CN101652558B - 发动机用egr装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的为提供一种作为不需要EGR冷却器等的冷却结构的发动机用EGR装置。进而，其课题为提供一种发动机用EGR装置为了与近年的排气限制相对应，在运转区域的整个区域内使在排气气体中包含的NOX降低。本发明提供一种发动机用EGR装置(30)，其中，具备：连通发动机(1)的排气歧管(4)与吸气歧管(3)的EGR管(14)、控制上述EGR管(14)的通路面积的EGR阀(9)、控制上述EGR阀(9)的ECU(6)，设有将上述EGR阀(9)旁通的旁通通路(24)，并且在上述旁通通路(24)设有节流阀(25)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于发动机的EGR装置。更详细地是涉及一种将上述EGR装置所具备的EGR控制阀旁通的构成技术。
背景技术
原来，广泛公知的是使排气气体的一部分从发动机的排气系统向吸气系统回流的EGR(废气再循环)装置，其目的为使包含在排气气体中的二氧化氮(NOX)的产生量降低。另外，公知的是在该EGR装置中，具备用于调节其EGR气体回流量的EGR阀的发动机用EGR装置的技术。
另一方面，广泛公知的是如果发动机负载增大则一般排气气体(EGR气体)的温度升高，因此为了使在高负载区域的高温的EGR气体回流，在该EGR阀附近具备EGR冷却器的EGR装置，通过将该EGR冷却器旁通并防止EGR冷却器的异常的压力上升，从而预防EGR冷却器的损伤，提高EGR装置的安全性的技术也被公知。
例如，在日本特开2004-346918号公报中公开了下述的技术，在具备EGR阀和控制机构的发动机用EGR装置中，其中上述控制机构是根据运转状况检测机构的检测值在预先设定的EGR领域中开关控制上述EGR阀，从上述EGR冷却器到EGR气体上游侧和EGR气体下游侧的EGR管之间，或者从上述EGR冷却器到EGR气体上游侧的上述EGR管和发动机吸气系统之间，连接将上述EGR冷却器旁通的旁通通路，在该旁通通路和EGR气体上游侧的上述EGR管的分支部安装切换阀，并且在该切换阀的EGR气体上游侧安装压力计，在上述EGR冷却器的制冷剂导出口安装温度计，上述控制机构在上述压力计和上述温度计中的任意一个的检测值达到预先设定的设定值时，开关控制上述切换阀，使EGR气体向旁通通路旁通。
发明内容
发明要解决的技术问题
根据在上述的专利文献中公开的结构，由于发动机的异常燃烧等EGR气体温度上升，或经过长期地使用，EGR冷却器由于煤烟而引起堵塞相对于EGR气体的背压上升时，因为能够使EGR冷却器旁通并且使EGR气体废气再循环到吸气系统，所以可能预防EGR冷却器的损伤，提高EGR装置的安全性。
然而，由于对柴油机发动机的NOX的降低起到很大作用的EGR冷却器为消耗品，因此一旦过了某种程度的使用期限则需要维护和更换，另外，有必要另行设置EGR冷却器用的冷却水导入配管或者冷却空气导入通路，从而使成本增加。而且，由于在该EGR冷却器引起堵塞时不经由EGR冷却器，因此高温的EGR气体导入到吸气系统并且燃烧温度变高而对NOX的降低起到的作用变小，在这方面是不利的。
本发明是鉴于上述技术问题而进行的发明，其目的为提供一种不需要EGR冷却器等的冷却结构的发动机用EGR装置。
更进一步提供一种为了与近年的排气限制相对应，在运转区域的整个区域内使排气气体中包含的NOX降低的发动机用EGR装置。
解决课题的手段
本发明提供一种发动机用EGR装置，其中，具备：连通发动机的排气通路与吸气通路的EGR通路、控制上述EGR通路的通路面积的EGR控制阀、控制上述EGR控制阀的控制机构，设有将上述EGR控制阀旁通的旁通通路，并且在上述旁通通路设有节流阀。
进而，在上述发动机用EGR装置中，优选设有检测发动机的排气气体温度的检测机构，该检测机构与上述控制机构连接，该控制机构相应于上述检测机构所检测出的排气气体温度控制上述EGR控制阀并变更通路面积，并且上述排气气体温度处于预先设定的设定值以上的情况时，控制上述EGR控制阀，使其全关闭。
另外，在上述发动机用EGR装置中，优选在上述旁通通路内设有上述节流阀，并且上述节流阀为固定节流阀。
另外，在上述发动机用EGR装置中，优选在上述旁通通路内设有上述节流阀，并且在上述节流阀设有调节该节流阀的节流量的机构。
另外，在上述发动机用EGR装置中，优选将上述旁通通路设置在构成上述EGR控制阀的结构内。
进而，优选在构成上述EGR控制阀的结构内的节流阀设有调节该节流阀的节流量的机构。
发明的效果
根据本发明的发动机用EGR装置，能够通过旁通耐热性低的EGR阀在发动机的运转区域的整个区域内导入EGR气体。另外，能够增加EGR气体的量，或者减小EGR阀。另外，通过设置能够确保高负载区域的NOX的降低所必要的最低限的EGR气体的节流阀，在排气气体变为高温的高负载区域内也可以不经由EGR阀而导入EGR气体，所以在EGR阀具备的电磁驱动设备的寿命变长，EGR阀整体的寿命延长。
进而，能够设定在EGR控制阀内流动的EGR气体的最高温度。而且由于气体的热传导率低，因此如果将上述EGR控制阀全关闭，则向该EGR控制阀传递热变得困难。因此，由于变得没有必要考虑EGR控制阀的耐热性，所以变得不需要EGR冷却器或特殊的耐热结构。
进而，通过在EGR通路(或者构成EGR通路的配管)内构成旁通，能够在与传统同样的吸排气系统安装EGR装置。
进而，能够通过调节节流阀的开度，使发动机用EGR装置具有相对于发动机的规格(机型、尺寸等)的通用性。
进而，通过在构成EGR控制阀的结构内构成旁通，即使在原有的EGR装置中，仅通过更换EGR控制阀，就不需要传统的在EGR控制阀上游设置的EGR冷却器或者EGR控制阀自身的特殊的耐热规格。
进而，能够通过调节节流阀的开度，使发动机用EGR装置具有相对于发动机的规格(机型、尺寸等)的通用性。另外，能够通过在构成EGR控制阀的结构内设置调节节流量的机构，将由EGR通路以及EGR控制阀等构成的EGR装置作为EGR单元进行统一。
附图说明
【图1】是表示有关本发明的一实施例的发动机的吸排气系统的模式图。
【图2】是将发动机转矩和转速作为两轴的图，映像图(a)和(b)是分别表示与排气温度的关系和与EGR阀开度的关系的图。
【图3】是表示有关本发明的第二实施例的发动机的EGR装置的结构的俯视局部剖面图。
【图4】是有关本发明的第三实施例的EGR阀的放大图，图(a)是俯视剖面图，图(b)是图4(a)的A-A’线剖面图。
符号的说明
1 发动机
6 ECU(电子控制单元)
9 EGR阀(EGR控制阀)
23 排气温度传感器(排气气体温度检测机构)
24 旁通通路
25 节流阀
30 EGR装置
具体实施方式
以下，对具备有关本发明的发动机用EGR装置的发动机的实施方式，参照附图进行说明。
首先，参照图1对有关本发明的第一实施方式的发动机1的吸排气系统进行说明。
被吸入到发动机1中的空气，被成为空气的引进口的空气过滤器2吸引，从该空气过滤器2经由吸气管3a送入所连接的吸气歧管3。然后，该吸气歧管3与发动机1内的汽缸盖的吸气口连接，空气被吸入到汽缸内。
另外，在上述吸气管3a内设有调节吸气流量的吸气节流阀8。该吸气节流阀8为通过在其内部具备的马达等的执行机构(未图示)变更其开度的蝶阀，该执行机构与作为后述的控制机构的ECU6连接，由来自该ECU6的控制信号进行开关控制。
此外，关于该吸气节流阀8的结构不仅局限于本实施方式，只要是能够由ECU6的电信号控制开关工作的结构都可以应用。
在汽缸内，与燃料喷射装置所供给的燃料适当混合而燃烧之后的排气气体，通过在作为汽缸的排出口的汽缸盖具备的排气口被送到排气歧管4。在该排气歧管4的下游侧安装用于将排气气体排出到大气中的排气过滤器5，在排气过滤器5的下游侧连接有消音器(未图示)。
在该排气过滤器5的内部从排气上游侧依次内置有排气加热器11、氧化催化剂12、煤烟过滤器13。该排气加热器11通过热继电器15与电池7连接，该热继电器15与后述的ECU6连接，由来自该ECU6的控制信号进行开/关通电控制。该排气加热器11通过使排气气体的温度上升，起到使在其下游侧配置的氧化催化剂12以及煤烟过滤器13的作用增强的作用。
另外，在排气过滤器5和排气歧管4的连接部附近设有作为排气气体温度的检测机构的排气温度传感器23。该排气温度传感器23与后述的ECU6连接，向该ECU6输出检测值。
接着，对在发动机1装备的EGR装置30进行说明。
该EGR装置30由EGR管14、EGR阀9等构成。
在上述排气歧管4的适当部位设有EGR气体取出口20，EGR管14的一端与该EGR气体取出口20连接。而且，该EGR管14的另一端与吸气歧管3连接。这样形成将排气气体的一部分作为EGR气体回流到吸气的EGR通路。
另外，在该EGR管14的中途部安装有用于调节EGR气体的流量的EGR阀9。该EGR阀9，如图3所示，由在阀壳9f内决定其开度的两个控制阀9a、9a、贯通该控制阀9a、9a而固定设置的杆9b、和执行机构9c等构成，该执行机构9c由与该杆9b的一端连接并在阀壳9f外配置的马达等构成。该执行机构9c，其构成为与后述的ECU6连接，根据来自ECU6的控制信号运转该执行机构9c，使杆9b往复运动，开关在该杆9b上固定并与之联动的控制阀9a、9a。
根据这样构成的EGR阀9的开度，决定上述EGR管14的通路面积，决定在EGR装置30中回流的EGR气体的回流量。
此外，关于EGR阀9的结构不仅局限于本实施方式，只要是能够由来自ECU6的电信号控制开关工作的结构都可以应用。
另外，在发动机1附近的适当部位配置有作为用于控制发动机1的运转的控制机构的ECU(电子控制单元)6。ECU6包含未图示的CPU、ROM、RAM、A/D变换器以及输入输出接口等而构成。
该ECU6进行以下的开关控制，控制在上述吸气节流阀8具备的执行机构的工作并调节该吸气节流阀8的开度的开关控制和控制在上述EGR阀9具备的执行机构9c的工作并调节该EGR阀9的开度的开关控制，从而调节发动机1的EGR率。
此外，在ECU6适当连接有检测发动机1的转速的转速传感器，调整燃料喷射量的齿条执行机构，辅助发动机1的起动的起动马达，或其他的传感器、执行机构类，该ECU6对它们进行控制使发动机1的运转成为最合适的状态。
上述EGR阀9具备的电磁设备(执行机构等)一般对耐热性具有界限，为了保护EGR阀9，EGR冷却器或特殊的耐热结构等是必需的，这就涉及到了成本的提高。特别是在搭载EGR冷却器的发动机中，在追加其冷却用配管的成本和尺寸的方面存在技术问题。
因此，在本实施方式中，形成旁通通路24，该旁通通路从传统的EGR装置30的EGR管14内的EGR阀9上游侧连通至吸气歧管3，即，将EGR阀9旁通。进而，在该旁通通路24内设置节流阀25，根据该节流阀25的阻力(开度)在通过上述EGR阀9的EGR气体的量少时(或者全关闭时)，为EGR气体容易通过旁通通路24。相反，在EGR阀9的开度大时EGR气体难于通过旁通通路24。
具体地，为了通过该旁通通路24能够确保在排气气体温度变高的高负载区域的发动机1的运转所必要最低限的EGR气体而决定并设置该节流阀25的直径。
在此，使用将图2(a)以及图2(b)中表示的发动机1的输出转矩和转速作为两轴的映像图，对与排气气体温度的功能特性以及该功能特性对应的本实施方式的EGR阀9的开度有关的开关控制的一例进行说明。
图2(a)中的等高线表示发动机1的排气温度的等温线，可看出越是高负载、高旋转，即在图中越向右上方排气温度越高。
接着，图2(b)为用于确保与排气限制对应的EGR量的EGR阀9控制的一例，等高线表示EGR阀的开度。而且，根据该映像图，与通过上述排气温度传感器23检测出的排气气体温度、以及通过发动机1的转速传感器检测出的转速，或者发动机1的输出转矩来决定EGR阀9的开度，并且为了使NOX的产生量等不超过排气气体限制值而进行控制。
上述的图2(a)以及图2(b)的映像图预先存储在上述ECU6中，ECU6接收来自排气温度传感器23的排气气体温度的输入、以及来自转速传感器的发动机1的转速的输入，参照在图2(a)中表示的映像图，决定与排气温度对应的等温线，参照在图2(b)中表示的映像图，在等温线上决定与转速对应的EGR阀9的开度。
即，在排气温度超过构成EGR阀9的电磁设备等的耐热界限温度(预先存储在ECU6中)的情况下，或者在排气温度某种程度地变高，并且转速低的情况下，控制EGR阀9使其全关闭，仅从旁通通路24回流EGR气体，另一方面，在排气温度处于耐热界限温度以下时，为了能够适当抑制NOX的产生量，而调节EGR阀9的开度。
在本实施方式中，虽然为了在低转速高输出时，也充分地发挥发动机1的性能，而从排气气体温度以及转速的这两个侧面控制EGR阀9的开度，但是也可以从排气气体温度的这一个侧面控制EGR阀9的开度，此外，当然也可以根据发动机的性能匹配等进行变更。
如上所述，因为发动机用EGR装置30，具备将发动机1的排气歧管4与吸气歧管3连通的EGR管14、控制上述EGR管14的通路面积的EGR阀9、控制上述EGR阀9的ECU6，在该发动机用EGR装置30设置将上述EGR阀9旁通的旁通通路24，并且在上述旁通通路24设置节流阀25，所以能够通过旁通耐热性低的EGR阀9将EGR气体导入到发动机1的运转区域的整个区域内。另外能够增加EGR气体的量，或减小EGR阀9。另外，通过设置能够确保高负载区域的NOX降低所必要的最低限的EGR气体的节流阀25，即使在排气气体变为高温的高负载区域中也能够不经由EGR阀9而导入EGR气体，所以EGR阀9所具备的电磁驱动设备的寿命变长，EGR阀9整体的寿命延长。
进而，因为构成为设置检测发动机1的排气气体温度的排气温度传感器23，将上述排气温度传感器23与上述ECU6连接，相应于上述排气温度传感器23所检测出的排气气体的温度控制上述EGR阀9，变更其开度，变更通路面积，并且在上述排气气体温度处于预先设定的设定温度以上的情况时，控制上述EGR阀9使其全关闭，仅从旁通通路24回流EGR气体，所以热传导性低的EGR气体的热难于向EGR阀9传递。即，因为通过设定在EGR阀9中流动的EGR气体的最高温度，可以不必考虑EGR阀9的耐热性，所以不需要EGR冷却器和耐热性结构。
另外，因为上述节流阀25设置在上述旁通通路14内，并且上述节流阀25为固定节流阀，所以通过在EGR通路(配管)内构成旁通以及节流阀，能够在与传统同样的吸排气系统安装EGR装置30。
接着，用图3对与本发明的第二实施方式有关的EGR装置进行说明。
此外，因为关于本实施方式的发动机1的整体结构等与第一实施方式大致相同，所以省略其说明。
在本实施方式中，上述EGR阀9与吸气歧管3连接设置，该EGR阀9的EGR气体的出口直接与吸气歧管3面对地设置。而且，为了从EGR管14的中途部连通到吸气歧管3，设有旁通通路24，在该旁通通路24的吸气歧管3侧设有节流阀25。该旁通通路24与在吸气歧管3的侧壁上设置的节流通路25a连接。该节流通路25a的内径相比于旁通通路24的内径足够小，是为了能够确保在排气气体温度变高的高负载区域的发动机1的运转的所必要的最低限的EGR气体而决定。
另外，在该节流通路25a的中途部配设有由螺栓等构成的成为调节该节流量的机构的调节器26。通过调节该调节器26的节流状态，能够调节该节流通路25a的通路面积。换言之，能够调节在上述EGR阀9全关闭时的EGR气体的回流量。
如上所述，因为在上述旁通通路24内设置节流通路25a，并且在上述节流通路25a设置调节器26，所以能够通过调节节流通路25a的开度具有相对于发动机的规格(机种、尺寸等)的通用性。
接着，用图4对与本发明的第三实施方式有关的EGR阀9进行说明。
此外，因为关于本实施方式的发动机1的整体结构等与第一实施方式大致相同，所以省略其说明。
EGR阀9如上所述，由控制阀9a、9a、杆9b、执行机构9c、阀壳9f等构成，将组装它们的状态作为EGR阀结构。在图4中为EGR气体从左侧向右侧流动的结构。在该EGR阀9的阀体9f的一侧开口的EGR气体的入口9d和在另一侧开口的EGR气体的出口9e之间的阀壳9f内穿设有将两者连通的旁通通路24，并在该旁通通路24内设有节流阀25，进而配设有调节该节流阀25的通路面积的调节器26。换言之，在EGR阀9内设有连通EGR管14和吸气歧管3的旁通通路24。
在此，由于在该旁通通路24高温的EGR气体通过，因此最好是以EGR气体不直接接触到在上述EGR阀9具备的执行机构9c和控制阀9a、9a的方式选择旁通通路24的穿设位置。
如上所述，因为在构成上述EGR阀9的结构内设置上述旁通通路24，所以即使在原有的EGR装置中，通过更换EGR阀，也不需要传统的在EGR阀上游设置的EGR冷却器或者EGR阀自身的特殊的耐热规格。
另外，通过在上述EGR阀9的结构内的节流阀25设置调节器26，EGR装置30能够通过调节节流阀25的开度具有相对于发动机的规格的通用性。进而，能够通过在构成EGR阀9的结构内设置调节节流量的机构，将EGR装置30作为EGR单元进行统一。
产业上应用的可能性
本发明的发动机用EGR装置可能广泛地适用于在发动机中使用的EGR装置，特别是可以适应于将在EGR装置具备的EGR控制阀旁通的构成技术。
Claims (4)
1.一种发动机用EGR装置，其中，具备：连通发动机(1)的排气通路(4)与吸气通路(3)的EGR通路(14)、控制该EGR通路(14)的通路面积的EGR控制阀(9)、控制该EGR控制阀(9)的控制机构(6)、与该控制机构(6)连接，检测发动机(1)的排气气体温度的排气气体温度检测机构(23)，通过对上述EGR控制阀(9)进行开闭控制，决定经上述EGR通路(14)向吸气通路(3)回流的排气气体的回流量，其特征在于，
在上述EGR通路(14)的EGR控制阀(9)的上游侧，设有将EGR控制阀(9)旁通，并与吸气通路(3)连通的旁通通路(24)，并且在上述旁通通路(24)设有固定节流阀(25)，
相应于上述排气气体温度检测机构(23)所检测出的排气气体温度控制EGR控制阀(9)并变更通路面积，并且上述排气气体温度处于预先设定的设定值以上的情况时，控制上述EGR控制阀(9)，使其全关闭，排气气体经上述旁通通路(24)的固定节流阀(25)向吸气通路(3)回流。
2.一种发动机用EGR装置，其中，具备：连通发动机(1)的排气通路(4)与吸气通路(3)的EGR通路(14)、控制该EGR通路(14)的通路面积的EGR控制阀(9)、控制该EGR控制阀(9)的控制机构(6)、与该控制机构(6)连接，检测发动机(1)的排气气体温度的排气气体温度检测机构(23)，通过对上述EGR控制阀(9)进行开闭控制，决定经上述EGR通路(14)向吸气通路(3)回流的排气气体的回流量，其特征在于，
在上述EGR通路(14)的EGR控制阀(9)的上游侧，设有将EGR控制阀(9)旁通，并与吸气通路(3)连通的旁通通路(24)，并且在上述旁通通路(24)设有具备调节机构(26)的节流阀(25)，
相应于上述排气气体温度检测机构(23)所检测出的排气气体温度控制EGR控制阀(9)并变更通路面积，并且上述排气气体温度处于预先设定的设定值以上的情况时，控制上述EGR控制阀(9)，使其全关闭，排气气体经上述旁通通路(24)的具备调节机构(26)的节流阀(25)向吸气通路(3)回流。
3.一种发动机用EGR装置，其中，具备：连通发动机(1)的排气通路(4)与吸气通路(3)的EGR通路(14)、控制该EGR通路(14)的通路面积的EGR控制阀(9)、控制该EGR控制阀(9)的控制机构(6)、与该控制机构(6)连接，检测发动机(1)的排气气体温度的排气气体温度检测机构(23)，通过对上述EGR控制阀(9)进行开闭控制，决定经上述EGR通路(14)向吸气通路(3)回流的排气气体的回流量，其特征在于，
上述EGR控制阀(9)由阀壳(9f)、两个控制阀(9a、9a)、杆(9b)、执行机构(9c)构成，并且，通过在上述阀壳(9f)的一侧开口有排气气体入口(9d)，在另一侧开口有排气气体出口(9e)，在上述阀壳(9f)内配置被固定在因执行机构(9c)而往复运动的杆(9b)上并进行开闭的两个控制阀(9a、9a)而构成，
在上述EGR通路(14)的EGR控制阀(9)的上游侧，设有将EGR控制阀(9)旁通，并与吸气通路(3)连通的旁通通路(24)，并且在上述旁通通路(24)设有具备调节机构(26)的节流阀(25)，
相应于上述排气气体温度检测机构(23)所检测出的排气气体温度控制EGR控制阀(9)并变更通路面积，并且上述排气气体温度处于预先设定的设定值以上的情况时，进行控制，以便将上述两个控制阀(9a、9a)关闭，使上述EGR控制阀(9)全关闭，排气气体经上述旁通通路(24)的具备调节机构(26)的节流阀(25)向吸气通路(3)回流。
4.一种发动机用EGR装置，其中，具备：连通发动机(1)的排气通路(4)与吸气通路(3)的EGR通路(14)、控制该EGR通路(14)的通路面积的EGR控制阀(9)、控制该EGR控制阀(9)的控制机构(6)、与该控制机构(6)连接，检测发动机(1)的排气气体温度的排气气体温度检测机构(23)，通过对上述EGR控制阀(9)进行开闭控制，决定经上述EGR通路(14)向吸气通路(3)回流的排气气体的回流量，其特征在于，
上述EGR控制阀(9)由阀壳(9f)、两个控制阀(9a、9a)、杆(9b)、执行机构(9c)构成，并且，通过在上述阀壳(9f)的一侧开口有排气气体入口(9d)，在另一侧开口有排气气体出口(9e)，在上述阀壳(9f)内配置被固定在因执行机构(9c)而往复运动的杆(9b)上并进行开闭的两个控制阀(9a、9a)而构成，
在上述EGR控制阀(9)的阀壳(9f)内，设有将排气气体入口(9d)和排气气体出口(9e)连通，并将两个控制阀(9a、9a)旁通的旁通通路(24)，并且在上述旁通通路(24)设有具备调节机构(26)的节流阀(25)，
相应于上述排气气体温度检测机构(23)所检测出的排气气体温度控制EGR控制阀(9)并变更通路面积，并且上述排气气体温度处于预先设定的设定值以上的情况时，进行控制，以便将上述两个控制阀(9a、9a)关闭，使上述EGR控制阀(9)全关闭，排气气体经上述旁通通路(24)的具备调节机构(26)的节流阀(25)向吸气通路(3)回流。
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