CN116447002A

CN116447002A - 一种集成egr泵的复合增压器及增压发动机进排气系统

Info

Publication number: CN116447002A
Application number: CN202210022473.6A
Authority: CN
Inventors: 谢正海; 陈如彬
Original assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Current assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-07-18

Abstract

本发明提供了一种集成EGR泵的复合增压器及增压发动机进排气系统，该复合增压器包括涡轮机和压气机总成，压气机总成包括由涡轮机驱动的轮轴和安装于轮轴的叶轮，叶轮包括盘状的轮芯，轮芯的第一面设置有主叶片，相对第一面的另一面设置有次叶片，主叶片和次叶片分别位于互不相通的两个工作腔，其中一个工作腔用于连接废气循环管路。本发明提供的复合增压器能够改善增压发动机EGR系统的布置自由度，扩展EGR的发动机可运行转速和负荷范围，有利于提升发动机的动力和燃油经济性。

Description

一种集成EGR泵的复合增压器及增压发动机进排气系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种集成EGR泵的复合增压器及增压发动机进排气系统。

背景技术

EGR(Exhaust Gas Recirculation)废气再循环技术是一种将发动机高温燃烧废气与进气混合导入气缸再次燃烧的技术，可以控制缸内燃烧温度和降低NOx排放，以及改善燃油经济性，已在现代发动机得到了广泛应用。

目前EGR系统主要有高压EGR和低压EGR两种方式：将废气从排气管路上涡轮机的上游导入进气管路上节气门的下游，这是通常所指的高压EGR；将废气从排气管路上涡轮机的下游导入进气管路上压气机的上游，与空气混合后一起流入压气机，这是通常所指的低压EGR。在高压EGR中，排气总管与进气总管的压力差为推动EGR的原动力，当压差较大时可导入较高EGR流量，即EGR率较高，但是当压差较小或为负值时(低速低负荷场合)EGR气体则难以被导入进气总管。在低压EGR中，废气将通过压气机，由于压气机的抽吸效果，低压EGR工作范围较大(即使低速低负荷场合也能得到较高EGR率)，但是废气中有害成分对中冷器和节气门以及管路附件有一定污染和腐蚀，降低了这些零件的使用可靠性。

综上所述，如何改善增压发动机EGR系统的布置自由度，扩展EGR的发动机可运行转速和负荷范围，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种集成EGR泵的复合增压器及增压发动机进排气系统，该复合增压器能够改善增压发动机EGR系统的布置自由度，扩展EGR的发动机可运行转速和负荷范围，有利于提升发动机的动力和燃油经济性。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集成EGR泵的复合增压器，包括：

涡轮机；

压气机总成，所述压气机总成包括由所述涡轮机驱动的轮轴和安装于所述轮轴的叶轮，所述叶轮包括盘状的轮芯，所述轮芯的第一面设置有主叶片，相对所述第一面的另一面设置有次叶片，所述主叶片和所述次叶片分别位于互不相通的两个工作腔，其中一个所述工作腔用于连接废气循环管路。

可选地，在上述复合增压器中，所述主叶片和/或所述次叶片的表面设置有耐腐蚀耐磨涂层。

可选地，在上述复合增压器中，所述主叶片、所述次叶片和所述轮芯为一体式结构。

可选地，在上述复合增压器中，所述次叶片所在的一面设置有圆环形的台阶面，所述台阶面位于所述轮芯的边缘和所述次叶片之间；所述压气机总成的壳体内设置有分隔两个所述工作腔的分隔板，所述分隔板具有覆盖于所述台阶面的密封面。

可选地，在上述复合增压器中，所述密封面设置有平面螺旋环槽，以与所述台阶面形成防止气体泄漏的迷宫式结构。

可选地，在上述复合增压器中，所述涡轮机由电机替代。

一种增压发动机进排气系统，包括如上述任意一项所公开的集成EGR泵的复合增压器。

可选地，在上述增压发动机进排气系统中，所述废气循环管路在排气管路上的取气点位于所述涡轮机的下游。

可选地，在上述增压发动机进排气系统中，所述排气管路上设置有用于尾气处理的催化器，所述取气点位于所述催化器的下游。

可选地，在上述增压发动机进排气系统中，所述废气循环管路上在所述取气点和所述压气机总成之间设置有EGR冷却器和EGR阀，所述EGR阀位于所述EGR冷却器的下游。

根据上述技术方案可知，本发明提供了一种集成EGR泵的复合增压器，在由涡轮机或者电机驱动的轮轴上安装有叶轮，叶轮包括盘状的轮芯，轮芯的两面分别设置主叶片和次叶片，由于主叶片和次叶片分别位于互不相通的两个工作腔，因此可以将其中一个工作腔作为EGR泵使用，另一个工作腔作为压气机使用，即本发明实现了压气机集成有EGR泵，EGR泵和压气机各自拥有独立工作腔体，互相密封但共享轮轴和叶轮，紧凑的结构设计以及EGR泵的抽吸作用可改善增压发动机EGR系统的布置自由度，扩展EGR的发动机可运行转速和负荷范围，有利于提升发动机的动力和燃油经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的增压发动机进排气系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的集成EGR泵的复合增压器的局部剖视图；

图3是图2中叶轮612的立体示意图；

图4是图2中F-F剖面图。

图中标记为：

1、发动机本体；2、进气总管；3、排气总管；4、节气门；5、中冷器；6、复合增压器；7、EGR阀；8、EGR冷却器；9、催化器；10、空气滤清器；V1、第一空腔；V2、第二空腔；K、槽孔；

61、压气机；611、压壳；612、叶轮；6121、主叶片；6122、轮芯；61221、台阶面；6123、次叶片；613、锁紧螺母；614、第一分隔板；6141、密封面；615、卡箍；

62、EGR泵；621、第二分隔板；622、泵壳；623、螺栓；624、密封圈；625、螺栓；

63、涡轮机；

64、中间体组；641、中间体；642、推力轴承；643、间隔套；644、挡圈；645、轴承；646、轮轴；647、活塞环。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种增压发动机进排气系统，应用了本发明提供的一种集成EGR泵的复合增压器6，复合增压器6包括涡轮机63和压气机61，与传统的增压器不同的地方在于，压气机61集成有EGR泵62构成压气机总成，复合增压器6的具体结构参见后面图2～图4的说明。环境空气通过空气滤清器10去除空气中杂质后，流入压气机61，气体被压缩后通过中冷器5冷却后达到非常高的密度，由节气门4控制流量并被导入发动机的进气总管2和发动机本体1的气缸，进气和燃料在缸内混合燃烧后产生的废气通过排气总管3被排入涡轮机63对增压器做功，然后废气进一步流入后处理装置的催化器9直至大气。废气可以从排气管路的涡轮前(温度较高，不推荐)、涡轮后和催化器后(如图1中虚线所示)等任意位置引出，通过EGR冷却器8冷却和EGR阀7调整流量后，被吸入EGR泵62，直接排出至进气总管2或进气管路的压气机61下游的任意位置，图1示例性地将此位置选在节气门4后，是为了保证中冷器5和节气门4等不被废气所污染，确保这些附件的使用可靠性。由于EGR泵62的抽吸效果，大多数工况下废气总可以被引入到进气总管2，发动机可维持大范围的高EGR率循环。

如图2～图4所示，在压气机61和中间体组64之间并列设有EGR泵62，压气机61和EGR泵62共享一个叶轮612和轮轴646，两者自成独立工作腔且互不相通，即，涡轮机63通过轮轴646与叶轮612相连实现驱动，叶轮612包括盘状的轮芯6122，轮芯6122的第一面设置有主叶片6121，相对第一面的另一面设置有次叶片6123，主叶片6121和次叶片6123分别位于互不相通的两个工作腔。本实施例示例性地令次叶片6123所在的工作腔为EGR泵62的工作腔，用于连接废气循环管路。

需要说明的是，中间体组64是连接压气机61、EGR泵62和涡轮机63的中间体总成，图2仅展示了中间体组64与压气机61和EGR泵62的连接结构(由于旋转体部分上下对称，所以省略了轮轴646的轴线下方的部分)。这里的安装连接方式是：泵壳622通过螺栓625固定连接在中间体641上，两者之间用密封圈624密封。第二分隔板621通过螺栓623固定连接并定位于泵壳622上。第一分隔板614套设于泵壳622上并与压壳611一起通过卡箍615固定于泵壳622上。叶轮612和间隔套643通过锁紧螺母613固定套装于轮轴646上，间隔套643和泵壳622中心部形成迷宫形状配合，并在径向间隙处配置活塞环647用于EGR泵62和中间体组64之间的气体和润滑油密封，同时推力轴承642被紧固于中间体641上限制间隔套643也就是轮轴646的轴向位移，轴承645用于支撑整个轴系的径向负荷，由挡圈644和间隔套643限制轴向位移防止脱出。上述两个轴承都接受中间体内的润滑油润滑，保证增压器轴承系统工作可靠。

图3是图2中叶轮612的示意图，由主叶片6121、轮芯6122和次叶片6123等三个主要部分构成，前两者组成压气机部分，后两者组成EGR泵部分。鉴于EGR废气量远比主流空气量少，设计次叶片6123尺度可比主叶片6121尺度小，轮芯6122顶部与次叶片6123顶部留有台阶面61221与图2中第一分隔板614的密封面6141配合形成气体密封，防止第一分隔板614两侧气体互泄。具体地，主叶片6121和次叶片6123的表面可以设置有耐腐蚀耐磨涂层，例如，在叶轮612EGR泵侧的表面加耐腐蚀耐磨涂层抵御废气中水滴和固体颗粒等成分对叶轮穴蚀冲击破坏，提高零件可靠性。主叶片6121、次叶片6123和轮芯6122可以为一体式结构，例如，叶轮612由主叶片6121和次叶片6123通过轮芯6122的两侧面一体机加工而成。如图2所示，第一分隔板614将两侧面气体分隔，可以通过设计密封面6141对气体进行有效密封，本实施例中密封面6141为平面螺旋环槽(例如盘式蚊香造型设计)，从而利用迷宫效应防止气体泄漏确保密封。

图4是图2中通过F-F线所做的全圆周剖面图，如图4所示在泵壳622内第一空腔V1的上壁面开始的中间部分，废气流从外部通过入口被引入第一空腔V1，经过泵壳622开设的槽孔K进入第二空腔V2(即EGR泵62的吸入口处)。

如图2中实线箭头所示，进气空气从图2左端的开口流入，经过离心式叶轮612的主叶片6121、轮芯6122、压壳611和第一分隔板614构成的流道，得到压缩后流出压气机61。如图2和图4中虚线箭头所示，EGR废气从入口(见图4)导入，汇集于第二分隔板621和泵壳622构成的第一空腔V1中，从第一空腔V1近中心的底部开设的槽孔K进入第二空腔V2，然后第二空腔V2中的废气被抽吸入叶轮612的次叶片6123、第一分隔板614、第二分隔板621、轮芯6122和泵壳622构成的流道流出EGR泵62，进入进气系统。

此外，复合增压器6的驱动力来自于电机时(即电动增压器)，相应涡轮机部分则由电机取代。本发明提供的复合增压器兼顾进气压缩和废气抽吸两个并列的独立工作腔，保证不同工作腔之间的密封性，可提高进排气系统布置自由度和工作可靠，以及改善发动机综合动力性能和降低有害物质排放。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种集成EGR泵的复合增压器，包括：

涡轮机；

2.根据权利要求1所述的复合增压器，其特征在于，所述主叶片和/或所述次叶片的表面设置有耐腐蚀耐磨涂层。

3.根据权利要求2所述的复合增压器，其特征在于，所述主叶片、所述次叶片和所述轮芯为一体式结构。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的复合增压器，其特征在于，所述次叶片所在的一面设置有圆环形的台阶面，所述台阶面位于所述轮芯的边缘和所述次叶片之间；所述压气机总成的壳体内设置有分隔两个所述工作腔的分隔板，所述分隔板具有覆盖于所述台阶面的密封面。

5.根据权利要求4所述的复合增压器，其特征在于，所述密封面设置有平面螺旋环槽，以与所述台阶面形成防止气体泄漏的迷宫式结构。

6.根据权利要求4所述的复合增压器，其特征在于，所述涡轮机由电机替代。

7.一种增压发动机进排气系统，包括如权利要求1～5中任意一项所述的集成EGR泵的复合增压器。

8.根据权利要求7所述的增压发动机进排气系统，其特征在于，所述废气循环管路在排气管路上的取气点位于所述涡轮机的下游。

9.根据权利要求8所述的增压发动机进排气系统，其特征在于，所述排气管路上设置有用于尾气处理的催化器，所述取气点位于所述催化器的下游。

10.根据权利要求8或9所述的增压发动机进排气系统，其特征在于，所述废气循环管路上在所述取气点和所述压气机总成之间设置有EGR冷却器和EGR阀，所述EGR阀位于所述EGR冷却器的下游。