本發(fā)明涉及發(fā)動機進(jìn)、排氣控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體來說是涉及一種集泵、閥、混合器為一體的大EGR率引入裝置。

背景技術(shù)：

隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，發(fā)動機排放污染物的控制主要集中在對NOx和PM排放的控制上。對于控制NOx的排放，目前主流的技術(shù)方案是采用EGR方案。

EGR的引入，必須解決發(fā)動機排氣和進(jìn)氣壓力差問題。對于自然吸氣發(fā)動機來說，由于排氣壓力比進(jìn)氣壓力高，因此不存在EGR引入的難題。但目前柴油機多采用增壓中冷技術(shù)，進(jìn)氣管中的進(jìn)氣壓力較大，在某些負(fù)荷下存在EGR引入困難的問題。

目前高低壓雙回路EGR方案能夠解決EGR引入困難的問題，但在大EGR率情況下，雙回路EGR方案需要結(jié)合排氣背壓閥、進(jìn)氣節(jié)流閥等額外裝置才能滿足大EGR率的需求。此外，高低壓雙回路EGR方案管路設(shè)計復(fù)雜、系統(tǒng)布置困難。在某些工況需要大EGR率情況下，需要結(jié)合排氣背壓閥、進(jìn)氣節(jié)流閥才能滿足大EGR率的要求。高低壓雙回路EGR技術(shù)并不能保證再循環(huán)廢氣與新鮮空氣良好混合，易造成各缸EGR率不一致，進(jìn)而影響各缸的燃燒與排放性能。

此外，柴油機因為結(jié)構(gòu)等方面的原因，排氣循環(huán)入口位置與各缸進(jìn)氣口距離不一致，導(dǎo)致各缸實際的EGR率不一致。在同樣噴油參數(shù)下，由于各缸實際EGR率的不同，導(dǎo)致了缸內(nèi)燃燒、排放情況也不相同。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對增壓柴油機EGR引入困難、高低壓雙回路EGR涉及部件多，布置復(fù)雜、EGR廢氣與新鮮空氣混合不良等問題。本發(fā)明設(shè)計一種集泵、閥、混合器為一體的大EGR率引入裝置，解決了大EGR率引入的難題，同時改善了廢氣與新鮮空氣的混合。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種集泵、閥、混合器為一體的大EGR率引入裝置，其特征在于：包括電動機、EGR管、進(jìn)氣總管、增壓葉片；所述EGR管和進(jìn)氣總管通過流通面積調(diào)節(jié)裝置相互連通；所述流通面積調(diào)節(jié)裝置通過電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動調(diào)節(jié)流通面積；所述增壓葉片設(shè)置在EGR管通道內(nèi)，由同一電動機反轉(zhuǎn)驅(qū)動對EGR廢氣進(jìn)行增壓；所述電動機通過單向驅(qū)動裝置協(xié)同控制流通面積調(diào)節(jié)裝置和增壓葉片。通過一個電動機協(xié)同控制EGR廢氣的引入與增壓，就能實現(xiàn)大的EGR率，且改善了EGR廢氣與新鮮空氣的混合。

其進(jìn)一步特征在于：所述流通面積調(diào)節(jié)裝置包括緊密貼合，且可以自由轉(zhuǎn)動的混合管內(nèi)圈和位置固定的混合管外圈；所述混合管內(nèi)圈和混合管外圈設(shè)置有相互配合的通道，通過混合管內(nèi)圈的位置變化，使所述混合管內(nèi)圈和混合管外圈上的通道重疊或錯開，實現(xiàn)流通面積的調(diào)節(jié)，即實現(xiàn)了EGR閥的功能。EGR廢氣通過EGR混合管可實現(xiàn)EGR的引入以及改善廢氣與新鮮空氣混合的雙重功能。

進(jìn)一步的：所述混合管外圈固定安裝在進(jìn)氣總管中，所述混合管內(nèi)圈由電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)動；所述電動機的輸出軸與增壓葉片軸的一端相連接，增壓葉片軸的另一端與混合管內(nèi)圈上的支架通過單向軸承連接。EGR混合管安裝在進(jìn)氣總管中，實現(xiàn)EGR廢氣的引入以及改善廢氣與新鮮空氣的混合。

優(yōu)選的：所述混合管外圈的通道為混合管外圈周向表面上間隔均勻設(shè)置的多排圓孔和混合管外圈端部的對稱排列的多個圓孔；所述混合管內(nèi)圈的通道為與混合管外圈上圓孔位置相配合的長孔。

所述流通面積調(diào)節(jié)裝置的流通面積調(diào)節(jié)范圍為，所述混合管外圈上的圓孔全部與混合管內(nèi)圈的長孔重疊，即相當(dāng)于EGR閥全開，至所述混合管外圈上的圓孔全部與混合管內(nèi)圈的長孔錯開，即相當(dāng)于EGR閥關(guān)閉。通過電動機的正轉(zhuǎn)來控制混合管內(nèi)圈長孔與混合管外圈圓孔的相對位置配合關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)EGR的引入；通過電動機的反轉(zhuǎn)來帶動增壓葉片的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)了對EGR的增壓作用。

所述混合管內(nèi)圈處設(shè)置有轉(zhuǎn)角位置傳感器；所述EGR管通道內(nèi)設(shè)置有廢氣流量計；所述進(jìn)氣總管出口處設(shè)置有氧氣濃度傳感器。通過轉(zhuǎn)角位置傳感器、氧氣濃度傳感器和廢氣流量計，可精確測量混合管內(nèi)圈位置、計算出EGR率。根據(jù)EGR率，通過ECU精確控制電動機運轉(zhuǎn)，以滿足發(fā)動機所需的EGR率和氧氣濃度要求。

本發(fā)明通過一個集成泵、閥、混合器為一體的裝置實現(xiàn)了對EGR廢氣的引入、增壓以及改善了廢氣與新鮮空氣的混合。結(jié)構(gòu)簡單，不但能實現(xiàn)大EGR率，而且能夠兼顧高低負(fù)荷對EGR的需求，有效地降低發(fā)動機NOx的排放，同時改善了EGR廢氣與新鮮空氣的混合，優(yōu)化了缸內(nèi)燃燒與排放性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的三維裝配圖。

圖2是本發(fā)明裝置的裝配截面圖。

圖3a、圖3b是本發(fā)明的EGR氣體增壓葉片的正視圖及側(cè)視圖。

圖4a、圖4b是本發(fā)明的混合管外圈、混合管內(nèi)圈的三維圖。

圖5a、圖5b是本發(fā)明的混合管外圈、混合管內(nèi)圈端面的正視圖。

圖6a、圖6b是本發(fā)明的混合管外圈、混合管內(nèi)圈的左視圖。

圖7a、圖7b是本發(fā)明的混合管外圈、混合管內(nèi)圈的右視圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明裝置包括電動機1、EGR管9、進(jìn)氣總管17、混合管外圈15、混合管內(nèi)圈14、增壓葉片10、密封盤4等。電動機1通過電動機安裝盤3用螺釘2固定安裝在密封盤4上。密封盤4與EGR管密封法蘭5通過緊固螺栓6實現(xiàn)貼合密封。混合管內(nèi)圈14和混合管外圈15緊密貼合，且可以自由轉(zhuǎn)動?；旌瞎芡馊?5周向表面上間隔均勻設(shè)置有多排混合管外圈圓孔28和混合管外圈15端部設(shè)置有對稱排列的多個混合管外圈端面圓孔29；所述混合管內(nèi)圈14上設(shè)置有與混合管外圈15上圓孔位置相配合的長孔。電動機輸出軸7與增壓葉片軸8的一端相連接，增壓葉片軸8的另一端與混合管內(nèi)圈支架23通過單向軸承12連接。

當(dāng)發(fā)動機不采用EGR時，在ECU的控制下，電動機1正轉(zhuǎn)，電動機輸出軸7帶動增壓葉片軸8旋轉(zhuǎn)，增壓葉片軸8通過單向軸承12的作用帶動混合管內(nèi)圈支架23旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動混合管內(nèi)圈14旋轉(zhuǎn)。此時，混合管內(nèi)圈14旋轉(zhuǎn)角度位置由轉(zhuǎn)角位置傳感器24實時監(jiān)控。當(dāng)混合管內(nèi)圈長孔20與所有混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與所有混合管外圈端面圓孔29均沒有任何交叉重疊時，這樣，混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15通過緊密貼合實現(xiàn)了密封，即實現(xiàn)了EGR閥關(guān)閉的功能。此時，通過轉(zhuǎn)角位置傳感器24實時監(jiān)測及反饋信號給ECU來控制電動機1停止工作，這樣混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15通過相互配合實現(xiàn)了密封，進(jìn)而實現(xiàn)了閥的功能，此時，EGR不引入。

當(dāng)發(fā)動機采用EGR，但不需要EGR增壓時，即只需要調(diào)節(jié)混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29的交叉重疊度就能夠滿足發(fā)動機所需的EGR率，即實現(xiàn)了EGR閥打開的功能。在ECU的控制下，電動機1正轉(zhuǎn)，電動機輸出軸7帶動增壓葉片軸8旋轉(zhuǎn)，增壓葉片軸8通過單向軸承12的作用帶動混合管內(nèi)圈支架23旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動混合管內(nèi)圈14旋轉(zhuǎn)。此時，混合管內(nèi)圈14旋轉(zhuǎn)角度位置由轉(zhuǎn)角位置傳感器24實時監(jiān)控。當(dāng)混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29有交叉重疊時，表明開始引入EGR。根據(jù)廢氣流量計25、氧氣濃度傳感器11以及轉(zhuǎn)角位置傳感器24的測量與反饋，ECU控制電動機1的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29的交叉重疊度大小，以滿足發(fā)動機所需的EGR率。此種情況下，增壓葉片10不工作，EGR廢氣由EGR管入口27進(jìn)入，經(jīng)混合管內(nèi)圈14、混合管內(nèi)圈長孔20及混合管內(nèi)圈端面長孔30、混合管外圈圓孔28及混合管外圈端面圓孔29進(jìn)入到進(jìn)氣總管17中，由于混合管內(nèi)圈長孔20、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈圓孔28、混合管外圈端面圓孔29的特殊設(shè)計及配合，改善了EGR廢氣在進(jìn)氣總管17中與新鮮空氣的混合?；旌虾蟮某淞拷?jīng)進(jìn)氣總管出口13進(jìn)入到發(fā)動機各個氣缸中。這樣通過混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15的特殊設(shè)計與相互配合，實現(xiàn)了EGR的引入，改善了廢氣與新鮮空氣的混合，進(jìn)而同時實現(xiàn)了閥與混合的功能。

當(dāng)發(fā)動機采用EGR，且需要EGR增壓時，即當(dāng)混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29完全重疊時仍不能滿足發(fā)動機所需的EGR率要求，即相當(dāng)于EGR閥全開。當(dāng)混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29完全重疊時，轉(zhuǎn)角位置傳感器24發(fā)送信號反饋到ECU中，在ECU控制下，電動機1反轉(zhuǎn)，電動機輸出軸7帶動增壓葉片軸8旋轉(zhuǎn)，增壓葉片軸8通過單向軸承12的作用，使得增壓葉片10旋轉(zhuǎn)的同時而不帶動混合管內(nèi)圈支架23旋轉(zhuǎn)。這樣混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29保持最大交叉重疊度，同時增壓葉片10開始工作。這樣就實現(xiàn)了對EGR廢氣的增壓作用，提高了EGR廢氣量。增壓葉片10旋轉(zhuǎn)越快，增壓效果越明顯。此種情況下，EGR廢氣由EGR管入口27進(jìn)入，經(jīng)增壓葉片10增壓后，進(jìn)入到混合管內(nèi)圈14、混合管內(nèi)圈長孔20及混合管內(nèi)圈端面長孔30、混合管外圈圓孔28及混合管外圈端面圓孔29進(jìn)入到進(jìn)氣總管17中。此時，混合管外圈圓孔28及混合管外圈端面圓孔29均被打開，由于混合管外圈圓孔28及混合管外圈端面圓孔29的特殊布局設(shè)計，改善了EGR廢氣在進(jìn)氣總管17中與新鮮空氣的混合?；旌虾蟮某淞拷?jīng)進(jìn)氣總管出口13進(jìn)入到發(fā)動機各個氣缸中。這樣就實現(xiàn)了EGR的引入、增壓以及改善了廢氣與新鮮空氣的混合。

圖3a、圖3b是本發(fā)明的EGR氣體增壓葉片的正視圖及側(cè)視圖。

混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15通過配合實現(xiàn)EGR引入、改善廢氣與新鮮空氣的混合的具體實施方式如圖4a、圖4b、圖5a、圖5b、圖6a、圖6b、圖7a、圖7b所示，混合管外圈15有間隔均勻的八排圓孔，每一排有10個圓孔。如第一排有A1、A2、A3、A4、A5、A1'、A2'、A3'、A4'、A5'十個圓孔，并且A1與A1'、A2與A2'、A3與A3'、A4與A4'、A5與A5'軸對稱。同理，每一排的十個圓孔均是軸對稱圓孔?；旌瞎芡馊Χ嗣娴膱A孔29的圓孔N1與N1'軸對稱，圓孔M1與M1'、M2與M2'、M3與M3'、M4與M4'軸對稱。

混合管內(nèi)圈14有八排長孔，每一排有兩個長孔且關(guān)于軸對稱，即長孔A與A'軸對稱，長孔B與B'軸對稱，以此類推，長孔H與H'軸對稱?；旌瞎軆?nèi)圈端面的長孔30的長孔M與M'軸對稱，長孔N與N'軸對稱。

混合管外圈15固定安裝在進(jìn)氣總管17中，安裝位置角度是圓孔A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、M1、N1所在的平面與進(jìn)氣總管17中進(jìn)氣方向垂直。這樣有利于改善EGR廢氣與新鮮空氣的混合。

當(dāng)不需要EGR時，混合管內(nèi)圈14轉(zhuǎn)動到所有的長孔與混合管外圈15圓孔沒有交叉重疊時，這樣就實現(xiàn)了混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15的完全密封，即相當(dāng)于EGR閥關(guān)閉。當(dāng)混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15完全密封時，規(guī)定此時的混合管內(nèi)圈14的轉(zhuǎn)角度數(shù)為0°。

當(dāng)需要EGR時，混合管內(nèi)圈14逆時針旋轉(zhuǎn)，即電動機1正轉(zhuǎn)，混合管內(nèi)圈端面長孔30的M、M'、N、N'長孔分別同時逐步打開混合管外圈端面圓孔29的M1、M1'、N1、N1'圓孔。與此同時，混合管內(nèi)圈長孔20的A、A'、C、C'、E、E'、G、G'長孔分別同時逐步打開混合管外圈圓孔28的A1、A1'、C1、C1'、E1、E1'、G1、G1'圓孔。同時，混合管內(nèi)圈長孔20的B、B'、D、D'、F、F'、H、H'長孔分別同時逐步打開混合管外圈圓孔28的B5、B5'、D5、D5'、F5、F5'、H5、H5'圓孔。隨著對EGR率需求的增大，混合管內(nèi)圈14繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，混合管內(nèi)圈端面長孔30的M、M'長孔將分別依次打開混合管外圈端面圓孔29的M1、M2、M3、M4及M1'、M2'、M3'、M4'圓孔，混合管內(nèi)圈端面長孔30的N、N'長孔完全打開混合管外圈端面圓孔29的N1、N1'圓孔。于此同時，混合管內(nèi)圈長孔20的A、A'長孔分別依次打開混合管外圈圓孔28的A1、A2、A3、A4、A5及A1'、A2'、A3'、A4'、A5'圓孔，同理，C與C'、E與E'、G與G'長孔分別依次打開混合管外圈15各自對應(yīng)的圓孔。同時，B、B'長孔分別依次打開混合管外圈圓孔28的B5、B4、B3、B2、B1及B5'、B4'、B3'、B2'、B1'圓孔，同理，D與D'、F與F'、H與H'長孔分別依次打開混合管外圈15各自對應(yīng)的圓孔。

當(dāng)混合管內(nèi)圈14逆時針旋轉(zhuǎn)90°時，混合管外圈15及混合管外圈端面18所有的圓孔均被打開。此時，EGR廢氣量達(dá)到最大。當(dāng)繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)時，混合管內(nèi)圈14依次關(guān)閉混合管外圈15的圓孔，EGR廢氣量逐漸減小。當(dāng)混合管內(nèi)圈14逆時針旋轉(zhuǎn)180°時，混合管外圈15的所有圓孔均被關(guān)閉，混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15通過緊密貼合實現(xiàn)密封。至此，混合管內(nèi)圈14與混合管外圈15通過長孔與圓孔的特殊設(shè)計以及混合管內(nèi)圈14的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了EGR的引入，改善了廢氣與新鮮空氣的混合。

為了準(zhǔn)確控制發(fā)動機和電動機1的運轉(zhuǎn)情況，在EGR回路中設(shè)置了轉(zhuǎn)角位置傳感器24、廢氣流量計25和氧氣濃度傳感器11。通過對混合管內(nèi)圈14轉(zhuǎn)角位置的測量、廢氣流量和氧氣濃度的測量不但能夠確定混合管內(nèi)圈長孔20與混合管外圈圓孔28、混合管內(nèi)圈端面長孔30與混合管外圈端面圓孔29的交叉重疊度大小、EGR率的大小，而且氧氣濃度值可為EGR在發(fā)動機運行區(qū)域內(nèi)的控制提供參考，并以此精確控制電動機1的運轉(zhuǎn)情況。