CN112437835A - 具有优化再循环气体混合设备的热力发动机进气歧管 - Google Patents

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Abstract

一种用于热力发动机的进气回路(10)，该进气回路包括已燃烧气体再循环系统(30)，该已燃烧气体再循环系统旨在被定位在空气压缩元件与燃烧室(11)的从该发动机的气缸盖(20)挖出的上部部分之间，所述空气进气回路包括该气缸盖、包含集气室(16)的进气歧管(12)、以及空气进气管道(22)，其特征在于，该再循环系统(30)包括以开口方式进入该集气室(16)的已燃烧气体注入管道(17)，所述管道(17)能够以与进气空气流(32)逆流的方式输送所述已燃烧气体。

Description

具有优化再循环气体混合设备的热力发动机进气歧管
技术领域
本发明涉及一种机动车辆的内燃发动机或热力发动机。
本发明更具体地涉及一种具有用于混合已燃烧气体的设备的热力发动机进气歧管。
本发明还涉及一种用于热力发动机的已燃烧气体的再循环系统。
背景技术
本发明涉及特别地旨在机动车辆配备的内燃发动机，此类内燃发动机采用用于再循环已燃烧气体的装置。
本发明更具体地涉及用于再循环内燃发动机的已燃烧气体的装置。已燃烧气体由发动机的排气回路输出，并且可以从尽可能靠近排气歧管的地方直接排出(这种情况下被称为高压已燃烧气体)，或者在排气歧管下游的污染减少系统处排出(这种情况下被称为低压已燃烧气体)，或者在通过油分离器时从油分离级输出(这种情况下被称为窜气)。
在工业化国家，与特别是机动车辆配备的内燃发动机污染和消耗有关的标准变得越来越严格。因此，汽车行业目前正在寻找满足这些义务而不过度损害热力发动机的性能或其成本价格的技术解决方案。一种已知的用于减少所述内燃发动机的污染的技术在于将已燃烧气体再循环到进气口，以便减少氮氧化物，也就是说，将一些已燃烧气体返回到进气口，并将这些已燃烧气体与吸入的新鲜空气混合。这种技术在于根据发动机的操作状况将一些排气重新注入发动机的燃烧室中，这样具有按比例减少助燃气体的量、并因此降低燃烧温度从而使得减少产生NOx或氮氧化物的效果。
例如，通常采用的涉及低压已燃烧气体的过程是借助于EGR(排气再循环)阀进行的对排气的“外部再循环”，该EGR阀用于再循环排气、关闭或打开将发动机的排气歧管连接至进气歧管的管线。EGR阀使得可以根据发动机的操作状况在进气口处注入从排气口排出的给定量的气体。
已燃烧气体在发动机的进气口处被注入，通常注入到发动机的进气歧管中或直接注入到在发动机的进气歧管与燃烧室之间的发动机进气管道中。
因此，公开文件EP 1447533-A1提出将窜气直接注入到朝向发动机的燃烧室的空气进气管道中。所述气体通过通入进气管道的通道。
这种注入的缺点是由窜气和空气形成的混合物不是最佳的，并且这可能限制发动机的性能。
众所周知，可以在基本上平行于发动机的纵向轴线X延伸的再循环斜道中收集所述已燃烧气体。将所述斜道连接至发动机的空气进气管道之一的进气通道通入所述斜道。
因此，公开文件US 20090301448-A1提出了一种用于收集要注入到发动机的空气进气管道中的窜气的斜道。
以与前一种注入相同的方式，已燃烧气体的进气通道直接通入通向燃烧室的空气进气管道，并且不能使已燃烧气体和空气在进入燃烧室之前形成最佳混合物，这会降低发动机的性能。
公开文件FR 2946699-A1披露了一种用于收集已燃烧气体的斜道，该斜道平行于发动机的轴线延伸，并且连接至在空气流的方向上被布置在空气-水热交换器下游的空气进气歧管集气室。所述连接借助于通入集气室的通道来实现。
已燃烧气体的这种注入的缺点同样在于：已燃烧气体和空气的混合物不是最佳的，而且容易损坏发动机的性能。
公开文件US 2015002078-A1提出借助于在上游穿入进气歧管集气室的管道来将已燃烧气体注入到热力发动机空气进气歧管的集气室中，所述管道具有面向燃烧室的气体注入孔。
这种注入的缺点不仅在于穿入的管道导致去往燃烧室的空气流中出现压降，而且在于混合物不是最佳的、并容易损坏发动机的性能。
本发明的目的是提出一种具有用于汽油热力发动机或柴油热力发动机的已燃烧气体再循环的空气进气回路，以弥补上述缺点并针对已燃烧气体混合物改进根据现有技术已知的用于热力发动机的空气进气回路，从而在再循环的已燃烧气体和空气进入燃烧室之前提供它们的最佳混合物，同时几乎不会在气体流中引起压降(如有)。
根据本发明的内燃发动机具有气体再循环系统，也就是说，所述系统涉及抽取已燃烧气体，这些已燃烧气体可以是来自污染减少系统上游的发动机的排气回路(例如来自发动机的排气歧管)、或来自污染减少系统或所述系统下游、或在油分离器下游从油蒸气中排出的高压已燃烧气体。该再循环系统允许通过将所述已燃烧气体注入到进气歧管集气室中来在发动机的进气口处吸入所述气体，从而最小化压降、并优化这些气体和新鲜进气空气的混合物。
发明内容
本发明涉及一种用于热力发动机的空气进气回路，所述空气进气回路包括用于已燃烧气体或窜气的再循环系统、并且被定位在空气压缩元件与燃烧室的至少一个上部部分之间，该至少一个上部部分为该发动机的气缸盖的一部分，所述空气进气回路包括该气缸盖、空气进气歧管、以及至少一个空气进气管道，
其特征在于，该再循环系统包括通入该歧管的集气室的至少一个已燃烧气体注入管道，该集气室在空气流的方向上由侧壁、上壁和下壁界定，所述管道能够以与进气空气流逆流的方式输送所述气体。
有利地，该系统包括至少一个已燃烧气体注入管道，该管道通入该歧管的集气室并且能够以与空气流逆流的方式输送这些气体，从而在空气和气体进入该发动机的燃烧室之前改善它们的混合物。这些气体最初以与进气空气流逆流的方式被引导，并且然后朝向进气管道返回，从而改善这些气体和进气空气的混合物。该注入管道在该集气室中的布置被设置成几乎不会在该空气流中引起压降。
根据本发明的进一步特征：
-该至少一个注入管道与至少一个相关联进气管道的轴线一致地通入该集气室。
有利地，该注入管道基本与至少一个进气管道的轴线一致地延伸，以便输送要混合并引导进入所述进气管道中的已燃烧气体。
-该至少一个注入管道进入该集气室的出气口与该至少一个关联进气管道进入所述集气室的出气口相距一定距离。
有利地，该至少一个注入管道进入该集气室的出气口与该至少一个相关联进气管道进入所述集气室的出气口相距的距离为使这些已燃烧气体与该进气空气在进入该至少一个相关联进气管道之前形成更好的混合物。
-该至少一个注入管道具有穿入该歧管的该集气室的管状通道。
有利地，该注入管道呈圆柱形且为直线形，从而在已燃烧气体流中、并且特别是在注入到该歧管的集气室中期间引起最小的压降。
有利地，该注入管道具有穿入该歧管的集气室的管状通道，从而获得用于在该进气空气流的中间将该已燃烧气体注入到该集气室中的最佳位置，并改善混合物。
-该管状通道具有面向空气流的上游方向的开口。
有利地，该管状通道具有面向空气流的上游方向的开口，从而允许更好地注入已燃烧气体，以及更好地在空气气流中扩散并混合已燃烧气体。
-该管状通道包括面向进气空气流的上游方向的斜切开口。
有利地，该管状通道具有带斜面的开口切口，所述开口部分面向空气流的上游方向，以允许形成已燃烧气体与进气空气的最佳混合物。
-该管状通道从变向壁沿该空气流的上游方向延伸，该变向壁能够将空气气流引导朝向连接至该空气进气管道的开口。
有利地，该集气室由侧壁、上壁、下壁和空气流下游的变向壁界定，该变向壁能够将空气气流引导朝向连接至该空气进气管道的开口，以减小空气和已燃烧气体的混合物进入该进气管道的进气口处的压降。
该管状通道从所述变向壁沿气体流的上游方向延伸，以便在进气空气流的上游方向上并因此是以与进气空气流逆流的方式引导气体。
-该变向壁和该管状通道被制成一个整体。
有利地，该变向壁和该管状通道被制成一个整体，这样不仅使制造更容易，而且使在气缸盖中的安装和集气室的形成更容易。
-该再循环系统包括横向于该空气流的轴线延伸的送气轨，所述轨连接至该至少一个气体注入管道。
有利地，该再循环系统包括连接至已燃烧气体回路的送气轨，所述轨横向于该空气流的方向并平行于该发动机的轴线而延伸，以便能够该发动机的所有进气管道进行喷射。
-该送气轨是从该气缸盖挖出的，或固定到该集气室的下壁，或固定到该集气室的上壁。
有利地，横向于进气空气流延伸的该送气轨是从该气缸盖挖出的或固定到该下壁，或固定到该集气室的该下壁或上壁之一，这样使得回路紧凑又易于实施。
-该送气轨连接至窜气分离器的出口。
优选地，该送气轨连接至窜气分离器的出口，以便将窜气返回进气口。
-该送气轨连接至排气回路。
优选地，该送气轨连接至用于来自该发动机的排气口的已燃烧气体的回路，所述气体能够是高压已燃烧气体或低压已燃烧气体。
附图说明
通过阅读以下以非限制性示例的方式给出并在附图中示出的本发明的具体实施例的说明，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[图1]是热力发动机的进气回路的示意性截面视图。
[图2]是根据本发明的第一实施例的气缸盖和进气歧管的示意性截面视图。
[图3]是具有根据本发明的进气回路的气缸盖的示意性俯视图。
[图4]是根据本发明的另一实施例的气缸盖和进气歧管的示意性截面视图。
具体实施方式
在以下说明中，相同的附图标记表示相同的或功能相似的部件。
在本文中，表述“开口部分”应理解为是指用于气体通过的管道表面，所述部分可能横向于管道的轴线或与管道的轴线成一定角度。
术语上游/下游涉及进气回路中空气的流动方向。
术语上/下是指垂直于水平面的竖直轴线，该水平面平行于本说明书的发动机的曲轴箱和气缸盖的配合表面。
机动车辆的热力发动机或内燃发动机具有用于减少由来自发动机的燃烧室的已燃烧气体引起的污染的系统以及增压系统，以便提高所述发动机的效率。
为了减少污染，已知将至少一部分已燃烧气体返回发动机的进气口，然后所述部分在进入发动机的气缸之前与新鲜空气混合。已燃烧气体的再循环分为几种类型：低压再循环，这涉及在排气流的方向上，在诸如催化转化器等污染减少设备的下游排出已燃烧气体；或高压再循环，其中，在污染减少设备的上游、并且优选地在发动机的气缸盖的出口处吸入已燃烧气体。因此，被称为高压已燃烧气体的已燃烧气体在排气歧管处排出，该排气歧管固定到发动机的气缸盖的排气面。
这样，已燃烧气体可能来自油蒸气分离器，并且被称为窜气。所述分离器通常布置在发动机的上部部分。该分离器允许将所述蒸气中含有的油与气体分离开。接下来，回油回路将油优选地返回到设置在发动机底部的贮油槽，并且气体可以朝向发动机的进气口返回。
通常，根据图1，热力发动机100具有：曲轴箱101，该曲轴箱包括至少一个气缸102，在该气缸中，活塞能够沿该至少一个气缸的轴线滑动；以及气缸盖20，该气缸盖覆盖该曲轴箱的上部部分，从而封闭至少一个燃烧室11。所述燃烧室由每一个气缸的壁、活塞和气缸盖20界定。将每个气缸的燃烧室11分别连接至进气回路10和排气回路的进气管道21和排气管线是从气缸盖挖出的。进气回路10通过进气面23固定到气缸盖20。排气回路通过其排气面(未示出)固定到气缸盖，该排气面关于穿过发动机的纵向轴线X的竖直正中面与进气面对称地相对。
发动机的纵向轴线X基本上平行于容纳在发动机中的曲轴的轴线。
新鲜空气40从车辆外部被吸入，然后在进气歧管12处与已燃烧气体41混合，该进气歧管在发动机的气缸盖20的进气面23那侧固定到进气壁22。然后，混合物经由进气管道21被输送到发动机的燃烧室11。空气和已燃烧气体的混合物被注入到燃烧室中、在曲轴箱101的每个气缸的顶部部分中，并与燃料混合，以便在所述室中引起爆炸，从而产生已燃烧气体。然后，所述已燃烧气体经由排气管线从燃烧室朝向排气回路推出，该排气回路在发动机的排气面那侧固定到所述气缸盖。
本发明涉及用于热力发动机的进气回路10，该进气回路包括用于要返回到发动机的进气口的已燃烧气体的再循环系统30。
已燃烧气体应理解为来自排气回路的气体或窜气。
在本说明书的其余部分中，将对窜气返回到进气口进行描述以便更容易理解本发明，但已燃烧气体也可以是高压已燃烧气体或低压已燃烧气体或已燃烧气体混合物。
已知的是，新鲜进气空气40从车辆的前部面被吸入，然后通过进气回路，以便被注入到每一个气缸中的燃烧室11中。首先，借助于空气过滤器对进气空气进行过滤，以去除进气空气所携带的杂质和灰尘。接下来，为了改善发动机的性能，还已知的是，要增加吸入气体的压力，并使燃料/空气混合物更好地填充发动机的至少一个气缸。这样，发动机的功率密度随其功率的增加而增加，同时发动机的消耗减少。因此，将进气空气压缩级设置在空气过滤器与发动机之间。此压缩级(未示出)可以由涡轮增压器的压缩级或由电动压缩机形成。
在压缩级的下游，经压缩的空气处于高温并且其密度降低，这对发动机的性能是有害的。因此，毗连所述压缩机(未示出)、在来自压缩机的空气的循环方向上位于该压缩机下游的位置设置进气空气冷却级是有用的。此冷却级可以由冷却器14、并且更具体地由空气-水热交换器组成。温度适中的水通过热交换器14，并从经压缩的空气中带走一些热量。
然后，将经压缩且冷却后的空气40引导朝向空气进气歧管12，以控制进入燃烧室的空气气流。所述歧管通过凸缘13固定到发动机的气缸盖20的进气面23的固定壁22，并且将经压缩且冷却后的空气引导朝向从气缸盖挖出的进气管道21。气缸盖中的所述进气管道21具有特定的形状和轮廓，这取决于发动机的类型(例如柴油发动机或火花点火式发动机)。
冷却器14也被称为WCAC，其代表水冷式增压空气冷却器。歧管12的本质区别在于，在气缸盖的进气管道21的入口之前的集气室16或空气供应室。歧管12位于WCAC热交换器14的下游，并且在我们的实施例中，它们共用同一个壳体。所述壳体固定到气缸盖的固定壁22。所述固定壁22在平面上延伸，并且相对于水平面表现出倾斜度，该水平面平行于例如气缸盖与曲轴箱之间的配合表面25。所述倾斜度使得冷却器的安装更容易，且其保持更可靠。
集气室16在空气流的方向上由侧壁、上壁36和下壁35界定。
根据图1至图4，冷却器14和空气进气歧管12为一个整体15。
为便于理解，以下针对一个气缸进行描述，但是根据本发明的发动机具有至少一个气缸，并且本发明提出了用于每个气缸的注入管道。
根据图1至图4，再循环系统30包括用于已燃烧气体的送气轨31，该送气轨连接至排气回路或连接至用于来自油蒸气分离器(未示出)的气体的出口。
优选地，进气轨31平行于发动机的纵向轴线X延伸。所述轨可以通过刺穿气缸盖来获得(这意味着该轨被设置在所述气缸盖内部)(如图1和图2所示)，或者可以固定到发动机的进气回路10的元件(这设意味着该轨被置在发动机外部)(如图4所示)。进气轨使得可以将已燃烧气体输送到发动机的进气口。
注入管道17将进气轨31和集气室16流体连接。所述管道基本上呈圆柱形且为直线形，从而在所述已燃烧气体的流中引起最小的压降。优选地，注入管道17被设置成通入位于连接至相关联气缸的进气管道上游的歧管的集气室16。所述注入管道允许注入要与进气空气混合的已燃烧气体41，然后，所述混合物被引导至通向气缸的相关联进气管道。在本说明书中，发动机的每个气缸都有一个进气管道21。通常，所述进气管道17随后由通入气缸的燃烧室的两个次级进气支路(未示出)延续。
根据图3，进气回路包括进气轨31，该进气轨平行于发动机的纵向轴线X并横向于进气歧管的集气室16中的进气空气流的方向E而延伸。注入管道17(其轴线与所述进气轨31的轴线基本上正交)在第一端通入进气轨31，并且在第二相反端通入集气室16。注入管道17的数量优选地等于发动机的气缸的数量。这样，注入管道17在沿发动机的轴线X的相关联气缸处从注入轨31垂直于发动机的轴线X延伸。每个注入管道与进气管道21的轴线一致地通入集气室16。更具体地，如图3所示，进入集气室16的注入管道17的出气口在水平面上的投影被设置在相关联进气管道的轴线在同一水平面上的投影中。进气管道的进入集气室的出气口基本上被设置在相关联进气管道21的入口部分的前面。所述注入管道17中的每一个都直线地延伸，并在进气空气流的上游方向Am上从集气室16的壁引出，以便以与进气空气流的方向逆流的方式输送已燃烧气体。
根据图2至图4，空气流用箭头32表示，并且已燃烧气体注入到集气室中用箭头33表示。
注入管道17包括穿入集气室的管状通道18，以便在进气空气流40中最佳地定位已燃烧气体41的注入点，该注入点优选地与进气管道21成一直线并优选地与所述进气管道21进入集气室16的出气口相距一定距离。管状通道从集气室的壁沿进气空气流的上游方向Am延伸。该距离可以大于例如20mm，以便使已燃烧气体和进气空气在进入通向气缸的进气管道21之前实现最佳混合。
优选地，如图2和图4所示，管状通道18基本上沿竖直面相对于进气空气流40的轴线E倾斜。
管状通道18在其自由端18’具有指向空气流的上游方向Am的开口。所述开口可以是例如具有斜面的切口，并可以具有指向空气流的上游方向Am的开口部分。
因此，已燃烧气体41以与进气空气流40逆流的方式被引导，然后在进气口的方向上朝向进气管道21返回，从而大大改善所述已燃烧气体与空气在进入所述进气管道21之前的混合。
根据图2，管状通道18从倾斜的变向壁34延伸，该变向壁在下游限定集气室16。根据优选实施例，集气室16包括从气缸盖20挖出的部分。
根据图1至图4，变向壁34相对于空气流的轴线E倾斜；更具体地，与所述变向壁正交的轴线在竖直面上与空气流的轴线E相交。所述管状通道18可以相对于与变向壁34的表面正交的轴线表现出倾斜度，或基本上平行于所述轴线，从而相对于气体流的轴线E表现出倾斜度。
优选地，管状通道18和变向壁34被制成例如通过模制获得的一个整体。它们可以由塑料材料制成，因为它们不会暴露在高温下。
根据图4，送气轨31固定在界定集气室的下壁35的下方。注入管道17在空气流的上游方向Am上相对于与所述下壁35的内表面正交的轴线基本上成一定角度地穿过该壁。该注入管道由管状通道18延续，该管状通道优选地从下壁35在指向进气空气流的上游方向Am或朝向热交换器12的方向上成一定角度延伸。
根据另一实施例(未示出)，送气轨31固定在集气室的上壁36上方。注入管道17在空气流的上游方向Am上相对于与所述上壁36的内表面正交的轴线基本上成一定角度地穿过该壁。该注入管道由管状通道18延续，该管状通道优选地从上壁36在指向进气空气流的上游方向Am或朝向热交换器12的方向上成一定角度延伸。
管状通道18在其自由端18’优选地具有指向气体流的上游方向Am的开口。
所述开口可以由管状通道上的斜切切口形成，开口部分面向进气空气流的上游方向Am，或者在这种情况下，面向热交换器12。
优选地，管状通道18具有较小的截面面积，从而在空气流中引起较低压降。
目标如下得以实现：根据本发明的空气进气回路的已燃烧气体再循环系统10实现了所述气体与空气的改善的混合物，而不会在进气空气流中引起过度压降。
不言而喻的是，本发明不仅限于上述通过示例描述的实施例，而是涵盖其所有变体。
例如，管状通道可以用变向壁的内表面上或歧管下方的突起代替。
管状通道18还可以平行于与下壁36或变向壁34正交的轴线延伸，并且可以具有指向空气流的上游方向Am的、用于注入已燃烧气体的开口。
另一示例性实施例可以是，管状通道在其自由端18’具有面向空气流的上游方向Am的径向开口。

Claims (12)

1.一种用于热力发动机的进气回路(10)，该进气回路包括用于已燃烧气体的再循环系统(30)，该再循环系统旨在被定位在空气压缩元件与燃烧室(11)的从该发动机的气缸盖(20)挖出的上部部分之间，所述空气进气回路包括该气缸盖、包含集气室(16)的进气歧管(12)、以及空气进气管道(22)，其特征在于，该再循环系统(30)包括通入该集气室(16)的至少一个已燃烧气体注入管道(17)，该集气室在空气流的方向上由侧壁、上壁和下壁界定，所述管道(17)能够以与进气空气流(32)逆流的方式输送所述已燃烧气体。
2.如权利要求1所述的进气回路(10)，其特征在于，该至少一个注入管道(17)与至少一个相关联进气管道(21)的轴线一致地通入该集气室(16)。
3.如权利要求2所述的进气回路(10)，其特征在于，该至少一个注入管道(17)进入该集气室的出气口与该至少一个相关联进气管道(21)进入所述集气室的出气口相距一定距离。
4.如权利要求1至3中任一项所述的进气回路(10)，其特征在于，该至少一个注入管道(17)由穿入该歧管(12)的该集气室(16)的管状通道(18)延续。
5.如权利要求4所述的进气回路(10)，其特征在于，该管状通道(18)具有面向该空气流的上游方向(Am)的开口。
6.如权利要求4或5所述的进气回路(10)，其特征在于，该管状通道(18)具有面向该空气流的上游方向(Am)的斜切开口。
7.如权利要求4至6中任一项所述的进气回路(10)，其特征在于，该管状通道(18)从变向壁(34)沿该空气流的上游方向延伸，该变向壁能够将空气气流引导朝向连接至该进气管道(22)的开口。
8.如权利要求7所述的进气回路(10)，其特征在于，该变向壁(34)和该管状通道(18)被制成一个整体。
9.如权利要求1至9中任一项所述的进气回路(10)，其特征在于，该再循环系统(30)包括横向于该空气流的轴线(E)延伸的送气轨(31)，所述轨连接至该至少一个气体注入管道(17)。
10.如权利要求9所述的进气回路(10)，其特征在于，该送气轨(31)是从该气缸盖(20)挖出的，或固定到该集气室(16)的下壁(35)或上壁(36)之一。
11.如权利要求9或10所述的进气回路(10)，其特征在于，该送气轨(31)连接至窜气分离器的出口。
12.如权利要求9或10所述的进气回路(10)，其特征在于，该送气轨(31)连接至排气回路。
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