CN103998757B

CN103998757B - 废气循环阀

Info

Publication number: CN103998757B
Application number: CN201280061838.0A
Authority: CN
Inventors: 栗原朗优; 长谷川晓
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: DE112012005656B4; DE112012005656T5; CN103998757A; WO2013105135A1; JP5769824B2; JPWO2013105135A1

Abstract

一方端面为半球状的圆柱形状的提升阀(5)在倾斜的状态下设置于吸入空气通路(2)与EGR通路(3)的合流部(4)。提升阀(5)远离阀座(7)而逐渐打开EGR通路(3)，与此同时，使半球状的前端部进入吸入空气通路(2)而逐渐进行阻断。从EGR通路(3)朝吸入空气通路(2)合流的EGR气体在气体分散空间(8)中进一步分散，并与吸入空气均匀地混合而被导入至涡轮增压器。

Description

废气循环阀

技术领域

本发明涉及一种对朝吸入空气通路循环的废气进行调节的废气循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)阀。

背景技术

在现有的废气循环阀中，对废气进行调节的阀芯由对废气通路进行阻断的阀和使该阀进行动作的轴构成，轴由设于外壳的轴承部支承着。另一方面，与阀抵接而对废气通路进行阻断的阀座设于构成该废气通路的外壳。

另一方面，作为现有的三通阀结构，例如存在专利文献1、专利文献2。

专利文献1的废气处理装置是以获取废气中的杂质为目的的阀，其由在形成有一个入口和两个出口的阀室内以支轴为支点进行转动的臂和安装于该臂的片阀构成，用片阀的表面背面交替地打开关闭两个出口，以对废气流动的方向进行切换。

另外，专利文献2的废气再循环装置是以绕过冷却器为目的的阀，在EGR通路的中途并排设置有包括EGR冷却器的冷却器通路和迂回EGR冷却器的旁通通路，在合流部设置有蝶阀，以对从各通路流出的废气的混合比进行调节。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平10-121996号公报

专利文献2：日本专利特开2009-156115号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

现有的废气循环阀是上述双通阀结构，因此，存在仅对废气量进行调节、但不能同时对在吸入空气通路中流动的吸入空气量进行调节这样的技术问题。

另外，在现有的三通阀结构中，存在流体在流过阀时或合流时产生压力损失而容易引起流量降低这样的技术问题。另外，存在合流的流体在通路配管内容易偏向，此外混合比例也容易不均等这样的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种能利用使用提升阀的三通阀结构同时调节吸入空气量及废气量的废气循环阀。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的废气循环阀包括：外壳，该外壳具有将吸入空气朝涡轮增压器供给的吸入空气通路以及与该吸入空气通路合流并将废气与吸入空气混合的废气循环通路；阀座，该阀座形成于吸入空气通路与废气循环通路的合流部；提升阀，该提升阀配置于合流部，并与阀座接触分离来打开关闭废气循环通路；阀轴，该阀轴使提升阀进行往复动作；以及阻断部，该阻断部呈从提升阀的朝向吸入空气通路的面突出的形状，并在将废气循环通路开阀时，进入吸入空气通路来进行阻断。

发明效果

根据本发明，能通过使提升阀开阀来逐渐打开废气循环通路，与此同时，能通过阻断部逐渐对吸入空气通路进行阻断，从而能同时调节吸入空气量及废气量。

附图说明

图1是表示本发明实施方式一的废气循环阀的结构的剖视立体图，其示出了将EGR通路开阀的状态。

图2是表示图1所示的废气循环阀的结构的剖视立体图，其示出了将EGR通路闭阀的状态。

图3是表示一般的提升阀的结构的剖视图，其示出了将EGR通路开阀的状态。

图4是表示实施方式一的废气循环阀的变形例的示意图。

图5是表示实施方式一的外壳的结构的剖视图。

图6(a)是沿着AA线将图5所示的外壳剖开的剖视图，图6(b)是在相同位置将图3所示的外壳剖开的剖视图。

图7(a)及图7(b)是将图5所示的外壳内的流体流动可视化处理后的图，图7(c)及图7(d)是将图3所示的外壳内的流体流动可视化处理后的图。

图8(a)及图8(b)是将形成椭圆通路的吸入空气通路内的流体流动可视化处理后的图，图8(c)及图8(d)是将未形成椭圆通路的吸入空气通路内的流体流动可视化处理后的图。

图9是表示实施方式一的废气循环阀的变形例的剖视立体图。

图10示出了实施方式一的废气循环阀的另一变形例，图10(a)是剖视立体图，图10(b)是从上游侧观察吸入空气通路的主视图。

图11是表示实施方式一的废气循环阀的提升阀的变形例的外观立体图。

图12是表示实施方式一的废气循环阀的提升阀的另一变形例的外观立体图，图12(a)示出了将EGR通路闭阀的状态，图12(b)示出了将EGR通路开阀的状态。

具体实施方式

以下，为了更详细地说明本发明，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。

实施方式一

作为搭载于车辆的废气循环阀，存在使在涡轮增压器的涡轮机下游流动的低压废气朝涡轮增压器的压缩机上游侧的吸入空气通路循环的阀、使从内燃机排出的高压废气朝内燃机上游侧的吸入空气通路循环的阀这两种阀。

以下，以将本实施方式一的阀适用于前者的低压用的废气循环阀的情况为例进行说明。

如图1及图2所示，本实施方式一的废气循环阀是在外壳1的内部包括吸入空气通路2、废气循环通路(以下为EGR通路)3以及提升阀5的三通阀结构，其中，上述吸入空气通路2朝未图示的涡轮增压器供给吸入空气，上述EGR通路3将朝涡轮增压器循环的废气(以下为EGR气体)导入到吸入空气通路2，上述提升阀5设于上述吸入空气通路2和EGR通路3合流的合流部4。该提升阀5设为前端面呈半球状的圆柱形状(阻断部)。通过使安装于能在轴向上往复动作的阀轴6前端的提升阀5朝吸入空气通路2侧移动，提升阀5远离阀座7而逐渐打开EGR通路3，与此同时，半球状的前端部朝吸入空气通路2突出而逐渐进行阻断。

在如图1那样将EGR通路3开阀的状态下，提升阀5的半球状的前端部阻断吸入空气通路2，因此，抑制了吸入空气量，其结果是，能增加在吸入空气与EGR气体混合后的混合气体中含有的EGR气体量的比例。该混合气体从吸入空气通路2的下游侧朝涡轮增压器导入。

这样，本实施方式一的废气循环阀不仅具有对EGR气体量进行调节的作为EGR阀的功能，也兼具对吸入空气量进行调节的作为吸气阀的功能。

另外，在如图2那样将EGR通路3闭阀的状态下，仅吸入空气在吸入空气通路2中流动，并被导入至涡轮增压器。此时，提升阀5的前端部朝吸入空气通路2突出而与该吸入空气通路2干涉，因此，在该突出部分会产生压力损失，导致吸入空气的流量减少。然而，通过将该突出部分设为半球状，能降低因与通路的干涉而产生的流体紊乱，因此，能降低吸入空气的流量损失。

或者，也可设于使提升阀5的开闭行程变长，但闭阀时的提升阀5不会与吸入空气通路2干涉的位置。

另一方面，图3是使用一般的提升阀105的废气循环阀的剖视立体图。一般的提升阀105呈平板形状，在将EGR通路103开阀时，不能阻断吸入空气通路102。因此，即便在需要更多的EGR气体量的情况下，也无法减少吸入空气量，难以增加混合气体中含有的EGR气体量的比例。

另外，在本实施方式一中，也可将提升阀5设为中空结构以减轻重量。藉此，能实现耐振动性的提高及零件成本的降低。能根据提升阀5的材质任意改变中空结构的壁厚。

此外，还将用于使该提升阀5进行打开关闭动作的阀轴6设置成相对于吸入空气通路2倾斜的状态。另外，EGR通路3形成在与阀轴6的轴向正交的方向上。

假设，在将阀轴6设置成相对于吸入空气通路2呈直角的情况下，如图4的示意图所示，EGR通路3的EGR气体一边与提升阀5的上端面碰撞，一边朝合流部4、吸入空气通路2流动，因此，存在压力损失变大的倾向。另外，在合流部4处吸入空气与EGR气体碰撞，因此，流体的紊乱变大，存在流量损失也变大的倾向。此外，吸入空气可能会朝EGR通路3逆流，或者EGR气体可能会朝吸入空气通路2的上游侧逆流。

与此相对，在如图1及图2那样使阀轴6相对于吸入空气通路2倾斜的情况下，能更为直线地构成从EGR通路3朝吸入空气通路2合流的EGR气体流路，因此，EGR气体能顺利地朝吸入空气通路2合流，能降低吸入空气及EGR气体的流量损失。另外，还能减轻吸入空气及EGR气体的逆流。此外，即便倾斜地设置阀轴6，如上所述，也能用提升阀5的前端部充分地减小吸入空气量。

接着，对外壳1的结构进行说明。

图5是表示外壳1的结构的剖视图。图6(a)是沿着图5的AA线将外壳1剖开的剖视图，图6(b)是在相同位置将图3所示的外壳101剖开的剖视图。

图7(a)是将本实施方式一的外壳1内的流体流动可视化处理后的图，图7(b)中示出了流体在横截面B的位置的混合状态。另一方面，图7(c)是将图3所示的外壳101内的流体流动可视化处理后的图，图7(d)中示出了流体在横截面C的位置的混合状态。

另外，图8(a)是沿着流体流动的方向将本实施方式一的吸入空气通路2剖开的剖视图，可视化处理后示出了吸入空气通路2内的流动。图8(b)示出了从箭头D的方向观察到的流体的混合状态。另一方面，图8(c)是沿着流体流动的方向将未形成椭圆通路9的、圆筒状的吸入空气通路2a剖开的剖视图，可视化处理后示出了吸入空气通路2a内的流动。图8(d)示出了从箭头E的方向观察到的流体的混合状态。

在图3的外壳101中，如图6(b)所示，阀座107的缘部107a突出至EGR通路103与吸入空气通路102的合流部104，因此，EGR气体流路直径在缘部107a的通过位置变小。因此，流过阀座107后的EGR气体难以分散。另外，如图7(c)所示，EGR气体与吸入空气通路102合流的倾斜角度较大，因此，如图7(d)所示，合流后的混合气体容易偏向吸入空气通路2的下侧，且混合比例也容易不均匀。

因此，在本实施方式一中，为了使EGR气体更顺利地朝吸入空气通路2合流且均匀地混合，如图5所示，将阀座7形成于比吸入空气通路2更靠前侧的位置，并设置从阀座7连通至吸入空气通路2的气体分散空间8。藉此，图6(a)中双点划线所示的相当于缘部107a的部位未朝吸入空气通路2突出，EGR气体流路扩大，因此，流过阀座7的EGR气体容易分散。另外，如图7(a)所示，通过形成气体分散空间8，EGR气体与吸入空气通路2合流的倾斜角度变小，因此，EGR气体能顺利地朝吸入空气合流。因此，能降低因合流时的压力损失而产生的流量降低，其结果是，能将更多的EGR气体导入至吸入空气通路2。

此外，在本实施方式一中，如图6(a)及图8(a)所示，将提升阀5附近的吸入空气通路2的横截面设成以阀轴6的轴向为短轴、以与轴向正交的方向为长轴的大致椭圆形状。通过形成椭圆通路9，如图8(a)所示，提升阀5与椭圆通路9的间隙扩大，流过该间隙的吸入空气容易分散。由此，如图8(b)所示，EGR气体和吸入空气分散，能降低两流体的偏向及混合的不均匀化，其结果是，能将混合气体均匀地导入至涡轮增压器。

与此相对，在未形成椭圆通路9的情况下，如图8(c)所示，吸入空气流过提升阀5与吸入空气通路2a之间的较细间隙而迂回至吸入空气通路2a的中央，难以分散。因此，如图8(d)所示，EGR气体和吸入空气的混合比例容易不均匀。

另外，如图5所示，在合流部4的内壁面突设有与提升阀5的侧面接触的导向部10。

一般，在三通阀结构中，EGR气体的流动和吸入空气的流动会彼此带来影响，任一方的大流量的流动可能会抑制另一方的小流量的流动，难以进行流量控制。因此，通过在外壳1的供吸入空气通路2与EGR通路3合流的合流部4设置将通路壁面与提升阀5的侧面之间的间隙堵塞的导向部10，能防止吸入空气从吸入空气通路2的上游侧朝EGR通路3的逆流以及EGR气体从EGR通路3朝吸入空气通路2的上游侧的逆流。由此，能降低合流时EGR气体及吸入空气彼此相互带来的影响。

接着，对变形例进行说明。

图9是表示本实施方式一的废气循环阀的变形例的剖视立体图。在该变形例中，由外壳1-1、1-2这两个零件构成外壳1。使设有弹簧设置空间11、过滤器14、轴承部15及阀座7等的外壳1-1嵌入设有吸入空气通路2、合流部4及气体分散空间8等的外壳1-2的中央孔，以构成外壳1。

在该外壳1-1中，通过阀轴6和过滤器14及轴承部15之间的间隙的异物容易积存于弹簧设置空间11，该弹簧设置空间11供用于对阀轴6沿轴向施力的弹簧(未图示)设置。另外，EGR气体处于高温，因此，冷凝水容易积存于弹簧设置空间11。因此，在外壳1-1、1-2分别形成将弹簧设置空间11与外壳1的外部连通的大气开放孔12、13，能将异物等朝外部排出。

另外，在图1所示的外壳1中，也只要形成将供通过阀轴6的周面的异物积存的部位与外壳1的外部连通的大气开放孔，以将异物等朝外部排出即可。

另外，在图9的变形例中，使阀轴6在提升阀5的上下方向上延伸。从提升阀5朝上方延伸的阀轴6的端部以能自由滑动的方式支承于轴承部15，该轴承部15设置于外壳1-1。从提升阀5的半球状的前端部朝下方延伸的阀轴6的另一端部以能自由滑动的方式支承于轴承部16，该轴承部16设置于外壳1-2。通过在上下方向两个部位支承阀轴6以提高强度，能提高阀轴6的抗偏负载性，即便在吸入空气量过大而对提升阀5的侧面施加较大的压力及负载的情况下，也能使提升阀5顺利地进行往复动作。

另外，在图1所示的废气循环阀的情况下，采用将例如与图9的轴承部15相当的轴承部设于外壳1、并将阀轴6支承成能自由滑动的结构。

图10(a)是本实施方式一的废气循环阀的变形例的剖视立体图，图10(b)是从上游侧观察吸入空气通路2的主视图。

在图1所示的废气循环阀中，即便EGR通路3全部打开，吸入空气通路2也不会完全关闭，在吸入空气通路2与提升阀5之间残留有间隙，但在图10的变形例中，构成为不残留间隙。具体而言，使吸入空气通路2的内壁面中供提升阀5接近的部位的壁厚变大以形成凸部17。藉此，能在EGR通路3开阀时将吸入空气通路2完全关闭，能大幅增加混合气体中含有的EGR气体量的比例(即能大幅降低吸入空气量)。

如上所述，根据实施方式一，废气循环阀包括：外壳1，该外壳1具有将吸入空气朝涡轮增压器供给的吸入空气通路2及与该吸入空气通路2合流以使EGR气体与吸入空气混合的EGR通路3；阀座7，该阀座7形成于吸入空气通路2与EGR通路3合流的合流部4；提升阀5，该提升阀5配置于合流部4，与阀座7接触分离以打开关闭EGR通路3；以及阀轴6，该阀轴6使提升阀5往复动作，该提升阀5设为当将EGR通路3开阀时朝吸入空气通路2进入以进行阻断的圆柱形状。因此，能通过使提升阀5开阀以逐渐打开EGR通路3，与此同时，能利用圆柱形状的前端侧逐渐阻断吸入空气通路2，以同时调节吸入空气量及EGR气体量。

另外，根据实施方式一，将圆柱形状的提升阀5的靠吸入空气通路2侧的前端面设为半球状，因此，能降低吸入空气的流量损失。

另外，根据实施方式一，将圆柱形状的提升阀5设为中空，因此，能减轻阀重量，并能提高耐振性。

另外，根据实施方式一，将提升阀5及阀轴6设置成其轴向相对于吸入空气通路2倾斜，并将EGR通路3形成在与轴向正交的方向上，因此，能使EGR气体的流路接近直线状，并能降低吸入空气及EGR气体的流量损失。

另外，根据实施方式一，合流部4具有从阀座7连通至吸入空气通路2的气体分散空间8，使该气体分散空间8的通路直径比阀座7的开口直径大，因此，能降低EGR气体的流量损失。

另外，根据实施方式一，在合流部4的内壁面突设有与提升阀5的圆柱侧周面接触的导向部10，因此，在吸入空气与EGR气体合流时，能降低彼此相互带来的影响。

另外，根据实施方式一，将吸入空气通路2的横截面设成以阀轴6的轴向为短轴的大致椭圆形状的椭圆通路9，因此，能降低吸气空气与EGR气体的混合比例的不均匀化以及吸入空气通路2的配管内的流量不均。

另外，根据实施方式一，外壳1具有：轴承部15，该轴承部15将阀轴6的一端部支承成能自由滑动；以及大气开放孔12、13，该大气开放孔12、13在比轴承部15更靠阀轴6前端侧的部位连通外壳1的内外，因此，能将在外壳1的内部产生的异物朝外部排放。

另外，根据实施方式一，外壳1具有两个部位的轴承部15、16，该轴承部15、16分别将从提升阀5朝阀座7侧延伸的阀轴6的一端部和从提升阀5的半球状的前端部朝吸入空气通路2侧延伸的阀轴6的另一端部支承成能自由滑动。因此，能提高阀轴6的抗偏负载性。

另外，根据实施方式一，在吸入空气通路2的供提升阀5的半球状的前端部接近的部位设置有凸部17，因此，提升阀5能在将EGR通路3开阀时完全关闭吸入空气通路2，并能大幅增加混合气体中含有的EGR气体量。

另外，本申请发明能在该发明的范围内对实施方式的任意构成要素进行变形，或是省略实施方式的任意的构成要素。

例如，提升阀5的阻断部也可以呈除了图1所示的一方端面为半球状的圆柱形状之外的形状。图11及图12中示出了提升阀5的变形例。

在图11的变形例中，将提升阀5a设为单纯的圆柱形状，而不将前端设为半球状。即便是该形状，也能用提升阀5a的一方端面阻断阀座7以将EGR通路3闭阀，另外，通过在EGR通路3开阀时阻断吸入空气通路2，能降低混合气体中含有的吸入空气量的比例。

另外，在图12的变形例中，将提升阀5b设为圆形的平板构件，并在该提升阀5b的端面固定板构件以作为阻断部5c。在该结构的情况下，阀轴6在往复动作过程中也进行旋转动作。

当提升阀5b阻断阀座7的闭阀时，阻断部5c的表面背面处于与吸入空气流动的方向平行的状态(图12(a))，因此，不会阻碍吸入空气的流动。当EGR通路3开阀时，一边使提升阀5b远离阀座7，一边使阻断部5c顺时针旋转90度，以从图12(a)朝图12(b)的状态变位。因此，开阀时，阻断部5c的表面背面阻断吸入空气通路2(图12(b))，能降低混合气体中含有的吸入空气量的比例。开阀时，一边使提升阀5b接近阀座7，一边使阻断部5c逆时针旋转，以从图12(b)朝图12(a)的状态变位。

工业上的可利用性

如上所述，本发明的废气循环阀能同时调节吸入空气和EGR气体，因此，适于在用于使废气朝涡轮增压器的压缩机再循环的低压用的废气循环阀等中使用。

符号说明

1、1-1、1-2、101 外壳

2、2a、102 吸入空气通路

3、103 EGR通路

4、104 合流部

5、5a、5b、105 提升阀

5c 断部

6、106 阀轴

7、107 阀座

8 气体分散空间

9 椭圆通路

10 导向部

11 弹簧设置空间

12、13 大气开放孔

14 过滤器部

15、16 轴承部

17 凸部

107a 缘部。

Claims

1.一种废气循环阀，其特征在于，包括：

外壳，该外壳具有将吸入空气朝涡轮增压器供给的吸入空气通路以及与该吸入空气通路合流并将废气与所述吸入空气混合的废气循环通路；

阀座，该阀座形成于所述吸入空气通路与所述废气循环通路的合流部；

提升阀，该提升阀配置于所述合流部，并与所述阀座接触分离来打开关闭所述废气循环通路；

阀轴，该阀轴使所述提升阀进行往复动作；以及

阻断部，该阻断部呈从所述提升阀的朝向所述吸入空气通路的面突出的形状，并在将所述废气循环通路开阀时，进入所述吸入空气通路来进行阻断。

2.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述提升阀的阻断部呈圆柱形状，且靠所述吸入空气通路侧的端面呈半球状。

3.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述提升阀的阻断部是中空的。

4.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述提升阀及所述阀轴被设成其轴向相对于吸入空气通路倾斜，

所述废气循环通路形成在与所述轴向正交的方向上。

5.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述合流部具有从所述阀座连通至所述吸入空气通路的空间，

该空间的通路直径比所述阀座的开口直径大。

6.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

在所述合流部的内壁面突设有与所述提升阀的阻断部侧面接触的导向部。

7.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述吸入空气通路的横截面呈以所述阀轴的轴向为短轴的大致椭圆形状。

8.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述外壳具有：

轴承部，该轴承部将所述阀轴的一端部支承成能自由滑动；以及

大气开放孔，该大气开放孔在比所述轴承部更靠所述阀轴前端侧的部位将所述外壳内外连通。

9.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

所述外壳具有两个部位的轴承部，这两个部位的轴承部分别将从所述提升阀朝所述阀座侧延伸的所述阀轴的一端部、从所述提升阀的阻断部朝所述吸入空气通路侧延伸的所述阀轴的另一端部支承成能自由滑动。

10.如权利要求1所述的废气循环阀，其特征在于，

在所述吸入空气通路的供所述提升阀的阻断部接近的部位设有凸部。