CN104775945A - 汽车发动机用egr阀集成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车发动机用EGR阀集成装置，包括EGR阀、EGR冷却器以及节气门，所述EGR阀的出气管与EGR冷却器的旁通管相连通，EGR阀的出气管与EGR冷却器旁通管的中部垂直设置并连为一体；所述EGR冷却器的出气端连通节气门气体通道的进气端，EGR冷却器与节气门共壳体。本发明集EGR阀、节气门和EGR冷却器于一体，大大缩小了体积，降低了生产成本；且由于EGR冷却器的旁通阀与EGR阀的出气管和节气门的气体通道采用一体式结构，省略了各种管路的连接与布置，避免了装配错误，使安装变得简单方便。

Description

汽车发动机用EGR阀集成装置

技术领域

本发明涉及发动机尾气排放再循环***技术领域，特别是一种汽车发动机用EGR阀集成装置。

背景技术

在发动机废气再循环***（EGR***）中EGR阀主要用于调节控制再循环废气的流量，电动EGR阀通过内部直流电机控制进气口的开度大小，气动EGR阀则通过真空调节器控制真空度大小，从而间接控制EGR的开度大小以调节废气流量，使废气与新鲜空气按一定比例混合后返回气缸进行再循环，以降低气缸内燃烧温度以及燃烧速度，进一步减少NO_X的排放量。EGR冷却器用于降低发动机进气温度，从而降低燃烧温度，进一步降低NO_X的排放量，同时还可补偿因加装EGR阀而带来的燃油消耗量的增加。节气门是汽油机***中必不可少的部件之一，发动机控制***通过采集油门踏板、转速、进气压力、温度等信号来改变节气门的开度大小，从而控制发动机的输出功率。目前国内生产的EGR阀、节气门和EGR冷却器多为独立式结构，如图1所示，在发动机上安装布局时，需要采用多种管路连接，布置复杂，需求空间大，生产成本较高，在汽车上不易布置。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种结构简单、体积较小、成本低廉，且集EGR阀、节气门和EGR冷却器于一体的汽车发动机用EGR阀集成装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

汽车发动机用EGR阀集成装置，包括EGR阀、EGR冷却器以及节气门，所述EGR阀的出气管与EGR冷却器的旁通管相连通，EGR阀的出气管与EGR冷却器旁通管的中部垂直设置并连为一体；所述EGR冷却器的出气端连通节气门气体通道的进气端。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述EGR阀为电动EGR阀，包括阀体、传感器以及直流电机，传感器设置在阀体的顶端，直流电机固定安装在传感器上；所述直流电机的输出轴经齿轮传动机构连接设置在阀体内的阀杆顶端。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述齿轮传动机构包括电机齿轮、被动齿轮组、过渡齿轮、偏心轮以及设置在阀杆顶端的滑块，所述被动齿轮组包括匀布在传感器上的三个被动齿轮，被动齿轮包含同轴设置的大齿轮和小齿轮；所述电机齿轮同轴设置在电机输出轴上，电机齿轮与被动齿轮组的三个大齿轮相啮合，被动齿轮组的三个小齿轮分别与过渡齿轮相啮合；偏心轮固定设置在过渡齿轮的短轴外端。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述偏心轮的轴向设置有轴承销，轴承销顶端安装有轴承，轴承嵌装在滑块中.

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述过渡齿轮上设置有磁钢，传感器的芯片与磁钢相对设置。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述EGR冷却器为旁通式EGR冷却器，旁通式EGR冷却器包括冷却器、旁通管和旁通阀，所述冷却器包括两头大中间小式壳体，壳体内设置有U型翅片式冷却气道，U型翅片式冷却气道的中部水平设置有隔气板；所述隔气板上方的冷却气道为进气端，隔气板下方的冷却气道为出气端；所述旁通管竖直设置在隔气板的气体进出端并与隔气板连为一体；所述旁通阀设置在旁通管内。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述旁通阀设置在冷却器壳体上，为气体驱动式结构；所述旁通阀包括相配装的上盖和下盖，上盖的上方设置有位置传感器；上盖和下盖之间的腔体内设置有将腔体分割为上腔和下腔的皮膜，上腔中设置有顶端与上盖连接、底端与皮膜连接的弹簧，下腔中设置有顶端连接皮膜、底端伸入旁通管中的中心杆，位于旁通管中的中心杆端部设置有与旁通管内腔配装的阀芯。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述节气门为磁阻式电子节气门，磁阻式电子节气门包括设置有气体通道的节气门体，节气门体的进气端与EGR冷却器的出气端连通；节气门体的气体通道中设置有垂直气流方向的节气门阀杆，节气门阀杆上固定设置有控制气体通道启闭的阀片；所述节气门体的外壁上设置一磁阻式电机，磁阻式电机的输出轴连接节气门阀杆的顶端；所述节气门阀杆的底端伸出节气门体外并通过设置在节气门体外底板定位，底板与节气门阀杆底端通过轴承连接。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述节气门阀杆伸出节气门体的底端外部套装有套筒，套筒位于节气门体和底板之间，所述底板上还设置有与底板滑动配合的限位板，限位板与节气门阀杆底端固定连接；限位板和套筒之间设置有用于使阀片复位的扭转弹簧。

上述汽车发动机用EGR阀集成装置，所述磁阻式电机包括外壳以及位于外壳内的环式定子、绕制在定子体上的线圈和设置在定子体上与线圈相对应侧的转子，转子与节气门阀杆顶端连接。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明集EGR阀、节气门和EGR冷却器于一体，大大缩小了体积，降低了生产成本，满足了汽车对发动机体轻量化，小型化的要求；且由于EGR冷却器的旁通阀与EGR阀的出气管和节气门的气体通道采用一体式结构，省略了各种管路的连接与布置，避免了装配错误，使安装变得简单方便，进一步为发动机废气再循环***的安全稳定运行提供了可靠保障。

附图说明

图1是EGR阀、节气门和EGR冷却器在发动机上独立布局示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明所述旁通式EGR阀冷却器的结构示意图；

图4是本发明所述电动EGR阀的结构示意图；

图5是本发明所述过渡齿轮、偏心轮和轴承的连接示意图；

图6是本发明所述传感器芯片与磁钢的位置示意图；

图7是本发明所述磁阻式电子节气门的结构示意图；

图8是本发明所述磁阻式电机的内部结构示意图。

其中：1-旁通式EGR冷却器、2-电动EGR阀、3-磁阻式电子节气门、4-冷却器、5-旁通阀、6-进气端、7-出气端、8-壳体、9-翅片、10-隔气板、11-旁通管、12-EGR阀出气管、13-进水管、14-出水管、15-位置传感器、16-上盖、17-皮膜、18-下盖、19-弹簧、20-中心杆、21-阀芯、22-旁通管11的底端、23-旁通管11的上端、24-传感器、25-直流电机、26-电机齿轮、27-被动齿轮、28-被动齿轮的大齿轮、29-被动齿轮的小齿轮、30-过渡齿轮、31-短轴、32-偏心轮、33-轴承销、34-轴承、35-阀芯、36-阀杆、37-滑块、38-芯片、39-磁钢、40-节气门体、41-节气门阀杆、42-阀片、43-磁阻式电机、44-转子、45-定子、46-线圈、47-限位板、48-扭转弹簧、49-节气门体上的孔、50-限位板上的孔、51-阀体。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

汽车发动机用EGR阀集成装置，包括EGR阀、EGR冷却器以及节气门，EGR阀、EGR冷却器以及节气门的布置方式如图2所示，EGR阀和节气门分别安装在、EGR冷却器上。本发明中EGR阀的出气管12与EGR冷却器的旁通管11相连通，EGR阀的出气管12与EGR冷却器旁通管11的中部垂直设置并连为一体， EGR冷却器的出气端7连通节气门气体通道的进气端，EGR冷却器与节气门共壳体。

EGR阀为电动EGR阀2，采用直流电机驱动，通过齿轮传动机构进行减速，直流电机通过齿轮传动机构带动EGR阀的阀杆和阀芯动作，实现对EGR阀开度的控制；相对于气体驱动式EGR阀，控制精度高，响应时间更快。

本发明电动EGR阀的结构如图4所示。电动EGR阀2包括阀体51、传感器24以及直流电机25，传感器24设置在阀体51的顶端，直流电机25固定安装在传感器24上。

阀体51内设置有阀杆36，阀杆的底端设置有与阀体进气口相配装的阀芯35。直流电机25的输出轴经齿轮传动机构连接设置阀杆36的顶端。

齿轮传动机构的结构如图4和图5所示，包括电机齿轮26、被动齿轮组、过渡齿轮30、偏心轮32以及设置在阀杆顶端的滑块37；其中被动齿轮组包括匀布在传感器24上的三个被动齿轮27，被动齿轮27包含同轴设置的大齿轮28和小齿轮29。电机齿轮26同轴设置在电机输出轴上，电机齿轮26与被动齿轮组的三个大齿轮28相啮合，被动齿轮组的三个小齿轮29分别与过渡齿轮30相啮合；偏心轮32固定设置在过渡齿轮30的短轴31外端；偏心轮32的轴向设置有轴承销33，轴承销33顶端安装有轴承34，轴承34嵌装在滑块37中。

电动EGR阀工作时，给直流电机25通电，电机齿轮26随电机输出轴旋转，电机齿轮26与三个被动齿轮的大齿轮28啮合，带动三个被动齿轮27旋转，三个被动齿轮的小齿轮29与过渡齿轮30相啮合，从而带动短轴31以及短轴上的偏心轮32旋转，与偏心轮通过轴承销连接的轴承34在滑块37内滑动，轴承34在滑块37内的滑动带动阀杆36和阀芯35做上下运动，即实现电动EGR阀2 的开启和关闭功能。本发明中齿轮传动机构的传动比是固定的，控制直流电机的供电电流即可精确控制电动EGR阀的开度。

过渡齿轮30上设置有磁钢39，传感器24的芯片38与磁钢39相对设置，即芯片位于磁钢的正上方，如图6所示。传感器24可通过传感器24的芯片38读取过渡齿轮30上的磁钢39的位置信号，即可读取阀芯35的开度。通过传感器24读取的位置信号，可实现电动EGR阀2开启和关闭的精确控制。

本发明中，EGR冷却器为旁通式EGR冷却器1，其结构如图3所示，旁通式EGR冷却器1包括冷却器4、旁通管11和旁通阀5；冷却器采用翅片式结构，比管式冷却器冷却效率高，同时采用旁通阀控制需冷却的气体量，可实现冷却效率的精确控制。

冷却器包括壳体8，壳体采用两头大、中间小式结构，可有效避免共振现象的发生。壳体8内设置有冷却气道，壳体外壁上安装有进水管13和出水管14。冷却气道采用U型翅片式结构，U型翅片式冷却气道的中部水平设置有隔气板10；隔气板10上方的冷却气道为进气端6，隔气板10下方的冷却气道为出气端7。隔气板10的设置，用于实现气体在冷却过程中按U形进行流通；冷却气道采用U型结构，可有效节省空间。冷却气道内流通有冷却水，用于冷却气体；冷却气道采用翅片式气道，较于管型气道的冷却面积更大，冷却效率更高，在相同冷却效率的条件下，此冷却器体积更小。

旁通管11也设置在壳体内，旁通管11竖直设置在隔气板的气体进出端，并与隔气板连为一体；旁通管11的中部与EGR阀出气管12连通；旁通阀5设置在旁通管11内，旁通阀5用于控制从EGR阀出气管12流出需要经过冷却器冷却的气体量。

旁通阀5的主体设置在冷却器壳体8上，为气体驱动式结构，在满足控制精度要求的基础上可有效节约成本。旁通阀5的结构如图3所示，包括相配装的上盖16和下盖17，上盖16的上方设置有位置传感器15。上盖16和下盖17之间的腔体内设置有将腔体分割为上腔和下腔的皮膜17；上腔通过气管与真空源连接，上腔中还设置有弹簧19，弹簧19的顶端与上盖16连接、底端与皮膜17连接；下腔中设置有中心杆20，中心杆20的顶端连接皮膜17、底端伸入旁通管11中，位于旁通管11中的中心杆端部设置有与旁通管11内腔配装的阀芯21。

EGR冷却器工作时，当气体通过电动EGR阀出气管12进入旁通管11内时，如阀芯21处于旁通管11的底端22，则气体只能经旁通管11的上端23进入翅片式冷却气道的进气端，通过翅片式冷却气道冷却后，再通过EGR冷却器的出气端7进入节气门，因通过EGR阀出气管的废气全部冷却，故此状态下气体的冷却效率最大。

给旁通阀5抽气，使皮膜与上盖的体积变小，即上腔体积变小，此时弹簧压缩，带动中心杆20和阀芯21在旁通管11内运动，使阀芯21置于旁通管11上端23；此时，气体经EGR阀出气管12进入旁通管11后，直接通过旁通管11底端22流入节气门，此时气体未经EGR冷却器4冷却，此状态气体的冷却效率最小。

当需要调节冷却效率时，调节旁通阀5的抽气量，使弹簧19收缩，即可控制阀芯在旁通管内的位置，从而可以控制气体经过旁通管11上端23和底端22的通过量。旁通阀5上设置的位置传感器15，可以精确控制阀芯21处于旁通管11内的位置，从而实现精确控制冷却效率的目的。

本发明中，节气门为磁阻式电子节气门3，磁阻式电子节气门采用磁阻式电机进行驱动，结构简单，成本低，控制精度高。

磁阻式电子节气门的结构如图7所示，包括设置有气体通道的节气门体40，节气门体40的进气端与EGR冷却器的出气端7连通；节气门体40的气体通道中设置有垂直气流方向的节气门阀杆41，节气门阀杆41上固定设置有控制气体通道启闭的阀片42。节气门体40的外壁上设置一磁阻式电机43，磁阻式电机43的输出轴连接节气门阀杆41的顶端；节气门阀杆41的底端伸出节气门体40外并通过设置在节气门体40外底板定位，底板与节气门阀杆41底端通过轴承连接。

节气门阀杆41伸出节气门体40的底端外部套装有套筒，套筒位于节气门体40和底板之间，底板上还设置有与底板滑动配合的限位板47，限位板与节气门阀杆底端固定连接。限位板47和套筒之间设置有扭转弹簧48，用于使阀片42复位；扭转弹簧48的一端安装在节气门体上的孔49内，另一端安装在限位板上的孔50内，阀片42可通过扭转弹簧48回位拉力拉至全开位置。

磁阻式电机43包括外壳以及位于外壳内的环式定子45、绕制在定子体上的线圈46和设置在定子体上与线圈相对应侧的转子44，如图8所示；转子44与节气门阀杆41顶端连接。转子44的旋转可通过阀杆41带动阀片42旋转，实现磁阻式电子节气门3 的开启和关闭功能。

磁阻式电子节气门工作过程中，当未给磁阻式电机43的线圈46供电时，整个电机无磁场，转子44靠扭转弹簧48预紧力拉至如图7位置，此时阀片42处于全开位置。

给磁阻式电机43的线圈46通电，磁阻式电机就产生扭转磁场力，此时转子的扭转力矩最大，扭转弹簧的扭转力矩最小，故转子开始转动，定子45内产生磁场使转子44、阀杆41和阀片42旋转；随着转子的偏转，磁阻式电机扭转力矩越来越小，扭转弹簧的扭转力矩越来越大，当两力矩大小相等时，转子受力达到平衡，不再转动，实现节气门的关闭功能。

当减小磁阻式电机43的供电电流时，磁阻式电机43的扭转力矩同步减小，转子44、阀杆41和阀片42在扭转弹簧48的回转力矩作用下反转，从而起到控制磁阻式电子节气门3开度的作用。在磁阻式电机43的供电电流处于某一固定值时，磁阻式电机43的扭转力矩与扭转弹簧48的扭转力矩相等，即转子44和扭转弹簧48处于某一平衡，均不再转动，即使磁阻式电子节气门3稳定处于某一开度；改变磁阻式电机43的供电电流，转子44和扭转弹簧48重新达到平衡，从而使磁阻式电子节气门3稳定处于某一新的开度；即实现了磁阻式电子节气门3的线性控制。

本发明在实际工作时，发动机部分废气经电动EGR阀控制后，通过EGR出气管进入旁通式冷却器中，通过旁通阀控制需冷却的废气量，达到所需的冷却效率后，废气进入节气门体；发动机进气与经冷却器冷却并经节气门控制后的废气混合后进入发动机进气总管。

Claims (10)

1.汽车发动机用EGR阀集成装置，包括EGR阀、EGR冷却器以及节气门，其特征在于：所述EGR阀的出气管（12）与EGR冷却器的旁通管（11）相连通，EGR阀的出气管（12）与EGR冷却器旁通管（11）的中部垂直设置并连为一体；所述EGR冷却器的出气端（7）连通节气门气体通道的进气端。

2.根据权利要求1所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述EGR阀为电动EGR阀（2），包括阀体（51）、传感器（24）以及直流电机（25），传感器（24）设置在阀体（51）的顶端，直流电机（25）固定安装在传感器（24）上；所述直流电机（25）的输出轴经齿轮传动机构连接设置在阀体（51）内的阀杆（36）顶端。

3.根据权利要求2所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述齿轮传动机构包括电机齿轮（26）、被动齿轮组、过渡齿轮（30）、偏心轮（32）以及设置在阀杆顶端的滑块（37），所述被动齿轮组包括匀布在传感器（24）上的三个被动齿轮（27），被动齿轮（27）包含同轴设置的大齿轮（28）和小齿轮（29）；所述电机齿轮（26）同轴设置在电机输出轴上，电机齿轮（26）与被动齿轮组的三个大齿轮（28）相啮合，被动齿轮组的三个小齿轮（29）分别与过渡齿轮（30）相啮合；偏心轮（32）固定设置在过渡齿轮（30）的短轴（31）外端。

4.根据权利要求3所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述偏心轮（32）的轴向设置有轴承销（33），轴承销（33）顶端安装有轴承（34），轴承（34）嵌装在滑块（37）中。

5.根据权利要求2所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述过渡齿轮（30）上设置有磁钢（39），传感器（24）的芯片（38）与磁钢（39）相对设置。

6.根据权利要求1所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述EGR冷却器为旁通式EGR冷却器（1），旁通式EGR冷却器（1）包括冷却器（4）、旁通管（11）和旁通阀（5），所述冷却器包括两头大中间小式壳体（8），壳体（8）内设置有U型翅片式冷却气道，U型翅片式冷却气道的中部水平设置有隔气板（10）；所述隔气板（10）上方的冷却气道为进气端（6），隔气板（10）下方的冷却气道为出气端（7）；所述旁通管（11）竖直设置在隔气板的气体进出端并与隔气板连为一体；所述旁通阀（5）设置在旁通管（11）内。

7.根据权利要求6所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述旁通阀（5）设置在冷却器壳体（8）上，为气体驱动式结构；所述旁通阀（5）包括相配装的上盖（16）和下盖（17），上盖（16）的上方设置有位置传感器（15）；上盖（16）和下盖（17）之间的腔体内设置有将腔体分割为上腔和下腔的皮膜（17），上腔中设置有顶端与上盖（16）连接、底端与皮膜（17）连接的弹簧（19），下腔中设置有顶端连接皮膜（17）、底端伸入旁通管（11）中的中心杆（20），位于旁通管（11）中的中心杆端部设置有与旁通管（11）内腔配装的阀芯（21）。

8.根据权利要求1所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述节气门为磁阻式电子节气门（3），磁阻式电子节气门包括设置有气体通道的节气门体（40），节气门体（40）的进气端与EGR冷却器的出气端（7）连通；节气门体（40）的气体通道中设置有垂直气流方向的节气门阀杆（41），节气门阀杆（41）上固定设置有控制气体通道启闭的阀片（42）；所述节气门体（40）的外壁上设置一磁阻式电机（43），磁阻式电机（43）的输出轴连接节气门阀杆（41）的顶端；所述节气门阀杆（41）的底端伸出节气门体（40）外并通过设置在节气门体（40）外底板定位，底板与节气门阀杆（41）底端通过轴承连接。

9.根据权利要求8所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述节气门阀杆（41）伸出节气门体（40）的底端外部套装有套筒，套筒位于节气门体（40）和底板之间，所述底板上还设置有与底板滑动配合的限位板（47），限位板与节气门阀杆底端固定连接；限位板（47）和套筒之间设置有用于使阀片（42）复位的扭转弹簧（48）。

10.根据权利要求8所述的汽车发动机用EGR阀集成装置，其特征在于：所述磁阻式电机（43）包括外壳以及位于外壳内的环式定子（45）、绕制在定子体上的线圈（46）和设置在定子体上与线圈相对应侧的转子（44），转子（44）与节气门阀杆（41）顶端连接。