CN215444250U - 废气再循环装置及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于增压发动机技术领域，涉及一种废气再循环装置及发动机。该废气再循环装置包括压气机、加热腔体及多个换热肋片，所述压气机包括压气机壳体及压气机入口直管，所述压气机入口直管的内部设置有压气机入口；所述加热腔体连接在所述压气机壳体上并环绕所述压气机入口直管设置，所述加热腔体内形成有沿所述气体流道延伸并与所述气体流道连通的废气加热空间，所述加热腔体上设置有与所述废气加热空间连通的废气入口。本申请的废气再循环装置，能够降低EGR冷却器后废气由于温度低出现凝结水的风险。

Description

废气再循环装置及发动机

技术领域

本实用新型属于增压发动机技术领域，尤其涉及一种废气再循环装置及发动机。

背景技术

涡轮增压技术是现有发动机普遍采用的技术，该技术可以提高发动机的动力性、燃油经济性以及排放性能。涡轮增压器中的涡轮利用排气能量带动压气机做功实现对进气压缩，提高进气密度。在压气机对进气压缩过程，进气温度会大幅增加，最高温度达到160摄氏度以上。被压缩的进气会加热压气机的壳体，使压气机的壳体温度大幅增加。受压气机壳体温度限制，发动机动力性受到限制，如果能将压气机壳体热量引出，发动机动力性还可以进一步提升。另外，压气机的壳体温度过高也会增加压气机的壳体内出现结焦的风险。

发动机废气再循环技术(也称EGR技术)是将发动机排气管内的废气引入到进气，与进气内的新鲜空气混合后再进入到缸内。在缸内燃烧过程，利用废气中主要成分CO2的比热容大的特性，降低缸内温度抑制发动机爆震，或者降低发动机的污染物排放，最终提高发动机燃油经济性和降低发动机污染物排放。

然而，在低压EGR技术中废气冷却后由于温度降低，废气中的水蒸气可能凝结为小水滴。之后，废气又与新鲜空气混合，温度进一步降低，混合气中的水蒸气将会凝结为水滴。当混合气离压气机入口较远时，供水蒸气凝结为水滴的时间变长，甚至会出现小水滴相互结合变成大水滴的情况。而且这种情况随着环境温度降低和EGR率提升越发明显。水滴被吸入涡轮增压器的压气机，并且与高速旋转的叶轮发生碰撞，对叶轮具有很大的破坏力，尤其是大尺寸的水滴破坏力更大。当混合气离压气机入口较远时，水滴在管道运动更加充分，有可能在压气机入口的整个截面上都有水滴分布，这是希望避免的。这就要求废气与空气尽量接近压气机入口进行混合，如果没有很好的混合方式又会带来压气机入口气流不均匀，造成压气机效率降低，影响发动机性能。同时，为了降低水滴对压气机叶轮的破坏，希望水滴主要是贴着压气机入口壁面进入压气机，或者希望水滴主要集中在压气机入口混合气的中心。

针对EGR中的废气冷却后温度低的问题，现有技术方案包括降低EGR冷却器中水流量或者提高EGR冷却器中冷却水温度；也有通过排气加热EGR冷却后管路的方式。针对EGR废气与新鲜空气混合后形成小水滴并破坏压气机叶轮的问题，现有技术方案包括将废气和空气的混合位置尽量靠近压气机入口；也有技术方案通过控制空气和废气气体流速引导水滴集中压气机入口的中心。

针对EGR技术中废气冷却后温度低的问题，现有技术方案无论采用控制EGR冷却器内冷却水流量或者控制冷却水温度的方式，还是采用排气对EGR管路加热的方式，都需要添加额外的结构装置和控制机构，这增加了发动机的成本和复杂性。针对EGR废气与新鲜空气混合后形成小水滴并破坏压气机叶轮的问题，通过将废气和空气的混合位置置于压气机入口位置会带来增压器效率下降的问题，还有就是引导水滴集中到压气机入口中心的技术方案适用范围较窄。而且，以上现有的技术方案都是单一解决方案，不能同时解决EGR中废气冷却后温度低和控制压气机前水滴分布的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种废气再循环装置及发动机，以降低现有技术中的EGR冷却器后废气由于温度低出现凝结水的风险。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种废气再循环装置，包括压气机、加热腔体及多个换热肋片，所述压气机包括压气机壳体及压气机入口直管，所述压气机壳体为螺旋形，所述压气机壳体的螺旋起点处设置有压气机出口，所述压气机入口直管设置在所述压气机壳体的螺旋中心处，所述压气机入口直管的内部设置有压气机入口，所述压气机壳体内设置有连通所述压气机入口与压气机出口的气体流道；

所述加热腔体连接在所述压气机壳体上并环绕所述压气机入口直管设置，所述加热腔体内形成有沿所述气体流道延伸并与所述气体流道连通的废气加热空间，所述加热腔体上设置有与所述废气加热空间连通的废气入口，多个所述换热肋片连接在所述压气机壳体的外壁上并沿所述气体流道的延伸方向间隔设置在所述废气加热空间内，以将所述废气加热空间分割成多个废气加热子空间，每一所述换热肋片上设置有连通相邻两个所述废气加热子空间的过孔。

可选地，所述压气机入口直管的管壁上设置有与所述废气加热空间连通的混合入口。

可选地，所述混合入口设置有多个，每一所述混合入口在周向上位于相邻的两个所述换热肋片之间以与对应的所述废气加热子空间连通，所述废气入口设置在所述加热腔体上靠近所述压气机出口的位置。

可选地，所述加热腔体包括内侧密封壁、外侧密封壁及盖板，所述盖板的中部设置有通孔，所述压气机入口直管穿出所述通孔，所述废气入口设置在所述盖板上靠近所述压气机出口的位置，所述内侧密封壁连接在所述压气机入口直管的外周上，所述外侧密封壁连接在所述压气机壳体的远离所述压气机入口直管的一侧，所述换热肋片连接在所述内侧密封壁与外侧密封壁之间，所述盖板盖设在所述内侧密封壁与外侧密封壁上以组合成所述加热腔体。

可选地，所述内侧密封壁及外侧密封壁的顶面平齐以组合成密封面，所述内侧密封壁包括位于所述压气机入口直管周围的环状部分，所述环状部分与所述压气机入口直管的管壁形成为一体，所述环状部分的顶面形成为环形台阶平面，所述混合入口贯穿所述环状部分；

所述盖板密封贴合在所述密封面上，以在所述盖板、内侧密封壁及外侧密封壁之间形成所述废气加热空间。

可选地，所述内侧密封壁还包括板状部分，所述板状部分的一端连接在所述环状部分上，所述板状部分的另一端延伸至所述压气机出口处并与所述外侧密封壁的第一端连接，所述外侧密封壁的第二端连接在所述板状部分的中部，所述板状部分的顶面与环状部分的顶面平齐。

可选地，所述内侧密封壁、换热肋片及压气机壳体三者相接的位置形成内侧角落空间，所述外侧密封壁、换热肋片及压气机壳体三者相接的位置形成外侧角落空间，所述内侧角落空间及外侧角落空间用于存储冷凝水。

可选地，所述换热肋片垂直于所述气体流道内的压缩气体流动方向。

可选地，每一所述换热肋片的顶部设置有缺口槽，所述盖板遮盖所述缺口槽以形成所述过孔。

根据本申请实施例提供的废气再循环装置，环绕压气机入口直管设置有加热腔体，加热腔体内形成有沿压气机的气体流道延伸并与气体流道连通的废气加热空间，在废气加热空间内高温的压气机壳体、换热肋片以及加热腔体的腔壁能够加热由废气入口进入的废气，降低EGR冷却器后废气由于温度低出现凝结水的风险。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的废气再循环装置的示意图；

图2是图1去掉盖板后的示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的废气再循环装置的压气机的剖视图。

说明书中的附图标记如下：

100、压气机；200、加热腔体；

10、废气加热空间；101、废气加热子空间；11、压气机壳体；12、压气机出口；13、压气机入口直管；131、压气机入口；14、气体流道；15、环形台阶平面；16、内密封壁；161、环状部分；162、板状部分；17、外密封壁；18、换热肋片；181、缺口槽；19、混合入口；20、密封面；21、盖板；22、废气入口；23、过孔；24、缺口槽；A1、内侧角落空间；A2、外侧角落空间。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了更好地理解本申请，将首先简述发动机低压排气再循环(EGR)系统。由发动机缸内燃烧结束后废气通过排气歧管进入涡轮增压器的涡轮，提供动力驱动涡轮增压器的压气机。然后该废气流入排气管，或者流入EGR回路中。在低压EGR回路中，废气流经低压EGR冷却器，期间温度降低，随后该废气穿过EGR阀。环境中新鲜空气被吸入发动机进气管路，首先经过空气滤清器后，之后流经节流阀，然后在进气管路中与流经EGR阀的废气混合。该空气和废气的混合气被吸入到涡轮增压器压气机，期间混合气被压缩形成高温高压的混合气。之后该混合气流经中冷器，期间温度降低，随后该高压低温混合气进入发动机进气歧管中。最后该高压低温混合气进入发动机气缸，与燃油混合参与燃烧并做功，之后变成废气。现有技术方案下，固定发动机转速随发动机负荷增加，EGR率呈现先增加后降低的规律，EGR冷却器后的废气温度也是如此，而压气机出口12以及压气机壳体11的温度呈现逐渐上升的规律。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供了一种废气再循环装置，包括压气机100、加热腔体200及多个换热肋片18，所述压气机100包括压气机壳体11及压气机入口直管13，所述压气机壳体11为螺旋形，所述压气机壳体11的螺旋起点处设置有压气机出口12，所述压气机入口直管13设置在所述压气机壳体11的螺旋中心处，所述压气机入口直管13的内部设置有压气机入口131，所述压气机壳体11内设置有连通所述压气机入口131与压气机出口12的气体流道14。气体压缩后被聚集在气体流道14内，并流动到压气机出口12。

例如，所述压气机壳体11为涡轮增压器中离心式压气机蜗壳。

所述加热腔体200连接在所述压气机壳体11上并环绕所述压气机入口直管13设置，所述加热腔体200内形成有沿所述气体流道延伸并与所述气体流道14连通的的废气加热空间10，所述压气机入口直管13的管壁上设置有与所述废气加热空间10连通的混合入口19。所述加热腔体200上设置有与所述废气加热空间10连通的废气入口22(用于将废气引入废气加热空间10)，多个所述换热肋片18连接在所述压气机壳体11的外壁上并沿所述气体流道14的延伸方向间隔设置在所述废气加热空间10内，以将所述废气加热空间10分割成多个废气加热子空间101，每一所述换热肋片18上设置有连通相邻两个所述废气加热子空间101的过孔23。

这样，所述换热肋片18设置在设有压气机入口直管13一侧的压气机壳体11的外表面，以此增加换热面积，使高温压气机壳体11更快加热废气。

多个所述换热肋片18沿着气体流道14间隔布置，以充分利用压气机壳体11的高温区域。

在一实施例中，如图2所示，所述混合入口19设置有多个，每一所述混合入口19在周向上位于相邻的两个所述换热肋片18之间以与对应的所述废气加热子空间101连通，以均匀地将废气加热空间10的内的废气引入压气机入口131，同时使混合过程中形成的凝结水滴紧贴压气机入口13壁面进入压气机100。所述废气入口22设置在所述加热腔体200上靠近所述压气机出口12的位置。

在一实施例中，多个所述混合入口19在圆周方向上等间隔排布且高度一致。

所述混合入口19可以是任意形状的孔，或者是任意形状的槽。所述混合入口19对应的孔或槽的大小需要合理设计，以尽量保证每个孔或槽的废气流量差别不会太大，并且有利于废气与新鲜空气混合。

在一实施例中，如图2所示，所述加热腔体包括内侧密封壁16、外侧密封壁17及盖板21，所述盖板2的中部设置1有通孔，所述压气机入口直管13穿出所述通孔，所述废气入口22设置在所述盖板21上靠近所述压气机出口12的位置，所述内侧密封壁16连接在所述压气机入口直管13的外周上，所述外侧密封壁17连接在所述压气机壳体11的远离所述压气机入口直管13的一侧，所述换热肋片18连接在所述内侧密封壁16与外侧密封壁17之间，所述盖板21盖设在所述内侧密封壁16与外侧密封壁17上以组合成所述加热腔体200。

在一实施例中，如图2所示，所述内侧密封壁16及外侧密封壁17的顶面平齐以组合成密封面20，所述内侧密封壁16包括位于所述压气机入口直管13周围的环状部分161，所述环状部分161与所述压气机入口直管13的管壁形成为一体，所述环状部分161的顶面形成为环形台阶平面15，所述混合入口19贯穿所述环状部分161。这样，所述内侧密封壁16的位于与压气机入口直管13周围的部分与压气机入口直管13的管中壁集成在一起，由于压气机入口直管13周围相邻换热肋片18一端与压气机入口直管13的管壁距离较近，而且集成后方便在压气机入口直管13管壁上(两个换热肋片18)之间开孔(混合入口19)。

所述盖板21密封贴合在所述密封面20上，以在所述盖板21、内侧密封壁16及外侧密封壁17之间形成所述废气加热空间10。

在一实施例中，如图2所示，所述内侧密封壁16还包括板状部分162，所述板状部分162的一端连接在所述环状部分161上，所述板状部分162的另一端延伸至所述压气机出口12处并与所述外侧密封壁17的第一端17a连接，所述外侧密封壁17的第二端17b连接在所述板状部分162的中部，所述板状部分162的顶面与环状部分161的顶面平齐。

在一实施例中，如图2所示，所述内侧密封壁16、换热肋片18(内侧)及压气机壳体11(内侧)三者相接的位置形成内侧角落空间A1，所述外侧密封壁17、换热肋片18(外侧)及压气机壳体11(外侧)三者相接的位置形成外侧角落空间A2，所述内侧角落空间A1及外侧角落空间A2用于存储冷凝水。

所述盖板21的形状依据内侧密封壁16和外侧密封壁17围成的区域而定，例如蜗形盖板。

在一实施例中，所述换热肋片18垂直于所述气体流道14内的压缩气体流动方向。

当然，所述换热肋片18与所述气体流道14内的压缩气体流动方向也可以是其它角度，其目的之一是增加换热面积，另外就是依靠换热肋片18和压气机壳体11、内侧密封壁16、外侧密封壁17之间形成的角落空间(内侧角落空间A1及外侧角落空间A2)存储不可避免出现的冷凝水。

在一实施例中，如图2所示，每一所述换热肋片18的顶部设置有缺口槽24，所述盖板21遮盖所述缺口槽24以形成所述过孔23。缺口槽24可以是U形槽，也可以开V形槽、半圆形槽、矩形槽等其它形状的槽，其主要目的用于形成废气的流动通道，使废气能够以较小压力损失的情况下流动到压气机入口131。

当然，在其它实施例中，也可是直接在换热肋片18上开设一个完整的孔。

上述实施例的废气再循环装置其工作原理如下；

在发动机的中大负荷低EGR率工况，压气机出口12以及压气机壳体11的温度高于EGR冷却器后废气温度。将EGR冷却器后废气通过废气入口22进入废气加热空间10，在此废气加热空间10内，废气与压气机壳体11、换热肋片18、内密封壁16、外密封壁17以及盖板21相互换热加热废气，降低废气由于温度低出现凝结水的风险。被加热的废气通过混合入口19进入压气机入口131与空气混合，由于废气温度上升，混合过程出现凝结水量减少。而且由于混合入口19设在压气机入口直管13的管壁上，混合过程不可避免出现的凝结水也被引导贴着压气机入口直管13的内壁进入压气机，减少对压气机叶片的撞击。另外一方面，压气机壳体11对废气的加热也是废气对压气机壳体11的冷却过程，这种冷却过程可以降低压气机出口12和压气机壳体的温度，降低压气机壳体11内结焦风险。

在发动机的中负荷高EGR率工况，压气机出口12以及压气机壳体11的温度与EGR冷却器后废气温度相当，在废气加热空间10内废气与压气机壳体11等壁面相互换热减少。由于混合入口19设在压气机入口直管13上，混合过程不可避免出现的凝结水也被引导贴着压气机入口直管13内壁进入压气机，减少对压气机叶片的撞击。

在发动机的中小负荷低EGR率工况，压气机出口12以及压气机壳体11的温度又高于EGR冷却器后废气温度。压气机壳体11等壁面又会加热EGR冷却器后废气，降低废气出现凝结水的风险。由于混合入口19设在压气机入口直管13上，混合过程不可避免出现的凝结水也被引导贴着压气机入口直管13内壁进入压气机，减少对压气机叶片的撞击。

另外，换热肋片18、压气机壳体11、内密封壁16及外密封壁17之间形成的角落空间(内侧角落空间A1及外侧角落空间A2)，以及整个废气加热空间10内安装位置下的低处，可存储不可避免出现的冷凝水。低温环境下，压气机壳体11、换热肋片18以及其它壁面温度较低，发动机启动后不久壁面的温度还不够高，EGR冷却器后的废气碰到低温壁面不可避免会出现冷凝水。以上角落空间可以存储出现的冷凝水，之后等壁面温度增加，这些冷凝水又会在高温壁面的加热作用下重新蒸发，与废气一同进入压气机。防止出现冷凝水聚集，出现腐蚀、结冰以及卡滞等问题。

根据本申请实施例提供的废气再循环装置，环绕压气机入口直管设置有加热腔体，加热腔体内形成有沿压气机的气体流道延伸的废气加热空间，在废气加热空间内高温的压气机壳体、换热肋片以及加热腔体的腔壁能够加热由废气入口进入的废气，降低EGR冷却器后废气由于温度低出现凝结水的风险。

同时，将混合入口设在压气机入口直管上，将废气与空气混合过程不可避免出现的凝结水引导贴着压气机入口直管的内壁进入压气机，减少对压气机叶片的撞击。这样，本申请的废气再循环装置能够同时解决EGR中废气冷却后温度低和控制压气机前水滴分布的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废气再循环装置，其特征在于，包括压气机、加热腔体及多个换热肋片，所述压气机包括压气机壳体及压气机入口直管，所述压气机壳体为螺旋形，所述压气机壳体的螺旋起点处设置有压气机出口，所述压气机入口直管设置在所述压气机壳体的螺旋中心处，所述压气机入口直管的内部设置有压气机入口，所述压气机壳体内设置有连通所述压气机入口与压气机出口的气体流道；

所述加热腔体连接在所述压气机壳体上并环绕所述压气机入口直管设置，所述加热腔体内形成有沿所述气体流道延伸并与所述气体流道连通的废气加热空间，所述加热腔体上设置有与所述废气加热空间连通的废气入口，多个所述换热肋片连接在所述压气机壳体的外壁上并沿所述气体流道的延伸方向间隔设置在所述废气加热空间内，以将所述废气加热空间分割成多个废气加热子空间，每一所述换热肋片上设置有连通相邻两个所述废气加热子空间的过孔。

2.根据权利要求1所述的废气再循环装置，其特征在于，所述压气机入口直管的管壁上设置有与所述废气加热空间连通的混合入口。

3.根据权利要求2所述的废气再循环装置，其特征在于，所述混合入口设置有多个，每一所述混合入口在周向上位于相邻的两个所述换热肋片之间以与对应的所述废气加热子空间连通，所述废气入口设置在所述加热腔体上靠近所述压气机出口的位置。

4.根据权利要求3所述的废气再循环装置，其特征在于，所述加热腔体包括内侧密封壁、外侧密封壁及盖板，所述盖板的中部设置有通孔，所述压气机入口直管穿出所述通孔，所述废气入口设置在所述盖板上靠近所述压气机出口的位置，所述内侧密封壁连接在所述压气机入口直管的外周上，所述外侧密封壁连接在所述压气机壳体的远离所述压气机入口直管的一侧，所述换热肋片连接在所述内侧密封壁与外侧密封壁之间，所述盖板盖设在所述内侧密封壁与外侧密封壁上以组合成所述加热腔体。

5.根据权利要求4所述的废气再循环装置，其特征在于，所述内侧密封壁及外侧密封壁的顶面平齐以组合成密封面，所述内侧密封壁包括位于所述压气机入口直管周围的环状部分，所述环状部分与所述压气机入口直管的管壁形成为一体，所述环状部分的顶面形成为环形台阶平面，所述混合入口贯穿所述环状部分；

所述盖板密封贴合在所述密封面上，以在所述盖板、内侧密封壁及外侧密封壁之间形成所述废气加热空间。

6.根据权利要求5所述的废气再循环装置，其特征在于，所述内侧密封壁还包括板状部分，所述板状部分的一端连接在所述环状部分上，所述板状部分的另一端延伸至所述压气机出口处并与所述外侧密封壁的第一端连接，所述外侧密封壁的第二端连接在所述板状部分的中部，所述板状部分的顶面与环状部分的顶面平齐。

7.根据权利要求4所述的废气再循环装置，其特征在于，所述内侧密封壁、换热肋片及压气机壳体三者相接的位置形成内侧角落空间，所述外侧密封壁、换热肋片及压气机壳体三者相接的位置形成外侧角落空间，所述内侧角落空间及外侧角落空间用于存储冷凝水。

8.根据权利要求1所述的废气再循环装置，其特征在于，所述换热肋片垂直于所述气体流道内的压缩气体流动方向。

9.根据权利要求4所述的废气再循环装置，其特征在于，每一所述换热肋片的顶部设置有缺口槽，所述盖板遮盖所述缺口槽以形成所述过孔。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的废气再循环装置。

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