CN110145419B - 一种内燃机废气再循环阀 - Google Patents

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Abstract

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种内燃机废气再循环阀。包括第一排气管路，第二排气管路，第三排气管路、废气再循环管路、阀片A、阀片B组成；第三排气管路、废气再循环管路分别和第二排气管路进行交汇；第一排气管路入口和发动机一组气缸排气管相通，第一排气管路出口连接涡轮增压器；第二排气管路入口连接另一组气缸排气管，第三排气管路出口和涡轮增压器涡轮机流道进口连接；废气再循环管路出口和发动机进气系统连接；阀片A、阀片B通过旋转控制流经第三排气管路及废气再循环管路的排气量。本发明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；在内燃机冷启动及负载较低的情形下，排气后处理装置依然能达到高效运行需要的温度。

Description

一种内燃机废气再循环阀
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，具体来说是涉及一种内燃机废气再循环阀。
背景技术
废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)，内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术，主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NOx)，广泛应用到内燃机开发中。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，其作用是对进入进气歧管的废气量进行控制，使一定量的废气流入进气歧管进行再循环。EGR阀是废气再循环装置中非常重要的、关键的部件。
EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。因此，不同内燃机工况对EGR的需求量也不同，往往在有些工况需要较大废气量。把涡轮前的高压废气引入中冷后的进气中是实现废气再循环的主要方法之一，在大多数工况，涡轮前的排气压力要大于中冷后的进气压力，可实现一定的废气再循环量。但由于高压排气和高压进气间的压差有限，难以实现高的EGR率，NOX下降有限。
专利CN101907045A公开了一种带节气门的EGR阀，专利CN105909428B公开了一种EGR阀结构，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的引入在增压器内燃机工程化应用中也存在一定的困难，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；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，因为排气压力和增压压力间压差较小，仍然不能将更多的废气引入到进气系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机废气再循环阀，能调节进入内燃机进气系统循环废气量的同时，在增压内燃机高负荷时仍然可实现较高废气循环量的引入，此外通过关闭一组排气管路，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。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
一种内燃机废气再循环阀，包括第一排气管路1，第二排气管路2，第三排气管路3、废气再循环管路4、位于第三排气管路3及废气再循环管路4内的阀片A6、阀片B7；
所述第三排气管路3、废气再循环管路4分别和第二排气管路2进行交汇，且第三排气管路3和废气再循环管路4相邻；
第一排气管路入口18和内燃机一组气缸排气管相连通，第一排气管路出口5连接涡轮增压器；第二排气管路入口11连接另一组气缸排气管，内燃机第三排气管路出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；废气再循环管路出口和内燃机进气系统连接；
所述的阀片A、阀片B能通过旋转控制流经第三排气管路3及废气再循环管路4的排气量。
技术方案中所述阀片A6和内轴12固定连接，阀片B7和外轴10固定连接；内、外轴套接在一起，内轴一侧设有凸起结构，和外轴10的一侧端面配合，内轴12的另一侧套装驱动拉杆8，驱动拉杆8中设有圆筒型拉杆凸起结构15和外轴的另一侧端面中外轴凸起结构16配合，形成外轴10和驱动拉杆8间的锁止结构14和圆周方向缺口13；
在外轴10和驱动拉杆8之间设有弹性元件9，弹性元件9一端连接外轴10，弹性元件9另一端连接驱动拉杆8。
技术方案中所述阀片A6和阀片B7成一定的角度，进而通过同时旋转阀片A6和阀片B7，控制第二排气管路2流入废气再循环管路4和第三排气管路3上流量的分配。
技术方案中所述的弹性元件9为螺旋弹簧；
技术方案中所述的第三排气管路3和废气再循环管路4直径相同或不同。
技术方案中所述的内轴12和外轴10套接的外表面设有数条轴向凹槽17。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明在增压内燃机高负荷时仍然可实现较高废气循环量的引入，实现在内燃机所有工况下EGR率0％～50％之间灵活调节；第一排气管路和第二排气管路连接的内燃机气缸数不同时，EGR率可实现0％～N第一缸/(N第一缸+N第二缸)*100％之间灵活调节；此外通过关闭第一排气管路，使排气背压升高，具有排气制动阀功能；阀片A、B可同时和管路内壁面共同作用封闭第二排气管路，同时配合缸内燃油喷射策略调整，停止向和第二排气管路相连的一组气缸喷射燃油，增加喷向和第一排气管路相连的一组气缸燃油喷射量，可实现提升排气系统排气温度的作用；即使在内燃机冷启动及负载较低的情形下，也能使排气温度达到较高，确保排气后处理装置能达到其高效运行需要温度；且结构简单，节约成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明所述内燃机废气再循环阀示意图；
图2a是本发明阀片和内外轴装配示意图；
图2b是本发明内、外轴锁止结构示意图；
图2c是本发明内轴和驱动拉杆连接示意图；
图3a是本发明阀片封闭第三排气管路示意图；
图3b是本发明阀片调节进入废气循环管路和涡轮增压器涡轮流道废气量示意图；
图3c是本发明阀片封闭废气循环管路示意图；
图3d是本发明阀片A、B封闭第二排气管路示意图；
图4a本发明内轴示意图；
图4b本发明外轴示意图；
图4c本发明驱动拉杆示意图；
图中：1-第一排气管路；2-第二排气管路；3-第三排气管路；4-废气再循环管路；5-第一排气管路出口；6-阀片A；7-阀片B；8-驱动拉杆；9-弹性元件；10-外轴；11-第二排气管路入口；12-内轴；13-缺口；14-锁止结构；15-拉杆凸起结构；16-外轴凸起结构；17-轴向凹槽；18-第一排气管路入口；19-销。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，一种内燃机废气再循环阀，包括第一排气管路1，第二排气管路2，第三排气管路3及废气再循环管路4、位于第三排气管路3及废气再循环管路4内的阀片A6、阀片B7组成；所述第三排气管路3、废气再循环管路4分别和第二排气管路2进行交汇，且第三排气管路3和废气再循环管路4相邻；
第一排气管路入口18和内燃机一组气缸排气管相连通，第一排气管路出口5连接涡轮增压器；第二排气管路入口11连接另一组气缸排气管，废气再循环管路4和内燃机EGR系统中管路相连，第三排气管路3和增压器进气道连接；第三排气管路出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；废气再循环管路出口和内燃机进气系统连接；
所述的阀片A、阀片B能通过旋转控制流经第三排气管路3及废气再循环管路4的排气量，参阅图2a，阀片A6和内轴12固定连接，阀片B7和外轴10固定连接；所述的内、外轴套接在一起，内轴12和驱动拉杆8固定连接，内轴12与驱动拉杆8通过销19进行固定连接，如图2c所示；
参阅图2c，在外轴10和驱动拉杆8之间设有弹性元件9，弹性元件9一端连接外轴10，一端连接驱动拉杆8；
弹性元件9一端插入外轴10内。
弹性元件9预设有扭转方向预紧力，且外轴10和驱动拉杆8间设有锁止结构，用以平衡弹性元件9预紧力，确保内轴12跟随外轴10同步旋转。同时阀片A6和阀片B7成一定的角度，进而通过同时旋转阀片A6和阀片B7，控制第二排气管路2流入废气再循环管路4和第三排气管路3上流量的分配；
当阀片A、阀片B外圆周面和管壁接触时，将封闭管路；当阀片A6封闭第三排气管路3时，阀片B7将打开废气再循环管路4，使一组气缸的排气全部流向废气再循环管路4；当阀片A6打开第三排气管路3时，阀片B7封闭废气再循环管路4，使一组气缸的排气全部流向第三排气管路3；
当阀片B7封闭废气再循环管路4后，阀片B7外圆周面将和管路内壁接触，外轴10将停止运动，驱动拉杆8和外轴10交汇处拉杆凸起结构15同外轴凸起结构16在旋转的圆周方向的设有缺口13，驱动拉杆8可以驱动内轴12克服弹性元件9的预紧力，拉杆凸起结构15继续旋转，直到接触外轴凸起结构16，使内轴12驱动阀片A6继续旋转，使阀片A6和管路内壁接触，所述的阀片A、阀片B将同时和管路内壁面共同作用，封闭第二排气管路2，使一组气缸的排气无法流向废气再循环管路4和涡轮增压器；所述的内、外轴通过一个驱动机构进行驱动旋转，围绕重合的轴线能够旋转地设置；当阀片A、阀片B在所述旋转轴线垂直的平面的夹角为阀片从最大开度到关闭位置的旋转角；驱动拉杆8和外轴10交汇处设有缺口相对内、外轴圆心角大于等于阀片A6最大开度到关闭位置的旋转角；在阀片B7封闭废气再循环管路4后，缺口的圆周角要足够大，可以确保阀片A6和管路内壁接触，密封管路；
所述的弹性元件9为螺旋弹簧；
所述的第三排气管路3和废气再循环管路4直径相同或不同。
参阅图4b、图4c，所述的内轴12为T字型结构，外轴10为圆筒型结构，所述的内、外轴套接在一起，内轴一侧设有凸起结构，和外轴10的一侧端面配合，内轴12的另一侧套装驱动拉杆8，驱动拉杆8中设有圆筒型拉杆凸起结构15和外轴的另一侧端面中外轴凸起结构16配合，形成外轴10和驱动拉杆8间的锁止结构14和圆周方向缺口13。
参阅图4a，所述的内轴12和外轴10套接的外表面设有数条轴向凹槽17。
第一排气管路入口和内燃机一组气缸排气管相连通，出口连接涡轮增压器；第二排气管路进口连接另一组气缸排气管；第三排气管路出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；废气再循环管路出口和内燃机进气系统连接，使内燃机排气可以循环回气缸参与燃烧，达到改善排放的目的；所述的阀片A、B能和管壁构成了阀，通过旋转阀片控制流经第三排气管路及废气再循环管路的排气量，阀片A6和内轴12固定连接，阀片B7和外轴10固定连接；
所述的内、外轴套接在一起；所述的内轴和外轴套接的外表面设有数条轴向凹槽17，可以有效防止进入颗粒导致内、外轴相对转动卡滞；内轴12和驱动拉杆8固定连接，在外轴10和驱动拉杆8之间设有弹性元件9，弹性元件9一端连接外轴10，一端连接驱动拉杆8，所述的弹性元件9为螺旋弹簧；参阅图2b、图2c，弹性元件9预设有扭转方向预紧力，且外轴10和驱动拉杆8间设有锁止结构14，用以平衡弹性元件预紧力，确保内轴跟随外轴同步旋转；当阀片A、B外圆周面和管壁接触时，将封闭管路。
所述的内、外轴通过一个驱动机构进行驱动旋转，围绕重合的轴线能够旋转地设置；当阀片A、B在所述旋转轴线垂直的平面的夹角为阀片从最大开度到关闭位置的旋转角；驱动拉杆和外轴交汇处设有缺口相对内、外轴圆心角大于等于阀片A6最大开度到关闭位置的旋转角。所述的内轴12为T字型结构，外轴10为圆筒型结构，所述的内、外轴套接在一起，和外轴的一侧端面配合，内轴的另一侧套装驱动拉杆，驱动拉杆中设有圆筒型拉杆凸起结构15和外轴的另一侧端面中外轴凸起结构16配合，形成外轴和驱动拉杆间的锁止结构和圆周方向缺口。
参阅图3a，当阀片A封闭第三排气管路时，阀片B将打开废气再循环管路，使一组气缸的排气全部流向废气再循环管路，可以实现50％EGR率(废气再循环)，假如为6缸内燃机，第一排气管路和第二排气管路连接的内燃机气缸数相同均为3，最大能达到的EGR率就为50％，即3/(3+3)＝0.5＝50％。第一排气管路和第二排气管路连接的内燃机气缸数不同时，第一排气管路连接N第一缸个缸，第二排气管路连接N第二缸个缸，可以达到最大的EGR率为N第一缸/(N第一缸+N第二缸)*100％。
参阅图3b，当驱动拉杆进一步旋转，阀片A将向离开管壁的方向旋转，第三排气管路的流通面积将不断增加，阀片B将向关闭废气循环管路的方向旋转，废气再循环管路的流通面积将不断减小，进而通过内外轴调节旋转角度控制阀片A、B调节其第二排气管路流入废气再循环管路和第三排气管路流通面积，进而调节它们之间流量的分配，实现不同的EGR率。
参阅图3c，当阀片继续旋转，阀片B将封闭废气再循环管路，这时阀片A打开第三排气管路的开度最大，使一组气缸的排气全部流向第三排气管路，这时将没有废气流向EGR管路，进气中的EGR率将为零；因此可实现在内燃机所有工况下EGR率0％～50％之间灵活调节，第一排气管路和第二排气管路连接的内燃机气缸数不同时，EGR率可实现0％～N第一缸/(N第一缸+N第二缸)*100％之间灵活调节。
参阅图3d，当阀片B封闭废气再循环管路后，阀片B外圆周面将和管路内壁接触，外轴将停止运动，驱动拉杆和外轴交汇处设有缺口，驱动拉杆可以驱动内轴克服弹性元件的预紧力，使内轴驱动阀片A继续旋转，使阀片A和管路内壁接触，所述的阀片A、B将同时和管路内壁面共同作用，封闭第二排气管路，使一组气缸的排气无法流向废气再循环管路和涡轮增压器；
所述的阀片A6封闭废气再循环管路4后，阀片A 6外圆周面将和管路内壁接触，外轴10将停止运动，驱动拉杆8可以驱动内轴克服弹性元件9的预紧力，使内轴12驱动阀片B7继续旋转，使阀片B7和管路内壁接触，所述的阀片A、B将同时和管路内壁面共同作用，封闭第二排气管路2，使一组气缸的排气无法流向废气再循环管路4和涡轮增压器；这时同内燃机第二排气管路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，达到使内燃机减速，达到减低车速的目的。当内燃机运行在中小负荷工况时，排气后处理DPF装置需要提高排气温度再生时，可通过阀片A、B封闭第二排气管路2，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，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。在内燃机冷启动及负载较低的情形下，排气后处理装置依然能达到其高效运行需要温度；结构简单，节约成本。

Claims (4)

1.一种内燃机废气再循环阀，其特征在于：
包括第一排气管路(1)，第二排气管路(2)，第三排气管路(3)、废气再循环管路(4)、位于第三排气管路(3)及废气再循环管路(4)内的阀片A(6)、阀片B(7)；
所述第三排气管路(3)、废气再循环管路(4)分别和第二排气管路(2)进行交汇，且第三排气管路(3)和废气再循环管路(4)相邻；
第一排气管路入口(18)和内燃机一组气缸排气管相连通，第一排气管路出口(5)连接涡轮增压器；第二排气管路入口(11)连接另一组气缸排气管，内燃机第三排气管路出口和涡轮增压器涡轮机流道的进口连接；废气再循环管路出口和内燃机进气系统连接；
所述的阀片A、阀片B能通过旋转控制流经第三排气管路(3)及废气再循环管路(4)的排气量；
所述阀片A(6)和内轴(12)固定连接，阀片B(7)和外轴(10)固定连接；内、外轴套接在一起，内轴一侧设有凸起结构，和外轴(10)的一侧端面配合，内轴(12)的另一侧套装驱动拉杆(8)，驱动拉杆(8)中设有圆筒型拉杆凸起结构(15)和外轴的另一侧端面中外轴凸起结构(16)配合，形成外轴(10)和驱动拉杆(8)间的锁止结构(14)和圆周方向缺口(13)；
在外轴(10)和驱动拉杆(8)之间设有弹性元件(9)，弹性元件(9)一端连接外轴(10)，弹性元件(9)另一端连接驱动拉杆(8)；
所述阀片A(6)和阀片B(7)成一定的角度，进而通过同时旋转阀片A(6)和阀片B(7)，控制第二排气管路(2)流入废气再循环管路(4)和第三排气管路(3)上流量的分配。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机废气再循环阀，其特征在于：
所述的弹性元件(9)为螺旋弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种内燃机废气再循环阀，其特征在于：
所述的第三排气管路(3)和废气再循环管路(4)直径相同或不同。
4.根据权利要求1所述的一种内燃机废气再循环阀，其特征在于：
所述的内轴(12)和外轴(10)套接的外表面设有数条轴向凹槽(17)。
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