CN202707290U - 排气再循环系统 - Google Patents

Abstract

提供一种车辆的排气再循环系统，即EGR系统。EGR系统包括流体联接在排气歧管下游的涡轮机和EGR管道，该EGR管道包括直接在所述涡轮机下游联接到排气通路的第一端口以及联接到进气系统的第二端口，其中所述第一端口的轴线被设置成相对于所述涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度。

Description

排气再循环系统

技术领域

本实用新型涉及一种排气再循环系统。

背景技术

排气再循环（EGR）可以用于内燃发动机来减少排放以及提高燃烧效率和燃料经济性。一些EGR系统可以从涡轮机下游位置处抽取排气并使得该排气流动到进气系统。这些类型的EGR系统可以被称为低压EGR系统。

US 7,801,669公开了一种具有低压EGR回路的发动机。具体地，EGR管道流体联接到涡轮机和微粒过滤器下游的排气管道。在选定工况期间，排气可以通过EGR回路被引导。通过将EGR管道和排气系统的结合处定位在微粒过滤器下游，可以减少EGR管道的污染。

不过，本发明人已经认识到US 7,801,669中所公开的EGR系统中的数个缺点。涡轮机和微粒过滤器会增加流动通过排气系统的排气内的损失从而减少行经EGR管道的排气的流速。此外，由于EGR管道和涡轮机出口排气通路之间的汇合的几何构造（例如T型接头）的原因，EGR管道内的损失会是较大的。具体地，气流的切向分量会导致EGR管道的入口内的大量的流动分离和湍流。因此，会减小EGR系统的效率。

实用新型内容

因此在一种方法中，在车辆中提供一种排气再循环（EGR）系统。EGR系统包括流体联接在排气歧管下游的涡轮机以及EGR管道，该EGR管道包括直接在涡轮机下游联接到排气通路的第一端口和联接到进气系统的第二端口，其中所述第一端口的轴线被设置成相对于涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度。以此方式，EGR管道入口可以被集成到涡轮机外壳内，从而在选定工况期间减少损失且增加EGR效率且因而增加发动机效率。

已经发现了当以此方式定位EGR端口时，可以减少EGR系统内的损失。具体地，结构性设计（例如EGR管道的取向）使得离开涡轮机的排气流的切向分量驱动流体通过EGR系统从而增加通过EGR管道的排气的体积流量。

在另一实施例中，涡轮机外壳出口的直径大于排气管道的直径。

在另一实施例中，第一端口被定位成邻近涡轮机内的转子组件。

在另一实施例中，车辆中的排气再循环（EGR）系统包括流体联接在排气歧管下游的涡轮机以及排气再循环（EGR）管道，该EGR管道包括直接在涡轮机下游联接到排气通路的第一端口以及联接到进气系统的第二端口，其中，所述第一端口的轴线被设置成相对于涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度，第一端口与排气通路齐平安装。

在另一实施例中，所述角度在0-90度之间。

在另一实施例中，第一端口包括渐缩的上部。

在另一实施例中，第一端口被竖直定位在废气门出口上方。

在另一实施例中，第二端口被联接到压缩机上游。

在另一实施例中，车辆中的排气再循环（EGR）系统包括流体联接在排气歧管下游的涡轮机以及排气再循环（EGR）管道，该EGR管道包括直接在涡轮机下游与排气通路齐平地安装的第一端口以及联接到进气系统的第二端口，其中所述第一端口的轴线被设置成相对于涡轮机的旋转轴线处于40度-60度之间的角度。

在另一实施例中，第一端口被定位成邻近涡轮机中的转子组件，该转子组件通过涡轮机的出口外壳被至少部分封罩。

这个概述被提供用于以简化的形式引入将在具体实施方式中进一步描述的选择的概念。这个概述不意味着指明所保护的主题的关键的或实质特征，其也不意味着被用于限制所保护的主题的范围。此外，所保护的主题不限于克服上文或本公开的任何部分中所述的任何或全部缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了车辆的示意图，该车辆包括内燃发动机、进气系统、排气系统和排气再循环（EGR）系统。

图2-图6示出了示例排气系统和EGR系统的各种视图。图2-图6被近似成比例绘制。

图7示出了车辆中的EGR系统的操作方法。

具体实施方式

本文公开了具有增加的效率的排气再循环（EGR）系统。EGR系统包括具有第一端口的EGR管道，该第一端口被定位在涡轮机下游车辆排气系统中的一个位置。第一端口可以被定位成相对于涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度。在一个示例中，通过转子组件的旋转轴线来定义涡轮机的旋转轴线。在一些实施例中，第一端口的中心轴线可以被定位成相对于涡轮机的旋转轴线处于0至90度之间的角度（例如30到60度）。该角度可以被选择成平衡离开涡轮机的流场的轴向和周向矢量分量以便最优化EGR调度。此外，在一些示例中，第一端口可以被集成到涡轮机的出口外壳中从而能够实现EGR系统中损失的减少。以此方式，在EGR操作期间排气可以通过EGR管道被高效地引导。因此，可以增加EGR系统的效率。

图1示出了车辆100的示意图。应该意识到，图1中示出的车辆100中所包括的部件是被示意性描绘的。对于例如EGR系统的部件的描绘在图2-图6中被示出并且在此将被更加详细地讨论。

车辆100可以包括具有至少一个燃烧室104的发动机102。发动机102可以被构造成在燃烧室104内实现燃烧。在运行期间，发动机102中的每个燃烧室通常均经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间空气被引入燃烧室。在压缩冲程期间，活塞（未示出）在燃烧室104内移动以压缩空气/燃料混合物。在之后被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。不过在其他实施例中，可以在之后被称为进气道喷射的过程中在进气冲程期间将燃料引入燃烧室104。在之后被称为点火的过程中，例如通过火花塞或通过压缩点火，点燃被喷射的燃料。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞。曲轴（未示出）将活塞的运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，燃烧的空气-燃料混合物可以流到排气歧管（未示出）。注意到，上面仅作为示例被描述并且在气体实施例中可以实现其他燃烧运行。

车辆100包括联接到发动机102的进气系统106和排气系统108。进气系统106可以提供进气到发动机并且排气系统108可以从发动机102接收燃烧排气。箭头140指示出进气从进气系统106到发动机102的流动并且箭头142指示出排气从发动机102到排气系统108的流动。进气系统可以包括各种部件，例如电子节气门110。节气门被构造成改变提供给发动机102的进气的量。

排气系统108可以包括各种部件，例如排放控制装置112。应该意识到，排放控制装置112可以被定位在涡轮机116下游，这将在此更具体讨论。排放控制装置可以是具有一块或更多块的催化剂、微粒过滤器等。此外在一些示例中，可以利用两个或更多个排放控制装置。

进气系统106可以包括压缩机114。类似地，排气系统可以包括涡轮机116。涡轮机和压缩机（114和116）可以被包括在涡轮增压器中。涡轮增压器可以被构造成选择性地向发动机提供增压。以此方式，可以增加发动机效率。应该意识到，在涡轮增压器中可以提供驱动轴或其他适当的机械部件以便使得旋转能量能够从涡轮机116传递到压缩机114。涡轮机116可以包括其内放置有废气门120的旁通管道118。此外，在一些实施例中，压缩机114可以包括旁通管道（未示出）和位于其内的废气门（未示出）。

车辆还可以包括被构造成使得排气从排气系统108流动到进气系统106的EGR系统122。箭头144绘出了排气从排气系统108到EGR系统122的流动。类似地，箭头146绘出了排气从EGR系统122到进气系统106的流动。EGR系统可以包括EGR管道124，如图2-图6中更具体示出的。EGR管道124可以包括位于涡轮机116下游的排气系统108内的第一端口126和位于进气系统106内的第二端口128。第一端口126限定排气系统108和EGR系统122之间的汇合。类似地，第二端口128限定进气系统和EGR系统之间的汇合。第一端口126可以被定位在排气系统108内涡轮机116的下游。在一些实施例中，第二端口128可以被定位在进气系统106内压缩机114的上游。不过，在一些实施例中，第二端口128可以被定位在压缩机114的下游。EGR系统还可以包括EGR冷却器130和/或EGR阀132，这二者均可以被定位在EGR管道124内。EGR冷却器130可以被构造成从流过EGR系统122的排气中去除热，并且EGR阀132可以被构造成调节流经EGR系统122的排气的量。EGR冷却器130和EGR阀132二者可以通过来自控制器150的命令被调整，这将在此被更具体地讨论。在其他实施例中，EGR系统122可以不包括EGR冷却器130。

EGR管道124以及特别是第一端口126可以具有减少EGR系统122中的损失的各种结构性特征，这将参考图2-图6被更详细地描述。结构性特征可以包括第一端口126和/或EGR管道124相对于涡轮机116的旋转轴线所处的角度。结构性特征还可以包括EGR管道124的弯曲。用于减少损失的其他特征包括第一EGR端口126与排气系统的齐平安装以及将第一端口126集成到涡轮机116的出口外壳中。在一个示例中，端口126可以位于恰在涡轮机转子400下游和废气门120上游。封装限制会妨碍这个设计特征，从而导致端口126位于废气门120下游。在两个位置中，端口126的角度均可以被选择成平衡离开涡轮机的流场的轴向和周向矢量分量从而最优化EGR。

温度传感器134可以被联接到发动机120。温度传感器可以向控制器150发送信号。图1中示出的控制器150是常规微型计算机，其包括微处理器单元（CPU）152、输入/输出端口（I/O）154、只读存储器（ROM）156、随机存取存储器（RAM）158、保活存储器（KAM）160和常规数据总线。

控制器150可以被用于操作车辆100内的各种部件以及接收来自车辆内传感器的信号。部件可以包括发动机102、压缩机114、涡轮机116、EGR冷却器130和EGR阀132。不过，在其他示例中，可以使用额外的或替代的控制器来控制一个或更多个前述部件的操作。

可以实施多种控制策略来操作上述部件。在一个示例中，EGR阀132可以通过控制器150被控制并且被构造成改变通过EGR管道124的气流。因此，在第一工况期间，排气系统108中的至少一部分排气可以经由来自控制器150的命令被引导通过EGR系统122。以此方式，EGR操作可以被执行成减少排放以及增加燃烧效率和燃料经济性。类似地，在第二工况期间，可以通过来自控制器150的命令，基本禁止排气流动通过EGR管道124。以此方式，排气可以基于发动机工况而选择性地流动通过EGR系统122。应该意识到，各种工况可以针对EGR操作改变车辆需求，例如发动机温度、请求扭矩、进气歧管气压、喷射正时、气门正时等。此外，应该意识到，在特定工况期间，例如当排气已经超过阈值温度时，EGR冷却器130可以被操作成从行经EGR管道125的排气中去除热。以此方式，进气系统106中不会经历过热情况。

图2-图6示出了EGR管道和直接位于涡轮机下游的排气管道之间的汇合的各种视图。换言之，在排气管道和涡轮机出口之间不存在任何部件（例如过滤器、催化剂、冷却器等）。具体地，图2示出了一部分排气系统108以及EGR系统122的透视图。如所示，排气系统108包括排气歧管200，该排气歧管200具有流体联接到发动机102内的至少一个燃烧室的分支管道202。分支管道202可以汇聚在排气收集器204处。应该意识到，可以使用各种排气系统构造并且所示构造实质上是示例性的。

排气收集器204可以进一步被联接到涡轮机116的入口206。如所示，排气系统还包括位于涡轮机116下游的排放控制装置112。此外，EGR管道124在涡轮机116下游一位置被流体联接到排气系统108。具体地，在所示实施例中，EGR管道124和排气系统108的汇合位于涡轮机116的出口外壳208内。

图3示出了第一端口126在EGR管道124内的汇合的俯视图。虽然在所示实施例中第一端口126和排气系统108之间的汇合位于涡轮机116的出口外壳208内，不过应该意识到在其他实施例中，该汇合可以位于涡轮机下游的其他适当位置，例如在排气管道内。

应该意识到，排气可以从排气歧管被引导到涡轮机涡壳300内。涡壳可以被构造成引导排气以便驱动转子组件400，如图4所示。转子组件400可以进一步被旋转联接到将涡轮机116联接到压缩机114的驱动轴（未示出）。以此方式，可以向发动机提供增压。在经过转子组件之后，排气可以被引导到由出口外壳208限定的涡轮机出口。出口外壳208被流体联接到排气管道304。如所示，排气管道304向外延伸并且相对于涡轮机旋转轴线303弯曲。不过，在其他示例中，替代性几何构造和取向是可能的。

如所示，在涡轮机116的旋转轴线303和第一端口126的中心轴线305之间限定的角度302是非直角也非平角的。当第一端口126和排气管道124以此方式被设置时，在EGR操作期间，经由EGR系统可以接收更大量的离开转子组件400的排气流的切向分量。具体地，在水平-纵向平面内，角度302可以是在0至90度之间。具体地在所示实施例中，角度近似50度。不过在其他实施例中，可以使用替代性角度。角度302具有水平-纵向分量且还具有竖直-纵向分量。竖直坐标轴线被定向成进出图3的纸面。此外，水平坐标轴线306被定向成横跨纸面，并且纵向坐标轴线308被定向成沿纸面向下。应该意识到，纵向坐标轴线308平行于涡轮机116的旋转轴线303。角度302的竖直-纵向分量可以是0-90（例如30-60）并且角度302的水平-纵向分量可以是0-90（例如30-60）。角度可以被实际定位成平衡离开涡轮机的流场的轴向和周向矢量分量以便最优化EGR调度。

排气管道304被流体联接到涡轮机出口外壳208。因此，排气管道被定位在涡轮机出口外壳208和第一端口126的下游。如所示，排气管道302相对于涡轮机的旋转轴线303弯曲。具体地，在所示实施例中，排气管道304背离第一端口126弯曲和延伸。这个具体的几何构造减少了EGR操作期间EGR系统122中的损失。不过，在其他实施例中，可以使用替代性几何构造来最小化损失从而减少下游背压的影响。此外，在一些实施例中，排气管道304可以被竖直定位在EGR管道124下方。

从三维流动分析中已经发现，当EGR管道124和第一端口126以此方式定位（例如，角度302在40-60度之间）时，可以减少由气流的切向分量所导致的损失。具体地，可以减少在EGR管道124的入口处的流动分离，从而增加EGR系统的效率且因而增加发动机的效率。应该意识到，由于通过涡轮机的转子组件所产生的流动形态的原因，与流动通过管道的笔直或弯曲段的排气相比，离开涡轮机116的排气会具有更大的切向分量。EGR管道124的几何特征使得EGR气体的切向分量中的更大部分能够被传递到EGR管道，从而增加EGR系统的效率。线350定义了图5所述的横截面。此外，线352定义了图6所示的横截面。

图4示出了涡轮机116和EGR管道124的横截面图。图4示出了被包括在涡轮机116中的转子组件400。转子组件400可以沿顺时针或逆时针方向旋转。如所示，废气门120可以被定位在出口外壳208内。废气门可以被构造成改变流动通过涡轮机旁通管道118的排气量。以此方式，可以调整提供给发动机102的增压量。不过，在其他实施例中，废气门120可以不被包括在排气系统108中。如所示，第一端口126可以竖直定位在废气门120的上方和/或转子组件400的旋转轴线的上方。竖直、水平和纵向坐标轴线被提供用作参考。纵向轴线可以与涡轮机116的旋转轴线对齐。不过，应该意识到在其他实施例中，图4示出的一部分排气系统108可以被定位成其他取向。此外，如图2和图3所示，EGR管道124的直径小于排气管道304的直径。此外，如图2和图3所示，在所示实施例中，涡轮机出口外壳208具有比排气管道304更大的直径。不过，应该意识到在其他实施例中替代性几何构造是可能的。

图5示出了涡轮机116的另一视图。如前所述，排气可以通过涡轮机入口206被引导到达蜗壳300。此外，在特定工况期间排气可以被引导通过EGR管道126。

图6示出了涡轮机116、EGR管道124和第一端口126的横截面图。如所示，第一端口126可以被齐平地安装。这里描述的齐平安装包括在两个管道之间结合处不存在突出部分的附接类型。换言之，EGR管道124没有延伸到涡轮机出口外壳208内。以此方式，可以减少EGR管道内的流动分离。减少流动分离可以减少EGR系统中的损失从而增加系统的效率。此外，在一些实施例中，第一端口的边缘可以被倒圆角以便进一步减少EGR管道内的损失。

此外，第一端口126包括渐缩部分600。如所示，渐缩部分朝向转子组件400渐缩。渐缩可以减少EGR管道124内的流动分离。不过，在其他实施例中，第一端口126可以不包括渐缩部分。例如，EGR管道124垂直于管道轴线的横截面可以是基本对称的（例如圆形的）。

图6进一步示出了邻近转子组件400的出口边缘602定位的渐缩部分600。渐缩部分600的定位和几何构造使得离开涡轮机116的排气的大量切向流动能够行进到EGR管道124内，从而降低EGR系统122中的损失。此外，第一端口126可以被定位成紧邻转子组件400。具体地，第一端口被定位在转子组件400下游且位于涡轮增压器外壳208内。此外，第一端口126可以相对于转子组件的旋转轴线被定位在排气管道304内的涡轮增压器外壳208的下游。

图7是示出了车辆的内燃发动机中EGR系统的操作方法700。图7可以是由上述的系统、部件、装置等来实现的，或者可替代地可以经由其他适当的系统、部件、装置等被实现。

在第一工况期间实施步骤702-707。在步骤702，方法包括使得排气中的至少一部分从涡轮增压器的涡轮机流动到EGR管道内。如上文讨论的，EGR管道可以被设置成相对于涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度。在步骤704，方法进一步包括使得排气通过EGR管道流动到进气系统内。之后在步骤706，方法包括使得排气从进气系统流动到发动机。在第二工况期间实施步骤708。在步骤708，方法包括使得排气中的基本大部分从涡轮机流动到大气。

EGR管道的位置以及上文公开的EGR系统的其他结构性特征能够减少EGR系统中的损失，从而使得能够实现EGR效率的增加。因此，可以改进发动机的操作。

应该意识到，此处描述的构造和/或方法实际上为示例性，且这些具体实施例或示例不应理解为是限制性，因为可能存在大量变形。本公开内容的主题包括此处公开的各种特征、功能、动作和/或性质及其任意和全部等价物的所有新颖和非显而易见的组合与子组合。

Claims (10)

1.一种车辆中的排气再循环系统，即EGR系统，其特征在于，包括：

流体联接在排气歧管下游的涡轮机；以及

EGR管道，该EGR管道包括直接在所述涡轮机下游联接到排气通路的第一端口以及联接到进气系统的第二端口，其中所述第一端口的轴线被设置成相对于所述涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度。

2.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述通路是所述涡轮机的出口外壳。

3.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述第一端口的轴线被设置成相对于所述涡轮机的所述旋转轴线处于大于零度但小于90度的角度。

4.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述第一端口与排气通路齐平安装。

5.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于还包括联接到所述排气通路的排放控制装置。

6.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述第二端口被联接在压缩机的上游。

7.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述第一端口被竖直定位在废气门出口上方，其中所述废气门被定位在所述涡轮机的所述外壳内。

8.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，还包括联接到所述涡轮机外壳的排气管道和延伸自所述第一端口的EGR管道，其中所述排气管道是弯曲的，其中所述排气管道的弯曲背离所述EGR管道延伸。

9.根据权利要求8所述的EGR系统，其特征在于，所述排气管道被竖直定位在所述EGR管道下方，其中所述EGR管道的直径小于所述排气管道的直径。

10.一种车辆中的排气再循环系统，即EGR系统，其特征在于，包括：

流体联接在排气歧管下游的涡轮机；以及

排气再循环管道，即EGR管道，该排气再循环管道包括直接在所述涡轮机下游联接到排气通路的第一端口以及联接到进气系统的第二端口，其中，所述第一端口的轴线被设置成相对于所述涡轮机的旋转轴线处于非垂直角度，所述第一端口与所述排气通路齐平安装。

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