流动调节器的制作方法

本公开大体上涉及一种流动调节设备，该流动调节设备在废气再循环(EGR)系统中使用，以用于利用排气脉冲来驱动EGR流。

背景技术：

EGR系统已经在各种内燃发动机中使用，用于减少氮氧化物(NO_x)的排放并且改进燃油经济性。EGR系统接收来自发动机的废气，并且使废气中的一部分重新循环回到发动机。可能需要正压降以将EGR流从发动机的排气侧驱动到发动机的进气侧。换句话说，为了将废气流驱动穿过EGR系统，排气系统中的废气的压力应超过发动机的进气侧处的压力。

技术实现要素：

在一个实施方案中，一种用于调节发动机系统内的排气流的流动调节器包括排气侧通道和涡流室。涡流室包括第一基部端和第二基部端。第二基部端的尺寸大于第一基部端的尺寸，并且第二基部端连接到排气侧通道。较小的尺寸包括较小的周界、较小的直径和/或较小的横截面面积。在一些实施方案中，所述排气侧通道的至少一部分进入到所述涡流室中。所述流动调节器界定从所述排气侧通道到所述第一基部端的直接流体流动路径，并且所述涡流室界定在所述第一基部端处起源的旋涡流体流动路径，所述旋涡流体流动路径界定在所述第一基部端和所述第二基部端之间。所述直接流体流动路径界定成允许流体从所述排气侧通道自由地流动到所述第一基部端。所述旋涡流体流动路径界定成阻碍流体从所述第一基部端流动到所述排气侧通道。所述涡流室包括圆锥形的截头锥形壁。所述涡流室还包括布置在所述涡流室内的分隔部分。所述分隔部分的顶点布置 成朝向所述第一基部端。所述分隔部分的基部布置成朝向所述第二基部端。所述分隔部分定位成相比于所述第二基部端更靠近所述第一基部端。

在另一个实施方案中，一种用于调节发动机系统内的排气流的流动调节器包括第一通道和联接到第一通道的第二通道，第一通道构造成将流体流从流动调节器的排气侧引导到流动调节器的进气侧。第二通道构造成阻碍流体流从流动调节器的进气侧到流动调节器的排气侧。所述第二通道构造成在从所述流动调节器的所述进气侧到所述流动调节器的所述排气侧的流体流中引起旋涡。所述第一通道构造成肘部形状且沿着其长度是直的。所述第一通道和所述第二通道在所述第二通道的连接端处汇合。所述第二通道构造成在从所述流动调节器的所述进气侧到所述流动调节器的所述排气侧的流体流中在所述第二通道的所述连接端周围引起旋涡。所述第一通道构造成使流体流从所述流动调节器的所述排气侧到所述流动调节器的所述进气侧自由地通过。

在又一个实施方案中，一种流动调节器包括涡流部分、第一通道和第二通道，第一通道界定在流动调节器的排气侧和流动调节器的进气侧之间的直接流动路径，第二通道界定在流动调节器的进气侧和流动调节器的排气侧之间的受阻碍的流动路径。第二通道构造成将流引导到涡流部分。在一些实施方案中，所述涡流部分是所述第一通道的一部分。在一些实施方案中，所述涡流部分是涡流室的一部分。所述涡流部分包括在所述流动调节器的所述进气侧处的第一基部端和联接到所述第一通道的第二基部端。所述第二基部端的尺寸大于所述第一基部端的尺寸。较小的尺寸包括较小的周界、较小的直径和/或较小的横截面面积。

附图说明

本领域的技术人员应理解，附图主要用于说明性目的且并不意图限制本文所描述的主题的范围。附图不一定是按比例绘制的；在一些实例中，本文所公开的主题的各个方面可以在附图中示出成夸大的或扩大的以便于理解不同的特征。在附图中，相似的参考字符指相似的特征(例如，功能上类似和/或结构上类似的特征)。

图1是根据示例性实施方案的内燃发动机系统的图。

图2是根据示例性实施方案的具有涡流室构造的流动调节器的横截面视图。

图2A示出了排气流从发动机的排气侧穿过图2的流动调节器到达发动机的进气侧的示例。

图2B示出了排气流从发动机的进气侧穿过图2的流动调节器到达发动机的排气侧的示例。

图3是根据示例性实施方案的具有涡流室构造的流动调节器的横截面视图。

图3A示出了排气流从发动机的排气侧穿过图3的流动调节器到达发动机的进气侧的示例。

图3B示出了排气流从发动机的进气侧穿过图3的流动调节器到达发动机的排气侧的示例。

图4是根据示例性实施方案的具有双通道构造的流动调节器的横截面视图。

图4A示出了排气流从发动机的进气侧穿过图4的流动调节器到达发动机的排气侧的示例。

图4B示出了排气流从发动机的排气侧穿过图4的流动调节器到达发动机的进气侧的示例。

图5是根据示例性实施方案的具有双通道构型的流动调节器的横截面视图。

图6示出了根据示例性实施方案的包括流动调节器的发动机系统。

图7示出了根据示例性实施方案的包括流动调节器的发动机系统。

具体实施方式

发动机可按照高压脉冲而非连续流释放废气。因而，废气可以从发动 机的进气侧流动到发动机的排气侧。开发了一种诸如关于本公开的实施方案所描述的流动调节设备以阻止气体从进气侧回流到排气侧。

为了促进理解本公开的原理的目的，现在将对附图中所示的实施方案做出参考，并且将使用特定的语言对其进行描述。然而，应理解，并不意图因而限制本公开的范围，本文设想对所示实施方案的任何改变和进一步修改以及如在此示出的本公开的原理的任何进一步应用，如本公开所涉及的领域的技术人员通常会想到的。

根据一些实施方案，本公开所介绍的流动调节设备包括用于使流在两个方向上通过的流动通道，每个方向具有不同的流动限制程度。流动通道构造成向来自一个方向的流提供较高的阻力且向来自另一个方向的流提供较低的阻力。例如，第一流动通道构造成提供较高的阻力以减小流动，且第二流动通道构造成提供较低的阻力以使流通过。流动通道构造成阻止流的至少一部分在一个方向上穿过，并且允许大体上全部的流在另一个方向上穿过。将该流动调节设备应用到发动机的EGR系统是有利的。调节设备可用于减小或阻止从发动机的进气侧到发动机的排气侧的EGR流，并且允许EGR流从发动机的排气侧到发动机的进气侧自由地穿过。

现在参考图1，根据示例性实施方案示出了内燃发动机系统100的简图。内燃发动机系统100包括发动机101。发动机101是任何类型的内燃发动机，并且可以包括化学计量发动机、汽油发动机、天然气发动机和/或柴油发动机。在一些实施方案中，发动机101包括诸如稀燃汽油发动机或稀燃天然气发动机的稀薄燃烧发动机。在一些实施方案中，发动机101可以是产生排放物的任何发动机类型，该任何发动机类型可包括废气再循环(EGR)系统，例如以减少来自内燃发动机系统100的NO_x排放物。发动机101包括多个气缸109。气缸的数量可以是适合发动机的任何数量，并且装置可以是任何合适的装置。为了讨论的目的，发动机101包括直列式六缸装置，但不限于此。示例性发动机101还可以包括点火源，诸如在一些实施方案中的火花塞(未示出)。

内燃发动机系统100包括进气歧管105，该进气歧管105接收新鲜空气(未示出)和来自EGR系统的再循环废气并且将接收到的混合的新鲜 空气和废气分配到气缸109中。在一些实施方案中，进气歧管105可以包括用于接收和分配新鲜空气的新鲜空气进气歧管和用于接收和分配废气的EGR歧管。

内燃发动机系统100还包括排气歧管103，该排气歧管103连接到发动机101并且接收来自发动机101的废气。排气歧管103构造成通过排气通道111将废气输送到EGR系统中。EGR系统连接在排气歧管103和进气歧管105之间。EGR系统构造成通过排气通道113接收来自排气歧管103的废气、将废气处理到理想状态以及将废气的至少一部分再循环到进气歧管105中。在一些实施方案中，废气的理想状态可包括理想的气体温度、理想的气体压力、理想的气体成分等。EGR系统包括用于处理和输送废气的多个部件，诸如各种气体通道、EGR冷却器、EGR加热器、锅炉、阀、涡轮增压器、过滤器、流动调节器和/或其它部件。

可期望的是，废气从排气歧管103流动经过EGR系统并且进入进气歧管105中。然而，在一定的发动机操作条件下，废气可能趋向于从进气歧管105流动到排气歧管103。例如，在由发动机气缸109产生的排气脉冲之间，在发动机系统100的进气侧中的气体压力可能高于在发动机系统100的排气侧中的气体压力。废气可以由发动机系统100的进气侧和发动机系统100的排气侧之间的压力差驱动。

流动调节器107可用于防止和/或减小从进气歧管105到排气歧管103的废气流动。流动调节器107可连接到EGR系统的任何部件。例如，流动调节器107可连接在EGR冷却器(未示出)和涡轮增压器(未示出)之间。

流动调节器107构造成为在一个方向上的流动提供低流动阻力，并且为在另一个方向上的流动提供高流动阻力。例如，流动调节器107可构造成为从排气歧管103流动到进气歧管105的废气提供低流动阻力，使得从排气歧管103到进气歧管105的排气流可自由地穿过流动调节器107。流动调节器107可构造成为从进气歧管105流动到排气歧管103的废气提供高流动阻力，使得从进气歧管105到排气歧管103的排气流可以减小或被阻止。

图2示出了根据示例性实施方案的具有涡流室构造的流动调节器200。流动调节器200具有进气侧端部部分201和排气侧端部部分203、通道部分207和涡流室部分205。排气侧端部部分203在发动机系统100的排气侧中连接到EGR部件。排气侧端部部分203是流动调节器200的最靠近排气歧管103的一侧。进气侧端部部分201在发动机系统100的进气侧中连接到EGR部件。进气侧端部部分201是流动调节器200的最靠近进气歧管105的一侧。进气侧端部部分201和排气侧端部部分203可以连接到任何EGR部件，诸如排气通道、EGR冷却器、EGR加热器、涡轮增压器、阀等。根据一些实施方案，进气侧端部部分201和排气侧端部部分203可包括用于连接到其它EGR部件或歧管(例如，连接到进气歧管105、或连接到排气歧管103)的连接部分209。连接部分209可构造成用于将流动调节器200连接到EGR系统的任何EGR部件。根据一些实施方案，流动调节器200可以作为EGR系统的排气通道的调节部分被制造。例如，流动调节器200可包括被延伸以连接到排气歧管103的通道部分207。

涡流室部分205可具有圆锥形中空截头锥形形状，该涡流室部分205具有大致成圆锥形状的壁215、上基部端211和下基部端213。相比于下基部端213，上基部端211具有较小的尺寸(例如，较小的周界、直径、横截面面积或其它尺寸)。在一些实施方案中，上基部端211和下基部端213具有对应于圆锥形壁215的大体上圆形的横截面区域。然而，涡流室部分205可具有界定不同于圆锥形的形状的壁215，并且上基部端211和下基部端213中的一个或两个可具有不同于圆形的横截面形状。例如，上基部端211和下基部端213中的一个或两个可具有多边形形状或卵形横截面形状或其它合适的横截面形状。上基部端211和下基部端213可具有相似的或不同的形状。下基部端213包括与通道部分207连接的基部表面。根据一些实施方案，通道部分207的至少一部分可进入到涡流室205中(例如，如图2中所示的)。

涡流室205的上基部端211连接到进气侧端部部分201。涡流室205的下基部端213通过通道部分207连接到排气侧端部部分203。当发动机系统100的排气侧具有高于进气侧的气体压力时，废气由正压力梯度驱动 从排气侧流动到进气侧，如图2A中所示。涡流室205的结构向在从排气侧端部部分203到进气侧端部部分201的方向上的流动提供很小的阻力。图2A示出了从排气侧端部部分203到进气侧端部部分201自由地穿过流动调节器200的排气流。

当发动机系统100的进气侧具有高于排气侧的气体压力时，废气由负压力梯度驱动以从进气侧流动到排气侧，如图2B中所示。涡流室205的结构向在从进气侧端部部分201到排气侧端部部分203的方向上的流动提供明显的阻力。图2B示出了，排气流通过进气侧端部部分201进入涡流室205，并且下基部端213向排气流提供阻力，使得废气在下基部端213周围涡旋。然后涡旋的排气流与进入的排气流碰撞。以这种方式，在从上基部端211到下基部端213的方向上的排气流可以明显减少或最小化。因而，涡流室205的结构阻碍了从进气侧端部部分201穿过流动调节器200到排气侧端部部分203的排气流。

图3示出了根据示例性实施方案的具有涡流室305构造的流动调节器300的横截面图。流动调节器300类似于流动调节器200，并且上面所描述的流动调剂器200的多个特征也适用于流动调节器300。例如，流动调节器300的结构类似于流动调剂器200的结构，流动调节器300增加了布置在流动调节器300的涡流室305内的分隔部分317。分隔部分317构造成向从进气侧端部301到排气侧端部303的排气流提供附加的阻力，使得在从进气侧端部301到排气侧端部303的方向上的排气流可进一步减小或最小化。

分隔部分317布置在涡流室305内并且与通道部分307的中心线在一直线上，使得从进气侧端部301进入的排气流沿着侧壁315被重新引导到下基部端313。分隔部分317促使另外的排气流在下基部端313周围涡旋，使得较少的排气流直接穿过涡流室305进入通道部分307中。根据一些实施方案，分隔部分317具有圆锥体的横截面的形状或圆锥体的一半的形状。分隔部分317的顶点定位成更靠近进气侧端部301，并且分隔部分317的基部定位成更靠近排气侧303。根据一些实施方案，分隔部分317可具有诸如角锥形、椭圆形等任何其它合适的形状，而不是圆锥形。根据一些实 施方案，相比于排气侧端部303，分隔部分317的位置可更靠近进气侧端部301，使得从进气侧端部301进入的排气流可迅速重新引导到侧壁315和下基部端313。

图3A示出了根据一些实施方案的在从排气侧端部303到进气侧端部301的方向上穿过流动调节器300的排气流。排气流穿过排气侧端部303进入到通道部分307中。通道部分307将排气流引导到涡流室305中。涡流室305向该进入的排气流提供很小的阻力，使得排气流经过分隔部分317周围自由地进入进气侧端部301。

图3B示出了根据一些实施方案的在从进气侧端部301到排气侧端部303的方向上穿过流动调节器300的排气流。排气流穿过进气侧端部301进入到涡流室305中。当排气流到达分隔部分317时，排气流被迫改变流动方向，以沿着由分隔部分317和侧壁315形成的通路流动到下基部端313。排气流到达下基部端313并且在下基部端313周围涡旋。然后，涡旋的排气流与进入的排气流碰撞，使得进入通道部分307的进入的排气流通过涡旋和碰撞过程而明显减小。

图4示出了根据示例性实施方案的具有双通道构造的流动调节器400的横截面图。流动调节器包括进气侧端部401、排气侧端部403、第一通道405和第二通道407。进气侧端部401构造成靠近发动机系统的进气歧管(例如，进气歧管105)连接到EGR系统的部件。排气侧端部403构造成靠近发动机系统的排气歧管(例如，排气歧管103)连接到EGR系统的部件。根据一些实施方案，进气侧端部401可直接连接到进气歧管。排气侧端部403可直接连接到排气歧管。

流动调节器400构造成具有双通道以使排气流在从排气侧端部403到进气侧端部401的方向上通过，并且减小或最小化在从进气侧端部401到排气侧端部403的方向上的流动。根据一些实施方案，进气侧端部401和排气侧端部403可包括用于将流动调节器400连接到EGR系统的任何合适的连接结构。第一通道405是允许排气流从两个方向穿过的主通道。主通道405构造成具有肘部形状。第二通道407是邻近主通道405的侧通道。侧通道407形成用于使排气流朝向主通道405中的进入的排气流重新引导 的通路。侧通道407的该结构迫使排气流在朝向主通道405的侧壁409和/或朝向主通道405中的进入的排气流的方向上从侧通道407离开。

图4A示出了根据一些实施方案的从发动机的进气侧到发动机的排气侧穿过流动调节器400的排气流。当排气流从进气侧端部401进入流动调节器400时，进入的排气流在主通道405和侧通道407汇合处被分成主流和侧流。主流进入主通道405(如用虚线所指示的)。侧流进入侧通道407。侧通道407构造成穿过由侧通道407形成的通路重新引导侧流，使得侧流沿着朝向侧壁409和朝向主通道405中的进入的主流的方向离开侧通道407。因而，离开的侧流在主通道405中涡旋并且形成旋涡。涡旋和旋涡使被允许自由穿过主通道405到排气侧端部403的主流的量最小化。

图4B示出了根据一些实施方案的从发动机的排气侧穿过流动调节器400到发动机的进气侧的排气流。当排气流从排气侧端部403进入到流动调节器400中时，进入的排气流直接进入主通道405中并且自由地穿过流动调节器。根据一些实施方案，侧通道407可构造成在从排气侧端部403到进气侧端部401的方向上通过很小的排气流。

图5示出了根据一些实施方案的流动调节器500的横截面图。该流动调节器500类似于流动调节器400，因为流动调节器500也具有带有主通道505和侧通道507的双通道结构。然而，主通道505具有构造为直通道的第一部分，这不同于流动调节器400的主通道405。

如本公开中介绍的流动调节器(例如，流动调节器200、300、400、500)可用于任何发动机系统中。例如，图6示出了发动机系统600，该发动机系统600包括连接在进气歧管601和EGR系统之间的流动调节器400。图7示出了发动机系统700，该发动机系统700包括连接在进气歧管701和EGR系统之间的流动调节器200。

虽然本公开通过六缸发动机的示例进行说明，但是本公开可以应用于：具有两个或更多个气缸的发动机，包括具有小于或大于六个气缸的发动机；各种发动机类型，诸如I-6、V-6、V-8等等；具有不同气缸点火顺序的发动机；柴油发动机、汽油发动机或其它类型的发动机；以及任何尺寸的发动机。

虽然，本说明书包含许多特定实施方式细节，但是这些细节不应该被看作是对可要求保护的范围的限制，而应该看作针对特定实施方式的特征的描述。本说明书中在分开的实施方式的情境下描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的情境下描述的各种特征也可以在多个实施方式中分开地或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以在上文被描述为以某些组合和甚至按照初始要求的来起作用，但是来自所要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合摘出，并且所要求的组合可涉及子组合或子组合的变型。

阅读本公开的本领域的技术人员应理解，各种特征被描述和要求而不使这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围，除非另有说明。因此，所描述和所要求的主题的非实质性或无关紧要的修改或变化被认为是在如所附权利要求中所述的本实用新型的范围内。另外，应注意，在其中未使用术语“手段”的情况中，权利要求中的限制不应该被解释为构成美国专利法之下的“手段加功能”限制。

应理解，虽然诸如以上描述中使用的所需的或合适的词语的使用表明了这样描述的特征可更理想，然而这可能是不必要的并且没有这些词语的实施方案可能被考虑在本实用新型的范围之内，该范围由下面的权利要求界定。在阅读权利要求时，其旨在当使用诸如“一(a)”、“一个(an)”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，并非意图将权利要求限制成仅一项，除非权利要求中特意相反地陈述。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项可以包括部分项和/或整个项，除非特意相反地陈述。

重要的是，应注意在各种示例性实施方式中示出的系统的构造和布置在特性上仅是说明性的而非限制性的。在所描述实施方式的精神和/或范围内进行的所有的变化和修改期望受保护。应理解，一些特征可能不是必需的，并且缺少各种特征的实施方式可认为在本申请的范围之内，该范围由下面的权利要求界定。应理解，在一个实施方案中所描述的特征也可以与来自另一个实施方案的特征以本领域普通技术人员所理解的方式合并和/或组合。