CN109083772A - 一种egr旁通阀和一种egr旁通系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种EGR旁通阀和一种设置有该EGR旁通阀的EGR旁通系统。该EGR旁通阀主要包括壳体和机械阀芯。壳体的侧端、上端、下端分别设置有进气口、冷却出口、旁通侧出口；机械阀芯包括感温体和推杆，以及位于感温体和推杆之间的具有预设固化温度的介质。在使用过程中，该介质体积可随温度变化而变化，通过介质的体积变化，能够控制感温体或推杆作直线运动，以控制冷却出口和旁通侧出口适时开启、关闭或适时调整通路大小。并且，由于该EGR旁通阀的机械阀芯为纯机械结构，从而EGR旁通阀结构简单，而且在不增加成本的前提下，极大地提高了阀件可靠性。

Description

一种EGR旁通阀和一种EGR旁通系统
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种EGR旁通阀，以及一种设置有该EGR旁通阀的EGR旁通系统。
背景技术
内燃机在能源消耗和环境污染方面具有举足轻重的作用，内燃机的节能、减排对缓解能源压力和环境保护意义重大，对于重型柴油机来讲，其污染物控制尤为重要。欧洲目前已开始实施Euro VI排放法规，法规采用世界统一稳态测试循环(WHSC)和世界统一瞬态测试循环(WHTC)，WHTC最终的结果为冷态和热态的加权结果，其中14％冷态试验结果和86％热态试验结果。
对于后处理SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)系统而言，排气温度在低于280℃时，催化剂活性会显著降低，低于200℃时，尿素分解为氨气的比例显著下降。尤其当车辆运行在城区工况时，其典型特征为发动机转速较低，且反复停车-起步，车辆的负荷也相对较低。低转速、低负荷的城区工况一般会导致排气温度相对较低，从而导致发动机的NOx排放存在超标的风险。
对于WHTC冷态循环而言，EGR(Exhaust Gas Return，废气再循环)旁通是提高排气温度的有效手段，EGR旁通有利于排气热管理，有利于提高后处理系统的转化效率，显著地降低PEMS风险。其中，EGR旁通，是指：部分EGR气体通过EGR冷却器后进入循环管路进行输送，部分EGR气体通过与EGR冷却器并联的旁通管路直接进入循环管路进行输送，以提高气体温度。
现有技术中，主要是通过电磁阀控制EGR旁通管路的开闭，但是电磁阀成本较高，并且可靠性有待验证。
因此，如何设计一种成本相对较低、可靠性较高的阀件，用于控制EGR旁通管路的开闭，以保证EGR气体具有合适温度，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种EGR旁通阀和一种设置有该EGR旁通阀的EGR旁通系统，该EGR旁通阀能够用于控制EGR旁通系统中旁通管路的开启大小和关闭，可靠性较高，而且制造成本相对较低。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种EGR旁通阀，包括壳体和机械阀芯，
所述壳体的侧端设置有进气口，用于连通EGR气体进气管路；所述壳体的上端设置有冷却出口，用于连通EGR冷却器所在的冷却管路；所述壳体的下端设置有旁通侧出口，用于连通EGR旁通管路；；
所述机械阀芯包括感温体和推杆，以及位于所述感温体和所述推杆之间的具有预设固化温度的介质，通过所述介质的体积变化控制所述感温体或所述推杆作直线运动，以控制所述冷却出口和所述旁通侧出口的开启大小和关闭。
优选地，在上述EGR旁通阀中，所述机械阀芯中还包括橡胶体，其中：
所述感温体为筒型结构，其上端设置有用于控制所述冷却出口的开启大小和关闭的上阀门，下端设置有用于控制所述旁通侧出口的开启大小和关闭的下阀门；
所述推杆的底端穿过所述感温体上端的安装孔插入所述感温体的空腔内，所述推杆的上端与所述壳体固连；
所述橡胶体位于所述感温体的空腔内，且套设在所述推杆的底端；
所述介质填充在所述橡胶体与所述感温体之间。
优选地，在上述EGR旁通阀中，还包括弹性件，所述感温体和所述推杆之间通过所述弹性件提供预紧力。
优选地，在上述EGR旁通阀中，所述推杆的下端端部为锥形结构。
优选地，在上述EGR旁通阀中，位于所述推杆的下方的所述橡胶体的厚度大于零。
优选地，在上述EGR旁通阀中，所述上阀门为板状结构，和/或，所述下阀门为板状结构。
优选地，在上述EGR旁通阀中，所述感温体为金属材质。
优选地，在上述EGR旁通阀中，所述介质为将锡和铅按照预设比例进行配比得到的混合介质。
优选地，在上述EGR旁通阀中，所述混合介质中，锡和铅的重量配比范围为：锡15％至63％，铅37％至85％。
一种EGR旁通系统，包括：
用于输送EGR气体的第一管路，所述第一管路上依次串联设置有EGR阀、EGR旁通阀、EGR冷却器，所述EGR旁通阀为如权利要求至中任一项所述的EGR旁通阀，所述EGR旁通阀的冷却出口与所述第一管路中的冷却管路连接，所述EGR旁通阀的进气口与所述第一管路中的进气管路连接；
EGR旁通管路，所述EGR旁通管路的一端与所述EGR旁通阀的旁通侧出口连接，另一端与所述第一管路中位于所述EGR冷却器后侧的管路连接。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的EGR旁通阀内的机械阀芯，为单纯的机械结构，利用感温体内介质的热胀冷缩特性，能够实现对冷却出口和旁通侧出口的开闭状态进行灵活控制和调整。并且，采用该结构的机械阀芯，能够令EGR旁通阀结构简单，而且在不增加成本的前提下，极大地提高了阀件可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的EGR旁通系统布置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的EGR旁通阀在EGR气体温度低于预设固化温度时的工作状态示意图；
图3为本发明实施例提供的EGR旁通阀在EGR气体温度等于预设固化温度时的工作状态示意图；
图4为本发明实施例提供的EGR旁通阀在EGR气体温度高于预设固化温度时的工作状态示意图；
图5为本发明实施例提供的排气温度需求目标图。
其中：
01-EGR阀，02-EGR旁通阀，
03-进气管路，04-冷却管路，05-EGR旁通管路，
06-冷却水进水管，07-冷却水出水管，
1-推杆，2-上阀门，3-胶管，4-感温体，5-下阀门，6-弹性件，
11-冷却出口，12-旁通侧出口，13-进气口。
具体实施方式
本发明公开了一种EGR旁通阀和一种设置有该EGR旁通阀的EGR旁通系统，该EGR旁通阀能够用于实现EGR旁通系统中旁通管路的开启大小和关闭，可靠性较高，而且制造成本相对较低。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图5，图1为本发明实施例提供的EGR旁通系统布置结构示意图，图2为本发明实施例提供的EGR旁通阀在EGR气体温度低于预设固化温度时的工作状态示意图，图3为本发明实施例提供的EGR旁通阀在EGR气体温度等于预设固化温度时的工作状态示意图，图4为本发明实施例提供的EGR旁通阀在EGR气体温度高于预设固化温度时的工作状态示意图，图5为本发明实施例提供的排气温度需求目标图。
本发明实施例提供的EGR旁通阀，主要包括壳体和机械阀芯。其中：
壳体的侧端设置有进气口13，用于连通EGR气体进气管路03；壳体的上端设置有冷却出口11，用于连通EGR冷却器所在的冷却管路04；壳体的下端设置有旁通侧出口12，用于连通EGR旁通管路05；
机械阀芯包括感温体4和推杆1，以及位于感温体4和推杆1之间的具有预设固化温度的介质，在使用过程中，该介质体积可随温度变化而变化，通过介质的体积变化来达到控制感温体4或推杆1作直线运动，以控制冷却出口11和旁通侧出口12适时开启、关闭或适时调整通路大小的目的。
具体地，“预设固化温度”是指预先经过调配令介质具有一定的且已知的固液转化温度。当介质的温度低于预设固化温度时，介质呈固态，当介质的温度高于预设固化温度时，介质呈液态。当介质由固态变为液态时，体积变大，从而挤压推杆1，令推杆1与感温体4之间发生相对位移。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的EGR旁通阀内的机械阀芯，为单纯的机械结构，利用感温体4内介质的热胀冷缩特性，能够实现对冷却出口11和旁通侧出口12的开闭状态进行灵活控制和调整。并且，采用该结构的机械阀芯，能够令EGR旁通阀结构简单，而且在不增加成本的前提下，极大地提高了阀件可靠性。
在具体实施例中，推杆1位于感温体4外的一端固定，则感温体4远离推杆1的一端可用于控制通道的开启大小和关闭。但是并不局限于此，在其他具体实施例中，若感温体4远离推杆1的一端固定，则推杆1位于感温体4外的一端可用于控制通道的开启大小和关闭。对此，本领域技术人员可根据实际需要进行具体设置，只要能够达到令上述EGR旁通阀中的机械阀芯，根据环境温度变化控制通道开启大小和关闭的目的即可。
具体地，请参照图2至图4，在本发明提供的一个具体实施例中，机械阀芯中还包括橡胶体3。其中：
感温体4为筒型结构，其上端设置有用于控制冷却出口11的开启大小和关闭的上阀门2，感温体4的下端设置有用于控制旁通侧出口12的开启大小和关闭的下阀门5；
推杆1的底端穿过感温体4上端的安装孔插入感温体4的空腔内，推杆1的上端与壳体固连；
橡胶体3位于感温体4的空腔内，且套设在推杆1的底端，介质填充在橡胶体3与感温体4之间。
具体地，上阀门2和下阀门5分别为板状结构。
进一步地，感温体4和推杆1之间通过弹性件6提供预紧力。具体地，弹性件6为固定在壳体内壁上的弹簧，该弹簧位于感温体本体和下阀门5之间。
进一步地，推杆1的下端端部为锥形结构，位于推杆1下方的橡胶体3的厚度大于零，以便于橡胶体3液化体积膨胀时对推杆1产生向上的推力。
上述EGR旁通阀的工作过程和原理为：
当流经EGR旁通阀的EGR气体温度较低(低于预设固化温度值)时，感温体4内的介质呈固态，上阀门2在弹性件6的作用下关闭壳体的冷却出口11，以关闭流向EGR冷却器的通道，此时，下阀门5与壳体的旁通侧出口12之间保持大于零的预设距离，EGR气体通过旁通侧出口12进入EGR旁通管路05，如图2所示；
当EGR气体温度达到规定值(即达到预设固化温度值)后，感温体4内的介质开始熔化，部分介质变成液体，介质体积随之增大并压迫橡胶管3使其收缩，在橡胶管3收缩的同时对推杆1作用以向上的推力，由于推杆1上端固定，因此，推杆1对橡胶管3和感温体4产生向下的反作用力，使上阀门2下移，远离壳体的冷却出口11，从而冷却出口11打开，EGR气体进入冷却管路04，以通过EGR冷却器进行降温，如图3所示；
随着EGR气体温度的继续升高(高于预设固化温度值)，感温体4内的介质全部熔化成液体，使得上阀门2下移距离增大，冷却出口11完全开启，同时，由于推杆1的推力，感温体4压缩弹性件6，下阀门5令旁通侧出口12完全关闭，EGR旁通管路05不流通，EGR气体全部流经EGR冷却器，如图4所示。
在具体实施过程中，提高WHTC(冷态)循环初期的排气温度，有利于提高SCR转化效率，目标排气温度可参照图5所示。通过本发明实施例提供的EGR旁通阀，能够实现循环初期EGR气体的旁通，能够显著提高排气温度，达到如图5示意的目标排气温度。该EGR旁通阀中的感温体4内的介质配比、重量或体积，可以根据提升排气温度的需求和零件结构进行填充。
在优选的具体实施例中，上述感温体4为金属材质。介质为将锡和铅按照预设比例进行配比得到的混合介质，其熔化温度在200℃左右。具体地，纯锡的熔化温度是231.9℃，通过锡与铅等多种金属混合进行配比，得到混合介质，可以实现183℃至295℃范围内不同的熔化温度。优选地，该混合介质中，锡和铅的重量配比范围为：锡15％至63％，铅37％至85％。具体可参照下表1。
表1锡铅不同配比比例的熔点
锡铅配比 熔点℃
锡63/铅37 183
锡60/铅40 183-190
锡55/铅45 183-203
锡50/铅50 183-215
锡45/铅55 183-227
锡40/铅60 183-238
锡35/铅65 183-248
锡30/铅70 183-258
锡25/铅75 183-266
锡20/铅80 183-279
锡15/铅85 183-295
综上，本发明实施例还提供了一种EGR旁通系统。如图1所示，该系统包括用于输送EGR气体的第一管路和EGR旁通管路。其中：
第一管路上依次串联设置有EGR阀01、EGR旁通阀02、EGR冷却器，该EGR旁通阀02为如上文中所述的EGR旁通阀，该EGR旁通阀02的冷却出口11与第一管路中的冷却管路04连接，EGR旁通阀02的进气口13与第一管路中的进气管路03连接；
EGR旁通管路的一端与EGR旁通阀2的旁通侧出口12连接，另一端与第一管路中位于EGR冷却器后侧的管路连接。
本发明实施例提供的EGR旁通系统中，通过EGR气体旁通的方式利于排气热管理，有利于提高后处理系统的转化效率，显著地降低PEMS风险。通过采用上文中所述的EGR旁通阀，在不增加成本的前提下，实现了对EGR气体旁通比例的灵活控制。
在此需要说明的是，为了便于说明，本文中所说的“上、下、左、右”等方位词均是以附图2中的EGR旁通阀结构为参照。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种EGR旁通阀，其特征在于，包括壳体和机械阀芯，
所述壳体的侧端设置有进气口(13)，用于连通EGR气体进气管路(03)；所述壳体的上端设置有冷却出口(11)，用于连通EGR冷却器所在的冷却管路(04)；所述壳体的下端设置有旁通侧出口(12)，用于连通EGR旁通管路(05)；；
所述机械阀芯包括感温体(4)和推杆(1)，以及位于所述感温体(4)和所述推杆(1)之间的具有预设固化温度的介质，通过所述介质的体积变化控制所述感温体(4)或所述推杆(1)作直线运动，以控制所述冷却出口(11)和所述旁通侧出口(12)的开启大小和关闭。
2.根据权利要求1所述的EGR旁通阀，其特征在于，所述机械阀芯中还包括橡胶体(3)，其中：
所述感温体(4)为筒型结构，其上端设置有用于控制所述冷却出口(11)的开启大小和关闭的上阀门(2)，下端设置有用于控制所述旁通侧出口(12)的开启大小和关闭的下阀门(5)；
所述推杆(1)的底端穿过所述感温体(4)上端的安装孔插入所述感温体(4)的空腔内，所述推杆(1)的上端与所述壳体固连；
所述橡胶体(3)位于所述感温体(4)的空腔内，且套设在所述推杆(1)的底端；
所述介质填充在所述橡胶体(3)与所述感温体(4)之间。
3.根据权利要求2所述的EGR旁通阀，其特征在于，还包括弹性件(6)，所述感温体(4)和所述推杆(1)之间通过所述弹性件(6)提供预紧力。
4.根据权利要求2所述的EGR旁通阀，其特征在于，所述推杆(1)的下端端部为锥形结构。
5.根据权利要求4所述的EGR旁通阀，其特征在于，位于所述推杆(1)的下方的所述橡胶体(3)的厚度大于零。
6.根据权利要求2所述的EGR旁通阀，其特征在于，所述上阀门(2)为板状结构，和/或，所述下阀门(5)为板状结构。
7.根据权利要求1所述的EGR旁通阀，其特征在于，所述感温体(4)为金属材质。
8.根据权利要求1至7任一项所述的EGR旁通阀，其特征在于，所述介质为将锡和铅按照预设比例进行配比得到的混合介质。
9.根据权利要求8所述的EGR旁通阀，其特征在于，所述混合介质中，锡和铅的重量配比范围为：锡15％至63％，铅37％至85％。
10.一种EGR旁通系统，其特征在于，包括：
用于输送EGR气体的第一管路，所述第一管路上依次串联设置有EGR阀(01)、EGR旁通阀(02)、EGR冷却器，所述EGR旁通阀(02)为如权利要求1至9中任一项所述的EGR旁通阀，所述EGR旁通阀(02)的冷却出口(11)与所述第一管路中的冷却管路(04)连接，所述EGR旁通阀(02)的进气口(13)与所述第一管路中的进气管路(03)连接；
EGR旁通管路(05)，所述EGR旁通管路(05)的一端与所述EGR旁通阀(02)的旁通侧出口(12)连接，另一端与所述第一管路中位于所述EGR冷却器后侧的管路连接。
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