过滤掉，再将清洁的空气通入混合管道1中；上述PFM传感器6是指压力流量质量(PFM，Pressure Flow Mass)传感器，用于检测流体的压强、流量和质量，也即如有需要，还可以对测流管5内测点处的空气的压强和质量进行测量，其中，所谓“测点处”是指设置PFM传感器6的位置。

需要说明的是，上述空气阀门7的开启程度应根据发动机所需要输出的动力进行调整，以保证空气的进气量满足气缸内进行燃烧的相应要求。

作为优选，如图1和图2所示，上述测流管5包括沿空气流动方向依次设置的进气通道51、测量通道52和出气通道53；其中，进气通道51和出气通道53的截面积均大于测量通道52的截面积；PFM传感器6设于测量通道52。沿空气流动的方向，测流管5的流通截面积先减小再增加，也即将测流管5设计为能够测量流体流量的文丘里管，通过将PFM传感器6设于测量通道52(也即文丘里管的喉部)来精确地检测空气的压力、流量和质量，以便于准确地调整混合气体中空气的比例，进而有利于控制气缸内的燃烧情况。

如图1所示，本进气混合装置还包括：用以冷却废气的冷却器8；其中，冷却器8的出气端与废气管道3的进气端相连；设于冷却器8的进气端、用以控制废气的进气量的废气阀门9。在气缸燃烧混合空气和燃料后会产生废气并将废气排放至排气歧管中，废气阀门9通过一个管道与排气歧管相连，使排气歧管内的一部分废气经过冷却器8进入废气管道3内，其中，“废气”是指经过发动机的气缸燃烧后生成的气体。由于废气的温度较高，若直接将废气与空气混合，则会提高混合气体的初始温度，进而会使发动机气缸内的反应温度过高，这样会使发动机无法适应高爆压的要求，因此通过冷却器8将废气冷却，降低混合气体的初始温度，以降低发动机的气缸内的反应温度，进而避免气缸内的压力高于其能够承受的最大值，并相应地提高了发动机的使用寿命。

需要说明的是，上述废气阀门9的开启程度应根据发动机所需要输出的动力进行调整，也即通过控制废气阀门9的开启程度调整废气的流量，以保证废气的进气量满足气缸内进行燃烧的相应要求。

可以理解的是，空气阀门7的调整趋势应与废气阀门9的调整趋势相反，也就是说，在需要增大发动机的输出功率时，开大空气阀门7并关小废气阀门9，以提高混合气体中空气的比例，进而提高气缸内的燃烧温度；在需要减小发动机的输出功率时，关小空气阀门7并开大废气阀门9，以提高混合气体中废气的比例，进而降低气缸内的燃烧温度。

为了实现冷却器8与混合管道1的连通，需要将废气管道3设计得较长，这样在废气管道3输送废气的过程中很容易产生振动，为了避免废气管道3振动，如图1和图2所示，在废气管道3的中间部分设置有支撑架31，并优选将支撑架31固定于发动机的缸盖，通过支撑架31支撑废气管道3以避免废气管道3产生振动，提高了本进气混合装置的使用寿命，其中，支撑架31的数目本文并不做出具体限定，只要能够避免废气管道3产生振动即可。

如图1至图3所示，为了使混合气体整体的流速均匀，混合管道1的出气端和进气歧管4的进气端之间设有用以改变气体流向的进气弯管10；其中，进气弯管10的出气端设有用以将混合气体分流的分流筋101。由于混合管道1出气端的朝向和进气歧管4进气端的朝向不同，因此通过设置进气弯管10改变混合气体的流动方向，使混合气体能够从混合管道1进入进气歧管4内。

在进入进气歧管4之前混合气体的流动速度不均匀，也即位置越靠近进气弯管10的管壁的混合气体的流速越低，位置越靠近进气弯管10的管道中央的混合气体的流速越高。若让这种流速分布不均匀的混合气体进入进气歧管4，则发动机的每个气缸的进气量会明显不同，这将会导致发动机工作不平稳。因此，如图2和图3所示，通过在进气弯管10内设置分流筋101对混合气体进行分流，其中，位置靠近分流筋101或进气弯管10的管壁的混合气体的流速越低，距离分流筋101和进气弯管10的管壁越远的混合气体的流速越高，但是通过设置分流筋101能够减小混合气体的最大流速差，使混合气体能够更加平均地被分配至发动机的每一个气缸内。

需要说明的是，上述最大流速差是指混合气体流速最大部分的流速与混合气体平均流速的差，若最大流速差越小，则发动机的每一个气缸所分配得的混合气体的量越近似相同，发动机的工作越平稳；上述分流筋101优选设置两个，并将混合气体分成三股气流并流入至进气歧管4内，其中，分流筋101的数目越多，则混合气体的最大流速差越小，但是会相应地增加混合气体的动力损失，因此，分流筋101的数目应根据混合气体的动力损失和混合气体分配的平均性等实际情况而定。其中，最大流速差仅用于表示进气弯管10内混合气体流速的均匀情况，基于上述思想，最大流速差可以用其他能够反映进气弯管10内混合气体流速分布是否均匀的物理参量来代替。

如图1和图2所示，为了得出实际进入进气歧管4的混合气体的质量，进气弯管10设有用以检测混合气体的压强和温度的压力温度传感器102。具体来说，根据理想气体状态方程可知，一定量的混合气体的质量与混合气体的压强呈正比，并与混合气体的温度呈反比，并且混合气体中空气和废气的比例能够测得，因此，根据上述空气和废气的比例可以得出上述关系式的比例系数，并且在实际情况下，空气和废气并非处于理想状态，因此可以根据空气和废气的温度等物理参数得出上述关系式的修正系数，进而通过检测混合气体的压强和温度能够得出实际进入进气歧管4内的混合气体的质量，以便于控制发动机的气缸内的燃烧情况。

如图3所示，上述进气歧管4包括：与进气弯管10的出气端相连的进气口41；多个用以与发动机的全部气缸相连的出气口43；设于进气口41和出气口43之间、用以供混合气体流动的气体分配通道42；其中，进气口41位于气体分配通道42的中间位置。具体来说，混合气体从进气口41进入气体分配通道42内并从多个出气口43进入发动机的全部气缸内，其中，出气口43的数目与气缸的数目相同。相比于将进气口41设于进气管道的端部，由于进气口41位于进气管道的中间位置，使多个出气口43按照数量被平分为两部分，进而使混合气体在气体分配通道42内沿两个相反的方向运动，以尽量使发动机的每一个气缸获取混合气体的量相近甚至相等，进而提高发动机工作的稳定性。

本发明所提供的一种进气系统，包括：用以过滤空气的空气滤清器；具有多个气缸、用以供混合气体与燃料燃烧并输出动力的发动机；与空气滤清器和发动机均相连、如上所述的进气混合装置；与进气混合装置相连、用以提供废气的排气歧管。其中，空气滤清器、发动机以及排气歧管如何与进气混合装置连接在上文已有介绍，此处不再赘述。

上述空气滤清器、发动机、气缸、排气歧管以及进气系统的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

本发明所提供的一种车辆，包括如上所述的进气系统。车辆的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的车辆、进气系统及其进气混合装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种进气混合装置，其特征在于，包括：

用以提供空气的空气管道(2)；

用以提供废气的废气管道(3)；

与所述空气管道(2)和所述废气管道(3)相连、用以供空气和废气混合为混合气体的混合管道(1)；其中，所述废气管道(3)的出气端位于所述混合管道(1)内；

与所述混合管道(1)的出气端相连、用以将混合气体输送至发动机的进气歧管(4)。

2.根据权利要求1所述的进气混合装置，其特征在于，所述废气管道(3)的出气端的端口垂直于所述混合管道(1)内空气的流动方向。

3.根据权利要求1所述的进气混合装置，其特征在于，

所述空气管道(2)的进气端设有用以测量空气流量的测流管(5)；其中，所述测流管(5)内设有用以测量空气的压力、流量和质量的PFM传感器(6)；

所述测流管(5)的出气端设有用以控制空气的进气量的空气阀门(7)。

4.根据权利要求3所述的进气混合装置，其特征在于，所述测流管(5)包括沿空气流动方向依次设置的进气通道(51)、测量通道(52)和出气通道(53)；其中，所述进气通道(51)和所述出气通道(53)的截面积均大于所述测量通道(52)的截面积；所述PFM传感器(6)设于所述测量通道(52)。

5.根据权利要求4所述的进气混合装置，其特征在于，还包括：

用以冷却废气的冷却器(8)；其中，所述冷却器(8)的出气端与所述废气管道(3)的进气端相连；

设于所述冷却器(8)的进气端、用以控制废气的进气量的废气阀门(9)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的进气混合装置，其特征在于，所述混合管道(1)和所述进气歧管(4)之间设有用以改变混合气体流向的进气弯管(10)；其中，所述进气弯管(10)的出气端设有用以将混合气体分流的分流筋(101)。

7.根据权利要求6所述的进气混合装置，其特征在于，所述进气弯管(10)设有用以检测混合气体的压力和温度的压力温度传感器(102)。

8.根据权利要求7所述的进气混合装置，其特征在于，所述进气歧管(4)包括：

与所述进气弯管(10)的出气端相连的进气口(41)；

多个用以与发动机的全部气缸相连的出气口(43)；

设于所述进气口(41)和多个所述出气口(43)之间、用以供混合气体流动的气体分配通道(42)；

其中，所述进气口(41)位于所述气体分配通道(42)的中间位置。

9.一种进气系统，其特征在于，包括：

用以过滤空气的空气滤清器；

具有多个气缸、用以供混合气体与燃料燃烧并输出动力的发动机；

与所述空气滤清器和所述发动机均相连、如权利要求1至8任一项所述的进气混合装置；

与所述进气混合装置相连、用以提供废气的排气歧管。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的进气系统。