排氣混合系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種排氣混合系統(tǒng)，其適于用在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣再循環(huán)系統(tǒng)中。
【背景技術】
[0002]排氣再循環(huán)(EGR)是用于內(nèi)燃發(fā)動機(汽油或柴油)中的已知技術，其中，發(fā)動機排氣的部分再循環(huán)回到發(fā)動機缸并與進氣流混合。EGR可用來減少不良污染氣體的排放，例如包括NO和NO2的氮氧化物以及諸如碳煙的微粒。
[0003]典型的EGR系統(tǒng)可包括將發(fā)動機的排氣路徑的部分與發(fā)動機的進氣系統(tǒng)的部分流體地連接的導管或其它結(jié)構，從而形成EGR路徑。排氣與進氣需要被充分地良好混合以在進氣中提供均勻濃度的排氣從而能夠減少排放，尤其是減少氮氧化物。
[0004]EGR混合器模塊可用來實現(xiàn)排氣與進氣的混合，并且其可以配置成將進氣與EGR氣體混合在一起以產(chǎn)生具有理想均勻性水平的混合物。EGR混合器模塊可簡單地為導管和/或進氣歧管，如果需要的話其可以設置有諸如葉片、閥或迷宮的特征部以增加混合特性。在一些實施例中EGR混合器模塊可包括專用的流體混合器總成。
[0005]W0-A-2009/149868描述了一種具有混合模塊的排氣混合系統(tǒng)，所述混合模塊包括帶有若干孔的管，排氣流經(jīng)所述孔被分配進入進氣通道中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供用于在發(fā)動機中將排氣與增壓空氣進行混合的混合室，所述的混合室包括:
[0007]進氣入口，其配置成接收進氣流；
[0008]排氣入口，其定位在進氣入口的下游并且配置成接收排氣流；以及
[0009]混合柱，其定位在進氣入口的下游和排氣的至少部分與進氣相遇的點的上游，所述的混合柱延伸跨過混合室，所述的混合柱具有垂直于混合室的縱向軸線定向的縱向軸線。
[0010]本發(fā)明還提供一種用于在發(fā)動機中將排氣與增壓空氣進行混合的混合器模塊，所述混合器模塊包括:
[0011 ] 進氣入口，其配置成接收進氣流；
[0012]排氣入口，其定位在增壓空氣入口的下游并且配置成接收排氣流；
[0013]出口；以及
[0014]如上所述的混合室，其自進氣入口延伸至出口。
[0015]本發(fā)明還提供一種內(nèi)燃發(fā)動機，其包括如上所述的混合器模塊。
【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在將參考附圖僅舉例描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0017]圖1是帶有排氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機的示意圖；
[0018]圖2是圖1的排氣再循環(huán)系統(tǒng)的排氣再循環(huán)混合器模塊的立體圖；
[0019]圖3是示出增壓空氣入口的圖2的排氣再循環(huán)混合器模塊的端視圖；以及
[0020]圖4是圖2的排氣再循環(huán)混合器模塊的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0021]參照圖1，示出了具有高壓回路排氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR系統(tǒng)11)的示例性發(fā)動機10。發(fā)動機10可以是任何種類的適合的發(fā)動機，例如內(nèi)燃發(fā)動機，并且特別是柴油燃料壓燃(Cl)內(nèi)燃發(fā)動機。內(nèi)燃發(fā)動機10可包括封裝在曲軸箱中的多個燃燒缸。燃燒缸可與進氣歧管12以及排氣歧管13流體地結(jié)合。雖然圖1中示出了單個進氣歧管12和排氣歧管13，但應該理解的是，可以使用多于一個的進氣歧管12或排氣歧管13，其中各個進氣歧管12或排氣歧管13結(jié)合至多個燃燒缸?？蓪⒅T如柴油燃料的燃料或者燃料空氣混合物以已知的方式引入各個燃燒缸12中并在其中燃燒。
[0022]發(fā)動機10還可包括渦輪增壓器14。渦輪增壓器14可包括通過公共軸17可驅(qū)動地連接的渦輪機15和壓縮機16。壓縮機16可通過進氣通道18接收新鮮空氣或氣體，其被壓縮并通過空氣供應通道19供應至發(fā)動機10的進氣歧管12。所述壓縮的“進氣”也被稱為增壓空氣，其可在進入進氣歧管12之前穿過增壓空氣冷卻器20。
[0023]渦輪機15可通過第一排氣通道21與排氣歧管13流體地連接，并通過進一步的排氣通道22流體地連接至發(fā)動機10的排氣系統(tǒng)(未示出)。排氣系統(tǒng)可包括后處理系統(tǒng)和一個或多個消聲器，以在排氣被排放到周圍環(huán)境之前從排氣流移除燃燒產(chǎn)物并降低發(fā)動機噪音。自發(fā)動機10的排放通常稱為排氣，但現(xiàn)實中可以是包括例如C02、H2O, NOxW及顆粒物的氣體、諸如液體的其它流體、甚至固體的混合物。后處理系統(tǒng)可包括柴油微粒過濾器、柴油氧化催化器和/或選擇性催化還原系統(tǒng)。
[0024]盡管圖1中沒有示出，但是可以把渦輪增壓器14當作是包括例如串聯(lián)配置的多個渦輪增壓器14的渦輪增壓布置。
[0025]在自然吸氣發(fā)動機中，供應至燃燒室的進氣可不被壓縮。
[0026]EGR系統(tǒng)11可包括EGR氣體通道23，在帶有冷側(cè)EGR閥24的高壓回路EGR系統(tǒng)的情況下，所述EGR氣體通道23流體地連接第一排氣通道21和空氣供應通道19，使得排氣的至少部分可與進氣混合并再循環(huán)到燃燒缸。再循環(huán)排氣的這個部分在本文中將被稱為“EGR氣體”。EGR系統(tǒng)11還可包括EGR閥24，其可配置成由控制器25控制以便改變流過EGR氣體通道23的EGR氣體的量。EGR氣體可穿過EGR冷卻器26以在其與進氣混合之前冷卻EGR氣體。EGR冷卻器26和EGR閥24的順序可以顛倒以給出熱側(cè)或冷側(cè)EGR閥24。EGR系統(tǒng)11可設計成單個單元。
[0027]控制器25可以是單個控制器或者包括多個獨立的或連接的控制單元?？刂破?5可以配置成接收并處理來自各種傳感器布置的信號，并且還可以配置成確定發(fā)動機10和/或EGR系統(tǒng)11的運行狀態(tài)。
[0028]EGR系統(tǒng)11還可包括EGR混合器模塊27 (見圖2至4)。EGR混合器模塊27包括:進氣入口 28，其可流體地連接氣體供應通道19 ;和EGR氣體入口 29，其可流體地連接EGR氣體通道23。混合的EGR氣體和進氣可經(jīng)由EGR混合器模塊出口 30離開EGR混合器模塊
27。EGR混合器模塊出口 30可流體地連接至進氣歧管12。
[0029]EGR閥24可定位在EGR混合器模塊27中并且可配置成打開或關閉EGR氣體入口29，并且EGR閥24的位置可確定通過EGR通道23的流速。
[0030]圖3示出進氣入口 28?；旌鲜?1從進氣入口 28延伸至EGR混合器模塊出口 30。從而混合室31具有與以下連通的進氣入口 33:EGR混合器模塊27的進氣入口 28 ;EGR氣體入口 34，其可包括與EGR混合器模塊27的EGR氣體入口 29連通的一個或多個口 ；以及出口35，其與EGR混合器模塊出口 30連通?；旌鲜?1可大致為管狀并具有沿進氣的流動方向延伸的縱向軸線?；旌现?2延伸跨過混合通道31?；旌现?2定位在進氣入口 33與EGR氣體入口 34之間，即，進氣入口 28的下游和經(jīng)由EGR氣體入口 34進入EGR混合模塊27的EGR氣體的至少一些與進氣相遇的點的上游?；旌现?2可定位在EGR氣體入口 34的一個或多個口的上游。如圖3和4所示，EGR氣體入口 34可包括兩個口，每個口由簧片或其它合適的閥控制。
[0031]混合柱32被定向使得其縱向軸線垂直于混合室的縱向軸線并且從而也垂直于進氣流動的方向。
[0032]混合柱32可具有如圖4所示的C形橫截面。替代地它可以是三角形、圓形、D形、橢圓形的?；旌现?2還可以是在進氣流的方向逐漸減小的翼型形式?；旌现?2可具有配置成擾亂進氣的流動的朝進氣入口定向的連續(xù)偏轉(zhuǎn)面。
[0033]混合柱的尺寸可根據(jù)進氣流的雷諾數(shù)(Reynolds number)、斯特魯哈爾數(shù)(Strouhal number)、流體屬性以及EGR和進氣流的理想混合水平中的任意一個或其所有進行選擇。
[0034]混合室31可以與混合柱壓鑄在一起成為單個單元。
[0035]工業(yè)實用性
[0036]在發(fā)動機10的運行期間，諸如柴油燃料的燃料可被注入燃燒缸中并燃燒。由于燃燒過程而產(chǎn)生的排氣可從燃燒缸引導至排氣歧管13。排氣歧管13內(nèi)的排氣的至少部分可被引導流過并驅(qū)動渦輪機15。所消耗的排氣可在從渦輪機15經(jīng)由排氣系統(tǒng)排出至大氣之前進行處理以減少排放。稱為EGR氣體的排氣的另外部分可被引導至EGR混合器模塊27。EGR氣體可在通過EGR氣體入口 29進入EGR混合器模塊27之前由EGR冷卻器26進行冷卻。
[0037]渦輪機15可通過渦輪增壓器軸17將能量傳遞至壓縮機16。壓縮機16可吸入新鮮空氣或其它氣體并將其壓縮。壓縮的進氣可從壓縮機16排出并且可沿空氣供應通道19經(jīng)由EGR混合器模塊27來到進氣歧管12。壓縮的燃燒氣體可在經(jīng)由進氣入口 28進入EGR混合器模塊27之前由增壓空氣冷卻器20進行冷卻。
[0038]當EGR閥24處于關閉位置時，沒有EGR氣體進入EGR混合器模塊27，并且進氣穿過混合通道31并離開EGR混合器模塊出口 30來到進氣歧管12用于燃燒。
[0039]當EGR閥24處于打開位置時，EGR氣體可經(jīng)由EGR氣體入口 29 (EGR氣體與干凈的進氣在此處混合)進入EGR混合器模塊27的混合室31。然后混合物可被引導至進氣歧管12用于燃燒。
[0040]進氣流隨著其經(jīng)由進氣入口 33進入混合室31而流過混合柱32。混合柱32可配置成隨著進氣被混合柱32的表面偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生湍流。這可以產(chǎn)生渦層，所述渦層可在混合柱32的下游產(chǎn)生低壓區(qū)域。這可增強EGR氣體流滲入進氣流。雖然流速的切向分量跨渦層是不連續(xù)的，但是流速的法向分量是連續(xù)的。EGR氣體入口 34也可配置成在EGR氣體流中產(chǎn)生湍流，所述湍流也可以是渦層形式的。渦層沿主體流垂直于彼此相遇并交織，使EGR和進氣混合。
[0041]因為在生產(chǎn)混合柱32的制造過程中只要求相對小和花費不多的改變，混合柱32的使用可以是有優(yōu)勢的。特別地，如果混合室31是壓鑄的，可以預計在這樣的過程中所用的金屬壓?？扇菀椎匦薷囊陨a(chǎn)混合柱32。
【主權項】
1.一種混合室，其用于在發(fā)動機中將排氣與增壓空氣進行混合，所述混合室包括: 進氣入口，其能夠接收進氣流； 排氣入口，其定位在進氣入口的下游并且能夠接收排氣流；以及混合柱，其定位在進氣入口的下游和排氣的至少部分與進氣相遇的點的上游，所述的混合柱延伸跨過混合室，所述的混合柱具有垂直于混合室的縱向軸線定向的縱向軸線。
2.根據(jù)權利要求1所述的混合室，其中，混合柱具有朝進氣入口定向的連續(xù)偏轉(zhuǎn)面。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的混合室，其中，偏轉(zhuǎn)面能夠擾亂進氣流。
4.根據(jù)任一前述權利要求所述的混合室，其中，混合柱具有C形、三角形、圓形、D形、橢圓形或錐形的橫截面。
5.根據(jù)任一前述權利要求所述的混合室，其中，混合柱定位在排氣入口的至少部分的上游。
6.根據(jù)任一前述權利要求所述的混合室，其中，混合柱和混合室鑄造成單個單元。
7.—種混合器模塊，其用于在發(fā)動機中將排氣與增壓空氣進行混合，所述混合器模塊包括: 進氣入口，其能夠接收進氣流； 排氣入口，其定位在增壓空氣入口的下游并且能夠接收排氣流； 出口 ；以及 根據(jù)任一前述權利要求所述的混合室，其從進氣入口延伸至出口。
8.一種包括根據(jù)權利要求7所述的混合器模塊的內(nèi)燃發(fā)動機。
【專利摘要】本發(fā)明涉及排氣混合系統(tǒng)，具體地，本發(fā)明涉及一種用于在發(fā)動機中將排氣與進氣進行混合的混合室?；旌鲜揖哂羞M氣入口、排氣入口以及混合柱?；旌现ㄎ辉谠鰤嚎諝馊肟诘南掠魏团艢饬髋c進氣流相遇的點的上游，所述的混合柱延伸跨過混合室。混合柱具有垂直于混合室的縱向軸線定向的縱向軸線。
【IPC分類】F02M25-07
【公開號】CN104863757
【申請?zhí)枴緾N201510082219
【發(fā)明人】P·韋爾金森, J-Y·蒂利耶
【申請人】珀金斯發(fā)動機有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年2月15日
【公告號】DE102015002122A1, US20150240753