阀体连接系统及废气再循环系统的制作方法

本发明涉及废气循环技术领域，尤其涉及一种低压废气循环阀上的阀体连接系统及废气再循环系统。

背景技术：

废气再循环是一种将汽油或者柴油机工作产生的废气中的一部分重新导回到进气侧并再次参与燃烧的技术，该技术可以延缓发动机缸内的燃烧过程，降低燃烧、压力释放速度和泵气损失，同时也降低了发动机缸内的燃烧温度和氧气浓度，因此抑制了燃烧过程中氮氧化物的产生，并且可以提高汽车的燃油经济性。根据废气循环系统中取气和引气的位置的不同，废气循环系统分为低压废气循环系统和高压废气循环系统。其中相较高压废气循环系统，低压废气循环系统具有废气循环的有效工作范围较大，egr率更高(exhaustgasrecycle废气再循环)，能够在低速、高负荷时抑制发动机爆震的优点，从而使得具备该系统的整车拥有良好的燃油经济性和环保性，能够满足相关法规排放要求，获得了国内外许多主机厂商的青睐。

低压废气循环阀是低压废气循环系统中负责控制废气进气量的关键零部件，其结构主要由电机、传动系统、传感器以及蝶阀连接系统等组成，而在蝶阀系统中的紧固件(螺钉)作为部件连接的枢纽，起到了将阀轴和阀板两者固定连接的作用。在传统的蝶阀设计中，为了保证足够的螺纹旋合长度从而获得更好的强度和防松特性，螺钉在安装在阀轴上后，会从阀轴露出一部分，同时螺钉头部为平头形式。对于低压废气循环阀而言，由于其气道直径较小，因此由于阀轴、螺钉露出部分带来的遮挡面积会降低废气的有效流通量。为实现同样的egr率，则需要更大气道直径的产品，这样会进而增大了产品的体积，占用了更多发动机的空间，从而使整个egr系统的使用受到发动机设计空间的限制，并且也带来了废气再引入难等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阀体连接系统及废气再循环系统，能够在保证不降低紧固件的有效旋合长度的前提下，最大限度地缩短紧固件的长度，以解决低压废气循环阀可能存在的引入废气难、受到发动机设计空间限制等问题，降低阀体气道内部的阻力损失。

为了达到上述目的，本发明提供了一种阀体连接系统，包括阀轴、阀板及若干紧固件，所述阀轴上设置有贯穿所述阀轴轴身的通槽，所述阀板插入所述通槽内，若干所述紧固件从所述阀轴的一侧穿过所述阀板以固定所述阀板，所述紧固件的长度限定为设定长度，以将所述阀板与所述阀轴固定连接。

可选的，所述紧固件的顶部嵌入所述阀轴。

可选的，所述紧固件为沉头紧固件，所述沉头紧固件包括沉头螺钉。

可选的，所述阀轴上设置有若干定位孔，所述定位孔沿径向贯穿所述阀轴，若干所述紧固件分别从若干所述定位孔穿入所述阀轴中。

可选的，所述通槽将每个所述定位孔分为第一分部及第二分部，所述第一分部较所述第二分部更靠近所述紧固件的末端，所述紧固件与所述第一分部接触的部分为螺纹部分。

可选的，所述第二分部的顶部设置有锥形部，所述紧固件的顶部压紧所述锥形部。

可选的，所述设定长度根据所述紧固件的外螺纹剪切破坏的边界条件及所述阀轴的内螺纹剪切破坏的边界条件获得。

可选的，根据如下公式得到所述设定长度ln：

ln＝l-(1/λ)·m

其中，λ为安全系数，m为可缩短量。

可选的，根据如下公式得到所述可缩短量m：

m＝(l-l0-q)-(n-h)；

若m<0，则设置m＝l-l0-q；若m>0，则m＝(l-l0-q)-(n-h)；

其中，l为所述紧固件的初始长度，l0为所述紧固件与所述阀轴夹紧部分的长度，q为所述紧固件末端不完整外螺纹的长度，n为实际有效旋合长度，h为最小有效旋合长度。

本发明还提供了一种废气再循环系统，包括一气道及如上所述的阀体连接系统，所述阀体连接系统设置于所述气道中，通过调整阀板的位置以控制废气的进出量。

本发明通过将所述紧固件的长度限定为设定长度，以将所述阀板与所述阀轴固定连接，从而能够在不降低紧固件性能的前提下，最大限度地缩短紧固件的长度，以减小阀体气道内部的阻力损失，增加低压废气循环系统的有效使用范围。同时，这种沉头设计可以使阀轴中心的通槽区域受到夹紧力的时候更容易变形，这样可以通过施加更小的安装扭矩来获得与平头紧固件同样的效果。

附图说明

图1a为一种低压废气循环阀的整体结构示意图；

图1b为一种低压废气循环阀的整体框架示意图；

图2a为紧固件为平头设计时的剖面示意图；

图2b为紧固件为沉头设计时的剖面示意图；

图3为本发明实施例中阀体连接系统的结构示意图；

图4为本发明实施例中紧固件安装后的剖面示意图；

图中：101-电机；102-传动系统；103-传感器；104-蝶阀连接系统；3a-平头螺钉；3b-沉头螺钉；1-阀轴；2-阀板；3-紧固件；4-通槽；5-定位孔；51-锥形部。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

低压废气循环阀是低压废气循环系统中负责控制废气进气量的关键零部件，有一种低压废气循环阀的结构如图1a及图1b所示，其结构主要由电机101、传动系统102、传感器103以及蝶阀连接系统104等组成。其中蝶阀连接系统104是负责控制废气流量大小的直接机械执行部件，蝶阀连接系统由阀轴、阀板以及两个紧固件组成。蝶阀连接系统和气道同时构成低压废气循环阀的废气流通通道，该通道的有效流通截面积直接决定了低压废气循环阀通过废气能力的大小。而在蝶阀连接系统中的紧固件作为部件连接的枢纽，起到了将阀轴和阀板两者固定连接的作用。阀轴的一端通过轴承以过盈配合的方式安装在壳体上，阀板穿过所述阀轴的通槽，通过紧固件以一定的扭矩将阀板与阀轴拧紧固定；回位扭力弹簧预装在扇齿上，而后与所述阀轴焊接，用于使所述阀轴复位。电机101输出的扭矩通过传动系统102传递到蝶阀连接系统104中，通过调整阀板的实际位置来达到控制废气进出量的目的。

在传统的蝶阀设计中，发明人发现，为了保证足够的螺纹旋合长度从而获得更好的强度和防松特性，螺钉在安装阀轴1上后，阀轴1的底部会有一段螺钉的露出部分；同时螺钉头部为平头形式，如图2a所示，平头螺钉3a的头部凸出于阀轴1表面。对于低压废气循环阀而言，由于其气道直径较小，平头螺钉3a露出部分带来的遮挡面积会对废气的有效流通量带来较大的影响，鉴于此，发明人进一步发现若采用螺钉的沉头设计方式，如图2b所示，沉头螺钉3b的头部嵌入阀轴1，能够在保证不降低沉头螺钉3b有效旋合长度的前提下，最大限度地缩短沉头螺钉3b的长度。

如图3所示，本实施例提供了一种阀体连接系统，包括阀轴1、阀板2及若干紧固件3，所述阀轴1上设置有贯穿所述阀轴轴身的通槽4，所述阀板2插入所述通槽4内，若干所述紧固件3从所述阀轴1的一侧穿过所述阀板2以固定所述阀板2，所述紧固件3的长度限定为设定长度，以将所述阀板2与所述阀轴1固定连接。

具体的，所述通槽4贯通所述阀轴1的侧壁，所述阀板2呈圆形，所述通槽4的长度大于所述阀板2的直径，以使所述阀板2穿过所述通槽4。且本实施例中，所述紧固件3的个数为2个，所述紧固件3的顶部部分地嵌入所述阀轴1，所述限定长度使所述紧固件3的底部略凸出于所述阀轴1，从而使所述紧固件3不会过多地露出于所述阀轴1，减少遮挡面积，降低对废气有效流通量的影响。

进一步的，所述紧固件为沉头紧固件，所述沉头紧固件包括沉头螺钉。具体实施时，所述紧固件可以为任一头部形式的金属螺纹紧固件，包括平头式的紧固件。

进一步的，参阅图4，所述阀轴1上设置有若干定位孔5，所述定位孔沿径向贯穿所述阀轴，若干所述紧固件3分别从若干所述定位孔5穿入所述阀轴1中。本实施例中，所述定位孔5为2个，且所述定位孔5的中心位于同一直线上。

进一步的，所述通槽4将每个所述定位孔5分为第一分部及第二分部，所述第一分部较所述第二分部更靠近所述紧固件3的末端，所述紧固件3与所述第一分部接触的部分为螺纹部分。具体的，所述定位孔5的第一分部上设置内螺纹，以使所述紧固件3旋入所述定位孔5中，所述紧固件3的外螺纹与所述定位孔5的内螺纹相配合，从而保证紧固件3将所述阀板2与所述阀轴1螺纹连接。

进一步的，所述第二分部的顶部设置有锥形部51，所述紧固件3的顶部压紧所述锥形部51。具体实施时，所述紧固件3旋入所述定位孔5中，且所述紧固件3的顶部锥面与所述第二分部的锥形部51相互配合，使所述紧固件3的顶部压紧所述锥形部51。这样可以使所述通槽4区域受到夹紧力时更容易变形，通过施加较小的安装扭矩即可获得与平头紧固件同样的夹紧效果。

进一步的，所述阀板2上设置有若干通孔，所述通孔的直径大于所述紧固件3的直径，所述紧固件3从所述通孔穿过所述阀板2。这样，使所述紧固件3能够顺畅地穿过所述阀板2，并将所述阀板2与所述阀轴1连接。

为了保证紧固件3的压紧力，并缩短紧固件3的长度，发明人考虑了在保证不降低紧固件3有效旋合长度的前提下，最大限度地缩短紧固件3的长度。

具体的，所述紧固件3的设定长度主要与所述紧固件的外螺纹剪切破坏的边界条件及所述阀轴的内螺纹剪切破坏的边界条件有关。

本实施例中，由所述紧固件的初始长度l、最小有效旋合长度h、实际有效旋合长度n、夹紧部分的长度l0及不完整外螺纹的长度q得到可缩短量m；根据所述可缩短量m缩短所述紧固件的螺纹部分的长度即得到所述紧固件3的设定长度。

首先，分别获取满足所述紧固件的外螺纹剪切破坏的边界条件的第一旋合长度hi，获取满足所述阀轴1的内螺纹剪切破坏的边界条件的第二旋合长度he。

所述最小有效旋合长度h可根据螺纹发生剪切破坏边界条件计算，若h<he或hi，则螺纹发生剪切破坏，故h选取第一旋合长度hi和第二旋合长度he中的较大值。

根据所述紧固件的外螺纹剪切破坏的边界条件获取所述第一旋合长度hi，具体按照下式计算：

根据所述阀轴1的内螺纹剪切破坏的边界条件获取所述第二旋合长度he，具体按照下式计算：

其中，as为危险截面面积，按照下式计算：

式中，p为所述紧固件的螺距，α为螺纹的牙型半角或牙型侧角，d为紧固件的外螺纹外径的尺寸，d2为紧固件的外螺纹中径的尺寸，d3为紧固件的外螺纹底径的尺寸，d1为阀轴1的内螺纹底径的尺寸，ρ为摩擦角，摩擦角ρ和摩擦系数μ有关，按照下式计算：

μ＝tanρ；

σbb为紧固件的拉伸强度，τbb为紧固件的外螺纹剪切强度，τbn为阀轴1的内螺纹剪切强度。强度参数需采用预估的标准紧固件(螺钉)成品的强度参数，具体可以根据材料以及热处理、加工工艺通过强度试验得到，例如通过对同样材料的近似规格螺钉进行硬度试验并得到维氏硬度，然后将其转化为抗拉强度，从而得到强度参数。

进一步的，利用如下公式获取所述实际有效旋合长度n：

n＝v-t；

其中，v为直接测量的所述紧固件的实际旋合长度，t为所述阀轴的不完整内螺纹的长度(图4中未示出)。所述阀轴的不完整内螺纹长度t可以根据制造所述阀轴时加工内螺纹的加工工艺及倒角值具体估算。

进一步的，计算所述实际有效旋合长度n与最小有效旋合长度h之间的差值u，即：

u＝n-h；

若计算后获得的u<0，则证明初始设计不合格，不予考虑。

进而，根据如下公式计算实际可缩短的最大限值i：

i＝l-l0-q；

其中，l为所述紧固件的初始长度，l0为所述紧固件与所述阀轴1的夹紧部分的长度，q为所述紧固件末端不完整外螺纹的长度。

可缩短量m为所述最大限值i与所述差值u之差，即：

m＝i-u；

即利用如下公式得到所述可缩短量m：

m＝(l-l0-q)-(n-h)；

若m<0，则设置m＝i，即m＝l-l0-q；若m>0，则m＝i-u，即m＝(l-l0-q)-(n-h)。

进一步的，所述紧固件3的设定长度ln根据如下公式计算：

ln＝l-(1/λ)m；

本实施例中，同时考虑到计算误差、环境以及制造因素，将设计的安全系数λ设定为1～1.5，可根据以往设计经验中理论与实际情况的差距来确认，并且计算公式中的尺寸需按照通用设计准则确定最小及最大极限尺寸。根据以上描述，则紧固件3的设定长度范围应为：

ln_min＝l-(1/λmin)m至ln_max＝l-(1/λmax)m；

其中，λmin为最小安全系数，λmax为最大安全系数。

进一步的，本发明还提供了一种废气再循环系统，包括一气道及如上所述的阀体连接系统，所述阀体连接系统设置于所述气道中，通过调整阀板的位置以控制废气的进出量。

综上，在本发明实施例提供的阀体连接系统中，通过将所述紧固件的顶部嵌入所述阀轴，且使所述紧固件以设定长度将所述阀板与所述阀轴固定连接，从而能够在不降低紧固件性能的前提下，最大限度地缩短紧固件的长度，以减小阀体气道内部的阻力损失，增加低压废气循环系统的有效使用范围。同时，这种沉头设计可以使阀轴中心的通槽区域受到夹紧力的时候更容易变形，这样可以通过施加更小的安装扭矩来获得与平头紧固件同样的效果。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。