再循环管道和包括该再循环管道的发动机系统的制作方法

再循环管道和包括该再循环管道的发动机系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年10月7日提交的韩国专利申请no.10-2020-0129348的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种再循环管道和包括该再循环管道的发动机系统。更具体地，本发明涉及这样一种再循环管道和包括该再循环管道的发动机系统，其可以避免由发动机和车辆的振动而引起的共振。


背景技术：

4.车辆排放的尾气中含有的氮氧化物(nox)作为主要的大气污染物而受到限制，并且已经进行了大量的研究来降低nox的排放。
5.废气再循环(egr)系统是安装在车辆中以减少有害废气的系统。通常，当混合器中的空气比例较高且燃烧良好时，nox增加。因此，egr系统是这样的系统，其用于将从发动机排出的废气的一部分(例如，5％至20％)在混合器中再次混合，以减少混合器中的氧气量并阻碍燃烧，从而抑制nox的产生。
6.用于汽油发动机的废气再循环(egr)系统安装在车辆中，以提高燃料效率。利用egr系统，可以通过降低低速/低负荷区域内的泵送损失和降低中速/中负荷区域内的燃烧室中的温度提前点火正时，从而提高燃料经济性。
7.作为代表性的废气再循环系统，存在低压废气再循环(low pressure exhaust gas recirculation，lp-egr)装置。lp-egr装置将已经通过涡轮增压器的涡轮的废气再循环到压缩器前端处的进气通道中。
8.egr装置设置有用于冷却再循环废气的egr冷却器。此时，存在的问题在于，连接至egr冷却器的再循环管道被正在行驶的车辆的运行所产生的振动或发动机中产生的振动破坏。特别地，如果再循环管道的固有频率与在车辆行驶期间产生的振动频率或发动机产生的振动频率重合，则会在再循环管道中发生共振，从而容易破坏再循环管道。
9.公开于该背景技术部分的以上信息仅仅旨在加强对本发明的背景的理解，因此其可以包含的信息不形成在本国已为本领域普通技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

10.本发明的示例性实施方案提供了一种再循环管道和发动机系统，其包括在车辆行驶中产生的相同的强劲振动。
11.根据本发明的示例性实施方案设置egr装置的再循环管道。再循环管道可以包括管道主体和多个波纹管组件，所述多个波纹管组件形成在管道主体中并包括多个波纹管。多个波纹管组件中的一个波纹管组件与多个波纹管组件中的另一个波纹管组件具有不同的形状。
12.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量中的至少一个可以不同于多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量。
13.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量可不同于多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量；并且多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量可与多个波纹管组件中的其他波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量相同。
14.所述多个波纹管组件可包括：第一波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管；第二波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管，其与所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同；以及第三波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管，其与所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量相同。
15.所述第一波纹管组件的节距可小于所述第二波纹管组件的节距；并且所述第一波纹管组件的波纹管的数量可小于所述第二波纹管组件的波纹管的数量。
16.所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距可大于所述第二波纹管组件的波纹管之间的节距；并且所述第一波纹管组件的波纹管的数量可小于所述第二波纹管组件的波纹管的数量。
17.所述第一波纹管组件、所述第二波纹管组件和所述第三波纹管组件可顺序布置。
18.所述多个波纹管组件可包括：第一波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管；以及第二波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的节距以及若干个波纹管，其与所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同。
19.所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距可小于所述第二波纹管组件的波纹管之间的节距；并且所述第一波纹管组件的波纹管的数量可大于所述第二波纹管组件的波纹管的数量。
20.所述第一波纹管组件和所述第二波纹管组件可顺序布置。
21.根据本发明的另一个示例性实施方案的发动机系统可包括：多个燃烧室，其通过燃烧燃料来产生动力；进气管路，供应至所述燃烧室的吸入空气流经所述进气管路；排气管路，从所述燃烧室排出的废气流经所述排气管路；以及废气再循环装置，其包括连接所述排气管路和所述进气管路的再循环管道，以使流经排气管路的废气再循环至燃烧室。所述再循环管道可包括：管道主体以及多个波纹管组件，所述多个波纹管组件形成在所述管道主体上并包括多个波纹管。多个波纹管组件中的一个波纹管组件与多个波纹管组件中的另一个波纹管组件具有不同的形状。
22.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量中的至少一个可与多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同。
23.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量可不同于多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量；并
且多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量可与多个波纹管组件中的其他波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量相同。
24.所述多个波纹管组件可包括：第一波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管；第二波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管，其与所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同；以及第三波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管，其与所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量相同。
25.所述第一波纹管组件的节距可小于所述第二波纹管组件的节距；并且所述第一波纹管组件的波纹管的数量可小于所述第二波纹管组件的波纹管的数量。
26.所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距可大于所述第二波纹管组件的波纹管之间的节距；并且所述第一波纹管组件的波纹管的数量可小于所述第二波纹管组件的波纹管的数量。
27.所述第一波纹管组件、所述第二波纹管组件和所述第三波纹管组件可顺序布置。
28.所述多个波纹管组件可包括：第一波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管；以及第二波纹管组件，其包括多个波纹管，所述多个波纹管具有波纹管之间的预定节距以及若干个波纹管，其与所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同。
29.所述第一波纹管组件的波纹管之间的节距可小于所述第二波纹管组件的波纹管之间的节距；并且所述第一波纹管组件的波纹管的数量可大于所述第二波纹管组件的波纹管的数量。
30.所述第一波纹管组件和所述第二波纹管组件可顺序布置。
31.根据如上所述的本发明的示例性实施方案，可以通过改变波纹管的形状来设计不会与发动机的振动频率和车辆的振动频率重叠的再循环管道的固有频率。
附图说明
32.本发明的目的、特征和优点将通过随后结合附图的具体描述而更加清晰，其中：
33.图1是显示根据本发明示例性实施方案的发动机系统的示意图。
34.图2是显示根据本发明第一示例性实施方案的发动机系统的再循环管道的俯视平面图。
35.图3是显示根据本发明第二示例性实施方案的发动机系统的再循环管道的俯视平面图。
36.图4是显示根据本发明第三示例性实施方案的发动机系统的再循环管道的俯视平面图。
37.图5显示确定常规再循环管道的固有频率的方法。
38.图6显示根据本发明示例性实施方案确定固有频率的方法。
39.图7是显示根据常规再循环管道的再循环管道的固有频率的图。
40.图8是显示根据本发明示例性实施方案的再循环管道的固有频率的图。
具体实施方式
41.在下文中将参考所附附图对本发明进行更为全面的描述，其中显示了本发明的示例性实施方案。本领域的技术人员将意识到，描述的实施方案可以以各种不同的方式修改，而都不偏离本发明的精神或范围。
42.附图和说明书应当被认为本质上是说明性的而非限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
43.此外，在附图中，为了更好地理解和易于描述，随意地表示每个元件的尺寸和厚度，而本发明不限于此。
44.在下文中，将参考附图详细描述根据本发明示例性实施方案的再循环管道和包括该再循环管道的发动机系统。
45.首先，将描述根据本发明示例性实施方案的应用再循环管道的发动机系统。
46.图1是显示根据本发明示例性实施方案的发动机系统的示意图。
47.如图1所示，根据本发明示例性实施方案的发动机系统可以包括发动机20、涡轮增压器70、中间冷却器16和egr装置50。
48.发动机20包括通过燃烧燃料来产生驱动力的多个燃烧室21。发动机20设置有进气管路10和排气管路30，要被供应至燃烧室21的吸入气体流经所述进气管路10，从燃烧室21排出的废气流经所述排气管路30。
49.在排气管路30中设置催化转化器60，该催化转化器60去除从燃烧室21排出的废气中包含的各种有害物质。为了去除氮氧化物，催化转化器60可以包括稀燃nox捕集器(lnt)、氧化催化剂和颗粒过滤器。
50.涡轮增压器70压缩流经进气管路10的吸入气体(外部空气+再循环气体)，并且将吸入气体供应至燃烧室21。涡轮增压器70包括涡轮71和压缩器72，所述涡轮71设置在排气管路30中并通过从燃烧室21排出的废气而旋转，所述压缩器72随着涡轮71的旋转而一起旋转并压缩吸入气体。
51.egr装置50(废气再循环装置)包括再循环管道100、egr冷却器56和egr阀54。虽然在本发明的示例性实施方案中将lp-egr装置作为示例进行描述，但可以应用其它类型的egr装置(例如，高压egr装置)。
52.再循环管道100在涡轮增压器70的后端部处从排气管路30分支出来，然后并入到进气管路10。egr冷却器56连接至再循环管道100，并且冷却流经再循环管道100的废气。egr阀54布置在再循环管道100和进气管路10合并在一起的位置处，并且调节流入到进气管路10的废气的量。
53.中间冷却器16通过与冷却剂的热交换来冷却流经进气管路10的吸入气体。也就是说，由于通过涡轮增压器70压缩的吸入气体由于其温度升高而膨胀，供应到燃烧室21中的吸入气体的氧密度减小，由于这个原因，难以输出发动机20所需的扭矩。因此，通过借助于中间冷却器16冷却吸入气体来增加吸入气体的密度，从而提高发动机20的燃烧效率。
54.在下文中，将参考所附附图对根据本发明示例性实施方案的再循环管道进行详细描述。
55.图2是显示根据本发明第一示例性实施方案的发动机系统的再循环管道的俯视平面图。
56.如图2所示，根据本发明第一示例性实施方案的再循环管道100可以包括管道主体101以及形成在管道主体101中的多个波纹管组件110、120和130。波纹管组件110、120和130可以彼此具有不同的形状。
57.在本发明的说明书中，形成在管道主体101中的波纹管103之间的距离将被称为节距，波纹管103的最高部分将被称为峰顶部，波纹管103的最低部分将被称为根部，而从外周管道主体101到峰顶部的距离将被称为高度。
58.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管数量中的至少一个与多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管数量可以是不同的。
59.在本发明第一示例性实施方案中，多个波纹管组件包括第一至第三波纹管组件110、120和130，并且第一至第三波纹管组件110、120和130顺序布置。也就是说，第二波纹管组件120形成为与第一波纹管组件110相邻，第三波纹管组件130形成为与第二波纹管组件120相邻。
60.具体地，第一波纹管组件110包括多个第一波纹管103，并且第一波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，四个波纹管)。例如，第一波纹管组件110的波纹管103的所有节距都相同，并且预定数量的波纹管(例如，四个波纹管)形成在管道主体101上。
61.第二波纹管组件120包括多个第二波纹管，并且第二波纹管组件120的第二波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，五个波纹管)。此时，第二波纹管组件120的波纹管之间的节距以及波纹管的数量中的至少一个可以不同于第一波纹管组件110的波纹管之间的节距以及波纹管的数量。例如，第二波纹管组件120的波纹管103的所有节距都相同，但第二波纹管组件120的节距不同于第一波纹管组件110的节距。
62.在本发明的第一示例性实施方案中，第一波纹管组件110的节距小于第二波纹管组件120的节距，并且第一波纹管组件110的波纹管的数量(例如，四个波纹管)少于第二波纹管组件120的波纹管的数量(例如，五个波纹管)。
63.第三波纹管组件130包括多个第三波纹管103，第三波纹管组件130的第三波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，四个波纹管)。此时，第三波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量可以与第一波纹管组件的波纹管之间的节距以及波纹管的数量相同。
64.图3是显示根据本发明第二示例性实施方案的发动机系统的再循环管道的俯视平面图。
65.如图3所示，根据本发明的第二示例性实施方案的再循环管道100可以包括管道主体101和形成在管道主体101中的多个波纹管组件。此时，多个波纹管组件可以具有不同的形状。
66.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的节距以及数量中的至少一个可以与多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的节距以及数量不同。
67.在本发明的第二示例性实施方案中，多个波纹管组件包括第一至第三波纹管组件110、120和130，并且第一至第三波纹管组件110、120和130顺序布置。也就是说，第二波纹管组件120形成为与第一波纹管组件110相邻，第三波纹管组件130形成为与第二波纹管组件
120相邻。
68.具体地，第一波纹管组件110包括多个第一波纹管103，并且第一波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，两个波纹管)。例如，第一波纹管组件110的波纹管103的所有节距都相同，并且预定数量的波纹管(例如，两个波纹管)形成在管道主体101上。
69.第二波纹管组件120包括多个第二波纹管，并且第二波纹管组件120的第二波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，五个波纹管)。此时，第二波纹管组件120的波纹管之间的节距以及波纹管的数量中的至少一个可以与第一波纹管组件110的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同。例如，第二波纹管组件120的波纹管之间的所有节距都相同，但第二波纹管组件120的波纹管之间的节距不同于第一波纹管组件110的波纹管之间的节距。
70.在本发明的第二示例性实施方案中，第一波纹管组件110的波纹管之间的节距大于第二波纹管组件120的波纹管之间的节距，并且第一波纹管组件110的波纹管的数量(例如，两个波纹管)小于第二波纹管组件120的波纹管的数量(例如，十个波纹管)。
71.第三波纹管组件130包括多个第三波纹管，并且第三波纹管组件130具有波纹管之间的预定节距的以及预定数量的波纹管(例如，四个波纹管)。此时，第三波纹管组件的波纹管之间的节距和波纹管的数量可以与第一波纹管组件的波纹管之间的节距和波纹管的数量相同。
72.图4是显示根据本发明第三示例性实施方案的发动机系统的再循环管道的俯视平面图。
73.如图4所示，根据本发明第三示例性实施方案的再循环管道100可以包括管道主体101以及形成在管道主体101上的多个波纹管组件110和120。波纹管组件110和120具有彼此不同的形状。
74.多个波纹管组件中的一个波纹管组件的节距以及数量中的至少一个可以与多个波纹管组件中的另一个波纹管组件的节距以及数量不同。
75.在本发明的第三示例性实施方案中，波纹管组件包括第一波纹管组件110和第二波纹管组件120，并且第一波纹管组件110和第二波纹管组件120顺序布置。也就是说，第二波纹管组件120形成为与第一波纹管组件110相邻。
76.具体地，第一波纹管组件110包括多个第一波纹管103，并且第一波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，十个波纹管)。例如，第一波纹管组件110的波纹管103的所有节距都相同，并且预定数量的波纹管(例如，十个波纹管)形成在管道主体101上。
77.第二波纹管组件120包括多个第二波纹管，并且第二波纹管组件120的第二波纹管103具有波纹管之间的预定节距以及预定数量的波纹管(例如，四个波纹管)。此时，第二波纹管组件120的波纹管之间的节距以及波纹管的数量中的至少一个可以与第一波纹管组件110的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同。例如，第二波纹管组件120的波纹管的所有节距都相同。但是第二波纹管组件120的波纹管之间的节距以及波纹管的数量中的至少一个可以与第一波纹管组件110的波纹管之间的节距以及波纹管的数量不同。
78.在本发明的第三示例性实施方案中，第一波纹管组件110的波纹管之间的节距小
于第二波纹管组件120的波纹管之间的节距，并且第一波纹管组件110的波纹管的数量(例如，十个波纹管)大于第二波纹管组件120的波纹管的数量(例如，四个波纹管)。
79.图5是用于解释确定常规再循环管道的固有频率的方法的示意图。图6是用于解释根据本发明示例性实施方案确定固有频率的方法的示意图。
80.连接发动机20的进气管路10(或排气管路30)和egr冷却器56的再循环管道100必须具有车辆所需的强度和阻尼性能。并且为了方便组装，再循环管道100应该能够在轴向方向上移动。为此，再循环管道100可以形成为波纹型。
81.然而，为了满足这样的性能，难以改变再循环管道100的固有频率，这是由于例如波纹型再循环管道100的波纹管103的数量和节距的设计因素的限制。
82.常规再循环管道100可以绘制为具有质量(m)和强度(k)的二维模型。此时，可以看出，再循环管道100的固有频率作为质量(m)和强度(k)的函数来确定(参见图5)。
83.然而，由于根据本发明的示例性实施方案的再循环管道100包括具有彼此不同形状的多个波纹管组件，因此根据本发明的示例性实施方案的再循环管道100的固有频率可以绘制为具有多个质量(mk，mk’)和多个强度(k，k’)的多维模型。因此，可以看出，再循环管道100的固有频率作为多个质量和多个强度的函数来确定(参见图6)。
84.例如，根据本发明的示例性实施方案的再循环管道100的固有频率可以确定为第一波纹管组件110的质量(mk)和强度(k)、第二波纹管组件120的质量(mk’)和强度(k’)以及第三波纹管组件130的质量(mk)和强度(k)的函数。也就是说，由于确定再循环管道100的固有频率的设计因素增加，因此确定再循环管道100的固有频率的设计自由度增加。因此，可以通过改变波纹管之间的节距和/或波纹管的数量来确定不与发动机的振动频率以及车辆的振动频率重叠的再循环管道100的固有频率。
85.图7是显示根据常规再循环管道的再循环管道的固有频率的图。图8是显示根据本发明示例性实施方案的再循环管道的固有频率的图。
86.参考图7，可以看出，根据常规技术的再循环管道在第一模式下的固有频率大约为500hz，在第二模式下大约为500hz，在第三模式下大约为750hz，在第四模式下大约为1100hz，在第五模式下大约为1100hz。
87.然而，如图8所示，可以看出，根据本发明的示例性实施方案的再循环管道的固有频率在第一模式下大约为350hz，在第二模式下大约为350hz，在第三模式下大约为510hz，在第四模式下大约为800hz，以及在第五模式下大约为800hz。
88.也就是说，通过简单地改变再循环管道100的波纹管103的形状，与常规技术相比，再循环管道100的固有频率可以降低大约30％或更多。以这种方式，根据本发明的示例性实施方案，即使不增加再循环管道100的质量或者不向再循环管道100添加额外的结构，通过简单地改变形状(例如，波纹管的节距和/或数量)，也可以将再循环管道100的固有频率确定为目标频率。
89.虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施方案来描述本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的实施方案。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。