專利名稱：帶有與容積流量成正比的整體反潰的廢氣再循環(huán)閥的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互關(guān)系本發(fā)明要求享有于1997年3月3日申請(qǐng)的發(fā)明名稱為“采用包括一整體泵、一控制閥和一混合器的透平增壓器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)”的分案申請(qǐng)60／039，246的申請(qǐng)日。
相關(guān)技術(shù)說(shuō)明EGR是降低內(nèi)燃機(jī)中NOX排放的一種已知方法。為了有效的利用，EGR系統(tǒng)必須克服由現(xiàn)代高效率柴油機(jī)在其至少部分運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的兩側(cè)的正壓力梯度形成的反向壓力梯度。實(shí)現(xiàn)EGR的各種方法包括自排氣岐管將部分廢氣泵送到進(jìn)氣岐管。泵送是通過(guò)將廢氣引入普通透平增壓器或發(fā)動(dòng)機(jī)上的增壓器的壓縮進(jìn)氣管完成的。另一種方法是設(shè)置一單獨(dú)的壓氣機(jī)，它接收廢氣和將其加壓到一適當(dāng)壓力，混合到發(fā)電機(jī)充量空氣增壓系統(tǒng)下游的充量空氣中。
EGR還要求再循廢氣與進(jìn)來(lái)的新鮮空氣充量充分的混合以避免性能降低，并使混合損失最小，以避免額外的燃料損失。此外，需要對(duì)再循環(huán)廢氣流量的可靠控制，以確保在變工況下供給到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管內(nèi)的充量空氣混合物中的適當(dāng)比例。再有，EGR的另、部件必須容納在有限容積的空間內(nèi)，以便配置在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。
因此，希望提供一種高整體性的EGR系統(tǒng)，它采用廢氣再循環(huán)的泵送部件，與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)部件，如透平增壓器，在實(shí)際功能方面密切配合。還希望構(gòu)成EGR流道，并提供新穎的控制部件，以允許對(duì)廢氣流量和混入發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的充量空氣進(jìn)行必要的控制，減少氣缸之間的廢氣百分比的變化。
發(fā)明概述內(nèi)燃機(jī)的EGR系統(tǒng)的控制閥包括-EGR閥，后者具有一個(gè)可變壓力作動(dòng)器，用以操作提升閥來(lái)計(jì)量自廢氣流動(dòng)管路到EGR流動(dòng)管路的EGR流量。該壓力作動(dòng)器有一壓力孔口，并應(yīng)答該壓力孔口內(nèi)的壓力。一壓差控制器連接于EGR閥，并有一個(gè)連接于廢氣流動(dòng)管路的第一壓力通道和一個(gè)連于EGR流動(dòng)管路的第二通道。一比例電磁線圈連于氣缸中的一活塞上，在活塞的第一側(cè)上形成第一腔，與第一壓力孔口連通，在活塞的第二側(cè)上形成第二腔，與第二壓力孔口連通。該活塞還連于支承一可移動(dòng)量孔的軸，在活塞第一位置上量孔的進(jìn)口定位在壓力源附近，這一定位是由第一壓力孔口內(nèi)的較第二壓力孔口為低的壓力引起的，在活塞第二位置上該量孔的進(jìn)口定位在壓力排氣口附近，這一定位是由第一孔口內(nèi)的較第二壓力孔口為高的壓力引起的。量孔的出口連通于作動(dòng)器壓力孔口。EGR流量的控制是通過(guò)向比例電磁線圈提供一控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)明詳述參照各附圖，

圖1表示具有一進(jìn)氣岐管12和一排氣岐管14的內(nèi)燃機(jī)10。設(shè)有一透平增壓器，供充量空氣增壓，由壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子18接收進(jìn)氣供壓縮，轉(zhuǎn)子18提供壓縮空氣，在引入進(jìn)氣岐管之前供給充量空氣冷卻器20。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子由連于透平24的一根軸22驅(qū)動(dòng)，透平自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣岐管接收廢氣。
再循環(huán)廢氣自排氣岐管流出的氣流經(jīng)控制閥26轉(zhuǎn)移到EGR冷卻器28。來(lái)自EGR冷卻器的廢氣被供給EGR泵的進(jìn)口，對(duì)于附圖中所示的實(shí)施例，EGR泵是裝于透平增壓器軸上由透平驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子30。該加壓廢氣自EGR泵流至混合器32，后者將再循環(huán)廢氣流和充量空氣混合，以形成基本均勻的流動(dòng)氣流，以便引入進(jìn)氣岐管。
圖2表示本發(fā)明的采用整體EGR壓氣機(jī)的透平增壓器細(xì)節(jié)。就附圖中所示的實(shí)施例而言，該透平包含在鑄造的透平殼體34內(nèi)，殼體34具有一徑向廢氣進(jìn)口36，將廢氣供給分叉蝸殼38。流徑該透平的廢氣在透平出口40處排出。軸22由一軸承系統(tǒng)支承，該系統(tǒng)包括由間隔器44隔離的軸徑軸承42和推力軸環(huán)46，軸承48整個(gè)安裝在具有潤(rùn)滑通道52的中心殼體50內(nèi)。充量空氣壓氣機(jī)包含在鑄造的壓氣機(jī)殼體54內(nèi)，該殼體為壓縮充量空氣提供空氣一進(jìn)口56，一擴(kuò)壓器58和一蝸殼60。
EGR泵通過(guò)在壓氣機(jī)葉輪背側(cè)增加轉(zhuǎn)子葉片62被合并到現(xiàn)存的透平增壓器轉(zhuǎn)子組內(nèi)。蝸殼進(jìn)口64為再循環(huán)提供廢氣，而單獨(dú)的擴(kuò)壓器66將壓縮廢氣輸送到蝸殼68。EGR泵進(jìn)口、擴(kuò)壓器和蝸殼均裝在外殼70內(nèi)，外殼70代替透平增壓器通常的壓氣機(jī)背板，因此只要求轉(zhuǎn)子組和透平增壓器整體長(zhǎng)度方向少量增加。壓氣機(jī)內(nèi)的充量空氣流和EGR泵內(nèi)的再循環(huán)廢氣的隔開是由夾緊在壓氣機(jī)殼體和EGR泵外殼之間的隔板保持的。EGR泵鑄件利用一保持環(huán)74和擰在壓氣機(jī)殼體內(nèi)的螺栓76安裝在壓氣機(jī)殼體上。
來(lái)自EGR的壓縮廢氣和來(lái)自透平增壓器壓氣機(jī)與充量空氣冷卻器的壓縮充量空氣在混合器32內(nèi)混合，詳細(xì)示于圖3中。廢氣自該泵經(jīng)進(jìn)口78和沿圓周分布在主新鮮空氣流道周圍的蝸殼80進(jìn)入混合器，主新鮮空氣流動(dòng)路線自充量空氣冷卻器經(jīng)進(jìn)口82進(jìn)入。該蝸殼沿新鮮空氣流道通槽84的周圍均勻地引入廢氣，該槽具有一較小直徑的加工的上游唇86和一較大直徑的下游唇88，以便產(chǎn)生EGR流動(dòng)三維角，有助于穿透到核心流動(dòng)流和渦流中去，進(jìn)一步與下游流動(dòng)混合。
將新鮮空氣流道的內(nèi)壁90的形狀制成能產(chǎn)生收縮／擴(kuò)張噴嘴效果，它提高了新鮮空氣充量的速度，降低了流動(dòng)靜壓，加強(qiáng)了EGR夾帶到新鮮空氣充量中。該混合流經(jīng)出口92排出。
該混合器的第二實(shí)施例示于圖6中，它包含一擴(kuò)張噴嘴區(qū)91，以進(jìn)一步加強(qiáng)EGR和新鮮空氣充量的混合，改善氣流中的速度匹配。
圖1將該混合器表示為一單獨(dú)的部件，安置在進(jìn)氣岐管的附近。然而，在另一實(shí)施例中，混合器位置有變化，在該位置上采用一EGR冷卻器，該混合器配置在充量空氣冷卻器出口附近，或與其制成一體，或作為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的一個(gè)鑄件或加工部。在不用EGR冷卻器的應(yīng)用場(chǎng)合，該混合器配置在壓氣機(jī)殼體出口附近，或合并為其整體部分或?yàn)槌淞靠諝饫鋮s進(jìn)口的整體部分。
再循環(huán)廢氣經(jīng)控制閥26被供給EGR泵。圖4和5說(shuō)明該閥的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械外形和操作。一比例電磁線圈94作用在三向氣動(dòng)或液壓閥96上，由活塞或膜片97產(chǎn)生的反力又通過(guò)由流經(jīng)單獨(dú)的廢氣再循環(huán)閥98的流動(dòng)產(chǎn)生的壓差作用。該壓差經(jīng)孔口100和102被檢測(cè)。該三向閥自管路104對(duì)EGR閥作動(dòng)器106提供供應(yīng)空氣或經(jīng)通道108排氣。當(dāng)電磁線圈力為活塞力恰好平衡時(shí)，總流動(dòng)發(fā)生或從EGR閥作動(dòng)器流出。當(dāng)活塞力不足以平衡電磁線圈力時(shí)，該三向閥打開，向作動(dòng)器供以空氣，這樣增加了自主廢氣流道110經(jīng)EGR閥進(jìn)入EGR流道112的EGR流量，從而提高了閥兩側(cè)的壓差，恢復(fù)了X的平衡。相反，當(dāng)活塞力大于電磁線圈力時(shí)，三向閥打開，自EGR閥作動(dòng)器排氣，這樣減少了EGR流量和閥兩側(cè)的壓差，再度恢復(fù)力的平衡。通過(guò)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)比例電磁線圈提供一控制信號(hào)完成對(duì)EGR量的控制。
如圖4所示，就附圖中所示的實(shí)施例而言，EGR閥作動(dòng)器采用封圍在壓力盒118內(nèi)的膜片114和彈簧116，它們安裝在一根軸120上，用以控制閥座124上的提升閥122，以計(jì)量EGR流量。三向閥采用一多孔口閥體126，后者包含供給和排氣管道，移動(dòng)量孔128支承在跟電磁線圈和活塞接合的軸130上。中心彈簧132平衡電磁線圈和壓力活塞的反作用力。
現(xiàn)已按專利法規(guī)要求詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，熟悉本技術(shù)的人們會(huì)考慮對(duì)本文所公開的具體實(shí)施例的替換和修改。這些修改和替換均處于在下列權(quán)利要求書中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍和意圖內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種內(nèi)燃機(jī)廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，包括一個(gè)透平增壓器，具有包括一廢氣進(jìn)口和一透平出口的透平殼體；一個(gè)由經(jīng)廢氣進(jìn)口接收的廢氣驅(qū)動(dòng)的和連于一旋轉(zhuǎn)軸的透平；一個(gè)支承接納該旋轉(zhuǎn)軸的軸承組件的中心殼體，它包含供連接于該透平殼體的裝置；一個(gè)具有一空氣進(jìn)口和一排氣出口的壓縮機(jī)殼體；一個(gè)固定于該旋轉(zhuǎn)軸的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有經(jīng)壓氣機(jī)殼體進(jìn)口接收空氣并將壓縮空氣排到充量空氣出口的第一葉片組，該轉(zhuǎn)子具有與第一葉片相對(duì)地整體安裝在該轉(zhuǎn)子上、自EGR進(jìn)口接收廢氣并經(jīng)擴(kuò)壓器將壓縮廢氣排至廢氣出口的第二葉片組，該廢氣出口和充量空氣出口包括單獨(dú)的流道；在轉(zhuǎn)子周圍分隔這些流道的隔離廢氣和充量空氣流道的裝置；在透平增壓器下游的混合器，它接收廢氣和充量空氣，所述混合器具有一出口；一電激勵(lì)比例控制閥，處在排氣岐管和EGR進(jìn)口的中間，以控制再循環(huán)到透平增壓器中的第二葉片組的廢氣量；將廢氣出口固定到混合器上的裝置；將充量空氣出口固定到混合器上的裝置；將混合器出口固定到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的裝置。
2．一種內(nèi)燃機(jī)EGR系統(tǒng)的控制閥，包括一個(gè)具有可變壓力作動(dòng)器的EGR閥，用以操作一提升閥，以計(jì)量自廢氣流道至EGR流道的EGR流量，該壓力作動(dòng)器具有一壓力孔口，它應(yīng)答該壓力孔口內(nèi)的壓力；一個(gè)壓差控制器，具有一個(gè)連通廢氣流道的第一壓力孔口和連通EGR流道的第二壓力孔口，一個(gè)連于壓力敏感裝置的比例電磁線圈，所述壓力敏感裝置連通于第一壓力孔口和第二壓力孔口，一個(gè)第二作動(dòng)器，它應(yīng)答該壓力敏感裝置，使靠近壓力源的量孔進(jìn)口定位于作動(dòng)器的第一位置，這種定位是由低于第二壓力孔口的第一壓力孔口中的壓力引起的，并將靠近壓力排氣口的量孔進(jìn)口定位在第二作動(dòng)器的第二位置，這種定位是由于第二壓力孔口的第一壓力孔口中的壓力引起的，所述量孔的出口連通于該可變壓力作動(dòng)器壓力孔口；對(duì)比例電磁線圈提供一控制信號(hào)的裝置。
3．如權(quán)利要求2所限定的EGR系統(tǒng)控制閥，其特征在于該壓力敏感裝置包括氣缸內(nèi)的一活塞，在與第一壓力孔口連通的活塞第一側(cè)上，構(gòu)成一個(gè)第一腔，在與第二壓力孔口連通的活塞第二側(cè)上，構(gòu)成一個(gè)第二腔，第二作動(dòng)器包括一根連于活塞并支承該移動(dòng)量孔的軸。
4．如權(quán)利要求3規(guī)定的EGR系統(tǒng)控制閥，其特征在于還包括連于該軸用以平衡電磁線圈和活塞的裝置。
5．如權(quán)利要求4規(guī)定的EGR系統(tǒng)控制閥，其特征在于該平衡裝置包括一個(gè)裝于該軸的彈簧。
6．如權(quán)利要求2規(guī)定的EGR系統(tǒng)控制閥，其特征在于EGR閥包括一閥體，該閥體的EGR進(jìn)口連通于廢氣流道，該閥體的EGR出口連通于EGR流道，所述閥體還有一個(gè)連通于該壓力孔口的腔，該作動(dòng)器包括一根連于一膜片的軸，所述膜片被裝在該腔內(nèi)，并應(yīng)響該壓力孔上的壓力而變形；一個(gè)連于軸上并與閥體中在EGR進(jìn)口和出口之間的座接合的提升閥。
全文摘要
EGR系統(tǒng)控制閥采用一可變壓力作動(dòng)器,該作動(dòng)器連通于用以計(jì)量EGR流量的一個(gè)閥和被連通來(lái)對(duì)作動(dòng)器提供作動(dòng)壓力的壓差閥。該壓差閥裝有一個(gè)連于一壓力平衡活塞的比例電磁線圈,該活塞在一側(cè)接受EGR壓力,而在另一側(cè)接受廢氣流壓力。該活塞連于一根軸,在第一位置上,該軸的量孔可靠近一壓力源定位,而在第二位置上可靠近一壓力排氣口定位,該量孔的出口與壓力作動(dòng)器連通。通過(guò)時(shí)該比例電磁線圈提供一信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)EGR控制,該電磁線圈變換活塞的壓力平衡點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02B37/24GK1291258SQ98813975
公開日2001年4月11日 申請(qǐng)日期1998年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月27日
發(fā)明者S·D·阿諾德 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司