CN201896679U - 排气再循环组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于发动机的排气再循环组件，其中EGR冷却器(10)和旁通通路(11)被结合在单个壳体(7)中。两个EGR阀门(13、14)用于分别控制通过EGR冷却器(10)和旁通通路(11)的排气气流。本实用新型通过使用两个EGR阀门(13、14)消除了对会导致泄漏问题的旁通隔板或旁通活门的需求。EGR阀门(13、14)的布置允许使用未冷却EGR阀门(13、14)，并且EGR阀门(13、14)不仅可以用来控制通过EGR冷却器(10)或者旁通通路(11)的排气气流，而且还可以控制发动机的EGR气流。

Description

排气再循环组件
技术领域
本实用新型涉及排气再循环(EGR)系统并且具体涉及一种结合了EGR气流控制和EGR冷却的EGR组件。
背景技术
以汽车为例，EGR系统用于使部分由内燃发动机所产生的排气进行再循环，以抑制氮氧化物的产生。一个典型的EGR系统包括EGR冷却器、旁通回路和EGR阀门。例如参见EP-A-1933023，其描述了包含柱形壳的水冷内置EGR冷却器。
GB-A-2062749描述的EGR冷却器有U形管形式并适于直接安装在发动机进气歧管上。
EP-A-1918566描述了一种已知类型的用于调节再循环排气气流的EGR阀门。这种通常被称为提升阀的阀门可根据发动机工作情况由电路控制。术语“EGR阀门”这里指提升阀。
图1A和图1B表示了已知的EGR回路的两种互相替换的布局。
在图1A中，来自内燃发动机的一部分排气经由内置EGR冷却器3被从排气歧管区域1引导到进气歧管区域2。一个EGR阀门4置于该冷却器热端并调节EGR气流。由于热气流经EGR回路，所以它需要被冷却。一个蝶形阀门5偏转EGR气体使之通过冷却器3或者沿旁通链路6绕开。这种布局的一个问题是，因为阀门4一直处于冷却中，所以即使当发动机工作情况显示在到达进气歧管之前不需要冷却EGR气体时，它仍会冷却流经它的EGR气体。可以通过如图1B所示重新安排阀门4的位置来解决这个问题。
在图1B中，EGR阀门4位于冷却器3的冷端。不过，任何沉积在阀门机构上的污染物不易于被烧蚀掉，且阀门4最终会发生阻塞。而且，上述两种布局都有的问题是蝶形阀门5易于发生泄漏，因而导致或者不是所有到达进气歧管的EGR气体都被冷却，或者不是所有EGR气体都绕过冷却器。况且，蝶形阀门经常是被易受外部污染物影响的真空系统所操作的，因而导致致动系统的过早磨损。
一种缓解上述缺点的EGR系统是有利的。
实用新型内容
本实用新型的目的之一是给出一种包含排气冷却器并且结构紧凑且符合成本效益原则的排气再循环(EGR)组件以克服上述问题。
根据本实用新型，这里给出了一种排气再循环(EGR)组件，其包含容纳EGR冷却器的EGR冷却器通路(EGR cooler passage)、与EGR冷却器并联以选择性地允许排气不经冷却地绕过EGR冷却器的旁通通路、用于控制通过旁通通路的排气气流的第一EGR阀门和用于控制通过EGR冷却器通路的排气气流的第二阀门。
本实用新型的一个优点在于旁路和冷却功能是由EGR阀门来控制的，因而消除了蝶形阀门或者瓣阀遇到的泄漏问题。
第一EGR阀门可以控制进入旁通通路的气流。
有利的是，第二EGR阀门可以控制流出EGR冷却器通路的气流。
这样有一个好处，即第二EGR阀门从不暴露于未冷却的排气中。
所述组件还可以包含具有进气口和出气口的壳体，EGR冷却器通路和旁通通路被形成为壳体的一体部分，并且EGR冷却器通路和旁通通路并联在壳体的进气口和出气口之间。
这样的好处是组件的制造非常经济。
该EGR冷却器通路是U形EGR冷却器通路。
这样的好处在于可以使用更长的EGR冷却器通路而不会增加EGR组件的长度。
当通过EGR冷却器通路时，排气可以两次通过EGR冷却器。
这样的好处在于提供了增强的冷却效果。
EGR冷却器有两个冷却元件，并且当排气通过EGR冷却器通路时，排气通过所述两个EGR冷却元件中的至少一个。
该组件还可以包含一个位于两个EGR冷却元件之间的中间旁通通路以选择性地将EGR冷却器通路连接到旁通通路上，以及该组件还可以包括一个第三EGR阀门以控制通过中间旁通通路到达旁通通路的排气气流。
这样的好处在于增强了对冷却效果的可控性。
本实用新型还有一个好处是由于当EGR阀门打开时从不暴露于热的排气中，所以EGR阀门不需要冷却，并且可以定期地烧蚀掉来自于一个阀门的污染物因而改善了上述阻塞问题。
附图说明
参考附图，本实用新型通过示例加以描述：
图1A和1B是已知现有技术EGR系统的示意框图；
图2A到图2E是根据本实用新型的第一实施例的EGR组件的示意性剖视图；
图3A到图3B是根据本实用新型的第二实施例的EGR组件的示意性剖视图，以及
图4A到图4E是根据本实用新型的第三实施例的EGR组件的示意性剖视图。
具体实施方式
参考图2，这里显示了排气再循环(EGR)组件的第一实施例，该排气再循环组件具有壳体7，该壳体7具有一个进气口8以接收来自发动机出口的排气和一个出气口9以将排气排出到发动机入口。
壳体7限定了一个U形EGR冷却器通路12和一个旁通通路11。一个EGR冷却器10被容纳在U形通路12内。EGR冷却器10具有一系列管子，排气和液体冷却剂可以分别流经这些管子和围绕这些管子。
邻近进气口8和出气口9的是两个EGR阀门14、13。所述两个EGR阀门14、13中的第一(“热”)EGR阀门14控制了经由旁通通路11的、在进气口8和出气口9之间的EGR气流。
所述两个EGR阀门14、13中的第二(“冷”)EGR阀门13控制了经由U形EGR冷却器通路12通过EGR冷却器10的、在进气口8和出气口9之间的EGR气流。
旁通通路11在进气口8和出气口9之间被并联于EGR冷却器10以选择性地允许排气不经冷却地绕过EGR冷却器10。
第一EGR阀门14控制了进入旁通通路11的气流，这就是说，它位于旁通通路11的上游端。第二EGR阀门13控制了离开U形EGR冷却器通路12的气流。这就是说，第二EGR阀门13位于U形EGR冷却器通路12的下游端。这样的好处是，第二EGR阀门13从不暴露于非常高的排气温度中。此外，当排气温度非常高时，由于第一阀门14总是关闭的，这允许使用非冷却的EGR阀门14、13。
这里将描述第一实施例的一些工作模式。
根据EGR发动机管理策略使用已知技术来电子控制阀门13、14。
当第一EGR阀门14和第二EGR阀门13都关闭时(见图2A)，没有排气从发动机出口流到发动机入口。这就是说，没有EGR气流。
当第一(热)EGR阀门14打开而第二(冷)EGR阀门13关闭时(见图2B)，允许排气仅仅经由旁通通路11从发动机出口流到发动机入口而绕过EGR冷却器10，(如图中箭头所示方向)。这种工作模式通常被用在发动机启动阶段，此时排气相对较冷。
由于第一EGR阀门14和第二EGR阀门13都不被冷却，所以排气在流向发动机入口的途中不会经受任何不必要冷却。比图1A和图1B所示的系统更进一步的优点在于短的旁通气流路径使得压力损失最小。
当第一(热)EGR阀门14关闭而第二(冷)EGR阀门13打开时，EGR气体被引导通过EGR冷却器通路12通过EGR冷却器10且通过出气口9离开，以允许最大程度地冷却排气(见图2C)。注意到由于使用了U形EGR冷却器通路12，排气当经过EGR冷却器通路12时两次通过EGR冷却器10，因而最大化了对排气的冷却效果。
通过部分地打开第一EGR阀门14和第二EGR阀门13中的每个，从而让一些排气流经EGR冷却器10而一些排气流经旁通通路11(见图2D)，可以实现不同的冷却效果。
一旦发动机达到正常工作温度，则通过关闭第二(冷)EGR阀门13并打开当第一(热)EGR阀门13来进行阀门再生/还原(valve regeneration)。这个过程可用于烧蚀掉可能堆积的任意污染物，并且，如果需要，发动机可以运行以便临时提高排气温度来增加烧蚀速度。在这个过程中，所有的排气都流经旁通通路11。(见图2E)。外部测试设备(未显示)可用于监测阀门运行。如果怀疑存在阻塞(或者慢速运行)，那么发动机控制模块(未显示)可用于在一段预设时间内运行阀门再生循环，从而将发动机负载设定为高，以便EGR气体足够热以烧蚀掉污染物。
第二实施例的描述可参考图3A和图3B。
EGR组件同前面一样具有带有进气口19和出气口21的壳体18。壳体18限定了有两个分支的U形EGR冷却器通路17，一个EGR冷却器被安装在所述分支中，该EGR冷却器具有两个冷却元件26、27，所述冷却元件各装在一个分支中。
壳体18还限定了一个旁通通路22，该旁通通路22被设置成在壳体18的进气口19与出气口21之间并联于U形EGR冷却器通路17。
该壳体还限定了在两个EGR冷却元件26、27之间某一位置处、被连接在U形EGR冷却器通路17与旁通通路22之间的中间旁通通路20。
三个EGR阀门23、24、25安装在壳体18内。第一“热”EGR阀门23控制通过旁通通路22在进气口19和出气口21之间流向出气口21的排气气流。第二(冷)EGR阀门25控制通过U形EGR冷却器通路17从进气口19流向出气口21的排气气流。第三(中间)EGR阀门24控制通过中间旁通通路20流向旁通通路22的排气气流。
由于EGR冷却器具有两个分离的冷却元件26、27，所以排气可以根据EGR阀门23、24、25的状态而被引导通过一个冷却元件27、通过两个冷却元件26、27或者绕过两个冷却元件26、27。因此，除全部绕过EGR冷却器外，这个实施例还允许当不需要冷却时对排气的冷却进行更大程度的控制。
第三EGR阀门24控制离开中间旁通通路20的排气气流，也就是说，第三EGR阀门24位于中间通路20的下游端且位于EGR冷却器元件27的下游。这样的好处是第二EGR阀门24从不暴露于非常高的排气温度下并因此不需要冷却。
第二EGR阀门25控制了离开冷却器通路17的气流，这就是说，第二EGR阀门25位于EGR冷却器通路17的下游端且位于EGR冷却器元件26、27的下游。这样的好处是第二EGR阀门25从不暴露于非常高的排气温度下因此不需要冷却。
此外，由于当排气温度特别高时，第一EGR阀门23通常是关闭的，这允许使用非冷却EGR阀门作为第一EGR阀门23。
图3A显示了一种低水平冷却工作模式，其中第一和第二EGR阀门23、25关闭而第三EGR阀门24打开。这允许EGR气体只流动通过EGR冷却器的一个冷却元件27。这种低水平冷却可以在某些发动机工作情况下使用以达到最优的燃烧而不需要过多地减小排气在EGR冷却器中的速度。
图3B显示了一种高水平冷却工作模式，其中第一和第三EGR阀门23、24关闭而第二EGR阀门25打开。这允许排气流过EGR冷却器的全部两个冷却元件26、27，从而使得冷却最大化。
尽管图3A、图3B显示了三个阀门23、24、25的顺列设置(in-linearrangement)，不过它们也可被封装为不同形式以符合外部封装要求。
需要注意到在上述实施例中通过使用U形EGR冷却器通路可以制造出一个非常紧凑的EGR组件。此外，通过将EGR冷却器通路和旁通通路做成共用壳体的一部分，可以以相对小的成本来制造EGR组件。
使用U形EGR冷却通路的优点之一是冷却通路的长度可以更长而不会增加壳体的长度。使用更长的EGR冷却通路为更大程度的冷却提供了机会。
现在将参考图4A到图4E描述第三实施例。
参见图4，EGR组件包含壳体28，该壳体28具有用于接收来自于发动机出口的排气的进气口29和在冷却器28的相反端处的出气口30，该出气口30用于输送排气到发动机入口。壳体28内是被容纳于EGR冷却器通路35内的水冷内置EGR冷却器31，该冷却器通路35被形成为壳体28的一部分。EGR冷却器31有一系列的管道，排气和液体冷却剂可以分别流过或环绕这些管道。
与壳体28集成在一起并且从出气口29延伸出来的是旁通通路32。两个EGR阀门33、34装在壳体28内。
两个EGR阀门中的第一(“热”)EGR阀门33控制经由旁通通路32在进气口29和出气口30之间的排气气流。
两个EGR阀门中的第二(“冷”)EGR阀门34控制经由EGR冷却器31在进气口29和出气口30之间的排气气流。第二(冷)EGR阀门34控制了离开EGR冷却器通路35的排气气流。这就是说，它位于EGR冷却器31的下游。
现在可以描述第三实施例的一些工作模式。按照EGR发动机管理策略用已知技术来电子控制EGR阀门33、34。
当阀门33、34都关闭时(见图4A)，没有排气从发动机出口流向发动机入口。
当第一(热)EGR阀门33打开而第二(冷)EGR阀门34关闭时(见图4B)，排气被允许仅仅通过旁通通路32从发动机出口流到发动机入口。按图4B中箭头所示方向，排气绕过EGR冷却器31。这种工作模式通常被用在发动机启动阶段，此时排气相对较冷。由于EGR阀门33、34都未被冷却，所以排气在流向发动机入口的途中不会承受任何不必要的冷却。
当第一(热)EGR阀门33关闭而第二(冷)EGR阀门34打开时，排气被引导通过EGR冷却器31，以达到对排气的最大冷却(见图4C中箭头)。
如图4D所示，通过部分的打开两个EGR阀门33、34中的每一个，从而让一些排气流经冷却器28而一些排气流经旁路32(见图4D中箭头)，可以实现不同的冷却效果。
一旦发动机达到正常工作温度时，通过关闭第二(冷)EGR阀门34并打开当第一(热)EGR阀门33可以实现阀门再生(如图4E所示)。这个过程可用于烧蚀掉任何可能堆积的污染物。在这个过程中，所有的排气气流均通过旁通管道32。(见图4E中箭头)。外部测试设备(未显示)可用于监测阀门运行。如果怀疑存在阻塞(或者慢速运行)那么发动机控制模块(未显示)可用于在一段预设时间段内允许阀门再生循环从而将发动机负载设定为高以便排气足够热以烧蚀掉污染物。
本实用新型的好处之一是用于控制排气再循环气流的阀门和用于控制对再循环排气的选择性冷却的阀门是相同阀门。这就是说，EGR组件可以用相同阀门提供EGR控制和排气冷却控制。
本实用新型的另一个好处是由于只使用了EGR阀门，所以当这些阀门分别处于关闭状态时，不像使用蝶形阀或瓣阀的情况，不会有通过EGR阀门的泄漏。因而当不需要冷却时，不会有通过EGR冷却器的泄漏，且当需要最大冷却时，不会有通过旁通通路的泄漏。
本实用新型的另一个好处是由于不再需要对EGR阀门的冷却，因为当排气温度很高时，热EGR阀门是关闭的，而其它EGR阀门位于至少一个EGR冷却器下游，因而EGR阀门从不会暴露在非常高的排气温度下。
熟悉本领域技术的人可以理解，尽管上文通过示例的方式参考一个或更多个实施例对本实用新型进行描述，但本实用新型不仅限于已经公开的实施例，并且在不背离本实用新型所附的权利要求书所提到的范围的情况下，可以对本实用新型的公开实施例或可替代实施例做出一种或更多种修改。

Claims (10)

1.排气再循环组件，即EGR组件，其特征在于，该排气再循环组件包含容纳EGR冷却器的EGR冷却器通路、与该EGR冷却器并联以便选择性地允许排气不经冷却地绕过该EGR冷却器的旁通通路、用于控制通过该旁通通路的排气气流的第一EGR阀门和用于控制通过该EGR冷却器通路的排气气流的第二EGR阀门。
2.根据权利要求1所述的EGR组件，其特征在于，所述第一EGR阀门控制进入所述旁通通路的气流。
3.根据权利要求1所述的EGR组件，其特征在于，所述第二EGR阀门控制离开所述EGR冷却器通路的气流。
4.根据权利要求2所述的EGR组件，其特征在于，所述第二EGR阀门控制离开所述EGR冷却器通路的气流。
5.根据权利要求1至4中任意权利要求所述的EGR组件，其特征在于，所述组件还包括壳体，该壳体有进气口和出气口，所述EGR冷却器通路和所述旁通通路被制成所述壳体的一体部分并且所述EGR冷却器通路和所述旁通通路被并联在所述壳体的所述进气口和所述出气口之间。
6.根据任何权利要求1至4所述的EGR组件，其特征在于，所述EGR冷却器通路是U形EGR冷却器通路。
7.根据任何权利要求5所述的EGR组件，其特征在于，所述EGR冷却器通路是U形EGR冷却器通路。
8.根据权利要求6所述的EGR组件，其特征在于，所述U形EGR冷却器通路两次穿过所述EGR冷却器。 
9.根据权利要求6所述的EGR组件，其特征在于，所述EGR冷却器具有两个冷却器元件，并且当所述排气流经所述EGR冷却器通路时所述排气流经所述两个EGR冷却器元件中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的EGR组件，其特征在于，所述组件还包含位于所述两个EGR冷却器元件之间的中间旁通通路以选择性地将所述EGR冷却器通路连接到所述旁通通路，以及所述组件还包括第三EGR阀门以控制通过所述中间旁通通路流向所述旁通通路的排气气流。 
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