CN1185195A - 转动式柴油机电动egr阀 - Google Patents

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Abstract

通过采用以一转矩电机操作的一蝶形阀使一EGR阀非常适用于柴油机。利用一密封圈使蝶片相对于穿过阀本体的通道壁进行密封,该密封圈安装在通道壁的一槽内。组装时阀片与密封圈自对正,且两阀体块在轴向上对接一起配合限定出一容纳所述密封圈的槽。在密封圈与槽的各侧面之间采用两附加环。在某些实施例中,通道的轴线在槽附近为直的;而在另一些实施例中则倾斜45度,从而轴线至槽的相对侧的部分是非共线的。

Description

转动式柴油机电动EGR阀
发明领域
本发明一般涉及内燃机的排气循环(EGR)，特别地涉及一种EGR阀，其特别，虽然不是唯一用于控制柴油机排气循环。
发明背景和概述
控制发动机排气循环是减少从内燃机排放到大气的燃烧产物中的氮的氧化物的一种通用技术。一种典型的EGR系统包括一EGR阀，根据发动机的运行条件控制该阀，以调节再循环到进入发动机进行燃烧的燃油-空气入流中的发动机排气量，从而限制燃烧温度，并因此减少氮的氧化物的形成。
通常使用一针形EGR阀，但针在阀通道上的存在限制了通道可利用的导流面积，因此，考虑针的存在，对于一定的流量，通道直径必须足够大。一种蝶形阀与针形阀相比具有某种优点，特别是用于柴油机时。
在典型的柴油机中EGR阀可能遇到的各种运行条件包括必须以最小的限流引导大流量，以及在EGR阀的横断面上出现大的压差。蝶形阀能够提供一种低限流运行条件，并且由于其固有的力平衡特性，对作用在其横断面上的压差不是很敏感。然而，为了在柴油发动机中充分利用蝶形阀的优点，同时满足各种所需的运行条件，需要一定范围的旋转运动。通常，蝶形阀在全开与全闭位置之间必须旋转大致90度，才能利用其理想特征。这种运动可以通过一线性致动器和一联动系统传递给阀，但联动系统一般增加复杂性和成本，甚至在某些应用中可能是不利的。
本发明涉及新的独特的EGR阀的实施，它无需使用一使阀旋转90度的联动系统就可利用蝶形阀的理想特性。这使得所发明的EGR阀特别适用于柴油机，虽然本发明的更广泛的原理不必局限于这种特定发动机的应用。
EGR阀还必须能够承受暴露于宽的极限温度和腐蚀元素这种恶劣的运行环境。由于政府的法规和条例一般适用于汽车的发动机EGR系统，因此，在这些法规和条例适用于汽车发动机排气控制系统期间，EGR阀的性能也必须满足这些法规和条例。
由于蝶形阀完全封闭时其相对于穿过阀本体的通道壁的密封常常十分重要，因此需要一密封装置。这种密封装置一般就设置在蝶片本身之上。
本发明清楚地认识到在蝶片上结合一密封装置的某些缺点，因此，代之以安装在通道壁内的一槽中的一密封圈。通过将密封圈放在通道壁而不是在蝶片上，可以使蝶片的质量最小，因此有利于改善蝶片对其位置变化指令的反应。也避免了在蝶片上的某些机械操作。
但是将密封圈安装在壁上的槽内时，不应仅仅是把将其安装在蝶片上的复杂性转移到阀本体上；特别要避免复杂的机械和组装操作。
在本发明的EGR阀中，两个轴向上端部对端部地连接的阀体块共同限定出该槽，以便有利于各部件的组装。在组装过程中，密封环和蝶片自对正，组装过程只包括将两个端部对端部的阀体块装配在一起，使其固定住密封环，并装配两个相关部件，同时保证蝶片与密封环对正。
本发明阀的优选形式采用铝或铝合金材料作为阀体块，并将钢制密封环与铝制阀本体之间的电作用的可能性减至最小。各不锈钢零件分别放在密封环与阀本体之间的槽的各侧。这些零件中的一个弹性地支撑于弹簧，从而在密封环上施加了弹性轴向力。
有利的是，在本发明的阀中还以一种独特的几何关系采用了一转矩电机，阀本体的两块结构易于将这一特征结合到本发明的阀中。转矩电机的轴转动45度，蝶片就可从一全封闭的位置转换到一流动通道的最小限制位置。
从下面结合附图所作的描述和权利要求书中将看出本发明的进一步的特征、优点和好处。附图公开了目前实施本发明的最好模式的优选实施例。
附图的简要描述
图1为穿过实施本发明原理的EGR阀的一第一实施例的纵剖面图；
图2为图1中圆2的放大图；
图3为图1的一部分视图，示出了不同的操作位置；
图4为与图3类似的视图，示出了另一操作位置；
图5为穿过一第二实施例的一纵剖面图，只是为了便于说明，图中去掉了某些细节；
图6为一类似于图5的视图，但示出的是不同的操作位置；
图7为穿过一第三实施例的纵剖面图，只是为了便于说明，图中去掉了某些细节。
优选实施例的描述
图1和2示出了本发明EGR阀的一第一实施例，该阀处于一封闭位置。阀10包括：一阀体12，其具有连接在一起的阀体块12a、12b；一蝶片14；和一个一般用于操作蝶片14的操作机构16。
阀体12包括一入口18，待循环的发动机排气从该入口进入阀体块12a；一构成壁的通道20，其具有自身的轴线22，并穿过阀体12延伸，以便输送进入入口18的发动机排气；和一出口24，已穿过所述通道20的发动机排气从该出口排出阀体块12b。图1和2示出了处于封闭操作位置的蝶片14，在此位置发动机排气被封堵住，不能穿过EGR阀10循环。通道20的壁为围绕轴线22的圆形，而轴线22为直线，因此在各阀体部分12a和12b内的通道20的各相应部分为共轴的。蝶片14具有一圆形周边14p，其限定出一中心区域14c。一圆形密封圈26放置在通道20的壁上的一槽28中。图1和2中示出周边1 4p与密封圈26处于同心的密封关系。
操作机构16包括一轴30，蝶片14的中心区域14c固接于该轴上。虽然在图示的封闭位置周边14p为共面圆形，以便与密封圈26密封，但中心区域14c包括一种限定一非圆孔32的形状，轴30的一非圆形的远端30a与之匹配并插入该孔中。蝶片14连接于轴端30a，因此，轴30围绕其自身的轴线34的旋转定位就会操作蝶片14，并且排气不会从这种联接点泄漏。轴线34与轴线22相交，但当蝶片处于如图所示的封闭状态时，基本上相对于轴线22穿过阀体块12a的部分倾斜大约70度，且基本上相对于周边14p的平面倾斜20度。由于密封圈26基本上垂直于轴线22，其象封闭的蝶片14一样，与轴线34的角度基本上为大约20度。
当轴30沿图1中箭头36所示的方向作顺时针转动时蝶片14打开。图3示出蝶片14处于一部分开启位置，而图4为最大开启位置。在最大开启位置，周边14p的平面基本上平行于轴线22，而基本上这时蝶片限流最小。蝶片14从图1所示的封闭位置(即堵住通道20时的最大限流)向图3所示的最小限流位置的复合运动基本上对应于轴30围绕轴线34旋转45度。
一种能够以所需的力矩、速度和精确度产生这一范围的运动的机电操作器是一转矩电机。操作机构16包括这样一个操作器38。阀体块12a的外部设有一整体的安装台40，其作用是轴颈连接轴30并安装转矩电机38。安装台40包括一紧邻阀体块12a与12b的连接点设置的基部42和一基本为截头圆锥形的壁44，其与轴线34共轴，从基部42向外扩展开，终止在一圆形边缘46。一带肩的通孔穿过基部42，用于将一套管48保持就位，轴30由其支撑，以绕轴线34旋转。轴30从其与蝶片14的连接处延伸穿过套管48，并终止在壁44内。套管和穿过套管的轴的通道为流体密封的，使排气不能从其中穿过进入壁44之内。
转矩电机38包括一壳体，其一边缘50安装到安装台40的边缘46上。一保持环52牢固地将转矩电机固定在边缘46上。转矩电机包括通常的线圈54和相关的用于围绕转矩电机的轴线定位通常的电枢58的定子结构56，电机的轴线与轴线34为同轴，因此以相同的标记标出。电枢58包括一轴60，其相对于定子结构56保持定位在轴向位置并带有轴颈，以便绕轴线34旋转定位。一扭簧62设置在轴60的外端附近，其在定子结构56和轴60之间作用，用于弹性地将轴60围绕轴线34偏压到一相对于图1所示的蝶片处于封闭的位置。当逐渐向线圈54施加电流时(通过图中未示出的电子终端)，一增加的电磁力矩作用在电枢58上，使电枢，并从而使轴60逐渐绕轴线34转动。这一增加的力矩受到弹簧62的增加的反作用力矩的抵抗，其结果是，电枢最后由施加于线圈54上的电流决定停止在围绕轴线34的一位置。因此，轴60的转动位置是施加于线圈54上的电流的函数。而电流是由各种运行条件来决定的，而发动机的控制系统监测出这些运行条件，典型的控制系统包括一发动机管理电脑，其根据一种或多种算法处理来自相应的传感器的数据。为了向发动机管理电脑提供转矩发动机位置的反馈信号，在转矩发动机壳体的远端安装一与轴60的远端运转联接的位置传感器64。
壁44上设有一孔65，以便装入一夹子66，从而将轴60与轴30的旋转运动联接起来，从而转矩电机完全控制住蝶片14的定位。夹子与各轴的连接非常精确，项多只能有可以忽略或者不明显的滞差运动。
本发明的另一特点涉及在通道20的壁上安装密封圈26的方法。各轴向延伸的阀体块12a、12b在轴向上端部对端部地设置，且二者配合限定出径向上向内开通的槽28，所述密封圈26设置在该槽内。槽28包括分别在阀体块12a、12b上的轴向上相对朝向的壁面28a、28b。该槽还具有一径向上朝内的壁面28c，其所在圆的直径略大于密封圈26的外径。这样，加上两个圆环67、68的存在，在将EGR阀10的部件组装起来时就可将密封圈26本身定位在槽28内。环67设置在壁面28a和密封圈26的相应的轴向上相对的端面26a之间，而环68设置在壁面28b和密封圈的相应的轴向上相对的端面26b之间。由于阀体块12a、12b优选为铝或铝合金材料，因此环67、68为不锈钢材料，以减少钢制环26与铝制阀体块12之间的电作用。
环68上形成一轴向延伸的法兰70，它将环定位在阀体块12a中的一环形槽72内，该环形槽在轴向上朝向阀体块12b开通并与轴线22同轴。在径向上，环形槽72相对于轴线22比槽28靠外并与之隔开。环28从法兰70径向向内延伸，以便在径向上叠置在密封环26的端面26b上。该环具有弹力，以将相对的密封环面26a压靠在环67上，而后者又顶靠在槽面28a上。
当两阀体块12a、12b端部对端部地移动到一起进行组装时，密封圈和蝶片自动对中。处在槽72再径向向外的是一密封件76，用于使该接合点流体密封，从而排气不会在两个组装好的阀体块12a、12b之间泄漏。
图5和6公开了又一实施例，其中轴线22上与槽28在朝向入口1 8和朝向出口24的两个方向上沿轴向共同扩展延伸并直接接近该槽的部分包括一偏置段22a，该段使得轴线22上分别相对于槽朝向入口和朝向出口的两段22b、22c成为非共线段。密封圈26和槽28设置在一偏置段中，该段的轴线部分22a与轴线部分22b和22c基本上为45度角的关系。图5示出了封闭位置，而图6示出了打开位置。可以看出，环形蝶片14绕处在其一直径上的轴线14x旋转45度。转矩电机38可以有与蝶片绕其旋转的直径共轴的轴，且该轴直接连接于蝶片上，适当地改变密封圈26、槽28和两阀体块12a、12b之间的连接关系，以使从转矩电机到蝶片之间的联接通道不会产生排气泄漏。密封圈以类似于前面描述的第一实施例方式安装，虽然在图5和6中没有具体示出。
图7示出一第三实施例，其轴线22保持为直线，而槽28设置在一个围绕通道20的内侧延伸的一圆形凸缘80内。像前两个实施例一样，图7采用两个端部对端部地连接的阀体块12a、12b，并将密封圈26安装在槽28内，这使得在组装时蝶片与密封圈自对正。转矩电机以类似于接合图5和6刚刚描述过的方法将蝶片同样旋转45度。
虽然已经描述了本发明的优选实施例，应该理解，本发明的原理可以在本发明的权利要求书的范围内的其它结构中加以实施。

Claims (21)

1.一种用于内燃机的排气循环(EGR)阀，它包括一阀体；一入口，待循环的发动机排气在该入口进入所述阀本体；一以壁围成的通道，其具有其自身的轴线并穿过所述阀本体延伸，以输送已进入所述入口的发动机排气；一出口，已穿过所述以壁围成的通道的发动机排气在该出口排出所述阀本体；一设置在所述以壁围成的通道内的阀片，其可选择性地定位在所述以壁围成的通道内，以选择性地限制穿过所述以壁围成的通道的流量；设置在所述以壁围成的通道之外的操作装置；一操作轴，其将所述操作装置与所述阀本体操作地连接起来，以选择性地将所述阀片定位在一封闭的位置和若干逐渐打开的位置之间，在该封闭位置，所述阀片相对所述以壁围成的通道密封；一密封圈安装在所述以壁围成的通道上并围绕其周边延伸，所述密封圈具有其自身的轴线，并具有朝向所述密封圈轴线的相对的轴向方向的相对端面，其还具有一在所述相对端面之间延伸的径向上向内的表面；所述阀本体包括沿所述以壁围成的通道的轴线在轴线方向上端部对端部地设置的各阀体块，且各阀体相互块配合地限定出一相对于所述以壁围成的通道的轴线径向向内开放的槽，所述密封圈设置在该槽内，并还包括用于使所述密封圈在EGR阀的组装过程中定位在所述槽内的装置，从而在所述阀片处于一封闭的位置时使所述密封圈的所述径向向内的表面同心地密封在所述阀片的一外周边上。
2.一种如权利要求1所述的EGR阀，其特征在于：所述槽包括沿所述以壁围成的通道的轴线在轴向上隔开的相对的壁面，所述用于在EGR阀的组装过程中将所述密封圈定位在所述槽内的装置包括与所述槽相关联的各元件，每个元件设置在所述槽的其中一个相应的所述相对面与所述密封圈的一相应的端面之间。
3.一种如权利要求2所述的EGR阀，其特征在于：所述各元件之一包括一用于弹性地将所述密封圈压靠在所述各元件的另一个上的弹性部分。
4.一种如权利要求3所述的EGR阀，其特征在于：其包括一相对于所述以壁围成的通道的轴线在径向上设置在所述槽的外面的密封装置，用于在所述阀体块之间进行密封，从而不会使发动机排气从所述阀体块之间泄漏出以壁围成的通道。
5.一种如权利要求2所述的EGR阀，其特征在于：所述阀体块为铝或一种铝合金材料，所述元件为不锈钢材料。
6.一种如权利要求1所述的EGR阀，其特征在于：一部分所述以壁围成的通道的轴线为直的，其与所述槽在朝向所述入口和朝向所述出口的两个方向上在轴向上共同扩展延伸并直接接近该槽，且所述密封圈的轴线基本上设置成与所述以壁围成的通道的轴线的所述部分共轴。
7.一种如权利要求1所述的EGR阀，其特征在于：一部分所述以壁围成的通道的轴线包括一偏置段，其与所述槽在朝向所述入口和朝向所述出口的两个方向上沿轴向共同扩展延伸并直接接近所述槽，这使得以壁围成的通道的轴线分别相对于所述槽朝向所述入口和朝向所述出口的两段为非共线段，且所述密封圈基本上相对于所述以壁围成的通道的轴线的所述各段呈45度角设置。
8.一种内燃机的排气循环(EGR)阀，它包括一阀本体；一入口，待循环的发动机排气在该入口进入所述阀本体；一以壁围成的通道，其具有其自身的轴线并穿过所述阀本体延伸，以输送已进入所述入口的发动机排气；一出口，穿过所述以壁围成的通道的发动机排气在该出口排出所述阀本体；一设置在所述以壁围成的通道内的阀片，其可选择性地定位在所述以壁围成的通道内，以选择性地限制穿过所述以壁围成的通道的流量；操作装置；一操作轴，将所述操作装置与所述阀片操作地连接起来，以借助于所述操作装置将所述阀片选择性地定位在一最大打开位置和一封闭的位置之间，在最大打开位置，所述阀片对所述以壁围成的通道限流最小，而在所述封闭位置，所述阀片密封所述以壁围成的通道；当所述阀片处于封闭的位置时相对于所述以壁围成的通道密封所述阀片的密封装置包括一装在所述以壁围成的通道上并围绕其周边延伸的密封圈，所述密封圈具有一内周边，当处于封闭的位置时，所述阀片的一外周边顶住该内周边密封；且所述操作装置使所述操作轴进行基本上为45度的旋转运动，以在最大打开位置与封闭的位置之间操作所述阀片。
9.一种如权利要求8所述的EGR阀，其特征在于：所述阀本体包括分别在轴向上延伸的阀体块，它们在轴向上端部对端部地设置并配合限定一径向上向内开放的槽，所述密封圈设置在该槽内，一部分所述以壁围成的通道的轴线为直的，其与所述槽在朝向所述入口和朝向所述出口的两个方向上在轴向上共同扩展延伸并直接接近该槽，且所述密封圈基本上垂直于所述以壁围成的通道的轴线设置。
10.一种如权利要求8所述的EGR阀，其特征在于：一部分所述以壁围成的通道的轴线包括一偏置段，其与所述槽在朝向所述入口和朝向所述出口的两个方向上沿轴向共同扩展延伸并直接接近所述槽，这使得所述以壁围成的通道的轴线分别相对于所述槽朝向所述入口和朝向所述出口的两段为非共线段，所述密封圈基本上相对于所述以壁围成的通道的轴线的所述各段呈锐角设置。
11.一种如权利要求10所述的EGR阀，其特征在于：所述操作装置包括一转矩电机，其设置在所述以壁围成的通道之外，且所述操作轴从所述转矩电机延伸到所述以壁围成的通道的内。
12.一种如权利要求11所述的EGR阀，其特征在于：所述操作轴的轴线与所述以壁围成的通道的轴线的所述各段之一相交，并呈约70度角设置。
13.一种如权利要求8所述的EGR阀，其特征在于：所述阀本体包括分别在轴向上延伸的阀体块，它们在轴向上端部对端部地设置并配合限定一径向上向内开放的槽，所述密封圈设置在该槽内，所述槽包括相对的在轴向上彼此朝向的壁面，其还包括用于在EGR阀的组装过程中将所述密封圈本身定位在所述槽内的装置，其包括与所述槽相关联的各元件，每一元件设置在所述在轴向上彼此朝向的壁面中相应的一个与所述密封圈的一相应的在轴向上彼此朝向的端面之间。
14.一种如权利要求13所述的EGR阀，其特征在于：所述各元件中的一个具有轴向弹性，用于轴向弹性地将所述密封圈压靠在所述各元件的另一个上。
15.一种如权利要求14所述的EGR阀，其特征在于：其包括一在径向上设置在所述槽之外的密封装置，用于在所述阀体块之间进行密封，从而发动机排气不会在所述阀体块之间泄露出所述以壁围成的通道。
16.一种如权利要求13所述的EGR阀，其特征在于：所述阀体块为铝或一种铝合金材料，而所属元件为不锈钢材料。
17.一种用于内燃机的排气循环(EGR)阀，它包括一阀本体；一入口，待循环的发动机排气从该入口进入所述阀本体；一以壁围成的通道，其具有其自身的轴线并穿过所述阀本体延伸，以输送进入所述入口的发动机排气；一出口，已穿过所述以壁围成的通道的发动机排气在该出口排出所述阀本体；一设置在所述以壁围成的通道内的阀片，其可选择性地定位在所述以壁围成的通道内，以选择性地限制穿过所述以壁围成的通道的流量；所述阀片包括一周边；操作装置包括一转矩电机和一操作轴，该操作轴将所述操作装置与所述阀片操作地连接起来，以通过所述转矩电机选择性地将所述阀片定位在一最小限流位置和一最大限流位置之间，在最小限流位置，所述阀片对所述以壁围成的通道限流最小，而在所述最大限流位置，所述阀片对所述以壁围成的通道限流最大；所述操作轴附加于所述阀片上的一以所述阀片的周边为边界的区域，并与一条从所述轴线至所述周边延伸的假想线呈锐角设置。
18.一种如权利要求17所述的EGR阀，其特征在于：所述周边基本上是共平面的，所述假想线从所述轴线向所述周边径向延伸，所述锐角基本上约为20度。
19.一种如权利要求17所述的EGR阀，其特征在于：所述操作轴基本上作围绕其自身的轴线作大约45度旋转，以在最小限流位置和最大限流位置之间操作所述阀片。
20.一种如权利要求17所述的EGR阀，其特征在于：其包括用以在所述阀片处于最大限流位置时所述阀片相对于所述以壁围成的通道进行密封的密封装置，以封闭所述以壁围成的通道，使发动机排气气流不能通过，所述密封装置包括一密封圈，其安装在所述以壁围成的通道上并周向上沿其延伸，并且设置成与所述阀片的所述周边接合。
21.一种用于内燃机的排气循环(EGR)阀，它包括：
一阀本体；
一穿过阀本体延伸并限定一轴线的以壁围成的通道，以使排气穿过其中输送；
一设置在以壁围成的通道内的阀片，它可选择性地在该通道内变换，以选择性地限制流过通道的排气；
一操作轴，其连接于阀片并相对于轴线呈锐角定向；和
一转矩电机，其与操作轴操作地连接，以转换阀片。
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