CN102192015A - 进气阀装置 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机(1)的进气阀装置，包括树脂外壳(33)，阀元件(31)，轴(32)，和轴承(34)。轴承具有与外壳的凸耳部(36，37)的内表面压力配合的外周表面。凸耳部的一部分包括大直径孔(38)和至少三个突起(39)。大直径孔的直径大于轴承的直径。突起从大直径孔的内表面向内突出，用于以压力配合方式支撑轴承，以致限制轴承的外周表面接触大直径孔的内周表面。突起在圆周方向彼此分离。一个突起位于进气通道(2)按照进气流向的下游的位置(D)。

Description

进气阀装置

技术领域

本发明涉及一种安装到车辆诸如汽车的内燃机(下文称为发动机)的进气阀装置。更具体地，本发明涉及一种进气阀装置，其中用于控制到发动机的进气量的阀由轴承相对于树脂外壳可旋转地来支撑。

背景技术

(传统技术)

用于安装到车辆诸如汽车的发动机的各种进气阀装置是传统公知的。对于代表性节流阀装置的一个例子，如图1所示，进气阀装置设在进气通道中，并通常具有如图6所示的基本结构。

当参照图1和6简要说明时，在导引用于燃烧的进气到发动机101的燃烧室101a的进气通道102中，进气阀装置103设在进气通道102中，用于打开和关闭进气通道102或改变进气通道102的通路面积。阀装置103基本上具有阀元件1031、轴1032、和外壳1033。轴1032旋转阀元件1031，外壳1033中容纳阀元件1031和轴1032。阀元件1031根据发动机101的运行条件来运行，用于控制按照箭头A的方向流动的进气的流量。

然后，轴承1034设在轴1032的两端部1032a，1032b和外壳1033之间，以致阀元件1031相对于外壳1033可旋转地安装。此外，在轴承1034的组装中，轴承1034压力配合进一对中空的圆柱凸耳部1036，1037，凸耳部从外壳1033的管道部1035的外周表面突出。

最近，安装在车辆上的各种部件和装置的成本低和质量轻的要求已经进一步严格。对于以上类型的进气阀装置，一种所谓的树脂阀装置已经广泛被使用，其中至少金属外壳1033由通过注模制造的树脂外壳代替。

(传统技术的问题)

但是，当外壳1033由树脂制成时，从管道部1035突出的凸耳部1036，1037必须由树脂一体地制成。结果，轴承1034压力配合进如上由树脂制成的凸耳部1036，1037。在压力配合中，中空的圆柱凸耳部1036，1037经常不利地具有裂缝。

以上的主要因素可能是轴承1034和凸耳部1036，1037的生产误差和组装公差，或者可能是两个部件之间材料的差异。在细致研究之后发现，因为凸耳部1036，1037的形状，具体地它们每个具有从管道部1035的外周表面径向向外突出的突起，所以凸耳部1036，1037趋于在注模期间形成焊缝。结果，在围绕焊缝的位置生成裂缝。应该注意，“焊缝”表示“形成在树脂焊接表面的不规则”。在注模中，从门注入的熔化树脂流一起汇合在成型铸模中，当汇合点处的树脂在树脂完全熔化之前硬化时生成焊缝。

在为了找到用于阻止以上裂缝现象的方法的各种尝试之后，提出了在用于与金属部件压力配合的位置处在树脂管状部件中预形成狭缝，以便将金属部件与树脂管状部件压力配合(例如，见JP-A-2005-84554)。

以上提案试图通过打开狭缝来吸收制造误差，并布置狭缝来限制焊缝的生成。

但是，当以上结构应用于以上阀装置时，产生阀装置的以下独特的问题，从而应用的装置不能实际使用。

具体地，当狭缝形成在凸耳部上时，强度恶化的量等同于狭缝的切断量。从而，可能出现轴承的不期望的移位，并且在极端情况下，轴承可能不利地错误地脱落。此外，在车辆的恶劣工作环境下，狭缝被施加大负载，并且凸耳部本身可能不利地破裂。更进一步地，如果进气通道通过狭缝与外部相通，所谓的气密现象可能致命地会出现。

如上所述，与在代表进气阀装置的节流阀装置的例子中详述的一样，最近的发动机设有滚动阀装置和湍流阀装置，设置它们来顺利地改变从图1中的进气管104的每个支管1041流到每个气缸的进气口101b的进气气流。在以上阀装置中，如期望的，用于制造树脂外壳的需求已经增加。但是，也是在制造树脂外壳的情况下，支撑阀轴的轴承的压力配合实际上具有类似的问题。

发明内容

鉴于上述问题制造了本发明，从而本发明的目的是提供一种进气阀装置，其中在与轴承的压力配合期间限制凸耳部的破损，并且其中一直可实现实质的轴承功能，以便即使在恶劣工作环境下控制进气气流。

为了实现本发明的目的，提供了用于具有燃烧室的内燃机的进气阀装置，该进气阀装置包括树脂外壳、阀元件、轴和轴承。树脂外壳其中限定允许进气流过进入燃烧室的进气通道。阀元件在进气通道内是可旋转的，用于改变进气通道的通路面积。轴与阀元件是一体可旋转的。轴承设置在外壳和轴之间，以致轴承相对于外壳可旋转地支撑轴。轴承具有与设置到外壳的管状凸耳部的内周表面压力配合的外周表面。凸耳部具有与轴承压力配合的部分。凸耳部的压力配合部包括一个大直径孔和至少三个突起。大直径孔具有大于轴承的外直径的直径。至少三个突起从大直径孔的内周表面径向向内突出，用于在压力配合方式下支撑轴承，以致限制轴承的外周表面接触大直径孔的内周表面。布置至少三个突起使得在圆周方向在大直径孔的内周表面上彼此分离。至少三个突起的一个位于相当于进气通道沿着进气流向的下游侧的位置。

附图说明

本发明及其附加目的、特征和优点将通过以下说明、权利要求书和附图被最好地理解。在附图中：

图1是示出了通用发动机的一部分的纵向截面的示意图，该发动机设有排气装置和本发明的一个实施例的进气装置；

图2是示出了该实施例的进气阀装置的纵向剖视图；

图3A是图2中的凸耳部的示意性主视图；

图3B是示出了在轴承压力配合进凸耳部之前的凸耳部的状态的示意性主视图；

图4A是示出了在轴承压力配合进凸耳部之前的凸耳部的一个变型的状态的示意性主视图；

图4B是示出了在与凸耳部压力配合的轴承之前的凸耳部的另一个变型的状态的示意性主视图；

图4C是用于解释凸耳部的突起的功能的部分的放大图；

图5A是示出了形成在凸耳部上的加强筋的一个例子的凸耳部的示意性主视图；

图5B是示出了加强筋的另一个例子的凸耳部的示意性主视图；

图6是示出了传统的进气阀装置的主要结构的一部分的纵向剖视图。

具体实施方式

(实施例)

将参照图1到图3B说明本发明的实施例，首先，采用用作节流阀装置的进气阀装置的通用发动机参照图1被简要说明。然后，参照图2到图3B，详细说明本发明的进气阀装置的实施例。

(应用的发动机1的说明)

在图1中，发动机1安装到诸如汽车的车辆，并且用作节流阀装置的进气阀装置3设在导引用于燃烧的进气进发动机1的燃烧室1a的进气通道2中。阀装置3打开和关闭，或改变进气通道2的通路面积，并包括阀元件31、轴32和外壳33。轴32旋转阀元件31，并且外壳33中容纳阀元件31和轴32。阀元件31根据发动机1的运行条件旋转，以便控制按照箭头A方向流动的进气的流量。以下将说明阀元件31的具体详细的结构。

发动机1通常包括多个气缸，每个气缸的燃烧室1a经进气端口1b连接到进气管4的每个支管41。进气管4的空气入口端口42设有空气过滤器5，经空气过滤器5过滤的空气按照箭头A的方向流到燃烧室1a。进气通道2相当于从进气管4的空气入口端口42到进气端口1b的通道。

进气管4的每个支管41设有燃料注入阀6，具有经燃料注入阀6注入的燃料和以上空气的空气-燃料混合物经进气阀1c导引到燃烧室1a。当气体通过火花塞1d的点火被燃烧时，燃烧的气体通过排气阀1e经排气端口1f排出到排气管7。

(阀装置3的说明)

阀装置3设在构成进气通道2的进气管4中。如图2所示，除了具有阀元件31、轴32、和外壳33的基本构造，阀装置3还包括作为中心部件的一对轴承34。这对轴承34设在外壳33和轴32之间，并支撑轴32相对于外壳33可旋转。

首先，将参照图2说明阀装置3的总体构造。应该注意，为了易于说明，附图中上部称为沿进气流向的上游侧，下部称为沿进气流向的下游侧。

用作外罩的外壳33利用具有预定耐热性、机械强度、和弹性力的热固树脂(例如PPS树脂)通过注射模塑法制造。外壳33在上下两端安装到进气管4。外壳33包括中空的筒形管道部35和一对凸耳部36、37。管道部35形成进气通道2的一部分，该对凸耳部36、37从管道部35的外周表面径向向外突出。

这对凸耳部36，37具有带通孔36a，37a的中空的筒形形状，通孔的轴线垂直于管道部35(进气通道2)的轴线。

阀元件31由类似外壳33树脂的树脂(例如，PPS树脂)制成，并通常具有盘的形状。阀元件31设在外壳33的管道部35内，以便打开和关闭进气通道2。换句话说，阀元件31构造为改变进气通道2的通路面积。应该注意，阀元件31具有当位于全关闭位置时接触外壳33的管道部35的内壁的外周边缘。阀元件31与进气通道2倾斜地相交，以便当位于倾斜位置时关闭。阀元件31当旋转时逐渐打开进气通道2(或打开阀)，并且阀元件31在图2中是由实线所示的阀全开位置(全开位置)。

相比之下，支撑阀元件31并与阀元件31一体旋转的轴32可以由树脂制成。但是，本实施例的轴32由金属制成。树脂阀元件和金属轴32以轴32的两端部32a，32b被制成从阀元件31突出的状态，通过众所周知的方式(例如，嵌模技术)容易一体地生产。

此外，在制造外壳33的工艺期间，阀元件31和轴32的一体化本体预先地组装到外壳33。例如，在外壳33的注模期间，利用嵌模技术，一体化本体通过将轴32的两端部32a，32b松动地装配进该对凸耳部36，37的通孔36a，37a来组装到外壳33。

如上所述，这对轴承34相对于外壳33可旋转地支撑轴32的两端部32a，32b。这对轴承34具有圆环形状并由所谓的板状金属制成。这对轴承34压力配合进外壳33的这对凸耳部36，37。轴承34的外周表面压力配合进凸耳部36，37的通孔36a，37a，以下将详述该压力配合结构。

由轴承34支撑的轴32的两端部32a，32b的一端部32a由一个凸耳部36容纳，并且两端部32a，32b的另一端部32b从另一凸耳部37突出，以便连接到轴旋转运行机构(未示出)。例如，轴旋转运行机构是一种公知的减速马达机构。轴旋转运行机构依据发动机1的运行条件接收旋转指令，并将轴32旋转到期望位置。

所述一个凸耳部36与位于轴承34外的盖8一起组装来气密地密封凸耳部36的打开侧。轴32的另一端部32b穿过另一凸耳部37的打开侧突出，鉴于轴旋转运行机构另一凸耳部37设有用于流体紧密地密封另一凸耳部37的打开侧的油封9。

这对凸耳部36，37和压力配合进每个凸耳部36，37的轴承34之间的关系是本发明最重要的部分，将参照图3A和3B进一步补充说明。

轴承34压力配合进其的各个中空的筒形凸耳部36，37的通孔36a，37a具有大直径孔38和座部分39。大直径孔38具有大于轴承34的外直径的直径。每个座部分39形成从大直径孔38的内周表面径向向内突出的突起。

座部分39在其端表面处具有弓形座表面39a。如图3B所示，在与轴承34压力配合之前，弓形座表面39a形成直径略小于轴承34的外直径(等于期望的压力配合余量的量)的假想的圆形。弓形座表面39a在大直径孔38的内周表面上沿着圆周方向以等间距(以120度间隔)布置在三个位置处。当轴承34的外周表面和大直径孔38的内周表面之间的接触如图3A所示地被阻止时，座部分39本身的弹性变形在压力配合方式下支撑轴承34。

此外，座部分39具有在纵向方向沿大直径孔38的内周表面延伸的条状，并具有等于或大于轴承34的纵向尺寸的纵向尺寸。结果，能够可靠地使轴承34的外周表面在轴承34的整个长度上压靠座表面39a。

具体地，座部分39以这样的方式相对于大直径孔38布置：三个座部分39之一定位成对应于进气通道2沿进气流向的下游侧(图3A和3B中的下部位置D)。

更进一步地，三个座部分39全部如此布置，以致三个座部分39定位在注模期间形成在凸耳部36，37上的焊缝W之外。

应该注意，在图2中，每个凸耳部36，37的通孔36a，37a具有向管道部35的内周表面打开的开口，并且开口的一部分形成轴32松动地装配进其中的小直径孔36b，37b。小直径孔36b，37b和大直径孔38形成用作阻止压力配合轴承34的止动件的台阶部。

此外，内空间G限定在每个凸耳部36，37的通孔36a，37a的内周表面、轴32的外周表面、和轴承34的端表面之间。更进一步地，如图3A的放大图所示，内空间G限定在大直径孔38的内周表面、座部分39的圆周侧表面39b、和轴承34的外周表面之间。内空间G与进气通道2相通。当阀元件31在全关闭位置时，内空间G以对应于微小间隙的通路面积用作旁路通道，其将进气通道2的上游侧与下游侧连接，以便绕过阀元件31。(实施例中组装的背景)

如上所述，在使将外壳33与轴32可旋转地连接的轴承34组装到凸耳部36，37的过程中，轴承34以压力配合方式进入凸耳部36，37的内周表面和轴32的两端部32a，32b的外周表面之间的空间。在以上组装期间，由于相关部件的生产误差和部件组装中的公差，凸耳部36，37可能被施加用于扩大开口的异常力，或者相对地，轴承34可能被错误地松动装配。为了避免以上现象，每个部件必须被高精度地制造，这是不现实的。

(实施例的特征)

为了处理以上麻烦，本实施例的阀装置3采用以下技术。

这对凸耳部36，37在与轴承34压力配合的部分处具有座部分39。座部分39按照圆周方向布置在大直径孔38的内周表面上的等间距的三个位置处，以致在与轴承34压力配合之前，在端表面处的座部分39的弓形座表面39a形成直径略小于轴承34的外直径(该量等同于期望的压力配合余量)的假想的圆形。

结果，当座部分39在三个点处支撑轴承34并使轴承34居中时座部分39是弹性可变形的，从而能够平滑地压力配合轴承34。此外，座部分39的弹性力以恰当的力支撑轴承34。

此外，座部分39位于形成在凸耳部36，37上的焊缝W之外，从而座部分39接收的压力不直接施加到焊缝W。结果，能够减小对焊缝W的压力。

结果，通过座部分39(突起)的弹性变形和通过因在三个位置处支撑轴承34而使轴承34居中来吸收制造误差，从而压力配合负载被分散(或减少)。结果，轴承34以压力配合方式由凸耳部36，37可靠地支撑，从而凸耳部36，37的破损有效地被限制。

更进一步地，突起设置到凸耳部36，37的大直径孔38，以致突起39之一设在进气通道2按照进气流向的下游侧。结果，在发动机1的正常运行期间，施加到阀元件31以及施加到轴32的常规负载由突起39接收，从而能够减少到凸耳部36，37的应力。

应该注意，图4A是两个焊缝W形成其上的凸耳部36，37的一个变型的例子。图4B是凸耳部36，37的另一个变型的例子，其中座部分的数量增加，以致座部分39设在以90度间隔布置的四个位置处。座部分39的数量还可以增加。在任何变型中，座部分39的弹性变形力易于根据需要基于座部分39的规格而设定，诸如图4C所示的圆周方向的尺寸(角度α)，突出高度H，纵向方向的尺寸。

(在工作环境下实施例的特征)

然后，将说明阀装置3的工作环境。

首先，在常规控制的发动机1的正常运行期间，阀装置3的阀元件31的打开度依据运行条件。但是，因为进气沿图1的箭头A的方向流动，并且朝向下游侧的力一直施加到阀元件31，从而以图3A的箭头F的方向的力从轴承34经轴32施加到凸耳部36，37。

在以上中，也能够由座部分39接收图3A的箭头F表示的负载，从而能够减少对凸耳部36，37的应力，或者具体地对焊缝W的应力。

相对地，发动机1依据运行条件具有回火。回火是其中由于在进气阀1c的打开和关闭定时中或点火花塞1d的点火定时中的偏差使不完全燃烧气体造成爆炸性燃烧的现象。结果，高温高压的燃烧气体经进气通道2回流(如图2中箭头B的方向)，并可能到达空气过滤器5周围。

在以上情况中，当阀装置3的阀元件31全部打开或几乎全部打开时，整个阀元件31直接接收高温高压的燃烧气体，从而阀元件31被施加过度的压力。从而，在极端情况下，阀元件31可能破损。

在以上情况中，内空间G有效地发挥作用。换句话说，即使当阀元件31处于全关闭位置，内空间G也能够释放燃烧气体从下游侧向上游侧的回流，因为内空间G形成从进气通道2的下游侧到上游侧的旁路流动通路(旁路通道)，以便绕过阀元件31。结果，能够防止过度的压力施加到阀元件31。

应该注意，图5A和5B示出了其中在以上实施例中外壳33的凸耳部36，37被加强的例子。

在图5A中，从凸耳部36，37的外周表面径向向外鼓出(或突出)来形成加强筋10，加强筋10限制大直径孔38的开口的扩张。换句话说，加强筋10限制大直径孔38的直径的增加。加强筋10形成在与座部分39的数量相同的三个位置处，并且加强筋10径向地设置，以便与所有的座部分39重叠。

在该例子中加强筋10设置来与所有的座部分39重叠。鉴于对一直被施加负载的部分进行加强，重要的是，布置加强筋10到凸耳部36，37的外周表面，以致加强筋10的至少一部分在径向方向与座部分39重叠，该座部分39位于进气通道2的按照进气流向的下游侧的位置D处。

在图5B中，加强筋11设置为以切向从凸耳部36，37的外周表面上的四个位置鼓出(或突出)。

加强筋11根据在轴承的压力配合期间对凸耳部36，37产生的应力的方向来设置。更具体地，加强筋11用来抑制沿方向S的变形，在其中产生各自应力来强迫地分离焊缝W处的连接。因此，在附图中上侧示出并设置来在其间来保持焊缝W的这对加强筋11非常重要，而在附图中下侧示出的另一对加强筋11被补充地设置。

如上所述，已说明应用到节流阀装置的例子。但是，本发明确定地可应用到滚动阀装置或湍流阀装置，设置它们来顺利地改变从进气管4的每个支管41到图1的每个气缸的进气端口1b的进气气流。此外，本发明不限于具有蝶型结构的在中心带轴32的阀元件31。但是本发明可应用到具有团扇形结构的阀元件，其在一侧上具有轴，并且其类似于团扇形打开和关闭。例如，本发明可应用到具有只在一个方向从阀元件突出的轴的悬臂阀。

本领域的技术人员将容易地想到附加的优点和变型。因此本发明在它的更广术语中不限于示出和说明的具体的细节、代表性装置和示例。

Claims (7)

1.一种用于具有燃烧室(1a)的内燃机(1)的进气阀装置，包括：

树脂外壳(33)，其构造为在其中限定允许进气流过进入燃烧室(1a)的进气通道(2)；

阀元件(31)，其在进气通道(2)内是可旋转的，用于改变进气通道(2)的通路面积；

轴(32)，其能够与阀元件(31)一体地旋转；以及

轴承(34)，其设置在外壳(33)和轴(32)之间，使得轴承(34)相对于外壳(33)可旋转地支撑轴(32)，

其中：

轴承(34)具有与设置到外壳(33)的管状凸耳部(36，37)的内周表面压力配合的外周表面；

凸耳部(36，37)具有与轴承(34)压力配合的压力配合部分；

凸耳部(36，37)的压力配合部分包括：

直径大于轴承(34)的外直径的大直径孔(38)；以及

至少三个突起(39)，其形成为从大直径孔(38)的内周表面径向向内突出，用于以压力配合方式支撑轴承(34)，使得限制轴承(34)的外周表面接触大直径孔(38)的内周表面，所述至少三个突起(39)被布置为在大直径孔(38)的内周表面上沿圆周方向彼此分开；

所述至少三个突起(39)中的一个位于位置(D)处，该位置对应于进气通道(2)沿进气流向的下游侧。

2.根据权利要求1所述的进气阀装置，其中：

所述至少三个突起(39)设置到大直径孔(38)，使得所有的所述至少三个突起(39)位于在树脂模制期间形成在凸耳部(36，37)上的焊缝之外。

3.根据权利要求1或2所述的进气阀装置，其中：

所述至少三个突起(39)中的每个具有的纵向尺寸等于或大于轴承(34)的纵向尺寸。

4.根据权利要求1所述的进气阀装置，包括：

加强筋(10，11)，其形成为从凸耳部(36，37)的外周表面径向向外突出，以限制大直径孔(38)直径的增加。

5.根据权利要求4所述的进气阀装置，其中：

加强筋(10)设置到凸耳部(36，37)的外周表面，使得加强筋(10)定位成在径向方向与所述至少三个突起(39)中的一个突起重叠，所述一个突起位于进气通道(2)沿进气流向的下游侧上。

6.根据权利要求4所述的进气阀装置，其中：

加强筋(11)被布置的方向按照在轴承(34)的压力配合期间在凸耳部(36，37)上产生的应力的方向。

7.根据权利要求1或4所述的进气阀装置，其中：

内空间(G)限定在凸耳部(36，37)的内周表面和轴承(34)的整个表面之间；并且

内空间(G)与进气通道(2)连通。

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