CN1501014A - 废气再循环设备 - Google Patents
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Abstract
在一种废气再循环设备中,当发动机停转时,EGR控制阀的阀(3)沿阀关闭方向移动,并以一给定的阀瓣开启程度停止在离开全闭阀位置的某一位置处。在发动机停转的某一期间中,在阀(3)休止在全闭阀位置时,阀(3)的整个外周与喷嘴(2)的整个内周接触,从而由于粘附在此处的沉积物,阀(3)很可能粘附在喷嘴(2)上。然而,当阀(3)开启一给定的阀瓣开启程度时,阀(3)很难由于沉积物而粘附在喷嘴(2)上,从而在启动发动机时可以轻易地移动阀(3)。因此,可以准确地将阀(3)控制在一给定阀瓣开启程度,以使得所需要EGR体积的EGR气体可以与在进气管内流动的空气混合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于使一部分废气再循环到内燃机进气管的进气通道的废气再循环设备,具体地说,涉及一种废气再循环设备的流量控制阀,用于调节将与进气通道内的空气相混合的废气流量。
背景技术
通常的废气再循环设备是公知的,其中排气管中流动的一部分废气(EGR气体)与在进气管中流动的空气混合,使得降低最大燃烧温度,从而减少包含在废气内的有害物质(例如氧化氮)。由于废气再循环不利地影响内燃机的输出和驱动性能,因此有必要调整循环进入进气管的EGR气体体积(EGR体积)。
为实现此目的,废气再循环设备具有一流量控制阀(EGR控制阀),用于调节阀瓣开启程度或形成在废气循环管内的废气循环通道的流动面积。专利文献WO 01/07808A1或WO 00/06885A1介绍了一种废气再循环设备,其中与EGR控制阀的阀一起可操作的阀轴,被由驱动电机和减速机构组成的动力单元所往复驱动。废气循环通道形成在废气循环管内,用于使EGR气体也就是在内燃机的废气管内流动的一部分废气与进气管内流动的空气混合。阀容置在该废气循环通道内,从而能够在从全开阀位置向全闭阀位置的范围内移动。
利用这种废气再循环设备,EGR控制阀的阀瓣开启程度或废气循环通道的开启程度或面积被线性调节,从而使要被吸入到内燃机每个气缸内的进口空气与EGR气体相混合,从而减少废气内的有害成分;其中根据内燃机的操作条件或环境,预先确定EGR气体的体积也就是EGR体积。
传统的废气再循环设备具有一个缺陷,即在EGR气体内的诸如氧化物或碳化物的燃烧产物,很可能被沉积在或粘附在形成在圆柱形喷嘴内的废气循环通道的某个部分上,所述圆柱形喷嘴装配在阀箱上,EGR气体可能在此处停滞。具体地说,当燃烧产物粘在EGR控制阀的阀的周向周面上和/或靠近该阀的喷嘴内壁上时,阀和喷嘴被彼此粘附或固定,从而当内燃机停转时,EGR阀的阀很难从全闭阀位置处移动,这将阻止EGR气体被引入到进气管与进口空气混合。
此外,在冬季严寒气候下,当使高速行进后的车辆的内燃机立刻停转后,会出现加热升温(dead soak)现象,此时发动机舱内的温度在降低到大气位置(例如0℃)之前会显著增加。由于沉积物粘附在阀的周向周边和喷嘴的内壁之间,阀被更牢固地粘附在喷嘴上,这是因为沉积物重复地暴露在相对高温和低温之间的热循环条件下,粘附力被增大。具体地说,如果动力单元的用于驱动所述阀的驱动力相对小,则难以使处于全闭阀位置的EGR控制阀的阀移动而离开喷嘴。
此外,当沉积物粘附在形成于阀轴的外周和将要被插入阀轴的轴孔内壁之间的环形空间时,处于全闭阀位置的阀要离开喷嘴时,沉积物将施加阻力。此外,当沉积物粘在密封环和环形槽之间的空间中时,沉积物阻止该密封环顺利移动,这使得当处于全闭阀位置的阀要从喷嘴向全开阀位置移动时,沉积物将施加阻力;其中,所述密封环对密封环的外周和喷嘴内壁之间的空间进行密封,且所述密封环容置该环形槽内。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种废气再循环设备,其中即使燃烧产物沉积在阀的周向周面上,EGR阀的阀可以轻易地从全闭阀位置朝向全开阀位置移动(需要很少的动力)。
本发明的一个方面是提供一种废气再循环设备,其中即使燃烧产物沉积在阀的周向周面上和/或全闭阀位置附近的喷嘴的内壁上,也可以轻易地将燃烧产物清除掉。
为了实现上述目的,提供了一种废气再循环设备,其包括配备有与内燃机废气通道相通并用于使一部分废气再循环到进口空气通道内的废气循环通道的阀箱;流量控制阀,其配备有可移动地容置在所述阀箱内的阀,用以改变废气循环通道的开启程度;用于可转动地驱动所述流量控制阀的动力单元,其特征在于,当内燃机停转时或停转后,该动力单元使得流量控制阀(EGR阀)的阀保持在一休止位置,在此位置所述阀从全闭阀位置被开启到给定阀瓣开启程度。
所述休止位置是这样一种位置,即在该位置的阀从全闭阀位置沿阀关闭方向或阀开启方向被开启所述给定的阀瓣开启程度。
利用上述设备,由于在内燃机停转时或停转后,阀开启所述给定阀瓣开启程度,同时没有休止在全闭阀位置,阀几乎不会粘附在喷嘴的内壁上。因此,当内燃机启动时,阀可以轻易地从全闭阀位置向全开阀位置移动,以使得可以准确地控制用于调整将与进气管内流动的空气混合的EGR气体的体积(EGR体积)的阀的阀瓣开启程度,导致降低最大燃烧温度,从而可以减少包含在废气内的有害物质(例如氧化氮)。
优选上述流量控制阀具有可与阀一起操作的阀轴,动力单元具有驱动电机和传动机构(或减速齿轮机构),该驱动电机具有一电机轴,利用该电机轴产生驱动电机的驱动力,通过该传动机构将该驱动电机的驱动力传送到阀轴(以一预定减速比)。
减速齿轮机构可有效地以相对较大的驱动力使阀移动,而无需增大驱动电机的机体。
优选上述流量控制阀的阀沿其周向周边配备有一密封元件;当阀处于全闭阀位置时,该密封元件阻止废气通过废气循环通道和阀之间的间隙发生泄漏。
此外,在上述废气循环设备内,特征在于,动力单元使得流量控制阀的阀在内燃机刚停转之后的一给定期间或内燃机刚要启动之前的一给定期间,摆动以经过全闭阀位置一给定的阀瓣开启程度。
利用上述设备,可以轻易地清除沉积在阀的周向周边和位于全闭阀位置附近的废气循环通道内壁上的燃烧产物。因此,当启动内燃机时(起动),可以轻易地操作阀从全闭阀位置朝向全开阀位置,从而可以准确地控制用于调整将与在进气管内流动的空气相混合的EGR气体体积(EGR体积)的阀的阀瓣开启程度,导致降低最大燃烧温度,从而可以减少包含在废气内的有害物质(例如氧化氮)。
当经过全闭阀位置的开启和关闭摆动操作已经被重复预定次数时,或者当提供给驱动电机的操作电流已经变成低于一预定值时,所述给定期间被设定成期满。
优选在内燃机刚刚启动之前,执行经过全闭阀位置的摆动操作,因为在相对低温下,沉积的燃烧产物相对较坚硬和易碎,从而可以轻易地清除燃烧产物。
此外,当提供给驱动电机的操作电流已经变成低于一预定值时,在经过全闭阀位置的摆动操作终止的情况下,当发动机停转时电池的能量耗费变小,车辆的交流发电机并不向电池充电,导致电池具有更长的寿命。
在上述废气再循环设备中,其特征在于,围绕废气循环通道或在处于全闭阀位置的阀附近,阀箱配备有冷却剂循环管路,所述发动机冷却剂通过该冷却剂循环管路循环流动。
优选在发动机刚停转后的一给定期间内,利用一电泵迫使发动机冷却剂循环流动。所述给定期间是指内燃机停转后直至一预定时间结束或加热升温终止的期间。
由于沉积物的粘附力随着高温和低温之间的差值增大而增加,冷却剂循环管路用于限制沉积物温度的增加或减少,使高温和低温之间的差值相对较小,从而当阀处于全闭阀位置时,阀很难粘附或固定在阀箱上。
在上述废气再循环设备内,当电机壳体和/或齿轮箱整体形成有阀箱并位于废气循环通道附近,且驱动电机和/或减速齿轮机构容置和固定在电机壳体内时,优选在阀箱、电机壳体和/或齿轮箱内设置隔热装置,用于阻止热在废气循环通道和驱动电机和/或齿轮箱之间传送。隔热装置用于阻止由高温引起的驱动电机的驱动力降低和/或通常由树脂制成的齿轮的变形。
所述隔热装置可以是一发动机冷却剂循环流动的冷却剂循环管路、引入外界大气的空气间隙层或阀箱和电机壳体的边界部位,所述边界部分的横截面比位于废气循环通道和驱动电机之间的阀箱或电机壳体的其他部位的横截面小。
此外,优选在上述废气再循环设备中,所述阀轴在其轴端侧由固定在阀箱内的轴承所部分地可转动支承。更具体地说,所述阀箱具有轴孔,轴承被压配合在所述轴孔内,阀轴朝向废气循环通道而延伸穿过轴承。由于轴承在阀轴的一轴端侧进行支承,燃烧产物沉积的面积相对受到限制,从而在全闭阀位置时阀与阀箱之间的粘附力相对较小。
优选在阀轴的外表面和位于废气循环通道和轴承之间某一位置的轴孔内壁之间的间隙内设置有一种润滑剂。该润滑剂用于阻止燃烧产物沉积在所述间隙内,从而阀能顺利地移动。
当阀在其周向周边上设置有环形保持槽和由保持槽所支持用于与阀箱的内壁滑动接触的密封环时,优选在保持槽和密封环之间的间隙内设置有润滑剂。润滑剂用于阻止燃烧产物沉积在所述间隙内,从而密封环在保持槽内能顺利移动,这使得当阀处于全闭阀位置时可以阻止EGR气体泄漏。
润滑剂最好是固态或胶质润滑材料,其主要成分是粉末化的二硫化钼、石墨、石墨润滑脂或纤维润滑脂。
附图说明
通过阅读以下构成本申请一部分的说明书、权利要求书和附图,本发明其它特征和优点以及操作方法和相关部件的功能将变得清楚。在附图中:
图1是一个符合第一实施例的废气再循环设备的整体的剖视图;
图2是一个图1所示废气再循环设备的一部分的放大剖视图;
图3是一个显示符合第一实施例EGR阀的阀瓣开启程度和EGR流量之间关系的曲线图;
图4是一个显示符合第一实施例的EGR流量传感器的输出随时间变化的曲线图;
图5是一个显示符合第一实施例的当发动机停转时驱动电机的操作电流随时间变化的曲线图;
图6是图1中的VI-VI剖视图;
图7是一个符合第二实施例的废气再循环设备的整体的剖视图;
图8是图7中的VIII-VIII剖视图;
图9是一个符合第三实施例的废气再循环设备的整体的前视图;
图10是一个符合第四实施例的废气再循环设备的整体的剖视图;
图11是一个符合第五实施例的废气再循环设备的主要部分的剖视图;
图12是一个符合第六实施例的废气再循环设备的主要部分的剖视图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1-6显示了本发明第一实施例。图1显示了废气再循环设备的整体结构,图2显示了废气再循环设备的主要元件。
符合第一实施例的废气再循环设备由阀箱1、流量控制阀(EGR控制阀)、阀3、阀轴4、动力单元和发动机控制单元(ECU)组成。所述阀箱1构成连接到内燃机废气管的废气再循环管的一部分,该部分废气再循环管用于再循环处理一部分废气(EGR气体);所述流量控制阀具有一个装配到内通道10的圆柱形喷嘴2,该内通道10形成在阀箱1内的内通道中并与废气再循环管相连;所述阀3被容置在喷嘴2内,用于开启和关闭喷嘴2;所述阀轴4可以与喷嘴2一起转动;所述动力单元具有用于转动地驱动阀轴4的驱动电机5和用于将所述驱动电机5的转动传送到EGR控制阀的阀轴4的传动机构;所述发动机控制单元电气地控制该动力单元的驱动电机5。该废气再循环设备还具有EGR体积传感器(参考图4),其中EGR控制阀的阀3的阀瓣开启程度被转换成电信号输出给ECU;该阀瓣开启程度代表要与在进气管中流动的进口空气相混合的EGR气体体积,也就是进入进气管的废气再循环体积(EGR体积)。
如图4所示,当EGR控制阀的阀3的阀瓣开启程度处于全开阀位置时(最大的阀瓣开启程度,最大的扬程),EGR体积传感器产生一上限电压值(例如4V);当EGR控制阀的阀3的阀瓣开启程度处于全闭阀位置时(最小的阀瓣开启程度,最小的扬程),EGR体积传感器产生一下限电压值(例如1V)。EGR体积传感器包括由诸如铁(磁性材料)的金属材料制成的且被固定在阀轴4的轴端(在图1的右侧)上的转子11,转子的横截面被形成为一侧敞开的正方形;用于产生磁场的拼合式(大致正方形)永磁铁12;用于被永磁铁12磁化的拼合式(大致为弧形)磁轭(磁体,未示);被整体设置在传感器盖9上并与永磁铁12相对的多个霍尔元件13;由薄导电金属板制成的端子(未示),通过上述端子霍尔元件13与外部ECU电连接;以及由诸如铁(磁性材料)的金属材料制成的、用于将磁通量集中到霍尔元件13的定子14。
用胶合剂将永磁铁12和磁轭固定到转子11的内周面上,该转子11的内周面通过嵌件成型与传动机构中的一个组件也就是阀侧减速齿轮8形成在一起。每个横截面是正方形的拼合式永磁铁12沿图1中的上下方向被磁化,其中N极和S极中的一极在上侧,N极和S极中的另一极在下侧(在图1中,每个拼合式永磁铁12的上侧是N极,每个拼合式永磁铁12的下侧是S极)。霍尔元件13,是非接触式检测元件,其被设置的与永磁铁12的内周面相对,当N极或S极磁场在霍尔元件13的敏感表面产生时生成感应该磁场的电动势(当产生N极磁场时,生成正电势;当产生S极磁场时,出现负电势)。
在形成于喷嘴2中的废气再循环通道内,阀箱1在从全开阀位置到全闭阀位置的范围内转动地保持阀3,且利用诸如螺栓的紧固件被固定在发动机的废气再循环管或进气管上。阀箱1整体地配置一喷嘴装配部位21,该装配部位21具有一内通道10,用于转动地保持阀3的圆柱形喷嘴2被安装到该装配部位21上。如图2所示,喷嘴装配部位21的内通道10在内周面上设置有一台阶部位。喷嘴装配部位21的内通道10在该台阶部位左侧的内径比该台阶部位右侧的内径大。阀箱1还具有一与形成在喷嘴装配部位21上的轴孔28以及喷嘴22相通的轴承孔23。轴承孔23容置金属轴承22,所述轴承22转动地保持阀轴4的右侧部位。
暴露在酷热环境下的阀箱1由诸如能耐高温的不锈钢的耐热材料制成。喷嘴2被形成为圆柱形,与阀箱1相同,喷嘴2也由诸如能耐高温的不锈钢的耐热材料制成。金属轴承22被形成为圆柱形,由诸如Ni-Cu-C材料制成。在图1中喷嘴装配部位21和轴承孔23的右侧,阀箱1在其外壁上整体地配备有被形成为凹槽形状的一齿轮箱24,用于转动地容置动力单元的传动机构。
在图1中喷嘴装配部位21和轴承孔23的下侧,阀箱1在外壁上整体地配备有被形成为凹槽形状的电机壳体25,用于容置动力单元的驱动电机5。在喷嘴装配部位21和电机壳体25和/或齿轮箱24之间,阀箱1还设置有用作隔热层26(热绝缘装置26)的空气间隙或空间,用于隔绝EGR气体的热量从废气循环通道15或内通道10被传送到电机壳体25和/或齿轮箱24。
除了或代替被用作隔热层26的空气间隙或空间,阀箱1可以在喷嘴装配部位21和电机壳体25和/或齿轮箱24之间设置一用作热绝缘装置26的冷却剂再循环管路(未示)。为此目的,阀箱1可以配备有冷却剂输入管和冷却剂输出管,发动机的冷却剂从所述输入管流入冷却剂循环管路27,并且在冷却剂循环当中的发动机冷却剂通过所述输出管(未示)流出。
覆盖齿轮箱24敞开侧的传感器盖9被固定在齿轮箱24(在电机壳体25的敞开侧上)的敞开侧上的阀箱1。传感器盖9由热塑料材料制成,用于隔绝EGR体积传感器的端子之间的传导。传感器盖9的装配端面与设置在齿轮箱24敞开侧上或电机壳体25敞开侧上的装配端面接触;且利用铆钉(未示)或螺钉(在图9中是指螺钉30)将传感器盖9气密地固定在齿轮箱24的装配端面上。
如上所述,EGR控制阀由被固定在阀箱1的喷嘴装配部位21的内通道10上的圆柱形喷嘴2、阀3以及可与阀3一起转动的阀轴4组成。其中的阀3被容置在喷嘴2内,从而可在覆盖全开阀位置和全闭阀位置的给定角度范围内摆动或枢转,用于调节形成在喷嘴3内的废气循环通道12的阀瓣开启程度或开启面积。
阀3是一种蝶型转动阀(瓣阀),被形成大致为盘形,由诸如耐高温的不锈钢的耐热材料制成。利用多个诸如螺栓或螺钉的紧固件32将阀3固定在阀轴4的阀安装部位31上。在阀3的外周面上配备有用于保持密封环33(密封材料)的环形保持槽34。在全闭阀位置或附近,密封环33与喷嘴2的内壁滑动接触。类似于阀3,密封环33被形成为环形,且由诸如耐高温的不锈钢的耐热材料制成。
由诸如耐高温的不锈钢的耐热材料制成的阀轴4具有阀安装部位31,阀安装部位31的横截面被形成为半圆形,且阀3被固定在该阀安装部位31上。阀轴4由压配在轴承孔23内的轴承22转动地保持。在图1所示阀轴4的轴向右端上,阀轴4具有一压凹接合部位,通过压凹接合或压接,将阀侧齿轮8也就是传动机构和转子11中的一个组件和EGR体积传感器中的一个组件固定在该压凹接合部位上。油密圈35和用于保持油密圈35的环形止动件36被设置在轴承孔23的内壁与图1中轴承22右侧的阀轴4的外周之间的间隙内。
动力单元由用于使阀轴4转动的驱动电机5和用于将驱动电机5的转动力传送给阀轴4的传动机构(在该实施例中是减速齿轮机构)组成。驱动电机5与嵌在齿轮箱24和传感器盖9内的电机端子连成电路,且当电机端子供电时驱动电机5运转。驱动电机5由金属前框架41、圆柱形磁轭42、多个永磁铁(未示)、电机轴(未示)、电枢铁芯和电枢线圈等组成。
驱动电机5是一种电机致动器(直流电机);当通过嵌在传感器盖9并被传感器盖9保持的两个电机电流端子(未示)、与上述电机电流端子相连并向驱动电机5突起的两个电机连接端子(未示)以及与上述电机连接端子可拆卸地相连的两个电机电流供应端子(未示)时向驱动电机5供电时,在驱动电机5中的电机轴转动。
根据上述实施例,通向驱动电机5的电流值被反馈控制,以使得由ECU设定的EGR需求体积(目标阀瓣开启程度)基本上与被EGR体积传感器所检测的EGR检测体积(实际阀瓣开启程度)相一致。如图5所示,最好通向电机5的电流值被负荷控制。调整每单位时间的控制脉冲信号的开启/关闭比率(电流传导率,也就是负荷率),以便根据EGR需求体积和EGR检测体积之间的差值(偏差),改变EGR控制阀的阀3的阀瓣开启程度。
利用诸如螺钉和螺栓的紧固件,将前框架41紧固和固定在电机壳体25的敞开侧端面上。利用压凹接合或压接,将磁轭42的多个前侧端部位固定在前框架41上。波形垫圈43设置在磁轭42的一个端面和电机壳体25的底部内表面之间。波形垫圈43是一种周向波形的弹性环元件,且可以在电机轴的轴向方向上弹性变形并产生一偏压力,并沿图1中的向右方向向驱动电机5施加偏压力(朝前框架41的方向推动电机5的偏压力)。
减速齿轮机构具有固定在驱动电机5的电机轴外周面上的小齿轮6、与小齿轮6啮合并可转动的减速中间齿轮7以及与减速中间齿轮7啮合并可转动的阀侧齿轮8。以给定减速比降低驱动电机5的电机轴转速的减速齿轮机构,是一个用于转动地驱动EGR控制阀的阀轴4的阀驱动构件。由金属制成并具有给定形状的小齿轮6是一个可与驱动电机5的电机轴一起转动的电机侧齿轮。
由树脂制成且具有给定形状的减速中间齿轮7被可转动地装配在用作转动中心的保持轴44的外周面上。减速中间齿轮7由与小齿轮6啮合的大直径齿轮45以及与阀侧齿轮8啮合的小直径齿轮46组成。减速中间齿轮7和小齿轮6被用作转矩传送装置,用于将驱动电机5的转矩传送到阀侧齿轮8上。保持轴44的轴端部位(图1中的右端部位)装配在形成于传感器盖9中的凹入部分内。保持轴44的另一个轴端部位被压配在形成于齿轮箱24的底壁内的凹入部分内。
在由树脂制成且大致形成为环形的阀侧齿轮8的外周面上整体设置有一个齿轮47,用以与减速中间齿轮7的小直径齿轮46啮合。复位弹簧49设置在齿轮箱24的底壁和阀侧齿轮8的左端(在图1中)之间。利用夹物模压,将由诸如铁(磁性材料)的金属制成的转子11固定在阀侧齿轮8的内壁上。
下文结合图1和2介绍废气再循环设备的操作。
一旦起动诸如柴油发动机的发动机,设置在发动机气缸盖的进气口内的进气阀被打开,通过空气滤清器被过滤的进口空气通过进气管和节流体被输送到发动机气缸的每个进气歧管并被供应到发动机气缸内。发动机气缸内的空气被压缩到某一程度,从而其温度增加到比燃油燃烧温度还高,然后被喷射到气缸内的燃油燃烧。发动机气缸内的燃烧气体从气缸盖的排气口被排出,并通过排气歧管和排气管被喷出。如图3内的特征曲线所示,驱动电机5被ECU激励,驱动电机5的电机轴转动以获得EGR控制阀的阀3的一给定阀瓣开启程度。
电机轴的转动使得小齿轮6转动,且驱动电机5的转矩被传送到减速中间齿轮7的大直径齿轮45。与大直径齿轮45的转动相一致,小直径齿轮46围绕保持轴44的轴线转动,且具有与小直径齿轮46啮合的齿轮47的阀侧齿轮8转动。阀侧齿轮8的转动使得阀轴4转动一给定角度,从而如图2所示,驱动EGR控制阀的阀3沿开启方向从全闭阀位置朝向全开阀位置。然后,一部分废气作为EGR气体通过废气循环管流动到阀箱1内的喷嘴2的废气循环通道15内。废气循环通道15内的EGR气体流入进气管的进气通道内,从而EGR气体与来自空气滤清器的进口空气混合。
在使用来自进口空气体积传感器(空气流量计)、进口空气温度传感器和EGR体积传感器的检测信号时,EGR气体的EGR体积被反馈控制,以保持一给定值。流经进气管并且将要被吸入到每个发动机气缸内的进口空气与循环进入进气管的EGR气体混合,以便减少有害物质排放。通过线性控制EGR控制阀的阀3的阀瓣开启程度,设定在每个发动机气缸的条件下EGR气体的EGR体积。
在符合第一实施例的废气再循环设备中,在废气循环通道15和内孔10的相对附近,阀箱1在其外壁上整体配置有电机壳体25;驱动电机5被容置在该电机壳体25内,且被刚性地保持在电机壳体25内。此外,阀箱1在其外壁上整体配置有齿轮箱24,减速齿轮机构的元件也就是减速中间齿轮7和阀侧齿轮8被容置在该齿轮箱24内。
例如在电控节流设备中,发动机冷却剂围绕节流体的孔径循环用以阻止结冰。然而该废气再循环设备在远高于电控节流设备温度(一般为120℃)的温度下(一般为250℃-400℃)被使用,由于流经废气循环通道15的EGR气体的热量被传送到驱动电机5和减速齿轮机构、且废气循环通道15设置在装配于阀箱1之内的喷嘴2中,所以该电控节流设备中的齿轮箱24的内部和电机壳体25的内部都可能变成高温状态。因此,由树脂制成的减速中间齿轮7和阀侧齿轮8中的每个齿轮具有变形的风险。此外,驱动电机5的电机转矩可能被减少。
为了限制来自废气循环通道15的高温EGR气体向齿轮箱24和电机壳体25的内部传送热量,符合第一实施例的废气再循环设备具有诸如设置在喷嘴装配部位21和电机壳体25和/或齿轮箱24之间的空气间隙绝热层26的绝热装置。该绝热装置用于阻止由树脂制成的减速中间齿轮7和阀侧齿轮8的变形,以及阻止驱动电机5的驱动转矩的降低。绝热装置并不局限于空气间隙绝热层26,也可以是被设置在喷嘴装配部位21和电机壳体25和/或齿轮箱24之间的冷却剂循环管路27;发动机冷却剂流过该管路27,从而限制流过EGR废气循环通道15的EGR气体的热量向驱动电机5、减速中间齿轮7和/或阀侧齿轮8传送。
此外,如图6所示,绝热装置可以是阀箱1和电机壳体25的边界部位54,其横截面比位于废气循环通道15和驱动电机5之间的阀箱1或电机壳体25的其它部位的横截面小。该较小面积的边界部位54用于限制从废气循环通道15向驱动电机5传送热量,以阻止驱动电机5的转矩下降。
根据第一实施例,如图3所示,当发动机停转时,EGR控制阀的阀3沿阀关闭方向移动,并根据给定的阀瓣开启程度停止在全闭阀位置之外的某一位置。当发动机机停转期间阀3停靠在全闭阀位置时,阀3的整个外周面与喷嘴2的整个内周面接触,从而由于附着的沉积物,阀3很可能粘附在喷嘴2上。然而,由于由阀瓣开启程度来开启阀3,因此很难发生阀3由于沉积物作用而粘附在喷嘴2上,进而在启动发动机时可以轻易地移动阀3。因此,EGR控制阀的阀3可以被准确地控制在一给定的阀瓣开启程度,从而所需要的EGR气体的EGR体积可以与在进气管中流动的空气混合,使得降低最大燃烧温度以减少包含在废气内的有害物质(例如氧化氮)。
此外,可以控制EGR阀的阀3,以便执行开启和关闭摆动操作,从而在发动机停转后的一给定期间内或刚要开启发动机之前的一给定期间内,以一给定的阀瓣开启程度经过全闭阀位置。在此情况下,可以轻易地清除在全闭阀位置附近、沉积在阀3的周向周边和喷嘴2内壁(废气循环通道15)的燃烧产物。
由于沉积的燃烧产物在相对低温下相对较坚硬和易碎,最好在刚要启动发动机之前,执行经过全闭阀位置的摆动操作,从而可以轻易地清除燃烧产物。
在电控节流设备中公知的是,当为了停车或止动车辆而使发动机停转时,控制节流阀开启到一给定开启程度,从而避免由于结冰节流阀在节流体的孔径内堵塞,和即使节流阀已经堵塞,空气仍可以通过节流阀的周向周边和节流体的孔径内壁之间的间隙被吸入,确保车辆能够缓慢移动。
然而对于EGR控制阀,结冰并不是一个问题。EGR控制阀所存在的问题是包含在EGR气体内的燃烧产物被沉积及沉积物阻止阀3从全闭阀位置顺利地向全开阀位置移动。因此,当阀3在全闭阀位置附近时,通过使喷嘴2的内壁上的环形密封环33滑移可以清除沉积物,该环形密封环33被形成在阀3外周面上的保持槽34所支承;这样的方式使得阀3越过或摆动超过全闭阀位置,如图4的时间曲线内的虚线/斜线所示。
当发动机刚停转之后或刚要启动发动机之前,该超出全闭阀位置的开启和关闭摆动操作可能要重复一段预定时间。
另一方面,如图5所示,可能要重复该超出全闭阀位置的开启和关闭摆动操作直到将提供给驱动电机5的操作电流(在阀关闭或开启侧的最大电流值)低于预定值为止。在此情况下,当发动机停转且用于向电池充电的车辆的交流发电机并不工作,电池的能量耗费变小,使得保证电池具有更长的寿命。
由于沉积的燃烧产物在相对低温下相对较坚硬和易碎,最好在刚要启动内燃机之前,执行经过全闭阀位置的摆动操作,从而可以轻易地清除燃烧产物。
此外,动力单元具有配备有电机轴的驱动电机5和减速齿轮机构,利用所述电机轴产生驱动电机5的驱动力;通过所述减速齿轮机构,以预定减速比将驱动电机5的驱动力传送到阀轴4。因此,即使在发动机刚要被启动之前沉积物相对较坚硬,由于无需增加驱动电机5的本体而可以获得相对较大的移动阀5的驱动力,因此可以轻易地清除沉积物。
此外,如果沉积物粘在阀轴4和阀轴4插入的轴孔28之间的间隙内,可能出现阀轴4被卡住或阀轴4的摩擦阻力增大的问题。为了解决这个问题,阀轴4通过设置在喷嘴装配部位21和喷嘴2内的轴孔28向废气循环通道15延伸,这样的方式使得仅仅阀轴4的轴端侧被压配在轴承装配孔23内的轴承22所支承。因此,沉积物粘附的部位或间隙的面积相对较小,从而阀3不会粘到喷嘴2上。
(第二实施例)
下文结合图7和8介绍符合本发明第二实施例的废气再循环设备。
如果沉积物重复地暴露于高温和低温下且高温和低温之间的差值较大,沉积物的粘附力会增加。符合第二实施例的废气再循环设备具有冷却剂循环管路52,在该管路52内,发动机冷却剂围绕装配喷嘴2的阀箱1的喷嘴装配部位21循环流动。EGR控制阀的阀3被可移动地容置在喷嘴2内,以便开启和关闭废气循环通道15。也就是冷却剂循环管路52被设置的围绕废气循环通道15或位于处在全闭阀位置的阀3的附近。
如图7所示,冷却剂流入其内的冷却剂进口管51和冷却剂从其中流出的冷却剂出口管53,与冷却剂循环管路52相连。由于冷却剂围绕EGR阀的阀3循环流动,用作避免粘附在阀3周向周边或喷嘴2内壁上的沉积物的温度升高到较高温度或下降到较低温度。因此,沉积物的粘附力相对较弱,从而即使阀3处于全闭阀位置,阀3也很难粘到在喷嘴2上。
(第三实施例)
下文结合图9介绍第三实施例的废气再循环设备。
在符合第三实施例的废气再循环设备中,容置和固定驱动电机5的电机壳体24的外表面上整体设置有多个散热筋片。这些散热筋片不仅促进在喷嘴中废气循环通道15内流动的EGR气体的散热,而且避免驱动电机5的温度升高,抑制驱动电机5转矩的下降。
(第四实施例)
下文结合图10介绍第四实施例的废气再循环设备。
符合第四实施例的废气再循环设备不仅具有类似于第二实施例的冷却剂循环管路52、冷却剂进口管51和冷却剂出口管53,还有使发动机冷却剂(例如75℃-80℃)在冷却剂循环管路52内强迫循环的电泵(未示)。因为废气再循环设备安装在发动机舱内及用于冷却发动机的发动机冷却设备也被安装在该发动机舱内,所以用于发动机冷却设备的泵也适用于用于废气再循环设备的电泵。
所述电泵不仅在发动机启动时,而且在发动机停转的一给定时间内或在发动机停转直到满足一给定条件时,都迫使发动机冷却剂在冷却剂循环管路52内循环。例如,当发动机停转后,由于加热升温,沉积物的温度可能一度会增加到很高,然后降低到一个低温。由于重复的高温和低温变化会导致出现沉积物的较大粘附力,如果电泵一直操作直到在发动机停转后出现加热升温结束为止,以便避免粘附在阀3的外周面上的沉积物温度升高,则可以抑制处在全闭阀位置的阀3粘附在喷嘴2上。
(第五实施例)
下文结合图11介绍第五实施例的废气再循环设备。
在符合第五实施例的废气再循环设备中,当阀3处于全闭阀位置时为了避免EGR气体泄漏,EGR阀的阀轴4和轴孔28之间的间隙变小。
由于阀轴4、喷嘴2和喷嘴装配部位21由不锈钢制成,阀轴4在轴孔28内的滑动性不是那么的高。因而,具有良好润滑性能和耐热性的润滑剂56被设置在位于废气循环通道15和轴承22之间的某个位置的阀轴4的外表面与轴孔28的内表面之间的环形间隙内。润滑剂56用于防止燃烧产物沉积在所述间隙内,从而阀3顺利地移动。
此外,润滑剂56不仅使阀轴4在轴孔28内受到较小摩擦阻力而移动,而且降低了EGR气体通过该环形间隙的泄漏,从而阀3的开启和关闭操作是准确的。
润滑剂56最好是固态或胶质润滑材料,其主要成分是粉末化的二硫化钼、石墨、石墨润滑脂或纤维润滑脂,从而润滑剂56的寿命较长。如果润滑剂56是液体材料,存在润滑剂56在EGR气体压力的作用下从所述环形间隙内泄漏的风险。
(第六实施例)
下文结合图12介绍第六实施例的废气再循环设备。
第六实施例的废气再循环设备具有设置在密封环33和保持槽34之间间隙内的润滑剂57,其中保持槽34保持该密封环。润滑剂57具有良好的润滑性能,用于避免燃烧产物在密封环33和保持槽34之间间隙内沉积。
因此,可以避免由于沉积物粘附在密封环33和保持槽34之间间隙内或密封环33和保持槽34之间摩擦力的增加而引起密封环33的操作失败,从而当阀3处于全闭阀位置时,EGR气体不会从密封环33和喷嘴2的内壁之间泄漏出去。润滑剂56最好是固态或胶质润滑材料,其主要成分是粉末化的二硫化钼、石墨、石墨润滑脂或纤维润滑脂,从而润滑剂57的寿命较长。润滑剂57可以仅涂附在保持槽34的敞开侧上。
Claims (19)
1.一种废气再循环设备,具有:
阀箱(1),其配备有与内燃机废气通道相通并用于使一部分废气再循环到进口空气通道的废气循环通道(15);
流量控制阀(2,3,4),其配备有可移动地容置在阀箱(1)内的阀(3),用以改变废气循环通道(15)的开启程度;和
动力单元(5-8),用于转动地驱动所述流量控制阀,其特征在于:
当内燃机停转时或停转后,动力单元(5-8)使流量控制阀的阀(3)保持在休止位置;此时的阀(3)从全闭阀位置被开启到一给定的阀瓣开启程度。
2.如权利要求1所述的废气再循环设备,其特征在于:所述休止位置是这样一种位置,即在该位置的阀从全闭阀位置沿阀关闭方向或阀开启方向被开启所述给定的阀瓣开启程度。
3.如权利要求1或2所述的废气再循环设备,其特征在于:所述流量控制阀(2-4)具有可与阀(3)一起操作的阀轴(4),动力单元(5-8)具有驱动电机(5)和传动机构(6-8),该驱动电机(5)具有一电机轴,利用该电机轴产生驱动电机(5)的驱动力,通过该传动机构(6-8)将该驱动电机(5)的驱动力传送到阀轴(4)。
4.一种废气再循环设备具有:
阀箱(1),其配备有与内燃机废气通道相通并用于使一部分废气再循环到进口空气通道的废气循环通道(15);
流量控制阀(2-4),其配备有可移动地容置在阀箱(1)内的阀(3),用以改变废气循环通道(15)的开启程度;和
动力单元(5-8),用于转动地驱动所述流量控制阀,其特征在于:
动力单元(5-8)使得流量控制阀(2-4)的阀(3)执行开启和关闭摆动操作,从而在内燃机刚停转之后的一给定期间或内燃机刚要启动之前的一给定期间,以一给定的阀瓣开启程度经过全闭阀位置。
5.如权利要求4所述的废气再循环设备,其特征在于:当经过全闭阀位置的开启和关闭摆动操作已经被重复预定次数时,所述给定期间期满。
6.如权利要求4所述的废气再循环设备,其特征在于:所述流量控制阀(2-4)具有可与阀(3)一起操作的阀轴(4),动力单元(5-8)具有一产生用于使阀轴转动的驱动力的驱动电机(5);此外,当提供给驱动电机(5)的操作电流已经变成低于一预定值时,所述给定期间期满。
7.如权利要求4或5所述的废气再循环设备,其特征在于:所述流量控制阀(2-4)具有可与阀(3)一起操作的阀轴(4),动力单元(5-8)具有驱动电机(5)和减速机构(6-8),驱动电机(5)具有产生驱动电机的驱动力的电机轴,通过所述减速机构(6-8)将驱动电机(5)的驱动力传送到阀轴(4),从而以预定的减速比使阀轴(4)的转速低于电机轴的转速。
8.如权利要求1-7中任一所述的废气再循环设备,其特征在于:所述流量控制阀(2-4)的阀(3)沿其周向周边配备有一密封元件(33);当阀(3)处于全闭阀位置时,该密封元件(33)阻止废气通过废气循环通道(15)和阀(3)之间的间隙发生泄漏。
9.一种废气再循环设备具有:
阀箱(1),其配备有与内燃机废气通道相通并用于使一部分废气再循环到进口空气通道的废气循环通道(15);
流量控制阀(2-4),其配备有可移动地容置在阀箱(1)内的阀(3),用以改变废气循环通道(15)的开启程度;和
动力单元(5-8),用于转动地驱动所述流量控制阀(2-4),其特征在于:
围绕废气循环通道(15)或在处于全闭阀位置的阀(3)附近,阀箱(1)配备有冷却剂循环管路(52),所述发动机冷却剂通过该冷却剂循环管路循环流动。
10.如权利要求9所述的废气再循环设备,其特征在于:在发动机刚停转后的一给定期间内,利用一电泵迫使发动机冷却剂循环流动。
11.如权利要求10所述的废气再循环设备,其特征在于:所述给定期间是指内燃机停转后直至一预定时间结束或加热升温终止的期间。
12.一种废气再循环设备具有:
阀箱(1),其配备有与内燃机废气通道相通并用于使一部分废气再循环到进口空气通道内的废气循环通道(15);
流量控制阀(2-4),其配备有可移动地容置在阀箱(1)内的阀(3),用以改变废气循环通道(15)的开启程度;
与所述阀箱(1)整体形成的电机壳体(25),其位于废气循环通道(15)的附近;和
动力单元(5-8),其包括用于转动地驱动所述流量控制阀(2-4)的阀(3)的驱动电机(5),该驱动电机(5)容置且固定在所述电机壳体(25)上,其特征在于:
在阀箱(1)和/或电机壳体(25)内设置有隔热装置(26,27,54),用于阻止热在废气循环通道(15)和驱动电机(5)之间传送。
13.如权利要求12所述的废气再循环设备,其特征在于还包括:
一齿轮箱(24),与所述阀箱(1)整体形成,位于废气循环通道(15)的附近,且邻近电机壳体(25);
其中所述流量控制阀(2-4)具有可与阀(3)一起操作的阀轴(4),动力单元(5-8)具有驱动电机(5)和减速机构(6-8),该驱动电机(5)具有一产生驱动电机(5)的驱动力的电机轴,该减速机构(6-8)包括多个齿轮(6-8),该多个齿轮(6-8)可转动地容置在齿轮箱(24)内,且通过该多个齿轮(6-8)将驱动电机(5)的驱动力从电机轴传送到阀轴(4),从而以预定的减速比使阀轴(4)的转速低于电机轴的转速;
此外,其中所述隔热装置(26,27,54)设置在阀箱(1)、电机壳体(25)和/或齿轮箱(24)内,用于阻止热在废气循环通道(15)和齿轮箱(24)之间传送。
14.如权利要求12或13所述的废气再循环设备,其特征在于:所述隔热装置(26,27,54)是一发动机冷却剂循环流动的冷却剂循环管路(27)、引入外界大气的空气间隙层(26)或阀箱(1)和电机壳体(25)的边界部位(54),所述边界部分的横截面比位于废气循环通道(15)和驱动电机(5)之间的阀箱(1)或电机壳体(25)的其他部位的横截面小。
15.一种废气再循环设备具有:
阀箱(1),其配备有与内燃机废气通道相通并用于使一部分废气再循环到进口空气通道的废气循环通道(15);和
流量控制阀(2-4),其配备有可移动地容置在阀箱(1)内用以改变废气循环通道(15)的开启程度的阀(3)以及与所述阀(3)一起操作的阀轴(4),其特征在于:
所述阀轴(4)在其轴端侧由固定在阀箱(1)内的轴承(22)所部分地转动支承。
16.如权利要求15所述的废气再循环设备,其特征在于:所述阀箱(1)具有轴孔(28,23),轴承(22)被压配合在所述轴孔(28,23)内,阀轴(4)朝向废气循环通道(15)而延伸穿过轴承(22);此外,在阀轴(4)的外表面和位于废气循环通道(15)和轴承(22)之间某一位置的轴孔(28)内壁之间的间隙内设置有一种润滑剂(56)。
17.如权利要求15所述的废气再循环设备,其特征在于:所述阀箱(1)配备有圆柱形喷嘴(2),阀(3)可转动地容置在所述喷嘴(2)内,以便开启和关闭废气循环通道(15);阀(3)在其周向周边上设置有环形保持槽(34)和由保持槽(34)所支持的密封环(33),密封环(33)与喷嘴(2)的内壁滑动接触,所述喷嘴(2)的内壁构成废气循环通道(15)的一部分;在保持槽(34)和密封环(33)之间的间隙内设置有另一种润滑剂(57)。
18.如权利要求15-17中任一所述的废气再循环设备,其特征在于:其中的润滑剂(56,57)是固态或胶质润滑材料,其主要成分是粉末化的二硫化钼、石墨、石墨润滑脂或纤维润滑脂。
19.如权利要求15-18中任一所述的废气再循环设备,其特征在于:其还包括:
动力单元(5-8),其包括具有电机轴的驱动电机(5)和转动动力传送部件(6-8),通过该转动动力传送部件(6-8),将驱动电机(5)的转动动力从电机轴传送到阀轴(4),从而流量控制阀(2-4)被可转动地驱动。
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