用于使排气气体再循环的被动泵送的制作方法

用于使排气气体再循环的被动泵送
优先权声明
1.本技术要求2020年1月8日提交的美国临时专利申请第62/958,645号的优先权，该申请的内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
2.本公开涉及用于内燃机的排气再循环(egr)系统。

背景技术：

3.排气气体再循环(egr)、特别是冷却的egr(cegr)可以被添加到内燃机系统中以减少nox排放并降低爆震倾向。在这种系统中，一定量的排气气体被添加到发动机的进气歧管内的空气和/或燃料混合物中。挑战在于，输送冷却的egr(cegr)需要成本，特别是对于效率高的发动机而言，当排气歧管压力低于进气歧管压力时，上述发动机通常效率最高。压力差在整个发动机上产生了的正扫气压力差，上述正扫气压力差从气缸井中扫出燃烧气体，并且提供良好的压力－体积泵送回路作业。特别具有挑战性的是，要在不经由泵送回路对残余气体扫气和发动机循环的效率产生负面影响的情况下，将cegr从排气歧管处的源输送到进气歧管。“经典”的高压回路cegr系统将排气气体直接地引导到进气歧管，这需要设计或者需要可变的涡轮增压来迫使发动机排气歧管压力高于进气歧管，这进而会不利地减少热的已燃烧气体的扫气和发动机的p-v循环，并且损失效率。由于cegr的目的是减少爆震趋势以提高效率和功率密度，因此，会特别地适得其反。然而，这种驱动egr的经典方法实际上通过残留气体的保留来增加爆震趋势，并且通过发动机上的负压力做功以减少收益的方式来降低效率、即通过cegr减少爆震而具有正向的两点，但是由于泵送的方式而具有反向的一点，导致驱动cegr的成本与输送cegr的益处抵消的零增益点。

技术实现要素：

4.本公开描述了与使排气气体再循环有关的技术。
5.本公开中描述的主题的一种示例性实施方式是具有以下特征的发动机排气气体再循环混合器。多个会聚喷嘴在从混合器的发动机进气空气入口到混合器的出口的流动路径中限定彼此并排延伸的多个流动通道。每个会聚喷嘴都朝向混合器的出口会聚。排气气体壳体包括进入排气气体壳体的内部的排气气体入口。多个会聚－发散喷嘴中的每一个均对应于多个会聚喷嘴中的一个。会聚－发散喷嘴中的每一个均包括流体连通的空气－排气气体入口，以接收来自对应的会聚喷嘴和排气气体壳体的内部的流体流。
6.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚喷嘴中的每一个的入口位于相同的第一平面内，并且各会聚喷嘴的对应出口位于相同的第二平面内。
7.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚－发散喷嘴中的每一个的空气－
排气气体入口位于相同的第三平面内。会聚－发散喷嘴中的每一个的对应出口位于相同的第四平面内。
8.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚－发散喷嘴中的每一个的空气－排气气体入口是与进入混合器的燃料供源连通的空气－燃料－排气气体入口。
9.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：燃料供源还包括位于会聚－发散喷嘴的上游的燃料供给端口。
10.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：燃料供给端口包括气态燃料供给端口。
11.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚－发散喷嘴中的每一个均与对应的会聚喷嘴在相同的中心轴线上对齐。
12.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：空气－排气气体入口中的每一个均位于会聚喷嘴中的一个的对应出口的上游。
13.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚喷嘴至少部分地在排气气体壳体内延伸。
14.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：空气－排气气体入口中的每一个的面积大于会聚喷嘴中的对应一个的对应出口的面积。
15.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚喷嘴包括四个会聚喷嘴，会聚－发散喷嘴包括四个对应的会聚－发散喷嘴。
16.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：会聚－发散喷嘴的发散部发散不超过7
°
。
17.可以单独地或与其他方面组合地与示例性发动机排气再循环混合器组合的示例性发动机排气再循环混合器的各方面包括以下内容：压力端口位于会聚喷嘴中的每一个的会聚端。
18.本公开中描述的主题的一个示例性实施方式是具有以下特征的方法。使用第一组会聚喷嘴来增加发动机进气空气流的速度并降低发动机进气空气流的压力，以形成从会聚喷嘴中的对应一个离开的多个自由射流。发动机排气流在第一组多个会聚喷嘴的下游被吸入，以响应每个自由射流的降低的压力。使用位于第一组会聚喷嘴的下游的第二组会聚喷嘴来将自由射流中的每一个和排气流进行混合，以形成与自由射流对应的成组的混合流。第二组会聚喷嘴中的每一个与第一组会聚喷嘴中的不同的一个对应。使用成组的发散喷嘴来增加混合流的压力并降低混合流的速度，每个发散喷嘴对应于第二组会聚喷嘴中的不同
的一个。
19.可以单独地或与其他方面组合地与示例性方法组合的示例性方法的各方面包括以下内容：将自由射流中的一个和排气流进行混合以形成混合流中的一个包括：混合一部分空气流、一部分排气流和一部分燃料流，以形成燃烧混合物。
20.可以单独地或与其他方面组合地与示例性方法组合的示例性方法的各方面包括以下内容：燃料流在第一组会聚喷嘴的会聚端的上游被供给。
21.可以单独地或与其他方面组合地与示例性方法组合的示例性方法的各方面包括以下内容：燃料流包括气态燃料流。
22.可以单独地或与其他方面组合地与示例性方法组合的示例性方法的各方面包括以下内容：排气流从排气歧管被引导到位于第一组会聚喷嘴的下游的位置处。
23.本公开中描述的主题的一种示例性实施方式是具有以下特征的发动机系统。发动机进气歧管构造成接收被构造成在发动机燃烧室内燃烧的可燃混合物。节流件位于进气歧管的上游。节流件构造成调节进入进气歧管的空气流。排气歧管构造成接收来自燃烧室的燃烧产物。排气气体再循环混合器位于节流件的下游和进气歧管的上游。排气气体再循环混合器包括会聚喷嘴，上述会聚喷嘴彼此并排延伸，从而在从混合器的发动机进气空气入口到混合器的出口的流动路径中限定流动通道。每个会聚喷嘴都朝向混合器的出口会聚。排气气体壳体包括进入排气气体壳体的内部的排气气体入口。在流动路径中的多个会聚－发散喷嘴中的每一个均对应于多个会聚喷嘴中的一个，多个会聚－发散喷嘴彼此并排延伸，多个会聚－发散喷嘴中的每一个均包括流体连接的空气－排气气体入口以接收来自对应会聚喷嘴和排气气体壳体内部的流体流。
24.可以单独地或与其他方面组合地与示例性系统组合的示例性系统的各方面包括以下内容：压缩机位于节流件的上游。压缩机构造成增加流动路径内的压力。
25.可以单独地或与其他方面组合地与示例性系统组合的示例性系统的各方面包括以下内容：涡轮位于排气歧管的下游。涡轮联接到压缩机，并且构造成使压缩机旋转。
26.可以单独地或与其他方面组合地与示例性系统组合的示例性系统的各方面包括以下内容：排气气体冷却器位于排气歧管与排气气体再循环混合器之间的流动路径内。排气气体冷却器构造成在排气气体再循环混合器之前降低排气气体的温度。
27.本文描述的主题的特定实施方式可以具有一个或多个以下优点。当排气气体源的压力低于进气时，比如在增压或涡轮增压发动机中，排气气体再循环混合器可以允许将排气气体再循环到加压的发动机进气中。在某些情况下，即使内燃机在高负载和高增压下运行，混合器也能使排气气体进入。在这种高负载高增压条件下，egr是最需要的，但是由于进气系统中的压力高于排气，因此，供给egr也是最困难的。此外，混合器可以减轻排气系统中的高背压，从而防止已燃烧的气体有效地离开燃烧室，并且这本身会促进爆震。混合器是依靠初级气流的面积减少来使气体加速到高速的被动泵。加速的气体利用伯努利效应(bernoulli’s effect)来产生低压，随后产生进入接收室的气体的自由射流。自由射流产生的低压用作接收室中的吸力，当连接到egr路径时，该吸力显现为排气歧管下方的压力，产生有利的压力梯度，以使egr流到较低压力处，从而允许排气气体进入混合器。在混合器之后，当高速气体混合物减速进入发动机进气歧管时，反向伯努利效应将高速气体混合物转化为高压。因此，这减轻了由于操作更传统的egr系统所需的泵送作业和整个发动机的负
扫气压力而造成的系统效率损失。该混合器的结构也非常简单，并且不需要作业零件来操作。混合器也可以在机械上设计成具有不同的初级流喷嘴，这些初级流喷嘴可以是模块化的(例如，螺纹连接－螺纹脱开来更换)，可互换地装配用于宽范围的发动机排量系列。此外，混合器产生促进egr、空气和燃料的混合的内部湍流。此外，混合器可以接收燃料，并且操作以混合燃料、空气和egr。因此，一些实施方式1)在任意背压与进气压力比下减小整个发动机上的压力差以将egr从排气歧管驱动到进气歧管，2)包括当期望维持背压等于或小于进气压力时的特殊情况，从而(a)提高了效率(由于泵送平均有效压力(pmep)的降低)以及(b)减少了滞留在燃烧室内部的热已燃烧气体的保留，这本身会增大主动冷却的egr试图降低的爆震趋势，(3)添加高速燃油可以增强射流和抽吸效果，(4)可以通过消除压力调节器和预热器回路来简化燃料输送系统，这是由于高压燃料和冷燃料更有利于混合器，以使用焦耳－汤姆森效应(joules-thomson effect)来冷却egr(燃料喷射会导致温度下降，这是有利的，因为冷却的egr和冷却的进气空气有益于发动机运行)。通过使用四个筒，与单筒排气气体再循环混合器相比，可以使用类似的总入口面积和出口面积，同时将混合器的总长度减小到单筒混合器的总长度的大致一半。
28.一个或多个的实施方式的细节由附图和以下的说明书阐述。从说明书、附图和权利要求中，其他特征、方面和优势将变得明显。
附图说明
29.图1是示例性内燃机系统的示意图。
30.图2是示例性排气气体再循环混合器的立体图。
31.图3a是图2的示例性排气气体再循环混合器的侧视半剖视图。
32.图3b是图2的示例性排气气体再循环混合器的半剖视图。该视图与图3a中所示的半剖视图成45
°
。
33.图4是可以与本公开的各方面一起使用的示例性控制器的框图。
34.各个附图中的相同附图标记和标号指代相同的元件。
具体实施方式
35.排气气体再循环(egr)会对发动机系统产生寄生效应，也就是说，由于需要能量使排气气体从排气歧管运动到进气歧管中，因此，排气气体再循环(egr)会降低发动机系统的有效功率输出。这在进气歧管压力可能高于排气歧管压力的增压发动机上尤其存在问题。讽刺的是，当进气歧管压力高、比如当发动机在高负载下运行时，最需要egr。在涡轮增压发动机的情况下，排气歧管内的背压的增加也会导致高负载下的爆震。
36.本文的构思涉及可以在包括增压内燃机的内燃机上使用的egr系统。在发动机的进气系统中，在节流件与进气歧管之间添加成组的平行布置的射流泵。如果进气系统中设置有压缩机，则射流泵可以放置在压缩机的下游(尽管也可以将射流泵放置在压缩机的上游)。作为初级流体的空气从节流件朝向进气歧管流过每个射流泵的中心流动通道。在每个喷射泵内的低压接收区域中，再循环排气气体从排气歧管被添加到每个空气流中。每个接收区域中的较低有效压力允许在排气歧管与接收器之间形成压力差。反向伯努利效应通过使高速－低压气体减慢来恢复压力，从而在进气歧管中产生等于或高于排气歧管的压力。
因此，在系统层面上，即使在排气歧管处于较低压力时，喷射泵也使排气气体从排气歧管流向进气歧管。燃料可以被添加到会聚喷嘴的会聚端的上游的空气流中。在射流泵内和射流泵的下游产生湍流，从而导致混合良好的可燃混合物流入歧管中。
37.图1示出了示例性发动机系统100。发动机系统100包括进气歧管104，该进气歧管104构造成接收要在发动机102的燃烧室内燃烧的可燃混合物。也就是说，进气歧管与氧气源和燃料源流体地联接。可燃混合物可以包括空气和任何可燃流体、比如天然气、雾化汽油或柴油。尽管所示的实施方式包括四缸发动机102，但是也可以使用任意数量的缸。此外，尽管所示的实施方式包括活塞式发动机102，但是本公开的方面可应用于其他类型的内燃机、诸如旋转发动机或燃气涡轮发动机。
38.节流件112位于进气歧管104的上游。节流件112构造成例如通过改变经过节流件112的流动通道的横截面积来至少部分地或完全地调节从周围环境116进入进气歧管中的空气流。在一些实施方式中，节流件112可以包括蝶形阀或碟形阀。减小通过节流件112的流动通道的横截面积可以减小通过节流件112朝向进气歧管104流动的空气的流动速率。
39.排气歧管106构造成从发动机102的燃烧室接收燃烧产物(排气)。也就是说，排气歧管106与燃烧室的出口流体地联接。egr流动通道108或导管与排气歧管106和进气歧管104流体地连接。在所示的实施方式中，egr节流件126位于排气歧管106与进气歧管104之间的egr流动通道108内，并且用于调节egr流量。egr节流件126通过调整经过egr节流阀126的egr流动通道108的横截面积来调节egr流量。在一些实施方式中，egr节流阀126可以包括蝶形阀、碟形阀、针阀、球形阀或另一型式的阀。
40.在所示的实施方式中，egr流动通道108馈送入位于节流件112的下游和进气歧管104的上游的egr混合器114。egr混合器114位于发动机进气系统中，并且与节流件112、进气歧管104和egr流动通道108流体地连接。流体连接可以由包含允许流体流动的流动通道的导管制成。在一些实施方式中，egr混合器114可以被包括在连接进气歧管104和节流件112的导管内、进气歧管104自身内、egr流动通道108内、集成在节流件112内或集成在egr节流阀126内。有关示例性egr混合器的细节将在本公开的全文中描述。
41.在一些实施方式中，排气气体冷却器110位于排气歧管106与egr混合器114之间的egr流动通道108中。排气气体冷却器110可以运行成在egr混合器114之前降低排气气体的温度。排气气体冷却器110是热交换器、比如空气－空气交换器或空气－水交换器。在一些实施方式中，并不包括排气气体冷却器110。
42.在一些实施方式中，发动机系统100包括位于节流件112上游的压缩机118。在带有压缩机118但没有节流件的发动机中、比如无节流件的柴油发动机中，节流件是不需要的，并且混合器可以位于压缩机的下游。压缩机118可包括离心压缩机、正排量压缩机或用于在发动机运行期间增加进气歧管104内的压力的另一种类型的压缩机。在一些实施方式中，发动机系统100可以包括中间冷却器120，其构造成在空气进入歧管之前对压缩空气进行冷却。在所示的实施方式中，压缩机118是涡轮增压器的一部分。也就是说，涡轮122位于排气歧管106的下游，并且随着排气气体膨胀通过涡轮122而旋转。涡轮122例如经由轴124联接到压缩机118，并且使压缩机118旋转。在所示的实施方式中，涡轮122还增加排气歧管106内的背压，从而增加egr流动通道108内的压力。尽管所示的实施方式利用涡轮增压器来增加进气歧管104内的压力，但是也可以使用其他压缩方法、例如电动或发动机驱动的压缩机
(例如，增压器)。在一些实施方式中，使用单独的控制器130或发动机控制单元(ecu)来控制系统运行的各个方面。例如，控制器130可以基于当前的运行条件来调整空气－燃料比、火花正时和egr流动速率。
43.图2是示例性排气气体再循环混合器114的立体图。排气气体再循环混合器114包括四个全都平行布置的射流泵或筒200。在所示的立体图中，可见筒200a、200b、200c、200d。通过使用四个筒，与单筒排气气体再循环混合器相比，可以使用类似的总入口面积和出口面积，同时将排气气体再循环混合器114的总长度减小到单筒混合器的总长度的大致一半。在2017年9月25日提交的美国专利第10,316,803号中描述了示例性单筒混合器，该文献通过引用纳入本文。借助单筒设计，存在由混合空气/egr包围的新鲜空气芯部。借助本文所描述的多筒设计，存在多个新鲜空气芯部，从而新鲜空气在进入发动机进气歧管104之前更好地被划分、分配、混合或扩散。改进的混合使得在各发动机气缸中分配的新鲜空气、egr和燃料的分配更加均匀。
44.图3a是图2的示例性排气气体再循环混合器114的侧视半剖视图。在该图示中，可见筒200a和200c。图3b是图2的示例性排气气体再循环混合器的半剖视图。该视图与图3a中所示的半剖视图成45
°
。在该图示中，可见筒200b和200c。应当注意，第四筒200d在当前附图中是不可见的，但是在结构上类似于本文所描述的其他筒。除非另有说明，否则以下描述均参照图3a和图3b提供。
45.egr混合器114由一个或多个壳体或外壳构成。外壳的端壁中的开口对由每个筒200限定的多个内部流动通道222的空气入口204和出口206进行限定。内部流动通道222将流量从空气入口204引导到出口206，以允许流量通过egr混合器114。在外壳224内，egr混合器114包括分别与筒200相关联的多个会聚喷嘴202，其在从egr混合器114的空气入口204到egr混合器114的出口206的流动路径中限定内部流动通道222。会聚喷嘴202中的每一个均朝向egr混合器114的出口会聚。也就是说，会聚喷嘴202中的每一个均沿着朝向会聚端208的流动方向会聚。也就是说，会聚喷嘴202的下游端(出口)的横截面积、即流动面积比会聚喷嘴202的上游端(入口)226的横截面积小。在一些实施方式中，各会聚喷嘴202的入口226位于相同的第一平面402内，各会聚喷嘴202的对应出口位于相同的第二平面404内。换言之，每个筒200的部件平行对齐，使得每个部件在标准制造公差内彼此平行(并联)地接收流体流。
46.egr混合器114包括排气气体接收器壳体210，并且排气气体接收器壳体210包括一个或多个排气气体入口212，上述排气气体入口212从egr流动通道108馈送并且流体地连接到egr流动通道108，并且进入排气气体接收器壳体210的内部接收器腔228中。在所示的实施方式中，排气气体接收器壳体围绕会聚喷嘴202，使得会聚喷嘴202的一部分位于内部接收器腔228内。在一些实施方式中，每个筒200的会聚－发散喷嘴214也可以位于内部接收器腔228内。会聚喷嘴202定位成各自形成从每个喷嘴202的会聚端208离开的气体的自由射流。此外，排气气体入口212位于每个会聚喷嘴202的出口209的上游。尽管所示的实施方式示出了与会聚端208分离的出口209，但是也可以使用其他布置，例如在一些实施方式中，出口209和会聚端208两者都可以位于第二平面404内。尽管所示的实施方式示出了出口209(至少部分或完全地)在排气气体接收器壳体210内延伸，但是也可以利用其他设计。在一些实施方式中，空气入口204和出口206设有附件或配件，以便能够连接到egr混合器114和/或
发动机102的进气歧管104。在某些情况下，会聚喷嘴202可以与具有不同进气面积226和会聚面积208的会聚喷嘴模块化地互换，使得该系统易于改变以适配于多个发动机尺寸。例如，喷嘴202可以设置有螺纹或另一种形式的可移除附件，以附连到混合器外壳224的其余部分。在一些实施方式中，会聚喷嘴202可以作为单个整体件集成到混合器外壳224中。
47.在每个筒200内，会聚－发散喷嘴214位于对应会聚喷嘴202的会聚端208的下游，并且流体地联接，以接收来自出口206、排气气体入口212和在某些情况下的燃料供源216的流体流。换言之，会聚－发散喷嘴214可以用作用于进气歧管104的空气－燃料－排气气体入口(图1)。会聚－发散喷嘴214中的每一个的空气－排气气体入口230位于与流动路径垂直的相同的第三平面406内。会聚－发散喷嘴214中的每一个的对应出口位于相同的第四平面408内，该第四平面408与流动路径垂直且在平面402、平面404以及平面406的下游。换言之，每个筒的各部件平行对齐，使得每个部件在标准制造公差内彼此平行(并联)地接收流体流。为了有助于促进混合，会聚－发散喷嘴214中的每一个的空气－排气气体入口230的面积比对应出口209的面积大。每个会聚－发散喷嘴214均包括三个部分：空气－排气气体入口230、喉部232和出口206。喉部232是每个会聚－发散喷嘴214的最窄点，位于且流体地连接到每个会聚－发散喷嘴214的空气－排气气体入口230的下游。会聚－发散喷嘴214在喉部232处变窄增加了穿过每个会聚－发散喷嘴214时的流体流的流动速度。每个会聚－发散喷嘴214的出口206流体地连接到且位于进气歧管104的上游。在喉部232与出口206之间，穿过会聚－发散喷嘴214的流动通道的横截面增大。横截面积的增大减慢了流动速度并增加了流体流的压力。在某些情况下，横截面积的增大可以将尺寸定成增大egr混合器114内的压力，使得整个egr混合器114上的压降为零、标称值或小。在一些实施方式中，每个会聚－发散喷嘴214的发散部214b发散不超过7
°
。每个会聚－发散喷嘴214的发散部214b可以线性地或以向外张开的曲线发散。会聚－发散喷嘴214可以在空气－排气气体入口230、出口206或两者处包括螺纹或另一形式的可移除附件，以允许会聚－发散喷嘴214安装且流体地连接到发动机系统100进气口的其余部分。与会聚喷嘴202相同，会聚－发散喷嘴214可以与具有不同入口230、喉部232和出口206面积的喷嘴214模块化地互换，使得该系统易于改变以适配多个发动机尺寸。在一些实施方式中，多个会聚－发散喷嘴214可以集成地形成为单个整体件。
48.在一些实施方式中，每个筒200内的会聚喷嘴202和会聚－发散喷嘴214在相同的中心轴线220上对齐，但是在一些实施方式中，每个筒200内的会聚喷嘴202和会聚－发散喷嘴214的中心轴线220可能不对齐或平行。例如，空间约束可能需要egr混合器114在每个会聚喷嘴202与其对应的收缩喷嘴214的轴线之间具有一角度。在一些实施方式中，流动通道可以是弯曲的，而不是具有如图3a到3b所示的基本笔直的流动通道。
49.在一些实施方式中，燃料供源216包括位于空气流动路径内的会聚喷嘴202的每个会聚端208的上游的燃料歧管219和燃料供给端口218。每个燃料供给端口218构造成将燃料供给到空气流动路径中和对应的会聚喷嘴202的上游。在一些实施方式中，燃料供给端口218可以是气体燃料供给端口，联接到气体燃料源；然而，由燃料供给端口218输送的燃料可以包括任何可燃流体，比如天然气、汽油或柴油。燃料供给端口218从燃料歧管219供给燃料流306。尽管示出了在每个筒内具有由公共燃料歧管219供给的单个燃料端口218，但是使用具有单独、离散的端口的单独、离散的燃料供源可以具有类似的效果。尽管示出为每个筒内
的单个端口，但是燃料供给端口218可以其他方式构造，例如构造成沿每个筒的周边的多个燃料供给端口，或以另一种方式构造。尽管所示的实施方式示出了构造成在会聚喷嘴202的会聚端208的上游注入燃料的燃料供给端口218，但是燃料也可以通过位于排气气体入口212上游的燃料供给端口218来添加。这种端口可以包括气态燃料供给端口。
50.压力端口356位于每个会聚喷嘴202的会聚部203的下游。压力端口356通过允许内部流动通道222与公共压力感测歧管354之间的流体连通，来提供对每个会聚喷嘴202的会聚端208下游的压力进行感测的位置。压力传感器352对公共压力感测歧管354内的压力进行感测，并且向控制器130发送指示公共压力感测歧管354内的压力的信号。尽管在公共歧管上通过单个传感器示出，但是使用具有单独、离散端口的单独、离散传感器可以具有类似的效果。替代地或附加地，可以使用虚拟传感器来代替离散传感器也就是说，可以基于各会聚喷嘴的已知几何形状以及从整个系统中的各种传感器接收的其他信息来计算压力。
51.由压力传感器352感测的压力可以与在egr混合器114的上游或下游的其他位置处所感测的压力进行比较，以确定压力差。确定的压力差可以用于确定穿过egr混合器114的质量空气流量(maf)率。在某些情况下，这样的计算可以由控制器130执行(图1)。maf率可用作控制器的输入，以调整发动机系统100内的各种参数。在某些情况下，控制器130是发动机控制单元(ecu)，其对发动机系统100运行的一些或全部方面、比如燃料供给、空气、点火和/或其他发动机运行参数进行控制。在某些情况下，控制器130是与发动机系统的ecu分离的控制单元。控制器130也不需要向发动机系统100发送致动和/或控制信号，而是可以替代地向ecu提供诸如maf、egr流率之类的信息，以供ecu用于控制发动机系统100。
52.图4是可以与本公开的各方面一起使用的示例性控制器130的框图。控制器130主要可以监测系统的参数，并且发送信号以致动和/或调整系统的各种运行参数。如图4中所示，控制器130可以包括一个或多个处理器450和包含使处理器450执行本文所述的操作的指令的非暂时性存储介质(例如，存储器452)。处理器450联接到输入/输出(i/o)接口454，用于发送和接收与系统中例如包括压力传感器352在内的部件的通信。在某些情况下，控制器130还可以与发动机系统100的各种系统部件(包括节流件112和egr节流阀126)中的一个或多个以及设置在发动机系统100中的其他传感器(例如，压力传感器、温度传感器、爆震传感器和其他类型的传感器)通信状态，并且向其发送致动和/或控制信号。
53.所示的实施方式如下地操作。第一组会聚喷嘴202中的每一个均增加egr混合器114中空气流302的一部分的速度并降低其压力，以形成从对应会聚喷嘴202离开的多个自由射流。响应于(即，由于)从会聚喷嘴202离开的每个自由射流空气流302的减小的压力，排气流304通过排气气体入口212被吸入egr混合器114中。最终，排气流304从排气歧管106被引导到位于会聚喷嘴202下游的位置。空气流302、排气流304和燃料流306被混合以形成用作燃烧混合物的多个混合流308。混合流308与位于对应的第一会聚喷嘴202下游的第二组会聚喷嘴214a混合。第二组会聚喷嘴214a中的每一个均对应于第一组会聚喷嘴202中的不同的一个。通过成组的发散喷嘴214b来增加每个混合流的压力并降低每个混合流308的速度，发散喷嘴214b中的每一个均对应于第二组会聚喷嘴214a中的不同的一个。尽管第二组会聚喷嘴214a中的每一个和成组的发散喷嘴214b中的每一个均被示出为整体式的会聚－发散喷嘴214，但是第二组会聚喷嘴214a中的每一个和成组的发散喷嘴214b中的每一个也可以是分离的不同的部分。
54.在所示的实施方式中，燃料流306通过位于每个会聚喷嘴202的侧面上的燃料供给端口218被供给到空气流302中。燃料流306在会聚端208的上游被供给。在一些实施方式中，燃料流306通过燃料供给端口218被供给到排气流304中。与所使用的实施方式无关，燃料流306可以包括气态燃料流。
55.尽管本公开包含许多具体的实施细节，但这些实施细节不应被解释为对可以要求保护的范围的限制，而应被解释为针对特定实用新型的特定实施方式的特征的描述。本公开中在不同实施方式的背景下描述的某些特征也能够在单个实施方式中组合实施。相反地，在单个实施方式的背景下描述的各种特征也能够在多个实施方式中分别实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管各特征可在上文被描述为以某些组合起作用并且甚至原始要求这样保护，但是所要求保护的组合的一个或多个特征可在某些情况下从组合中去除，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变型。
56.类似地，尽管在附图中以特定的次序描述操作，但这不应被理解为需要这些操作以所示的特定次序或以依次的顺序被执行或所有所示操作都要被执行以获得期望的结果。此外，在如上所述的实施方式中，各种系统部件的分离不应当被理解为在所有实施方式中都需要这样的分离，而是应当理解，所描述的部件和系统通常能够一起集成在单个产品中，或封装到多个产品中。
57.因此，已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的范围内。在某些情况下，权利要求中所记载的动作可以不同次序被执行而仍能够获得期望的结果。另外，附图中描述的工艺不一定需要所示的特定顺序或依次的顺序来实现期望的结果。
58.在第一方面中，一种发动机排气气体再循环混合器，该混合器包括：多个会聚喷嘴，多个会聚喷嘴在从混合器的发动机进气空气入口到混合器的出口的流动路径中限定彼此并排延伸的多个流动通道，多个会聚喷嘴中的每一个均朝向混合器的出口会聚；排气气体壳体，该排气气体壳体包括进入排气气体壳体的内部的排气气体入口；以及在流动路径中的多个会聚－发散喷嘴，多个会聚－发散喷嘴中的每一个均对应于多个会聚喷嘴中的一个，多个会聚－发散喷嘴彼此并排延伸，多个会聚－发散喷嘴中的每一个均包括流体连通的空气－排气气体入口以接收来自对应的会聚喷嘴和排气气体壳体内部的流体流。
59.在第二方面中，根据方面1中的发动机排气气体再循环混合器，其中，会聚喷嘴中的每一个的入口位于垂直于流动路径的相同的第一平面内，并且各会聚喷嘴的对应出口位于垂直于流动路径的相同的第二平面内。
60.在第三方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，会聚－发散喷嘴中的每一个的空气－排气气体入口位于垂直于流动路径的相同的第三平面内，并且会聚－发散喷嘴中的每一个的对应出口位于垂直于流动路径的相同的第四平面内。
61.在第四方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，多个会聚－发散喷嘴中的每一个的空气－排气气体入口是与进入混合器的燃料供源连通的空气－燃料－排气气体入口。
62.在第五方面中，根据方面4中的发动机排气气体再循环混合器，其中，燃料供源包括：燃料供给端口，该燃料供给端口位于会聚－发散喷嘴的上游。
63.在第六方面中，根据方面4到5中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，
其中，燃料供应端口包括气态燃料供应端口。
64.在第七方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，会聚－发散喷嘴中的每一个均与对应的会聚喷嘴在相同的中心轴线上对齐。
65.在第八方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，空气－排气气体入口中的每一个均位于多个会聚喷嘴中的一个的对应出口的上游。
66.在第九方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，多个会聚喷嘴在排气气体壳体内延伸。
67.在第十方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，空气－排气气体入口中的每一个的面积大于多个会聚喷嘴中的对应一个的对应出口的面积。
68.在第十一方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，多个会聚喷嘴包括四个会聚喷嘴，并且多个会聚－发散喷嘴包括四个对应的会聚－发散喷嘴。
69.在第十二方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，会聚－发散喷嘴的发散部发散不超过7
°
。
70.在第十三方面中，根据前述方面中的任意一个中的发动机排气气体再循环混合器，其中，多个压力端口位于多个会聚喷嘴中的每一个的会聚端。
71.在第十四方面中，一种方法，包括：使用第一组会聚喷嘴来增加发动机进气空气流的速度并降低发动机进气空气流的压力，以形成从多个会聚喷嘴中的对应一个离开的多个自由射流；在第一组会聚喷嘴的下游吸入发动机排气流，响应多个自由射流中的每一个的降低的压力；使用位于第一组会聚喷嘴的下游的第二组会聚喷嘴来将多个自由射流中的每一个和排气流进行混合，以形成与多个自由射流对应的成组的混合流，第二组会聚喷嘴中的每一个与第一组会聚喷嘴中的不同的一个对应；以及使用多个发散喷嘴来增加多个混合流的压力并降低多个混合流的速度，多个发散喷嘴中的每一个与第二组会聚喷嘴中的不同的一个对应。
72.在第十五方面中，根据方面14中的方法，其中，将多个自由射流中的一个和排气流进行混合以形成混合流中的一个包括：混合一部分空气流、一部分排气流和一部分燃料流，以形成燃烧混合物。
73.在第十六方面中，根据方面15中的方法，包括在第一组会聚喷嘴的会聚端的上游供给燃料流。
74.在第十七方面中，根据方面14到15中的任意一个中的方法，其中，燃料流包括气态燃料流。
75.在第方面中，根据方面14到17中的任意一个中的方法，包括将排气流从排气歧管引导到位于第一组会聚喷嘴的下游的位置处。
76.在第十九方面中，一种发动机系统，包括：发动机进气歧管，该发动机进气歧管构造成接收被构造成在发动机燃烧室内燃烧的可燃混合物；位于进气歧管上游的节流件，该节流件构造成调节进入进气歧管的空气流；排气歧管，该排气歧管构造成接收来自燃烧室的燃烧产物；以及排气气体再循环混合器，该排气气体再循环混合器位于节流件的下游和进气歧管的上游，该排气气体再循环混合器包括：多个会聚喷嘴，该多个会聚喷嘴彼此并排
延伸，在从混合器的发动机空气进气空气入口到混合器的出口的流动路径中限定多个流动通道，该多个会聚喷嘴中的每一个均朝向混合器的出口会聚；排气气体壳体，该排气气体壳体包括进入排气气体壳体的内部的排气气体入口；以及在流动路径中的多个会聚一发散喷嘴，该多个会聚一发散喷嘴中的每一个均对应于多个会聚喷嘴中的一个，该多个会聚一发散喷嘴彼此并排延伸，该多个会聚一发散喷嘴中的每一个均包括流体连通的空气－排气气体入口以接收来自对应的会聚喷嘴和排气气体壳体内部的流体流。
77.在第二十方面中，根据方面19中的发动机系统，包括位于节流件上游的压缩机，该压缩机构造成增加流动路径内的压力。
78.在第二十一方面中，根据方面20中的发动机系统，包括位于排气歧管下游的涡轮，该涡轮联接到压缩机并且构造成使压缩机旋转。
79.在第二十二方面中，根据方面20到21中的发动机系统，包括排气气体冷却器，该排气气体冷却器定位于排气歧管与排气气体再循环混合器之间的流动路径内，该排气气体冷却器构造成在排气气体再循环混合器之前降低排气气体的温度。

技术特征：

1.一种发动机排气气体再循环混合器，所述混合器包括：多个会聚喷嘴，所述多个会聚喷嘴在从所述混合器的发动机进气空气入口到所述混合器的出口的流动路径中限定彼此并排延伸的多个流动通道，所述多个会聚喷嘴中的每一个均朝向所述混合器的出口会聚；排气气体壳体，所述排气气体壳体包括进入所述排气气体壳体的内部的排气气体入口；以及在所述流动路径中的多个会聚－发散喷嘴，所述多个会聚－发散喷嘴中的每一个均对应于所述多个会聚喷嘴中的一个，所述多个会聚－发散喷嘴彼此并排延伸，所述多个会聚－发散喷嘴中的每一个均包括流体连通的空气－排气气体入口以接收来自对应的会聚喷嘴和所述排气气体壳体的内部的流体流。2.根据权利要求1所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述会聚喷嘴中的每一个的入口均位于垂直于所述流动路径的相同的第一平面内，并且所述会聚喷嘴的对应出口位于垂直于所述流动路径的相同的第二平面内。3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述会聚－发散喷嘴中的每一个的所述空气－排气气体入口位于垂直于所述流动路径的相同的第三平面内，并且所述会聚－发散喷嘴中的每一个的所述对应出口位于垂直于流动路径的相同的第四平面内。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所示多个会聚－发散喷嘴中的每一个的所述空气－排气气体入口是与进入所述混合器的燃料供源连通的空气－燃料－排气气体入口。5.根据权利要求4所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述燃料供源包括：燃料供给端口，所述燃料供给端口位于所述会聚－发散喷嘴的上游。6.根据权利要求4－5中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述燃料供给端口包括气态燃料供给端口。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述会聚－发散喷嘴中的每一个均与对应的会聚喷嘴在相同的中心轴线上对齐。8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述空气－排气气体入口中的每一个均位于所述多个会聚喷嘴中的一个的对应出口的上游。9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述多个会聚喷嘴在所述排气气体壳体内延伸。10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述空气－排气气体入口中的每一个的面积大于所述多个会聚喷嘴中的对应一个的所述对应出口的面积。11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，所述多个会聚喷嘴包括四个会聚喷嘴，并且所述多个会聚－发散喷嘴包括四个对应的会聚－发散喷嘴。12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征
在于，所述会聚－发散喷嘴的发散部发散不超过7
°
。13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的发动机排气气体再循环混合器，其特征在于，包括位于所述多个会聚喷嘴中的每一个的会聚端的多个压力端口。14.一种方法，包括：使用第一组多个会聚喷嘴来增加发动机进气空气流的速度并降低所述发动机进气空气流的压力，以形成从所述多个会聚喷嘴中的对应一个离开的多个自由射流；响应所述多个自由射流中的每一个的降低的压力，在所述第一组多个会聚喷嘴的下游吸入发动机排气流；使用位于所述第一组多个会聚喷嘴的下游的第二组多个会聚喷嘴来将所述多个自由射流中的每一个和所述排气流进行混合，以形成与所述多个自由射流对应的多个混合流，所述第二组多个会聚喷嘴中的每一个均与所述第一组多个会聚喷嘴中的不同的一个对应；使用多个发散喷嘴来增加所述多个混合流的压力并降低所述多个混合流的速度，所述多个发散喷嘴中的每一个均与所述第二组多个会聚喷嘴中的不同的一个对应。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述多个自由射流中的一个和所述排气流进行混合以形成所述多个混合流中的一个包括：混合一部分空气流、一部分排气流和一部分燃料流，以形成燃烧混合物。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括在所述第一组多个会聚喷嘴的会聚端的上游供给所述燃料流。17.根据权利要求14－15中任一权利要求所述的方法，其特征在于，燃料流包括气态燃料流。18.根据权利要求14－17中任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括将所述排气流从排气歧管引导到位于所述第一组多个会聚喷嘴的下游的位置处。19.一种发动机系统，包括：发动机进气歧管，所述发动机进气歧管构造成接收被构造成在发动机燃烧室内燃烧的可燃混合物；节流件，所述节流件位于所述进气歧管的上游，所述节流件构造成调节进入所述进气歧管的空气流；排气歧管，所述排气歧管构造成接收来自所述燃烧室的燃烧产物；以及排气气体再循环混合器，所述排气气体再循环混合器位于所述节流件的下游和所述进气歧管的上游，所述排气气体再循环混合器包括：多个会聚喷嘴，所述多个会聚喷嘴彼此并排延伸，从而在从所述混合器的发动机空气进气空气入口到所述混合器的出口的流动路径中限定多个流动通道，所述多个会聚喷嘴中的每一个均朝向所述混合器的出口会聚；排气气体壳体，所述排气气体壳体包括进入所述排气气体壳体的内部的排气气体入口；以及在所述流动路径中的多个会聚一发散喷嘴，所述多个会聚一发散喷嘴中的每一个均对应于所述多个会聚喷嘴中的一个，所述多个会聚一发散喷嘴彼此并排延伸，所述多个会聚一发散喷嘴中的每一个均包括流体连通的空气－排气气体入口以接收来自对应的会聚喷嘴和所述排气气体壳体的所述内部的流体流。
20.根据权利要求19所述的发动机系统，其特征在于，包括位于所述节流件上游的压缩机，所述压缩机构造成增加所述流动路径内的压力。21.根据权利要求20所述的发动机系统，其特征在于，包括位于所述排气歧管下游的涡轮，所述涡轮联接到所述压缩机并且构造成使所述压缩机旋转。22.根据权利要求20－21中任一权利要求所述的发动机系统，其特征在于，包括排气气体冷却器，所述排气气体冷却器定位于所述排气歧管与所述排气气体再循环混合器之间的流动路径内，所述排气气体冷却器构造成在所述排气气体再循环混合器之前降低所述排气气体的温度。

技术总结

多个会聚喷嘴在从混合器的空气入口到混合器的出口的流动路径中限定多个流动通道。每个会聚喷嘴均朝向混合器的出口会聚。排气气体壳体包括进入排气气体壳体的内部的排气气体入口。多个会聚－发散喷嘴中的每一个均对应于多个会聚喷嘴中的一个。会聚－发散喷嘴中的每一个均包括流体连通的空气－排气气体入口，以接收来自对应的会聚喷嘴和排气气体壳体的内部的流体流。部的流体流。部的流体流。