[发明专利]EGR空气混合装置及带EGR系统的燃油发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别地，涉及一种EGR空气混合装置及带EGR系统的燃油发动机。

背景技术

随着排放法规越来越严格，对包括柴油发动机和汽油发动机的燃油发动机的要求也越来越高。以增压柴油机为例，增压柴油机需要更大的排气再循环（EGR、Exhaust Gas Recirculation）率才能满足排放法规要求。对于涡轮增压柴油机，一些工况下涡轮前压力低于压气机后的压力，很难达到所需的EGR率。排气再循环技术是降低发动机NOx排放的有效措施之一。排气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气支管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的二氧化碳，而二氧化碳不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量。

对于增压柴油机而言，进气平均压力高于排气平均压力。然而，高压EGR系统，要实现EGR需要满足的条件是：涡轮前排气压力高于中冷后进气压力。即，进、排气压差ΔP＝（涡前排气压力－中冷后进气压力）＞0；对于增压柴油机，只有在低负荷时ΔP才大于0，在高负荷区ΔP小于0，若不采取辅助措施，则EGR无法实现。

为使废气顺利回流到进气系统，可采用的辅助措施主要有两类：增加排气背压或降低局部进气压力。其中，增加排气背压的方法通常采用在涡轮后加排气节流阀或使用可变几何截面涡轮增压器（VGT，Variable Geometry Turbochargers）来实现。然而，加排气节流阀会导致排温升高，燃烧恶化，烟度急剧增大，燃油耗增加等不良后果，所以不能采用。使用VGT的柴油机，高负荷时可以通过减少涡轮的流通面积来提高排气压力，进而增大高负荷时的EGR率。但实践证明，若对EGR、VGT执行器分别进行控制并不能使它们同时处于最优工作运行点，EGR-VGT的耦合协调控制才是实现EGR率精确控制的前提。有研究表明通过多变量反馈控制器协调控制EGR、VGT，可在满足发动机扭矩要求的条件下实现NOx的最低排放，但采用VGT存在成本高、控制复杂等缺点。对于降低局部进气压力使ΔP＞0，通常采用在中冷器后的进气管串接节流阀或文丘里管来实现。但加进气节流阀会降低充气效率，使经济性受到损失。在进气系统中串联文丘里管（Venturi tube），可以降低压气机后的气体压力，在高负荷实现充足的EGR率，并且对燃油消耗率的负面影响小，具有很大的优越性。

现有技术在进气管中引入EGR的主要方式是采用三通式，即采用EGR管与文丘里混合器喉口段直接连接。然而，三通式混合器将EGR管与喉口段直接连通，只是在进气管路的一侧导入EGR气体，因此，会造成整个进气管截面内局部EGR气体浓度过高，无法实现废气与新鲜空气或新鲜混合气的均匀混合，导致各缸EGR分布不均匀。EGR在各缸分配不均匀，会使NOx和微粒（PM）的折衷关系恶化，即，降低同样多的NOx会导致烟度增加更多，减少了EGR在降低排放方面的效果，同时还会导致燃油消耗增加。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：促使EGR气体与新鲜空气混合均匀，保证EGR在各缸分配均匀，使燃油发动机在高负荷时也能达到合格的EGR率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种EGR空气混合装置，有效提高EGR率。

为了解决上述问题，一方面提供了一种EGR空气混合装置，包括EGR引入管和文丘里混合器，上述文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；上述扩压段设置有接口，上述EGR引入管与上述扩压段接口连通；上述喉口段与上述扩压段为一体结构，上述喉口段嵌入上述扩压段接口内，在嵌接部位留有沿上述喉口段周向的环形缝隙，上述环形缝隙与上述喉口段轴线成一定角度；上述收缩段与上述扩压段在上述扩压段接口处密封连接。

优选的，上述环形缝隙与上述喉口段轴线所成角度的范围为30°～60°。

优选的，上述收缩段与上述扩压段接口通过法兰密封连接。

优选的，上述收缩段与上述扩压段接口采用焊接方式密封连接。

相应的，还提供了一种带EGR系统的燃油发动机，包括EGR空气混合装置，上述EGR空气混合装置包括文丘里混合器和EGR引入管，上述文丘里混合器包括：收缩段、喉口段、扩压段；上述扩压段设置有接口，上述EGR引入管与上述扩压段接口连通；上述喉口段与上述扩压段为一体结构，上述喉口段嵌入上述扩压段接口内，在嵌接部位留有沿上述喉口段周向的环形缝隙，上述环形缝隙与上述喉口段轴线成一定角度；上述收缩段与上述扩压段在上述扩压段接口处密封连接。