CN109653907B - 一种发动机集成废气再循环阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机集成废气再循环阀，本发明的目的在于提供一种发动机集成废气再循环阀，能调节进入发动机进气系统循环废气量的同时，在增压发动机高负荷时仍然可实现较高废气循环量的引入，此外通过关闭第一排气管路，具有排气制动阀功能，配合缸内燃油喷射控制，实现提升排气系统温度的作用。该废气再循环阀设置在三个排气管路的交汇处，通过摆动并配合凸出轮廓结构，对特定的管路形成密封结构，控制管路通断。

Description

一种发动机集成废气再循环阀
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种发动机集成废气再循环阀。
背景技术
面对越来越严格的发动机排放法规，采取了很多技术措施，其中，由于废气再循环(EGR)能大幅降低NOx排放而尤其受到重视，并广泛应用到发动机开发中。EGR阀是废气再循环系统中调节再循环废气流量的执行元件，EGR阀作为EGR系统的重要部件，对EGR的引入有至关重要的影响。
现有的技术中EGR管路和排气管路相连接，EGR阀被安装在EGR管路中，用于控制EGR的引入量。如专利申请CN101907045 A公开了一种带节气门的EGR 阀，包括EGR 阀阀体，EGR 阀本体的下部为阀腔，阀腔外设置有阀体，阀体内设置有有废气进气通道，阀体上部设置有阀芯，阀体的一侧设置有节气门装置，节气门装置包括进气口、与进气口相对一侧的混合气体出口、节气门本体、节气门本体内设置的阀片、与阀片连接的驱动轴，节气门本体外还设置有与驱动轴连接的驱动阀部件，在EGR 阀的阀体上设计空气的联接管口，阀体内腔装起节气作用的阀片，同时阀体侧设计结构与驱动阀的支架连接来带动EGR 阀的轴及阀片转动，EGR 阀和节气门一体。
专利申请CN1076438C旋转式柴油机电动EGR阀，专利申请CN106065834A EGR阀组件，专利申请CN106762250A柴油发动机EGR阀，以上专利结构均将EGR阀串联安装到EGR管路中，即使在EGR阀开度最大的时候，往往EGR的引入在增压器发动机工程化应用中存在一定的困难，小负荷时增压压力较低，可以通过在涡轮机前引入废气接入增压器后，依靠涡轮机前废气压力比增压后新鲜空气压力高的优势引入废气，但EGR率受到一定的限制（即使EGR阀开度最大，仍然有相当部分排气通过排气流入增压器涡轮）；在高负荷时，空气增压后的压力较高，即使EGR阀开度最大，同时采用单向阀，因为增压压力会高于排气压力，仍然不能将废气引入到EGR管路。
在发动机加热和再生模式时，为满足SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原，降低NOx排放的一种后处理装置)高效率以及DPF(DieselParticulateFilter，柴油颗粒过滤器，安装在柴油车排气系统中，通过过滤来降低排气中颗粒物的装置)再生时排气温度的需求，发动机排气热管理技术得到了越来越广泛的应用。对于低速低负荷工况，排气温度比较低，目前常用的提温方式为采用进气节流阀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机集成废气再循环阀，能调节进入发动机进气系统循环废气量的同时，在增压发动机高负荷时仍然可实现较高废气循环量的引入，此外通过关闭第一排气管路，具有排气制动阀功能，配合缸内燃油喷射控制，实现提升排气系统温度的作用。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种发动机集成废气再循环阀，包括第一排气管路1，第二排气管路2，第三排气管路3及可调节控制元件组成；所述第一排气管路1、第二排气管路2、第三排气管路3相互连接形成了管路交汇处4；第一排气管路1进口和发动机一组气缸排气管相连通，出口连接管路交汇处4；第二排气管路2进口连接管路交汇处4，出口和EGR管路连接；第三排气管路3进口连接管路交汇处4，出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；所述的可调节控制元件位于管路交汇处4；在第一排气管路1出口一侧和可调节控制元件接触区域具有凸出轮廓结构A5，第二排气管路2入口同第一排气管路1相对一侧和可调节控制元件接触区域具有凸出轮廓结构B11，第二排气管路2和第三排气管路3之间同第一排气管路1相对的壁面具有凹型轮廓13同可调节控制元件配合；所述的可调节控制元件为阀结构，围绕相对废气的流动方向横向的摆动轴线能够摆动地设置；所述摆动轴线相对第一排气管路1、第二排气管路2和第三排气管路3的轴线垂直进行安装；可调节控制元件顶部能够与凸出轮廓结构A5配合形成密封结构，可调节控制元件底部设有凸出弧形结构，同第二排气管路2壁面相对应位置具有凸台10，在可调节控制元件封闭第一排气管路1时，第二排气管路2进口内壁面和凸台10接触密封；
所述的可调节控制元件通过与凸出轮廓结构A5、凸出轮廓结构B11和凹型轮廓13，以及第一排气管路1和第二排气管路2的内壁面共同作用，通过可调节控制元件的摆动，可以形成以下四种状态：
1）可以封闭第一排气管路1，使一组气缸的排气无法流向EGR管路和涡轮增压器；
2）可调节控制元件只封闭第二排气管路2，使一组气缸的排气全部流向第三排气管路3；
3）可调节控制元件只封闭第三排气管路3，使一组气缸的排气全部流向第二排气管路2；
4）可调节控制元件通过调节摆动角度控制第一排气管路1流入的废气在第二排气管路2和第三排气管路3上流量的分配。
所述的可调节控制元件是蝶型阀，阀芯为片状结构；所述阀芯顶部7分别和第一排气管路两侧壁面及凸出轮廓结构A配合，阀芯顶部围绕摆动轴线在第一排气管路出口处摆动；
所述阀芯底部具有凸出弧形结构同第二排气管路和第三排气管路之间凹型轮廓共同作用，封闭第二排气管路和第三排气管路之间的排气流动，阀芯底部围绕摆动轴线在第二排气管路和第三排气管路之间处摆动；
所述的阀芯顶部围绕摆动轴线的旋转半径大于阀芯底部围绕摆动轴线的旋转半径；
所述的摆动轴线位于第一排气管路出口处，或管路交汇区域内；
所述的第一排气管出口处和摆动轴线相对壁面处分别设有凸出轮廓结构A5、凸出轮廓结构C14，阀芯顶部分别和第一排气管路一侧壁面及凸出轮廓结构A5和凸出轮廓结构C14配合，阀芯将在凸出轮廓结构A5管路壁面和凸出轮廓结构C14外侧配合面间摆动；
本发明的有益效果：
本发明所提供的一种发动机集成废气再循环阀，能调节进入发动机进气系统循环废气量的同时，在增压发动机高负荷时仍然可实现较高废气循环量的引入；此外通过关闭第一排气管路，具有排气制动阀功能，配合缸内燃油喷射策略调整，实现提升排气系统温度的作用；具有结构简单，节约成本的优点。
附图说明
图1是本发明一种发动机集成废气再循环阀示意图。
图2是本发明一种发动机集成废气再循环阀摆动位置示意图，其中Ⅰ为阀芯封闭第一排气管路，Ⅱ为阀芯封闭第三排气管路，Ⅲ为阀芯位置为调节进入发动机进气系统和涡轮增压器涡轮流道循环废气量，Ⅳ为阀芯封闭第二排气管路。
图3优选的方案一种发动机集成废气再循环阀摆动位置示意图。其中Ⅰ为阀芯封闭第一排气管路，Ⅱ为阀芯封闭第三排气管路，Ⅲ为阀芯位置为调节进入发动机进气系统和涡轮增压器涡轮流道循环废气量，Ⅳ为阀芯封闭第二排气管路。
图4摆动轴线位于第一排气管路出口外时一种发动机集成废气再循环阀摆动位置示意图。其中Ⅰ为阀芯封闭第一排气管路，Ⅱ为阀芯封闭第三排气管路，Ⅲ为阀芯位置为调节进入发动机进气系统和涡轮增压器涡轮流道循环废气量，Ⅳ为阀芯封闭第二排气管路。
图中：1-第一排气管路；2-第二排气管路；3-第三排气管路；4-管路交汇处；5-凸出轮廓结构A；6-阀芯顶部摆动轨迹线；7-阀芯顶部；8-摆动轴线；9-阀芯底部；10-凸台；11-凸出轮廓结构B；12-阀芯摆动角度；13-凹型轮廓；14-凸出轮廓结构C。
具体实施方式
下面以具体实施例的形式对本发明书技术方案做进一步解释和说明。本实施例中的发动机集成废气再循环阀可参考附图1~4的描述。
一种发动机集成废气再循环阀，包括第一排气管路1，第二排气管路2，第三排气管路3及可调节控制元件组成；所述第一排气管路1、第二排气管路2、第三排气管路3相互连接形成了管路交汇处4；第一排气管路1进口和发动机一组气缸排气管相连通，出口连接管路交汇处4；第二排气管路2进口连接管路交汇处4，出口和EGR管路连接；第三排气管路3进口连接管路交汇处4，出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；另一种布置方案所述的第二排气管路2和涡轮增压器连接，第三排气管路3同EGR管路相连接；所述的可调节控制元件位于管路交汇处4；在第一排气管路1出口一侧和可调节控制元件接触区域具有凸出轮廓结构A5，第二排气管路2入口同第一排气管路1相对一侧和可调节控制元件接触区域具有凸出轮廓结构B11，第二排气管路2和第三排气管路3之间同第一排气管路1相对的壁面具有凹型轮廓13同可调节控制元件配合；所述的可调节控制元件和凸出轮廓结构A5、凸出轮廓结构B11及凹型轮廓13，第一、二排气管路内壁面共同作用，可以封闭第一排气管路1，使一组气缸的排气无法流向EGR管路和涡轮增压器；可调节控制元件也可只封闭第二排气管路2，使一组气缸的排气全部流向第三排气管路3；可调节控制元件也可只封闭第三排气管路3，使一组气缸的排气全部流向第二排气管路2；可调节控制元件也可通过调节摆动角度控制第一排气管路1流入的废气在第二排气管路2和第三排气管路3上流量的分配；其特征在于：所述的可调节控制元件为阀结构，优选为蝶型阀，阀芯为片状结构，围绕相对相对废气的流动方向横向的摆动轴线8能够摆动地设置；所述摆动轴线8相对第一、二、三排气管路轴线垂直进行安装；所述的摆动轴线8位于第一排气管路1出口处，或管路交汇区域内；
该发动机集成废气再循环阀有四个典型的摆动位置，第Ⅰ摆动位置为阀芯封闭第一排气管路1，阀芯顶部7和第一排气管路1左侧壁面接触，所述阀芯底部9具有凸出弧形结构同第二排气管路2和第三排气管路3之间凹型轮廓13共同作用，封闭第二排气管路2和第三排气管路3之间的排气流动，阀芯底部9围绕摆动轴线8在第二排气管路2和第三排气管路3之间处摆动；所述的阀芯底部9凸出弧形结构同第二排气管路2壁面相对应位置具有凸台10，在阀芯封闭第一排气管路1时，第二排气管路2进口内壁面和凸台10接触密封。这时同发动机第一排气管路1相连接的一组气缸排气被封闭，从而导致这一组气缸气缸排气背压显著升高，达到使发动机减速，达到减低车速的目的。当发动机运行在中小负荷工况时，排气后出理DPF装置需要提高排气温度再生时，可以阀芯封闭第一排气管路1，调整缸内燃油喷射策略调整，停止向这一组气缸喷射燃油，更多的燃油喷向其它没有封闭排气的气缸。这样即使是在较低的负载下，也能利用该集成废气再循环阀，将相对较热的排气输入所述排气后处理装置。因此，即使是在所述内燃机负载较低的情形下，所述排气后处理装置依然能达到其起燃温度，并在该温度条件下对排气中包含的有害物质进行特别充分的转换或处理。排气后处理装置DPF（颗粒过滤器），可以通过提高排气温度对该颗粒过滤器进行再生。
阀芯在控制机构的驱动下，将进行顺时针方向旋转，所述阀芯顶部7和凸出轮廓结构A5配合，凸出轮廓结构和阀芯顶部7配合区域同阀芯顶部摆动轨迹线6相适应，阀芯顶部7围绕摆动轴线8在第一排气管路1出口处摆动，摆动轴线8也可位于第一排气管路1出口外一定距离的位置。在阀芯摆动过程中，阀芯顶还在凸出轮廓结构A5配合区域内时，第一排气管路1中的发动机废气不会从阀芯顶部7流向第三排气管路3。阀芯旋转角度较小时，所述的阀芯底部9凸出弧形结构将和凸出轮廓结构B11的边缘共同作用，排气也不会从第二排气管路2流向第三排气管路3；旋转较大后所述阀芯底部9具有凸出弧形结构同第二排气管路2和第三排气管路3之间凹型轮廓13将共同作用，第二排气管路3中废气也不会流向第三排气管路2。阀芯顶部7从第一排气管路1左侧壁面旋转到凸出轮廓结构A5最右侧过程中，一组气缸的排气全部流向第二排气管路2即EGR管路，这可以实现无论发动机任何工况都有较高的EGR率。当阀芯顶部7旋转到凸出轮廓结构A5最右侧，这时可调节控制元件只封闭第三排气管路3，使一组气缸的排气全部流向第二排气管路2，阀芯工作在第Ⅱ摆动位置，实现最大EGR率。所述的阀芯顶部围绕摆动轴线8的旋转半径大于阀芯底部9围绕摆动轴线8的旋转半径；则阀芯顶摆动的弧线长度将小于阀芯底部9摆动的弧线长度，在阀芯摆动较小角度的情况下，废气从第一排气管路1流向第二排气管路2时就会有足够的流通面积。
当阀芯在凸出轮廓结构A5最右侧和第一排气管路1右侧壁面之间摆动时，阀芯工作在第Ⅳ摆动位置，将控制第一排气管路1流入的废气在第二排气管路2和第三排气管路3上流量的分配，从而实现发动机不同的EGR率。
当阀芯继续旋转，阀芯顶部7和和第一排气管路1右侧壁面接触后，阀芯将封闭第二排气管路2，使一组气缸的排气全部流向第三排气管路3即涡轮增压器涡轮机流道的进口，阀芯工作在第Ⅲ摆动位置，这时将没有废气流向EGR管路，进气中的EGR率将为零。
优选的方案所述的第一排气管出口处和摆动轴线8相对壁面处分别设有凸出轮廓结构A5、凸出轮廓结构C14，阀芯顶部7分别和第一排气管路1一侧壁面及凸出轮廓结构A5、凸出轮廓结构C14配合，阀芯将在凸出轮廓结构A5管路壁面和凸出轮廓结构C14外侧配合面间摆动，阀芯摆动角度12更小。

Claims (5)

1.一种发动机集成废气再循环阀，其特征在于，该再循环阀包括第一排气管路(1)，第二排气管路(2)，第三排气管路(3)及可调节控制元件组成；所述第一排气管路(1)、第二排气管路(2)、第三排气管路(3)相互连接形成了管路交汇处(4)；第一排气管路(1)进口和发动机一组气缸排气管相连通，出口连接管路交汇处(4)；第二排气管路(2)进口连接管路交汇处(4)，出口和EGR管路连接；第三排气管路(3)进口连接管路交汇处(4)，出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；所述的可调节控制元件位于管路交汇处(4)；在第一排气管路(1)出口一侧和可调节控制元件接触区域具有凸出轮廓结构A(5)，第二排气管路(2)入口同第一排气管路(1)相对一侧和可调节控制元件接触区域具有凸出轮廓结构B(11)，第二排气管路(2)和第三排气管路(3)之间同第一排气管路(1)相对的壁面具有凹型轮廓(13)同可调节控制元件配合；所述的可调节控制元件为阀结构，围绕相对废气的流动方向横向的摆动轴线能够摆动地设置；所述摆动轴线相对第一排气管路(1)、第二排气管路(2)和第三排气管路(3)的轴线垂直进行安装；可调节控制元件顶部能够与凸出轮廓结构A(5)配合形成密封结构，可调节控制元件底部设有凸出弧形结构，同第二排气管路(2)壁面相对应位置具有凸台(10)，在阀芯封闭第一排气管路(1)时，第二排气管路(2)进口内壁面和凸台(10)接触密封；
所述的可调节控制元件通过与凸出轮廓结构A(5)、凸出轮廓结构B(11)和凹型轮廓(13)，以及第一排气管路(1)和第二排气管路(2)的内壁面共同作用，通过可调节控制元件的摆动，可以形成以下四种状态：
(1)、可以封闭第一排气管路(1)，使一组气缸的排气无法流向EGR管路和涡轮增压器；
(2)、可调节控制元件只封闭第二排气管路(2)，使一组气缸的排气全部流向第三排气管路(3)；
(3)、可调节控制元件只封闭第三排气管路(3)，使一组气缸的排气全部流向第二排气管路(2)；
(4)、可调节控制元件通过调节摆动角度控制第一排气管路(1)流入的废气在第二排气管路(2)和第三排气管路(3)上流量的分配。
2.根据权利要求1所述的发动机集成废气再循环阀，其特征在于，所述的可调节控制元件是蝶型阀，阀芯为片状结构；所述阀芯顶部(7)分别和第一排气管路两侧壁面及凸出轮廓结构A配合，阀芯顶部围绕摆动轴线在第一排气管路出口处摆动。
3.根据权利要求2所述的发动机集成废气再循环阀，其特征在于，所述的阀芯顶部围绕摆动轴线的旋转半径大于阀芯底部围绕摆动轴线的旋转半径。
4.根据权利要求1所述的发动机集成废气再循环阀，其特征在于，所述的摆动轴线位于第一排气管路出口处，或管路交汇区域内。
5.根据权利要求1所述的发动机集成废气再循环阀，其特征在于，所述的第一排气管出口处和摆动轴线相对壁面处分别设有凸出轮廓结构A(5)、凸出轮廓结构C(14)，阀芯顶部分别和第一排气管路一侧壁面及凸出轮廓结构A(5)和凸出轮廓结构C(14)配合，阀芯将在凸出轮廓结构A(5)管路壁面和凸出轮廓结构C(14)外侧配合面间摆动。
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