CN106089451A - 用于电子节气门控制的数字线性致动器大端口侧门控制阀 - Google Patents

用于电子节气门控制的数字线性致动器大端口侧门控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于电子节气门控制的数字线性致动器大端口侧门控制阀。一种数字线性致动器（DLA）大端口节气门控制阀歧管组件，其适用于与各种汽车发动机一起使用。侧门盖形螺帽的大小被设定成使得节气门主体进气歧管的空气的全部量被控制地到发动机。孔洞被形成为侧门盖形螺帽的一部分以最小化盖形螺帽上的轴向空气负载，从而提供压力平衡。提供压力平衡还减小了定位盖形螺帽所需要的轴向力，这转而减小了定位盖形螺帽所需的致动器的大小，因此减小了DLA的总体大小。连同内部充气室端口（一个或复数个）窗轮廓，DLA的位置控制为每个命令位置提供期望的空气流动。

Description

用于电子节气门控制的数字线性致动器大端口侧门控制阀
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月1日提交的美国临时申请号62/155,679的权益。上述申请的公开内容通过引用被并入本文中。
技术领域
本发明总体上涉及包含数字线性致动器（DLA）的阀组件，其中，所述阀组件起空气控制阀的作用。
背景技术
通常，具有带机械节气门主体（MTB）的电子燃料喷射（EFI）的汽油发动机包含拉线驱动加速器以及数字线性致动器（DLA）型怠速空气控制阀（IACV）。IACV被设计成满足车辆排放法规并对拉线污油和机械节气门主体空气流动和空气泄漏负责。对于更大且更昂贵的汽车发动机而言，MTB正在被全电子节气门控制（ETC）取代。此外，ETC和线控驱动已经稳步取代具有EFI的MTB应用。用于ETC的直径的内孔大小在40毫米（针对1.0 L直列式三缸发动机）到87毫米（针对6.2L八缸发动机）之间的范围内。具有ETC的当前设计由于齿轮系、马达和位置传感元件的大小和包装而在大小方面受限制。
被用作IACV的DLA型致动器利用环状盖形螺帽轮廓类型的阀，所述阀改变轴向位置以控制怠速空气流动。这些盖形螺帽设计通常为浴缸塞类型的阀，不过在一些设计中，IACV将盖形螺帽用作周边侧门阀。在任一上文所提及的设计中，IACV仅用于有限的“怠速”空气以控制发动机，而不用于控制“打开的”节气门的需要的全进气量。
因此，存在对于下述DLA的需要，所述DLA的大小适用于更小的汽车发动机并提供全电子节气门控制。
发明内容
本发明是DLA大端口节气门控制组件，其适用于与更小的汽车发动机一起使用。如果侧门盖形螺帽具有足够的直径，那么节气门主体进气歧管的空气的全部量可以被控制地到发动机。本发明的特征之一是包含形成为侧门盖形螺帽的一部分的孔洞，以最小化盖形螺帽上的轴向差动空气负载，从而提供压力平衡。提供压力平衡还减小了定位盖形螺帽所需要的轴向力，这转而减小了定位盖形螺帽所需的致动器的大小，因此减小了DLA的总体大小。连同内部充气室端口（一个或复数个）侧门窗轮廓，DLA的位置控制为每个命令位置提供期望的节气门空气流动。
为了减少“雷诺兹”限制性流动损失，本发明的节气门主体歧管组件包含至少下述两个特性：1)内部充气室端口组合的横截面阴影面积大于或等于入口端口横截面阴影面积以及出口端口横截面阴影面积；以及2)包围内部充气室侧门端口的壳体的外部充气室腔的大小被设定成足以使得出口端口处的帘面积（出口端口周长×外部充气室腔的周向壁和出口端口之间的径向间隙）大于出口端口横截面面积。如果这两个参数被观测到，那么通过本发明的节气门控制组件的压降被最小化或消除。本发明的DLA大端口节气门控制组件适用于具有现有步进马达发动机控制单元操作参数的电子控制。内部端口围绕内部充气室腔的圆周的布置使得在盖形螺帽上实现平衡的径向空气负载（即，净径向侧负载力基本上等于零）。
在一个实施例中，本发明是节气门控制阀组件，其包含壳体、一体式地形成为壳体的一部分的入口端口、一体式地形成为壳体的一部分的出口端口，以及形成为壳体的一部分的内部充气室腔。入口端口通过使用阀构件与内部充气室腔选择性地流体连通，所述阀构件被安置在内部充气室腔中。致动器被连接到壳体，并且阀构件通过致动器被控制。外部充气室腔被形成为壳体的一部分。外部充气室腔与出口端口流体连通，并且与内部充气室腔选择性地流体连通。周向壁被形成为壳体的一部分使得周向壁将内部充气室腔与外部充气室腔分离，并且阀构件与周向壁相接触。多个内部端口被一体式地形成为周向壁的一部分，使得所述内部端口在出口端口和内部充气室腔之间以及在内部充气室腔和外部充气室腔之间提供选择性的流体连通。致动器移动阀构件以选择性地阻塞多个内部端口，从而控制空气从入口端口到出口端口的流动。
致动器能够将阀构件移动到打开位置，使得空气能够从入口端口流动到内部充气室腔中，其中，一部分空气流动通过内部端口并直接流到出口端口，或者一部分空气流动通过外部充气室腔并流到出口端口。致动器还将阀构件移动到闭合位置，使得多个内部端口被阀构件阻塞，并且防止空气从内部充气室腔流动通过外部充气室腔流到出口端口。
在一个实施例中，多个内部端口的组合面积大于出口端口的面积，并且多个内部端口的组合面积大于入口端口的面积。
阀构件包含具有第一侧和第二侧的盖形螺帽，至少一个孔洞被形成为盖形螺帽的一部分，并且外部圆柱形部分被形成为盖形螺帽的一部分。外部圆柱形部分与周向壁滑动接触。空气可以流动通过被形成为盖形螺帽的一部分的孔洞，以在盖形螺帽的第一侧和第二侧上提供压力平衡。盖形螺帽被移动使得当盖形螺帽在打开位置和闭合位置之间被轴向地移动时外部圆柱形部分选择性地阻塞多个内部端口。
在实施例中，阀构件是侧门盖形螺帽，但在本发明的范围内也可以使用其它类型的阀构件。而且，内部端口围绕内部充气室腔的圆周被定位成使得在盖形螺帽上实现平衡的径向空气负载（即，径向侧负载的合力基本上等于零）。
本发明的适用性的进一步领域将从下文所提供的具体实施方式变得显而易见。应理解，虽然指示了本发明的优选实施例，但是具体实施方式和具体示例意欲仅用于说明目的而并非意欲限制本发明的范围。
附图说明
根据具体实施方式和附图本发明将被更完全地理解，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的节气门控制阀的透视图；
图2是根据本发明的实施例的节气门控制阀的侧视图；
图3是沿图4的线3-3截取的节气门控制阀的剖面侧视图；
图4是根据本发明的实施例的节气门控制阀的仰视图；
图5是根据本发明的实施例的节气门控制阀的侧视图；
图6是根据本发明的实施例的节气门控制阀的俯视图；以及
图7是沿图5的线7-7截取的节气门控制阀的剖面侧视图。
具体实施方式
优选实施例（一个或复数个）的以下描述本质上仅是示例性的，且不以任何方式意欲限制本发明、其应用或用途。
根据本发明的节气门控制阀组件在图中大体示于10处。阀10包含壳体12，并且入口端口14和出口端口16被形成为壳体12的部分。端口14、16两者均与内部充气室腔（大体示于18处）流体连通，并且内部充气室腔18通过周向壁22与外部充气室腔（大体示于20处）分离。外部充气室腔20的一部分也与出口端口16流体连通，其中，外部充气室腔20与出口端口16流体连通的这部分由出口端口16的直径来确定。多个内部端口24被形成为周向壁22的一部分，其中，出口端口16通过内部端口24（示于图2中）中的一或多个与内部充气室腔18流体连通。
在这个实施例中，内部端口24是基本上方形的且每边为9.0毫米，但在本发明的范围内对于期望的流动控制可以使用其它形状和尺寸。每个内部端口24的面积可以不同，但不论内部端口24的形状如何，内部端口24的组合面积都大于入口端口14的面积，并且内部端口24的组合面积也大于出口端口16的面积，以便减少或最小化流动通过阀10的空气的“雷诺兹”限制性流动损失。而且，包围内部端口24的壳体12的外部充气室腔18的大小被设定成足以使得出口端口16处的帘面积（出口端口周长×外部充气室腔20的周向壁22和出口端口16之间的径向间隙）大于出口端口16的横截面面积。
致动器（大体示于26处）被连接到壳体12，在这个实施例中，所述致动器是步进马达类型的致动器，但在本发明的范围内也可以使用其它类型的致动器。致动器26包含柱塞28，并且阀构件被连接到柱塞28，所述阀构件在这个实施例中是侧门盖形螺帽30。盖形螺帽30与周向壁22的内部充气室表面滑动接触。盖形螺帽30包含中央阀板30d，并且多个孔洞32被形成为中央阀板30d的一部分。孔洞32提供了一种途径，其在盖形螺帽30相对于周向壁22移动时，确保在轴向方向上中央阀板30d的第一侧30a和中央阀板30d的第二侧30b之间的压力平衡。内部充气室腔18通过中央阀板30d分成两个体积：第一内部体积（大体示于18a处），其位于中央阀板30d和被形成为入口端口14的一部分的阀座38之间；以及第二内部体积（大体示于18b处），其位于中央阀板30d和壳体12的后壁12a之间。
还存在连接器（大体示于34处），其与致动器26电气连通。当电流通过连接器34施加到致动器26时，致动器26被激活。为移动盖形螺帽30柱塞28行进的方向通过致动器26控制。柱塞28和盖形螺帽30被示出为轴向且径向地固定，但是，在其它实施例中，对盖形螺帽30提供径向自由，这将补偿轴向未对准，以及盖形螺帽30的所得行进路径。当柱塞28在第一或收回方向上行进时，盖形螺帽30沿延伸穿过柱塞28的轴线36朝致动器26移动，并且当柱塞28在第二或延伸方向上行进时，盖形螺帽30沿轴线36移动远离致动器26。当处于闭合位置中时，盖形螺帽30与阀座38相接触。盖形螺帽30还包含外部圆柱形部分30c，所述外部圆柱形部分30c与周向壁22的内部紧密滑动接触。当盖形螺帽30向前延伸到闭合位置时，外部圆柱形部分30c完全阻塞通过内部端口24的空气流动。
在图3中，盖形螺帽30被示为处于完全打开位置中，其中，内部端口24完全未被外部圆柱形部分30c阻塞。当处于打开位置中时，空气从入口端口14流到内部充气室腔18中。一部分空气流到第一内部体积18a中，并且一部分空气由于空气穿过孔洞32而流到第二内部体积18b中。在阀10的操作期间，空气也可以在两个内部体积18a、18b之间流动，并且基于盖形螺帽30的位置可以不断变化。流到每个内部体积18a、18b中的空气的部分取决于盖形螺帽30的位置。另外，当盖形螺帽30的位置改变时，每个内部体积18a、18b的大小也改变。空气流动通过孔洞32以在中央阀板30的每一侧30a、30b上提供压力平衡，不论中央阀板30的位置如何。内部端口24围绕周向壁22的布置使得在盖形螺帽30上实现平衡的径向空气负载（即，净侧负载力基本上等于零）。
在操作期间，当盖形螺帽30被移动远离阀座38时，第一内部体积18a中的空气流动通过内部端口24。在空气穿过内部端口24之后，一部分空气直接流到出口端口16中，且一部分空气流到外部充气室腔20中并且然后流到出口端口16中。与在其中内部端口24被形成为周向壁22的一部分并紧密靠近出口端口16的配置相对照，内部端口24和外部充气室腔20的配置在入口端口14和出口端口16之间提供更高的最大流量。
致动器26被控制以在打开位置（如图3中所示）到闭合位置之间移动侧门盖形螺帽30，使得盖形螺帽30被移动远离致动器26，其中，盖形螺帽30与阀座38相接触，内部端口24被外部圆柱形部分30c阻挡，并且入口端口14不再与出口端口16流体连通。当盖形螺帽30与阀座38相接触时，第一内部体积18a基本上减小到零。但是，在第二内部体积18b中仍存在空气，因为当盖形螺帽30与阀座38相接触时仍允许空气流动通过中央阀板30d的孔洞32。盖形螺帽30还能够被选择性地放置在完全打开和闭合位置之间的任何位置中以将外部圆柱形部分30c配置成部分地阻塞内部端口24，从而控制空气在入口端口14和出口端口16之间的流动。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此未脱离本发明的主旨的变型意欲在本发明的范围内。此类变型将不被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (23)

1.一种设备，其包括：
阀组件，所述阀组件包含：
致动器；
阀构件，所述阀构件能够在打开位置和闭合位置之间移动，所述阀构件被连接到所述致动器；以及
壳体，所述壳体具有入口端口和出口端口；
其中，所述致动器控制所述阀部分在所述打开位置和所述闭合位置之间的移动以控制空气在所述入口端口和所述出口端口之间的流动。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
内部充气室腔，所述内部充气室腔被形成为所述壳体的一部分并且与所述入口端口选择性地流体连通；
外部充气室腔，所述外部充气室腔被形成为所述壳体的一部分并且与所述出口端口流体连通；
周向壁，所述周向壁被形成为所述壳体的一部分并且将所述内部充气室腔和所述外部充气室腔分离；以及
至少一个内部端口，所述至少一个内部端口被形成为所述周向壁的一部分，所述至少一个内部端口提供所述内部充气室腔和所述外部充气室腔之间的流体连通；
其中，所述阀构件沿所述周向壁移动以选择性地阻挡所述至少一个内部端口的至少一部分，并且控制空气从所述入口端口到所述内部充气室腔中、到所述外部充气室腔中以及穿过所述出口端口的流动。
3.根据权利要求2所述的设备，所述至少一个内部端口进一步包括被形成为所述周向壁的一部分的多个内部端口。
4.根据权利要求2所述的设备，所述阀构件进一步包括侧门盖形螺帽。
5.根据权利要求4所述的设备，所述侧门盖形螺帽进一步包括：
至少一个孔洞，所述至少一个孔洞被形成为所述盖形螺帽的一部分；
其中，空气流动通过被形成为所述盖形螺帽的一部分的所述至少一个孔洞，以在所述盖形螺帽的第一侧和第二侧上提供压力平衡。
6.根据权利要求4所述的设备，所述盖形螺帽进一步包括：
被形成为所述盖形螺帽的一部分的外部圆柱形部分，所述外部圆柱形部分与所述周向壁滑动接触；
其中，所述盖形螺帽被移动使得当所述盖形螺帽在所述打开位置和所述闭合位置之间被移动时，所述外部圆柱形部分选择性地阻塞所述多个内部端口。
7.根据权利要求2所述的设备，其中，所述致动器将所述阀构件移动到打开位置，其中，空气能够从所述入口端口流入到所述内部充气室腔中，其中，一部分所述空气流动通过所述至少一个内部端口直接流到所述出口端口，并且一部分所述空气流动通过所述至少一个内部端口、通过所述外部充气室腔并流到所述出口端口。
8.根据权利要求2所述的设备，其中，所述致动器将所述阀构件移动到闭合位置，使得所述至少一个内部端口被所述阀构件阻塞，并且防止空气从所述内部充气室腔流动通过所述外部充气室腔到所述出口端口。
9.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个内部端口的面积大于所述出口端口的面积。
10.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个内部端口的面积大于所述入口端口的面积。
11.一种阀组件，其包括：
壳体；
入口端口，所述入口端口被形成为所述壳体的一部分；
出口端口，所述出口端口被形成为所述壳体的一部分使得所述出口端口与所述入口端口选择性地流体连通；
致动器，所述致动器被连接到所述壳体；
阀构件，所述阀构件被连接到所述致动器并通过所述致动器控制，所述阀构件在所述壳体中位于所述入口端口和所述出口端口之间；
周向壁，所述周向壁被形成为所述壳体的一部分，所述阀构件与所述周向壁相接触；以及
多个内部端口，所述多个内部端口被形成为所述周向壁的一部分；
其中，所述致动器在打开位置和闭合位置之间移动所述阀构件，使得空气从所述入口端口穿过所述多个内部端口并穿过所述出口端口，以及所述致动器将所述阀构件移动到闭合位置，在所述闭合位置处，所述阀构件阻塞所述多个内部端口，从而防止空气从所述入口端口到所述出口端口的所述流动。
12.根据权利要求11所述的阀组件，其进一步包括：
内部充气室腔，所述内部充气室腔被形成为所述壳体的一部分，所述阀构件位于所述腔中；以及
外部充气室腔，所述外部充气室腔被形成为所述壳体的一部分，所述周向壁将所述内部充气室腔与所述外部充气室腔分离；
其中，当所述阀构件处于所述打开位置中使得所述空气流动通过所述多个内部端口时，空气从所述入口端口流入到所述内部充气室腔中，其中，一部分所述空气流到所述出口端口，且一部分所述空气穿过所述外部充气室腔并且然后流到所述出口端口。
13.根据权利要求11所述的阀组件，其中，所述多个内部端口的组合面积大于所述出口端口的面积。
14.根据权利要求11所述的阀组件，其中，所述多个内部端口的组合面积大于所述入口端口的面积。
15.根据权利要求11所述的阀组件，所述阀构件进一步包括盖形螺帽。
16.根据权利要求15所述的阀组件，所述盖形螺帽进一步包括：
被形成为所述盖形螺帽的一部分的至少一个孔洞；
其中，空气流动通过被形成为所述盖形螺帽的一部分的所述至少一个孔洞，以在所述盖形螺帽的第一侧和第二侧上提供压力平衡。
17.根据权利要求15所述的阀组件，所述盖形螺帽进一步包括：
外部圆柱形部分，所述外部圆柱形部分被形成为所述盖形螺帽的一部分，所述外部圆柱形部分与所述周向壁滑动接触；
其中，所述盖形螺帽被移动使得当所述盖形螺帽在所述打开位置和所述闭合位置之间被移动时，所述外部圆柱形部分选择性地阻塞所述多个内部端口。
18.一种节气门控制阀组件，其包括：
壳体；
入口端口，所述入口端口被一体式地形成为所述壳体的一部分；
出口端口，所述出口端口被一体式地形成为所述壳体的一部分；
内部充气室腔，所述内部充气室腔被形成为所述壳体的一部分，所述入口端口与所述内部充气室腔选择性地流体连通；
阀构件，所述阀构件被安置在所述内部充气室腔中；
致动器，所述致动器被连接到所述壳体，所述阀构件通过所述致动器被控制；
外部充气腔，所述外部充气室腔被形成为所述壳体的一部分，所述外部充气室腔与所述出口端口流体连通，并且所述外部充气室腔与所述内部充气室腔选择性地流体连通；
周向壁，所述周向壁被形成为所述壳体的一部分，使得所述周向壁将所述内部充气室腔与所述外部充气室腔分离，所述阀构件与所述周向壁相接触；以及
多个内部端口，所述多个内部端口被一体式地形成为所述周向壁的一部分，所述多个内部端口在所述出口端口和所述内部充气室腔之间以及在所述内部充气室腔和所述外部充气室腔之间提供选择性流体连通；
其中，所述致动器移动所述阀构件，以选择性地阻塞所述多个内部端口，从而控制空气从所述入口端口到所述出口端口的流动。
19.根据权利要求18所述的节气门控制阀组件，其中，所述致动器将所述阀构件移动到打开位置，使得空气能够从所述入口端口流入到所述内部充气室腔中，其中，一部分所述空气流动通过所述内部端口并或者直接流到所述出口端口，并且一部分所述空气流动通过所述外部充气室腔并流到所述出口端口。
20.根据权利要求18所述的节气门控制阀组件，其中，所述致动器将所述阀构件移动到闭合位置，使得所述多个内部端口被所述阀构件阻塞，并且防止空气从所述内部充气室腔流动通过所述外部充气室腔到所述出口端口。
21.根据权利要求18所述的节气门控制阀组件，其中，所述多个内部端口的组合面积大于所述出口端口的面积。
22.根据权利要求18所述的节气门控制阀组件，其中，所述多个内部端口的组合面积大于所述入口端口的面积。
23.根据权利要求18所述的节气门控制阀组件，所述阀构件进一步包括：
盖形螺帽，所述盖形螺帽具有第一侧和第二侧；
至少一个孔洞，所述至少一个孔洞被形成为所述盖形螺帽的一部分；以及
外部圆柱形部分，所述外部圆柱形部分被形成为所述盖形螺帽的一部分，所述外部圆柱形部分与所述周向壁滑动接触；
其中，空气流动通过被形成为所述盖形螺帽的一部分的所述至少一个孔洞，以在所述盖形螺帽的所述第一侧和所述第二侧上提供压力平衡；并且所述盖形螺帽被移动使得当所述盖形螺帽在所述打开位置和所述闭合位置之间被移动时，所述外部圆柱形部分选择性地阻塞所述多个内部端口。
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