CN100402818C - 具建立惰行复位位置的平板簧和螺旋弹簧的伺服辅助蝶阀 - Google Patents

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Abstract

一种伺服辅助蝶阀，其包括阀体、形成于所述阀体中的阀座、适于与所述阀座接合的蝶形盘、其上键接所述蝶形盘的轴、通过至少一个带有突起的齿轮与所述轴相连的电动机、适于使所述蝶形盘向关闭位置转动的复位弹簧、和适于使所述蝶形盘克服所述复位弹簧的作用向由顶接体所确定的部分开启位置或惰行复位位置转动的反作用弹簧；所述反作用弹簧是平板簧且安装在一运动构件上，所述运动构件同轴和空转地安装在所述轴上且包括适于顶接地抵靠所述顶接体的突起，所述反作用弹簧的第一端是自由的且适于在所述中间齿轮转动期间与所述中间齿轮的突起接触。

Description

具建立惰行复位位置的平板簧和螺旋弹簧的伺服辅助蝶阀
技术领域
本发明涉及一种配备有建立惰行复位位置(limp-home position)的平板簧和螺旋弹簧的伺服辅助(servo-assisted)蝶阀。
背景技术
汽油驱动的内燃机通常配备有调整供应到气缸内的空气流的蝶阀。通常，蝶形簧包括容置阀座的阀体，所述阀座与一蝶形盘接合，所述蝶形盘键接在一轴上以在通过齿轮传动单元与该轴相连的电动机的作用下在开启位置和关闭位置之间转动的。承载蝶阀的轴与适于检测所述轴角位置和蝶阀位置的位置传感器联合，以便通过反馈，确保控制装置控制用于确定蝶阀位置的电动机。
蝶阀通常包括扭螺旋复位弹簧和扭螺旋反作用弹簧，扭螺旋复位弹簧与所述轴同轴安装，并与该轴机械耦合，以便向该轴施加力图使所述轴向关闭位置转动的扭矩，扭螺旋反作用弹簧与所述轴同轴安装，并与该轴机械耦合，以便向该轴施加力图使所述轴克服复位弹簧的作用向部分开启位置(被称作惰行复位位置)转动的扭矩，由于设置一个限定了反作用弹簧顶靠位的顶接体，抵靠着该顶接体，反作用弹簧所产生的开启运动停止。反作用弹簧所产生的扭矩比复位弹簧所产生的扭矩大，因而当电动机不转动时该轴处在惰行复位位置，电动机自身必须产生可以使所述轴进入最大开启位置或将所述轴带到关闭位置的相应的驱动力矩。
文献US20020129791介绍了一种用于内燃机的节流设备，其中，在节流阀体侧壁的一侧上形成有一安装空间以及作为所述安装空间边缘的齿轮盖安装框架，所述安装空间用于安装将电动机的能量传送到节流阀轴的减速齿轮机构和当点火开关处于断开位置时将节流阀的开度保持在特定开度(缺省开度)上的缺省开度设置机构；所述安装框架被形成为比减速齿轮机构的安装位置低。用于罩盖所述齿轮安装空间的齿轮盖安装在该框架上；用于限定所述缺省开度的制动器和用于限定节流阀完全关闭位置的制动器并排，从而，可以沿相同方向进行位置调整。这些制动器用于制动缺省杆和节流阀齿轮，从而可以使电控节流设备减小尺寸、减轻重量，并且制造和调整合理。
惰行复位位置由两个螺簧确立的上述方案通常用于具有商业应用可行性的蝶阀中，然而这种方案具有一些缺点，也就是非常笨重、相对复杂且装配耗时。
发明内容
本发明的目的是提供一种配备有建立惰行复位位置的平板簧和螺簧的伺服辅助蝶阀，该蝶阀没有上述缺点，非常简单并经济适用。
因此本发明涉及一种伺服辅助蝶阀，其包括阀体、形成于所述阀体中的阀座、适于与阀座接合的蝶形盘、其上键接所述蝶形盘的轴、通过至少包括中间齿轮的齿轮传动单元与所述轴相连以使所述蝶形盘在阀座的最大开度位置和封闭位置之间转动的电动机、使所述蝶形盘向关闭位置转动的复位弹簧、使所述蝶形盘克服复位弹簧的作用向由顶接体所确定的部分开启位置或惰行复位位置转动的反作用弹簧；所述蝶阀的特点在于：所述反作用弹簧是平板簧，且被安装在一运动构件上，该运动构件同轴和空转地安装在所述轴上且包括适于顶接地抵靠上述顶接体的突起，反作用弹簧的第一端是自由的，与上述中间齿轮并排地设置，从而面对所述中间齿轮的内表面，所述中间齿轮包括垂直于上述内表面突出的突起，从而在中间齿轮转动时，抵靠所述反作用弹簧的第二端。
附图说明
下文将结合示出非限制性实施例的视图介绍本发明，在所述附图中：
图1是根据本发明方法所生产的蝶阀的局部剖开的立体图，为了清楚起见，一些零件被拆除；
图2是图1所示蝶阀的阀体腔的示意性前视图；
图3和4分别是图1所示蝶阀的放大透视图；
图5显示了另一实施例中的图4的一部分。
具体实施方式
在图1中，用于内燃机(未示)的电控蝶阀整体由附图标记1表示；蝶阀1包括容置电动机3(图2所示)的金属阀体2、阀座4和蝶形盘5(图中由虚线表示)，蝶形盘5与阀座4接合且在电动机3的作用下在开启位置和关闭位置之间转移。如图2所示，蝶形盘5特别地键在具有纵向轴线7的金属轴6上，从而，在通过齿轮传动单元8(图2所示)与金属轴6相连的电动机3的作用下，蝶形盘5在开启位置和关闭位置之间转动。
如图2所示，电动机3具有设置在与阀座4并排设置的管形壳体(图1所示)9内的圆柱体，所述圆柱体被金属板10保持在该管形壳体9内的预定位置；金属板10包括一对电插座11，所述电插座11与电动机3电相连并适于分别与一对电插头12电连接(在图1示出)。为确保电动机3被正确地固定在阀体2上，板10具有三个径向钻过孔的突起13，用于固定阀体2的各螺栓14插入所述突起13内。
电动机3包括端部具有齿轮(toothed wheel)16的轴15，通过设置在齿轮16与键接在轴6上的末级齿轮18之间的中间齿轮17，与轴6机械相连。齿轮17包括与齿轮16耦合的第一组齿19以及与末级齿轮18耦合的第二组齿20；由于第一组齿19的直径与第二组齿20的直径不同，中间齿轮17不具有单一的传动比。末级齿轮18由键接在轴6上的实心中心圆柱体21形成，并配备有设置了一组与齿轮17耦合的齿的圆冠形部分22。整个齿轮传动单元8也就是齿轮16、齿轮17和末级齿轮18通常由塑料材料制成。
齿轮传动单元8和板10被设置在阀体2的腔23内，该腔由塑料材料制造的可拆卸盖24(图1显示)封闭。
如图1和2所示，蝶阀1包括与轴6相连并适于检测轴6角位置以及蝶形盘5位置的“非接触”类型的位置传感器25，从而确保根据反馈而控制蝶形盘5的位置。文献US6 236 199-B1介绍了这种类型的位置传感器25，所述位置传感器25包括固定在轴6上的转子26和由所述盖24承载的定子27，定子27被设置为面对转子26运转；转子26由封闭成短路的平面金属线圈28形成，包括一些叶片29，并被嵌在末级齿轮18的中心圆柱体21内。金属线圈28优选地部分嵌入在末级齿轮18的中心圆柱体21内，从而，面对定子27的线圈28的表面大致与圆柱体21的外表面共面。根据其它实施例(未示)，金属线圈28被完全嵌入在末级齿轮18的中心圆柱体21内。位置传感器25的定子27包括通过4个塑料铆钉32与盖24的内壁31相连的支撑底座30。
如图1所示，盖24配备有包括一些电触点(没有详细显示)的电插座33，在所述电触点中：两个电触点与适于向电动机3供电的电插头相连，同时，其它4个电触点与位置传感器25的定子27相连；当盖24被设置为与阀体2接触以便封闭腔23时，电插座33被设置在电动机3的管形壳体9的上方。
如图2、3和4所示，设置有空转螺杆34，该空转螺杆34适于防止蝶形盘5卡住，并与末级齿轮18的圆冠形部位22配合。当轴6在电动机3的作用下进入封闭位置时，轴6的转动并不由蝶形盘5和阀体2的壁之间的冲击停止，而是由末级齿轮18的圆冠形部位22与空转螺杆34撞击停止。由于蝶形盘5和阀体2的壁之间的任何冲击可能导致蝶形盘5相对于阀体2的壁楔固从而导致蝶阀1卡滞，这种方案是必不可少的。在制造蝶阀1期间，通过相对于阀体2拧紧或松开该空转螺杆34，空转螺杆34的轴向位置可以被调整。然后也可以相对于阀体2锁定空转螺杆34的位置，以防止任何类型的移动(通常是使用发动机时所产生的振动的结果)。
如图4所示，蝶阀1包括螺旋扭簧形式的复位弹簧35(也就是通过产生阻力扭矩的圆周位移，该弹簧变形)，复位弹簧35力图使轴6沿图4的逆时针方向(箭头C)转动，从而使蝶形盘5向关闭位置运动。蝶阀1也包括平板簧形式的反作用弹簧36，反作用弹簧36力图使轴6沿图4的顺时针方向(箭头O)转动，从而使蝶形盘5向开启位置运动。复位弹簧35所产生的力矩比反作用弹簧36所产生的力矩小，从而复位弹簧35和反作用弹簧36的组合作用力图使轴6沿图4的顺时针方向(箭头O)向蝶形盘5的开启位置转动。
在复位弹簧35和反作用弹簧36的组合作用下，沿图4顺时针方向朝轴6开启位置的转动停止在部分开启或惰行复位位置，采用这种方式，当没有电动机3作用时，轴6(和蝶形盘5)处在惰行复位位置。当电动机3转动时，电动机3所产生的驱动力矩能够使轴6(和蝶形盘5)克服反作用弹簧36所产生的扭矩转动到完全关闭位置，也能够使轴6(和蝶形盘5)克服复位弹簧35所产生的扭矩转动到最大开启位置。具体地说，如下所详述的，所述惰行复位位置由设置在阀体2上的顶接体37所确定。
复位弹簧35的一端(未详示)与阀体2机械相连，另一端38插入末级齿轮18上的壳39内而与键接在轴6上的末级齿轮18机械相连。反作用弹簧36安装在圆柱形运动构件40上，构件40同轴和空转地安装在轴6上，也就是轴6和构件40之间不直接机械相连。反作用弹簧36的一端41与运动构件40刚性连接，如图4所示，在反作用弹簧36的端部41，运动构件40包括适于与阀体2的顶接体37紧靠接合的突起42。反作用弹簧36的与端部41相对的另一端43是自由的并与齿轮17并排地设置，从而，面对齿轮17的内表面44；齿轮17包括相对于所述内表面44垂直地突出的突起45，所述突起45在齿轮17转动期间抵靠反作用弹簧36的端部43。
当没有电动机3作用时，复位弹簧35所产生的扭矩使轴6沿图4的逆时针方向(箭头C)转动，使齿轮17沿顺时针方向(箭头O)转动，因而将蝶形盘5带到关闭位置。在某一特定点，齿轮17的突起44抵靠反作用弹簧36的端部43，从而导致反作用反弹36和运动构件40沿顺时针方向(箭头O)转动，直到运动构件40的突起42抵靠阀体2的顶接体37。在该点上，齿轮17随后的沿逆时针方向转动使反作用弹簧36变形，反作用弹簧36产生与复位弹簧35所产生的扭矩平衡且导致轴6停止在惰行复位位置的阻力扭矩。
在图4所示实施例中，必须改变顶接体37的位置，以便调整在惰行复位位置的空气流动值，由于顶接体37与阀体2为一体，这种操作并不容易。
根据图5所示的另一个实施例，通过螺纹连接在阀体2上的顶接螺杆37，形成所述顶接体37。采用这种方式，通过相对于阀体2拧紧或松开顶接螺杆，非常容易调整在跛行复位位置的空气流的值。在生产阶段，蝶阀1被特别设置在测试站(公知且未示)上，在所述测试站上，实时测量惰行复位位置的空气流动数值。在这些条件下，通过拧紧或松开顶接螺杆37，调整顶接螺杆37相对于阀体2的轴向位置，直到准确地获得所希望的惰行复位位置的空气流动值。一旦顶接螺杆37相对于阀体2的轴向位置被设定，相对于阀体2，锁紧顶接螺杆37防止任何类型的移动(通常由发动机所产生的振动引起)。
应该指出的是，由轴6、复位弹簧35和配备有反作用弹簧36的运动构件40组成的装置可以单独预装，并通过单个装配操作插入阀体2内，所述操作可以是自动化的。
与复位弹簧和反作用弹簧都是螺旋弹簧的现有技术方案相比，上述复位弹簧35是螺旋弹簧而反作用弹簧36是平板簧的蝶阀1的技术方案具有明显优点，确保减少了摩擦和体积，更可靠，并能够减少组装时间。

Claims (10)

1.一种伺服辅助蝶阀(1)，其包括阀体(2)、形成于所述阀体(2)中的阀座(4)、适于与所述阀座(4)接合的蝶形盘(5)、其上键接所述蝶形盘(5)的轴(6)、通过至少包括中间齿轮(17)的齿轮传动单元(8)与所述轴(6)相连以使所述蝶形盘(5)在所述阀座(4)的最大开度位置和封闭位置之间转动的电动机(3)、适于使所述蝶形盘(5)向关闭位置转动的复位弹簧(35)、和适于使所述蝶形盘(5)克服所述复位弹簧(35)的作用向由顶接体(37)所确定的部分开启位置或惰行复位位置转动的反作用弹簧(36)；其特征在于：所述反作用弹簧(36)是平板簧且安装在一运动构件(40)上，所述运动构件(40)同轴和空转地安装在所述轴(6)上且包括适于顶接地抵靠所述顶接体(37)的突起(42)，所述反作用弹簧(36)的第一端(43)是自由的且横靠所述中间齿轮(17)设置，从而面对所述中间齿轮(17)的内表面(44)，所述中间齿轮(17)包括垂直于所述内表面(44)突出的突起(45)，从而在所述中间齿轮(17)转动期间抵靠所述反作用弹簧(36)的第一端(43)。
2.如权利要求1所述蝶阀(1)，其特征在于：所述齿轮传动单元(8)包括固定在所述电动机(3)的轴(15)上的第二齿轮(16)以及键接在所述轴(6)上的末级齿轮(18)，所述中间齿轮(17)空转地安装在所述阀体(2)上，并位于所述第二齿轮(16)和所述末级齿轮(18)之间。
3.如权利要求2所述蝶阀(1)，其特征在于：所述中间齿轮(17)具有与所述第二齿轮(16)耦合的第一组齿(19)以及与所述末级齿轮(18)耦合的第二组齿(20)，所述第一组齿(19)的直径与所述第二组齿(20)的直径不同。
4.如权利要求3所述蝶阀(1)，其特征在于：所述末级齿轮(18)由键接在所述轴(6)上的中心圆柱体(21)形成，并配备有带有与所述中间齿轮(17)耦合的一组齿的圆冠形部分(22)。
5.如权利要求4所述蝶阀(1)，包括空转螺杆(34)，该空转螺杆的功能是阻止蝶形盘(5)卡滞，并螺纹连接至所述阀体(2)中，并与所述末级齿轮(18)的圆冠形部分(22)配合。
6.如权利要求2所述蝶阀(1)，其特征在于：所述复位弹簧(35)的第一端与所述阀体(2)机械相连，其第二端(38)与末级齿轮(18)机械相连。
7.如权利要求6所述蝶阀(1)，其特征在于：所述末级齿轮(18)配备有适于接收复位弹簧(35)第二端(38)的壳(39)。
8.如权利要求1所述蝶阀(1)，其特征在于：所述反作用弹簧(36)的与所述第一端(43)相对的第二端(41)与所述运动构件40刚性连接，所述运动构件(40)包括适于在所述反作用弹簧(36)的第二端(41)的位置处顶接抵靠地与所述顶接体(37)接合的突起(42)。
9.如权利要求1所述蝶阀(1)，其特征在于：所述顶接体(37)与所述阀体(2)为一体。
10.如权利要求1所述蝶阀(1)，其特征在于：通过拧入所述阀体(2)内的顶接螺杆形成所述顶接体(37)。
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