CN101415933A - 一体式的充气和排气再循环阀 - Google Patents

Abstract

一种发动机组件(10)，包括发动机、多个冷却器、多个旁路，和至少一个致动器(32)。该发动机具有排气歧管和进气歧管。排出该排气歧管的气态流体再循环至该进气歧管。排气经过空气冷却器或者旁路。至少一个致动器可操作地连接到该多个旁路上。这些旁路具有阀(28，30)，启动该阀，以控制流经既作为旁路也作为冷却器的该旁路的气态流体流。因此，当使用单个致动器来控制两个旁路中的这些阀时，这些旁路中的阀具有与这些入口相同的关系，这样，单个致动器的移动将以相同的方式控制两个阀。

Description

一体式的充气和排气再循环阀

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年3月22提交的美国临时申请号60/784,569的权益。

发明领域

本发明涉及一种组合旁路阀组件(bypass valve assembly)，其中使用致动器以控制多个阀和多个旁路(bypasses)。

发明背景

由于联邦和州的规定，目前的机动车在运行期间受限于可释放的排放量。减少车辆释放的排放量的一种方式是在车辆的排气系统中装入一种排气再循环(EGR)阀。这种EGR阀改变至少一部分来自发动机的排气歧管的排气的路径，这样排气与新鲜空气一起再循环进入发动机的进气歧管中。而且，这种EGR阀组件可具有多个EGR阀，在这些阀中，一种阀是高压EGR阀，而另一种是低压EGR阀。无论排气经过高压EGR阀还是低压EGR阀，在排气进入发动机的进气歧管之前将排气导入空气冷却器。由于排出排气歧管并通过EGR阀组件再循环的排气的高温，因此使用空气冷却器来控制进入进气歧管的空气温度。

然而，在一定条件下，希望绕过空气冷却器以保持进入进气歧管的空气的较高气温。因此，需要一种旁路，以便可以在每个空气冷却器周围改变排气的路径。为了控制经过单个旁路的空气量，在每个旁路中需要阀以根据车辆运行情况打开和关闭此旁路。由于阀自身以及控制这些阀的控制机构的原因，用于控制经过这些旁路的气流量的阀要求额外的组件和部件。

因此，希望开发一种组合旁路阀组件，在这种组件中，两种旁路中的阀均由单个致动器控制。还希望用单个致动器来控制旁路阀和EGR阀。相比于每个独立阀要求独立致动器的一种组件，通过使用单个致动器对这两种阀均进行控制，会减少部件数量并且缩短制造时间。

发明内容

本发明涉及一种发动机组件，该组件包括发动机、多个冷却器、多个旁路，以及至少一个致动器。该发动机具有排气歧管和进气歧管。排出排气歧管的气态流体被再循环至进气歧管。排气经过空气冷却器或者旁路。至少一个致动器可操作地连接到多个旁路，以便致动器控制经过第一旁路和第二旁路的排气气流。这些旁路具有阀，操纵该阀以控制气态流体的气流经过既作为旁路和又作为冷却器的旁路。因此，当用单个致动器控制这两个旁路中的阀时，旁路中的这些阀具有与这些入口相同的关系，这样，单个致动器的动作就会以同样的方式控制这两个阀。

本发明进一步的适用范围从下文提供的详述中将变得显而易见。应当理解的是，虽然这些详细描述和具体实例说明了本发明的优选实施例，但仅意在用于实例的目的，而无意限制本发明的范围。

附图简述

从详细描述和附图中将会得到对本发明的充分理解，在附图中：

图1是根据本发明的一个优选实施例的组合旁路阀组件的示意性平面图，其中阀置于两个入口中间；

图2是根据本发明的一个优选实施例的该组合旁路阀组件的示意性平面图，其中这些阀被设置靠近两个入口中的任何一个；

图3是根据本发明的一个优选实施例的排气再循环组件的示意性平面图；

图4是根据本发明的一个优选实施例的组件的示意性平面图，其中阀置于冷却器和旁路的连接处；

图5是根据本发明的一个实施例的多个致动器的示意性平面图，该多个致动器位于可操作地连接到多个阀上的单个壳体中；

图6是发动机组件的示意性平面图，该组件具有致动器壳体，该壳体带有多个入口和单个出口；

图7是致动器的示意性平面图，该致动器可操作地连接到一些独立旁路中的阀；以及

图8是致动器的示意性平面图，该致动器可操作地连接到三个旁路阀。

具体实施例

以下优选实施例的描述在本质上仅是示范性的，并且无意对本发明、本发明的应用、或者用途进行限制。

参见附图，总体上以10表示组合旁路阀组件。组合旁路阀组件10具有第一通道组件12和第二通道组件14。第一通道组件12具有第一入口16和第二入口18，这些入口连接到出口20。同样，第二通道组件14具有第一入口22和第二入口24，这些入口连接到出口26。

第一通道组件12具有第一阀28，该阀位于第一入口16、第二入口18和出口20的交汇处。同样，第二通道组件14具有第二阀30，该阀位于第一入口22、第二入口24和出口26的交汇处。第一阀28和第二阀30用于控制从各自第一入口16、22和第二入口18、24进入各自出口20、26的流量。至少致动器32用于控制第一阀28和第二阀30。在一个优选实施例中，使用单个致动器32控制第一阀28和第二阀30两者。相比于每个阀要求单独致动器的旁路阀组件，通过使用单个致动器32，会减少组合旁路阀组件10所要求的部件数量。因此，由于需要组装的部件的减少，组合旁路阀组件10的制造既高效又经济。

参见图1，示出了组合旁路阀组件10，其中第一阀28和第二阀30处于中间位置，在该中间位置上来自第一入口16、22和第二入口18、24的气流进入各自的出口20、26。参见图2，致动器32已确定了第一阀28和第二阀30的位置，以便几乎完全关闭各自的第二入口18、24并充分打开各自的第一入口16、22。因此，致动器32也具有定位第一阀28和第二阀30的能力以便第一入口16、22几乎完全关闭并且第二入口18、24充分打开。阀28、30完全关闭第一入口16、22或者第二入口18、24也在本发明的范围之内。该单个致动器32用于控制相对于第一入口16、22和第二入口18、24的第一阀28和第二阀30，因为第一阀28和第二阀30均以相同的方式移动以便分别改变通过第一通道组件12和第二通道组件14的流动。

在任何一个上述实施例中，优选地致动器32连接到控制单元(未示出)，例如发动机控制单元(ECU)，但并不仅限于此。因此，ECU确定致动器32当前的位置并传送指令致动器32改变位置的信号以便根据机动车(未示出)的工作状况来移动第一阀28和第二阀30。然而，该控制单元可位于致动器32上，以便致动器32确定其位置并且致动器32确定如何改变位置以移动阀28、30。

参见图3，在运行中，组合旁路阀组件10用在发动机组件中。该发动机组件具有包括排气歧管38和进气歧管40的发动机36。涡轮机42和第一EGR阀或高压EGR阀44可操作地连接到排气歧管38，以便气态流体或排气通过涡轮机42或通过第一EGR路径46流向高压EGR阀44。经过涡轮机42的排气使得涡轮机42旋转，然后通过柴油机微粒过滤器48。之后，排气经过排气管道50或第二EGR路径52。该第二EGR路径52被称为低压EGR路径。经过排气管道50的排气排出发动机组件34。通过第二EGR路径52的排气经过低压EGR阀模块54，该阀模块包括EGR阀和用于节流排气的节流阀。可替代地，该EGR阀模块54可以是具有节流阀和排气再循环阀的单阀。任何适合的装置均可用于引导排气通过排气管道50或第二EGR路径52，例如排气节流阀或者排气节流阀与低压EGR阀的组合，但并不限于此，该低压EGR阀可以是EGR阀模块54的一部分。

可以在两个方向上引导经过第二EGR路径52的排气，这与排气经过第一EGR路径46十分相似。图8示意性地表示了这种特别的实施例。气体可经过EGR冷却器56并与来自入口58的新鲜空气混合。可替代地，这种气体可通过第三旁路通路57或低压EGR旁路绕过EGR冷却器56，该低压EGR旁路具有受控于第三阀59或旁路阀的气流。第三阀59可受控于其自身的致动器或者它可操作地连接到控制阀28、30的致动器32，以便提供三个旁路阀的同步。排气与新鲜空气的结合体经过压缩机60，该压缩机可操作地连接到涡轮机42。因此，随着排气通过并且转动涡轮机42，压缩机60转动并压缩排气与新鲜空气的混合物。

然而，经过高压EGR阀44的排气沿着第一EGR路径46继续下降到第一冷却器62或者第一旁路64。在一个优选实施例中，该第一冷却器62是EGR冷却器。在经过第一冷却器62或第一旁路64后，排气进入进气歧管40。同样，排出压缩机60的排气和新鲜空气接着经过第二冷却器66或者第二旁路68。在一个优选实施例中，该第二冷却器66是增压空气冷却器。经过第二冷却器66或第二旁路68的排气和新鲜空气与来自第一EGR路径46的排气相混合并进入进气歧管40。在一个优选实施例中，使用节流阀70控制从第一EGR路径46和第二EGR路径52进入进气歧管40的流量。应当理解的是，在EGR冷却器和增压空气冷却器的任何预定组合中，可用使用任何预定数量的冷却器62、66。

参见图1至图3，组合旁路阀组件10包括第一冷却器62、第一旁路64、第二冷却器66、和第二旁路68。因此，通过第一冷却器62的排气经过第一入口16、通过第一旁路64的排气经过第二入口18，并且排气通过出口20排出以进入进气歧管40。同样，通过第二冷却器66的排气和新鲜空气的混合物经过第一入口22、并且通过第二旁路68的排气和新鲜空气经过第二入口24，而且这种排气和新鲜空气混合物通过出口26排出以进入进气歧管40。致动器32控制第一阀28和第二阀30，这样，当第一阀28阻断第一入口16或第一冷却器62路径时，第二阀30阻断第一入口22或第二冷却器66路径。同样，在第一阀28阻断第二入口18或第一旁路64路径时，第二阀30也阻断第二入口24或第二旁路68路径。因此，在阀28、30可操作地连接到致动器32时，使用单个致动器32控制第一阀20和第二阀30，以便按照相同的方式将这些阀28、30相对于冷却器62、66路径和旁路64、68路径进行定位。因此，第一阀28和第二阀30均以相同的方式影响进入进气歧管40的进气温度。

参见图4，示出了一个优选实施例中的旁路阀组件10，其中单个致动器32控制单个壳体72内的阀28、30。入口16、18、22、24进入壳体72，在壳体72中，阀28、30控制流到出口20、26的排出壳体72的排气气流。因此，旁路通道18和24、出口20和26、阀28和30以及致动器32全部在壳体72中。

旁路阀组件10的一个替代实施例示于图5，其中第一致动器132a控制第一阀28，且第二致动器132b控制壳体72中的第二阀30。通过使用多个致动器132a、132b，这些阀28、30不必像仅使用单个致动器32时那样相互之间以同样的方式来操作。因此，第一阀28可将第一旁路18打开，而第二阀30使得第二旁路24关闭，或者是这些操作的任意组合。这样，在相同的壳体72内，流经第一入口16和第二入口18的排气受控于第一阀28和第一致动器32a，而流经第一入口22和第二入口24的排气受控于第二阀30和第二致动器32b。

参见图6，示出了旁路阀组件10的一个替代实施例，其中将第一出口20和第二出口26结合以形成壳体72中的单个出口74。这样，排气通过第一入口16、24和第二入口18、22进入壳体72，并经过阀28、30进入出口20、26，然后排气在这些出口20、26进入主出口74并排出壳体72。所有的排气通过主出口74排出壳体72。如图6所示，使用单个致动器32控制阀28、30。然而应当理解的是，前面在图5中所描述的使用多个致动器132a、132b的实施例可结合到示于图6中的具有单个壳体72的实施例中使用，该单个壳体具有形成主出口74的出口20、26，以退出壳体72。

旁路阀组件10的一个替代实施例示于图7，其中第一阀128置于第一旁路18中，并且第二阀130置于第二旁路24中。因此，阀128、130仅控制经过第二入口18、24的排气气流。这样，排气总是通过第一入口16、22和冷却器62、66并进入第二入口20、26。典型地，阀128、130是开关阀，以使得第二入口18、22或者完全打开且排气流过第二入口18、22，或者完全关闭且无排气流过第二入口18、22。然而，阀128、130可以是由致动器32以线性方式控制的阀，这样除了置于完全打开或关闭位置之外，还可将阀128、130置于一种中间位置，在该位置上至少一些排气流经第二入口18、24。另外，应当理解的是，可以采用以上在单个壳体72中使用多个致动器32用的实施例来控制阀128、130。

继续参见图7，以虚线框示出了另一个可替代的实施例的透视图，其中在连接入口22、24之后将EGR阀44置于出口26上。EGR阀44可操作地连接到致动器32上，以便单个致动器32控制阀128、130和EGR阀44。

在车辆运行期间的一些时候，希望控制进入进气歧管40的空气温度。一个实例是在DPF过滤器48再生时。在这种运行条件下，希望在进气歧管40内产生或控制最高的可能气温。带有位置致动器32的组合旁路阀组件10充分阻断来自第一入口16、22的气流或者排气经过第一冷却器62或第二冷却器66。因此，排气通过第二入口18、24流过旁路64、68，这样在进入进气歧管40之前冷却器62、66不会降低排气的温度。

另一种控制进入进气歧管的空气温度的理想状况实例是，当车辆以低发动机速度或负荷在冷环境温度中运行时，或者当具有发动机制冷剂或冷启动条件时。在这些运行条件下，理想的状况是提高进入进气歧管40的空气温度，以便通过充分阻断经过第一入口16、22的空气或经过冷却器62、68的空气来降低发动机36的燃烧噪音、减少碳氢化合物排放、减少偏时点火。另一种实例是在长时间发动机超转过程中，希望通过来自冷却器62、68的空气来防止燃烧室冷却。因此，进入进气歧管40的空气经过旁路通道64、68，这样阀28、30充分地阻断了经过冷却器62、66的空气。再一种实例是在车辆以最高EGR速度运转发动机36时，希望防止由于低的压缩温度所导致的发动机36不点火。因此，希望通过充分关闭来自冷却器62、66的第一入口16、22来保持进入进气歧管40的空气的较高温度。前面的描述仅是使用组合旁路阀组件10的一些实例，并且包括其他的希望控制进入进气歧管40的空气温度的条件也在本发明的范围之内。

致动器32、阀28、30、128和130以及EGR阀44、54之间的操作性连接可以是机械连接、气动连接、液压连接或电气连接。机械连接的一种实例是(但并不限于)使致动器32连接到一条波顿缆，该波顿缆可操作地连接到EGR阀44、54和/或旁路阀28、30、128、130上。在于2006年3月22递交的、名称为“两个部件的低压EGR模块”、具有相同发明人，Volker Joergl的专利申请中对这些类型的连接进行了更加详细的说明，该申请特此通过引用结合在本申请中。

旁路阀组件10的一个替代实施例示于图8，其中使用单个致动器32控制第一阀和第二阀128、130和旁路阀59，该旁路阀位于旁路通路57中，用于第二EGR路径52中的EGR冷却器56周围的旁路排气。

本发明的描述在本质上仅是示范性的，因此，不脱离本发明的要旨的那些变化均在本发明的范围之内。这样的变化并不认为是脱离本发明的精神和范围的。

Claims (20)

1.一种用于包括排气歧管和进气歧管的发动机的控制阀组件，其中，气态流体被引入所述进气歧管并且气态流体通过所述排气歧管排出，所述控制阀组件包括：

至少一个第一流体冷却器和至少一个第二流体冷却器；

第一旁路，用于使气态流体旁路绕过所述至少一个第一流体冷却器；

第二旁路，用于使气态流体旁路绕过所述至少一个第二流体冷却器；

可操作地与所述第一旁路相关联的至少一个第一阀以及可操作地与所述第二旁路相关联的至少一个第二阀，所述第一阀和第二阀分别控制在所述第一旁路和第二旁路之间以及在所述至少一个第一流体冷却器和所述至少一个第二流体冷却器之间的气态流体的流动；以及

致动器，该致动器可操作地连接到所述第一阀和第二阀上，用于控制该气态流体的流动。

2.如权利要求1所述的控制阀组件，其中，所述至少一个第一流体冷却器和所述至少一个第二流体冷却器是选自下组中的一个，该组包括增压空气冷却器、排气再循环冷却器、单个所述气态流体冷却器、单个增压空气冷却器、多个气态流体冷却器、多个增压空气冷却器或者它们的预定组合。

3.如权利要求1所述的控制阀组件，其中，所述第一阀位于所述至少一个第一流体冷却器与所述第一旁路的连接处，并且所述第二阀位于所述至少一个第二流体冷却器与所述第二旁路的连接处。

4.如权利要求1所述的控制阀组件，进一步包括致动器壳体，其中，所述致动器位于所述致动器壳体内部。

5.如权利要求4所述的控制阀组件，其中，所述阀位于所述致动器壳体中。

6.如权利要求4所述的控制阀组件，其中，所述致动器进一步包括第一致动器和第二致动器，它们位于所述致动器壳体内部。

7.如权利要求4所述的控制阀组件，其中，所述第一旁路和所述至少一个第一流体冷却器连接成用以形成来自所述致动器壳体的第一出口，并且所述第二旁路与所述至少一个第二流体冷却器连接成用以形成来自所述致动器壳体的第二出口。

8.如权利要求7所述的控制阀组件，其中，所述第一出口和所述第二出口在所述致动器壳体中结合，以形成来自所述致动器壳体的主出口。

9.如权利要求1所述的控制阀组件，其中，所述致动器进一步包括可操作地连接以作为一个整体起作用的多个致动器。

10.如权利要求1所述的控制阀组件，其中，所述致动器是机械致动器、气压致动器、液压致动器和电气致动器中的至少一种。

11.一种用于发动机的控制阀组件，所述发动机包括具有排气歧管和进气歧管的发动机，其中，气态流体通过所述进气歧管进入并且气态流体通过所述排气歧管排出，所述控制阀组件包括：

第一流体冷却器和第二流体冷却器；

第一旁路，用于使气态流体旁路绕过所述第一流体冷却器，和第二旁路，用于使气态流体旁路绕过所述第二流体冷却器，其中，所述第一和第二流体冷却器中的至少一个是增压空气冷却器并且另一个是排气再循环冷却器；

可操作地与所述第一旁路相关联的至少一个第一阀以及可操作地与所述第二旁路相关联的至少一个第二阀，所述第一阀和第二阀分别控制在所述第一旁路和第二旁路之间以及在所述第一和第二流体冷却器之间的气态流体的流动；以及

致动器，该致动器可操作地连接到至少所述第一阀和所述第二阀上，用于控制气态流体的流动。

12.如权利要求11所述的控制阀组件，其中，第一致动器和第二致动器位于致动器壳体内部。

13.如权利要求12所述的控制阀组件，其中，所述阀位于所述致动器壳体内部。

14.如权利要求11所述的控制阀组件，进一步包括至少一个排气再循环阀，该排气再循环阀可操作地连接到所述排气再循环冷却器以及所述第一旁路或第二旁路中的一个上。

15.一种用于包括排气歧管和进气歧管的发动机的控制阀布置，其中，气态流体被引入所述进气歧管并且所述气态流体通过所述排气歧管排出，包括：

第一流体冷却器、第二流体冷却器和第三流体冷却器；

第一旁路，用于使气态流体旁路绕过所述第一流体冷却器；

第二旁路，用于使气态流体旁路绕过所述第二流体冷却器；

第三旁路，用于使气态流体旁路绕过所述第三流体冷却器；

可操作地与所述第一旁路相关联的第一阀，可操作地与所述第二旁路相关联的第二阀，以及可操作地与所述第三旁路相关联的第三阀；以及

致动器，该致动器可操作地连接到所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀上，用于控制流过所述第一旁路、所述第二旁路和所述第三旁路的气态流体的流动。

16.如权利要求15所述的控制阀布置，进一步包括容纳所述致动器、所述第一阀和所述第二阀的单个壳体，其中，所述第三阀位于所述壳体外部的单独位置，但可操作地连接到所述致动器并由所述致动器控制。

17.如权利要求16所述的控制阀布置，其中，所述第一流体冷却器、所述第二流体冷却器和所述第三流体冷却器各自是选自下组的一个，该组包括：增压空气冷却器、排气再循环冷却器、单个所述气态流体的冷却器、单个增压空气冷却器、多个气态流体冷却器、多个增压空气冷却器或者它们的预定组合。

18.如权利要求16所述的控制阀组件，其中，所述第一旁路和所述第一流体冷却器连接成用以形成来自所述单壳体的第一出口，并且所述第二旁路与所述第二流体冷却器连接成用以形成来自所述单壳体的第二出口。

19.如权利要求18所述的控制阀组件，其中，所述第一出口和所述第二出口在所述致动器壳体中结合以形成来自所述致动器壳体的主出口。

20.如权利要求15所述的控制阀组件，其中，所述第一旁路是高压冷却器旁路，所述第二旁路是增压空气冷却器旁路并且所述第三旁路是低压冷却器旁路。

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