CN111140407B - Egr混合器及发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EGR混合器及发动机，其中EGR混合器包括进气总管、EGR引入管和第二混合器，EGR引入管与进气总管连接形成第一混合器，第二混合器安装在进气总管上，且位于第一混合器下游。发动机工作时，废气通过EGR引入管进入进气总管，空气通过进气总管的进气口进入在第一混合器位置进行一次混合，混合后的气体流经第二混合器位置时进行二次混合，混合后气体进入气缸内部。在本申请提供的EGR混合器中，气体通过第一混合器进行一次混合，混合后的气体在进气总管内进行二次混合，因此，即气体在进入气缸前进行二次混合，因此，本申请提供的EGR混合器的混合效果提高。
Description
技术领域
本发明涉及发动机进气混合技术领域，特别涉及一种EGR混合器。本发明还涉及一种包括上述EGR混合器的发动机。
背景技术
EGR混合器是内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术，主要目的为降低排出气体中的氮氧化物与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。
传统的EGR混合器包括进气总管及与进气总管连接的EGR引入管，在EGR引入管与进气总管连接处形成混合器，实现废气与空气混合。经过混合后的气体通过进气总管出气口进入气缸内部。
传统的混合器分为环绕式EGR混合器，另一类是插入式EGR混合器。环绕式EGR混合器，周向壁面EGR率偏高，轴线核心区域EGR率偏低；而插入式EGR混合器，核心处EGR率偏高，周向EGR率偏低，使得进入气缸时气体混合效果较差。
因此，如何提高EGR混合器的混合效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种EGR混合器，该EGR混合器的混合效果提高。本发明的另一目的是提供一种包括上述EGR混合器的发动机。
为实现上述目的，本发明提供一种EGR混合器，包括进气总管及与所述进气总管连接形成第一混合器的EGR引入管，还包括安装在所述进气总管上，且位于所述第一混合器下游的第二混合器。
优选地，所述第二混合器包括位于所述进气总管内部的进气隔板，所述进气隔板上设有第一通气孔。
优选地，所述第二混合器还包括弹性复位件、第一进气管及套设于所述第一进气管内部的第二进气管，所述第一进气管的进气端设有第二通气孔，所述第二进气管的进气端设有第三通气孔，所述弹性复位件处于压缩状态，用于推动所述第二进气管的进气端向靠近所述第一进气管的进气端移动；
在自然状态下，所述第二进气管的进气端外壁与所述第一进气管的进气端内壁贴合，所述第二通气孔和所述第三通气孔部分重合或完全隔离。
优选地，所述第一进气管的进气端和所述第二进气管的进气端均为向进气方向外凸的球形端面，所述第一进气管为U型管，所述第二进气管为半球形管。
优选地，所述第一进气管的出气端周向设有固定环，所述弹性复位件一端与所述固定环连接，另一端与所述第二进气管的出气端连接。
优选地，所述进气隔板套设在所述第一进气管外侧，且所述第一通气孔绕所述第一进气管周向设置，所述进气隔板与所述第一进气管固定连接。
优选地，所述第二混合器还包括固定管，所述固定管套设在所述进气隔板外侧，所述固定管的内部设有用于定位所述进气隔板的定位凸起。
优选地，所述固定管安装于所述进气总管出气位置，且所述固定管的出气端与气缸连接。
优选地，所述第一混合器为环绕式混合器或斜插管式混合器。
一种发动机，包括EGR混合器，所述EGR混合器为上述任一项所述的EGR混合器。
在上述技术方案中，本发明提供的EGR混合器包括进气总管、EGR引入管和第二混合器，EGR引入管与进气总管连接形成第一混合器的，第二混合器安装在进气总管上，且位于第一混合器下游。发动机工作时，废气通过EGR引入管进入进气总管，空气通过进气总管的进气口进入在第一混合器位置进行一次混合，混合后的气体流经第二混合器位置时进行二次混合，混合后气体进入气缸内部。
通过上述描述可知，在本申请提供的EGR混合器中，气体通过第一混合器进行一次混合，混合后的气体在进气总管内进行二次混合，因此，即气体在进入气缸前进行二次混合，因此，本申请提供的EGR混合器的混合效果提高。
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为本发明实施例所提供的EGR混合器的安装位置图的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的第二混合器的轴测图；
图3为本发明实施例所提供的第二混合器处于低速小流量时的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的第二混合器处于高速大流量时的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的定位凸起的安装位置图；
图6为本发明实施例所提供的环形卡槽的安装位置图；
图7为本发明实施例所提供的固定环的安装位置图；
图8为传统的EGR混合器中进气总管出气端的EGR截面均匀性分布图；
图9为本发明的EGR混合器中进气总管出气端的EGR截面均匀性分布图。
其中图1-7中：
1、第二混合器；1-1、第一进气管；1-1-1、第二通气孔；1-1-2、环形卡槽；1-2、固定管；1-2-1、定位凸起；1-3、进气隔板；1-3-1、第一通气孔；1-4、弹性复位件；1-5、第二进气管；1-5-1、第三通气孔；1-6、固定环；
2、进气总管；3、EGR引入管；4、气缸。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种EGR混合器，该EGR混合器的混合效果提高。本发明的另一核心是提供一种包括上述EGR混合器的发动机。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图9。
在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的EGR混合器包括进气总管2、EGR引入管3和第二混合器1，EGR引入管3与进气总管2连接形成第一混合器的，第二混合器1安装在进气总管2上，且位于第一混合器下游。
发动机工作时，废气通过EGR引入管3进入进气总管2，空气通过进气总管2的进气口进入在第一混合器位置进行一次混合，混合后的气体流经第二混合器1位置时进行二次混合，混合后气体进入气缸4内部。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的EGR混合器中，气体通过第一混合器进行一次混合，混合后的气体在进气总管2内进行二次混合，因此，即气体在进入气缸4前进行二次混合，因此，本申请提供的EGR混合器的混合效果提高。
在一种具体实施方式中，第二混合器1包括位于进气总管2内部的进气隔板1-3，进气隔板1-3上设有第一通气孔1-3-1。具体的，进气隔板1-3可以直接固定于进气总管2内部，进气隔板1-3的侧部与进气总管2的内壁固定连接，第一通气孔1-3-1可以均匀分布于进气隔板1-3上。
进一步，第二混合器1还包括弹性复位件1-4、第一进气管1-1及套设于第一进气管1-1内部的第二进气管1-5，第一进气管1-1的进气端设有第二通气孔1-1-1，第二进气管1-5的进气端设有第三通气孔1-5-1，弹性复位件1-4处于压缩状态，用于推动第二进气管1-5的进气端向靠近第一进气管1-1的进气端移动。第二通气孔1-1-1和第三通气孔1-5-1可以为结构相同的孔或者结构不同的孔，优选，第一通气孔1-3-1和/或第二通气孔1-1-1和/或第三通气孔1-5-1为圆柱形通气孔。
在自然状态下，第二进气管1-5的进气端外壁与第一进气管1-1的进气端内壁贴合，第二通气孔1-1-1和第三通气孔1-5-1部分重合或完全隔离，其中完全隔离为第一进气管1-1和第二进气管1-5的进气端贴合时，第三通气孔1-5-1与第一进气管的进气端内壁贴合，第二通气孔1-1-1与第二进气管1-5的进气端外壁贴合。具体的，自然状态为，发动机处于非进气状态。
优选，弹性复位件1-4为弹簧。
具体的，第一进气管1-1的进气端和第二进气管1-5的进气端均为平面结果，可以为第一进气管1-1的进气端和第二进气管1-5的进气端均为向进气方向外凸的弧形端面。
优选的，第一进气管1-1的进气端和第二进气管1-5的进气端均为向进气方向外凸的球形端面，第一进气管1-1为U型管，第二进气管1-5为半球形管。为了提高混合效果，优选，第二通气孔1-1-1和第三通气孔1-5-1半球形管的径向方向设置。
为了便于安装弹性复位件1-4，优选，第一进气管1-1的出气端周向设有固定环1-6，弹性复位件1-4一端与固定环1-6连接，另一端与第二进气管1-5的出气端连接。优选，固定环1-6过盈配合安装于第一进气管1-1上。具体的，固定环1-6为圆环结构，第一进气管1-1的出气端为圆管，固定环1-6的内周延伸至第一进气管1-1的出气端内部形成弹性复位件1-4安装面。
在一种具体实施方式中，进气隔板1-3套设在第一进气管1-1外侧，且第一通气孔1-3-1绕第一进气管1-1周向设置，进气隔板1-3与第一进气管1-1固定连接。优选的，第一进气管1-1的外壁设有用于卡接进气隔板1-3的环形卡槽1-1-2，进气隔板1-3可以为剖分式结构，安装于换型卡槽内。由于本申请在低速小流量时，气流从外侧周向走，因流通面积小，流速加快保证了混合效果；高速大流量时，气流冲开第二进气管1-5，同时走外侧周向和中间位置，流通面积增大，减小压损。即可使低速小流量工况下新鲜空气与EGR气体的混合效果佳、高速大流量工况下混合气的压损小。
在一种具体实施方式中，第二混合器1还包括固定管1-2，固定管1-2套设在进气隔板1-3外侧，固定管1-2的内部设有用于定位进气隔板1-3的定位凸起1-2-1。
在组装第二混合器1时，由于固定管1-2内壁上设计有定位凸起1-2-1，首先将进气隔板1-3装配至固定管1-2内，装配到位后固定管1-2和进气隔板1-3通过焊接连接。然后将第二进气管1-5装入第一进气管1-1后装配弹性复位件1-4，再将固定环1-6通过过盈配合装配至第一进气管1-1外壁上；第一进气管1-1外壁上设计环形卡槽1-1-2，最后将第一进气管1-1通过环形卡槽1-1-2装配至进气隔板1-3。在低速小流量工况下，气流流通域如图3所示，气流从外侧周向走，气流通过隔板上的加速孔加速，气流流速加快保证了混合效果；高速大流量时，气流流通域如图4所示，在高速气流推力下将带孔半圆球管3与带孔U形管2分离，气流同时走外侧周向和中间区域，流通面积增大。
图8和图9是增加辅助型混合器前后的混合效果EGR率仿真对比图，该截面的位置取在第二混合器1和进气加热格栅下游。由图可知，增加第二混合器1后的EGR混合均匀性明显比增加前的效果好。增加第二混合器1前后截面EGR均匀性分别为77.58%和85.87%；进气压力损失分别为1.3kPa和1.8kPa。标定点工况下的进气压力为3.15bar，增加的压力损失占总进气压力的0.16%，占比较小。混合均匀性计算公式入下所示：
其中：
为
的表面平均值；
公式中
为EGR的质量分数。
具体的，固定管1-2安装于进气总管2出气位置，且固定管1-2的出气端与气缸4连接。而在靠近缸盖附近，温度较高，添加第二混合器1，确保良好的混合效果。
为了便于安装第二混合器1，优选，固定管1-2的两端均分别设有用于气缸4和进气总管2连接的法兰。优选固定管1-2和的内径与进气总管2内径相同。
第一混合器为环绕式混合器或斜插管式混合器。是在寒区运行时，水汽碰壁概率增加，进而导致结冰风险高。因此第一混合器设计的过于简单（比如环绕式或者斜插管式）在寒区运行时结冰风险低。
本申请通过增加第二混合器1，可以使第一混合器结构简化（比如去掉叶轮结构），第二混合器1距离气缸4更近，气体平均温度高，因此结冰风险低。
本申请提供的EGR混合器，结构简单，易于实现，当第二混合器1直接安装于进气总管2的出气端时，无需对现有EGR混合器进行较大改进。
通过设置第二混合器1可使进入发动机各气缸的混合气一致性好，提升各缸燃烧均匀性，提高排放性能。
本申请提供的一种发动机，包括EGR混合器，其中EGR混合器为上述任一种EGR混合器。前文叙述了关于EGR混合器的具体结构，本申请包括上述EGR混合器，同样具有上述技术效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种EGR混合器，包括进气总管(2)及与所述进气总管(2)连接形成第一混合器的EGR引入管(3)，其特征在于，还包括安装在所述进气总管(2)上，且位于所述第一混合器下游的第二混合器(1)；
所述第二混合器(1)包括位于所述进气总管(2)内部的进气隔板(1-3)，所述进气隔板(1-3)上设有第一通气孔(1-3-1)，所述第二混合器(1)还包括弹性复位件(1-4)、第一进气管(1-1)及套设于所述第一进气管(1-1)内部的第二进气管(1-5)，所述第一进气管(1-1)的进气端设有第二通气孔(1-1-1)，所述第二进气管(1-5)的进气端设有第三通气孔(1-5-1)，所述弹性复位件(1-4)处于压缩状态，用于推动所述第二进气管(1-5)的进气端向靠近所述第一进气管(1-1)的进气端移动；
在自然状态下，所述第二进气管(1-5)的进气端外壁与所述第一进气管(1-1)的进气端内壁贴合，所述第二通气孔(1-1-1)和所述第三通气孔(1-5-1)部分重合或完全隔离；
所述进气隔板(1-3)套设在所述第一进气管(1-1)外侧，且所述第一通气孔(1-3-1)绕所述第一进气管(1-1)周向设置，所述进气隔板(1-3)与所述第一进气管(1-1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的EGR混合器，其特征在于，所述第一进气管(1-1)的进气端和所述第二进气管(1-5)的进气端均为向进气方向外凸的球形端面，所述第一进气管(1-1)为U型管，所述第二进气管(1-5)为半球形管。
3.根据权利要求1所述的EGR混合器，其特征在于，所述第一进气管(1-1)的出气端周向设有固定环(1-6)，所述弹性复位件(1-4)一端与所述固定环(1-6)连接，另一端与所述第二进气管(1-5)的出气端连接。
4.根据权利要求1所述的EGR混合器，其特征在于，所述第二混合器(1)还包括固定管(1-2)，所述固定管(1-2)套设在所述进气隔板(1-3)外侧，所述固定管(1-2)的内部设有用于定位所述进气隔板(1-3)的定位凸起(1-2-1)。
5.根据权利要求4所述的EGR混合器，其特征在于，所述固定管(1-2)安装于所述进气总管(2)出气位置，且所述固定管(1-2)的出气端与气缸(4)连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的EGR混合器，其特征在于，所述第一混合器为环绕式混合器或斜插管式混合器。
7.一种发动机，包括EGR混合器，其特征在于，所述EGR混合器为权利要求1-6中任一项所述的EGR混合器。
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