技术领域
[0001] 本
发明涉及并入
发动机的排出气体再循环系统的一部分和发动机的冷却回路的一部分的用于机动车辆的内燃机的多功能模块,具体而言,所述模块包括用于调节再循环排出气体流的EGR
阀单元,以及用于借助于发动机冷却剂来冷却再循环的排出气体的换热器。
背景技术
[0002] 上文指示的类型的多功能模块是至今已知的(例如,见文献DE 10 2007 049 336 A1、EP 2 037 116 B1和EP 1 793 115 B1),其中多功能模块包括中心结构元件,其中金属本体具有用于附接于发动机缸盖的端面的面。此类本体具有根据在发动机上的所述模块的安装状态中垂直于缸盖的纵向方向的方向的长形形状。
[0003] 用于排出气体的循环的
导管和用于发动机冷却剂的循环的导管形成在中心结构元件的所述金属本体内。此类导管从排出气体的入口开口和冷却剂的入口开口开始延伸,所述入口开口
定位在所述附接面上,并且旨在分别与发动机排气
歧管和与缸盖的冷却剂夹套连通。
[0004] 排出气体导管终止到旨在与发动机
进气歧管连通的排出气体出口开口中,然而所述冷却剂导管流入恒温阀与其关联的至少一个冷却剂出口开口中,用于控制与发动机冷却系统的
散热器的连接。
[0005] 在此类多功能模块中,用于调节再循环排出气体流的所述EGR阀单元安装在所述中心结构元件长形本体的第一端面上,并且沿所述排出气体导管操作性地插置。此外,用于以冷却剂冷却排出气体的所述换热器安装在中心结构元件的所述长形本体的第二端面上,该第二端面与所述EGR阀单元安装在其上的所述第一端面相对。换热器具有与彼此成换热关系的内部导管,其分别沿所述排出气体导管和所述冷却剂导管操作性地插置。用于排出气体的旁通导管形成在中心结构元件的所述长形本体内,排出气体可朝所述排出气体出口开口流动穿过该旁通导管,而不穿过所述换热器,在所述旁通导管中插置借助于由所述多功能模块承载的
真空促动器操作的
旁通阀。
[0006] 迄今生产的上文指示的类型的多功能模块具有若干
缺陷。首先,EGR阀单元经受由于穿过其的排出气体流而引起的
碳沉积(所谓的"EGR烟灰"),结果此类构件经过一段时间效率降低。此外,所有前述已知的解决方案提供了集成至模块的中心结构元件的真空罐,此类真空罐导致需要控制真空促动器,该真空促动器控制前述旁通阀。此类真空罐安装在模块端处,邻近于换热器,引起换热器的可用空间的减少。因此,强制使用相对小的换热器,随之具有较低的排出气体冷却效率。已知解决方案中出现的另一个缺陷在于由于气体在换热器中冷却的同时确定的气体
密度减小,故减慢穿过换热器的排出气体流。
发明内容
[0007] 基于本发明的目的在于克服已知解决方案中出现的上文提到的缺陷。
[0008] 本发明的又一个目的在于提供具有有限大小、减轻的重量、制造廉价的多功能模块。
[0009] 另外,本发明的又一个目的在于提供在模块与其相关联的发动机的整个寿命期间保持所有其功能有效的多功能模块。
[0010] 鉴于实现以上目的,本发明涉及一种用于内燃机的多功能模块,其具有上文指示的所有特征,并且特征在于,所述EGR阀单元以如下方式在所述换热器上游沿排出气体导管操作性地定位,使得在所述EGR阀单元处于开启状态时,排出气体在于换热器中冷却之前穿过所述EGR阀单元。
[0011] 由于该特征,故排出气体在相当多地高于已知解决方案中出现的
温度的温度下穿过EGR阀,故引起EGR阀内的碳沉积的
风险降低或完全消除,并且确保此类
阀针对发动机的整个操作寿命保持恒定的效率。
[0012] 根据本发明的模块特征还在于,控制旁通阀的所述真空促动器布置用于由模块外的真空源操作,由此所述模块没有任何真空源或罐。
[0013] 由于该特征,故模块的重量和总体大小相当多地减小。具体而言,相比于在换热器旁边提供所述真空罐的已知解决方案,根据本发明的多功能模块具有的优点在于,中心结构元件的本体的整个第二端面可由换热器完全占据。这允许使用较大换热器获得排出气体的更有效的冷却,而不增大模块的总体尺寸。或者,因此有可能使用具有与已知解决方案类似大小的换热器,但相当多地减小模块的总体尺寸。
[0014] 根据又一个优选特征,所述换热器以如下方式构造成以便穿过其的排出气体遵循U形路径。
[0015] 由于该特征,故考虑到排出气体的等同冷却效率,沿模块的纵向方向的换热器的总体大小可相当多地减小。
[0016] 根据又一个优选特征,用于穿过换热器的排出气体的U形通路由用于沿第一方向的排出气体流的第一排管或平通道限定,由用于沿与第一方向相反的第二方向的排出气体流的第二排管或平通道限定,以及由将第一排的管或平通道连接于第二排的管或平通道的中间室限定。
[0017] 由于该特征,有可能以简单且低成本的结构来在排出气体前进至换热器的同时提供用于排出气体的通路的整个截面的变化。具体而言,有可能提供所述第二排的管或平通道限定小于由第一排的管或平通道限定的总体通路截面的总体通路截面,以便抵消由由于冷却而密度减小导致的排出气体速度的减小。
附图说明
[0018] 本发明的另外的特征和优点将从纯粹经由非限制性实例给出的参照附图的以下描述变得显而易见,其中:图1为根据本发明的多功能模块的优选
实施例的图,其中仅示出了排出气体回路,图2为类似于图1的图,其中仅示出了发动机
冷却剂回路,
图3示出了根据本发明的多功能模块的上述优选实施例的透视图,
图4和5示出了图3中所示的模块的两个分解视图,其中分别示出了排出气体回路和发动机冷却剂回路,
图6,7为放大比例下的另外两个透视图,其中根据本发明的模块的一些内部回路为了大部分清楚而示为实体,以及
图8示出了形成根据本发明的多功能模块的部分的换热器的图解截面视图。
具体实施方式
[0019] 参照附图,附图标记1指示根据本发明的用于机动车辆的内燃机的多功能模块的优选实施例。
[0020] 图1,2图解地示出了多缸发动机E的缸盖T,其具有来自吸入管道5至发动机缸的用于空气供应的进气歧管CA,以及用于在排气导管17中排放来自发动机缸的放出气体的
排气歧管CS。图2也图解地示出了缸盖T的冷却夹套J。
[0021] 模块1并入发动机的排出气体再循环系统的一部分和发动机的冷却回路的一部分。具体而言,所述模块包括用于调节再循环的排出气体流的EGR阀单元3,以及用于借助于发动机冷却剂来冷却再循环的排出气体的换热器4。
[0022] EGR阀单元3和换热器4安装在中心结构元件2的两个相对端处。具体参照图1-5,中心结构元件2包括金属本体(如
铝),其具有用于附接于发动机E的缸盖T的端面(见图1,2)的面(图3-5中以P6指示)。例如,此类连接可借助于螺钉实现,还提供了与结构元件本体2和与缸盖T
接触的面之间的密封。此类构造细节并未示出,故使附图更简单。
[0023] 如图1,2中所示,结构元件2的本体具有根据垂直于缸盖的纵向方向的方向的长形形状。用于排出气体的循环的导管6(具体见图1,4,7)和用于发动机冷却剂的循环的导管7(具体见图2,5,6)形成在所述中心结构元件金属本体2内。
[0024] 排出气体导管6从定位在本体2的所述面P6上的排出气体的入口开口9开始延伸,所述面P6提供用于与缸盖附接(见图4和6,7)。冷却剂导管7从入口开口8开始延伸,入口开口8在该情况中也定位在所述附接面P6上。
[0025] 如图1中所见,用于排出气体的模块1中的入口的开口9借助于形成在缸盖T中的导管24与进气歧管CS连通。另外如图2中所见,用于模块1中的冷却剂的入口的开口8与缸盖T的冷却剂夹套J连通。
[0026] 再次参照图1,排出气体导管6遵循路径(其将在下面详细描述),穿过本体2,直到进入连接于吸入管道5的出口开口10中的端部,以便实现发动机进气歧管中的排出气体的再循环。
[0027] 参照图2,冷却剂导管7与关联恒温阀19的出口开口11连通,用于控制与发动机冷却系统的
散热器的连接。
[0028] EGR阀单元3和换热器2安装在中心结构元件2的相对端处。
[0029] 如将在下面更好地示出的,EGR阀单元3操作性地插置在排出气体导管6中,用于调节再循环排出气体流。换热器4具有内部导管,其也将在下面更好地示出,与彼此成换热关系,并且分别沿所述排出气体导管6和所述冷却剂导管7操作性地插置。
[0030] 用于排出气体的旁通导管65形成在中心结构元件2的所述长形本体内(见图1),排出气体可朝所述排出气体出口开口10流动穿过其,而不穿过所述换热器4。旁通阀13(仅在图1中图解示出)插置在所述旁通导管65内,其借助于由所述多功能模块1承载的真空促动器14操作。促动器14在图3-5中示出并且在图1中仅以图解方式示出。使用真空促动器是必要的,以便有效地形成必须施加于旁通阀的可移动部件的
力。在图4,5中的所示实例中,促动器本体刚性地固定在本体2的上面P4(参照附图)上,并且控制柄,该柄借助于杆控制旁通阀的可移动部件。
[0031] 本发明的第一重要特征在于EGR阀单元3以如下方式在换热器4上游沿排出气体导管6操作性地定位,使得在所述EGR阀单元处于开启状态时,排出气体在于换热器4中冷却之前穿过所述EGR阀单元3。
[0032] 由于该特征,故排出气体以相当多地高于已知解决方案中出现的温度的温度穿过EGR阀,所以减少或完全消除了EGR阀3内的碳沉积的风险,并且确保了该阀针对发动机的整个寿命保持恒定效率。
[0033] 根据本发明的模块的又一个特征在于控制旁通阀13的真空促动器14布置用于由模块外的真空
泵15(图1)操作。促动器14与
真空泵15的连通由启闭类型的
电子阀16控制。电子阀16在图3-5中示出,并且仅在图1中图解示出。促动器14由真空泵15控制,以便在发动机的暖机阶段期间(所以在不需要排出气体的冷却时)开启旁通导管65。在根据本发明的模块中,有别于已知解决方案,并未提供任何真空罐以便操作促动器14。由于该特征,模块的重量和总体尺寸相当多地减小。具体而言,相比于所述真空罐设在换热器旁边的已知解决方案,根据本发明的多功能模块具有的优点在于,换热器安装在其中的本体2的端面可由换热器完全占据。该事实容许了使用较大的换热器来获得排出气体的更有效冷却,但不增大模块的总体尺寸。或者,还可能的是使用具有类似于已知解决方案中提供的总体尺寸的换热器,所以相当多地减小了模块的总体尺寸。
[0034] 在下面,将详细描述根据本发明的模块的优选实施例中的排出气体的路径。
[0035] 具体参照图4和7,排出气体导管6包括盲导管部分60,其从定位在中心结构元件2的附接面上的所述入口开口9延伸穿过中心结构元件本体2。从导管部分60分叉出又一个导管部分61,其沿平行于本体2的纵向方向的方向延伸直至进入端面P3上的开口23中的端部,EGR阀单元3安装在端面P3上。导管部分62设置成邻近于开口23,其中导管部分61与又一个导管部分63连通,又一个导管部分63平行于导管部分61延伸,并且从本体2的端面P3延伸直至换热器4安装在其上的相对端面P2,流入与换热器4中的排出气体入口连通的开口12中。
[0036] 导管部分61与导管部分62(图4)的连通由EGR阀单元控制,EGR阀单元包括由螺钉(未示出)刚性地连接于元件2的本体的本体,并且包括用于闸(shutter)O的
位置控制的电促动器,闸O与形成在导管部分61的壁上的
阀座(附图中未示出)协作。闸O能够在导管部分61,62之间的连通中断的阀座上的静止位置与上述连通开启的与阀座间隔开的位置之间轴向地移动。
[0037] 再次参照图4和8,中心结构元件本体2的端面由换热器4完全占据。此类换热器4以如下方式构造,以便穿过其的排出气体遵循U形路径。由于该特征,故在排出气体冷却的等同效率下,可相当多地减小模块的纵向方向上的换热器的总体尺寸。
[0038] 用于穿过换热器4的排出气体的U形路径由第一排管41(在该情况中在附图中示出)或作为备选由用于沿第一方向的排出气体流的平通道限定,由第二排管41或作为备选由用于沿与第一方向相反的第二方向的排出气体流的平通道限定,以及由将第一排的管或平通道连接于第二排的管或平通道的中间室44限定。
[0039] 在此处示出的换热器4的优选实施例中,第二排的管或平通道(定位在第一排下游)以如下方式限定比由第一排的管或平通道限定的通路的总截面小的通路总截面,以便抵消由由于冷却而密度减小引起的排出气体速度的减小。在获得的所示实例中,提供了所有都具有相同截面的管41,但提供了上游第一排的管的数量大于下游第二排的管的数量。
[0040] 换热器的管41所有都由填充冷却剂的室43包绕。
[0041] 离开换热器的排出气体再次进入在元件2的本体中,在旁通导管65(图1和7)中以及在连接于吸入管道5的出口开口10中合并,在元件2的金属本体的上面P4上流动。用于管线21的连接的配合元件安装在出口开口10处,其中所述管线21使再循环排出气体在吸入管道5中流动。
[0042] 在下面,将更详细描述根据本发明的模块的优选实施例中的冷却剂的路径。
[0043] 参照图2,5和6,冷却剂导管7包括导管部分71,其从定位在所述附接面P6上的所述入口开口8延伸穿过中心结构元件2的本体直至中心结构元件2的相对面P1,其中所述导管部分71终止到出口开口11中。配合元件18安装在开口11处,并且所述配合元件18并入在图2中图解示出的恒温阀19(图5中未示出),其控制冷却剂至冷却系统的散热器的供给。
[0044] 又一个导管部分72沿EGR阀单元3与其相关联的中心结构元件2的端面P3的方向从导管部分71分叉,并且在用于EGR阀单元3的冷却的邻近于所述端面P3的室73中流动。又一个导管部分74沿所述中心结构元件2从室73开始纵向地延伸直至换热器4中的冷却剂的入口22。穿过入口22,冷却剂进入在换热器4的室43(图8)中,其中冷却在管41中循环的排出气体。冷却剂通过与发动机油的冷却器连接的出口配件42(图6)离开换热器,出口配件42是发动机冷却系统的部分。从导管部分74(图5)分叉出又一个导管(未示出),其终止于本体2的面P1中,其中固定了与机动车辆的舱加热器连接的配合元件22。
[0045] 在下面,将描述根据本发明的模块1的操作。
[0046] 在附图的图中,箭头F1和F2分别指示排出气体流和冷却剂流。
[0047] 在发动机E的操作期间,排出气体流的一部分借助于模块1再循环至发动机进气口。具体而言,排出气体流的一部分穿过缸盖T的导管24(图1)中的进气歧管,以便进入在模块1中的入口开口9中。如果EGR阀开启,则进入在开口9中的排出气体流动穿过连续的导管部分60-63(图4和6),直至进入在换热器4的入口中。随后,气体沿一方向并且接着沿相反方向流动穿过换热器4的两排管(或平通道)41,直至从模块1通过开口10流出,并且因此流入吸入管道5(图1)中。
[0048] EGR阀单元3的电促动器控制柄O,用于调节再循环的排出气体流。EGR阀的促动器由
发动机控制单元基于一个或更多个发动机操作参数根据已知技术控制。
[0049] 由于排出气体在于换热器4中冷却之前流动穿过EGR阀的柄座O(仅存在由室73中的冷却剂引起的减少的冷却),故气体在柄O处仍相对热,所以因此碳沉积的风险降低或完全消除,该风险可损害此时的EGR阀的效率。
[0050] 在发动机的暖机阶段期间,当不需要换热器4中的排出气体的冷却时,促动器14控制旁通阀13的开启,以使气体从模块1流出,而不穿过换热器4。促动器14借助于电子阀16的开启和触动真空泵15(其不是集成在发动机E中的模块1的部分)而变为操作性的。因此,类似于
现有技术,模块1不包括用于供应促动器14的真空罐,结果可能采用更大且更有效的换热器,其占据金属本体2的整个端面P2,而不增大模块1的总体尺寸。具有换热器4中的排出气体的路径的U形的构造实现了减小本体2的纵向方向上的换热器4的大小。与中间室44连通的两排不同的管41或平通道的预先设置还实现了提供沿排出气体的路径减小的用于排出气体的总体通路截面,以便抵消由于由冷却引起的密度减小而产生的速度减小。
[0051] 参照图1和5,6,来自缸盖的冷却夹套J的冷却剂流入模块1的入口开口8中。流的部分穿过导管部分71,并且在恒温阀19(图1)开启时引起通过配合元件18离开模块1,以便朝机动车辆的散热器流动。冷却剂流的部分随后流动穿过导管部分71,72、室73(其冷却EGR阀)和导管部分74,直至流入换热器的室43中,其中冷却排出气体。离开换热器44的冷却剂从模块1出去穿过配合元件42(图6),从配合元件42,其引导至机动车辆冷却系统的发动机油的冷却器。冷却剂的部分改为从模块1出去穿过配合元件22,其从配合元件22引导至舱加热器。
[0052] 结果,从以上描述明显的,根据本发明的多功能模块组合了用于以有限总体尺寸特征、低重量和一定时间内的恒定效率来制造的简单构造和经济过程。
[0053] 自然地,尽管本发明的原理保持相同,但构造和实施例的细节可关于纯粹经由实例描述和示出的内容宽泛地变化,而不脱离本发明的范围。