CN101054935A - 热响应调节阀装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种热响应调节阀装置和用于具有进气歧管和排气系统的内燃机的废气再循环系统。该废气再循环系统包含废气再循环通道，其可选择地互连排气系统和进气歧管。废气再循环阀设置为与废气再循环通道流体连通，并且运行以可选择地和可变地传送再循环废气到进气歧管中。热响应调节阀装置至少部分设置在废气再循环通道和进气歧管之内。热响应阀装置充分构造为当在进气歧管内的进气流量充分低和/或进气的温度充分高时，可变地限制从废气再循环通道到进气歧管的再循环废气的流量。

Description

热响应调节阀装置
技术领域
本发明涉及使用在内燃机的废气再循环系统中的热响应流量调节阀。
背景技术
将内燃机的废气再循环到发动机的进气通道的废气再循环或者EGR系统的使用是众所周知的。通过引入再循环废气或者EGR气体到进气通道中，诸如氮氧化物(NOx)的某些不希望的发动机排放物组分能够得到减少，并且燃料经济性得到改善。一直到一个限制值，NOx排放量会随着EGR气体水平的增加而减少。超过该限制值时，EGR气体会增大其它不希望的发动机排放物组分的形成，并且会减小车辆的驱动性能。
废气再循环通常包括通过EGR通道的废气的再循环，该EGR通道在发动机排气管道(例如排气歧管)和新鲜空气入口通道(例如进气歧管)两者之间。一个阀，通常称为EGR阀，通常设为与EGR通道连通并且可控以可变地限制该通道，以调整通过该通道的废气的流量。当EGR气体不要求或者不是所需时，EGR阀被驱动到完全节流(关闭)位置，通常是通过弹簧预加载。该弹簧预加载通常需要很大，以确保必要时EGR阀的迅速关闭，以及确保关闭的EGR阀的正确的密封。当需要EGR气体时，通过应用位置控制信号到与EGR阀机械连接的执行器上，驱动EGR阀到打开位置。EGR阀的打开程度随着位置控制信号的幅度变化。
当EGR阀在打开位置的情况下，EGR气体进入进气歧管并且流向发动机气缸。为了获得最优性能，EGR气体应该完全与进气混合，从而使得每个气缸基本上容纳相等比例的EGR气体。通常，EGR气体在恰好进入进气歧管之前被提供到进气中，以最小化EGR阀的打开与EGR气体达到发动机气缸之间的响应时间，并且最优化EGR气体的分布。
应用于汽车的进气歧管传统是由具有耐高温的金属材料制成，例如铸铁，铝合金或镁。最近，考虑到重量和制造，在发动机上已经出现热塑性塑料的使用。当用于进气歧管的结构中时，重量得到减少，并且在多数情况下，由于内部精整的精确控制和到进气中减少的热传递，其性能得到改善。在热塑性塑料的进气歧管之内结合EGR系统是原则性设计挑战，因为EGR气体通常在高温下传送到进气歧管。
发明内容
提供一种热响应调节阀，和包含热响应调节阀的用于内燃机的废气再循环系统，其中内燃机具有进气歧管和排气系统。该废气再循环系统包含废气再循环通道，其可选择地互连排气系统和进气歧管。废气再循环阀设置为与废气再循环通道流体连通，并且运行以可选择地和可变地传送再循环废气到进气歧管中。热响应调节阀装置至少部分设置在废气再循环通道和进气歧管之内。该热响应阀装置包含双金属调节阀部件，并且其充分构造为当在进气歧管内的进气流量低和/或进气温度充分高时，可变地限制从废气再循环通道到进气歧管的再循环废气的流量。
双金属调节阀部件可具有相对的第一和第二端，并且包括固定在双金属调节阀部件第二端处的相对的第一和第二双金属带部分。在相对第二端设置的双金属调节阀部件的第一端处，第一和第二双金属带部分可相对于彼此移动。还提供结合公开的废气再循环系统和热响应流量调节阀装置的内燃机。
本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将在结合附图时，从对实施本发明的最佳方式的下面的详细描述中容易变得明显。
附图说明
图1是具有结合有根据本发明的热响应流量调节阀装置的废气再循环或EGR系统的内燃机的示意前视图；
图2是本发明的热响应流量调节阀装置的透视图；
图3a是设置在EGR系统中并且以打开位置示出的图2的热响应流量调节阀装置的透视图；和
图3b是设置在EGR系统中并且以关闭位置示出的图2的热响应流量调节阀装置的透视图。
具体实施方式
参见附图，其中在多个附图中对应的附图标记对应类似的或者相同的部件，在图1中示出的是内燃机，通常用10表示。内燃机包含气缸体12，其限定有多个气缸14。内燃机10还包括进气歧管16和排气歧管18。进气歧管16优选由热塑性材料形成，但是排气歧管优选由诸如铸造不锈钢或者铸铁的材料形成。排气后处理装置或者催化转化器20提供在相关于排气歧管18下游的排气流中。
在运行过程中，内燃机10从进气管24接收进气22。进气22可选择并且可变地通过节气门体26进入到进气歧管16中。通常，节气门体26包含可旋转安装在由节气门体26限定的孔28中的节流板30。进气22借助于提升阀(未示出)可选择地从进气歧管16传送到气缸14中。进气22随后与燃料一起在气缸14中燃烧。燃烧产物或者排气32借助于提升阀(未示出)可选择地从气缸14中排出到排气歧管18中。催化转化器20运行以从排气32内减少被调节的排放物组分，例如氮氧化物(NOx)。
在一定的发动机运行条件下，例如部分负荷运行时，排气32的一部分可作为EGR气体36通过废气再循环或者EGR系统34进行再循环。EGR系统34包括第一通道38，第二通道40，可控的耐高温阀或者EGR阀42，以及热响应流量调节阀装置44。第一通道38是可操作以从一个或者两个排气歧管18传送EGR气体36到EGR阀42。EGR阀42可选择地并且可变地传送EGR气体36到第二通道40中，该第二通道40与热响应流量调节阀装置44是流体连通的。热响应流量调节阀装置44运行以可选择地传送EGR气体36到进气歧管16中。优选EGR气体在气缸的充分上游的点处供给到进气歧管16中，例如从节气门体26的紧接的下游，以允许在EGR气体36和进气22在进入气缸14之前充分混合。参见图2，3和4，热响应流量调节阀装置44的结构和操作将在下文中更详细的描述。
EGR阀42优选是电磁的线性电磁阀，其打开程度由电子控制器或者ECU46产生的信号所控制。ECU46包含可预编程的数字计算机，该计算机具有中央处理器，只读存储器，随机存储器，输入/输出单元等。更具体地说，ECU46提供脉宽调制(PWM)的位置控制信号到EGR阀42中，以控制传送到进气歧管16中的EGR气体36的量。
参见图2，示出了热响应流量调节阀装置44的透视图。热响应流量调节阀装置44包含刚性安装到调节阀部件50上的安装部件48。调节阀部件50由相对于彼此折叠或者紧固的两个相对的双金属带52A和52B形成。该双金属带52A和52B由双金属层压板形成。本领域的技术人员应当认识到双金属层压板是这样的层压板，其具有由第一热膨胀系数的金属形成的第一层，该第一层粘接或者以别的方式固定到具有与第一层金属不同的第二热膨胀系数的金属的第二层。因此，该双金属带52A包含第一金属层54A和第二金属层56A，同时双金属带52B包含第一金属层54B和第二金属层56B。优选地，第一金属层54A和54B由具有相同或者类似的热膨胀系数的金属形成，同时第二金属层56A和56B由具有相同的或者类似的热膨胀系数的金属形成。另外，第二金属层56A和56B优选具有比第一金属层54A和54B更大的热膨胀系数。第二金属层56A和56B设置为相互接近，从而使得当热响应流量调节阀装置44受热能影响时，双金属带52A和52B从彼此偏离或者以别的方式移开，如图2的虚线所示。
安装部件48优选被构造为安装热响应流量调节阀装置44至少部分在第二通道40之内，如图1所示，并且至少部分在进气歧管16之内，如图1所示。在装配过程中，热响应流量调节阀装置44的第一端58设置在第二通道40之内，同时第二端60设置在进气歧管16之内。优选地，热响应流量调节阀装置44的第一端58成形使得当双金属带52A和52B彼此偏离时，双金属带52A和52B密封接合具有通常圆形截面的第二通道40。
现在参见图3a和3b，并且继续参见图1和2，在图3a和3b中示出了内燃机10的一部分，其中示出了在EGR系统34内的本发明的热响应流量调节阀装置44的放置。在图3a中示出了处于打开位置的热响应流量调节阀装置44，同时图3b示出了处于关闭位置的热相应流量调节阀装置44。在热响应流量调节阀装置44处于打开位置时，EGR气体36基本上无限制的从第二通道40传送到进气歧管16。或者，在热响应流量调节阀装置44处于关闭位置时，从第二通道40到进气歧管16的EGR气体36的流动基本上被限制。
热响应流量调节阀装置44运行以通过可选择地阻塞EGR气体36到进气歧管16的流动来保护进气歧管16不受到高温影响。可参见图3a，当EGR气体36流入进气歧管16时，EGR气体36用于加热热响应流量调节阀装置44的第一端58。然而，进气22的流量充分高和/或进气的温度充分低，以实现热响应流量调节阀装置44的第二端60的冷却。因此，第一端58的温度没有达到一个足够引起双金属带52A和52B相互偏离的温度。
如在图3b中示出的，EGR气体36持续加热热响应流量调节阀装置44的第一端58。如果进气22的流率降低或者进气22的温度是充分高，以允许热响应流量调节阀装置44的加热，第一端58可能会达到一个足够引起双金属带52A和52B相互偏离的温度。如上所述的双金属带52A和52B作用以密封第二通道40，从而基本上阻塞EGR气体36到进气歧管16的流动。如果EGR阀42不能处于打开位置时，这样一种情况可出现。热响应流量调节阀装置44作为一种防护装置，以避免过度加热进气歧管16，过度加热会导致安装紧固件(未示出)的夹持载荷的损失，从而导致密封的损失或者进气歧管16的翘曲。虽然第一端58(如图2，3a和3b所示)被构造以密封接合具有通常圆形截面的第二通道40，本领域的技术人员应当轻易认识到本发明可应用到具有其它截面的第二通道40，例如方形横截面，同时仍在所要求保护的范围之内。
虽然用于实施本发明的最佳方式已经详细描述，本领域技术人员将认识到用于实施本发明的多个可选择的设计和实施例都在附加的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种热响应流量调节阀装置，用于调节从通道进入至少容纳空气的进气歧管的再循环废气的流量，该热响应流量调节阀装置包括：
双金属调节阀部件，其可响应于温度移动，并且至少部分设置在所述通道和进气歧管的每个之内；
其中该双金属调节阀部件被充分构造为当在进气歧管内空气的流量充分低和/或再循环废气的温度充分高时，可变地限制从该通道到进气歧管的再循环废气的流量；和
安装部件，其充分构造以安装所述双金属调节阀部件至少部分在所述通道和进气歧管的每个之内。
2.如权利要求1所述的热响应调节阀装置，其中所述双金属调节阀部件具有相对的第一和第二端，并且包括固定在所述双金属调节阀部件的所述第二端处的相对的第一和第二双金属带部分，并且其中所述第一和第二双金属带部分在相对所述第二端设置的述双金属调节阀部件的所述第一端处可相对于彼此移动。
3.如权利要求2所述的热响应调节阀装置，其中所述双金属带部件的所述第一端充分构造以可选择地密封所述通道。
4.一种内燃机的废气再循环系统，该内燃机具有进气歧管和排气系统，所述废气再循环系统包括：
可选择地互连排气系统和进气歧管的废气再循环通道；
设置为与所述废气再循环通道流体连通的废气再循环阀，其可操作以可选择地和可变地传送再循环废气到进气歧管中；
热响应调节阀装置，其至少部分设置在所述废气再循环通道和进气歧管之内；和
其中所述热响应阀装置充分构造为当在进气歧管内的进气流量充分低和/或所述进气的温度充分高时，可变地限制从所述废气再循环通道到进气歧管的所述再循环废气的流量。
5.如权利要求4所述的废气再循环系统，其中所述热响应调节阀装置包括：
双金属调节阀部件，其可响应于温度移动，并且至少部分设置在所述废气再循环通道和进气歧管的每个之内；和
其中双金属调节阀部件充分构造为当在进气歧管内的进气流量充分低和/或所述进气的温度充分高时，可变地限制从所述废气再循环通道到进气歧管的所述再循环废气的流量。
6.如权利要求5所述的废气再循环系统，其中所述热响应调节阀装置包括安装部件，其充分构造以安装所述双金属调节阀部件至少部分在所述废气再循环通道和进气歧管的每个之内。
7.如权利要求5所述的废气再循环系统，其中所述双金属调节阀部件具有相对的第一和第二端，并且包括固定在所述双金属调节阀部件的所述第二端处的相对的第一和第二双金属带部分，并且其中所述第一和第二双金属带部分在相对所述第二端设置的述双金属调节阀部件的所述第一端处可相对于彼此移动。
8.如权利要求7所述的废气再循环系统，其中所述双金属阀部件的所述第一端充分构造以可选择地密封所述废气再循环通道。
9.一种内燃机，其包括：
进气歧管，其可操作以传送进气到内燃机中；
排气系统，其可操作以传送排气从内燃机中排出；
废气再循环系统，其可操作以从所述排气系统传送再循环废气到所述进气歧管，所述废气再循环系统包括：
可选择地互连所述排气系统和所述进气歧管的废气再循环通道；
废气再循环阀，其设置为与所述废气再循环通道流体连通，并且可操作以可选择地和可变地传送所述再循环废气到所述进气歧管中；
热响应调节阀装置，其至少部分设置在所述废气再循环通道和所述进气歧管之内；和
其中所述热响应阀装置充分构造为当所述进气歧管内的所述进气的流量充分低和/或所述进气的温度充分高时，可变地限制从所述废气再循环通道到所述进气歧管的所述再循环废气的流量。
10.如权利要求9所述的内燃机，其中所述热响应调节阀装置包括：
双金属调节阀部件，其可响应于温度移动，并且至少部分设置在所述废气再循环通道和进气歧管的每个之内；和
其中双金属调节阀部件充分构造为当在进气歧管内的所述进气的流量充分低和/或所述进气的温度充分高时，可变地限制从所述废气再循环通道到所述进气歧管的所述再循环废气的流量。
11.如权利要求10所述的内燃机，其中所述热响应调节阀装置包括安装部件，其充分构造以安装所述双金属调节阀部件至少部分在所述废气再循环通道和所述进气歧管的每个之内。
12.如权利要求10所述的内燃机，其中所述双金属调节阀部件具有相对的第一和第二端，并且包括固定在所述双金属调节阀部件的所述第二端处的相对的第一和第二双金属带部分，并且其中所述第一和第二双金属带部分在相对所述第二端设置的述双金属调节阀部件的所述第一端处可相对于彼此移动。
13.如权利要求12所述的内燃机，其中所述双金属阀部件的所述第一端充分构造以可选择地密封所述废气再循环通道。
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