CN107023424A - 防止节流阀冻结的装置、废气再循环系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止节流阀冻结的装置，其可以包括：内部构件，被配置为内部构件的一侧与中冷器连通；以及外部构件，被配置为内部构件从外部构件的一侧插入外部构件的内部中并且外部构件的另一侧与节流阀体连通，其中，外部构件可以包括：外管，内部构件插入该外管中；废气再循环气体引入部，形成在外管的一个侧表面处；以及冰收集室，是形成为从外管的下端向下突出的空间。本发明还提供了用于防止节流阀冻结的废气再循环系统以及该废气再循环系统的操作方法。

Description

防止节流阀冻结的装置、废气再循环系统及其操作方法

相关申请的引证

本申请要求于2015年12月9日提交的韩国专利申请第10-2015-0174923号的优先权，其全部内容通过引证结合在此。

技术领域

本发明的示例性实施方式涉及一种用于防止节流阀冻结的装置、包括该装置的废气再循环(EGR)系统，以及该系统的操作方法，更具体地，涉及能够通过防止由EGR气体冻结的冰引入到吸入管线中而防止节流阀冻结的装置、包括该装置的废气再循环(EGR)系统、以及该系统的操作方法。

背景技术

根据环境调控的加强，减少从车辆排出的污染物已经是世界上汽车工业的研究与开发的主要目标。具体地，氧化氮(在下文中，称为NOx)引起酸雨，并且也是刺激眼睛和呼吸器官并且使植物枯萎的主要大气污染物。因此，为了减少车辆的废气中所包含的NOx，在车辆中安装有废气再循环(在下文中，称为EGR)系统。EGR系统将废气的一部分(例如，5％至40％)再循环以与新吸入的外部空气混合，从而降低燃烧期间的最高温度并且抑制NOx的产生。即，用新吸入的外部空气的一部分代替再循环的废气(在下文中，称为EGR气体)以与其混合，这样使得混合器的热容提高，从而抑制发动机的气缸中的燃烧气体的温度增大并且减少发动机的气缸中的进入空气比(access air ratio)。因此，抑制热NOx的产生，从而减少产生的NOx的总量。

同时，EGR气体中包含大量水分。比较起来，穿过涡轮增压器和中冷器的外部空气通常具有低温，并且在冬季具体地，外界空气的初始温度低于0摄氏度。因此，当低温的外部空气和包含大量水分的EGR气体在吸入管线中彼此混合时，EGR气体中的水分由于外部空气的低温而冻结。而且，由冻结的水分产生的冰粘住与吸入管线的一侧连接的节流阀的轴，从而阻碍节流阀的打开和关闭，因此车辆不能正常操作。而且，当由冻结的水分产生的冰积聚在吸入管线中时，吸入管线的内径减小，使得在诸如功率或加速度减小的升压现象中可能发生故障。

而且，在发动机空转直至发动机的温度充分升高以便解决以上描述的冻结问题的情况下，燃料效率降低并且驾驶员可能感觉不方便。

发明内容

本发明的实施方式涉及一种通过排出由于EGR气体和外部空气的混合产生的冰而防止节流阀冻结的装置、包括该装置的EGR系统，以及该EGR系统的操作方法。

本发明的其他目的和优点可通过以下描述来理解，并且参考本发明的实施方式，这些目的和优点将变得显而易见。另外，对于本发明所属领域中的技术人员而言显而易见的是，本发明的目标和优点可以通过所要求保护的方法及其组合来实现。

根据本发明的实施方式，一种防止节流阀冻结的装置包括：内部构件，被配置为使得该内部构件的一侧与中冷器连通；以及外部构件，被配置为使得内部构件从该外部构件的一侧插入外部构件的内部中并且该外部构件的另一侧与节流阀体连通，其中，外部构件可以包括：外管，内部构件插入该外管中；废气再循环(EGR)气体引入部，形成在外管的一个侧表面处；以及冰收集室，是形成为从外管的下端向下突出的空间。

冰收集室可以包括：排出孔，设置在冰收集室的底部处以排出收集在冰收集室中的冰；开闭部分，安装在排出孔中并且通过冰的重量打开或者通过开闭部分自身的弹性关闭；以及排出管，该排出管是当开闭部分打开时排出冰的通道。

内部构件可以包括：内管，插入外管中；第一内板，形成为从内管的位于中冷器一侧的端部的外周面在竖直方向上突出；第二内板，形成为从内管的位于节流阀体一侧的端部的外周面在竖直方向上突出；挡板，在内管的外周面上沿内管的长度方向以突起的形式形成；以及多个通孔，形成在内管的侧表面中的与EGR气体引入部相对的侧表面处。

挡板的高度可以小于第二内板的高度。

多个通孔的总面积可以等于或大于EGR气体引入部的截面面积。

冰收集室的宽度可以大于或等于内管的直径。

根据本发明的另一实施方式，用于防止节流阀冻结的废气再循环(EGR)系统包括：用于防止节流阀冻结的装置；外部空气管线，被配置为安装在用于防止节流阀冻结的装置的一端并且将穿过中冷器的外部空气供应至用于防止节流阀冻结的装置；EGR管线，被配置为安装在用于防止节流阀冻结的装置的侧表面处并且将EGR气体供应至用于防止节流阀冻结的装置；以及吸入管线，被配置为安装在用于防止节流阀冻结的装置的另一端并且将所吸入的外部空气与EGR气体彼此混合的气体供应至节流阀体。

根据本发明的另一实施方式，用于防止节流阀冻结的EGR系统的操作方法包括：将在中冷器中冷却的外部空气引入到内管并将穿过EGR管线的EGR气体引入到EGR气体引入部；使引入到EGR气体引入部的EGR气体沿着内管的外周面移动；将由EGR气体中所包含的水分冻结形成的冰收集在冰收集室中并通过通孔将剩余EGR气体与内管中的外部空气混合；以及将在内管中彼此混合的外部空气和EGR气体通过吸入管线供应至节流阀体。

操作方法还可包括当在上述收集的步骤中收集的冰的重量等于或大于预先设定的基准重量时通过打开开闭部分经由排出管排出冰。

操作方法还可包括当在上述收集的步骤中收集的冰的重量小于预先设定的基准重量时关闭开闭部分。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的EGR系统的框图。

图2是示出了根据本发明的实施方式用于防止节流阀冻结的装置的立体图。

图3是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置中的内部构件的立体图。

图4是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置中的外部构件的立体图。

图5是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置的截面图。

图6是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置中的外部构件的分解立体图。

图7是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的EGR系统的操作方法的流程图。

具体实施方式

本说明书和权利要求中所使用的术语和词语不应解释为通常含义或者词典的含义，而是基于发明人能够适当定义术语的概念从而以最佳方式描述他们自己的发明，而被解释为符合本发明的技术构思的含义和概念。因此，在本发明的实施方式和附图中描述的配置仅是最优选的实施方式，而并不代表本发明的所有技术精神。因此，应当理解在提交本申请时可能存在用于替代那些的各种等同物和修改。而且，为了不使本发明的要点不必要地模糊，则将省略与众所周知的功能或配置有关的详细描述。在下文中，将参考附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。

图2是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置的立体图。参考图2，根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置包括内部构件100和外部构件200。内部构件100的一侧与中冷器20连通，并且内部构件100从外部构件200的一侧插入外部构件200中。外部构件200的另一侧与节流阀体50连通。即，从中冷器20侧引入的低温的外部空气穿过内部构件100和外部构件200的组件并且被排放至节流阀体50侧。在下文中，将详细描述内部构件100和外部构件200。

图4是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置中的外部构件的立体图。参考图4，外部构件200包括外管210、EGR气体引入部220，以及冰收集室230。内部构件100，更具体地，下面描述的内管110插入外管210中。EGR气体引入部200形成在外管210的一侧并且与下面描述的EGR管线40连通以用作将EGR气体引入外管210中的通道。

图5是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置的截面图。参考图5，冰收集室230是形成为从外管210的下端突出的空间。因此，在通过EGR气体引入部220引入到外管210中的EGR气体中所包含的水分在通过低温的外部空气冷却的内管110的外周面处冻结从而产生冰，并且冰由于其重量而向下落并且被收集在冰收集室230中。由于车辆布局的限制而难以增大下面描述的内管110与外管210之间的间隙，所以通过形成单独的室来收集冰使得冻结的冰不会防碍EGR气体的流动。

图6是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置中的外部构件的分解立体图。参考图6，冰收集室230包括排出孔231、开闭部分232以及排出管233。排出孔231设置在冰收集室230的底部以用于排出收集在冰收集室230中的冰。开闭部分232安装在冰收集室230的排出孔231中，并且通过冰的重量打开或者通过其自身的弹性关闭。即，开闭部分232由弹性材料形成，由此用作一阀，该阀在冰(或来自正融化的冰的水)的重量大于开闭部分232的弹性时打开，并且通过在排出冰之后恢复而关闭。排出管233用作一通道，当开闭部分232打开时，冰(或来自正融化的冰的水)通过该通道排出。因此，可以防止冰(或来自正融化的冰的水)引入燃烧室中。

图3是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的装置中的内部构件的立体图。参考图3，内部构件100包括内管110、第一内板120、第二内板130、挡板140以及通孔150。

内管110插入外管210中。第一内板120形成为从中冷器20侧的内管110的端部的外周面在竖直方向上突出。第二内板130形成为从节流阀体50侧的内管110的端部的外周面在竖直方向上突出。

因此，由内管110的外周面、外管210的内周面、第一内板120和第二内板130形成具有圆柱形状的空间。而且，通过EGR气体引入部120引入的EGR气体可不直接接触外部空气，而是先被引入具有圆柱形状的空间中。在这种情况下，低温的外部空气穿过内管110的内部，由此内管110也被冷却至低温。因此，引入具有圆柱形状的空间中的EGR气体所包含的水分在内管110的外周面处冻结从而形成冰。然后，冰由于其重量而向下落并且被收集在冰收集室230中。

在内管110的外周面上沿内管110的长度方向以突出的形式形成挡板140。通孔150形成在与内管110的侧表面中的与EGR气体引入部220相对的侧表面处。在这种情况下，多个通孔150的总面积可以大于或等于EGR气体引入部220的截面面积。这允许EGR气体顺利流动。

即，在失去包含在其中的水分之后，引入到具有圆柱形状的空间中的EGR气体通过通孔150引入，并且与内管110中的外部空气混合。因此，防止了内管110、与内管110连通的吸入管线60以及节流阀体50中的结冰现象。

在这种情况下，需要防止形成在内管110的外周面处的冰通过通孔150而被引入，并且为此，挡板140安装在内管110的外周面的上部。即，即使当在内管110的外周面处形成的冰根据EGR气体的流动而沿着内管110的外周面移动时，移动到上部的冰由于挡板140而不再能移动，但由于随着冻结的继续其重量增加而向下滑动，从而被收集在冰收集室230中。

而且，挡板140的高度小于第二内板130的高度。因此，通过冻结成冰而从水分中去除的剩余EGR气体穿过挡板140与第二内板130之间的空间从而通过通孔150被引入。

而且，移动到下部的冰由于其重量而下落并且被收集在冰收集室230中。在这种情况下，由于冰收集室230的宽度大于内管110的直径，因此从内管110下落的所有的冰不会积聚在外管210中而是被收集在冰收集室230中。

图1是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的EGR系统的框图。参考图1，根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的EGR系统包括用于防止节流阀冻结的装置10、外部空气管线30、EGR管线40、以及吸入管线60。

以上描述了用于防止节流阀冻结的装置10。

外部空气管线30安装在用于防止节流阀冻结的装置10的一端，并且将穿过中冷器20的外部空气供应至用于防止节流阀冻结的装置10。更详细地描述，外部空气管线30与内管110的第一内板120侧连通以将外部空气供应至内管110的内部。外部空气具有低温(0摄氏度以下)以冷却内管110。

EGR管线40安装在用于防止节流阀冻结的装置10的侧表面处，并且将EGR气体供应至用于防止节流阀冻结的装置10。更详细地描述，EGR管线40与EGR气体引入部220连通以将EGR气体引入具有圆柱形状的空间中。

吸入管线60安装在用于防止节流阀冻结的装置10的另一端，并且将所吸入的外部空气和EGR气体彼此混合的空气提供至节流阀体50。更详细地描述，吸入管线60安装在外管110中，并且将所吸入的空气(其中，去除水分的EGR气体与低温的外部空气彼此混合)供应至节流阀体50。因此，能够防止节流阀体50中的节流阀的轴被粘住，并且防止在由于冻结产生的冰导致吸入管线60的内径减小所引起的升压现象(诸如，功率或加速度减小)中发生故障。

图7是示出了根据本发明实施方式的用于防止节流阀冻结的EGR系统的操作方法的流程图。参考图7，用于防止节流阀冻结的EGR系统的操作方法包括：将在中冷器20中冷却的外部空气引入到内管110并且将穿过EGR管线40的EGR气体引入到EGR气体引入部220(步骤S100)；使引入到EGR气体引入部220的EGR气体沿着内管110的外周面移动(步骤S200)；将由包含在EGR气体中的水分冻结的冰收集在冰收集室230中并且通过通孔150将剩余EGR气体与内管110中的外部空气混合(步骤S300)；以及通过吸入管线60将在内管110中彼此混合的外部空气和EGR气体供应至节流阀体50(步骤S400)。

用于防止节流阀冻结的EGR系统的操作方法包括当在收集(步骤S300)中收集的冰的重量大于或等于预先设定的基准重量时通过打开开闭部分232经由排出管233排出冰(步骤S500)。冰的重量还可以包括来自融化的冰的水的重量。即，当冰和水的重量等于或大于基准重量时，开闭部分232变形从而通过排出管233将冰和水排出到EGR系统的外部。因此，冰粘住节流阀体50(更具体地，冰粘住节流阀的轴)以防碍节流阀的打开和关闭的问题可以得到解决。此外，能够防止水分引入燃烧室中以提高发动机的耐用性。

用于防止节流阀冻结的EGR系统的操作方法包括当在收集(步骤S300)中收集的冰的重量小于预先设定的基准重量时关闭开闭部分232(步骤S600)。即，开闭部分232由弹性材料制成，由此在外力(即，所收集的冰和水的重量)移除时能够恢复从而关闭排出孔231。

根据本发明的实施方式，可以通过防止将由EGR气体冻结的冰引入到吸入管线来防止节流阀冻结。

而且，根据本发明的实施方式，冻结的冰可以被收集在单独的室中以便不防碍EGR气体的流动。

而且，根据本发明的实施方式，当收集了预定量或更多的冰时，通过将冻结的冰排出到外部，可以防止将水分引入到燃烧室中。

前述示例性实施方式仅是允许本发明所属领域的普通技术人员(在下文中，称为“本领域技术人员”)易于实践本发明的一个实例。因此，本发明不限于前述示例性实施方式和附图，并且因此，本发明的范围不限于前述示例性实施方式。因此，对本领域中的技术人员显而易见的是，在不背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以进行修改和变化并且还可属于本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于防止节流阀冻结的装置，包括：

内部构件，被配置为使得所述内部构件的一侧与中冷器连通；以及

外部构件，被配置为使得所述内部构件从所述外部构件的一侧插入所述外部构件的内部中并且所述外部构件的另一侧与节流阀体连通，

其中，所述外部构件包括：

外管，所述内部构件插入所述外管中；

废气再循环气体引入部，形成在所述外管的一个侧表面处；以及

冰收集室，是形成为从所述外管的下端向下突出的空间。

2.根据权利要求1所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述冰收集室包括排出孔，所述排出孔设置在所述冰收集室的底部处以排出收集在所述冰收集室中的冰。

3.根据权利要求2所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述冰收集室还包括开闭部分，所述开闭部分安装在所述排出孔中并且通过冰的重量打开或者通过所述开闭部分自身的弹性关闭。

4.根据权利要求3所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述冰收集室还包括排出管，所述排出管是当所述开闭部分打开时排出冰的通道。

5.根据权利要求1所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述内部构件包括插入所述外管中的内管。

6.根据权利要求5所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述内部构件还包括第一内板，所述第一内板形成为从所述内管的位于所述中冷器一侧的端部的外周面在竖直方向上突出。

7.根据权利要求5所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述内部构件还包括第二内板，所述第二内板形成为从所述内管的位于所述节流阀体一侧的端部的外周面在竖直方向上突出。

8.根据权利要求7所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述内部构件还包括挡板，所述挡板在所述内管的外周面上沿所述内管的长度方向以突起的形式形成。

9.根据权利要求8所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述挡板的高度小于所述第二内板的高度。

10.根据权利要求5所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述内部构件还包括多个通孔，所述多个通孔形成在所述内管的侧表面中的与所述废气再循环气体引入部相对的侧表面处。

11.根据权利要求10所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述多个通孔的总面积大于或等于所述废气再循环气体引入部的截面面积。

12.根据权利要求5所述的用于防止节流阀冻结的装置，其中，所述冰收集室的宽度大于或等于所述内管的直径。

13.一种用于防止节流阀冻结的废气再循环系统，所述废气再循环系统包括：

根据权利要求1至12中任一项所述的用于防止节流阀冻结的装置；

外部空气管线，被配置为安装在所述用于防止节流阀冻结的装置的一端并且将穿过所述中冷器的外部空气供应至所述用于防止节流阀冻结的装置；

废气再循环管线，被配置为安装在所述用于防止节流阀冻结的装置的侧表面处并且将废气再循环气体供应至所述用于防止节流阀冻结的装置；以及

吸入管线，被配置为安装在所述用于防止节流阀冻结的装置的另一端并且将所吸入的所述外部空气与所述废气再循环气体彼此混合的气体供应至所述节流阀体。

14.一种用于防止节流阀冻结的废气再循环系统的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：

将在中冷器冷却的外部空气引入到内管并将穿过废气再循环管线的废气再循环气体引入到废气再循环气体引入部；

使引入到所述废气再循环气体引入部的所述废气再循环气体沿着所述内管的外周面移动；

将由所述废气再循环气体中所包含的水分冻结形成的冰收集在冰收集室中并通过通孔将剩余的所述废气再循环气体与所述内管中的所述外部空气混合；以及

将在所述内管中彼此混合的所述外部空气和所述废气再循环气体通过吸入管线供应至节流阀体。

15.根据权利要求14所述的操作方法，还包括下面的步骤：

当在所述收集的步骤中收集的冰的重量大于或等于预先设定的基准重量时，通过打开开闭部分经由排出管排出所述冰。

16.根据权利要求14所述的操作方法，还包括：

当在所述收集的步骤中收集的冰的重量小于预先设定的基准重量时，关闭开闭部分。