CN100439694C - 内燃机排气回流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气回流装置，在筒状壳体(1)的内侧同轴设置热交换用筒部件(5)，在筒状壳体(1)两端分别具有气体流入口(2)和气体排出口(3)，热交换用筒部件(5)在周壁上内藏有冷却液流通路(6)，在筒状壳体(1)和热交换用筒部件(5)之间设置间隔筒(9)，以热交换用筒部件(5)的内周侧作为第一气体冷却通路(11)，热交换用筒部件(5)和间隔筒(9)之间、间隔筒(9)和筒状壳体(1)之间分别作为第二气体冷却通路(12)、迂回通路(10)。在筒状壳体(1)的气体流入口(2)侧设置流量调整阀(15)，对应于内燃机运行条件，由流量调整阀(15)调整第一、第二气体冷却通路(11、12)和迂回通路(10)的气体通过比率。可防止装置大型化和气体冷却性能恶化。

Description

内燃机排气回流装置
技术领域
本发明涉及一种通过将内燃机的一部分排气返回吸气通路侧而控制排气中的氮氧化物排出量的排气回流装置，尤其涉及一种具有对回流气体进行冷却的气体冷却功能的内燃机的排气回流装置。
背景技术
内燃机的排气回流装置是使从排气系统中取出的高温排气中的一部分在吸气通路内再循环的装置，为了将热膨胀的排出气体效率良好地导入吸气通路内，由气体冷却器对所述排气进行冷却，将冷却后的排气有效地导入吸气通路的技术是公知的。已经开发了包括各种气体冷却器的排气回流装置，在因内燃机的运行条件而不能较好地对回流气体进行冷却时，例如，在低温起动或低负荷运行时等，导致使氮氧化物或微粒等的排出控制性能恶化等问题。为此，作为能够应付这种情况的排气回流装置，提出了如专利文献1和专利文献2所记载装置那样的排气回流装置。
专利文献1所记载的排气回流装置，是将排气冷却器的配管和旁通配管分开并列设置，将切换阀设置在两个配管的合流部上，对应于内燃机的运行条件而打开/关闭该切换阀，或变成在调制式使用的切换结构。
专利文献2所记载的排气回流装置，在由外部空气对周壁进行空气冷却的所谓空冷式气体冷却器的冷却配管的中心侧内设置保温通路，该保温通路设置在组合模内，在内侧的保温通路和外侧的气体冷却通路的合流部上，设置调整流过两个通路的气体流量的流量调整阀。
专利文献1特表平9-508691号公报
专利文献2特开2003-328864号公报
由于专利文献1所记载的装置为分开设置气体冷却配管以及绕过该冷却配管的迂回配管，并在外部连接两个配管的结构，因此，装置整体大型化，不适合搭载在车辆上。
由于专利文献2所记载的装置，由于设置在气体冷却通路内侧的迂回通路设置在组合模内，虽然装置整体可以紧凑化，但是由于仅冷却配管的周壁外面暴露于外部空气而进行冷却，难以获得充分的冷却性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种内燃机排气回流装置，不引起装置大型化和气体冷却性能恶化，能够对应于内燃机运行条件调整回流气体的温度。
作为解决上述课题的手段，本发明具有下述结构，包括：具有气体流入口和气体排出口的筒状壳体；热交换用筒部件，其设置在上述筒状壳体内侧上，该热交换用筒部件在周壁上形成冷却液流通路，且在内周侧上形成第一气体冷却通路；间隔筒，安装在上述筒状壳体与热交换用筒部件之间，在内周面和热交换用筒部件之间形成第二气体冷却通路，同时外周面和筒状壳体之间形成迂回通路；设置在筒状壳体内上述气体流入口侧和气体流出口侧任一侧上，并调整上述第一、第二气体冷却通路以及迂回通路的气体通过比率的流量调整阀。
在本发明中，一旦由流量调整阀的操作使第一、第二气体冷却通路的气体通过比率增加，在热交换用筒部件的内外面上，回流气体和冷却液进行效率良好的热交换。此外，一旦由流量调整阀的操作使第一、第二气体冷却通路的气体通过比率下降，减少在热交换用筒部件的内外面上的热交换数量，相对地增大通过间隔筒外侧的迂回通路的气体通过比率。此时，间隔筒内侧的第二气体冷却通路作为内部气体的隔热层发挥作用，阻止通过迂回通路的回流气体由热交换用筒部件的冷却液冷却。
本发明中，上述流量调整阀设置在气体流入口侧，同时还包括在与筒状壳体的轴心垂直的轴部自由转动地支撑的一对阀板，当增大第一、第二气体冷却通路的气体通过比率时，上述一对阀板向与筒状壳体的轴心大致平行的方向转动，当减少气体通过比率时，使所述一对阀板朝向间隔筒并向外开方向倾斜地转动。
此时，一种非常简单的结构，当使第一、第二气体冷却通路的气体通过比率下降时，流量调整阀的阀板自身发挥将从流入口流入的回流气体引导到最外周侧的迂回通路内的导向功能。因而，不导致乱流的发生等，能够相对增大迂回通路的气体通路流量。
此外，在本发明中，在筒状壳体内的气体流入口侧上设置从轴心部向间隔筒外开地倾斜的导向壁，在所述导向壁上形成连通所述气体流入口侧和第一、第二气体冷却通路的窗，同时，设置用于开闭调整上述窗的阀体，由所述窗和所述阀体构成上述流量调整阀。
此时，由于流向迂回通路的回流气体的流动基本上由导向壁引导，例如通过将导向壁形成为从筒状壳体的轴心部与间隔筒连续的圆锥形，能够实现顺利的回流气体的流动。
本发明由于由筒状壳体内的流量调整阀调整经过气体冷却通路和迂回通路的回流气体的比例，能够对应于内燃机的运行条件可靠地调整回流温度，当需要冷却回流气体时，由于大致上在热交换用筒部件的内外面上在第一、第二气体冷却通路进行与冷却液的热交换，能够获得高冷却性能。而且，由于所有通路可以几乎同轴地设置在筒状壳体内侧，能够实线装置整体的紧凑。
另外，当不需要冷却回流气体时，间隔筒内侧的第二气体冷却通路作为隔热层阻断迂回通路和热交换用筒部件的热传导，因此，可以不设置隔热材料也能够很好的防止回流气体的不必要的冷却现象。
附图说明
图1是显示本发明第一实施形态的排气回流装置的纵断面图；
图2是显示同一实施形态的图1中箭头A所示方向看到的视图；
图3是显示同一实施形态的排气回流装置的侧视图；
图4是显示本发明第二实施形态的排气回流装置的纵断面图；
图5是显示同一实施形态的图4中箭头B所示方向看到的视图；
图6是显示本发明第3实施形态的排气回流装置的纵断面图。
符号说明
1筒状壳体；2气体流入口；3气体排出口；5热交换用筒部件；6流通路；9间隔筒；10迂回通路；11第一气体冷却通路；12第二气体冷却通路；15、115、215流量调整阀；16阀板(阀体)；16a轴部；20导向壁；21窗；22、30阀体。
具体实施方式
下文根据附图介绍本发明的各个实施形态。
图1-3显示了本发明第一实施形态。图1显示了符合本发明的排气回流装置的纵断面图，图2是同一个装置的图1的A箭头方向所看到的端面图，图3显示了同一个装置的侧视图。
在图1中，符号1表示在轴方向两端部上设置了气体流入口2和气体流出口3的大致圆筒状的筒状壳体。筒状壳体1两端的各个口2、3螺栓连接在与内燃机的排气侧通路和吸气侧通路连通的图中未示的配管上的法兰4上。而且，与所述配管的接合并不局限于在法兰4上的螺栓接合，也可以是在嵌合状态下的焊接或辗轧连接。
大致筒状的热交换用筒部件5几乎同轴地设置在上述筒状壳体1的内侧上。热交换用筒部件5具有这种结构，也就是不锈钢等薄金属板制成的内管5a和外管5b的两端部液体密封地接合，在两个管5a、5b之间形成大致筒状的流通路6。流通路6是冷却液流动部分，流入管7和排出管8朝向径向外侧地分别突设在外管5b的两端部附近。各个管7、8贯通筒状壳体1的周壁并与图中未示的冷却液配管相连。
而且，在筒状壳体1和热交换用筒部件5之间，几乎与它们同轴地设置间隔筒9。间隔筒9在其外周面和筒状壳体1之间形成大致筒状的迂回通路10。而且，热交换用筒部件5的内周侧成为第一气体冷却通路11，间隔筒9的内周面和热交换用筒部件5之间成为大致筒状的第二气体冷却通路12。第一和第二气体冷却通路11、12以及上述迂回通路10是从气体流入口2输入和从气体排出口3排出回流气体的通路。仅通过第一和第二气体冷却通路11、12的气体与流经热交换用筒部件5的冷却液之间进行热交换。通过迂回通路10的气体与冷却液不进行热交换。而且，从热交换用筒部件5突出的流入管7和排出管8如贯通筒状壳体1那样贯通间隔筒9的两端部附近。
将用于使第一气体冷却通路11的热交换效率提高的风扇13安装在热交换用筒部件5的内管5a的内周面上，同样将用于使第二气体冷却通路12的热交换效率提高的皱纹状凹凸14安装在外管5b上。
而且，筒状壳体1和间隔筒9的各个管7、8的贯通部分别向轴心方向部分地隆起，在所述隆起部分上，筒状壳体1、间隔筒9和外管5b这三个部件以重合状态结合在各个管7和8上。因而，在本实施形态下，热交换用筒部件5和间隔筒9通过在该隆起部分结合，支撑固定在筒状壳体1的内周壁上。
另一方面，将用于调整第一、第二气体冷却通路11、12和迂回通路10的气体通过比率的流量调整阀15安装在筒状壳体1内的气体流入口2附近。流量调整阀15包括在与筒状壳体1的轴心垂直的轴部16a而自由转动地支撑的一对阀板(阀体)16，由所述阀板16的转动，能够操纵热交换用筒部件5内周部的开口面积。
具体地说，阀板16的各个轴部16a平行地设置在筒状壳体1轴心部附近的位置上，通过如图2和3所示固定设置在筒状壳体1外壁上的促动器17而转动操作。本实施形态的促动器17使用利用内燃机的吸气负压使柱塞18进退操作的负压促动器，能够将柱塞18的进退操作通过连杆机构19而改变成各个阀板16的转动操作。对应于内燃机的运行状态控制供给促动器17的负压。但是，促动器17并不局限于负压促动器，也可以是电动式，或者油压式。
而且，间隔筒9的气体流入口2侧的端部针对内侧热交换用筒部5偏置在气体流入口2侧上，上述各个阀板16的前端侧缘部大体上在所述偏置区域操作。因而，各个阀板16的前端侧缘部大致形成为圆弧形，阀板16一旦从与筒状壳体1的轴心大致平行状态(图1中实线所示状态)倾斜预定角度(图1中点化线所示状态)，此时，阀体16的前端缘部接近间隔筒9的周壁，几乎闭塞间隔筒9的内周部。而且，各个阀板16的基端形成与轴部16a平行的直线状，伴随着两个阀体16的倾斜角度的增大，基端部相互闭合。
流量调整阀15在内燃机于高温状态下运行时维持在一对阀板16变成与筒状壳体1的轴线大致平行的初期状态。在该状态下，从气体流入口2流入的回流气体沿阀板16笔直进入，通过第一、第二气体冷却通路11、12且一部分通过迂回通路10从气体排出口3排出。此时，由于回流气体主要通过位于筒状壳体1中心侧的第一、第二气体冷却通路11、12，因此与通过热交换用筒部件5内外面的冷却液效率良好地进行热交换。
另一方面，当内燃机低温起动时等，由促动器17的控制，流量调整阀15的阀板16变成最大倾斜角地转动操作，阀板16变得几乎闭塞间隔筒9的内周部，因而，回流气体几乎不流过第一、第二气体冷却通路11、12。从气体流入口2流入筒状壳体1内的回流气体几乎全部通过迂回通路10而从气体排出口3排出。此时，由于第二气体冷却通路12内的气体存在于迂回通路10和热交换用筒部件5之间作为大致圆筒形的隔热层而发挥作用，通过迂回通路10的回流气体没有由热交换用筒部件5的冷却液掠夺热量并诱导到气体排出口3。从而在该排气回流装置内，能够可靠地防止因回流气体的温度低于必要温度以上而引起的氮氧化物或微粒等的排出遏制性能的恶化。
而且，流量调整阀15不仅在如上述那样地全开热交换用筒部件5的内周部状态和全闭热交换用筒部件5的内周部状态之间切换，而且能够调整到对应于内燃机运行状态的在中间任意开阀状态。因而，该排气装置由于能够对应于内燃机的运行条件任意调整通过第一、第二气体冷却通路11、12以及迂回通路10的回流气体的比率，能够始终将回流气体的温度保持在最佳温度。由此，如果选用该装置，能够在内燃机运行期间始终高水平地维持氮氧化物或微粒等的排出遏制性能。
如上所述，通过流量调整阀15对应于内燃机的运行条件而操作，该排气回流装置能够任意调整通过第一、第二气体冷却通路11、12以及迂回通路10的回流气体的通过比率。由于第一、第二气体冷却通路11、12、冷却液通路6、迂回通路10是通过同轴组装多个管状部件而构成的，具有缩小筒状壳体1的外径、装置整体结构紧凑化的优点。但是，在采用该排气回流装置的情况下，有利于车载布置。
而且，在该实施形态中，虽然将流量调整阀15设置在筒状壳体1内的气体流入口2的附近，但是，也能够设置在筒状壳体1内气体排出口3的附近。但是如本实施例那样将流量调整阀15设置在气体流入口2的附近时，具有当使通过迂回通路10的回流气体的比率增大时，使向迂回通路10侧的圆滑气体流动容易的优点。
由于该实施形态的流量调整阀15在一对阀板16从筒状壳体1的轴心部开启成外开状态下使通过间隔筒9内周侧的气体流量降低，此时阀板16自身发挥将回流气体顺利地诱导到最外周侧的迂回通路10的导向壁作用。另一方面，当使间隔筒9的内周侧的通过流量增大时，由于阀板16变得向筒状壳体1的轴心大致平行地转动操作，能够降低向迂回通路10方向的气体流动。
而且在上述实施形态中，虽然在筒状壳体1的气体流入口2侧设置一对阀板16，但是也能够将一个、两个、三个以上的阀板设置的可相同地转动操作。
下文介绍图4和5所示的第二实施形态。该实施形态的排气回流装置基本结构大致上与第一实施形态的相同，流入管7的安装方向、设置在气体流入口2附近的流量调整阀115以及它们的周边部的结构不同。在下文也包括随后介绍的第三实施形态，与第一实施形态相同的部件采用相同符号表示，省略了对它们的重复介绍。
在该装置内，从筒9的轴心部外开地倾斜的圆锥状的导向壁20一体地安装在间隔筒9的气体流入口2侧端部上。由于该导向壁20从轴心部向间隔筒9的外周面变宽，能够将回流气体沿迂回通路10方向顺利地引导。而且，多个扇形窗21沿圆周方向大致等间距地形成在导向壁20上，回流气体通过所述窗21被引导到第一、第二气体冷却通路11、12内。
开闭调整上述窗21的大致圆锥形状的阀体22设置在上述导向壁20的内侧上。阀体22具有与导向壁20的窗21对应的窗23，当两个窗21、23的位置一致时，导向壁20的窗21全部打开，一旦两者从此状态偏离，窗21变得逐渐关闭。阀体22连接支撑在贯通导向壁20顶部的操作杆24上。操作杆24由促动器(图中未示)而变得转动操作。在此实施形态下，由导向壁20的窗21和阀体22构成流量调整阀115。
该实施形态的排气回流装置始终能够由圆锥形导向壁20将回流气体顺利且可靠地引导到迂回通路10。而且，由于阀体22在所谓的滑动状态下开闭导向壁20的窗21，当所有回流气体流向迂回通路10侧时，能够进一步减少向间隔筒9内侧方向的回流气体的泄漏。而且，根据阀体22滑动开闭窗21，存在伴随着阀体22操作能够降低等的优点。
而且，图6是显示本发明第三实施形态的视图，该实施形态的排气回流装置在流入管7的安装方向、代替将散热片13设置在热交换用筒部件5内在内管11上除了两侧之外的部位上形成褶皱状的散热片、流量调整阀215的结构与第一实施形态的不同。
也就是在流量调整阀215中，阀体30由双金属等热感应型形状的可变部件(形状记忆部件)形成，对应于阀体30周围的气体温度，阀体30自身形状变化。阀体30与第一实施形态相同，设置成一对的板状的各个阀体30的基部接近轴心部地支撑在安装在筒状壳体1上的框架部件31上。各个阀体30的前端侧缘部形成为圆弧状，当周围气体温度低时，变成与筒状壳体1的轴心大致平行的笔直形状(图中虚线所示)。一旦周围气体温度从此状态升高，前端侧外开地弯曲变形，闭塞间隔筒9的内部(图中实线所示状态)。
该实施形态的装置能够获得大致与第一实施形态相同的作用效果，但是，流量调整阀215的阀体30自身对应于温度而形状发生变化。由于不需要其他的使阀体30操作用的特殊驱动器，具有能够使流量调整阀215小型轻量化、降低制造成本的优点。
而且至今为止一直介绍的是具有大致圆筒状的筒状壳体的排气回流装置，但是筒状壳体的形状并不局限于大致圆筒形，也可以是大致四边形或多边形。此时不言而喻，热交换用筒部件等也可以是与筒状壳体的形状相应的任意形状。

Claims (3)

1.一种内燃机的排气回流装置，其特征在于，包括：
筒状壳体，该筒状壳体具有气体流入口和气体排出口；
热交换用筒部件，其设置在上述筒状壳体内侧上，该热交换用筒部件在周壁上形成冷却液流通路，且在内周侧上形成第一气体冷却通路；
间隔筒，该间隔筒安装在上述筒状壳体与热交换用筒部件之间，在内周面和热交换用筒部件之间形成第二气体冷却通路，同时外周面和筒状壳体之间形成迂回通路；
流量调整阀，该流量调整阀设置在筒状壳体内上述气体流入口侧和气体流出口侧任一侧上，并调整上述第一、第二气体冷却通路以及迂回通路的气体通过比率。
2.如权利要求1所述内燃机的排气回流装置，其特征在于，上述流量调整阀设置在气体流入口侧，同时具有在与筒状壳体的轴心垂直的轴部自由转动地支撑的一对阀板，
当增大第一、第二气体冷却通路的气体通过比率时，上述一对阀板向与筒状壳体的轴心大致平行的方向转动，当减少气体通过比率时，使所述一对阀板朝向间隔筒并向外开方向倾斜地转动。
3.如权利要求1所述内燃机的排气回流装置，其特征在于，在筒状壳体内的气体流入口侧上设置从轴心部向间隔筒外开地倾斜的导向壁，在所述导向壁上形成连通所述气体流入口侧和第一、第二气体冷却通路的窗，同时，设置用于开闭调整上述窗的阀体，由所述窗和所述阀体构成上述流量调整阀。
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