CN112302838A - Egr废气再循环系统及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种EGR废气再循环系统，包括气缸、排气歧管、进气歧管、耦接在排气歧管与进气歧管之间进行废气再循环的EGR回路、涡轮增压器、中冷器、中冷器输入通路、中冷器输出通路以及第一吸湿器，第一吸湿器位于中冷器内靠近中冷器输出通路的内壁表面上。本发明的EGR废气再循环系统通过设置在中冷器内的第一吸湿器截留气体中的水分，防止水分凝结成水珠或液膜被气流被吹到气缸中，在发动机逐渐进入高体积流量的过程中，第一吸湿器内截留的水分受表面温度控制蒸发释放并引入气缸，可以有效地减轻爆震，提高燃油经济性、低速扭矩和瞬态响应。本发明还提供了包括该EGR废气再循环系统的汽车。

Description

EGR废气再循环系统及汽车
技术领域
本发明涉及EGR废气再循环系统，更具体地涉及一种EGR废气再循环系统及汽车。
背景技术
EGR废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)是针对发动机排出废气中的氮氧化合物所设置的废气再循环系统，由于氮氧化合物具有惰性会延缓燃烧过程，通过将少量废气送入发动机与新鲜空气混合燃烧，能够降低发动机机体内的温度，从而抑制氮氧化合物的生成，降低废气中的氮氧化合物的含量，提高发动机的排放水平。
EGR针对EGR水冷凝的问题，现有的一种解决方案是限制EGR的稀释率，特别是在轻点油门(tip-in)时。但这样做会降低EGR废气再循环系统在减少氮氧化合物排放和减轻爆震方面的效果，并对燃油经济性、低速扭矩和瞬态响应具有负面影响。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种EGR废气再循环系统及汽车，解决废气的水分凝结成水珠或液膜被气流吹到气缸中的问题，并能减少涡轮增压器的噪声。
本发明提供了一种EGR废气再循环系统，包括具有排气端口和进气端口的气缸、耦接至所述排气端口的排气歧管、耦接至所述进气端口的进气歧管、耦接在所述排气歧管与所述进气歧管之间进行废气再循环的EGR回路、将气体进行压缩的涡轮增压器、中冷器、将压缩气体送入所述中冷器的中冷器输入通路以及将压缩气体送出所述中冷器的中冷器输出通路，还包括第一吸湿器；所述第一吸湿器位于所述中冷器内靠近所述中冷器输出通路的内壁表面上。
进一步地，所述第一吸湿器的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
进一步地，所述中冷器包括括中冷器芯体、分别设于所述中冷器芯体左右两侧的第一气室和第二气室，所述第一气室设有耦接至所述中冷器输入通路的入气口，所述第二气室设有耦接至所述中冷器输出通路的出气口；所述第一吸湿器设在所述第二气室的内壁表面上，并与所述出气口的内壁表面齐平安装。
进一步地，还包括第一陶瓷隔热涂层，所述第一陶瓷隔热涂层设置在所述中冷器的内壁表面和所述第二吸湿器之间。
进一步地，所述EGR回路包括EGR冷却器、将废气送入所述EGR冷却器的EGR输入通路、将废气送出所述EGR冷却器的EGR输出通路以及第二吸湿器，所述第二吸湿器位于所述EGR冷却器内靠近所述EGR输出通路的内壁表面上。
进一步地，所述EGR冷却器包括壳体、盘绕在所述壳体内的冷却液管路和分别连接在所述冷却液管路两端的冷却液进口和冷却液出口；
所述壳体包括冷却室、分别开设在所述壳体两端的气体入口和气体出口、连接在所述冷却室和所述气体入口之间的第一连接板、连接在所述冷却室和所述气体出口之间的第二连接板，所述气体入口耦接至所述EGR输入通路，所述气体出口耦接至所述EGR输出通路；所述第二吸湿器设在所述第二连接板的内壁表面上，并与所述气体出口的内壁表面齐平安装。
进一步地，所述涡轮增压器包括涡轮机、压气机和连接轴，所述涡轮机(31)耦接至所述排气歧管，所述压气机耦接至所述进气歧管，所述连接轴连接所述涡轮机和所述压气机；所述涡轮机利用所述排气歧管输出的废气带动所述压气机将新鲜空气压缩后输入所述进气歧管；所述EGR回路为高压EGR回路，所述EGR输入通路从所述涡轮机的上游取废气；所述第二吸湿器为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫或金属泡沫涂层，所述第二吸湿器的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
进一步地，还包括过滤器，所述涡轮增压器包括涡轮机、压气机和连接轴，所述涡轮机耦接至所述排气歧管，所述压气机耦接至所述进气歧管，所述连接轴连接所述涡轮机和所述压气机；所述涡轮机利用所述排气歧管输出的废气带动所述压气机将新鲜空气压缩后输入所述进气歧管；所述过滤器耦接在所述涡轮机的下游，将所述涡轮器下游的废气净化后排出；所述EGR回路为低压EGR回路，所述EGR输入通路从所述过滤器的下游取废气；所述第二吸湿器为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫、金属泡沫涂层、聚合物泡沫衬垫或聚合物泡沫涂层，所述第二吸湿器的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
进一步地，还包括第二陶瓷隔热涂层，所述第二陶瓷隔热涂层设置在所述EGR冷却器的内壁表面和所述第二吸湿器之间。
本发明还提供了一种汽车，包括上述任一种EGR废气再循环系统。
本发明的EGR废气再循环系统及汽车通过设置在中冷器内的第一吸湿器截留气体中的水分，防止水分凝结成水珠或液膜被气流被吹到气缸中。在发动机逐渐进入高体积流量的过程中，第一吸湿器内截留的水分受表面温度控制蒸发释放并引入气缸。本发明的EGR废气再循环系统可以有效地减轻爆震，提高燃油经济性、低速扭矩和瞬态响应。
进一步地，在本发明的部分实施例中，还通过设置在EGR冷却器内的第二吸湿器截留气体中的水分，进一步防止水分凝结成水珠或液膜被气流被吹到气缸中。
进一步地，第一吸湿器和/或第二吸湿器的多孔表面也可以用作消音器以减少涡轮增压器的噪声。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例的EGR废气再循环系统的结构示意图。
图2为图1所示EGR废气再循环系统内中冷器的结构示意图。
图3为本发明第二实施例的EGR废气再循环系统内中冷器的结构示意图。
图4为本发明第三实施例的EGR废气再循环系统的结构示意图。
图5为图4所示EGR废气再循环系统内EGR冷却器的结构示意图。
图6为图5所示EGR冷却器沿A-A剖面线的截面示意图。
图7为本发明第四实施例的EGR废气再循环系统内EGR冷却器的结构示意图。
图8为本发明第五实施例的EGR废气再循环系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
第一实施例
请参图1，示出了本发明第一实施例的EGR废气再循环系统100的结构示意图。EGR废气再循环系统100包括具有排气端口101和进气端口102的气缸10、耦接至排气端口101的排气歧管11、耦接至进气端口102的进气歧管12、耦接在排气歧管11和进气歧管12之间进行废气再循环的EGR回路20、将气体进行压缩的涡轮增压器30、中冷器41、将压缩气体送入中冷器41的中冷器输入通路42以及将压缩气体送出中冷器41的中冷器输出通路43。
排气歧管11排出的废气包含水分且温度较高，在低体积流量(即低发动机转速和负荷)的条件下，中冷器41的内壁表面温度较低。在EGR废气再循环系统100中，部分废气通过EGR回路20进入中冷器41。为防止水冷凝现象的发生，本发明的EGR废气再循环系统100还包括第一吸湿器44，第一吸湿器44位于中冷器41内靠近中冷器输出通路43的内壁表面上。
进一步地，第一吸湿器44为设置在内壁表面的吸湿衬垫或为涂布在内壁表面的吸湿涂层，第一吸湿器44的材料例如为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫或金属泡沫涂层。第一吸湿器44的表面具有多个开孔并掺杂有氧化催化剂，第一吸湿器44表面密集分布的开孔的直径为10微米至2毫米，使得第一吸湿器44的比表面积能够增加10～100倍。在开孔的孔隙中可以应用纳米涂层以增加表面能，从而降低液滴与多孔表面的接触角，气体中的水分凝结后将在孔表面展开成一层水膜而不是形成大的水滴阻塞开孔的孔隙。
在低体积流量的条件下，若中冷器41的管内出现水汽凝结，第一吸湿器44通过泡沫多孔结构吸收凝结的水珠，将其留在孔隙内而不会随气流被吹到气缸10中，防止润滑剂稀释或燃油稀释，也能避免火花点火发动机的HC(碳氢化物)排放增加、熄火或失火。在发动机逐渐进入高体积流量的过程中，第一吸湿器44的温度逐渐上升，第一吸湿器44内截留的水分受表面温度控制蒸发释放并引入气缸10，而不是凝结为大水滴再不受控制被气流吹入气缸10。因此本发明的EGR废气再循环系统100可以有效地减轻爆震，提高燃油经济性、低速扭矩和瞬态响应，并且第一吸湿器44的多孔表面也可以用作消音器以减少涡轮增压器30的噪声。
请参图2，图2为本实施例的EGR废气再循环系统100内中冷器41的结构示意图。中冷器41包括括中冷器芯体411、分别设于中冷器芯体411左右两侧的第一气室412和第二气室413，中冷器芯体411包括多个并列排布的冷却管和设置在冷却管之间的散热翅片，第一气室412设有耦接至中冷器输入通路42的入气口414，第二气室413设有耦接至中冷器输出通路43的出气口415，第一吸湿器44设在第二气室413的内壁表面上。
中冷器41内气体的流道突然扩大或缩小，由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动，气体流经此处，会因流速和流向发生急剧变化而产生流动阻力，造成压力损失。因此，优选地，第一吸湿器44位于靠近出气口415的位置并与出气口415的内壁表面齐平安装，即第一吸湿器44具有与出气口415的内壁表面平行的侧面，以减少气体流动阻力造成的压力损失。
第二实施例
请参图3，本发明第二实施例提供的EGR废气再循环系统与上述第一实施例的区别在于，还包括设置在中冷器41的内壁表面和第一吸湿器44之间的第一陶瓷隔热涂层501。
第一陶瓷隔热涂层501用于减少第一吸湿器44覆盖位置的内壁表面吸收的热量，以加速在轻点油门(tip-in)时第一吸湿器44的升温，进而在EGR废气再循环系统逐步进入高体积流量的过程中，控制第一吸湿器44内截留的水分的蒸发速度。
中冷器41的内管基层材料可以是可以是铝、铁或合金钢，为了适应内管材料的热膨胀系数，第一陶瓷隔热涂层501的材料包括二氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钇稳定氧化锆、氧化钆粉末或其合金的至少其中一种，或者为其中多种材料的混合并调整比例以适应内管材料的热膨胀系数，避免由于中冷器41的热胀冷缩导致第一陶瓷隔热涂层501剥离或破裂。
第三实施例
请参图4，本发明第三实施例提供的EGR废气再循环系统200与上述第一实施例的区别在于，EGR回路20包括EGR冷却器21、将废气送入EGR冷却器21的EGR输入通路22和将废气送出EGR冷却器21的EGR输出通路23以及第二吸湿器24，第二吸湿器24位于EGR冷却器21内靠近EGR输出通路23的内壁表面上。
第二吸湿器24为设置在EGR冷却器21的内壁表面上的吸湿衬垫，或为涂布在EGR冷却器21的内壁表面上的吸湿涂层。第二吸湿器24的表面具有多个开孔并掺杂有氧化催化剂，第二吸湿器24表面密集分布的开孔的直径为10微米至2毫米，使得第二吸湿器24的比表面积能够增加10～100倍。在开孔的孔隙中可以应用纳米涂层以增加表面能，从而降低液滴与多孔表面的接触角，气体中的水分凝结后将在孔表面展开成一层水膜而不是形成大的水滴阻塞开孔的孔隙。
本实施例中的EGR回路20为高压EGR回路，涡轮增压器30包括涡轮机31、压气机32和连接轴33，涡轮机31耦接至排气歧管11，压气机32耦接至进气歧管12，连接轴33连接涡轮机31和压气机32，涡轮机31利用排气歧管11输出的废气带动压气机32将新鲜空气压缩后输入进气歧管12。
EGR输入通路22从涡轮机31的上游取废气，废气的温度较高，气压较大，第二吸湿器24例如为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫或金属泡沫涂层。
在低体积流量的条件下，若EGR冷却器21的管内出现水汽凝结，第二吸湿器24通过泡沫多孔结构吸收凝结的水珠，将其留在孔隙内而不会随气流被吹到气缸10中，防止润滑剂稀释或燃油稀释，也能避免火花点火发动机的HC(碳氢化物)排放增加、熄火或失火。在发动机逐渐进入高体积流量的过程中，第二吸湿器24的温度逐渐上升，第二吸湿器24内截留的水分受表面温度控制蒸发释放并引入气缸10，而不是凝结为大水滴再不受控制被气流吹入气缸10。位于中冷器41内的第一吸湿器44，配合位于EGR冷却器21内的第二吸湿器24，可以进一步减轻爆震，提高燃油经济性、低速扭矩和瞬态响应，并且第一吸湿器44和第二吸湿器24的多孔表面也可以用作消音器以减少涡轮增压器30的噪声。
请参图5和图6，图5为本实施例的EGR废气再循环系统200中EGR冷却器21的结构示意图，图6为图5所示EGR冷却器21沿A-A剖面线的截面示意图。EGR冷却器21包括壳体、盘绕在壳体内的冷却液管路212和分别连接在冷却液管路212两端的冷却液进口212a和冷却液出口212b。壳体内包括筒状的冷却室211a、分别开设在壳体两端的气体入口211b和气体出口211c、连接在冷却室211a和气体入口211b之间的第一连接板211d、连接在冷却室211a和气体出口211c之间的第二连接板211e，气体入口211b耦接EGR输入通路22，气体出口211c耦接EGR输出通路23。
第二吸湿器24设在第二连接板211e的内壁表面上，并与气体出口211c的内壁表面齐平安装，具体地，由于气体出口211c的内径小于冷却室211a的内径，第二连接板211e呈收束状态由冷却室211a连接至气体出口211c，第二吸湿器24包括与第二连接板211e接触的第一侧面24a、朝向冷却室211a的第二侧面24b、与气体出口211c的内壁表面平行的第三侧面24c，图5中示出了第二吸湿器24的横截面呈两个三角形，第二吸湿器24的结构可视为由该两个三角形绕冷却室211a的中心轴旋转而形成。优选地第二吸湿器24与气体出口211c的内壁表面齐平安装，可以避免流动阻力造成的压力损失。
进一步地，第二吸湿器24的第二侧面24b的外侧边缘更接近冷却室211a，内侧边缘更接近气体出口211c，使得第二侧面24b在迎向气流的同时起到收束引流的作用，第二侧面24b的外侧边缘呈弧面状与第二连接板211e贴合，第二侧面24b的内侧边缘呈弧面状与第三侧面24c连接，第二吸湿器24的弧面结构可以进一步减少流动阻力造成的压力损失。
第四实施例
请参图7，本发明第四实施例提供的EGR废气再循环系统与上述第三实施例的区别在于，还包括设置在EGR冷却器21的内壁表面和第二吸湿器24之间的第二陶瓷隔热涂层502。
第二陶瓷隔热涂层502用于减少第二吸湿器24覆盖位置的内壁表面吸收的热量，以加速在轻点油门(tip-in)时第二吸湿器24的升温，进而在EGR废气再循环系统逐步进入高体积流量的过程中，控制第二吸湿器24内截留的水分的蒸发速度。
EGR冷却器21的内管基层材料可以是可以是铝、铁或合金钢，为了适应内管材料的热膨胀系数，第二陶瓷隔热涂层502的材料包括二氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钇稳定氧化锆、氧化钆粉末或其合金的至少其中一种，或者为其中多种材料的混合并调整比例以适应内管材料的热膨胀系数，避免由于EGR冷却器21的热胀冷缩导致第二陶瓷隔热涂层502剥离或破裂。
第五实施例
请参图8，本发明第五实施例提供的EGR废气再循环系统300与上述第三实施例的区别在于，本实施例中的EGR回路20为低压EGR回路。
EGR废气再循环系统300还包括过滤器60，过滤器60耦接在涡轮机31下游，将涡轮器下游的废气净化后排出，EGR输入通路22从过滤器60的下游取废气。
废气经过涡轮机31后，气压大幅下降，并在过滤器60中经过清洁和冷却，因此第二吸湿器24可以为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫或金属泡沫涂层，也可以为聚合物泡沫衬垫或聚合物泡沫涂层，第二吸湿器24的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
低压EGR回路20中的EGR气体经过清洁和冷却，且压力不大，因此第二吸湿器24可以采用较不耐高温和不耐压的聚合物泡沫材料，聚合物泡沫材料有利于节约成本，并且更易塑形。
综上所述，本发明的EGR废气再循环系统通过设置在中冷器41内的第一吸湿器44截留气体中的水分，防止水分凝结成水珠或液膜被气流被吹到气缸10中，在发动机逐渐进入高体积流量的过程中，第一吸湿器44内截留的水分受表面温度控制蒸发释放并引入气缸10。在本发明的部分实施例中，还通过设置在EGR冷却器21内的第二吸湿器24截留气体中的水分，防止水分凝结成水珠或液膜被气流被吹到气缸10中。本发明的EGR废气再循环系统可以有效地减轻爆震，提高燃油经济性、低速扭矩和瞬态响应，防止不受控制的水汽进入气缸10后导致的润滑剂稀释或燃油稀释，也能避免火花点火发动机的HC(碳氢化物)排放增加、熄火或失火。第一吸湿器44和/或第二吸湿器24的多孔表面也可以用作消音器以减少涡轮增压器30的噪声。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种EGR废气再循环系统，包括具有排气端口(101)和进气端口(102)的气缸(10)、耦接至所述排气端口(101)的排气歧管(11)、耦接至所述进气端口(102)的进气歧管(12)、耦接在所述排气歧管(11)与所述进气歧管(12)之间进行废气再循环的EGR回路(20)、将气体进行压缩的涡轮增压器(30)、中冷器(41)、将压缩气体送入所述中冷器(41)的中冷器输入通路(42)以及将压缩气体送出所述中冷器(41)的中冷器输出通路(43)，其特征在于，还包括第一吸湿器(44)；
所述第一吸湿器(44)位于所述中冷器(41)内靠近所述中冷器输出通路(43)的内壁表面上。
2.根据权利要求1所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，所述第一吸湿器(44)的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
3.根据权利要求1所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，所述中冷器(41)包括括中冷器芯体(411)、分别设于所述中冷器芯体(411)左右两侧的第一气室(412)和第二气室(413)，所述第一气室(412)设有耦接至所述中冷器输入通路(42)的入气口(414)，所述第二气室(413)设有耦接至所述中冷器输出通路(43)的出气口(415)；
所述第一吸湿器(44)设在所述第二气室(413)的内壁表面上，并与所述出气口(415)的内壁表面齐平安装。
4.根据权利要求1所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，还包括第一陶瓷隔热涂层(501)，所述第一陶瓷隔热涂层(501)设置在所述中冷器(41)的内壁表面和所述第二吸湿器(44)之间。
5.根据权利要求1所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，所述EGR回路(20)包括EGR冷却器(21)、将废气送入所述EGR冷却器(21)的EGR输入通路(22)、将废气送出所述EGR冷却器(21)的EGR输出通路(23)以及第二吸湿器(24)，所述第二吸湿器(24)位于所述EGR冷却器(21)内靠近所述EGR输出通路(23)的内壁表面上。
6.根据权利要求5所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，所述EGR冷却器(21)包括壳体、盘绕在所述壳体内的冷却液管路(212)和分别连接在所述冷却液管路(212)两端的冷却液进口(212a)和冷却液出口(212b)；
所述壳体包括冷却室(211a)、分别开设在所述壳体两端的气体入口(211b)和气体出口(211c)、连接在所述冷却室(211a)和所述气体入口(211b)之间的第一连接板(211d)、连接在所述冷却室(211a)和所述气体出口(211c)之间的第二连接板(211e)，所述气体入口(211b)耦接至所述EGR输入通路(22)，所述气体出口(211c)耦接至所述EGR输出通路(23)；
所述第二吸湿器(24)设在所述第二连接板(211e)的内壁表面上，并与所述气体出口(211c)的内壁表面齐平安装。
7.根据权利要求5所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，所述涡轮增压器(30)包括涡轮机(31)、压气机(32)和连接轴(33)，所述涡轮机(31)耦接至所述排气歧管(11)，所述压气机(32)耦接至所述进气歧管(12)，所述连接轴(33)连接所述涡轮机(31)和所述压气机(32)；所述涡轮机(31)利用所述排气歧管(11)输出的废气带动所述压气机(32)将新鲜空气压缩后输入所述进气歧管(12)；所述EGR回路(20)为高压EGR回路，所述EGR输入通路(22)从所述涡轮机(31)的上游取废气；
所述第二吸湿器(24)为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫或金属泡沫涂层，所述第二吸湿器(24)的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
8.根据权利要求5所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，还包括过滤器(60)，所述涡轮增压器(30)包括涡轮机(31)、压气机(32)和连接轴(33)，所述涡轮机(31)耦接至所述排气歧管(11)，所述压气机(32)耦接至所述进气歧管(12)，所述连接轴(33)连接所述涡轮机(31)和所述压气机(32)；所述涡轮机(31)利用所述排气歧管(11)输出的废气带动所述压气机(32)将新鲜空气压缩后输入所述进气歧管(12)；所述过滤器(60)耦接在所述涡轮机(31)的下游，将所述涡轮器(31)下游的废气净化后排出；所述EGR回路(20)为低压EGR回路，所述EGR输入通路(22)从所述过滤器(60)的下游取废气；
所述第二吸湿器(24)为陶瓷泡沫衬垫、陶瓷泡沫涂层、金属泡沫衬垫、金属泡沫涂层、聚合物泡沫衬垫或聚合物泡沫涂层，所述第二吸湿器(24)的表面具有多个开孔且掺杂有氧化催化剂。
9.根据权利要求5所述的EGR废气再循环系统，其特征在于，还包括第二陶瓷隔热涂层(502)，所述第二陶瓷隔热涂层(502)设置在所述EGR冷却器(21)的内壁表面和所述第二吸湿器(24)之间。
10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的EGR废气再循环系统。
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