专利名称：内燃机的废气再循环装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及内燃机的废气再循环(EGR)装置，再具体一些，则涉及这样一种类型的废气再循环装置，它的尺寸紧凑，结构简单，从而易于安装在机动车辆的发动机室的有限空间中。
如同已经知道的那样，废气再循环装置(或系统)都设计成将一部分废气循环至发动机的进气系统中，以降低发动机中的空气/燃料混合物的燃烧温度，由此减少NOx从发动机的排放。
这种废气再循环系统之一示于待审查的日本实用新型申请(JiRkaihei)1-78256中，它布置成从设置在催化转换器的下游的废气系统中的废气入口吸入废气。在这种类型的EGR装置中，发动机的进气系统可在其中吸入清洁的废气，因为该废气已经被催化转换器去掉碳氢化合物和PM(即粒状物质)。这样，不仅是EGR装置的EGR流通管路，而且还有发动机的进气口、进气阀、喷油嘴、节流阀等都受到保护，不受有害的沉积物的污染。
然而，至今为止，上述类型的EGR装置的EGR通道管路的简化没有什么办法。事实上，为了方便的目的，已使用了一更长的EGR管，其从废气入口延伸到发动机进气系统，通过位于催化转换器附近的各发动机室部件之间的有限的空间。众所周知，这种EGR装置的布置具有笨重和复杂的结构，从而使发动机室中EGR装置的组装工作很困难，或至少是麻烦的。
本发明的一个目的是提供一废气再循环装置，其克服了上述缺点。
本发明提供了一种与内燃机一起使用的废气再循环装置，它在其废气中有一催化转换器，它包括一设置在催化转换器的下游部分中的EGR气体入口；和一从EGR气体入口延伸至发动机的进气系统的EGR气体流通管路，其特征为，至少一部分EGR气体流通管路通过一在催化转换器上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路构成。
本发明还提供了一种与具有一废气总管的内燃机一起使用的废气再循环装置，在该总管上直接连接一催化转换器，该装置包括一设置在催化转换器的下游部分中的EGR气体入口；一从EGR气体入口延伸至发动机的进气系统的EGR气体流通管路，其特征为，至少一部分EGR气体流通管路由一在催化转换器上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路构成。
本发明还提供了一种与具有一废气总管的内燃机一起使用的废气再循环装置，在该总管上通过一球形接头连接一催化转换器，该装置包括一设置在催化转化器的下游部分中的EGR气体入口；一从EGR气体入口至发动机的进气系统延伸的EGR气体流通管路；其特征为，至少一部分EGR气体流通管路由一在催化转换器上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路构成，以及其中，至少一部分EGR气体流通管路由在球形接头中界定的通路构成。
图1为一机动车辆的发动机室的示意图，其中实际上装有本发明的第一实施例的废气再循环装置；图2为废气总管和连接在其上的催化转换器的剖视图，其中结合有第一实施例；图3为与图2相似的剖视图，但是示出从一不同方向的视图；图4A为催化转换器的壳体的主要部分的剖视图；图4B为催化转换器的出口扩散段的端视图；图5为球形接头及其有关部分的分解剖视图，它们用在第一实施例中；图6A为沿图5的箭头“C”的方向的视图；图6B为沿图5的箭头“D”的方向的视图；图7A为球形接头处于装配好的状态的剖视图；图7B为与图7A相似的视图，但是示出球形接头的倾翻状态；以及图8是一包括一废气总管和催化转换器的装置的示意图，本发明的第二实施例的废气再循环装置用于该装置上。
下面参考附图详细描述本发明的两个也就是第一和第二实施例100和200。
为了易于理解，各种有关方向的词如右、左、上、下、朝右等都在下面的说明中使用。不过，这些词只相对于示出对应的部分的图来理解。
参看图1，其中示出一废气再循环装置100，它是本发明的第一实施例。
如图所示，装在一机动车辆的发动机室中的是一内燃机1，它是横向安装型的。一进气总管2连至发动机1的前侧，而进气总管2的收集单元3则置于发动机1的上方。
在发动机1的后侧，连接一废气总管4，它在其支管的联合的下游部分上有一法兰5。在法兰5上通过球形接头6连接一催化转换器7。该催化转换器7有一出口(无编号)，从其伸出一排气管。
由于采用了球形接头6，允许在催化转换器与废气总管4之间有相对的摆动。这样，在发动机1的运行中不可避免地要产生的发动机1的振动就可适当地被球形接头吸收，从而可遏止催化转换器7的大的振动。事实上，如果废气总管4与催化转换器之间的连接不用这种球形接头6就做成紧密的，则发动机1的振动将引起催化转换器7的较大的振动，加大催化转换器7对车身的撞击的可能性。在废气总管尺寸大，从而从发动机突出的情况，就常常采用这种球形接头6。
回过去参看图1，在催化转换器7的下游部分中形成一EGR气体入口9。如同将要在以后详细描述的那样，EGR气体入口9向EGR气体通路10暴露，该通路在催化转换器7的圆柱形壳体上沿轴向沿其延伸。EGR气体通路10有一出口，一第一EGR管11从其延伸至一设置在球形接头6中的EGR通路。一第二EGR管12从球形接头6的EGR通路经过一EGR阀13延伸至上述收集单元3。
下面参看图2和3详细描述废气总管4和催化转换器7之间通过球形接头6的摆动连接。
如图所示，连至废气总管4的下游的联合部分上的法兰5做有直径较小的管状部分5a，在其四周经由压配合紧密地放置一环形密封垫14。
如同在以后要更清楚地描述的那样，环形密封垫14形成球形接头6的重要元件，并且有一做有一凸出的表面14a的开口的右端。
催化转换器7一般包括一圆柱形壳体17、一装在壳体17中的催化剂支承15、一压在圆柱形壳体17与催化剂支承15之间的保持垫16、一连至壳体17的入口端上的锥形入口扩散段18和一连至壳体17的出口端上的锥形出口扩散段19。
在锥形入口扩散段18上连接一扩口的法兰单元20，它形成上述球形接头6的另一重要的元件，并且有一做有下凹的表面20a的开口的左面部分，该表面与环形密封垫14的凸出的表面14a密切而滑动地耦合。现在应当指出，由于凸出的和下凹的表面14a和20a之间的滑动接触，可以得到环形密封垫14与扩口的法兰单元20之间的相对摆动。
扩口的法兰单元20的球形部分20b在其沿径向相对的部分做有两个螺钉孔，两个带螺纹的螺钉21穿过该孔，以松松地将扩口的法兰单元20连至法兰5上。也就是，为了这一连接，每个带螺纹的螺钉21如图所示拧入在法兰5中形成的带螺纹的孔中。在每个带螺纹的螺钉21的四周，设置一螺旋弹簧22，它布置成朝法兰5拉扩口的法兰单元20的周向部分20b。由于螺旋弹簧22的工作，扩口的法兰单元20的下凹的表面20a偏压并靠在环形密封垫14的凸出的表面14a上，从而在其间达到一可靠的密封。
由于设置两个螺钉21，故可使扩口的法兰单元20绕一假想的轴线“L”(见图2)相对于环形密封垫14摆动，该轴线连接两个螺钉21，同时又沿径向跨越扩口的法兰单元20。由于这种摆动连接，不可避免地由发动机1的振动引起的废气总管4的垂直振动和催化转换器7的垂直振动都可可靠而有效地被吸收。
下面参考附图描述催化传换器7的构成废气再循环装置100的一部分的那部分的细节。
如同从图4A看到的那样，圆柱形壳体17是通过弯曲一单件的金属板做出的。也就是说，如同可以从此图了解的那样，金属板被加压或弯曲成有一大致为S形的截面，有一较大的圆形上部和一较小的矩形下部。然后，成形的金属板的纵向突缘形边缘被焊至预定的部分“W”上。采用这些步骤，就界定一圆柱形废气室17a，它有一被接纳在其中的催化剂支承15(在图中未示出)，并有一构成上述EGR气体通路10的沿轴向延伸的通路。如图所示，EGR气体通路10平行于圆柱形废气室17a延伸并用壳体17的一部分17b与废气室17a隔开。
如同由图4B看到的那样，锥形出口扩散段19通过压制一圆形金属板而做成。由于这种加压，一部分金属板沿径向向外扩张，产生一沿径向扩张的做有槽的部分23，它用作上述EGR气体入口9。
如同由图3看到的那样，当锥形出口扩散段19适当地连至圆柱形壳体17上时，做有槽的部分23的内侧向EGR气体通路10的开口端曝露。这样，在连接合适时，废气室17a和EGR气体通路10变成通过做有槽的扩张部分23彼此流通，设扩张部分用作EGR气体入口9。
如同由图3看到的那样，EGR气体通路10有一下游的开口端10a，它沿径向位于锥形入口扩散段18的外侧。第一EGR管11从下游的开口端10a延伸至球形接头6。
如同由图1看到的那样，当合适地安装在废气系统中时，催化转换器7以这样的方式倾斜，以致其入口的位置相对于有关的机动车辆站立于其上的路面高于其出口。由于催化转换器7的这种倾斜，EGR气体通路10也倾斜，从而防止凝结水在通路10中滞留。
下面参考图5、6A、6B、7A和7B描述球形接头6的构成废气再循环装置100的一部分的那部分的细节。
如同已经在前面提到的那样，球形接头6一般包括两部分，它们如图6所示是环形密封垫14和扩口的法兰单元20，它们通过一所谓的球形支承彼此连接。
也就是说，环形密封垫14做有凸出的表面14a，而扩口的法兰单元20则做有下凹的表面20a。这些凸出的和下凹的表面14a和20a耦合成彼此密切接触。反之，如果有要求，凸出的表面可以由扩口的法兰单元20提供，而下凹的表面可以由环形密封垫14提供。
如同由图5、6A和6B看到的那样，环形密封垫14在沿径向相对的部分上做有两个EGR通路24。扩口的法兰单元20在沿径向相对的部分上也做有两个EGR开口25。
如同由图2看到的那样，这些EGR通路24和开口25在互相接触的凸出的和下凹的表面14a和20a上彼此耦合。
如同由此图看到的那样，两个EGR开口25向在一下凹的内构件27a和下凹的外构件27b之间界定的封闭的下凹空间26暴露。如图所示，外构件27b在其周向边缘“W”处焊至内构件27a上，以构成扩口的法兰单元20。
如同可从图5、7A和7B理解的那样，扩口的法兰单元20的每个EGR开口25的尺寸和形状都做成能盖住环形密封垫14的对应的EGR通路24的开口端的整个区域，即使扩口的法兰单元20相对于环形密封垫14采取最大的角度位置。在所示的实施例中，EGR通路24的每个开口端和每个EGR开口25都做成椭圆形。
如同从图2和7B看到的那样，由于设置两个螺钉21(见图2)，允许扩口的法兰单元20绕假想轴线“L”(见图2)摆动，从而可采取在图7B中用座标“θ”代表的最大角度位置。
如同从图6A和6B看到的那样，环形密封垫14的EGR通路24的开口端位于假想轴线“L”上，而扩口的法兰单元20的EGR开口25也位于假想轴线“L”上。由于这种布置，可以使EGR通路24的开口端与其对应的EGR开口25的相对位移为最小，这可减小EGR通路24的开口端和EGR开口25的尺寸。
回去参看图2和3，扩口的法兰单元20的封闭的下凹空间26通过一在扩口的法兰单元20的下凹的外构件27b上形成的入口28与环形密封垫14(见图2)两个EGR通路24以及第一EGR管11(见图3)连通。
如同从图1看到的那样，当废气再循环装置100适当地装在发动机室中时，入口28相对于有关的机动车辆在其上站立的路面位于下凹的外构件27b的最下部分上。
如同从图2看到的那样，设置在废气总管4的联合的下游部分上的法兰5做有两个通路29，它们分别与环形密封垫14的通路24连接。EGR通路29首先联合，然后连至第二EGR管口上，以用于与EGR阀相连(见图1)。
这样，如同从图1、2和3看到的那样，EGR气体入口9、EGR气体通路10、第一EGR管11、封闭的下凹空间26、两个EGR开口25、两个EGR通路24、两个EGR通路29和第二EGR管12构成一所谓的“EGR气体流通管路”，它通过EGR阀13将清洁的废气送至收集单元3。
下面，借助附图，尤其是图1、2和3描述废气再循环装置100的操作。
如同从图1看到的那样，在发动机1运行时，来自发动机1的废气经过废气总管4和球形接头6被导入催化转换器7中。这样，废气在经过排气管8被排放至大气中之前已经被催化转换器7处理和洁净。
此时，如同从图3看到的那样，一部分已经经过催化转换器7的催化剂支承15的清洁的废气从由锥形出口扩散段19界定的EGR气体入口9被引入EGR气体通路10中。以后，清洁的废气就被引入第一EGR管11、扩口的法兰单元20的封闭的下凹空间26，然后，如同从图2看到的那样，进入环形密封垫14的EGR通路24并进入法兰5的EGR通路29，以后，如同从图1看到的那样，进入第二EGR管12并最终经过EGR阀13被引入收集单元3。由于上述的EGR气体再循环，可以减少NOx从发动机1的排放。
现在将描述本实施例的上述废气再循环装置的优点。
如同从图3看到的那样，由催化转换器7的壳体17整齐、紧凑并且一体地提供EGR气体流通管路的上游部分，也就是由EGR气体入口9和EGR气体通路10构成的那部分。这样，如同从图1看到的那样，废气再循环装置100可以简化结构，减小尺寸。如同已经知道的那样，具有这些特色的废气再循环装置100即使在发动机室有有限的空间时也能容易地安装在发动机室中。
EGR气体入口9通过加压锥形出口扩散段19的一部分而做出(见图4B)，而EGR气体通路10则通过弯曲或加压一单个的金属板，使之有大体为S形的截面而做出(见图4A)。这样，EGR气体流通管路的上游部分可以以较低的成本提供。
由于EGR气体入口9的位置和结构做成能接受已经经过催化转换器7的清洁的废气，故EGR气体流通管路的内部受到保护，避免收集非所需要的沉积物。
如同从图1看到的那样，在装到机动车辆上时，催化转换器7采取倾斜的姿势，其入口的位置相对于路面高于其出口的位置。由于催化转换器7的这种倾斜，EGR气体通路10也倾斜，从而防止凝结水在通路10中滞留。这样，可防止通路10生锈。
由于提供了具有上述结构的球形接头6，故不可避免地由发动机1的垂直振动产生的废气总管4的垂直振动和催化转换器6的垂直振动都能可靠而有效地被吸收，同时又保持扩口的法兰单元20的封闭的下凹空间26与环形密封垫14的每个EGR通路24之间的连通。如同可以从图1和7B理解的那样，扩口的法兰单元20和环形密封垫14之间的摆动不会对第一和第二EGR管11和12施力，从而可以遏制这些管11和12的变形，而这种变形将造成EGR气体流通管路中的气流阻力的加大。
如同从图6A、6B和7B看到的那样，扩口的法兰单元20的每个EGR开口25的尺寸和形状要如此做成，以便即使在扩口的法兰单元20相对于环形密封垫14成大的角度时，也能盖住环形密封垫14的对应的EGR通路24的开口端的整个区域。这样，即使扩口的法兰单元205与环形密封垫14之间保持相对的大角度，也能畅通而可靠地实现EGR气体流通管路中的EGR气体流动。
由于提供两个将扩口的法兰单元20松松地连至废气总管4的法兰5上的螺钉21(见图2)，故可使扩口的法兰单元20绕假想轴线“L”相对于环形密封垫14摆动。因此，可以使环形密封垫14的EGR通路24的开口端与其扩口的法兰单元20的对应的EGR开口25之间的相对位移为最小，这可以减小EGR通路的开口端和EGR开口25的尺寸。
如同从图2看到的那样，由于环形密封垫14的两个EGR通路24和扩口的法兰单元20的两个EGR开口25是在球形接头6的两个沿径向相对的位置上设置的，故在EGR气体通路管线中不仅能得到球形接头6在力学上平衡的结构，而且还能得到EGR气体在流体力学上的平衡流动。
如同从图3看到的那样，扩口的法兰单元20的焊接部分“W”离开球形接头6的互相接触的凸出的和下凹的表面14a和20a。这样，焊接时产生的热量基本上对这些表面14a和20a没有影响，因而表面14a和20a所具有的密封能力保持不变。此外，由于焊接部分“W”向外部区域暴露，故在此部分“W”的焊接容易进行。
在装配废气再循环装置100时，扩口的法兰单元20的下凹的外构件27b的开口28位于构件27b的最下部分上。因此，不可避免地在扩口的法兰单元20的封闭的下凹空间26中产生的凝结水可顺畅地从该处排出，从而可抑制扩口的法兰单元20生锈。
参看图8，该处示出一废气再循环装置200，它是本发明的第二实施例。
在实施例200中，没有与上述第一实施例100中所使用的球形接头6对应的装置。即，在第二实施例200中，催化转换器7直接和整体连接于废气总管4支管的一体的下游部分，如图所示。一EGR管31从EGR气体通道10下游端向EGR阀13延伸。如图所示，在第二实施例200中，EGR气体通道管路的上游部分由EGR气体入口9和EGR气体通道10构成，而其与催化转换器7的壳体17是整体的，与上述的第一实施例100相同。于是，由于这种紧凑和简单的布置，废气再循环装置200能容易地布置在机动车发动机室的有限的空间内。
日本专利申请2002-340646(2002年11月25日登记)的全部内容都包含在此中，以作为参考。
虽然在上面参考本发明的实施例描述了本发明，但是本发明并不限于如上描述的这些实施例。可以由熟悉本技术的人根据上述说明进行这些实施例的各种改进和改变。
权利要求
1.一种与内燃机(1)一起使用的废气再循环装置(100、200)，它在其废气系统中有一催化转换器(7)，它包括一设置在催化转换器(7)的下游部分中的EGR气体入口(9)；和一从EGR气体入口(9)延伸至发动机(1)的进气系统(3)的EGR气体流通管路(10、11、26、25、24、12、31)，其特征为，至少一部分EGR气体流通管路通过一在催化转换器(7)上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路(10)构成。
2.如权利要求1的废气再循环装置，其中，EGR气体通路(10)沿催化转换器(7)的壳体(17)的轴线延伸，该壳体(17)有一装在其中的催化剂支承，而且其中，EGR气体通路(10)有一向EGR气体入口(9)暴露的入口部分。
3.如权利要求1的废气再循环装置，其中，EGR气体通路(10)由催化转换器(7)的壳体(17)提供。
4.如权利要求3的废气再循环装置，其中，催化转换器(7)的壳体(17)通过加压一金属板，使之有一大体为S形的截面而做出，该截面有一较大的圆形上部和一较小的矩形下部，然后焊接成形的金属板的给定的边缘，成形并焊接的金属板在有较小的矩形下部的部分构成EGR气体通路(10)。
5.如权利要求2的废气再循环装置，其中，EGR气体入口(9)由催化转换器(7)的外扩散(defuser)段(19)的沿径向扩张的做有槽的部分(23)界定，沿径向扩张的做有槽的部分(23)的槽向EGR气体通路(10)的入口部分暴露。
6.如权利要求1的废气再循环装置，其中，当在机动车辆的发动机室中装配废气再循环装置(100、200)时，催化转换器(7)以这样的方式倾斜，以使其入口的位置相对于机动车辆在其上站立的路面高于其出口。
7.如权利要求1的废气再循环装置，它进一步包括一球形接头(6)，发动机(1)的废气总管(4)与催化转换器(7)通过该接头连接，以便允许在废气总管(4)与催化转换器(7)之间能相对摆动。
8.如权利要求7的废气再循环装置，其中，球形接头(6)做有EGR气体通路(26、25、24)，后者构成EGR气体流通管路(10、11、26、25、24、12)的一部分。
9.如权利要求8的废气再循环装置，其中，球形接头(6)包括一具有一凸出的表面(14a)并连至废气总管(4)和催化转换器(7)中的一个(4)上的第一构件(14)；一具有一可与第一构件(14)的凸出的表面(14a)紧密接触的下凹的表面(20a)的第二构件(20)，该第二构件(20)连至废气总管(4)和催化转换器(7)中的另一个(7)上；一在第一构件(14)中界定的第一EGR通路(24)；以及一在第二构件(20)中界定并向第一构件(14)的第一EGR通路(24)暴露的第二EGR通路(25、26)。
10.如权利要求9的废气再循环装置，其中，第一和第二EGR通路(24、25、26)的相互面对的开口端中的一个的尺寸和形状做成，即使在第一和第二构件(14、20)在其间呈现最大的相对角度时，也能盖住相互面对的开口端中的另一个的整个区域。
11.如权利要求10的废气再循环装置，其中，球形接头进一步包括一摆动方向控制器(21、22)，通过它，允许第二构件(20)相对于第一构件(14)绕一给定的轴线摆动，而且其中，第一和第二EGR通路(24、25、26)的相互面对的端部都位于给定的轴线上。
12.如权利要求11的废气再循环装置，其中，摆动方向控制器(21、22)包括两个在第二构件(20)的沿径向相对的部分中形成的螺钉孔；两个螺钉(21)，它们分别穿过两个螺钉孔，以将第二构件(20)松弛地连至一固定在第一构件(14)上的构件(5)上；以及两个螺旋弹簧(22)，它们分别放置在两个螺钉(21)四周，以偏压第二构件(20)的下凹的表面(20a)，靠在第一构件(14)的凸出的表面(14a)上。
13.如权利要求9的废气再循环装置，其中，每个第一和第二EGR通路(24、25、26)包括两个在球形接头的沿径向相对的位置上设置的通路。
14.如权利要求9的废气再循环装置，其中，第二构件(20)为扩口的法兰单元，它包括一下凹的内构件(27a)，它具有可与第一构件(14)的凸出的表面(14a)接触的下凹的表面(20a)；和一下凹的外构件(27b)，它以其周向边缘焊接在下凹的内构件(27a)上，其方式为在其间界定一封闭的下凹空间(26)，该封闭的下凹空间(26)构成第二构件(20)的第二EGR通路(25、26)。
15.如权利要求14的废气再循环装置，其中，下凹的外构件(27b)做有一入口(28)，一从EGR气体通路(10)延伸的管(11)连至该入口(28)上。
16.如权利要求15的废气再循环装置，其中，当在机动车辆的发动机室中装配废气再循环装置(100、200)时，入口(28)相对于机动车辆在其上站立的路面位于下凹的外构件(27b)的最下部分上。
17.一种与具有一废气总管(4)的内燃机(1)一起使用的废气再循环装置(200)，在该总管上直接连接一催化转换器(7)，该装置包括一设置在催化转换器(7)的下游部分中的EGR气体入口(9)；一从EGR气体入口(9)延伸至发动机(1)的进气系统的EGR气体流通管路(10、31、13)，其特征为，至少一部分EGR气体流通管路(10、31、13)由一在催化转换器(7)上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路(10)构成。
18.一种与具有一废气总管(4)的内燃机(1)一起使用的废气再循环装置(100)，在该总管上通过一球形接头(6)连接一催化转换器(7)，该装置包括一设置在催化转换器(7)的下游部分中的EGR气体入口(9)；一从EGR气体入口(9)至发动机(1)的进气系统(3)延伸的EGR气体流通管路(10、11、26、25、24、12)；其特征为，至少一部分EGR气体流通管路由一在催化转换器(7)上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路(10)构成，以及其中，至少一部分EGR气体流通管路由在球形接头(6)中界定的通路(26、25、24)构成。
全文摘要
一种与内燃机一起使用的废气再循环装置，它在其废气中有一催化转换器，它包括一设置在催化转换器的下游部分中的EGR气体入口；和一从EGR气体入口延伸至发动机的进气系统的EGR气体流通管路至少一部分EGR气体流通管路通过一在催化转换器上并沿其侧壁一体地形成的EGR气体通路构成。
文档编号F01N3/28GK1502801SQ20031011835
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月25日
发明者替地理挥 申请人:日产自动车株式会社