CN105715415B - 适于内燃发动机的设有调节回路的机电致动器 - Google Patents

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Abstract

用于操作内燃发动机中的组件(16，19，27)的机电致动器(30)包括致动器主体(32)，用于在内部容纳致动器装置(31)，所述致动器装置(31)控制组件(19，27)的移动以便使得组件(19，27)在最大打开位置和最大关闭位置之间移动，以及反之亦然；致动器装置(31)包括电动马达(M)和齿轮传动器，所述齿轮传动器将运动从电动马达(M)传递到组件(19，27)；致动器主体(32)由第一金属材料制成且机电致动器(30)包括调节回路(36)，所述调节回路(36)包括适于调节流体通过的管(38)，所述管(38)由第二热传导材料制成。

Description

适于内燃发动机的设有调节回路的机电致动器
技术领域
本发明涉及适于内燃发动机的设有调节回路的机电致动器。
背景技术
如已知的那样，由涡轮增压器增压系统增压的内燃发动机包括多个汽缸，每个汽缸连接到进气歧管和排气歧管。进气歧管接收气体混合物，所述气体混合物包括废气和新鲜空气，即通过进气管来自外部的空气，其由节气门来调节。排气歧管连接到排气管，其将由燃烧产生的废气供给到排气系统，所述排气系统将由燃烧产生的气体释放到大气中，并通常包括至少一个催化转化器(如果有需要设有柴油微粒过滤器)和布置在催化转化器下游的至少一个消音器。
内燃发动机增压系统包括涡轮增压器，其设有涡轮和增压器，所述涡轮沿着排气管布置成由于从汽缸排出废气的作用以高速旋转，而所述增压器沿着进气管布置并机械地连接到涡轮，以便导致涡轮本身进行旋转，以增加存在于进气管内的空气压力。
此外内燃发动机包括高压废气再循环回路和低压废气再循环EGR(exhaust gasrecirculation)回路，EGR阀沿着所述回路布置，所述EGR阀设计成调节废气流率。此外，设有多个运动机构，其用于使得装置移动，所述装置诸如设计成调节废气流率的EGR阀，和/或在可变几何涡轮增压器的情况下的涡轮增压器叶片。
节气门和上述装置都包括机电控制致动器以便在打开位置和关闭位置之间调节位置，以及反之亦然。机电致动器通常包括电动马达和齿轮传动器，所述齿轮传动器将运动从电动马达传递到用户界面。
在市场上可购得的绝大部分机电致动器的情况下，整个保持主体由金属材料、优选由铝制成，并且是一个单件式的主体(即它以没有间隙的方式制成为一个单件)。
由于要求这些机电致动器在变得越来越热的环境中操作，需要能够对它们进行调节，以便使得它们能够在老化的情况下和较大机电应力的情况下保持有效。
发明内容
本发明的一个目的在于提供适于内燃发动机的设有调节回路的机电致动器，所述机电致动器不受现有技术缺陷的影响，同时可容易和低成本地制造。
本发明的另一个目的在于提供制造适于内燃发动机的机电致动器的方法，所述方法克服现有技术的缺陷，同时可容易和低成本地实施。
根据本发明，提供一种用于操作内燃发动机中的组件的机电致动器，所述机电致动器包括致动器主体，该致动器主体在内部容纳致动器装置，所述致动器主体完全由第一金属材料制成且所述致动器装置控制组件的移动以便使得组件在最大打开位置和最大关闭位置之间移动，以及反之亦然；致动器装置包括电动马达和齿轮传动器，所述齿轮传动器将运动从电动马达传递到组件；以及所述机电致动器包括调节回路，所述调节回路限定在致动器主体内并包括适于调节流体通过的管，所述管由第二热传导材料制成；其中致动器主体包括座，其制造成便于接收管，并且设有厚度大致均匀的一层结构性和热传导性树脂，所述结构性和热传导性树脂间置于座和管之间，并且施加到座的整个可用表面上，以便允许管被固定在座内；并且其中所述第一材料和第二材料选自于：钢，优选不锈钢；或铝或铜。
此外，根据本发明，还提供用于制造适于内燃发动机的机电致动器的方法，所述方法包括以下步骤：
通过使得第一金属材料经受模铸(die casting)过程来制造设有座的致动器主体；
将结构性和热固性树脂的迹线施加到座的底部上；以及
将管插入到座内，从而获得间置于座和管之间的大致均匀的一层结构性和热固性树脂。
附图说明
现在将参照示出其非限制性实施例的附图对本发明进行描述，其中：
-图1是根据本发明的设有机电致动器的增压内燃发动机的示意图；
-图2是图1所示机电致动器的第一实施例的平面视图，其中为了更清楚而去除了一些部件；
-图3是图1所示机电致动器的第二实施例的平面视图，其中为了更清楚而去除了一些部件；
-图4和图5正面示出在制造过程的不同和相继步骤中的图1所示机电致动器的调节回路的第一实施例；
-图6是图1所示机电致动器的调节回路的第二实施例的透视图；以及
-图7和图8正面示出在实施以便制造图1所示机电致动器的制造过程的不同和相继步骤中的图6所示调节回路的细节。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示作为一个整体的由涡轮增压器增压系统2增压的内燃发动机。
内燃发动机1包括多个汽缸3(具体地，图1示出四个汽缸3)，每个汽缸3通过至少一个相应的进气门(未示出)连接到进气歧管4以及通过至少一个相应的排气门(未示出)连接到排气歧管5。进气歧管4通过进气管6接收新鲜空气(即来自外部的空气)，所述进气管6上设有空气过滤器7并由节气门8进行调节。沿着进气管6设有中间冷却器9，其执行对被吸入的空气进行冷却的功能。排气歧管5连接到排气管10，其将由燃烧产生的废气供给到排气系统，所述排气系统将由燃烧产生的气体释放到大气中，并通常包括至少一个催化转化器11和布置在催化转化器11下游的至少一个消音器(未示出)。
内燃发动机1的增压系统包括涡轮增压器12，其设有涡轮13和增压器14，所述涡轮13沿着所述排气管10布置成由于从汽缸3排出废气的作用以高速旋转，而所述增压器14沿着进气管6布置并机械地连接到所述涡轮13，以便导致涡轮13本身进行旋转，以增加进入进气管6内的空气压力。
沿着排气管10设有旁通管15，所述旁通管15并联连接到涡轮13以使其端部连接涡轮13自身的上游和下游；沿着旁通管15设置有废气阀16，其设计成调节流动通过旁通管15的废气的流率并由致动器17进行控制。
此外，内燃发动机1包括高压EGR回路EGRHP，高压EGR回路EGRHP进而包括与由汽缸3、进气歧管4和排气歧管5所构成的组合件并连连接的旁通管18。沿着旁通管18，设有泄压阀(blowoff valve)19，其设计成调节流动通过旁通管18的废气的流率并由EGR电磁阀20进行控制。沿着旁通管18，在泄压阀19的下游，设有热交换器21，其执行对流出排气岐管5的废气进行冷却的功能。
内燃发动机1由电子控制单元22进行控制，其控制内燃发动机1的所有组件的操作。电子控制单元22连接到测量存在于进气歧管4内的气体混合物的温度和压力的传感器23，连接到测量内燃发动机1每分钟转数的传感器24，以及连接到测量催化转化器11上游废气的空气/燃料比的传感器25(通常为UHEGO或UEGO线性氧传感器–其是已知的并且在下面不再进行描述)。
最后，内燃发动机1包括低压EGR回路EGRLP，所述低压EGR回路EGRLP进而包括沿着排气管10布置的旁通管26；旁通管26并联连接到涡轮增压器12。沿着旁通管26，设有EGR阀27，其设计成调节流动通过旁通管26的废气的流率。沿着旁通管26，在阀27的上游，还设有热交换器29，其执行对流出排气歧管5和流入增压器14的气体进行冷却的功能。根据一个替代实施例，低压EGR回路EGRLP包括三通混合装置，其布置在排气管10和进气管6之间的交叉区域内，并执行对来自排气管10的废气与存在于进气管6内的新鲜空气的混合进行调节的功能。
低压EGR回路EGRLP源自于催化转化器11下游的排气管10，以便收集已由催化转化器11本身处理过的废气并具有稍大于大气压的压力；以这种方式，由旁通管26再循环的废气是“更清洁的”，也就是说，它们具有较少量的污染物质。该配置也被称为“长路由”EGR，因为旁通管26必须比正常的要更长以便到达催化转化器11的下游。
在图2和图3中，附图标记30总体上指示机电致动器30。在图2和图3中所示的机电致动器30被设计成控制EGR电磁阀20，所述EGR电磁阀20控制用于调节流动通过旁通管18的废气流率的泄压阀19；或者机电致动器30被设计成控制电磁阀，所述电磁阀控制用于调节流动通过旁通管26的废气流率的EGR阀27；或者机电致动器30被设计成控制电磁阀，所述电磁阀控制布置在排气管10和进气管6之间的交叉区域内的三通混合装置；或者机电致动器30被设计成甚至用于激活构成涡轮增压器12的设备的一部分(诸如叶片和/或阀)的装置。
机电致动器30包括致动器装置31，其控制所述EGR电磁阀20。具体地，致动器装置31包括：电动马达M，其导致EGR电磁阀20的运动；还包括连接元件(未示出)，其建立EGR电磁阀20和电动马达M之间的机械连接。具体地，致动器装置31包括齿轮传动器(未详细示出)，其将运动从电动马达M的轴传递到EGR电磁阀20的轴。EGR电磁阀20的轴具有外部部分，其突出以便联接到致动器装置31。
机电致动器30包括箱32，EGR电磁阀20的外部部分突出到所述箱32内。此外，箱32容纳在内部的连接元件、电动马达M和齿轮传动器。
箱32由进气管6支撑，所述箱32通过螺钉固定到进气管6，并且所述箱32设有可移除的盖33，盖33设有环形垫圈以确保充分的密封。此外，箱32具有大致圆柱形的壳体34，壳体34垂直于箱32的壁35延伸并在内部容纳电动马达M。
根据第一变型，机电致动器30完全由第一材料制成，并包括壳体34和L形的腔室34'，所述L形的腔室34'容纳所述齿轮传动器，并由可移除的盖33封闭。根据一个优选的实施例，构成机电致动器30的材料是金属材料，特别是铝或钢(优选不锈钢)或铜。
根据另一变型，可移除的盖33由塑料材料制成。
此外，机电致动器30包括调节回路36，所述调节回路36进而包括座37和管38。
图2、图4和图5涉及调节回路36的第一实施例。在其平面视图中，座37是大致L形的，并具有较长的分支37*和较短的分支37**，以及在较长的分支37*和较短的分支37**之间的弯曲接合部段37***，较长的分支37*和较短的分支37**两者均在箱32内(具体地，在腔室34'的两个分支内)获得。座37在内部接收管38，所述管38由第二材料制成，并且也是大致L形的，其具有较长的分支38*、较短的分支38**，和在较长的分支和较短的分支之间的弯曲接合部段38***。根据一个优选的变型，构成管38的所述第二材料选自于下述材料：钢(优选不锈钢)、铜、铝或任何其它具有良好热交换能力的材料。该管38与泵(未示出)流体连通，这将导致流体循环，并将流体供给到管38以便调节机电致动器30的不同部分。
机电致动器30通过铸造(通常模铸)来制造，其中管38插入到模具内，并且如果有必要，它可随后经受机械加工。换言之，构成机电致动器30的第一材料是围绕管38注射包覆模制的(injection-overmoulded)，以使管38的外表面布置成与座37的内表面接触。
根据优选的实施例，在用于通过铸造(通常模铸)制造机电致动器30的所用模具的内部上，容纳冲头(striker)-支撑元件，在注射过程中，所述冲头-支撑元件用作冲头和用作对管38的支撑，从而避免管38本身的运动。根据详细的图5和图6，支撑元件优选布置在模具的内部上，在管38的弯曲接合部段38***的区域内。在较长的分支37*和较短的分支37**之间的弯曲接合部段37***在上侧开放；具体地，弯曲接合部段37***具有上部窗口39，其形状与布置在模具内部上的支撑元件的形状互补。因此，用于接收管38的座37至少部分地开放。
明显的是，调节回路36可替代地具有可与上述大致L形不同的形状。具体地，根据备选实施例，调节回路36(即座37和管38)具有笔直的形状，并且备选地在箱32的两个部分中的一个部分内获得。
图3、图6、图7和图8涉及调节回路36的第二实施例，并且相同的部件如果可能的话用相同的附图标记来表示。
根据图6至图8，座37在其横截面上具有圆弧部段的形状，其在上侧开放，并且限定座37本身的表面40具有的形状与管38的外表面41大致互补。管38与泵(未示出)流体连通，这将导致流体循环，并将流体供给到管38以便调节机电致动器30的不同部分。
机电致动器30通过铸造(通常模铸)来制造，并且如果有必要，它可随后经受机械加工。换言之，构成机电致动器30的第一材料被模制或注射包覆模制，以便限定用于容纳管38的座37。
根据详细的图6至图8，在完成机电致动器30本身的铸造过程之后，管38插入到U形座37内，所述U形座37在箱32中获得。
一旦机电致动器30的制造过程完成，就可继续并施加结构性和热固性树脂的迹线T。结构性和热固性树脂的迹线T通过合适的施加工具沉积，优选沉积到座37本身的底部上(如可在图4和图5中看到的那样)。
在沉积结构性和热固性树脂的迹线T之后，将管38插入到座37内。存在于所述座37底部上的树脂向上移动，从而完全覆盖座的内表面40，因此以部分地覆盖管38的外表面41，因此，所述树脂并没有朝向机电致动器30的上表面42离开座37。通过这样做，结构性和热固性树脂的大致均匀的层在间置于座37和管38之间的位置内形成(如在图8可看到的那样)。
根据优选的变型，机电致动器30可随后受到热处理(例如，通过红外线、感应或通过在聚合烘箱中经过)，以便完成结构性和热固性树脂的聚合。单组分的结构性和热固性树脂以及双组分的结构性和热固性树脂均可有利地应用；结构性和热固性树脂的聚合参数可基于结构性和热固性树脂的组分而变化。
一旦聚合，树脂可将管38约束到座17上，此外，它允许调节流体和机电致动器30之间的热交换。此外，结构性和热固性树脂具有对可能的热冲击的高抗性并具有相对高(约380℃)的最高操作温度。
根据优选的变型，座37在上侧开放，并且管38仅通过结构性和热固性树脂刚性地约束到座37。
根据另一变型，提供用于将管38锁定在相关的座37中的机械锁定装置(未示出)，诸如沿着管38的整个长度分布的多个托架或固定板。明显的是，调节回路36可替代地具有可与上述大致L形不同的形状。
具体地，根据备选实施例，调节回路36(即座37和管38)具有笔直的形状，并且备选地在箱32的两个部分中的一个部分内获得。
机电致动器30可设计成控制存在于发动机舱内的任何装置，具体地，所述机电致动器30可用于控制选自于下述的任何组件：属于可变几何涡轮增压器12设备的一部分的装置(诸如叶片和/或阀)，设计成调节流动通过旁通管18的废气流率的泄压阀19，废气阀16，设计成调节流动通过旁通管26的废气流率的低压EGR阀27，高压EGR阀，用于调节冷却/油回路的阀，废气扼流阀或用于调节阀瓣/空气动力配件的阀。
在这些情况下，箱32具有的形状可与目前为止所述的那些不同；例如，箱32可包括设有大致圆柱形侧壁的杯状体。基本上而言，由机电致动器30的不同实施例分享的共同特点在于控制内燃发动机1的组件，以便使其在最大打开位置和最大关闭位置之间移动，以及反之亦然。
由于上述情况，排除使用目前为止所述的机电致动器30来操作节气门8。
此外，应该指出的是，机电致动器30可备选地是旋转致动器和线性致动器两者。
上述的机电致动器30具有许多优点。
首先，上述的机电致动器30可容易和低成本地制造，其原因在于它可容易地通过注射模制以及随后施加树脂以便将管38锁定在座37内或通过围绕管38注射模制箱32来制造。
此外，上述的机电致动器30具有非常小的重量和非常低的制造成本。最后，机电致动器30防止在调节回路中使用的和包含在管38内的调节流体例如在其使用期间朝向电动马达M或朝向外部流动，以及不受老化现象影响。

Claims (5)

1.用于操作内燃发动机中的组件(16，19，27)的机电致动器(30)，所述机电致动器(30)包括致动器主体(32)，用于在内部容纳致动器装置(31)，所述致动器主体完全由第一金属材料制成且所述致动器装置控制组件(16，19，27)的移动以便使得组件(16，19，27)在最大打开位置和最大关闭位置之间移动，以及反之亦然；致动器装置(31)包括电动马达(M)和齿轮传动器，所述齿轮传动器将运动从电动马达(M)传递到组件(16，19，27)；所述机电致动器(30)的特征在于，所述机电致动器(30)包括调节回路(36)，所述调节回路(36)限定在致动器主体(32)内并包括适于调节流体通过的管(38)，所述管(38)由第二热传导材料制成；其中致动器主体(32)包括座(37)，该座制造成便于接收管(38)，并且该座(37)在上侧开放，以及限定座(37)本身的表面(40)具有的形状与管(38)的外表面(41)互补；并且设有厚度大致均匀的一层结构性和热传导性树脂，所述结构性和热传导性树脂间置于座(37)和管(38)之间，并且施加到座(37)的整个可用表面上，以便允许管(38)被固定在座(37)内，从而管(38)仅通过结构性和热固性树脂刚性地约束到座(37)；并且其中所述第一金属材料和第二热传导材料选自于：钢或铝或铜。
2.根据权利要求1所述的致动器，其设计成控制选自下述的任何组件：作为可变几何涡轮增压器(12)设备的一部分的装置，设计成调节废气流率的泄压阀(19)，废气阀(16)，低压EGR阀(27)，高压EGR阀，用于调节冷却/油回路的阀，废气扼流阀。
3.根据权利要求1所述的致动器，其中所述钢是不锈钢。
4.用于制造适于内燃发动机的根据权利要求1的机电致动器(30)的方法，所述方法包括以下步骤：
通过使得第一金属材料经受模铸过程来制造设有座(37)的致动器主体(32)；
将结构性和热固性树脂的迹线(T)施加到座(37)的底部上；以及
将管(38)插入到座(37)内，从而获得间置于座(37)和管(38)之间的大致均匀的一层(S)结构性和热固性树脂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述致动器主体(32)经受热处理以导致结构性和热固性树脂的聚合。
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