CN111094733B - 用于排气再循环管线的叶片阀 - Google Patents

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Abstract

一种用于发动机中的排气再循环管线的阀，包括：第一筒，该第一筒能够连接到第一组气缸；第二筒，该第二筒能够连接到第二组气缸；以及中央筒，该中央筒在第一筒和第二筒之间并且能够连接到发动机的进气口。提供了具有安装在阀杆上的两个阀头的提升阀，以利用通向中央筒的提升阀的阀头中的一个阀头来打开和关闭第一筒和第二筒之间的开口。在中央筒中设置有叶片，以便将流体流从通向中央筒的阀头旁边的开口朝向出口开口引导。

Description

用于排气再循环管线的叶片阀
技术领域
本发明总体上涉及阀，更具体地，涉及用于发动机中的排气再循环管线的阀。
背景技术
通过阀泵送工作流体需要足够的驱动压力。在提供了排气再循环(EGR)的发动机(例如柴油发动机)中，EGR体积流率(或等效地，EGR质量流率)在很大程度上取决于阀的空气动力学设计。已知在这种EGR系统中使用提升阀/筒式阀，由于不良的空气动力学设计，这种阀倾向于表现出大幅度的总压力损失，这产生了复杂的流体动力学效应。
在特定的EGR阀设计中，前筒被连接到用于发动机的前一组气缸的排气管线，并且后筒被连接到用于后一组气缸的排气管线。在前后筒之间设置有中央筒，并且该中央筒的出口开口连接到发动机的进气管线。设置有提升阀，以同时打开和关闭前筒与中央筒之间的开口以及后筒与中央筒之间的开口。两个阀头被安装在公共阀杆上，并且被坐置在各自的阀座中，所述阀座位于前筒与中央筒之间的开口以及后筒与中央筒之间的开口中。当该阀打开时，前筒和中央筒之间的阀头被移出其阀座而进入前筒中，而后筒和中央筒之间的阀头被移出其阀座而进入中央筒中。从后筒进入中央筒的流体流倾向于围绕阀头在远离中央筒的出口开口的方向上被向上引导，以撞击中央筒的在该阀头上方的顶壁，从而倾向于在中央筒的在该阀头上方的角部中形成“死区”或停滞区(stagnation zone)。
所述停滞区是该阀中的总压力损失的主要原因。例如，在一个示例性的阀中，例如，从后筒体进入中央筒的ERG流必须围绕中央筒中的阀头流动，并且流体流的一部分被朝向中央筒的顶部向上引导并撞击中央筒的顶壁(在被称为“竖直”的方向上)，在该顶壁处，这部分流体流减速至停滞点。顶壁也使撞击该顶壁的流体流相对于其原始方向偏转，以便围绕中央筒径向地流动，这应被称为径向壁流。该径向壁流从所述停滞点加速，直到沿着中央筒的壁或周缘(periphery)的整个流动层都已出现一定程度的静压恢复为止。径向壁流是在中央筒的顶壁处沿相反的方向形成的，并且在它们沿着中央筒的壁流动离开中央筒的顶部并形成更多偏转区域而导致工作流体流进一步的再循环时彼此碰撞。它类似于典型的弯管流(bend pipe flow)，并且经常能够在阀的不同区域观察到快速变化的流，所述区域可向下游朝着中央筒的出口延伸，其中当EGR流围绕撞击区域时，速度分布(velocitydistribution)中的强烈横向变化和涡流诱发的紊流是明显的。在阀的各个区域中遭受的总压力损失往往是由于EGR流体流撞击所述壁而导致的摩擦力和动量交换以及流动方向的连续突然变化二者共同引起的，从而导致停滞区的形成、以及壁层中的逆向压力梯度(adverse pressure gradient)的强流动分离(strong flow separations)。
希望减少EGR阀两端的压降并增强质量/体积流量。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于发动机中的排气再循环管线的阀包括：第一筒，该第一筒具有用于接收来自第一组的一个或多个气缸的排气的入口端；第二筒，该第二筒具有用于接收来自第二组的一个或多个气缸的排气的入口端；中央筒，该中央筒布置在第一筒和第二筒之间，并具有用于将排气朝向发动机的进气口引导的出口开口，第一筒和中央筒适于通过第一入口开口而流体连通，并且第二筒和中央筒适于通过第二入口开口而流体连通；以及提升阀，该提升阀包括阀杆、安装在该阀杆上的第一阀头和第二阀头、第一阀座和第二阀座，第一阀头被布置成抵靠该第一阀座围绕第一入口开口坐置在第一筒中，第二阀头被布置成抵靠第二阀座围绕第二入口开口坐置在中央筒中，该提升阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置，第一阀头被抵靠第一阀座坐置并且第二阀头被抵靠第二阀座坐置，在该打开位置，第一阀头在第一筒中移动离开第一阀座，并且第二阀头在中央筒中移动离开第二阀座。该中央筒包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被布置成将流体流从第二入口开口朝向出口开口引导。
根据本发明的另一方面，一种阀包括：阀筒，该阀筒具有用于将流体引出该阀筒的出口开口、在阀筒的第一壁中的第一入口开口和在阀筒的第二壁中的第二入口开口，第一入口开口和第二入口开口的中心轴线基本垂直于出口开口的中心轴线；以及提升阀，该提升阀包括阀杆和安装在该阀杆上的第一阀头和第二阀头、第一阀座以及第二阀座，第一阀头被布置成抵靠第一阀座围绕第一入口开口坐置在该阀筒外侧，第二阀头被布置成抵靠第二阀座围绕第二入口开口坐置在该阀筒中，该提升阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置，第一阀头被抵靠第一阀座坐置并且第二阀头被抵靠第二阀座坐置，在该打开位置，第一阀头在阀筒的外侧移动离开第一阀座并且第二阀头在阀筒中移动离开第二阀座。该阀筒包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被布置成将流体流从第二入口开口朝向出口开口引导。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细描述，可以很好地理解本发明的特征和优点，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是发动机的示意图，该发动机包括根据本发明的一个方面的用于排气再循环管线的阀；
图2是根据本发明的一个方面的用于排气再循环管线的阀的左侧剖视图，示出了处于打开状态的该阀；
图3是根据本发明的一个方面的用于排气再循环管线的阀的左侧剖视图，示出了处于关闭状态的该阀；
图4是根据本发明的一个方面的用于排气再循环管线的阀的右侧剖视图，示出了处于打开状态的该阀；并且
图5是根据本发明的一个方面的用于排气再循环管线的阀的左侧截面透视图。
具体实施方式
如图1中所见，提供了一种用于发动机25中的排气再循环管线23的阀21。发动机25包括：第一组27的一个或多个气缸，其连接至通向第一排气管线31的第一排气歧管29；以及第二组33的一个或多个气缸，其连接至通向第二排气管线37的第二排气歧管35。这种构造能够在例如直列六缸式发动机中找到，其中第一组气缸是前三个气缸，并且第二组气缸是后三个气缸，然而，本发明不限于与这种发动机结合使用。第一排气歧管29和第二排气歧管35可以是分开的歧管，它们分别仅连接到第一组27的一个或多个气缸和第二组33的一个或多个气缸，或者第一排气歧管29和第二排气歧管35可以是单个歧管，该单个歧管有效地用于将来自第一组的一个或多个气缸的排气主要引导到第一排气管线并将来自第二组的一个或多个气缸的排气主要引导到第二排气管线。
第一排气管线31连接到阀21的第一筒39，并且第二排气管线37连接到该阀的第二筒41。第一筒39具有用于接收来自第一组27的一个或多个气缸的排气的入口端43，并且第二筒41具有用于接收来自第二组33的一个或多个气缸的排气的入口端45。
中央筒47布置在第一筒39与第二筒41之间，并且具有用于将排气朝向发动机的进气口51引导的出口开口49。第一筒39和中央筒47适于通过第一入口开口53流体连通。第二筒41和中央筒47适于通过第二入口开口55流体连通。
如图2和图3中所见，设置有提升阀57，该提升阀57包括阀杆59以及安装在该阀杆上的第一阀头61和第二阀头63。提升阀57还包括第一阀座65和第二阀座67，第一阀头61被布置成抵靠第一阀座65围绕第一入口开口53坐置在第一筒39中，第二阀头63被布置成抵靠第二阀座67围绕第二入口开口55坐置在中央筒47中。第一阀座65和第二阀座67可分别形成第一入口开口53和第二入口开口55的一部分或全部。提升阀57能够在如图3中所见的关闭位置和如图2中所见的打开位置之间移动，在该关闭位置，第一阀头61被抵靠第一阀座65坐置且第二阀头63被抵靠第二阀座67坐置，在该打开位置，第一阀头在第一筒39中移动离开第一阀座并且第二阀头在中央筒47中移动离开第二阀座。提升阀57能够通过任何合适的方式来回移动，例如通过凸轮装置或通过例如螺线管的致动器。
中央筒47包括一个或多个叶片69，其布置成将流体流从第二入口开口55朝向出口开口49引导。叶片69中的每一个均包括第一端71和第二端73，该第一端比第一入口开口53更靠近第二入口开口55，并且该第二端比第一入口开口53更靠近出口开口49。叶片69中的每一个通常包括在第一端71和第二端73之间的连续弯曲部分。与第一端71相切的线L1通常与阀杆59的纵向轴线AS大致平行，即，二者夹角在大约0°至10°之间。与第二端73相切的线L2通常与阀杆59的纵向轴线AS限定10°至90°之间的角度，更优选地，与阀杆的纵向轴线限定20°至50°之间的角度，并且更优选为大约30°。
目前应理解，增大叶片69的弯曲半径(即，使它们更弯曲)减少了由于来自第二开口55的流体流的方向变化而导致的中央筒47中的连续总压力损失。叶片69的曲率调节中央筒中的流体流的动量，以更有利地平衡沿着弯曲叶片的流体流与撞击在中央筒47的应被称为竖直壁或顶壁75上的流体流之间的压力损失。优选地，选择控制所述平衡的参数，使得壁流在撞击顶壁75之后主要朝向出口开口49在应被称为向下方向的方向上前进，以便使总压力的损失最小化。转向叶片69的尺寸、形状和/或相对定位的最佳选择可能会因应用不同而不同，但优选进行选择而使得EGR壁流的动量在其从第二阀开口55沿朝向出口49逐渐向下的方向的途中、遵循所述转向叶片的弯曲形状被尽可能地保持。
典型地，中央筒49包括两个或更多个叶片69。如图2和3中所见，叶片69能够全部具有相同的总体形状。然而，如图3的虚线中所见，这些叶片能够被构造成使得：所述两个或更多个叶片中的至少一个叶片69a的第二端73a的切线L2a与阀杆的纵向轴线AS形成的角度不同于所述两个或更多个叶片中的至少另一个叶片69的第二端73的切线L2与阀杆的纵向轴线AS形成的角度。
所述一个或多个叶片69能够与中央筒47一体地形成，例如通过一起被形成为铸件或模制件，或者通过使先前形成的中央筒变形而形成。替代地，所述一个或多个叶片69能够与中央筒47分开地形成，并且能够通过任何合适的方式附接到中央筒，例如通过焊接或钎焊或通过设置在所述叶片和中央筒上的相匹配的公母零件。
如图5中所见，当沿着阀杆59的纵向轴线观察时，中央筒47、第一筒39和第二筒41通常具有大致环形或圆形的形状，并且，除了第一筒和第二筒的构成入口端43和45的部分以及中央筒的构成出口开口49的部分之外，中央筒47、第一筒39和第二筒41是大致圆柱形的。这种形状有助于使“死区”和由离开第二入口开口的流体流导致的中央筒47中的压降最小化，该流体流被向上朝着顶壁75引导，使其方向反过来，从而它然后将流向出口开口49。叶片69的设置进一步有助于使死区和压降最小化。第二阀头63的下游侧能够弯曲(如图2和3中的虚线所示)而不是形成尖锐边缘，以减小中央筒中的紊流并有利于流向出口开口49。
如图2至图4中所见，中央筒47具有：第一内表面77，第一入口开口53设置在该第一内表面77中；第二内表面79，第二入口开口55设置在该第二内表面79中；顶侧内表面75，该顶侧内表面75位于第一内表面和第二内表面之间并与所述出口开口相对；以及左侧内表面81(图2和3)和右侧内表面83(图4)，该左侧内表面81和右侧内表面83位于第一内表面和第二内表面之间并且位于顶侧内表面和出口开口49之间。所述一个或多个叶片69设置在左侧内表面81和右侧内表面83二者中的至少一个中，通常设置在左侧内表面81和右侧内表面83二者中，并且，通常在顶表面75中不设置叶片。通过将图2、3与图4比较可见，当在左侧内表面81和右侧内表面83二者中均设置一个或多个叶片69时，左侧内表面中的一个或多个叶片通常是右侧内表面中的一个或多个叶片的镜像。当在左侧内表面79和右侧内表面81二者中的至少一个中设置多个叶片69时，它们通常将均匀地间隔开，并且通常将在左侧内表面79和右侧内表面二者中的至少一个中、围绕所述阀杆在每个表面中在30°和120°之间的圆弧上间隔开。
叶片69将从左侧内表面81和右侧内表面83二者中的至少一个径向向内延伸一定的量，该量足以对流动产生积极影响。叶片69在左侧内表面81和右侧内表面83中的至少一个上的高度将随着阀的不同而变化，然而，目前预期这些叶片通常将在大约5mm至15mm之间。
在本申请中，所使用的诸如“包括”的术语是开放性的，并且旨在与诸如“包含”的术语具有相同的含义且不排除其它结构、材料或行为的存在。类似地，尽管诸如“能够”或“可以”的术语的使用旨在是开放性的并且表明该结构、材料或行为不是必需的，但不使用这种术语也并非旨在表明该结构、材料或行为是必不可少的。从该结构、材料或行为当前被认为必要的意义上来讲，它们被如此认定。
尽管已根据优选实施例举例说明和描述了本发明，但应意识到，在不脱离如权利要求书阐明的本发明的情况下，能够在其中进行多种变型和修改。

Claims (20)

1.一种用于发动机中的排气再循环管线的阀，包括：
第一筒，所述第一筒具有用于接收来自第一组的一个或多个气缸的排气的入口端；
第二筒，所述第二筒具有用于接收来自第二组的一个或多个气缸的排气的入口端；
中央筒，所述中央筒被布置在所述第一筒和所述第二筒之间，并且具有用于将排气朝向所述发动机的进气口引导的出口开口，所述第一筒和所述中央筒适于通过第一入口开口而流体连通，并且所述第二筒和所述中央筒适于通过第二入口开口而流体连通；以及
提升阀，所述提升阀包括阀杆、安装在所述阀杆上的第一阀头和第二阀头、第一阀座以及第二阀座，所述第一阀头被布置成抵靠所述第一阀座围绕所述第一入口开口坐置在所述第一筒中，所述第二阀头被布置成抵靠所述第二阀座围绕所述第二入口开口坐置在所述中央筒中，所述提升阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述第一阀头被抵靠所述第一阀座坐置并且所述第二阀头被抵靠所述第二阀座坐置，在所述打开位置，所述第一阀头在所述第一筒中移动离开所述第一阀座并且所述第二阀头在所述中央筒中移动离开所述第二阀座，
其中，所述中央筒包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被布置成将流体流从所述第二入口开口朝向所述出口开口引导。
2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述一个或多个叶片均包括第一端和第二端，所述第一端比所述第一入口开口更靠近所述第二入口开口，并且所述第二端比所述第一入口开口更靠近所述出口开口。
3.根据权利要求2所述的阀，其中，所述一个或多个叶片均包括位于所述第一端和所述第二端之间的连续弯曲部分。
4.根据权利要求2所述的阀，其中，与所述第一端相切的线基本平行于所述阀杆的纵向轴线。
5.根据权利要求4所述的阀，其中，与所述第二端相切的线与所述阀杆的所述纵向轴线限定10°至90°之间的角度。
6.根据权利要求5所述的阀，其中，与所述第二端相切的线与所述阀杆的所述纵向轴线限定20°至50°之间的角度。
7.根据权利要求5所述的阀，其中，所述中央筒包括两个或更多个叶片，所述两个或更多个叶片中的至少一个叶片的第二端的切线与所述阀杆的所述纵向轴线形成的角度不同于所述两个或更多个叶片中的至少另一个叶片的第二端的切线与所述阀杆的所述纵向轴线形成的角度。
8.根据权利要求1所述的阀，其中，所述一个或多个叶片与所述中央筒一体地形成。
9.根据权利要求1所述的阀，其中，所述一个或多个叶片与所述中央筒分开地形成，并且被附接到所述中央筒。
10.根据权利要求1所述的阀，其中，所述中央筒包括两个或更多个叶片。
11.根据权利要求10所述的阀，其中，所述两个或更多个叶片中的至少一个叶片的第二端的切线与所述阀杆的纵向轴线形成的角度不同于所述两个或更多个叶片中的至少另一个叶片的第二端的切线与所述阀杆的所述纵向轴线形成的角度。
12.根据权利要求10所述的阀，其中，所述两个或更多个叶片中的各个叶片的第二端的切线与所述阀杆的纵向轴线形成相同的角度。
13.根据权利要求1所述的阀，其中，所述中央筒具有大致圆形的形状。
14.根据权利要求1所述的阀，其中，所述中央筒具有：第一内表面，所述第一入口开口设置在所述第一内表面中；第二内表面，所述第二入口开口设置在所述第二内表面中；顶侧内表面，所述顶侧内表面位于所述第一内表面和所述第二内表面之间并与所述出口开口相对；以及左侧内表面和右侧内表面，所述左侧内表面和右侧内表面在所述第一内表面和所述第二内表面之间并且在所述顶侧内表面和所述出口开口之间，并且其中，在所述左侧内表面和所述右侧内表面二者中的至少一个中设置有一个或多个叶片。
15.根据权利要求14所述的阀，其中，在所述左侧内表面和所述右侧内表面二者中均设置有一个或多个叶片。
16.根据权利要求15所述的阀，其中，所述左侧内表面中的所述一个或多个叶片是所述右侧内表面中的所述一个或多个叶片的镜像。
17.根据权利要求14所述的阀，其中，所述一个或多个叶片包括在所述左侧内表面和所述右侧内表面中的至少一个中的多个叶片，并且所述多个叶片围绕所述阀杆在每个表面中在30°和120°之间的圆弧上间隔开。
18.一种阀，包括：
阀筒，所述阀筒具有用于将流体引导出所述阀筒的单个出口开口、在所述阀筒的第一壁中的第一入口开口和在所述阀筒的第二壁中的第二入口开口，所述第一入口开口和所述第二入口开口的中心轴线基本垂直于所述出口开口的中心轴线；以及
提升阀，所述提升阀包括阀杆和安装在所述阀杆上的第一阀头和第二阀头、第一阀座以及第二阀座，所述第一阀头被布置成抵靠所述第一阀座围绕所述第一入口开口坐置在所述阀筒的外侧，所述第二阀头被布置成抵靠所述第二阀座围绕所述第二入口开口坐置在所述阀筒中，所述提升阀能够在关闭位置和打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述第一阀头被抵靠所述第一阀座坐置并且所述第二阀头被抵靠所述第二阀座坐置，在所述打开位置，所述第一阀头在所述阀筒的外侧移动离开所述第一阀座并且所述第二阀头在所述阀筒中移动离开所述第二阀座，
其中，所述阀筒包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片被布置成将流体流从所述第二入口开口朝向所述出口开口引导。
19.根据权利要求18所述的阀，其中，所述一个或多个叶片均包括第一端和第二端，所述第一端比所述第一入口开口更靠近所述第二入口开口，并且所述第二端比所述第一入口开口更靠近所述出口开口。
20.根据权利要求19所述的阀，其中，与所述第二端相切的线与所述阀杆的纵向轴线限定10°至90°之间的角度。
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