一种集泵、阀、混合器为一体的大EGR率引入装置的制作方法

本发明涉及发动机进、排气控制系统领域，具体来说是涉及一种集泵、阀、混合器为一体的大EGR率引入装置。

背景技术：

随着排放法规的日益严格，发动机排放污染物的控制主要集中在对NOx和PM排放的控制上。对于控制NOx的排放，目前主流的技术方案是采用EGR方案。

EGR的引入，必须解决发动机排气和进气压力差问题。对于自然吸气发动机来说，由于排气压力比进气压力高，因此不存在EGR引入的难题。但目前柴油机多采用增压中冷技术，进气管中的进气压力较大，在某些负荷下存在EGR引入困难的问题。

目前高低压双回路EGR方案能够解决EGR引入困难的问题，但在大EGR率情况下，双回路EGR方案需要结合排气背压阀、进气节流阀等额外装置才能满足大EGR率的需求。此外，高低压双回路EGR方案管路设计复杂、系统布置困难。在某些工况需要大EGR率情况下，需要结合排气背压阀、进气节流阀才能满足大EGR率的要求。高低压双回路EGR技术并不能保证再循环废气与新鲜空气良好混合，易造成各缸EGR率不一致，进而影响各缸的燃烧与排放性能。

此外，柴油机因为结构等方面的原因，排气循环入口位置与各缸进气口距离不一致，导致各缸实际的EGR率不一致。在同样喷油参数下，由于各缸实际EGR率的不同，导致了缸内燃烧、排放情况也不相同。

技术实现要素：

本发明目的在于针对增压柴油机EGR引入困难、高低压双回路EGR涉及部件多，布置复杂、EGR废气与新鲜空气混合不良等问题。本发明设计一种集泵、阀、混合器为一体的大EGR率引入装置，解决了大EGR率引入的难题，同时改善了废气与新鲜空气的混合。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种集泵、阀、混合器为一体的大EGR率引入装置，其特征在于：包括电动机、EGR管、进气总管、增压叶片；所述EGR管和进气总管通过流通面积调节装置相互连通；所述流通面积调节装置通过电动机正转驱动调节流通面积；所述增压叶片设置在EGR管通道内，由同一电动机反转驱动对EGR废气进行增压；所述电动机通过单向驱动装置协同控制流通面积调节装置和增压叶片。通过一个电动机协同控制EGR废气的引入与增压，就能实现大的EGR率，且改善了EGR废气与新鲜空气的混合。

其进一步特征在于：所述流通面积调节装置包括紧密贴合，且可以自由转动的混合管内圈和位置固定的混合管外圈；所述混合管内圈和混合管外圈设置有相互配合的通道，通过混合管内圈的位置变化，使所述混合管内圈和混合管外圈上的通道重叠或错开，实现流通面积的调节，即实现了EGR阀的功能。EGR废气通过EGR混合管可实现EGR的引入以及改善废气与新鲜空气混合的双重功能。

进一步的：所述混合管外圈固定安装在进气总管中，所述混合管内圈由电动机正转驱动转动；所述电动机的输出轴与增压叶片轴的一端相连接，增压叶片轴的另一端与混合管内圈上的支架通过单向轴承连接。EGR混合管安装在进气总管中，实现EGR废气的引入以及改善废气与新鲜空气的混合。

优选的：所述混合管外圈的通道为混合管外圈周向表面上间隔均匀设置的多排圆孔和混合管外圈端部的对称排列的多个圆孔；所述混合管内圈的通道为与混合管外圈上圆孔位置相配合的长孔。

所述流通面积调节装置的流通面积调节范围为，所述混合管外圈上的圆孔全部与混合管内圈的长孔重叠，即相当于EGR阀全开，至所述混合管外圈上的圆孔全部与混合管内圈的长孔错开，即相当于EGR阀关闭。通过电动机的正转来控制混合管内圈长孔与混合管外圈圆孔的相对位置配合关系，进而实现EGR的引入；通过电动机的反转来带动增压叶片的旋转，进而实现了对EGR的增压作用。

所述混合管内圈处设置有转角位置传感器；所述EGR管通道内设置有废气流量计；所述进气总管出口处设置有氧气浓度传感器。通过转角位置传感器、氧气浓度传感器和废气流量计，可精确测量混合管内圈位置、计算出EGR率。根据EGR率，通过ECU精确控制电动机运转，以满足发动机所需的EGR率和氧气浓度要求。

本发明通过一个集成泵、阀、混合器为一体的装置实现了对EGR废气的引入、增压以及改善了废气与新鲜空气的混合。结构简单，不但能实现大EGR率，而且能够兼顾高低负荷对EGR的需求，有效地降低发动机NOx的排放，同时改善了EGR废气与新鲜空气的混合，优化了缸内燃烧与排放性能。

附图说明

图1是本发明装置的三维装配图。

图2是本发明装置的装配截面图。

图3a、图3b是本发明的EGR气体增压叶片的正视图及侧视图。

图4a、图4b是本发明的混合管外圈、混合管内圈的三维图。

图5a、图5b是本发明的混合管外圈、混合管内圈端面的正视图。

图6a、图6b是本发明的混合管外圈、混合管内圈的左视图。

图7a、图7b是本发明的混合管外圈、混合管内圈的右视图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明装置包括电动机1、EGR管9、进气总管17、混合管外圈15、混合管内圈14、增压叶片10、密封盘4等。电动机1通过电动机安装盘3用螺钉2固定安装在密封盘4上。密封盘4与EGR管密封法兰5通过紧固螺栓6实现贴合密封。混合管内圈14和混合管外圈15紧密贴合，且可以自由转动。混合管外圈15周向表面上间隔均匀设置有多排混合管外圈圆孔28和混合管外圈15端部设置有对称排列的多个混合管外圈端面圆孔29；所述混合管内圈14上设置有与混合管外圈15上圆孔位置相配合的长孔。电动机输出轴7与增压叶片轴8的一端相连接，增压叶片轴8的另一端与混合管内圈支架23通过单向轴承12连接。

当发动机不采用EGR时，在ECU的控制下，电动机1正转，电动机输出轴7带动增压叶片轴8旋转，增压叶片轴8通过单向轴承12的作用带动混合管内圈支架23旋转，进而带动混合管内圈14旋转。此时，混合管内圈14旋转角度位置由转角位置传感器24实时监控。当混合管内圈长孔20与所有混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与所有混合管外圈端面圆孔29均没有任何交叉重叠时，这样，混合管内圈14与混合管外圈15通过紧密贴合实现了密封，即实现了EGR阀关闭的功能。此时，通过转角位置传感器24实时监测及反馈信号给ECU来控制电动机1停止工作，这样混合管内圈14与混合管外圈15通过相互配合实现了密封，进而实现了阀的功能，此时，EGR不引入。

当发动机采用EGR，但不需要EGR增压时，即只需要调节混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29的交叉重叠度就能够满足发动机所需的EGR率，即实现了EGR阀打开的功能。在ECU的控制下，电动机1正转，电动机输出轴7带动增压叶片轴8旋转，增压叶片轴8通过单向轴承12的作用带动混合管内圈支架23旋转，进而带动混合管内圈14旋转。此时，混合管内圈14旋转角度位置由转角位置传感器24实时监控。当混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29有交叉重叠时，表明开始引入EGR。根据废气流量计25、氧气浓度传感器11以及转角位置传感器24的测量与反馈，ECU控制电动机1的转动，进而控制混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29的交叉重叠度大小，以满足发动机所需的EGR率。此种情况下，增压叶片10不工作，EGR废气由EGR管入口27进入，经混合管内圈14、混合管内圈长孔20及混合管内圈端面长孔30、混合管外圈圆孔28及混合管外圈端面圆孔29进入到进气总管17中，由于混合管内圈长孔20、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈圆孔28、混合管外圈端面圆孔29的特殊设计及配合，改善了EGR废气在进气总管17中与新鲜空气的混合。混合后的充量经进气总管出口13进入到发动机各个气缸中。这样通过混合管内圈14与混合管外圈15的特殊设计与相互配合，实现了EGR的引入，改善了废气与新鲜空气的混合，进而同时实现了阀与混合的功能。

当发动机采用EGR，且需要EGR增压时，即当混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29完全重叠时仍不能满足发动机所需的EGR率要求，即相当于EGR阀全开。当混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29完全重叠时，转角位置传感器24发送信号反馈到ECU中，在ECU控制下，电动机1反转，电动机输出轴7带动增压叶片轴8旋转，增压叶片轴8通过单向轴承12的作用，使得增压叶片10旋转的同时而不带动混合管内圈支架23旋转。这样混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29保持最大交叉重叠度，同时增压叶片10开始工作。这样就实现了对EGR废气的增压作用，提高了EGR废气量。增压叶片10旋转越快，增压效果越明显。此种情况下，EGR废气由EGR管入口27进入，经增压叶片10增压后，进入到混合管内圈14、混合管内圈长孔20及混合管内圈端面长孔30、混合管外圈圆孔28及混合管外圈端面圆孔29进入到进气总管17中。此时，混合管外圈圆孔28及混合管外圈端面圆孔29均被打开，由于混合管外圈圆孔28及混合管外圈端面圆孔29的特殊布局设计，改善了EGR废气在进气总管17中与新鲜空气的混合。混合后的充量经进气总管出口13进入到发动机各个气缸中。这样就实现了EGR的引入、增压以及改善了废气与新鲜空气的混合。

图3a、图3b是本发明的EGR气体增压叶片的正视图及侧视图。

混合管内圈14与混合管外圈15通过配合实现EGR引入、改善废气与新鲜空气的混合的具体实施方式如图4a、图4b、图5a、图5b、图6a、图6b、图7a、图7b所示，混合管外圈15有间隔均匀的八排圆孔，每一排有10个圆孔。如第一排有A1、A2、A3、A4、A5、A1'、A2'、A3'、A4'、A5'十个圆孔，并且A1与A1'、A2与A2'、A3与A3'、A4与A4'、A5与A5'轴对称。同理，每一排的十个圆孔均是轴对称圆孔。混合管外圈端面的圆孔29的圆孔N1与N1'轴对称，圆孔M1与M1'、M2与M2'、M3与M3'、M4与M4'轴对称。

混合管内圈14有八排长孔，每一排有两个长孔且关于轴对称，即长孔A与A'轴对称，长孔B与B'轴对称，以此类推，长孔H与H'轴对称。混合管内圈端面的长孔30的长孔M与M'轴对称，长孔N与N'轴对称。

混合管外圈15固定安装在进气总管17中，安装位置角度是圆孔A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、M1、N1所在的平面与进气总管17中进气方向垂直。这样有利于改善EGR废气与新鲜空气的混合。

当不需要EGR时，混合管内圈14转动到所有的长孔与混合管外圈15圆孔没有交叉重叠时，这样就实现了混合管内圈14与混合管外圈15的完全密封，即相当于EGR阀关闭。当混合管内圈14与混合管外圈15完全密封时，规定此时的混合管内圈14的转角度数为0°。

当需要EGR时，混合管内圈14逆时针旋转，即电动机1正转，混合管内圈端面长孔30的M、M'、N、N'长孔分别同时逐步打开混合管外圈端面圆孔29的M1、M1'、N1、N1'圆孔。与此同时，混合管内圈长孔20的A、A'、C、C'、E、E'、G、G'长孔分别同时逐步打开混合管外圈圆孔28的A1、A1'、C1、C1'、E1、E1'、G1、G1'圆孔。同时，混合管内圈长孔20的B、B'、D、D'、F、F'、H、H'长孔分别同时逐步打开混合管外圈圆孔28的B5、B5'、D5、D5'、F5、F5'、H5、H5'圆孔。随着对EGR率需求的增大，混合管内圈14继续逆时针旋转，混合管内圈端面长孔30的M、M'长孔将分别依次打开混合管外圈端面圆孔29的M1、M2、M3、M4及M1'、M2'、M3'、M4'圆孔，混合管内圈端面长孔30的N、N'长孔完全打开混合管外圈端面圆孔29的N1、N1'圆孔。于此同时，混合管内圈长孔20的A、A'长孔分别依次打开混合管外圈圆孔28的A1、A2、A3、A4、A5及A1'、A2'、A3'、A4'、A5'圆孔，同理，C与C'、E与E'、G与G'长孔分别依次打开混合管外圈15各自对应的圆孔。同时，B、B'长孔分别依次打开混合管外圈圆孔28的B5、B4、B3、B2、B1及B5'、B4'、B3'、B2'、B1'圆孔，同理，D与D'、F与F'、H与H'长孔分别依次打开混合管外圈15各自对应的圆孔。

当混合管内圈14逆时针旋转90°时，混合管外圈15及混合管外圈端面18所有的圆孔均被打开。此时，EGR废气量达到最大。当继续逆时针旋转时，混合管内圈14依次关闭混合管外圈15的圆孔，EGR废气量逐渐减小。当混合管内圈14逆时针旋转180°时，混合管外圈15的所有圆孔均被关闭，混合管内圈14与混合管外圈15通过紧密贴合实现密封。至此，混合管内圈14与混合管外圈15通过长孔与圆孔的特殊设计以及混合管内圈14的旋转，实现了EGR的引入，改善了废气与新鲜空气的混合。

为了准确控制发动机和电动机1的运转情况，在EGR回路中设置了转角位置传感器24、废气流量计25和氧气浓度传感器11。通过对混合管内圈14转角位置的测量、废气流量和氧气浓度的测量不但能够确定混合管内圈长孔20与混合管外圈圆孔28、混合管内圈端面长孔30与混合管外圈端面圆孔29的交叉重叠度大小、EGR率的大小，而且氧气浓度值可为EGR在发动机运行区域内的控制提供参考，并以此精确控制电动机1的运转情况。