CN111305980A - 排气再循环压缩机入口热分隔*** - Google Patents

排气再循环压缩机入口热分隔*** Download PDF

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Abstract

排气再循环(EGR)***(10)，其利用将在相关联的涡轮增压器压缩机(22)的压缩机入口(18)上游附近的热的、潮湿的EGR气体管道(14)与冷的、干燥的进气管道(16)分隔的绝热分隔壁(24)。该绝热分隔壁(24)抑制在压缩机入口(18)的上游附近靠近EGR气体和进气的混合点的水滴的凝结和冰粒的形成，使得涡轮增压器压缩机(22)叶轮、叶片以及其它部件不会随后被凝结的水滴或形成的冰粒损坏。在该冷沉区域中添加的绝热基本上将热的、潮湿的EGR气体流动与冷的、干燥的进气流动热隔离，直到所述流动的实际混合点为止。

Description

排气再循环压缩机入口热分隔***
技术领域
本发明总体上涉及汽车领域。更特别地，本发明涉及一种排气再循环(EGR)压缩机入口热分隔***，其被构造成减少再循环到相关联的涡轮增压器压缩机入口的排气中凝结的水平。
背景技术
随着对燃料效率和排放的关注变得越来越重要，越来越多的车辆正配备有利用排气再循环(EGR)***的涡轮增压器。EGR***通过将未使用的燃料和排气中的一部分再循环返回发动机以供使用而不是将其释放到环境中来增加内燃(IC)发动机的燃料效率并减少有害排气的排放。在低压(LP)EGR***中，排气在涡轮增压器压缩机的正上游、在涡轮增压器压缩机入口处被重新引入发动机。在该位置处，即使在高发动机增压状况下，压力也较低。
如图1中所示，EGR气体刚好在进入涡轮增压器压缩机之前与常规的进气混合。EGR气体与进气的比例确定EGR***和发动机总体的效率。然而，EGR气体的利用通常受到靠近混合点的EGR气体中水滴的凝结的限制，因为热的、潮湿的EGR气体被冷的、干燥的进气冷却。该冷却通常通过刚好在混合点之前在热的、潮湿的EGR气体中将热的、潮湿的EGR气体与冷的、干燥的进气隔开的壁发生(并且凝结通常发生在该壁上或邻近该壁发生)。在冷却开始和低温运行状况下，此问题尤其明显，有时会延迟EGR***的正常激活。这例如可能损害排放测试结果，以及否则使发动机性能劣化。在最坏的情况中，在极端状况下，甚至可能在EGR气体中形成冰粒，加剧这些问题。
有问题地是，靠近EGR气体和进气的混合点的凝结的水滴(或冰粒)被直接馈送到涡轮增压器压缩机。这些水滴(或冰粒)可能影响涡轮增压器压缩机叶轮、叶片以及其它部件，损坏它们。如图2中所示，水滴最初垂直于部件表面施加力，该力在部件表面接触时造成冲击波，导致平行于部件表面施加的力。平行于部件表面施加的该力可撞击在表面缺陷上，造成在这样的表面缺陷处或靠近这样的表面缺陷的碎裂、裂纹等。
从而，在本领域中仍然需要一种EGR***，其抑制靠近相关联的EGR气体和进气的混合点、并且尤其是在将EGR气体与进气分隔的壁上以及邻近该壁的水滴的凝结和冰粒的形成，使得随后的涡轮增压器压缩机叶轮、叶片以及其它部件不会被凝结的水滴或形成的冰粒损坏。
发明内容
本文中提供的排气再循环(EGR)***利用绝热分隔壁，该绝热分隔壁在相关联的涡轮增压器压缩机的压缩机入口的上游附近将热的、潮湿的EGR气体管道与冷的、干燥的进气管道分隔。该绝热分隔壁抑制在压缩机入口的上游附近靠近EGR气体和进气的混合点的水滴的凝结和冰粒的形成，使得涡轮增压器压缩机叶轮、叶片以及其它部件不会随后被凝结的水滴或形成的冰粒损坏。在该冷沉(cold sink)区域中添加的绝热基本上将热的、潮湿的EGR气体流动与冷的、干燥的进气流动热隔离，直到所述流动的实际混合点为止。
带端口护罩(ported shroud)的绝热分隔壁可以包括例如结合有多个泡沫***物、添加的填充有气体的塑料或泡沫壁构件或者包含捕获的气体的蜂窝结构的壁的常规铝材料。在所有情况下，重要的是EGR气体和进气的混合超出该绝热分隔壁尽可能靠近涡轮增压器压缩机发生，再次为了抑制压缩机入口中水滴的凝结和冰粒的形成。该混合甚至可以发生在涡轮增压器压缩机叶轮之后、在所述流动已经通过压缩实现更一致的温度之后。
在一个示例性实施例中，本文中提供的排气再循环(EGR)压缩机入口热分隔***包括：构造成携带EGR气体至与压缩机相邻设置的压缩机入口区域的EGR气体管道；造成携带进气至与压缩机相邻设置的压缩机入口区域的进气管道，其中EGR气体比进气相对更热并且更潮湿；以及与压缩机入口区域相邻设置在EGR气体管道与进气管道之间的绝热分隔壁，其中该绝热分隔壁可操作用于使EGR气体与进气热隔离，直到EGR气体与进气在压缩机入口区域中或压缩机入口区域之后混合为止。绝热分隔壁包括构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。可选地，绝热分隔壁包括散布有金属材料的复合材料、塑料材料或泡沫材料。可替代地，绝热分隔壁包括限定一个或更多气体填充的空隙的复合材料、塑料材料或泡沫材料。可替代地，绝热分隔壁包括限定一个或更多气体填充的空隙的蜂窝结构的金属材料。可替代地，绝热分隔壁包括联接到金属壁的构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。
在另一个示例性实施例中，本文中提供的车辆包括：涡轮增压器压缩机；联接到压缩机的排气再循环(EGR)***；以及联接到压缩机的EGR压缩机入口热分隔***，该EGR压缩机入口热分隔***包括：构造成携带EGR气体至与压缩机相邻设置的压缩机入口区域的EGR气体管道；造成携带进气至与压缩机相邻设置的压缩机入口区域的进气管道，其中EGR气体比进气相对更热并且更潮湿；以及与压缩机入口区域相邻设置在EGR气体管道与进气管道之间的绝热分隔壁，其中该绝热分隔壁可操作用于使EGR气体与进气热隔离，直到EGR气体与进气在压缩机入口区域中或压缩机入口区域之后混合为止。该绝热分隔壁包括构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。可选地，绝热分隔壁包括散布有金属材料的复合材料、塑料材料或泡沫材料。可替代地，绝热分隔壁包括限定一个或更多气体填充的空隙的复合材料、塑料材料或泡沫材料。可替代地，绝热分隔壁包括限定一个或更多气体填充的空隙的蜂窝结构的金属材料。可替代地，绝热分隔壁包括联接到金属壁的构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。
在又一个示例性实施例中，本文中提供的排气再循环(EGR)压缩机入口热分隔方法包括：将EGR气体经由EGR气体管道输送到与压缩机相邻设置的压缩机入口区域；将进气经由进气管道输送到与压缩机相邻设置的压缩机入口区域，其中，EGR气体比进气相对更热并且更潮湿；以及使与压缩机入口区域相邻设置在EGR气体管道与进气管道之间的分隔壁热隔离以将EGR气体与进气热隔离直到EGR气体和进气在压缩机入口区域中或压缩机入口区域之后混合为止。使与压缩机入口区域相邻设置在EGR气体管道与进气管道之间的分隔壁热隔离包括提供包括构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多的分隔壁。
附图说明
本文中参考各种附图示出和描述本发明，在附图中，在适当时使用类似的附图标记来表示类似的***部件/方法步骤，并且其中：
图1是EGR***的常规的带端口护罩以及压缩机入口区域的剖开透视图，突出显示了靠近相关联的EGR气体和进气的混合点的有问题的水滴的凝结；
图2是示出凝结的水滴可能损坏涡轮增压器压缩机部件的机理的示意图；
图3是本文中提供的利用绝热分隔壁的EGR***的带端口护罩以及压缩机入口区域的一个示例性实施例的剖开透视图，该带端口护罩处于部分安装的构造；
图4是本文中提供的利用绝热分隔壁的EGR***的带端口护罩以及压缩机入口区域的一个示例性实施例的另一个透视图；
图5是本文中提供的利用绝热分隔壁的EGR***的带端口护罩以及压缩机入口区域的一个示例性实施例的又一个透视图，该带端口护罩再次处于部分安装的构造；
图6是本文中提供的利用绝热分隔壁的EGR***的带端口护罩以及压缩机入口区域的一个示例性实施例的再一个透视图；以及
图7是本文中提供的利用绝热分隔壁的EGR***的带端口护罩以及压缩机入口区域的一个示例性实施例的还一个透视端视图，该带端口护罩再次处于部分安装的构造。
具体实施方式
再次，本文中提供的排气再循环(EGR)***利用绝热分隔壁，该绝热分隔壁在相关联的涡轮增压器压缩机的压缩机入口的上游附近将热的、潮湿的EGR气体管道与冷的、干燥的进气管道分隔。该绝热分隔壁抑制在压缩机入口的上游附近靠近EGR气体和进气的混合点的水滴的凝结和冰粒的形成，使得涡轮增压器压缩机叶轮、叶片以及其它部件不会随后被凝结的水滴或形成的冰粒损坏。在该冷沉(cold sink)区域中添加的绝热基本上将热的、潮湿的EGR气体流动与冷的、干燥的进气流动热隔离，直到所述流动的实际混合点为止。
现在特别参考图3-7，在一个示例性实施例中，EGR热分隔***10包括限定EGR气体管道14和进气管道16二者的带端口护罩12。EGR气体管道14携带(低压(LP))热的、潮湿的EGR气体至最小、部分或全部由带端口护罩12限定的压缩机入口18。进气管道携带冷的、干燥的进气至压缩机入口18。压缩机入口18可以由压缩机22上游的压缩机壳体20部分或全部限定，该压缩机22包括共同可操作用于压缩EGR气体和进气的压缩机叶轮、压缩机叶片以及其它压缩机部件。分别通过EGR气体管道14和进气管道16输送到压缩机入口18的EGR气体和进气在压缩机22上游的压缩机入口18中、在压缩机22本身处或者甚至在压缩机22之后被混合在一起。在该示例性实施例中，带端口护罩12由金属材料(例如铝材料)制成。进气管道16包括基本上沿着压缩机叶轮的旋转轴线延伸的圆柱形管道。EGR气体管道14包括沿着进气管道16的底部延伸并且与压缩机入口18相对于压缩机叶轮的旋转轴线成一角度相交的扁平环形管道。EGR气体管道14的最后支线(leg)可以由带端口护罩12或由压缩机壳体20限定，其取决于压缩机入口18被限定的方式。
如上所述，如果使用常规的铝壁来将EGR气体管道14与进气管道16分隔，则冷的、干燥的进气可冷却导热壁并造成在冷却导热壁上或邻近冷却导热壁的热的、潮湿的EGR气体中水滴的凝结(或者甚至冰的形成)。当这些水滴(或冰粒)由EGR气体携带、可能地与进气混合并贯穿压缩机22时，这是有问题的。可能导致压缩机叶轮、叶片以及其它部件损坏。这种水滴/冰形成的潜在性是典型地尽可能长地延迟EGR气体和进气的混合的原因。
为了减轻该问题，带端口护罩12代替地使用绝热分隔壁24来将EGR气体管道14与进气管道16分隔，尤其是沿着管道14和16的它们处于紧邻的最后支线。该绝热分隔壁24在EGR气体管道侧上没有显著冷却(或在进气管道侧上没有显著加热)。从而，在绝热分隔壁24的EGR气体管道侧上水滴不凝结并且冰粒不形成。EGR气体与进气的物理和热混合被延迟直到稍后在压缩机入口18中、在压缩机22本身中或者甚至在压缩机22之后。凝结/冻结被最小化或完全消除。
在一个示例性实施例中，绝热分隔壁24包括代替常规分隔壁或者被联接到常规分隔壁的简单的塑料或泡沫***物。该塑料或泡沫***物可以具有舌状形状并且优选地符合圆柱形进气管道16的下部和扁平环形EGR气体管道14的上部的曲线。该塑料或泡沫***物可以在靠近压缩机入口18和压缩机22处较薄并且在距离压缩机入口18和压缩机22较远处较厚。可选地，塑料或泡沫***物限定一个或更多中空内部空隙，这些中空内部空隙填充有另一种绝热材料或气体以增强塑料或泡沫***物以及EGR热分隔***10的总体绝热性能。
在另一个示例性实施例中，绝热分隔壁24包括设置在制造到常规铝分隔壁中的狭槽或凹部中的多个较小的塑料或泡沫***物。可选地，塑料或泡沫***物各自限定一个或更多中空内部空隙，这些中空内部空隙填充有另一种绝热材料或气体以增强塑料或泡沫***物以及EGR热分隔***10的总体绝热性能。
在又一个示例性实施例中，绝热分隔壁24包括蜂窝状或其它多孔金属(例如，铝)或非金属结构。该蜂窝状或其它多孔结构限定一个或更多中空内部空隙，这些中空内部空隙填充有另一种绝热材料或气体以增强蜂窝状或其它多孔结构以及EGR热分隔***10的总体绝热性能。
总体上，带端口护罩12、EGR气体管道14和进气管道16全都经由适当的密封表面以及适当的紧固装置或类似物被联接至周围的导管和结构，适当的密封表面结合有垫圈、O形环或类似物。
在再一个示例性实施例中，本文中提供的排气再循环(EGR)压缩机入口热分隔方法包括：将EGR气体经由EGR气体管道14输送到与压缩机22相邻设置的压缩机入口区域18以及将进气经由进气管道16输送到与压缩机22相邻设置的压缩机入口区域18。再次，EGR气体比进气相对更热并且更潮湿。如上所述，如果使用常规的铝壁来将EGR气体管道14与进气管道16分隔，则冷的、干燥的进气可冷却导热壁并造成在冷却导热壁上或邻近冷却导热壁的热的、潮湿的EGR气体中水滴的凝结(或者甚至冰的形成)。当这些水滴(或冰粒)由EGR气体携带、可能地与进气混合并贯穿压缩机22时，这是有问题的。可能导致压缩机叶轮、叶片以及其它部件损坏。这种水滴/冰形成的潜在性是典型地尽可能长地延迟EGR气体和进气的混合的原因。
为了减轻该问题，与压缩机入口区域18相邻在EGR气体管道14与进气管道16之间设置绝热分隔壁24以使EGR气体与进气热隔离直到EGR气体与进气在压缩机入口区域18中或压缩机入口区域18之后混合为止。总体上，使与压缩机入口区域18相邻设置在EGR气体管道14与进气管道16之间的分隔壁24热隔离包括提供包括构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多的分隔壁24。
从而，再次，本文中提供的排气再循环(EGR)***利用绝热分隔壁，该绝热分隔壁在相关联的涡轮增压器压缩机的压缩机入口的上游附近将热的、潮湿的EGR气体管道与冷的、干燥的进气管道分隔。该绝热分隔壁抑制在压缩机入口的上游附近靠近EGR气体和进气的混合点的水滴的凝结和冰粒的形成，使得涡轮增压器压缩机叶轮、叶片以及其它部件不会随后被凝结的水滴或形成的冰粒损坏。在该冷沉区域中添加的绝热基本上将热的、潮湿的EGR气体流动与冷的、干燥的进气流动热隔离，直到所述流动的实际混合点为止。
尽管本文中参考优选实施例及其特定示例示出和描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员而言将显而易见的是其它实施例和示例可以执行相似的功能和/或实现类似的结果。所有这样的等效实施例和示例都在本发明的精神和范围内，由此可以设想到，并且出于所有目的旨在由以下非限制性权利要求覆盖。

Claims (16)

1.排气再循环(EGR)压缩机入口热分隔***(10)，其包括：
适于携带EGR气体至与压缩机(22)相邻设置的压缩机入口区域(18)的EGR气体管道(14)；
适于携带进气至与所述压缩机(22)相邻设置的压缩机入口区域(18)的进气管道(16)，其中所述EGR气体比所述进气相对更热并且更潮湿；以及
与所述压缩机入口区域(18)相邻设置在所述EGR气体管道(14)与所述进气管道(16)之间的绝热分隔壁(24)，其中所述绝热分隔壁(24)适于使所述EGR气体与所述进气热隔离直到所述EGR气体与所述进气在所述压缩机入口区域(18)中或所述压缩机入口区域(18)之后混合为止。
2.根据权利要求1所述的EGR压缩机入口热分隔***(10)，其进一步包括所述EGR气体管道(14)、所述进气管道(16)和所述绝热分隔壁(24)形成或设置在其中的带端口护罩结构(12)，其中所述带端口护罩结构(12)部分或全部地限定所述压缩机入口区域(18)。
3.根据权利要求1所述的EGR压缩机入口热分隔***(10)，其中所述绝热分隔壁(24)包括适于将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。
4.根据权利要求3所述的EGR压缩机入口热分隔***(10)，其中所述绝热分隔壁(24)包括散布有金属材料的复合材料、塑料材料或泡沫材料。
5.根据权利要求3所述的EGR压缩机入口热分隔***(10)，其中所述绝热分隔壁(24)包括限定一个或更多气体填充的空隙的复合材料、塑料材料或泡沫材料。
6.根据权利要求3所述的EGR压缩机入口热分隔***(10)，其中所述绝热分隔壁(24)包括限定一个或更多气体填充的空隙的蜂窝结构的金属材料。
7.根据权利要求3所述的EGR压缩机入口热分隔***(10)，其中所述绝热分隔壁(24)包括联接到金属壁的适于将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。
8.一种车辆，其包括：
涡轮增压器压缩机(22)；
联接到所述压缩机(22)的排气再循环(EGR)***；以及
联接到所述压缩机(22)的EGR压缩机入口热分隔***(10)，所述EGR压缩机入口热分隔***(10)包括：
适于携带EGR气体至与所述压缩机(22)相邻设置的压缩机入口区域(18)的EGR气体管道(14)；
适于携带进气至与所述压缩机(22)相邻设置的压缩机入口区域(18)的进气管道(16)，其中所述EGR气体比所述进气相对更热并且更潮湿；以及
与所述压缩机入口区域(18)相邻设置在所述EGR气体管道(14)与所述进气管道(16)之间的绝热分隔壁(24)，其中所述绝热分隔壁(24)适于使所述EGR气体与所述进气热隔离直到所述EGR气体与所述进气在所述压缩机入口区域(18)中或所述压缩机入口区域(18)之后混合为止。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中所述EGR压缩机入口热分隔***(10)进一步包括所述EGR气体管道(14)、所述进气管道(16)和所述绝热分隔壁(24)形成或设置在其中的带端口护罩结构(12)，其中所述带端口护罩结构(12)部分或全部地限定所述压缩机入口区域(18)。
10.根据权利要求8所述的车辆，其中所述绝热分隔壁(24)包括适于将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。
11.根据权利要求10所述的车辆，其中所述绝热分隔壁(24)包括散布有金属材料的复合材料、塑料材料或泡沫材料。
12.根据权利要求10所述的车辆，其中所述绝热分隔壁(24)包括限定一个或更多气体填充的空隙的复合材料、塑料材料或泡沫材料。
13.根据权利要求10所述的车辆，其中所述绝热分隔壁(24)包括限定一个或更多气体填充的空隙的蜂窝结构的金属材料。
14.根据权利要求10所述的车辆，其中所述绝热分隔壁(24)包括联接到金属壁的适于将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多。
15.排气再循环(EGR)压缩机入口热分隔方法，其包括：
将EGR气体经由EGR气体管道(14)输送到与压缩机(22)相邻设置的压缩机入口区域(18)；
将进气经由进气管道(16)输送到与所述压缩机(22)相邻设置的压缩机入口区域(18)，其中所述EGR气体比所述进气相对更热并且更潮湿；以及
使与所述压缩机入口区域(18)相邻设置在所述EGR气体管道(14)与所述进气管道(16)之间的分隔壁(24)热隔离以将所述EGR气体与所述进气热隔离直到所述EGR气体与所述进气在所述压缩机入口区域(18)中或所述压缩机入口区域(18)之后混合为止。
16.根据权利要求15所述的EGR压缩机入口热分隔方法，其中使与所述压缩机入口区域(18)相邻设置在所述EGR气体管道(14)与所述进气管道(16)之间的所述分隔壁(24)热隔离包括提供包括构造成将气体捕获在一个或更多空隙中的非金属材料和结构中的一个或更多的分隔壁(24)。
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