CN213175877U - 发动机的空气系统及包括该空气系统的发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机的空气系统以及包括该空气系统的发动机。该空气系统包括进气系统、涡轮增压系统以及EGR系统，进气系统的进气管道经由涡轮增压系统与发动机相连，发动机又与排气管道相连，EGR系统连接在进气管道和排气管道之间，EGR系统包括适配器，该适配器为壳体部件，并且包括第一连接端口、第二连接端口以及第三连接端口。第一连接端口与排气管道相连，第二连接端口与第一连接管道密封连接，并且第三连接端口与第二连接管道相连。本实用新型公开的空气系统省去了传统发动机的空气系统中的EGR阀，从根本上解决了EGR阀结焦堵塞的问题。

Description

发动机的空气系统及包括该空气系统的发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机，尤其涉及发动机的空气系统。

背景技术

传统发动机的空气系统通常包括进气系统、涡轮增压系统和EGR(Exhaust GasRecirculation，废气再循环)系统等，其示意图如图1所示。其中，外界空气通过进气系统的进气管道1’进入，并通过滤清器2’、进气温度传感器3’和空气流量传感器4’等，完成导流、清洁和计量等工作，随后该空气进入发动机7’中以供燃烧。涡轮增压系统中的涡轮增压器包括同轴安装的涡轮机5’和压缩机6’，发动机7’内的燃烧排出的废气驱动涡轮机5’，该涡轮机5’由此带动压缩机6’对进入的空气进行增压，随后中冷器8’对增压空气进行冷却。涡轮增压系统的作用是使发动机获得更多的进气，从而与燃油系统配合获得更大的功率和扭矩输出，以及使得发动机最大扭矩输出扩大到较低的发动机转速范围，从而提高车辆的加速性能。EGR系统主要包括EGR阀9’，其安装在EGR冷却器10’的出口侧并且由ECU(Electrical Control Unit，电控单元)控制，该ECU在图1中未示出。ECU使用来自各种传感器的信号通过内嵌的软件算法计算出控制信号，并将其传送到阀执行器，从而使得EGR系统根据发动机需求适时、适量地将部分废气再次引入发动机7’内。被再次引入发动机7’的废气能够降低发动机7’内燃气的温度和氧含量，从而减少NO_X化合物的生成量。其余废气则在经后处理器处理之后排放到空气中。

传统发动机的空气系统通过EGR阀9’控制EGR率(即再循环的废气量与吸入气缸的进气总量之比)。在工作过程中，发动机燃料燃烧不充分产生的黑色碳颗粒易于在EGR阀9’的阀杆处累积，从而导致其结焦堵塞。

因此，需要对传统发动机的空气系统进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种改进EGR循环的发动机的空气系统。

本实用新型公开了一种发动机的空气系统，其包括进气系统、涡轮增压系统以及EGR系统，所述进气系统的进气管道经由所述涡轮增压系统与所述发动机相连，所述发动机又与排气管道相连，所述EGR系统连接在所述进气管道和所述排气管道之间，所述EGR系统包括：适配器，所述适配器为壳体部件，并且包括：第一连接端口，所述第一连接端口经由管路与所述排气管道相连；第二连接端口，所述第二连接端口与第一连接管道密封连接，所述第一连接管道还经由压力调节器与压缩空气储气罐连通；以及第三连接端口，所述第三连接端口与第二连接管道的第一端密封连接，所述第二连接管道的另一端与所述进气管道连通。

在一种实施方式中，所述EGR系统还包括：连接在所述管路和所述适配器之间的EGR冷却器，其包括入口和出口，所述管路连接在所述EGR冷却器的入口侧，所述适配器连接在所述EGR冷却器的出口侧。

在一种实施方式中，所述第一连接管道的一端伸入所述适配器内，其靠近所述EGR冷却器的出口并且与所述出口相对布置。

在一种实施方式中，所述第一连接管道的伸入所述适配器内的一端的尺寸略大于所述EGR冷却器的出口的尺寸。

在一种实施方式中，所述适配器具有半球形形状。

在一种实施方式中，所述压力调节器由所述发动机的ECU控制。

在一种实施方式中，当需要进行废气再循环时，所述ECU控制所述压力调节器将来自所述压缩空气储气罐的压缩空气流的压强调节为小于从所述EGR冷却器的出口流出的废气流的压强；当不需要进行废气再循环时，所述ECU控制所述压力调节器将来自所述压缩空气储气罐的压缩空气流的压强调节为等于从所述EGR冷却器的出口流出的废气流的压强。

在一种实施方式中，所述ECU通过控制所述压缩空气流和所述废气流之间的压差来控制所述空气系统的EGR率。

在一种实施方式中，所述压缩空气储气罐包括第一出口和第二出口，所述第一出口与所述压力调节器相连，所述第二出口与安装有所述发动机的车辆的气动制动装置相连。

本实用新型还公开了一种发动机，其包括如上所述的空气系统。

根据本实用新型的发动机的空气系统采用来自压缩空气储气罐的压缩空气流控制EGR率，省去了传统发动机的空气系统中的EGR阀，从而从根本上解决了EGR阀结焦堵塞的问题。

附图说明

提供说明书附图以帮助阅读者更透彻地理解本实用新型，其中：

图1是传统发动机的空气系统的示意图；

图2是根据本实用新型的实施例的发动机的空气系统所基于的原理的示意图；以及

图3是根据本实用新型的实施例的发动机的空气系统的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型进行描述。应当理解，提供具体实施例仅是出于便于透彻理解本实用新型的目的，而不旨在限制本实用新型。因此，以下实施例只是示例性的，并且本实用新型的保护范围仅由所附权利要求限定。

根据本实用新型的实施例的发动机的空气系统采用反向气流在废气和该反向气流之间形成虚拟阀，以控制空气系统的EGR率，其原理如图2所示。假设图中所示的气流A为废气流，其从管道C的左侧端口进入；气流B为反向气流，其从管道C的右侧端口进入。当气流A的压强P_A等于气流B的压强P_B(P_A＝P_B)时，两股气流在管道C中的界面D处相遇并达到稳定状态。当气流A的压强P_A大于气流B的压强P_B(P_A>P_B)时，气流A能够克服气流B的阻力而从管道C的右侧端口流出。两者压差越大，流出的气流A的流量则越大。

根据上述原理，本实用新型提出了如图3所示的一种改进的发动机的空气系统。该空气系统省去了传统发动机的空气系统中的EGR阀，而是利用来自压缩空气储气罐的压缩空气作为反向气流B来控制空气系统的EGR率，这将在下面进一步描述。

如本领域技术人员所熟知，重型车辆的发动机通常配置有空气压缩机，其作用是提供气动制动的气源。该空气压缩机实际上是一个不需要输出动力的内燃机，其曲轴由发动机经由皮带传动来带动，进而带动缸内活塞上下运动。当缸内活塞下行时，外界空气经由进气门被吸入气缸；当该活塞上行时，所述空气被压缩并经由排气门排出，从而储存在压缩空气储气罐中。当储气罐内的压力达到规定压力时，空气压缩机的进气门和排气门短路连接，使得不再有高压空气持续进入储气罐内。该储气罐内储存的高压空气随后可用于车辆的气动制动。本申请将来自压缩空气储气罐的压缩空气流作为反向气流B，并通过调节压缩空气流B的压强来控制空气系统的EGR率。因此，根据本实用新型的实施例的空气系统能够充分利用现有的空气压缩机和压缩空气储气罐，而无需设置额外的部件。

下面参考图3详细地描述根据本实用新型的实施例的发动机的空气系统。该空气系统包括进气系统、涡轮增压系统和EGR系统等。所述进气系统的进气管道1经由所述涡轮增压系统(图中未示出)与发动机2相连，所述发动机2又与排气管道3相连，使得经由进气管道1进入的外界空气被涡轮增压系统增压，随后进入发动机2内参与燃烧，燃烧产生的废气经由排气管道3排出。所述EGR系统连接在所述排气管道3和所述进气管道1之间，以将所述排气管道3中的废气中的一部分重新引入到所述进气管道1中，进而使其进入所述发动机2内，以减少发动机的NO_X化合物生成量。其中，所述进气系统和涡轮增压系统与传统发动机的空气系统的进气系统和涡轮增压系统的构造类似，因此在图3中未详细示出并且在此不进行详细描述。

根据本实用新型的实施例的发动机的空气系统与传统发动机的空气系统的区别主要在于EGR系统。如图3所示，该EGR系统包括EGR冷却器4，其包括入口41和出口42，该入口41经由管路12与所述排气管道3相连。所述EGR系统还包括连接在所述EGR冷却器4的出口42侧的适配器5。所述适配器5为壳体部件，其包括三个连接端口，即第一连接端口51、第二连接端口52以及第三连接端口53。其中，所述第一连接端口51在所述EGR冷却器4的出口42侧与所述EGR冷却器4密封连接，使得从所述EGR冷却器4的出口42流出的气体能够进入所述适配器5内。所述第二连接端口52与第一连接管道6密封连接，所述第一连接管道6的第一端伸入所述适配器5内，另一端经由压力调节器7与压缩空气储气罐8连通，使得来自压缩空气储气罐8的压缩空气经由压力调节器7调节后能够进入所述适配器5内。特别地，所述第一连接管道6的第一端靠近所述EGR冷却器4的出口42并且与该出口42相对布置。所述第三连接端口53与第二连接管道9的第一端密封连接，所述第二连接管道9的另一端与空气系统的进气管道1连通，使得所述适配器5内的气体能够经由所述进气管道1被引入发动机2内。

其中，所述压缩空气储气罐8与空气压缩机10连通，所述空气压缩机10由发动机2带动，从而产生压缩空气，并且将该压缩空气输送到并储存在压缩空气储气罐8内。所述压缩空气储气罐8包括两个出口，即第一出口81和第二出口82。所述第一出口81与所述压力调节器7相连，使得从所述第一出口81流出的压缩空气可用于控制空气系统的EGR率，而所述第二出口82与安装有所述发动机2的车辆的气动制动装置相连，使得从所述第二出口82流出的压缩空气可用于该车辆的气动制动。

所述压力调节器7由发动机的ECU 11(电控单元)控制，所述ECU 11使用来自各种传感器的信号通过内嵌的软件算法计算控制信号，并将该控制信号作用在压力调节器7上，从而调节从压缩空气储气罐8流出的压缩空气的压强。当不需要进行废气再循环(例如发动机处于暖机或怠速等状态)时，所述ECU 11向所述压力调节器7发出控制信号，使得所述压力调节器7将来自所述压缩空气储气罐8的压缩空气流的压强调节为等于所述EGR冷却器4的出口42处的废气流的压强。此时，所述压缩空气流与所述废气流在所述EGR冷却器4的出口42处达到稳定状态，这相当于在所述压缩空气流和所述废气流之间形成了虚拟的阀，该虚拟的阀用于阻止废气流进入所述适配器5的内部空间中，由此使得空气系统不进行废气再循环。当需要进行废气再循环(例如发动机随着负荷的增大而以较高速度运转)时，所述ECU 11向所述压力调节器7发出控制信号，使得所述压力调节器7将来自所述压缩空气储气罐8的压缩空气流的压强调节为小于所述EGR冷却器4的出口42处的废气流的压强。此时，所述废气流能够克服所述压缩空气流的阻力进入所述适配器5内，进而经由所述第二连接管道9进入所述进气管道1内，由此使得空气系统进行废气再循环。进一步地，所述ECU 11能够通过控制所述压缩空气流和所述废气流之间的压差来调节所述空气系统的EGR率。两者之间的压差越大，所述空气系统的EGR率则越高。

在根据本实用新型的一个优选实施例中，所述第一连接管道6的第一端的尺寸(例如，直径)略大于所述EGR冷却器4的出口42的尺寸(例如，直径)，使得所述EGR冷却器4的出口42能够稍微插入所述第一连接管道6的第一端内。由此，当从所述第一连接管道6流出的压缩空气流的压强等于从所述EGR冷却器4流出的废气流的压强时，所述压缩空气流能够充分且有效地阻挡所述废气流。并且，当从所述第一连接管道6流出的压缩空气流的压强小于从所述EGR冷却器4流出的废气流的压强时，所述废气流能够顺利地从所述EGR冷却器4的出口42与所述第一连接管道6的第一端之间的间隙流出。

在根据本实用新型的另一个优选实施例中，所述适配器5具有半球形形状，其半球形的内腔壁适于将从所述EGR冷却器4的出口42与所述第一连接管道6的第一端之间的间隙流出的气流引导到其第三连接端口53处。

采用上述EGR系统的空气系统充分利用压缩空气储气罐8内的压缩空气，省去了传统发动机的空气系统中的EGR阀，从而从根本上避免了EGR阀结焦堵塞的问题。此外，在上述空气系统的运转过程中，来自所述压缩空气储气罐8的压缩空气流会部分地流入所述进气管道1内，进而与经涡轮增压系统增压后的空气一起进入发动机2内用于燃烧。由于该压缩空气流的压强通常会大于经涡轮增压系统增压后的空气的压强，因此该压缩空气流增大了所述发动机2的进气量，从而能够提高发动机2的动力性能。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，并不用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，被冠以“第一”、“第二”或“第三”等的对象在适当的情况下可以互换。

尽管以上公开了本实用新型的具体实施例，但是本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可以进行各种修改、替换和变化。因此，本实用新型的范围不局限于上述具体实施例，而是仅由所附权利要求限定。

附图标记：

1’ 进气管道

2’ 滤清器

3’ 温度传感器

4’ 空气流量传感器

5’ 涡轮机

6’ 压缩机

7’ 发动机

8’ 中冷器

9’ EGR阀

10’ EGR冷却器

1 进气管道

2 发动机

3 排气管道

4 EGR冷却器

41 入口

42 出口

5 适配器

51 第一连接端口

52 第二连接端口

53 第三连接端口

6 第一连接管道

7 压力调节器

8 压缩空气储气罐

81 第一出口

82 第二出口

9 第二连接管道

10 空气压缩机

11 ECU

12 管路

Claims (10)

1.一种发动机的空气系统，其包括进气系统、涡轮增压系统以及EGR系统，所述进气系统的进气管道(1)经由所述涡轮增压系统与所述发动机(2)相连，所述发动机(2)又与排气管道(3)相连，所述EGR系统连接在所述进气管道(1)和所述排气管道(3)之间，

其特征在于，所述EGR系统包括：

适配器(5)，所述适配器(5)为壳体部件，并且包括：

第一连接端口(51)，所述第一连接端口(51)经由管路(12)与所述排气管道(3)相连；

第二连接端口(52)，所述第二连接端口(52)与第一连接管道(6)密封连接，所述第一连接管道(6)还经由压力调节器(7)与压缩空气储气罐(8)连通；以及

第三连接端口(53)，所述第三连接端口(53)与第二连接管道(9)的第一端密封连接，所述第二连接管道(9)的另一端与所述进气管道(1)连通。

2.根据权利要求1所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述EGR系统还包括：

连接在所述管路(12)和所述适配器(5)之间的EGR冷却器(4)，其包括入口(41)和出口(42)，所述管路(12)连接在所述EGR冷却器(4)的入口(41)侧，所述适配器(5)连接在所述EGR冷却器(4)的出口(42)侧。

3.根据权利要求2所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述第一连接管道(6)的一端伸入所述适配器(5)内，其靠近所述EGR冷却器(4)的出口(42)并且与所述出口(42)相对布置。

4.根据权利要求3所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述第一连接管道(6)的伸入所述适配器(5)内的一端的尺寸略大于所述EGR冷却器(4)的出口(42)的尺寸。

5.根据权利要求1所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述适配器(5)具有半球形形状。

6.根据权利要求1所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述压力调节器(7)由所述发动机(2)的ECU(11)控制。

7.根据权利要求6所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述ECU(11)被配置为在需要进行废气再循环时控制所述压力调节器(7)将来自所述压缩空气储气罐(8)的压缩空气流的压强调节为小于从所述EGR冷却器(4)的出口(42)流出的废气流的压强；并且被配置为在不需要进行废气再循环时控制所述压力调节器(7)将来自所述压缩空气储气罐(8)的压缩空气流的压强调节为等于从所述EGR冷却器(4)的出口(42)流出的废气流的压强。

8.根据权利要求7所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述ECU(11)通过控制所述压缩空气流和所述废气流之间的压差来控制所述空气系统的EGR率。

9.根据权利要求1所述的发动机的空气系统，其特征在于，所述压缩空气储气罐(8)包括第一出口(81)和第二出口(82)，所述第一出口(81)与所述压力调节器(7)相连，所述第二出口(82)与安装有所述发动机(2)的车辆的气动制动装置相连。

10.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括根据权利要求1-9中任一项所述的空气系统。

Images