CN102734001A

CN102734001A - 废气再循环阀

Info

Publication number: CN102734001A
Application number: CN2012100889064A
Authority: CN
Inventors: 佐野亮; 丹羽雄祐; 山中哲尔; 岛田广树
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5304825B2; DE102012204087A1; CN102734001B; US8899215B2; JP2012207562A; US20120247440A1

Abstract

一种废气再循环阀(1)，该EGR阀包括阀体(3)、外金属环(4)、内树脂环(5)、蝶阀(6)和密封环(8)。阀体(3)由铝组成，其中包括气体通道(2)。气体通道(2)是EGR通道的一部分，通过EGR通道EGR气体从排气通道返回到发动机的进气通道。外金属环(4)具有圆柱形的形状，固定并设置到气体通道(2)的内壁上。内环(5)具有圆柱形的形状，并且设置到外环(4)的内周壁上。蝶阀(6)开启或关闭内环(5)的内部，并且包括在蝶阀(6)的外周边缘处的密封装配凹槽(7)。密封环(8)装配到凹槽(7)中，并且在蝶阀(6)关闭内环(5)的内部时密封在蝶阀(6)和内环(5)之间的间隙。

Description

废气再循环阀

技术领域

本发明涉及一种废气再循环(EGR)阀，其调节返回发动机(因为燃料燃烧产生动力的内燃机)的进气侧的EGR气体(废气的一部分)的量。

背景技术

设置在车辆中的发动机包括用于将EGR气体返回到它的进气侧的废气再循环系统(EGR系统)。EGR系统包括：EGR通道，用于将EGR气体从发动机的排气通道导入到进气通道；EGR阀，通过其开度的调整调节返回进气侧的EGR通道中的EGR气体的量；发动机控制单元(ECU)，执行EGR阀的开度的控制(具体地，控制在EGR阀中设置的电动致动器的通电)。

传统技术的EGR阀的主要特征将参照图4描述。在EGR阀101中，蝶阀106(通常具有盘形的阀元件)相对于轴110倾斜地设置，防止阀关闭时泄漏的密封环108设置在蝶阀106的外周边缘。气体通道102内处于其中EGR气体流动的苛刻环境，由此产生强酸性的冷凝水。为此，密封环108由金属例如耐酸性优异的不锈钢制成。

如果与密封环108接触的构件是铝(阀体10由铝制成)，则与密封环108接触的阀体103的位置会立即腐蚀并磨损。因此，在先前给出的EGR阀101中，由不锈钢制成的孔环(圆柱形喷嘴)9设置在与密封环108接触的区域，以在与密封环108滑动接触的区域中限制腐蚀和磨损(例如参见JP-A-2007-285311)。

如此，在传统的EGR阀101中，每当蝶阀106开启或关闭时，由不锈钢制成的密封环108和由不锈钢制成的孔环109彼此摩擦。然而，尽管在不锈钢彼此之间的摩擦限制了它们的磨损比不锈钢和铝之间的摩擦差，但是在耐磨性方面两个不锈钢不是一种优异的组合。

因此，在先前给出的EGR阀101中，其中由不锈钢制成的密封环108和由不锈钢制成的孔环109彼此摩擦，要关注的是由于长期使用会导致磨损，EGR气体可能从已磨损的区域泄漏。如果在EGR阀101关闭时EGR气体从磨损的区域泄漏，则不能保证特定量的新鲜空气(ECU所需要的空气量)。因此，要关注例如发动机输出降低或者发动机故障的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种高可靠度的EGR阀，其可以在相当长的时间内限制滑动件的磨损。

为了实现本发明的目的，提供了一种用于发动机的废气再循环(EGR)阀，包括阀体、外金属环、内树脂环、蝶阀和密封环。阀体由铝制成，并且其中包括气体通道。该气体通道是EGR通道的一部分，通过EGR通道EGR气体从排气通道返回到发动机的进气通道。外金属环为圆柱形，固定并设置在气体通道的内壁上。内树脂环为圆柱形，并被设置在外金属环的内周壁上。蝶阀构造成开启或关闭内树脂环的内部，并且包括在蝶阀的外周边缘处的密封装配凹槽。密封环装配到密封装配凹槽中，并且当蝶阀关闭内树脂环内时密封蝶阀和内树脂环之间的间隙。

附图说明

根据随后参考附图作出的详细说明，本发明上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1A是示出根据第一实施例的EGR阀的剖面图；

图1B是示出根据第一实施例的EGR阀的主要特征的放大视图；

图2是示出根据第一实施例的孔环(bore ring)的剖面图；

图3A是示出根据第二实施例的EGR阀的剖面图；

图3B是示出根据第二实施例的EGR阀的主要特征的放大视图；和

图4是示出先前给出的EGR阀的剖面图。

具体实施方式

EGR阀1包括阀体3、外金属环4、内树脂环5、蝶阀6和金属密封环8。阀体3由铝(包括铝合金)制成，并且其中包括气体通道2。EGR气体流过气体通道2。外金属环4为圆柱形，并且固定并设置在气体通道2的内壁上。内树脂环5为圆柱形，并且设置在外金属环4的内周壁上。蝶阀6开启或关闭内树脂环5的内部，并包括在蝶阀6的外周边缘的密封装配凹槽7。密封环8装配到密封装配凹槽7中，当蝶阀6关闭内树脂环5的内部时密封蝶阀6和内树脂环5之间的间隙。

接下来将参考附图对具体的实施例(实施方式)进行描述。下文中的实施方式公开了具体的实施例，并且本发明显然并不限制在这些实施方式中。在下面的实施方式中，相同的标号表示相同功能的物体。

(第一实施例)

将参考图1A至2描述第一具体实施例。EGR系统是这样一种众所周知的技术，即用于通过将从发动机排出的废气的一部分作为EGR气体返回到发动机的进气侧，将不燃烧的EGR气体混合到进入空气的一部分中。EGR系统包括：EGR通道，用于使流过排气通道的一部分废气返回到进气通道中；EGR阀1，用于通过调整阀门开度调节该EGR通道中的气体的量。EGR阀1的开度由ECU根据车辆的行驶状态控制。

EGR阀1可以是设置在高压EGR系统中的高压EGR阀，其使EGR气体沿着进气流动方向返回到进气通道中的节流阀(节气门)的下游侧。EGR阀1也可以是设置在低压EGR系统中的低压EGR阀，其使EGR气体沿着进气流动方向(例如，在具有涡轮增压器的车辆的情况下，沿着进气流动方向在压缩机的上游侧)返回到进气通道中的节流阀的上游侧。

将参照图1A和1B描述EGR阀1的具体示例。接下来用基于图1A和1B的上、下、右和左侧描述EGR阀1。然而，这些上、下、右和左侧是用于解释实施例的方向，EGR阀1的配置不受这些方向的限制。EGR阀1包括：阀体3，其具有气体通道2，在阀体3中作为EGR通道的一部分；孔环9，固定并设置在气体通道2的内壁上；蝶阀6，开启或关闭孔环9的内部；轴10，相对于阀体3可旋转地支撑蝶阀6；电动致动器11，其沿阀开启方向将驱动力施加到轴10。

阀体3由铝制成，EGR气体流过的气体通道2形成在阀体3内。

孔环9包括大体呈圆柱形且由金属制成的外金属环4和呈圆柱形且由树脂制成的内树脂环5，内树脂环5压配合并且固定到外金属环4中。通过围绕气体通道2的内壁压配合并固定外金属环4的外周壁表面，由″外金属环4和内树脂环5″组成的孔环9固定并设置在阀体3内。

将描述外金属环4的具体示例。外金属环4是例如由不锈钢制成的圆柱体。外金属环4的上部外径的尺寸略微小于气体通道2的内壁的压配合直径的尺寸。因此，当外金属环4压配合到气体通道2中时，在外金属环4的上侧和气体通道2的内壁之间形成有小间隙。

呈圆柱形的压配合壁13形成在阀体3的气体通道2上，孔环9通过压配合壁13压配合。外金属环4的下部外径的尺寸略微大于压配合壁13的压配合直径的尺寸。因此，当外金属环4压配合到气体通道2中时，外金属环4的下侧围绕压配合壁13压配合。所以，在阀体3中孔环9的压配合长度通过外金属环4的下部沿其轴向的长度设定。

孔环9从气体通道2的下侧(EGR气体流动方向的上游侧)向上压配合。与孔环9的上端部接触以定位孔环9的阀体突起14形成在压配合壁13的上端部处。阀体突起14为环状的径向向气体通道2的内部突出的突起，并且除了用于定位孔环9的突起的作用之外，还具有防止内树脂环5向上运动的作用。具体地，阀体突起14的内径的尺寸比内树脂环5的内径的尺寸大，并且等于或者小于内树脂环5的外径的尺寸。

内树脂环5从外金属环4的上侧向下侧压配合。与压配合的内树脂环5的下端部接触以定位内树脂环5的金属环突起15形成在外金属环4的下端部处。该金属环突起15是径向向内凸出的环状突起，并且具有防止内树脂环5向下运动的作用以及定位内树脂环5的突起的作用。具体地，金属环突起15的内径的尺寸比内树脂环5的内径的尺寸大，并且等于或小于内树脂环5的外径的尺寸。这样，内树脂环5夹持在阀体3设置的阀体突起14和外金属环4设置的金属环突起15之间，并且孔环9压配合在气体通道2中。

将描述内树脂环5的具体的示例。该内树脂环5如上所述，是压配合并固定在外金属环4的内周壁上的圆柱体，由具有良好的耐热性、耐腐蚀性等的硬树脂(例如，非热塑性聚酰亚胺树脂)构成。

内树脂环5的外周表面通过切割和抛光(研磨)加工精修成具有恒定直径(略微大于被压配合的外金属环4的内周壁的外径尺寸)的光滑表面。内树脂环5的外周表面通过外金属环4的内周壁压配合，以使得内树脂环5固定到外金属环4。因此，外金属环4和内树脂环5沿着它们整个周界彼此紧密地附着，从而可靠地防止EGR气体泄漏。另一方面，在被压配合到外金属环4中后，内树脂环5的内周面通过切割和抛光加工精修成具有恒定直径(略微小于密封环8的自由长度的外径尺寸，这将在下文中更加详细地描述)的光滑表面。

蝶阀6设置在孔环9中，并用于通过孔环9内部的开口控制调整返回到进气通道的EGR气体的量。该蝶阀6通常为盘状，由具有良好的耐热性、耐腐蚀性的构件(例如不锈钢)制成。蝶阀6通过结合技术例如焊接固定到轴10的左端，并且通过轴10悬臂式支撑。

密封环8设置在蝶阀6的外周边缘上，用于在阀6完全关闭时密封蝶阀6和孔环9的内周壁(具体地，内树脂环5的内周壁)之间的间隙。密封环8沿着其整个周界装配到形成在蝶阀6的外周边缘上的密封装配凹槽7中。通过提供由金属材料例如不锈钢形成的配线材料(wiring material)获得密封环8，并且呈环形的密封环8在剖面图中具有四边形的形状。密封环8在其圆周方向的一点处设置有用于补偿在内树脂环5的内径和密封环8的自由长度的外径之间的差的闭合缺口(沿轴向的分隔)。密封环8可以是没有闭合缺口的构件。例如，密封环8通过不锈丝网制成的环构件形成。

轴10悬臂式支撑蝶阀6，并且通过两个在轴向彼此远离的轴承16(例如金属衬套和球轴承)可旋转地支撑。轴10是由具有良好的耐热性、耐腐蚀性的构件(例如不锈钢)制成的大体圆柱形杆。蝶阀6设置为相对于轴10的轴线倾斜。

用于防止EGR气体泄漏到电动致动器11的内部(容纳齿轮和电机等的空间)的密封构件17(例如唇形密封件)设置在轴10和阀体3之间。通过其发动机冷却剂循环的冷却剂回路18设置在阀体3的内部，回路18形成为限制EGR气体向电动致动器11的传热。

电动致动器11设置在阀体3的右部，用于通过轴10旋转蝶阀6。致动装置11包括：电动机(例如，众所周知的根据通电量产生旋转扭矩的直流电机)，当电机通电时产生旋转动力；减速装置20(例如通过齿轮组合获得的齿轮型减速器)，将该电机的旋转扭矩放大并将该扭矩传递给轴10；复位弹簧21，提供力用于使蝶阀6返回到其相对于轴10完全关闭的一侧；和旋转角度传感器22，从轴10的角度检测蝶阀6的开度(例如磁性旋转角度传感器，以非接触的方式检测轴10的角度)。在图1A中标号23指示紧固到阀体3的右部的盖，用于容纳电动致动器11。

通过ECU通电控制电机，蝶阀6的开度由轴10控制，从而调节返回发动机的EGR气体的量。特别地，ECU为众所周知的具有微型计算机的电子控制单元。ECU执行电机的通电控制，以使得通过旋转角度传感器22检测的蝶阀6(轴10)实际的开度达到根据车辆行驶状态计算的目标开度。

将要描述第一实施例的第一效果。本实施例的EGR阀1中，如上所述，孔环9由双层结构″外金属环4和内树脂环5″组成。孔环9通过外金属环4固定到阀体3，内树脂环5用于在密封环8上滑动接触孔环9。因此，由不锈钢制成的密封环8在由树脂制成的内树脂环5上滑动，从而可以限制密封环8和孔环9之间的滑动部分的磨损。因此，即使EGR阀1长期使用，产生的磨损也可以被限制，从而能改善EGR阀1的可靠性。

另外，内树脂环5的磨损的起因可以特别地限制在由不锈钢制成的密封环8和由树脂制成的内树脂环5之间的滑动部分，例如，因为在环8、5由相同类型的金属材料(不锈钢-不锈钢)制成的情况下，两种环彼此粘结从而促进磨损，然而在不同材料(树脂-金属)的情况下，这种情形不会产生；树脂比金属柔软得多，因此环5减轻了由密封环8作用在环5上的压力产生的冲击；并且树脂的摩擦系数小。

将要描述第一实施例的第二效果。在本实施例的EGR阀1中，如上所述，内树脂环5压配合并固定在外金属环4的内周表面。因此，内树脂环5与外金属环4分别形成。从而，尽管树脂材料难以喷射模塑外金属环4的内部，但是该树脂材料可以被用作内树脂环5.

将要描述第一实施例的第三效果。本实施例的EGR阀1中，如上所述，在将内树脂环5压配合到外金属环4的内周表面之后，内树脂环5的内周面被切割和抛光。因此，可以改善内树脂环5的内径尺寸和圆度的精确度，其中密封环8滑动接触该内树脂环。因此，可以防止由于内树脂环5的精度的减小而引起的阀泄漏。

将要描述第一实施例的第四效果。在本实施例的EGR阀1中，如上所述，配备有内树脂环5的外金属环4通过压配合固定到气体通道2中。因此，外金属环4接受由环4压配合到气体通道2中产生的负载，因此可以通过由压配合产生的负载防止内树脂环5的内径尺寸和圆度的精确度减小。

将要描述第一实施例的第五效果。在本实施例的EGR阀1中，如上所述，由于外金属环4压配合到气体通道2中，所以内树脂环5夹持在阀体3的阀体突起14和外金属环4的金属环突起15之间。这样，内树脂环5定位在阀体突起14和金属环突起15之间，因此内树脂环5可以可靠地保持在其预定的附着位置，即使内树脂环5在外金属环4中的压配合部分由于蠕变(creep)和线性膨胀变小。因此，尽管阀1长时间地使用，也可以排除例如内树脂环5的位置移动和内树脂环5脱离的缺点。

(第二实施例)

接下来将参考图3A和3B描述第二实施例。在下面的实施例中，与第一实施例相同的标号表示功能对应的部件。在第二实施例中，内树脂环5的滑动表面24形成为球面(参见在图3A中的交替的双点划线α)，其中密封环8滑动接触该滑动表面，蝶阀6的旋转中心是球的中心点。该滑动表面24在内树脂环5压配合到外金属环4的内周表面后通过切割和抛光加工形成。滑动表面24精修成具有高精度的光滑表面。球面的内径的特定尺寸(直径尺寸)稍微小于密封环8的自由长度的外径尺寸。球面的内径尺寸设置成使得密封环8在阀6关闭时与滑动表面24沿着其整个周界接触。

将要描述第二实施例的第一效果。如上所述，内树脂环5的滑动表面24形成球面，密封环8滑动地接触滑动表面24，蝶阀6的旋转中心作为球的中心点。因此，当阀6关闭时，尽管蝶阀6的开度有少量的移位，密封环8也沿着其整个周界与内树脂环5接触。因此，可以防止EGR气体的泄漏，并且可改善EGR阀1的可靠性。

将要描述第二实施例的第二效果。另外，内树脂环5的滑动表面24形成球面，密封环8滑动地接触滑动表面24，蝶阀6的旋转中心作为球的中心点。因此，密封环8和内树脂环5之间的滑动区域增加。这样，可以进一步地限制由于密封环8和内树脂环5之间的滑动产生的磨损，并且避免了经过长时间后EGR气体从已磨损的区域泄漏的缺陷。

将描述阀1的工业应用性。在上述的实施例中，显示的是，内树脂环5压配合并固定到外金属环4中。可替换地，内树脂环5可以通过热插入技术(通过加热使外金属环4的直径增加以固定内树脂环5的技术)固定并设置在外金属环4中。或者，通过将内树脂环5注射模制到外金属环4中从而内树脂环5可以形成在外金属环4内。当将内树脂环5注射模制到外金属环4中时，环形凹槽或者凹进和突起可以形成在其中外金属环4和内树脂环5接触的表面上，以延长外金属环4和内树脂环5沿其接触的距离。因此，防止了EGR气体从外金属环4和内树脂环5之间的结合部分泄漏。

总之，根据上述实施例的EGR阀1可以描述如下。

在EGR阀1中，孔环9利用由″外金属环4和内树脂环5″组成的双层结构构造。孔环9通过外金属环4固定到阀体3，并且内树脂环5用于环9与密封环8的滑动接触。因此，密封环8在由树脂制成的内树脂环5上滑动，从而限制了滑动件的磨损。因此，即使EGR阀1长期使用，产生的磨损也可以被限制，从而能够改善EGR阀1的可靠性。

内树脂环5通过压配合固定到外金属环4的内周表面。因为内树脂环5与外金属环4分别形成，所以可以在形成内树脂环5时改善灵活性。这样，尽管树脂材料难以喷射以在外金属环4内模塑，但是该树脂材料可以形成在内树脂环5中。因此，尽管只有有限种类的树脂材料适合于EGR阀1，该内树脂环5也可以由有限种类的树脂材料制造。

在内树脂环5沿外金属环4的内周表面压配合之后，内树脂环5的内周表面被切割和抛光。因此，可以改善内树脂环5的内径尺寸和圆度的精确度，该内树脂环5与密封环8滑动接触。因此，可防止由于精度降低而产生的阀泄露。

设置有内树脂环5的外金属环4通过压配合固定到阀体3的气体通道2中。因此，由于这样的结构，外金属环4接受由环4的压配合产生的负载，因此可以通过由于压配合的负载防止内树脂环5的内径尺寸和圆度的精确度减小。

内树脂环5夹持在阀体3的阀体突起14和外金属环4的金属环突起15之间。这样，内树脂环5位于阀体突起14和金属环突起15之间，因此内树脂环5可以可靠地保持在其预定的附着位置，即使内树脂环5在外金属环4中的压配合区域由于蠕变和线性膨胀变小。因此，尽管阀1长时间地使用，也可以排除例如内树脂环5的位置移动和内树脂环5脱离的缺点。

内树脂环5的滑动表面24形成球面，密封环8滑动地接触该滑动表面，蝶阀6的旋转中心作为球的中心点。因此，当阀6关闭时，尽管蝶阀6的开度有少量的移位，但是密封环8可以沿着其整个周界与内树脂环5(尤其是滑动表面24)接触，从而可以防止EGR气体的泄漏。另外，因为增加了密封圈8和内树脂环5之间的滑动区域，所以由于密封环8和内树脂环5之间的滑动产生的磨损可以进一步地受到限制。

已经参考其实施例描述了本发明，应该理解的是本发明并不限制于实施例和给出的结构。本发明的意图是覆盖多种修改和等同的结构。另外，虽然不同的组合和结构、其他的组合和结构、包括多于、少于或者仅单个元件也都包括在本发明的精神和范围中。

Claims

1.一种用于发动机的废气再循环EGR阀(1)，包括：

由铝制成的阀体(3)，包括气体通道(2)，其中气体通道(2)是EGR通道的一部分，通过EGR通道EGR气体从排气通道返回到发动机的进气通道；

外金属环(4)，具有圆柱形的形状，固定并设置到气体通道(2)的内壁上；

内树脂环(5)，具有圆柱形形状，并且设置在外金属环(4)的内周壁上；

蝶阀(6)，构造为开启或关闭内树脂环(5)的内部，并且包括位于蝶阀(6)的外周边缘处的密封装配凹槽(7)；和

密封环(8)，装配到密封装配凹槽(7)中，并且在蝶阀(6)关闭内树脂环(5)的内部时密封蝶阀(6)和内树脂环(5)之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的EGR阀(1)，其特征在于，内树脂环(5)通过压配合固定到外金属环(4)的内周表面上。

3.根据权利要求2所述的EGR阀(1)，其特征在于，在内树脂环(5)压配合到外金属环(4)的内周表面上之后，内树脂环(5)的内周表面被切割和磨削。

4.根据权利要求3所述的EGR阀(1)，其特征在于，内树脂环(5)压配合到其的外金属环(4)通过压配合固定到阀体(3)的气体通道(2)的内壁。

5.根据权利要求2所述的EGR阀(1)，其特征在于，内树脂环(5)位于阀体(3)的阀体突起(14)和外金属环(4)的金属环突起(15)之间。

6.根据权利要求1所述的EGR阀(1)，其特征在于：

内树脂环(5)包括与密封环(8)滑动接触的滑动表面(24)；和

滑动表面(24)是球的表面，该蝶阀(6)的旋转中心作为球的中心点。