專利名稱：排氣換熱器、排氣再循環(huán)系統(tǒng)和排氣換熱方法
技術領域：
本發(fā)明涉及排氣換熱器、具有排氣換熱器的排氣再循環(huán)系統(tǒng)以及排氣換熱方法。
背景技術：
例如，傳統(tǒng)上，如圖8所示的排氣再循環(huán)系統(tǒng)公知為減少來自內燃機(特別地，柴油發(fā)動機)的排氣中的氧化氮(NOx)的方法。
在該排氣再循環(huán)系統(tǒng)1a中，吸入氣體通過蝸輪增壓器20壓縮(增壓)，并通過中間冷卻器(intercooler)30冷卻。然后，吸入氣體流入內燃機10。在通過后續(xù)處理裝置40之后，從內燃機10流出的排氣被排放到大氣中。但是，一部分排氣再循環(huán)到吸入氣體中。在這種情況下，不需要壓縮所述排氣(即，不需要壓縮裝置的能量消耗)，因為所述一部分排氣流入蝸輪增壓器20的上游(低壓側)上的吸入氣體內。這樣，內燃機10的燃料節(jié)省被限制防止惡化。
但是，在上述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)1a中，當排氣中的NOx和氧化硫(SOx)濃縮時產生硝酸和硫酸。這樣，擔心對中間冷卻器30和蝸輪增壓器20造成腐蝕。

發(fā)明內容
有鑒于上述缺點提出了本發(fā)明。這樣，本發(fā)明的目的是解決至少上述缺點其中的一個。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了一種排氣換熱器，所述排氣換熱器用于這樣的系統(tǒng)用于壓縮吸入氣體的壓縮裝置安置在內燃機的上游處，從內燃機排放的一部分排氣在安置于所述壓縮裝置的上游處的匯合部分(merge part)處的吸入氣體中，排氣換熱器包括換熱部件。所述換熱部件設置相鄰于所述匯合部分，其中換熱部件在吸入氣體和所述一部分排氣之間換熱，這樣所述一部分排氣通過吸入氣體冷卻。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，也提供了一種排氣再循環(huán)系統(tǒng)，所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括壓縮裝置，冷卻換熱器，內燃機和排氣換熱器。壓縮裝置壓縮吸入氣體。冷卻換熱器冷卻吸入氣體，所述吸入氣體通過壓縮裝置壓縮。通過冷卻換熱器所冷卻的吸入氣體被引入到所述內燃機，其中從內燃機排放的一部分排氣在安置于壓縮裝置的上游的匯合部分處流入吸入氣體。排氣換熱器設置相鄰于所述匯合部分，其中排氣換熱器在所述吸入氣體和所述一部分排氣之間換熱，所述排氣從內燃機排放，這樣所述一部分排氣通過吸入氣體冷卻。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，也提供了一種排氣換熱方法。在所述方法中，從內燃機排放的一部分排氣被引入到相鄰于吸入管設置的排氣換熱器，吸入氣體通過所述吸入管流到內燃機。通過使用排氣換熱器，在吸入氣體和所述一部分排氣之間換熱，這樣所述一部分排氣通過吸入氣體冷卻。通過換熱所冷卻的所述一部分排氣在吸入管內的匯合部分處被引入到所述吸入氣體中。


隨本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點，本發(fā)明將從下述說明書、附圖來最佳理解，在所述附圖中圖1是顯示了排氣再循環(huán)系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)第一實施例的排氣換熱器的輪廓圖；圖3是根據(jù)第二實施例的排氣換熱器的輪廓圖；圖4是排氣再循環(huán)(EGR)氣體冷卻器的示意圖，其被添加到根據(jù)第三實施例的排氣再循環(huán)系統(tǒng)；圖5是根據(jù)第四實施例的排氣換熱器的輪廓圖；圖6是根據(jù)第四實施例的第一修改的排氣換熱器的輪廓圖；圖7是根據(jù)第四實施例的第二修改的排氣換熱器的輪廓圖；和圖8是根據(jù)相關技術的排氣再循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
(第一實施例)應用到排氣再循環(huán)系統(tǒng)1的本實施例的排氣換熱器100的實施例將參照圖1、2進行說明。
如圖1中所示，排氣再循環(huán)系統(tǒng)1包括發(fā)動機10，所述發(fā)動機10是車輛前進的驅動源，以及后面描述的各種裝置20、30、40、100。例如，發(fā)動機10是柴油發(fā)動機，并對應本發(fā)明的內燃機。發(fā)動機10連接到吸入管11和排放管12，各種裝置20、30、40、100設置到所述吸入管11和排放管12。
吸入氣體通過吸入管11引入到發(fā)動機10的氣缸。在吸入氣體在所述氣缸內燃燒之后產生的排氣通過排放管12排放。
蝸輪增壓器(對應本發(fā)明中的壓縮裝置)20設置到所述吸入管11。蝸輪增壓器20包括渦輪和壓縮機部件。渦輪通過排氣的壓力能量旋轉，直接連接到渦輪并與所述渦輪一起工作的壓縮機部件壓縮(增壓)吸入氣體。此外，中間冷卻器30(對應本發(fā)明中的冷卻換熱器)被設置到蝸輪增壓器20和發(fā)動機10之間的吸入管11內。中間冷卻器330冷卻被壓縮的吸入氣體。
中間冷卻器30由鋁制造，并包括具有管和肋片(fin)的換熱部件。各管的橫截面被形成為平坦形狀，多個扁平的管子被層疊。同樣，各肋片被形成為波紋形狀并安置在多個管之間。所述吸入管在中間冷卻器30的管內循環(huán)。從車輛的前側引入的室外空氣圍繞管和肋片循環(huán)，這樣吸入氣體通過室外空氣冷卻。
后處理裝置40設置在排放管12中，這樣，例如排氣中的微粒物質(PM)被移除。排放管12被分為用于大氣的排放管12a和后處理裝置40的下游中的匯合排放管12b。用于大氣的排放管12a朝大氣打開。匯合排放管12b連接到蝸輪增壓器20的上游上的吸入管11，這樣排氣與蝸輪增壓器20的吸入側上的吸入氣體匯合在一起。響應于例如發(fā)動機10的旋轉速度和載荷，一部分排氣混合到吸入管11中，以與吸入氣體混合。
然后，排氣換熱器100安置在匯合部內，在該匯合部內，排氣匯合(流入)到所述吸入氣體內。
排氣換熱器100是由不銹鋼材料制造的雙管換熱器，所述不銹鋼材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性。如圖2中所示，排氣換熱器100的主體包括外管110和插入到所述外管110中的內管120。外管110和內管120的每一個的兩個縱向端對應地彼此連接，這樣用于排氣流的中間通道100a被限定在外管110和內管120之間。此處，中間通道100a用作本發(fā)明的換熱部件。流入管(流入導管)130與外管110的一個縱向端側連接，這樣流入管130與中間通道100a連通，同樣，流出管(流出導管)140與外管110的另外的縱向端側連接，這樣流出管140與中間通道100a連通。
排放管(本發(fā)明的排放通道)150設置在外導管110的縱向相對端側的下端處，所述相對端側從流入管130相對，這樣排放管150與中間通道100a連通，并向下從中間通道100a延伸。閥(對應本發(fā)明的雙位閥)設置到排放管150的下端開口部分。
閥160打開和關閉排放管150的下端開口部分，由于彈簧161的偏壓力(圖2中的向上的力)，閥160通常關閉下端開口部分，所述彈簧161設置到閥160的下側。如后面將描述，當通過冷卻排氣所產生(冷凝)的冷凝物在排放管150內儲存預定的量，冷凝物的重量超過彈簧161的偏壓力，從而向下推動所述閥160。這樣，排放管150的下端開口部分被打開。
排氣換熱器100的主體被安置在吸入管11之內，這樣主體的縱向軸沿著吸入管11的縱向軸延伸。流入管130的端部部分延伸到吸入管11的外部，并與匯合排放管12b連接。同樣，流出管140的端部朝向吸入管11的內部打開。排放管150的下端開口部分和閥160被安置在吸入管11之外。
內肋片可以安置在排氣換熱器100的中間通道100a中。此處，內肋片改進了中間通道100a的排氣側的導熱性。
將對上述結構的排氣再循環(huán)系統(tǒng)1和排氣換熱器100的操作和效果進行說明。
通過吸入管11傳遞的吸入氣體(即，包括如后面將描述的一部分排氣的混合物氣體)通過蝸輪增壓器20壓縮(增壓)并進一步通過中間冷卻器30冷卻。然后，吸入氣體被引入到發(fā)動機10的氣缸內，以在燃燒室內燃燒。
此時，由于吸入氣體(混合物氣體)通過蝸輪增壓器20壓縮(增壓)，吸入氣體(混合物氣體)的量增加，由此增加了發(fā)動機10的輸出。同樣，由于吸入氣體通過蝸輪增壓器20壓縮，吸入氣體的溫度增加，這樣吸入氣體的密度減小。但是，吸入氣體通過中間冷卻器30冷卻，這樣發(fā)動機的輸出的惡化受到限制。
然后，在吸入氣體在燃燒室中被燃燒之后產生的排氣流經排放管12。然后，所述后處理裝置40凈化排氣(移除排氣中的PM)，大部分排氣通過用于大氣的排放管12a被排放到大氣中。同樣，通過后處理裝置40處理的所述一部分排氣以與發(fā)動機10的旋轉速度和載荷相關聯(lián)的被調節(jié)量而通過匯合排放管12b流入到排氣換熱器100中。在通過排氣換熱器100之后，排氣與吸入管11中的吸入氣體混合。
換言之，所述一部分排氣通過流入管130循環(huán)到中間通道100a內，然后通過流出管140循環(huán)到所述吸入管11內。然后，排氣與吸入氣體混合，所述混合氣體如上所述被引入到所述發(fā)動機10中。由于排氣與吸入氣體混合，發(fā)動機10的燃燒室中的燃燒溫度減小，這樣NOx的產生量被減少(即，排氣再循環(huán)系統(tǒng)1的NOx減少效果)。
在排氣換熱器100中，吸入管11內的吸入氣體圍繞外導管110并在換熱器100的內管120的內部循環(huán)。這樣，流經中間通道100a的吸入氣體和排放氣體換熱，這樣其溫度高于吸入氣體的排氣通過吸入氣體冷卻。
由于排氣被冷卻，排氣中的NOx和SOx被冷凝以產生硝酸和硫酸作為冷凝物。冷凝物(硝酸、硫酸)流經排放管150，并在排放管150的下側處儲存在擴大部分中。當儲存預定量的冷凝物時，所述閥由于冷凝物的重量的緣故被打開，這樣所述冷凝物被排放到大氣中。
如上所述，在排氣再循環(huán)系統(tǒng)1中，由于排氣換熱器100被安置在連接(匯合部分)處，在所述連接處，排氣與吸入氣體混合，排氣通過吸入氣體冷卻。這樣，排氣中的NOx和SOx可以作為硝酸和硫酸冷凝，這樣限制對相關裝置的腐蝕，所述相關裝置例如蝸輪增壓器20和中間冷卻器30，所述蝸輪增壓器20和中間冷卻器30安置在換熱器100的下游側上。
同樣，由于排氣換熱器100安置在吸入管11內，可以大體上獲得在吸入氣體和排氣之間的換熱區(qū)域，這樣可以改進排氣換熱器100的換熱性。
同樣，由于排放管150被設置到排氣換熱器100，由于冷凝物的自重的緣故，通過冷卻排氣所產生的冷凝物(硝酸、硫酸)可以被排放到換熱器100的外部。這樣，限制對排氣換熱器100的腐蝕的發(fā)生。
因為所述閥160被設置到排放管150，每次在排放管150中儲存預定量的冷凝物時，冷凝物可以自動地排放到排放管150的外部。即，這可以避免讓司機來回收(處理)冷凝物的麻煩。
(第二實施例)本發(fā)明的第二實施例被顯示在圖3中。與第一實施例中的排氣換熱器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的部件相似的本實施例的排氣換熱器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的相似部件將通過相同的數(shù)字來指示。在第二實施例中，具有預定體積的儲存部件170替換第一實施例中的閥160被設置到排氣換熱器100的排放管150的下端側。此處，排放管150是直管，所述直管不包括在其下端側處的擴大部分。
這樣，冷凝物(硝酸、硫酸)可以正常地被司機通過儲存部件170移除。因此，可以施加預定的處理。
(第三實施例)本發(fā)明的第三實施例顯示在圖4中。與第一實施例中的排氣換熱器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的部件相似的本實施例的排氣換熱器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的相似部件將通過相同的數(shù)字來指示。當與第一實施例相比時，在第三實施例中，排氣再循環(huán)(EGR)氣體冷卻器(對應本發(fā)明的排氣冷卻換熱器)50被設置到匯合排放管12b，所述匯合排放管12b連接到排氣換熱器100的排氣流入側。
EGR氣體冷卻器50例如是殼體和導管換熱器，所述導管換熱器由不銹鋼材料制造。用于排氣流的多個管被放在外管(殼體)中，用于冷卻發(fā)動機10的冷卻劑圍繞外殼體內的多個管循環(huán)。此處，EGR氣體冷卻器50不限于上述的殼體和管換熱器，但是可以是空氣冷卻換熱器，例如中間冷卻器30。
這樣，由于排氣可以在排氣換熱器100的上游處預先冷卻，當排氣與吸入氣體混合時，吸入氣體的溫度被限制增加。這樣，混合氣體的密度被限制減小，這樣蝸輪增壓器20的壓縮效率可以得到改進。
(第四實施例)本發(fā)明的第四實施例顯示在圖5中。與第一實施例中的排氣換熱器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的部件相似的本實施例的排氣換熱器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的相似部件將通過相同的數(shù)字來指示。在第四實施例中，排氣換熱器100A的主體的結構從第一實施例的改變而來。換言之，形成為螺旋單導管的排氣通道111可以可選地用作排氣換熱器100A的主體，而不是雙導管結構。此處，排氣通道111的一端對應用于排氣的流入管(流入導管)130，排氣通道111的另外一端對應用于排氣的流出管(流出導管)140。這樣，排氣換熱器100A可以便宜地制造。
其他可能的排氣換熱器100被顯示在圖6、7中。如圖6所示的排氣換熱器100B包括具有作為主體的直管的排氣通道111a和設置到排氣通道111a的外周的多個薄盤狀肋片112。每個上述的排氣通道111、111a對應本發(fā)明的換熱部件。
同樣，如圖7中所示的排氣換熱器100C包括排氣通道115，所述排氣通道115具有一部分吸入管11、安置在所述一部分吸入管11內部的管狀部件113和阻塞部件114。此處，排氣通道115對應本發(fā)明的換熱部件。各阻塞部件114關閉吸入管11和管狀部件13的對應縱向端部之間的開口空間，這樣限定了排氣通道115。此處，流出管140被形成，這樣流出管140朝向限定在如圖7中所示的管狀部件113內的空間開口。在排氣換熱器100C中，吸入氣體在管狀部件113內循環(huán)，并且排氣在吸入管11和管狀部件113之間限定的空間內循環(huán)，這樣可以在吸入氣體和排氣之間換熱。
將描述其他實施例。在上述的各實施例中，排氣換熱器100、100A-100C被描述安置在吸入管11的內部。但是，它們不限于此。排氣換熱器可以可選地安置在吸入管11的外部，這樣換熱器接觸吸入管11的外表面，或者安置相鄰于吸入管11。
同樣，排放管150被描述在排放管150的下端側處包括閥160或者儲存部件170。但是，排放管150可以簡單形成結構來向大氣打開而不是具有閥160或者儲存部件170。在這種情況下，通過冷卻排氣所產生的冷凝物任何時候通過排放管150釋放。
在上述的實施例中，蝸輪增壓器20用作本發(fā)明的壓縮裝置。但是，普通技術人員熟悉的其他壓縮裝置，例如機械增壓器可以可選地用作壓縮裝置。
普通技術人員將認識到其他優(yōu)點和修改。本發(fā)明就其更廣義的意義上來講不限于此處所顯示和描述的特定的細節(jié)、示例性裝置和說明性的實例。
權利要求
1.一種排氣換熱器，所述排氣換熱器用于這樣的系統(tǒng)用于壓縮吸入氣體的壓縮裝置(20)被安置在內燃機(10)的上游，以及從內燃機(10)排放的一部分排氣在安置于壓縮裝置(20)的上游的匯合部分處流入吸入氣體，排氣換熱器包括換熱部件(100a、111，111a，115)，所述換熱部件(100a，111，111a，115)被設置相鄰于匯合部分，其中所述換熱部件(100a，111，111a，115)在吸入氣體和一部分排氣之間換熱，這樣所述一部分排氣通過吸入氣體冷卻。
2.根據(jù)權利要求1所述的排氣換熱器，其中，所述換熱部件(100a、111，111a，115)安置在吸入管(11)的內部，吸入氣體流經所述吸入管(11)。
3.根據(jù)權利要求1所述的排氣換熱器，其中，所述換熱部件(100a、111，111a，115)用作用于所述一部分排氣的通道(100a，111，111a，115)，排氣換熱器還包括排放通道(150)，所述排放通道(150)從通道(100a，111，111a，115)的下端部向下延伸以與外部連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的排氣換熱器，其中，還包括雙位閥(160)，所述雙位閥(160)安置在排放通道(150)的下端部處，其中雙位閥基于冷凝物的重量被打開和關閉，所述冷凝物在所述一部分排氣被冷卻時產生。
5.根據(jù)權利要求3所述的排氣換熱器，其中，還包括儲存部件(170)，所述儲存部件(170)被安置在排放通道(150)的下端部分處，其中所述儲存部件(170)儲存冷凝物，所述冷凝物在所述一部分排氣被冷卻時產生。
6.根據(jù)權利要求1所述的排氣換熱器，其中所述系統(tǒng)還包括冷卻換熱器(30)，所述冷卻換熱器(30)安置在壓縮裝置(20)的下游處，以冷卻被壓縮的吸入氣體，所述被壓縮的吸入氣體通過壓縮裝置(20)壓縮；通過冷卻換熱器(30)所冷卻的被冷卻吸入氣體被引入內燃機(10)；和從內燃機(10)所排放的一部分吸入氣體在匯合部分處流入吸入氣體內。
7.一種排氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮裝置(20)，用于壓縮吸入氣體；冷卻換熱器(30)，所述冷卻換熱器(30)冷卻吸入氣體，所述吸入氣體通過壓縮裝置(20)壓縮；內燃機(10)，通過冷卻換熱器(30)冷卻的吸入氣體被引入到所述內燃機(10)，其中一部分從內燃機(10)排放的排氣在安置于壓縮裝置(20)的上游的匯合部分處流入吸入氣體內；和排氣換熱器(100)，所述排氣換熱器(100)設置相鄰于匯合部分，其中排氣換熱器(100)在吸入氣體和一部分排氣之間換熱，所述一部分排氣從內燃機(10)排放，這樣所述一部分排氣通過吸入氣體冷卻。
8.根據(jù)權利要求7所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，還包括吸入管(11)，吸入氣體流經所述吸入管(11)，其中所述排氣換熱器(100)安置在所述吸入管(11)的內部。
9.根據(jù)權利要求7所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，其中，排氣換熱器(100)包括通道(100a，111，111a，115)，一部分排氣流經所述通道(100a，111，111a，115)，排氣再循環(huán)系統(tǒng)還包括從通道(100a)的下端部分向下延伸以與外部連通的排放通道(150)。
10.根據(jù)權利要求9所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，其中，還包括雙位閥(160)，所述雙位閥(160)安置在排放通道(150)的下端部分處，其中雙位閥(160)基于冷凝物的重量被打開和關閉，所述冷凝物在一部分排氣被冷卻時產生。
11.根據(jù)權利要求9所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，其中，還包括儲存部件(170)，所述儲存部件(170)設置到排放通道(150)的下端部分，用于儲存冷凝物，所述冷凝物在所述一部分排氣被冷卻時產生。
12.根據(jù)權利要求7-11任一所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，還包括排氣冷卻換熱器(50)，所述排氣冷卻換熱器(50)安置在排氣換熱器(100)的流入側上，其中所述排氣冷卻換熱器(50)冷卻所述一部分排氣。
13.根據(jù)權利要求12所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，其中，還包括匯合排放管(12b)，所述匯合排放管(12b)安置在排氣換熱器(100)的流入側上，其中所述排氣冷卻換熱器(50)被安置在所述匯合排放管(12b)內。
14.一種排氣換熱方法，包括將從內燃機(10)排放的一部分排氣引入到相鄰于所述吸入管(11)設置的排氣換熱器(100，100A，100B，100C)，吸入氣體通過所述吸入管(11)流到內燃機(10)；在吸入氣體和一部分排氣之間通過使用所述排氣換熱器(100，100A，100B，100C)換熱，這樣一部分排氣通過吸入氣體冷卻；和將通過換熱冷卻的一部分排氣在吸入管(11)內的匯合部分處引入到吸入氣體中。
15.根據(jù)權利要求14所述的排氣換熱方法，其中所述排氣換熱器(100，100A，100B，100C)安置在所述吸入管(11)的內部。
16.根據(jù)權利要求14所述的排氣換熱方法，其中所述排氣換熱器(100，100A，100B，100C)包括通道(100a，111，111a，115)，所述一部分排氣流經所述通道(100a，111，111a，115)；和排放通道(150)從通道(100a，111，111a，115)的下端部分向下延伸以與外部連通。
17.根據(jù)權利要求16所述的排氣換熱方法，其中雙位閥(160)安置在排放通道(150)的下端部分處；和雙位閥基于冷凝物的重量被打開和關閉，所述冷凝物在所述一部分排氣被冷卻時產生。
18.根據(jù)權利要求16所述的排氣換熱方法，其中儲存部件(17)安置在排放通道(150)的下端部分處；和儲存部件(170)儲存冷凝物，所述冷凝物在所述一部分排氣被冷卻時產生。
19.根據(jù)權利要求14所述的排氣換熱方法，其中用于壓縮吸入氣體的壓縮裝置(20)設置在匯合部分下游的吸入管(11)內。
20.根據(jù)權利要求19所述的排氣換熱方法，其中冷卻換熱器(30)安置在壓縮裝置(20)的下游的吸入管(11)內，從而冷卻被壓縮的吸入氣體，所述吸入氣體通過壓縮裝置(20)壓縮；冷卻吸入氣體被引入到內燃機(10)中；和從內燃機(10)排放的一部分吸入氣體在匯合部分處流入吸入氣體。
21.根據(jù)權利要求14-20任一所述的排氣換熱方法，其中排氣換熱器被安置在匯合部分處。
全文摘要
在排氣換熱器中，所述排氣換熱器用于這樣的系統(tǒng)壓縮裝置(20)被安置在內燃機(10)的上游，以及來自內燃機(10)的一部分排氣在安置于壓縮裝置(20)的上游的匯合部分處流入吸入氣體，排氣換熱器包括換熱部件(100a、111，111a，115)。換熱部件(100a，111，111a，115)被設置相鄰于匯合部分，并在吸入氣體和一部分排氣之間換熱，這樣所述一部分排氣通過吸入氣體冷卻。
文檔編號F02M25/07GK1924310SQ20061012135
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權日2005年8月30日
發(fā)明者原田真樹, 渡邊晴彥 申請人:株式會社電裝