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CN101970830A - 排气再循环混合器装置 - Google Patents

排气再循环混合器装置 Download PDF

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CN101970830A
CN101970830A CN2008801255227A CN200880125522A CN101970830A CN 101970830 A CN101970830 A CN 101970830A CN 2008801255227 A CN2008801255227 A CN 2008801255227A CN 200880125522 A CN200880125522 A CN 200880125522A CN 101970830 A CN101970830 A CN 101970830A
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wall
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Mack Trucks Inc
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Abstract

一种用于将排气混合到发动机进气中的装置，该装置包括：混合室，该混合室设置或形成在进气管道中，该混合室具有用于接收进气的入口和用于排出进气的出口，并且具有位于该入口与出口之间的端口；以及混合器管，该混合器管延伸到所述端口中，该混合器管的设置在混合室中的端部成形为柱体的一个截面，且具有面向混合室出口的拉长开口和面向混合室入口的壁，在该混合器管延伸到混合室内的部位处，混合器管的所述端部的横截面积至少为混合室的横截面积的40％，并且，混合器管的末端与混合室的面对所述端口的壁以不超过混合室宽度20％的距离间隔开。

Description

排气再循环混合器装置
技术领域
本发明涉及内燃发动机进气装置，更具体地涉及一种用于将再循环的排气混合到发动机进气中的装置。
背景技术
现代柴油发动机需要将排气再循环(″EGR″)到发动机进气中，以符合针对NOx排放物的发动机排放法规。用于排气再循环的方法和装置是已知的，并且通常是分流出从气缸排出的气体的一部分，对其进行过滤和冷却，并将其混合到吸入的增压空气中。对于符合发动机排放规定、维持可接受的发动机运行和用最优制动比油耗(″BSFC″)操作来说，各气缸之间的EGR分配很重要。需要EGR与引入的增压空气充分混合来满足这些标准。当前的EGR混合器结构尝试在所有发动机运行速度下满足这些要求。
当前已知的解决方案例如包括：如在Keoslin等人的美国专利No.6,343,594和Feucht的美国专利No.6,267,106中所说明的、基于文丘里原理的混合器。其他已知的混合器公开了将排气沿进气流方向引入的管道，包括Marthaler等人的美国专利No.6,425,382、Fischer的美国专利No.6,672,292和美国专利No.6,889,673。
Holze等人的美国专利No.6,427,671示出了一种具有带有截平末端的倾斜开口的管道。该管道的壁部将进气流分流，这些被分流的进气流在管道的下游侧重新会合以与引入的排气混合。
Elder等人的美国专利No.5,492,104公开了一种用于汽油发动机的排气混合管配件。
图4示出与本发明拥有共同点的一种排气混合管10。图4的混合管10具有柱形的第一部分12，其过渡到弯曲的、勺形导流壁14，该导流壁14向流动方向弯入并且横向向外(相对于该管的轴线)展开，以把排气引入到进气流中。
图5示出了与本发明的混合器装置拥有共同点的另一种混合器管16。混合器管16具有柱形的第一部分18，其后面是弯头20，该弯头20相对于第一部分18的轴线弯曲约90°并且终止于嘴部22，从而沿进气流的方向把排气引入到进气流中。
发明内容
根据本发明的用于将排气混合到发动机进气中的装置包括：混合室，该混合室设置或形成在进气管道中；以及混合器管，该混合器管用于将排气引入该混合室中。该混合器管连接到待再循环至发动机中的排气源。
该混合室具有用于接收进气的入口和用于排出进气的出口，并且具有位于该入口与该出口之间的孔口或端口，并且所述混合器管延伸到该孔口中，该混合器管的设置在混合室中的端部成形为柱体的一个截面，且具有面向混合室出口的拉长的斜状开口和面向混合室入口的壁。排气经由该拉长开口进入混合室内的发动机进气流中。
根据本发明的另一个方面，形成该拉长开口的混合器管端部的壁边缘定向为与混合器管的纵向轴线成不小于约50°的角度。
根据本发明的一个优选实施例，在混合器管延伸到混合室内的部位处，混合器管的所述端部的横截面积至少为混合室的横截面积的40％。混合器管的壁形成“桨”，其促使进气围绕该壁流动，从而便于排气进入混合室中而与增压空气混合。
在低发动机转速和相关的低进气流量下，压力脉动使得增压空气流反向流动。该拉长开口提供了回流混合空间，其收集反向气流并且允许空气与引入的排气混合。
根据本发明，混合器管的所述拉长开口以基本等于混合器管在混合室中的长度的方式延伸。
根据本发明的另一个方面，限定该拉长开口的混合器管端部的壁边缘形成为大致椭圆形。该大致椭圆形的开口在混合器管的端部形成弯曲末端。
根据本发明的另一个方面，混合器管的所述末端与混合室的面对所述孔口的壁以不超过混合室宽度20％的距离间隔开。
混合器管的末端设有边缘，从该末端到所述混合室壁之间有狭窄间隔，该边缘在高空气流速期间就会在空气流中产生涡流发散。空气流中的涡流发散有助于使增压空气与经由混合器管开口进入的排气混合。
根据本发明的又一个方面，该混合器管的壁至少在所述末端处具有不超过管直径的约10％的厚度。
附图说明
通过结合附图、参照以下详细描述将会更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的排气再循环混合装置的示意图，示出了在高发动机转速期间的流动特性；
图2是图1所示装置的从与混合室中的流动方向相反的方向上、也就是从图1视图的顶部观察到的端视图；
图3是图1所示装置的视图，示出了在低发动机转速期间的流动特性；
图4是一种现有技术混合管的透视图；并且，
图5是另一种现有技术混合管的透视图。
具体实施方式
图1、2和3中的示意图示出了根据本发明优选实施例的一种排气再循环(″EGR″)混合装置。
根据本发明的混合装置包括混合室30，其可设置在内燃发动机(未示出)的增压空气或进气管道结构中，以允许排气26与流入的增压空气28混合。混合室30可以只是进气管道的指定部分，或者可以按照其特定位置的需要而成形。替代地，混合室30可以是连接在增压空气管道中的独立部件。混合室30包括用于从增压空气源接收增压空气的入口32，该增压空气源可包括本领域已知的涡轮增压器、增压空气冷却器及其他装置。混合室30还包括用于排出增压空气的出口34，如果正在执行排气再循环，则该增压空气将与排气混合。从入口32到出口34的方向形成混合室30中的流动方向。混合室30还包括位于入口32与出口34之间的端口38，以接受用于在室30中混合的排气26。
混合器管40安装成穿过所述端口38基本垂直地(相对于流动方向)延伸到混合室30中。混合器管40形成为具有一定长度的柱形管，其终止于由斜状开口42形成的端部。替代地，该混合器管可以形成为混合室30的一体部分。
根据本发明，斜状开口42以相对于所述管40的纵向轴线成大于50°的角度α斜切。斜状开口42形成大致椭圆形的嘴部或出口44，其可以在图2中更好地看出，该出口44定向成面向混合室30中的流动方向的下游，以将排气引入到该混合室中。所述端部的壁46因此定向在混合室30的上游方向上，如下文更详细描述的，该壁形成具有两种功能的“桨”。简单地说，第一种功能是：“桨”壁46引导增压空气以使其围绕斜状开口42流动，也就是流过如图2所示的开口42周围的空间50，并且与从嘴部44进入混合室30中的排气混合。根据第二种功能，“桨”壁46在低发动机转速下倒流脉动期间捕获增压空气，并且促使所捕获的增压空气与再循环排气混合。
参见图2，斜状开口42的形状为大致椭圆形。大致椭圆形的开口42在混合器管40的端部形成弯曲末端48。
优选地，该混合器管的壁至少在末端48处具有不超过混合器管40的直径d的约10％的厚度。
根据本发明的优选实施例，如图2最好地示出的，在混合器管延伸到混合室内的部位处，混合器管40的端部的横截面积、即该管的呈现给混合室30中的气流的正面面积至少为混合室30的横截面积的40％。
根据本发明的另一个方面，混合器管40的末端48与混合室30的面对所述端口38的壁36以不超过混合室宽度w的20％的距离s间隔开。末端48与混合室的壁36之间的距离优选不小于该管的壁厚。
根据本发明的混合装置构造成：有利地在较低发动机转速并因此在较低增压空气流量以及在较高发动机转速并因此在较高增压空气流量下都能发挥作用。现在参见图3，在低发动机转速下，在进气歧管和混合室30中，由气缸气门的开闭所引起的压力脉动很普遍。这些压力脉冲促使混合室30中的含有EGR流和新鲜空气流的气流反向，如箭头60所示。“桨”壁46捕获大部分反向气流并将其引入到管40中，在该混合器管40中，反向流动的空气混合物与流入该管中的排气26碰撞并混合，如小弯曲箭头62所示。然后，在燃烧循环的下一个进气期间，该更彻底混合的进气被引入到混合室30中。
回头参考图1，在较高发动机转速下，压力脉冲不再是混合时的主导因素。随着发动机转速的增大，用于混合和输送的可用时间量就减少，使得快速混合非常重要。如所提及的，突入到混合室30中的混合器管40减小了混合室内的用于增压空气流的横截面积。减小后的面积50(见图2)促使增压空气在混合器管40周围加速。这种速度增大在增压空气中产生局部低压。这种加速和所导致的压力变化在混合器管的末端48处最大，因为此处的面积减小最多。当进气移动越过混合器管40的末端48时，它遇到从嘴部44流入到混合室30中的较高压力排气的区域。这个压力差在空气流中形成流体剪切作用，这引起涡流发散，如小箭头64所示。这些混乱的不规则流动模式使得所引入的排气流与加速的增压空气流更彻底地混合。尽管针对混合器管的形成最强涡流的末端进行了描述，但是在斜状开口的周边附近出现了一定程度的涡流发散，特别是在该斜状开口的包含末端48的那半部分，其被看作该开口的前缘。
所提出的设计在全部发动机运行速度下均能使EGR与新鲜增压空气更有效地混合，构造简单，耐用且成本低。
已从优选原理、实施例和构成部件方面描述了本发明；然而，本领域的技术人员将会理解，在不偏离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对在此描述的那些内容进行同等替换。

Claims (7)

1.一种用于将排气混合到发动机进气中的装置，包括：
混合室，所述混合室设置在进气管道中，所述混合室具有用于接收进气的入口和用于排出所述进气的出口，并且具有位于所述入口与所述出口之间的端口；以及
混合器管，所述混合器管延伸穿过所述端口，所述混合器管的设置在所述混合室中的端部成形为柱体的一个截面，且具有面向混合室出口的拉长开口和面向混合室入口的壁，所述混合器管的末端与所述混合室的面对所述端口的壁以不超过混合室宽度20％的距离间隔开。
2.如权利要求1所述的装置，其中，在所述混合器管延伸到所述混合室内的部位处，所述混合器管的所述端部的横截面积至少为所述混合室的横截面积的40％。
3.如权利要求1所述的装置，其中，限定所述拉长开口的所述混合器管端部的壁边缘定向为与所述混合器管的纵向轴线成不小于约50°的角度。
4.如权利要求1所述的装置，其中，限定所述拉长开口的所述混合器管端部的壁边缘为大致椭圆形。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述混合器管的拉长开口以基本等于所述混合器管在所述混合室中的长度的方式延伸。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述混合器管的壁至少在所述末端处具有不超过管直径的约10％的厚度。
7.一种用于将排气混合到发动机进气中的装置，包括：
混合室，所述混合室设置在进气管道中，所述混合室具有用于接收进气的入口和用于排出所述进气的出口，并且具有位于所述入口与所述出口之间的端口；以及
混合器管，所述混合器管延伸穿过所述端口，所述混合器管的设置在所述混合室中的端部成形为柱体的一个截面，并且具有面向混合室出口的拉长的斜状开口和面向混合室入口的壁，所述混合器管的末端与所述混合室的面对所述端口的壁以不超过混合室宽度20％的距离间隔开，并且在所述混合器管延伸到所述混合室内的部位处，所述混合器管的所述端部的横截面积至少为所述混合室的横截面积的40％。
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