CN100387814C - 具有蝶形阀的废气再循环设备 - Google Patents

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Abstract

一种废气再循环设备包括：通道(1)，它使一部分废气进行再循环；及控制阀(2)，它控制该部分废气的量。控制阀(2)包括：壳体(3)，它具有管部分(4)；蝶形阀(5)，它安装在管部分(4)中并且可以沿着第一方向和第二方向进行旋转；密封环(7)，它密封间隙；及阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)，在阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)把蝶形阀(5)操纵成在发动机停止时或者在发动机停止之后等于或者多于一个循环地越过阀全闭位置以打开和关闭之后，它使蝶形阀(5)停止在阀全闭位置上。

Description

具有蝶形阀的废气再循环设备
技术领域
本发明涉及一种具有蝶形阀的废气再循环设备。
背景技术
现有技术的废气再循环设备是公知的。在该设备中，作为流过发动机排气管的一部分废气的废气再循环气体(如EGR气体)被混合到流过进气管的进气中，从而最高燃烧温度减少了。因此，含在废气中的有毒物质(如氧化氮)减少了。但是，当废气被再循环时，发动机功率被减小了，并且发动机的动力性能降低了。因此，需要控制再循环废气量(即EGR量)，该废气量被再循环到进气管中。
在现有技术中，该设备包括再循环废气量控制阀，以调节废气再循环通道的开度面积，该通道形成在废气再循环设备的废气再循环管中。这里，例如，使用蝶形阀作为再循环废气量控制阀的阀体的废气再循环设备公开在日本未审专利公开No.H11-502582，该专利与美国专利No.5,531,205相对应。在这种情况下，通过阀轴借助扭矩马达沿着旋转方向来操纵蝶形阀。此外，使用蝶形阀作为气流量控制阀的阀体的电控型节流控制设备公开在日本专利申请公开No.H04-249678，该专利与美国专利No.5,146,887相对应。在这种情况下，蝶形阀调节设置在进气管中的进入通道的开度面积，其中进气管连接到发动机的气缸中。因此，蝶形阀停止在这样的位置上：在该位置上，在发动机停止的情况下，阀被旋转一个预定角度，因此可以防止阀体通过沉积物而粘附到孔中。
在上面现有技术中，蝶形阀绕着作为阀轴中心的旋转中心轴线进行旋转。作为再循环废气量控制阀的蝶形阀安装在废气再循环通道中，废气再循环气体(即EGR气体)在该通道中进行流动。EGR气体包括微粒如燃烧残余物或者碳。因此，当在发动机停止的情况下蝶形阀停止在阀全闭位置上时，废气再循环气体(即EGR气体)中的微粒可以粘附到蝶形阀中，因此微粒产生了沉积。如果微粒的沉积物被沉积以桥接在通道的内径表面和蝶形阀的外径边缘之间，那么借助致动器如扭矩马达不能平稳地操纵蝶形阀。
在上面情况下，即使蝶形阀借助给致动器如扭矩马达供电来操纵，例如在发动机起动的情况下，蝶形阀不能返回到阀全闭位置上。相应地，在发动机起动之后，借助致动器如扭矩马达不能平稳地操纵蝶形阀。因此，可能存在问题，该问题是，再循环废气量(即EGR量)不能调整成与发动机的驱动情况相一致。
此外，使用蝶形阀作为再循环废气量控制阀的阀体的另一个废气再循环设备公开在日本专利申请公开No.2003-314377中。在这种设备中，蝶形阀不具有在蝶形阀定位在阀全闭位置上时密封位于喷嘴的内径表面和蝶形阀的外径表面之间的间隙的密封环。因此，蝶形阀不会粘附到废气再循环通道中。但是，再循环废气量不会被精确地调节成与发动机的驱动情况相一致，因为蝶形阀没有被密封。
发明内容
根据上述问题，本发明的目的是提供一种具有蝶形阀的废气再循环设备以精确控制再循环废气量。
废气再循环设备包括：通道，它使一部分废气从内燃机的排气侧再循环到进气侧；及控制阀，它控制通过该通道再循环到进气侧中的该部分废气的量。控制阀包括：壳体，它具有管部分以提供一部分通道；蝶形阀，它安装在管部分中并且可以沿着第一方向和第二方向进行旋转；其中，第一方向被定义成蝶形阀从阀全开位置到阀全闭位置的旋转方向，及第二方向与第一方向相反；密封环，在蝶形阀定位在阀全闭位置上的情况下，它密封位于管部分的内壁和蝶形阀的外壁之间的间隙，其中密封环安装在蝶形阀的外径部分中；及阀打开/关闭操纵装置，在阀打开/关闭操纵装置把蝶形阀操纵成在发动机停止时或者在发动机停止之后至少一个循环地越过阀全闭位置以打开和关闭之后，它使蝶形阀停止在阀全闭位置上。
在上面设备中，密封环安装在外径中的蝶形阀被操纵成，当发动机停止时或者在发动机停止之后多个循环地越过阀全闭位置进行打开和关闭。因此，粘附在靠近阀全闭位置的管部分的内径表面上的微粒的沉积物在发动机运转时可以被刮去。之后，密封环安装在外径中的蝶形阀停止在阀全闭位置(即阀停止位置)上。因此，密封环向着径向的内径侧进行弹性变形，因此可以防止密封环的外径膨胀成大于管部分的内径。此外，由于在除去微粒沉积物之后，密封环安装在外径中的蝶形阀停止在阀全闭位置上，因此在发动机停止之后，可以防止密封环由于微粒的粘附和沉积而被粘附和发生操纵失败。因此，当发动机起动时和在发动机起动之后，作为再循环废气量控制阀的蝶形阀可以被平稳地操纵以打开和关闭。相应地，使再循环废气量(即EGR量)最佳化从而与发动机的驱动情况相一致。因此，废气再循环设备可以精确地控制再循环废气量。
优选地，蝶形阀可以在阀全开位置和预定位置之间的范围内进行旋转，在该预定位置上，蝶形阀从阀全闭位置沿着第一方向旋转一个预定角度。更加具体地说，蝶形阀具有圆形的形状，密封环具有接合到蝶形阀中的环形的形状，管部具有圆形的横截面，及当蝶形阀定位在阀全闭位置上时，具有密封环的蝶形阀可以关闭管。此外，优选的是，当发动机停止时或者在发动机停止之后，阀打开/关闭操纵装置使蝶形阀至少一个循环地越过阀全闭位置从阀全开位置旋转到预定位置上。此外，阀打开/关闭操纵装置包括第一弹簧和第二弹簧。第一弹簧沿着从阀全开位置到阀全闭位置的第一方向把力施加到蝶形阀中，第二弹簧沿着从预定位置到阀全闭位置的第二方向把力施加到蝶形阀中。
此外，废气再循环设备包括：废气再循环通道，它使一部分废气从内燃机再循环到发动机的进气侧中；及再循环废气量控制阀，它控制通过该废气再循环通道再循环到进气侧中的该部分废气的量。再循环废气量控制阀包括：壳体，它具有管部分以提供一部分废气再循环通道；蝶形阀，它相对于旋转中心轴线沿着阀打开方向和阀关闭方向进行旋转；其中，蝶形阀安装在管部分中从而在阀全开位置和阀停止位置之间的旋转角度范围内可以打开和关闭，在该阀停止位置上，蝶形阀从阀全开位置旋转一个预定角度；密封环，它具有基本上是环形的形状，借助使用沿着径向的弹性变形力，在蝶形阀定位在阀全闭位置上的情况下，它密封环形间隙，其中环形间隙形成在管部分的内壁和蝶形阀的外壁之间，其中密封环安装在蝶形阀的外径部分中；阀位置保持装置，在发动机停止时或者在发动机停止之后，它使蝶形阀停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上；及环外径保持装置，在阀停止位置上，它使密封环的外径保持等于管部分的内径。
在上面设备中，在发动机运转期间，密封环安装在阀的外径中的蝶形阀停止在阀全闭位置上。因此，借助沿着径向使用密封环的弹性变形力来密封形成在管部分的内径表面和蝶形阀的外径表面之间的环形间隙。此外，当发动机停止时或者在发动机停止之后，密封环安装在外径中的蝶形阀停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上。例如，蝶形阀停止在阀停止位置上，该阀停止位置沿着阀关闭方向从阀全闭位置被旋转一个预定角度。此外，该设备还包括环外径保持装置，该保持装置使密封环在阀停止位置上的外径保持基本上等于管部分的内径。因此，如果微粒的沉积物进行粘附或者沉积从而在发动机停止之后密封环被粘附到蝶形阀上，那么密封环安装在阀的外径中的蝶形阀可以返回到阀全闭位置上，而不会使密封环的外径边缘叠置到管部分的内径表面上，因为密封环的外径几乎与管部分的内径相同。因此，在发动机起动之后，作为再循环废气量控制阀的蝶形阀可以被操纵成平稳地打开和关闭。相应地，根据发动机的驱动情况，使再循环废气量(即EGR量)最佳化。因此，废气再循环设备可以精确地控制再循环废气量。
优选地，环外径保持装置是突出部，它限制密封环的外径从而使之不会膨胀成大于管部分的内径。突出部设置在阀全闭位置和阀停止位置之间，并且设置在管部分的内壁上，该突出部包括具有球形形状的凹腔，该球形形状与密封环的外形相一致。该凹腔设置在突出部的顶表面上。
优选地，环外径保持装置具有密封环结构，以沿着径向把密封环的弹性变形方向限制到密封环的内径侧。
优选地，环外径保持装置是外径侧变形限制装置，它沿着径向把密封环的弹性变形限制到密封环的外径侧，从而在阀停止位置上不会使密封环的外径膨胀成大于管部分的内径。
附图说明
参照附图，通过下面的详细描述使得本发明的上面目的、特征和优点及其它目的、特征和优点变得更加清楚。在附图中：
图1A和1B是横剖视图，它们示出了本发明第一实施例的废气再循环设备的再循环废气量控制阀的主要部分；
图2是横剖视图，它示出了第一实施例的废气再循环设备的整个结构；
图3A到3D是透视图，它们示出了第一实施例的密封环的接头表面的不同形状；
图4A和4B是横剖视图，它们示出了本发明第二实施例的废气再循环设备的再循环废气量控制阀的主要部分；
图5A和5B是横剖视图，它们示出了本发明第三实施例的废气再循环设备的再循环废气量控制阀的主要部分；
图6A和6B是横剖视图，它们示出了根据第一实施例比较的废气再循环设备的再循环废气量控制阀的主要部分。
具体实施方式
(第一实施例)
本申请的发明人预先研究了具有蝶形阀的废气再循环设备，该设备示出在图6A和6B中。再循环废气量控制阀设计成具有喷嘴102、阀轴103、蝶形阀104和密封环106。具有基本上是环形的喷嘴102接合到阀壳体101中。阀轴103借助扭矩马达来操纵。蝶形阀104绕着作为喷嘴102中的阀轴103中心的旋转中心轴线进行旋转。具有基本上环形的密封环106安装在蝶形阀104的圆周槽105中。当蝶形阀104设置在阀全闭位置上时，借助使用沿着密封环106径向的弹性变形力来使密封环106密封环形间隙。环形间隙形成在喷嘴102的内径表面和蝶形阀104的外径表面之间。
作为再循环废气量控制阀的蝶形阀104安装在废气再循环通道107中，在该通道中流动着废气再循环气体(即EGR气体)。该EGR气体包括微粒如燃烧残余物或者碳。因此，当蝶形阀104在发动机停止的情况下停止在阀全闭位置上时，废气再循环气体(即EGR气体)中的微粒可以粘附到蝶形阀104和密封环106上，因此产生了微粒的沉积。如果微粒进行沉积以桥接在喷嘴102的内径表面和密封环106的外径边缘之间，那么密封环106可以粘附到喷嘴102的内径表面上，因此蝶形阀104不能由致动器如扭矩马达来平稳地操纵。
因此，如图6A和6B所示，在发动机停止的情况下，蝶形阀104停止在某一位置上(即阀停止位置)。在阀停止位置上，具有密封环106(该环安装在外径边缘上)的蝶形阀104旋转一个预定角度，该预定角度沿着阀关闭方向越过阀全闭位置，因此可以防止微粒沉积物进行沉积以桥接在喷嘴102的内径表面和密封环106的外径表面之间。因此，可以防止喷嘴102的内径表面粘附到密封环106上。
但是，所需要的最小间隙形成在蝶形阀104的圆周槽105的内壁或者底部和密封环106的侧壁或者内径表面之间，因此密封环106沿着径向容易向着外径进行弹性变形。当蝶形阀104在发动机停止的情况下停止在阀停止位置上(在该位置上蝶形阀104从阀全闭位置上沿着阀关闭位置旋转一个预定角度)时，密封环106沿着径向向着外径侧进行弹性变形，因此密封环106的外径进行膨胀从而大于喷嘴102的内径。在这种情况下，如果微粒的沉积物进行沉积以桥接在蝶形阀104的圆周槽105的内壁和密封环106的侧壁之间，那么在密封环106沿着径向向着外径侧进行弹性变形的情况下，密封环106借助沉积物可以粘附到蝶形阀104上。
在上面情况下，即使蝶形阀104借助给致动器如扭矩马达通电来操纵，那么例如在发动机起动的情况下，蝶形阀104不能返回到阀全闭位置上。这是由于密封环106向着径向的内径侧不能进行弹性变形，因此密封环106的外径边缘卡住在喷嘴102的内径表面上。相应地，在发动机起动之后，蝶形阀104借助致动器如扭矩马达不能平稳地进行工作。因此，可能存在问题，该问题是，再循环废气量(即EGR量)不会调整成与发动机的驱动情况相一致。
根据上面问题，提供了具有本发明第一实施例的蝶形阀的废气再循环设备。图1A、1B和2示出了该设备。具体地说，图1A和1B示出了该设备中的再循环废气量控制阀的结构的主要部分。图2示出了废气再循环设备的整个结构。
这个实施例的废气再循环设备包括废气再循环通道1和再循环废气量控制阀(即EGR控制阀)2。废气再循环通道1连接到内燃机(即发动机)的排气管中，因此通道1使一部分废气(即是EGR气体的再循环废气)再循环到进气管中。EGR控制阀2控制再循环废气量(即EGR量)，该废气量通过废气再循环通道1而从排气管再循环到进气管中。这个实施例的EGR控制阀2包括阀壳体3和蝶形阀(即EGR控制阀的阀体)5。阀壳体3设置了一部分废气再循环管，以使EGR气体从排气管再循环到进气管中。蝶形阀5可运动地安装在喷嘴(它与管部分相对应)4。蝶形阀5被安装成可以打开和可以关闭。具有圆管形的喷嘴4被支撑和接合到阀壳体3中。
EGR控制阀2还包括阀轴6，该轴沿着旋转方向可以与蝶形阀5一起进行运动。当蝶形阀5全闭时，借助沿着径向使用密封环7的弹性变形力使密封环7的密封接触表面(即密封环外径表面)被压接触在喷嘴4的座接触表面(即喷嘴内径表面)上。因此，形成在喷嘴4的内径表面和蝶形阀5的外径表面之间的、基本上是环形的间隙气密地被关闭(即密封)。这里，密封环7安装在蝶形阀5的外圆周上(即阀的外径边缘的外圆周表面，它是阀外径表面)。
EGR控制阀2包括阀打开/关闭操纵装置、动力装置和发动机控制装置(即ECU)。在发动机停止时，阀打开/关闭操纵装置操纵蝶形阀5越过阀全闭位置以打开和关闭超过一个循环。之后，该阀打开/关闭操纵装置使蝶形阀5停止在阀全闭位置上。动力装置沿着阀打开方向(或者阀关闭方向)驱动蝶形阀5。ECU对动力装置进行电控。这里，这个实施例的动力装置包括驱动马达10和动力传递系统(如这个实施例中的齿轮减速系统)。驱动马达10沿着旋转方向驱动EGR控制阀2中的阀轴6。动力传递系统把驱动马达10的旋转动力传递到EGR控制阀2中的阀轴6中。
驱动马达10安装在马达壳体11中，该马达壳体11具有凹形，并且与阀壳体3的外壁形成一体。另一方面，齿轮减速系统中的每个齿轮可旋转地安装在齿轮箱12中。齿轮箱12具有凹形，并且与阀壳体3的外壁形成一体。传感器罩13安装在阀壳体3的外壁上。传感器罩13盖住马达壳体11的开口侧和齿轮箱12的开口侧。传感器罩1 3由树脂材料(如聚丁烯对苯二酸盐即PBT)形成。传感器罩13在EGR量传感器的终端之间被电绝缘。传感器罩13包括凹形接头部分(即结合表面)，从而接合到接头部分(即结合表面)上，该接头部分形成在马达壳体11的开口侧和齿轮箱12的开口侧上。借助使用多个罩固定螺栓(未示出)，使凹形接头部分与形成在马达壳体11的开口侧和齿轮箱12的开口侧上的接头部分气密地装配在一起。
驱动马达10是直流马达，在马达10通电的情况下，它使马达轴14(即驱动马达10的输出轴)进行旋转。驱动马达10成一体连接到驱动马达10的供电终端上，该终端嵌入到传感器罩中。电致动器(即驱动电源)驱动以通过上述的齿轮减速系统使EGR控制阀2的蝶形阀5和阀轴6沿着阀打开方向(或者阀关闭方向)进行旋转。这里，当致动器供电时，致动器使马达轴14沿着正常的旋转方向或者相反的旋转方向进行旋转。在这个实施例中，防振衬垫15安装在驱动马达10和马达壳体11的底部之间。防振衬垫15提高了驱动马达10的防振能力。
马达的供电终端16(即终端)从驱动马达10的前表面伸出。供电终端16通过电和机械连接到马达的外部连接终端(即未示出的终端)上。外部连接终端嵌入到传感器罩13内。马达固定板17通过马达固定螺栓19而固定和栓接到马达壳体11上。马达固定板17把驱动马达10支撑和固定在马达壳体11内。
齿轮减速系统使驱动马达10内的马达轴14的旋转速度降低到预定减速比。该系统包括马达侧齿轮21、中间减速齿轮22和阀侧齿轮23。马达侧齿轮21固定到驱动马达10的马达轴14的外径上。中间减速齿轮22接合到马达侧齿轮21上并且与它一起进行旋转。阀侧齿轮23接合到中间减速齿轮22上并且与它一起进行旋转。因此，该系统提供了阀驱动装置，以驱动和旋转EGR控制阀2中的阀轴6。马达侧齿轮21由金属材料形成并且形成一体以具有预定形状。具体地说，马达侧齿轮21是小齿轮，它与驱动马达10的马达轴14成一体地进行旋转。
中间减速齿轮22由树脂材料形成并且形成一体以具有预定形状。中间减速齿轮22可旋转地接合到中间轴24的外径上。中间轴24提供了旋转中心。中间减速齿轮22包括大直径齿轮25和小直径齿轮26。大直径齿轮25接合到马达侧齿轮21上，而小直径齿轮26接合到阀侧齿轮23上。这里，马达侧齿轮21和中间减速齿轮22是扭矩传递装置，该装置把驱动马达10的输出轴的扭矩传递到阀侧齿轮23中。中间轴24沿着轴向的一端(即图2的右端)接合到形成在传感器罩13的内壁中的凹形部分中。轴24的另一端(即图2的左端)通过压力插入和固定到形成在齿轮箱12的底部中的另一个凹入部分中。齿轮箱12成一体地形成在阀壳体3的外壁上。阀侧齿轮23由树脂材料(如聚丁烯对苯二酸盐即PBT)形成。阀侧齿轮23成一体地形成，以具有基本上是环形的形状。齿轮部分27形成在阀侧齿轮23的外圆周表面上。齿轮部分27接合到中间减速齿轮22的小直径齿轮26上。转子31成一体地形成在阀侧齿轮23的内径表面上。转子31由非金属材料形成(如树脂材料)。
这里，这个实施例的废气再循环设备还包括EGR量传感器。EGR量传感器把EGR控制阀2的蝶形阀5的阀开度转换成电信号，因此EGR量传感器把再循环废气量(即EGR量)的电信号输出到ECU中。EGR量表示再循环到进气管中的EGR气体量，它是混合到流过进气管的进气中的EGR气体量。此外，在这个实施例中，输入到驱动马达10中的驱动电流通过反馈控制来进行控制，因此探测EGR量(即实际的阀开度)几乎等于指令EGR量(即目标阀开度)。指令EGR量由ECU来预定。探测EGR量借助EGR量传感器来进行探测。优选地，输出到驱动马达10中的控制指令值(即驱动电流)的控制借助负荷(即DUTY)控制方法来执行。负荷(即DUTY)控制方法是这样的方式：根据指令EGR量(即目标阀开度)和探测EGR量(即实际阀开度)之间的偏差，借助在控制脉冲信号中调节每单位时间的接通时间和关闭时间之间的比(即供电比或者负荷比)来合适地控制EGR控制阀2的蝶形阀5的开度。
EGR量传感器包括转子31、永磁体32、磁轭33、多个霍尔元件34、端子(未示出)和定子35。基本上为C形横截面的转子31被固定到EGR控制阀2的阀轴6的图2的右端上。永磁体(即磁体)32是分开型磁体(具有接近立体形状)，它作为磁场产生源。磁轭33(即磁性件)是分开型磁性件从而由磁体32来磁化。霍尔元件34成一体地设置在传感器罩13侧上，以面对分开型磁体32。该端子由导电金属板形成，从而电连接在外部ECU和霍尔元件34之间。定子35由铁系列的金属材料(即磁性材料)来形成，以使磁通量集中到霍尔元件34中。
分开型磁体32和分开型磁轭33通过胶粘剂或者类似物而固定到转子31的内圆周表面上。转子31与阀侧齿轮23一起由树脂形成一体，该齿轮23是齿轮减速系统中的一个结构件。分开型磁体32包括具有接近立方体形状(cubic shape)的磁体32的多个部分，这些部分中的每一个在相同侧上设置成相同的磁极。每部分具有沿着图2的左、右侧的磁化方向(具体地说，附图的右侧变成N极，而附图的左侧变成S极)。霍尔元件34与非接触的磁场探测传感器相一致。霍尔元件34设置在磁轭33的内径侧上，并且每个元件34相互面对。当具有N极或者S极的磁场产生在元件34的敏感表面上时，霍尔元件34探测到磁场，因此产生了电子运动力(即在产生N极磁场的情况下，产生了正电势，并且在产生S极磁场的情况下，产生了负电势)。这里，霍尔IC或者磁致电阻传感器可以用于非接触磁场探测传感器中，而不是用霍尔元件34。
这个实施例的EGR控制阀2的阀壳体3把蝶形阀5以这样的方式支撑在形成于喷嘴4中的废气再循环通道1中，以致蝶形阀5可以在位于阀全闭位置和阀全开位置之间的范围内沿着旋转方向进行旋转。使用固定件(未示出)如螺栓使阀壳体3拧入和固定到发动机的进气管或者废气再循环管中。喷嘴4是用来提供废气再循环通道1的管部分，该管部分安装着可以打开和关闭的蝶形阀5。喷嘴4由耐热材料如不锈钢形成，它具有高温稳定性。喷嘴41形成为管。另一方面，阀壳体3由铝合金形成，并且借助印模压铸的方法来形成为预定形状。喷嘴接头41与阀壳体3形成一体。喷嘴接头41接合到喷嘴4上，因此喷嘴4被支撑住。此外，轴承45与喷嘴接头41形成一体。阀轴6通过衬套42(即轴承)、油密封件43(密封件)和球轴承44(即轴承)由轴承45来可旋转地支撑。
马达壳体11成一体地形成在喷嘴接头41的外壁和图2上侧上所示出的轴承45上。马达壳体11具有凹腔，以安装动力装置中的驱动马达10。此外，齿轮箱12成一体地形成在喷嘴接头41的外壁和图2上侧上所示出的轴承45上。齿轮箱12具有凹腔以可旋转地安装动力装置中的齿轮减速系统的所有齿轮。轴承45包括轴安装孔48，以可旋转地安装阀轴6。轴安装孔48通过形成在喷嘴4中的轴安装孔46和形成在喷嘴接头41中的另一个轴安装孔47而连接在废气再循环通道1和齿轮箱12之间。连接孔49形成在轴安装孔48中的附图左侧上(即废气再循环通道1侧)。例如借助使用进气管的负压，具有椭圆形的连接孔49使含在废气(即EGR气体)中的微粒排出到废气再循环管中。微粒从废气再循环通道1中通过轴安装孔46、47进入到轴安装孔48中。废气再循环管设置在来自EGR控制阀的废气的下游侧上。
冷却水管51和另一个冷却水管(未示出)连接到阀壳体3上。冷却水管51使发动机冷却水(即暖水)流入到暖水再循环通道中。暖水的温度处于预定范围内(如处于75度到80度之间)。暖水再循环通道在阀全闭位置周围或者在废气再循环通道1周围形成在包围着喷嘴4的喷嘴接头41中。其它冷却水管使暖水流出暖水再循环通道。设置在冷却水管51和另一冷却水管之间的暖水再循环通道具有弯曲部分，因此该通道在管子51之间的一次弯曲超过大约90度。暖水再循环通道包括暖水再循环通道52，该通道52从图2的前侧延伸到附图的后侧中。暖水塞53以水不能透过的方式嵌入到暖水再循环通道52的两端或者一端中。
蝶形阀5由具有高温稳定性的耐热材料如不锈钢形成。阀5形成为基本上为盘形的形状。阀5是蝶形旋转阀(即EGR控制阀2中的阀件)，以控制混合到流过进气管的进气中的EGR气体的EGR量。阀5被固定和安装到阀轴6的顶端上(即附图的左侧)。当发动机工作时，阀5根据从ECU输出的控制信号在阀全闭位置和阀全开位置之间的旋转角度范围内被操纵来打开和关闭。因此，借助改变喷嘴4中的废气再循环通道1的打开面积，蝶形阀5控制在废气再循环通道1中从空气排出侧再循环到空气进气侧中的EGR量。圆周槽54(即密封环槽或者环槽)沿着径向形成在蝶形阀5的外径(即阀外径表面)的边缘表面上。槽54沿着圆周方向连续地形成。槽54具有环形。密封环7沿着垂直于密封环7径向的厚度方向可运动地安装在槽54中，因此密封环7可以移动到径向的外径侧和内径侧。这里，阀全闭位置定义成最小阀开度(即θ等于0)，在该开度时，位于设置在蝶形阀5的外径边缘上的外圆周表面(即阀外径表面)和喷嘴4的内圆周表面(即喷嘴内径表面)之间的间隙变成最小。阀全开位置被定义成最大阀开度(即θ处于70度和90度之间的范围内)，在这种开度时，位于设置在蝶形阀5的外径边缘上的外圆周表面(即阀外径表面)和喷嘴4的内圆周表面(即喷嘴内径表面)之间的间隙变成最大。
阀轴6由耐热材料如不锈钢形成，该材料具有高温稳定性。轴6被一体形成，因此轴6通过轴承45来可旋转地或者可滑动地支撑。卷曲固定部分成一体地形成在阀轴6的后侧(即附图的右侧)上。借助使用固定装置如夹紧装置，使卷曲固定部分固定住阀齿轮板55。借助插入模制方法，使阀齿轮板55形成在阀侧齿轮23和转子31中。阀侧齿轮23是齿轮减速系统中的一个构成件。转子31是EGR量传感器中的一个构成件。阀齿轮板55与阀轴6相类似，也由具有高温稳定性的耐热材料如不锈钢形成。阀齿轮板55具有基本上是环形的形状。
阀轴6的顶端(即附图的左侧)从轴接头45的轴安装孔48通过轴安装孔46、47而伸出到废气再循环通道1中。阀安装件56形成在阀轴6的顶端上。借助使用固定装置如焊接装置使阀安装件56保持住和固定住蝶形阀5。圆周槽57形成在阀轴6的外圆周(如大直径部分的外圆周)上。用来捕获磨损粉末的圆周槽57捕获磨损粉末，而磨损粉末由在阀轴6的外圆周表面和衬套42的内圆周表面之间的滑动和磨损来产生。因此，可以防止阀轴6的滑动失败。借助使磨损粉末渗透到位于阀轴6的外圆周表面和衬套42的内圆周表面之间的滑动部分中来产生滑动失败。
此外，套58安装在阀轴6的外圆周(即小直径部分的外圆周)上。套58具有环形的形状。套58防止含在废气(EGR气体)中的微粒沉积在衬套42上以形成沉积物。微粒从废气再循环通道1通过轴安装孔46、47而渗透到轴安装孔48中。套58在轴安装孔48中提供了迷宫式密封(即复杂的通道)，因此防止渗透到轴安装孔48中的微粒流入到衬套42侧中。此外，防止微粒从连接孔49中排出。微粒含在废气(即EGR气体)中。相应地，防止阀轴6滑动失败。通过在阀轴6和衬套42之间形成沉积物来产生滑动失败。
密封环7由具有高温稳定性的耐热材料如不锈钢形成，这与蝶形阀5相同。密封环7形成为具有基本上是环形的形状。密封环7以这样的方式沿着厚度方向安装到蝶形阀5的圆周槽54中，以致密封环7的内径边缘沿着径向可以移动。此外，密封环7的外径边缘沿着径向从蝶形阀5的外径表面伸出到外径侧部上。密封接触表面形成在密封环7的外径边缘的外径表面上。当蝶形阀5全闭时，密封接触表面接触喷嘴4的内径表面(即片接触表面)。
密封环7形成为具有基本是C形的形状。在密封环7进行膨胀的情况下，密封环7具有设置在邻接接头59中的预定间隙。密封环7的邻接接头59的形状可以是任何形状如图3A所示的衬垫接头形状、图3B所示的锥形接头形状、图3C所示的卡扣接头形状和图3D所示的其它卡扣接头形状。密封环7的外径边缘的形状(即顶端形状)是这样的某种形状(如凸形)，在接近蝶形阀5的阀全闭位置时，该形状可以刮掉沉积在喷嘴4的内径表面(即片接触表面)上的、废气中的微粒，以形成沉积物。
这个实施例的阀打开/关闭操纵装置安装在齿轮箱12的环形凹腔和阀侧齿轮23的另一个环形凹腔之间。齿轮箱23成一体地形成在阀壳体3的外壁上。阀侧齿轮23与阀轴6的附图的右侧形成一体。借助螺旋弹簧来提供阀打开/关闭操纵装置，该螺旋弹簧以这样的方式形成，以致回位弹簧61和默认(default)弹簧62相互形成一体，并且回位弹簧61的一端和默认弹簧62的一端沿着不同的方向被扭曲。回位弹簧61的另一端和默认弹簧62的另一端连接起来。该连接件包括U形钩(未示出)。当发动机停止时，U形钩通过阀全闭止动器(未示出)来支撑。
回位弹簧61钩在环形凹腔(即壳体侧钩)中，它的一端设置在齿轮箱12中。回位弹簧61是用来沿着从阀全开位置到阀全闭位置的返回方向把力施加到蝶形阀5上的第一弹簧。回位弹簧61沿着径向接合到内圆周弹簧导向器的外径侧(即外圆周侧)上。内圆周弹簧导向器具有基本上圆柱形的形状并且设置在齿轮箱12的环形凹腔的内圆周侧上。默认弹簧62钩在环形凹腔(即齿轮侧钩)上，它的一端设置在阀侧齿轮23上。默认弹簧62是用来沿着从越过阀全闭位置的位置到阀全开位置的返回方向把力施加到蝶形阀5上的第二弹簧。默认弹簧62沿着径向接合到内圆周弹簧导向器的外径侧(即外圆周侧)上。内圆周弹簧导向器具有基本上是圆柱形的形状，并且设置在阀侧齿轮23的环形凹腔的内圆周侧上。这里，回位弹簧61和默认弹簧62可以不连接。
(实施例的操作)
接下来，参照图1A到3D来简短地描述这个实施例的废气再循环设备的工作。
例如，当发动机如柴油机起动时，发动机缸盖中的进气口的进气门被打开。然后，用空气滤清器过滤的进气流过进气管和节流阀体，然后空气被分配到发动机的每个气缸的进气歧管中。因此，空气被吸入到发动机的每个气缸中。然后，在发动机中，空气被压缩，直到空气温度高于燃料进行燃烧的温度时为止。然后，把燃料喷射到空气中，因此进行燃烧。在每个气缸中进行燃烧的可燃气体从缸盖的排气口排出，然后，可燃气体通过排气歧管和排气管排出。这时，驱动马达10通过ECU来进行供电，因此EGR控制阀2的蝶形阀5变成了预定开度。然后，驱动马达10的马达轴14进行旋转。
当马达轴14进行旋转时，马达侧齿轮21进行旋转，因此扭矩被传递到中间减速齿轮22的大直径齿轮25中。根据大直径齿轮25的旋转，使小直径齿轮26绕着作为旋转中心的中间轴24进行旋转。然后，具有齿轮部分27的阀侧齿轮23与小直径齿轮26一起进行旋转。齿轮部分27接合到小直径齿轮26上。因此，由于阀侧齿轮23绕着作为旋转中心的阀轴6进行旋转，因此使阀轴6旋转一个预定旋转角度，因此沿着从阀全闭位置到阀全开位置的阀打开方向(即打开方向)，使EGR控制阀2中的蝶形阀5旋转和工作。相应地，发动机中的一部分废气作为EGR气体通过废气再循环管而被再循环到废气再循环通道1中。废气再循环通道1提供了阀壳体3和喷嘴4。流入到废气再循环通道1中的EGR气体流入到进气管中的进气通道中，因此EGR气体被混合到从空气滤清器中吸入的进气中。
借助反馈控制方法以这样的方式来控制EGR气体的EGR量，以致根据从进气量传感器(即空气流量计)、进气温度传感器和EGR量传感器所输出的探测信号使EGR量可以保持在预定量上。相应地，通过进气管被吸入到发动机的每个气缸中的进气被控制到由每个发动机驱动情况所预定的预定EGR量，从而减少了排放。具体地说，EGR控制阀2中的蝶形阀5的开度得到线性控制。因此，从排气管通过废气再循环通道1再循环到进气管中的EGR气体被混合到进气中。
另一方面，当发动机停止时，回位弹簧61的作用力首先施加到阀侧齿轮23上，因此阀侧齿轮23绕着作为旋转中心的阀轴6进行旋转，如图1A所示。因此，阀轴6旋转一个预定旋转角度，因此蝶形阀5从阀全开位置旋转某一位置上，该某一位置定义成阀5越过阀全闭位置，从而从阀全闭位置沿着阀关闭方向旋转一个预定开度。当蝶形阀5从阀全开位置旋转到某一位置(它越过阀全闭位置并且从阀全闭位置沿着阀关闭方向旋转一个该预定开度)上时，默认弹簧62的作用力被施加到阀侧齿轮23上。因此，阀侧齿轮23绕着作为旋转中心的阀轴6进行旋转，如图1A和1B所示一样。相应地，阀轴6旋转一个预定旋转角度，因此阀侧齿轮23返回到阀全闭位置上。
因此，由于密封环7的外径表面(密封接触表面)借助沿着径向的、密封环7本身的弹性变形力而被挤压到内径表面(即片接触表面)上，因此密封环7的外径表面牢牢地连接到喷嘴4的内径表面上。密封环7安装在蝶形阀5的圆周槽54中。相应地，喷嘴4的内径表面和蝶形阀5的外径表面以空气不能透过的方式来密封(即密封)。因此，EGR气体不能渗透到进气管的进气通道中。即，由于这个实施例的蝶形阀5设计成当发动机停止时而停止在阀全闭位置上，因此密封环7的外径没有膨胀成大于喷嘴4的内径。
(实施例的效果)
因此，在这个实施例的废气再循环设备中，当发动机停止时，蝶形阀5被操纵成越过阀全闭位置时多循环地打开和关闭。然后，蝶形阀5停止在阀全闭位置上。这些通过回位弹簧61和默认弹簧62来实现。相应地，当发动机停止时，蝶形阀5被操纵成在越过(across)阀全闭位置时多循环地打开和关闭。阀全闭位置是发动机停止之后的阀停止位置。因此，借助在靠近阀全闭位置时沉积和粘附到喷嘴4的内径表面(即片接触表面)上来形成沉积物的、废气中的微粒借助密封环7的顶端来刮掉并除去，该密封环7安装在蝶形阀5的圆周槽54中。之后，蝶形阀5停止在该位置上，在该位置上，沉积物和类似物被刮去并被除去。因此，可以防止在发动机停止之后由沉积物的粘附和沉积所导致的密封环7的固定和/或操纵失败。相应地，蝶形阀5被操纵成，当发动机起动时或者在发动机起动之后能够平稳地打开和关闭；因此根据发动机的驱动情况使废气再循环量(即EGR量)最佳化。
这里，这个实施例的密封环7的外径边缘(顶端形状)的形状有利于蝶形阀5的操纵，从而在越过阀全闭位置时容易多循环地打开和关闭。即，顶端形状以这样的方式进行设计，以致密封环7的外径边缘不能卡住喷嘴4的内径表面。这个优点通过下面方法来提供：把密封7的外径边缘倒角成R形边缘。当蝶形阀5定位在阀全闭位置上时，密封坏7的边缘设置在废气流动方向的上游侧上和废气流动方向的下游侧上。
此外，在这个实施例中，当发动机停止时，借助使用回位弹簧61和默认弹簧62使蝶形阀5停止在阀全闭位置上。在发动机停止时，借助使用动力装置如驱动马达使蝶形阀被操纵成，在越过阀全闭位置时多循环地打开和关闭。之后，蝶形阀借助动力装置来操纵以停止在阀全闭位置上。
(第二实施例)
图4A和4B表示了本发明第二实施例的废气再循环设备中的废气再循环量控制阀的主要部分。
这个实施例的废气再循环设备包括用作阀位置保持装置的回位弹簧(未示出)，当发动机停止时，该回位弹簧使蝶形阀5停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上。在这种情况下，阀停止位置是这样的位置：在该位置上，蝶形阀5从阀全闭位置沿着阀关闭方向旋转一个预定的旋转角度。回位弹簧沿着从阀全开位置到越过(across)阀全闭位置的阀停止位置的返回方向把力施加到蝶形阀5中。
该设备包括作为环外径保持装置的两个突出部(即伸出部分，它们是导向器如肋)71、72。在发动机停止时，环外径保持装置使密封环7的外径保持等于喷嘴4在阀停止位置上的内径。具体地说，突出部71、72限制密封环7的外径以在阀全闭位置和阀全停止位置之间的范围内使它不能膨胀成大于喷嘴4的内径。这些导向器71、72形成一体，从而从喷嘴4的内径表面伸到废气再循环通道1的中心轴侧。此外，凹腔73、74形成在每个导向器71、72的顶端表面上。凹腔73、74具有基本上是球形的形状，该球形与密封环7的外形相一致。
因此，根据这个实施例，除了导向器71、72之外，喷嘴4的内径表面在密封环7的外径表面和喷嘴4的内径表面之间没有接触部分，因此基本上是圆弧形的间隙形成在密封环7的外径表面和喷嘴4的内径表面之间。因此，可以防止沉积物进行沉积以桥接在喷嘴4的内径表面和密封环7之间。此外，喷嘴4的内径表面和密封环7之间的固定强度减小了。此外，即使在发动机停止之后借助沉积物的粘附和/或沉积而使密封环7粘附到蝶形阀5的外径边缘上，但是可以使蝶形阀5从阀停止位置返回到阀全闭位置上。这是由于，在发动机起动时，密封环7的外径边缘不能卡住喷嘴4的内径表面，因为喷嘴4的内径几乎等于密封环7的外径。相应地，蝶形阀5可以被操纵成在发动机起动之后平稳地打开和关闭，因此根据发动机的驱动情况可以使废气再循环量(即EGR量)最佳化。
此外，该设备包括作为阀位置保持装置的动力装置如驱动马达，而不是回位弹簧。当发动机停止时或者在发动机停止之后，驱动马达使蝶形阀5停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上。阀停止位置是这样的位置：在该位置上，蝶形阀5从阀全闭位置沿着阀关闭方向旋转一个预定旋转角度。
(第三实施例)
图5A和5B示出了本发明第三实施例的废气再循环设备中的废气再循环量控制阀的主要部分。
这个实施例的废气再循环设备包括用作阀位置保持装置的回位弹簧(未示出)，当发动机停止时，该回位弹簧使蝶形阀5停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上，这个与第二实施例的相类似。在这种情况下，阀停止位置是这样的位置：在该位置上，蝶形阀5从阀全闭位置沿着阀关闭方向旋转一个预定的旋转角度。回位弹簧沿着从阀全开位置到越过(across)阀全闭位置的阀停止位置的返回方向把力施加到蝶形阀5中。
此外，该设备包括作为环外径保持装置的密封环结构。在发动机停止时，该环外径保持装置使密封环9的外径保持等于喷嘴4在阀停止位置上的内径。具体地说，密封环结构沿着径向把密封环9的弹性变形方向限制到密封环9的内径侧。
因此，当发动机停止时，蝶形阀5停止在阀停止位置上。没有接触部分形成在喷嘴4的内径表面和密封环9的外径表面之间，因此环形的预定间隙形成在喷嘴4的内径表面和密封环9的外径表面之间。因此，可以防止沉积物进行沉积以桥接在喷嘴4的内径表面和密封环9之间，因此可以防止密封环9粘附到喷嘴4的内径表面上。此外，即使在发动机停止之后借助沉积物的粘附和/或沉积使密封环9粘附到蝶形阀5的外径边缘上，但是蝶形阀5可以从阀停止位置返回到阀全闭位置上。这是由于，在发动机起动时，密封环9的外径边缘不能卡住喷嘴4的内径表面，因为喷嘴4的内径几乎等于密封环9的外径。相应地，蝶形阀5可以被操纵成在发动机起动之后平稳地打开和关闭，因此根据发动机的驱动情况可以使废气再循环量(即EGR量)最佳化。
此外，该设备包括作为阀位置保持装置的动力装置如驱动马达，而不是回位弹簧。当发动机停止时或者在发动机停止之后，驱动马达使蝶形阀5停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上。阀停止位置是这样的位置：在该位置上，蝶形阀5从阀全闭位置沿着阀关闭方向旋转一个预定旋转角度。
此外，该设备可以包括作为环外径保持装置的外径侧变形限制装置(如钩形的凸面体，它钩在形成于密封环的侧壁上的凹腔中)。外径侧变形限制装置沿着径向把密封环的弹簧变形限制到密封环的外径侧上，因此密封环的外径不能膨胀成大于喷嘴4在阀停止位置上的内径。
(改进)
在上面这些实施例中，喷嘴4在阀壳体3内接合和安装到喷嘴接头41的内圆周上，此外，蝶形阀5安装在喷嘴4中从而可以打开和关闭。蝶形阀5可以安装在阀壳体3的阀安装空间中从而可以打开和关闭。该阀安装空间具有基本上是圆管形的形状。在这种情况下，不需要喷嘴4，因此该设备的零件数目和装配过程的次数得到了减少。此外，在上面这些实施例中，借助固定方法如焊接方法使EGR控制阀2的蝶形阀5固定和安装在阀轴6的阀安装件56上。根据发动机的驱动情况，EGR控制阀2连续地或者逐渐地控制EGR气体的废气再循环量(即EGR量)。蝶形阀5通过螺栓如连接螺钉和固定螺栓安装和拧紧在阀轴6的阀安装件56上。
在第一实施例中，蝶形阀5被操纵成，在发动机停止(或者在发动机停止之后)时越过阀全闭位置地、只一个循环地打开和关闭。之后，蝶形阀5停止在阀全闭位置(即在发动机关闭情况下的阀停止位置)。蝶形阀5可以被操纵成，当发动机停止时或者在发动机停止之后，越过阀全闭位置地、多循环地打开和关闭。之后，蝶形阀5停止在阀全闭位置(即在发动机关闭情况下的阀停止位置上)。
在第二和第三实施例中，当发动机停止时(或者在发动机停止之后)，蝶形阀5停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上。蝶形阀5可以被操纵成，在发动机停止时或者在发动机停止之后，越过阀全闭位置地、只一个循环地打开和关闭，然后，蝶形阀5可以停止在越过阀全闭位置的阀停止位置上。
这些改变和变形应该理解成落入附加权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种废气再循环设备，它包括：
通道(1)，用于使一部分废气从内燃机的排气侧再循环到进气侧；及
控制阀(2)，用于控制通过该通道(1)再循环到进气侧中的该部分废气的量，其中
控制阀(2)包括：
壳体(3)，其具有管部分(4)以提供一部分通道(1)；
蝶形阀(5)，其容纳在管部分(4)中并且可以沿着第一方向和第二方向进行旋转；其中，第一方向被定义成蝶形阀(5)从阀全开位置到阀全闭位置的旋转方向，及第二方向与第一方向相反；
密封环(7)，在蝶形阀(5)定位在阀全闭位置上的情况下，它密封位于管部分(4)的内壁和蝶形阀(5)的外壁之间的间隙，其中密封环(7)安装在蝶形阀(5)的外径部分中；及
阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)，在阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)把蝶形阀(5)操纵成在发动机停止时或者在发动机停止之后等于或者多于一个循环地越过阀全闭位置进行打开和关闭之后，它使蝶形阀(5)停止在阀全闭位置上；
其中，蝶形阀(5)能够在阀全开位置和预定位置之间的范围内进行旋转，在该预定位置上，蝶形阀(5)从阀全闭位置沿着第一方向旋转一个预定角度；
其中，阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)包括动力装置(10-12、14、21-27、31)，以使蝶形阀(5)沿着第一方向和第二方向进行旋转；
并且，阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)包括第一弹簧(61)和第二弹簧(62)，
第一弹簧(61)沿着从阀全开位置到阀全闭位置的第一方向把力施加到蝶形阀(5)中，及
第二弹簧(62)沿着从预定位置到阀全闭位置的第二方向把力施加到蝶形阀(5)中。
2.如权利要求1所述的废气再循环设备，其特征在于，蝶形阀(5)具有圆形的形状，密封环(7)具有接合到蝶形阀(5)中的环形的形状，管部(4)具有圆形的横截面，及
当蝶形阀(5)定位在阀全闭位置上时，具有密封环(7)的蝶形阀(5)能够关闭管部分(4)。
3.如权利要求1所述的废气再循环设备，其特征在于，当发动机停止时或者在发动机停止之后，阀打开/关闭操纵装置(10-12、14、21-27、31、61、62)使蝶形阀(5)等于或者多于一个循环地越过阀全闭位置、从阀全开位置旋转到预定位置上。
4.如权利要求1所述的废气再循环设备，其特征在于，
第一弹簧(61)是回位弹簧(61)，及
第二弹簧(62)是默认弹簧(62)。
5.如权利要求2-4任一所述的废气再循环设备，其特征在于，
通道(1)是废气再循环通道(1)；
控制阀(2)是再循环废气量控制阀(2)；
第一方向是阀打开方向；及
第二方向是阀关闭方向。
6.如权利要求2-4任一所述的废气再循环设备，其特征在于，
密封环(9)借助沿着蝶形阀(5)径向的弹性变形力来密封位于管部分(4)和蝶形阀(5)之间的间隙；及
该间隙具有环形间隙。
7.如权利要求2-4任一所述的废气再循环设备，其特征在于，
密封环(7)沿着径向具有外径边缘；
外径边缘被倒角，使蝶形阀(5)平稳地旋转。
CNB2005100095464A 2004-02-19 2005-02-21 具有蝶形阀的废气再循环设备 Active CN100387814C (zh)

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