CN106979085B - 用于电子节气门控制阀的轴承密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明是节气门本体组件，其适用于汽油和柴油应用两者，并且也可用于流体计量应用，例如，用于水冷却阀。所述节气门本体组件包括至少一个轴承组件和至少一个密封件，所述密封件用来将轴承组件配置成经受住高压环境。

Description

用于电子节气门控制阀的轴承密封组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月19日提交的美国临时申请号62/280,268的权益。上述申请的公开内容通用引用并入本文中。

技术领域

本发明大体涉及用于电子节气门本体组件的轴承和密封件组合，以允许电子节气门本体组件在高压下操作而不损坏轴承。

背景技术

节气门本体组件通常是已知的，且为用于控制在车辆操作期间进入到发动机中的空气流的量的一种类型的阀组件。节气门本体组件通常包括安装在轴上的阀板，旋转所述轴来控制空气流。还存在支撑所述轴的某种类型的衬套或轴承。节气门本体组件位于发动机室中，并暴露于恶劣环境中。轴承或衬套会暴露至可能存在于流经阀组件的空气中的碎屑、来自车辆燃料的酸，并且会暴露至高压和高空气流率之下。要求是使得节气门本体组件适用于汽油和柴油应用，以及具有经受住暴露于恶劣环境中的能力。如果使用轴承，则轴承通常为滚针轴承，因为滚针轴承和衬套能够经受住恶劣环境中的压力。

对于在这些应用中的使用，球轴承被认为是更期望的，因为球轴承提供更优的耐久性、组装性和减小的摩擦的优点。然而，球轴承通常不能经受住这些恶劣环境，主要是因为球轴承在暴露至更高的空气压力和真空（例如，压力或真空大于1.0巴的环境）下时不适合操作。碎屑和酸可导致衬套或轴承降级。

因此，需要一种节气门本体或阀组件，其能够包括球轴承的使用，其中所述球轴承配置来经受住恶劣环境，例如，压力为1.0巴或更大压力的恶劣环境。

发明内容

本发明是适用于汽油和柴油应用两者的节气门本体组件，并且其也可用于流体计量应用，例如，用于水冷却阀。节气门本体组件包括至少一个轴承组件和密封件，所述密封件用来将轴承组件配置成经受住高压环境。

根据实施例，本发明是阀组件，其包括：壳体；中心端口，其形成为所述壳体的一部分；孔口，其形成为所述壳体的一部分；以及轴，其延伸穿过所述孔口，使得所述轴延伸穿过所述中心端口。阀板安装在所述轴上，使得所述阀板安置在所述中心端口中。还存在形成为所述壳体的一部分的钻孔，所述轴至少部分地延伸穿过所述钻孔。至少一个密封件位于所述钻孔中使得所述密封件围绕所述轴，且至少一个轴承组件安装在所述轴上并位于所述钻孔中使得所述轴承邻近所述密封件。当旋转所述轴以改变所述阀板的位置和穿过中心端口的空气流时，所述密封件防止所述轴承因暴露至由于空气流的高压而损坏。在一个实施例中，所述密封件防止所述轴承因暴露至大于或等于1.0巴的压力而损坏。

在一个实施例中，所述密封件位于所述轴承组件与所述中心端口之间。在另一个实施例中，所述轴承组件位于所述密封件与所述中心端口之间。

在一个实施例中，所述密封件具有X形截面，其包括至少一个内凸缘部分和至少一个外凸缘部分，其中所述内凸缘部分接触所述轴，且所述外凸缘部分接触所述凸台。

在另一个实施例中，所述密封件包括基底部分，且至少一个凸缘部分与所述基底部分一体成型，其中所述基底部分接触所述钻孔，且所述凸缘部分接触所述轴。

在又另一个实施例中，所述密封件包括外基底部分，且至少一个内唇形部分与所述外基底部分一体成型，使得所述外基底部分接触所述钻孔，且所述内唇形部分接触所述轴。

本发明的另外的适用领域将从下文所提供的详细描述变得清楚的。应理解到，虽然指出了本发明的优选实施例，但详细描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

将从详细描述和附图将变得更充分地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的实施例的节气门本体组件的壳体的透视图；

图2是根据本发明的实施例的一个实施例的节气门本体组件的分解图；

图3是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件的剖面侧视图；

图4是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件以及密封件的实施例的剖面侧视图；

图5是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件以及密封件的另一个实施例的剖面侧视图；

图6是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件以及密封件的又另一个实施例的剖面侧视图；

图7是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件以及密封件的再另一个实施例的剖面侧视图；

图8是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件以及密封件的再另一个实施例的剖面侧视图；

图9是根据本发明的实施例的安置在壳体的钻孔中的轴承组件以及密封件的又另一个实施例的剖面侧视图。

具体实施方式

对优选实施例的以下描述本质上仅是示例性的，且并不旨在限制本发明、其应用或用途。

根据本发明的节气门控制组件在附图中通常示为10。组件10包括壳体12，且中心端口14形成为壳体12的一部分，在组件10的操作期间空气穿过该中心端口。轴16延伸穿过中心端口14中，该轴是可旋转的。轴16包括槽18，且阀构件安置在槽18中，在此实施例中，该阀构件是阀板20。阀板20包括两个孔口22，这两个孔口与形成为轴16的一部分的两个螺纹孔口24对准。紧固件也将板20连接到轴16，在此实施例中，该紧固件是螺纹螺钉26，该螺纹螺钉插入穿过板20的孔口22和轴16的螺纹孔口24，从而将阀板20固定到轴16。

轴16部分地安置在孔口28a中，该孔口28a形成为第一凸台52a的一部分，且第一凸台52a形成为壳体12的一部分。中心端口14还包括侧壁14a，该侧壁14a也形成第一凸台52a的一部分，且孔口28a形成为凸台52a的一部分。第一轴承组件30a和第二轴承组件30b支撑轴16，且允许轴16相对于壳体12进行旋转。第一轴承组件30a位于凸台52a中且通过塞32固持就位在凸台52a中。第二轴承组件30b位于第二凸台52b中，且通过C形垫圈34保持在凸台52b中，该C形垫圈位于形成为轴16的一部分的凹槽50中。存在形成为侧壁14a的一部分的第二孔口28b，使得第二孔口28b形成为第二凸台52b的一部分。第二轴承组件30b位于C形垫圈34与轴16的端部之间，且位于形成为壳体12的一部分的凸台52b内部并由该凸台52b支撑。

壳体12还包括腔体（通常示于36处），且致动器安置在该腔体36中，在此实施例中致动器是由两个马达螺钉40固持就位的电动马达38。第一齿轮或小齿轮42附接到马达38的轴。小齿轮42与第二齿轮或中间齿轮44啮合。中间齿轮44安装在中间轴46上，且中间轴46部分地延伸到形成为壳体12的一部分的孔口48中。中部齿轮54也形成为中间齿轮44的一部分，该中部齿轮的直径与中间齿轮44相比更小。中部齿轮54与扇形齿轮58啮合。

下部衬套60安装在凸台52的外部上并围绕凸台52的外部，且可偏压构件62安装在下部衬套60上，在此实施例中，该可偏压构件是具有两个线圈部分的回位弹簧62。回位弹簧围绕下部衬套60，且存在安置于回位弹簧62的线圈部分之间的中间衬套66。中间衬套66包括缝隙部分68，该缝隙部分允许中间衬套66部分地偏转而不断裂，使得可由单个连续线材一同制成线圈部分，且中间衬套66可安装在线圈部分之间。

扇形齿轮58安装在线圈部分中的一个上，且回位弹簧62的一端接触充当第一弹簧止动件的第一销74，而回位弹簧62的第二端接触充当第二弹簧止动件的第二销76。销74、76分别部分地安置在形成为壳体12的一部分的相对应孔口78中。

盖80连接到壳体12，且密封件82安置在盖80与壳体12之间，该密封件围绕形成为壳体12的一部分的外唇部84。盖80使用多个夹具86连接到壳体12。还存在第二盖88，其附接到盖80。一旦盖80附接到壳体12，则能够通过盖80中的开口观察到用于马达38的端子。一旦确定马达38的端子接触形成为盖80的一部分的端子，则将第二盖88附接到盖80。

盖80还包括连接器90，该连接器与马达38电气连通，使得连接器90能够连接到电源。引线框架与盖80一体成型，该引线框架使连接器90与传感器（未示出）电气连通。

图3中示出了壳体12的一部分的放大剖视图，该壳体包括凸台52b和第二轴承组件30b。尽管示出了第二轴承组件30b，但是在本发明的范围内本发明的各种方面也适用于第一轴承组件30a。在此实施例中，轴承组件30a、30b是球轴承组件。图3中所示的轴承组件30b包括接触轴16的内圈92和接触凸台52b的外圈94。轴承构件94a安置在内圈92与外圈94之间，在此实施例中，该轴承构件为球轴承构件。还存在几个外密封表面96，其中一个外密封表面96a可为轴16的一部分，另一个外密封表面96b是凸台52b的一部分，其中一个表面96c可为内圈92的一部分，且另一个外密封表面96d可为外圈94的一部分。还存在几个内密封表面98。更具体地，存在：内密封表面98a，其为轴16的一部分；内密封表面98b1、98b2，其为凸台52b的一部分；另一个内密封表面98c，其为内圈92的一部分；以及内密封表面98d，其为外圈94的一部分。

存在可用于在轴承组件30b处或其周围提供密封功能的不同类型的密封件。图4中示出了与轴承组件30b一起使用的密封件100的实施例，其中该密封件100位于轴承组件30b与侧壁14a之间，使得基本上防止来自中心端口14的碎屑接触轴承组件30b。密封件100包括基底部分100a和两个凸缘部分100b。基底部分100a接触几个内密封表面98b1、98b2、98d，其中一个凸缘部分100b接触形成为轴16的一部分的内密封表面98a和形成为凸台52b的一部分的其中一个内密封表面98b1，且另一个凸缘部分100b接触形成为轴16的一部分的内密封表面98a和形成为内圈92的一部分的其中一个内密封表面98c。

图5中示出了密封件102的另一个实施例，其中这个密封件102也位于轴承组件30b与侧壁14a之间。然而，在此实施例中，密封件102包括X形截面，其具有内凸缘部分102a和外凸缘部分102b。其中一个内凸缘部分102a接触形成为轴16的一部分的内密封表面98a和形成为内圈92的一部分的其中一个内密封表面98c，且另一个内凸缘部分102a接触形成为轴16的一部分的内密封表面98a和形成为凸台52b的一部分的其中一个内密封表面98b1。其中一个外凸缘部分102b接触凸台52b的内密封表面98b1、98b2，而另一个外凸缘部分102b接触凸台52b的其中一个内密封表面98b2和外圈94的内密封表面98d。

密封件102也可放置在轴承组件30b的外部，如图6中所示，使得轴承组件30b相对于密封件102更接近侧壁14a。在此实施例中，密封件102的其中一个内凸缘部分102a接触形成为轴16的一部分的外密封表面96a，另一个内凸缘部分102a接触轴16的外密封表面96a和形成为内圈92的一部分的外密封表面96c。其中一个外凸缘部分102b接触形成为凸台52b的一部分的外密封表面96b，另一个外凸缘部分102b接触形成为凸台52b的一部分的外密封表面96b和形成为外圈94的一部分的外密封表面96d。

图7中示出了另一个实施例，其中轴16具有两个直径，第一直径16a小于第二直径16b。图7中还示出了具有X形截面的密封件102，其中一个内凸缘部分102a接触内圈92的内密封表面98c和轴16的内密封表面98a，且另一个内凸缘部分102a接触轴16的内密封表面中的两个98a、98b3。此外，其中一个外凸缘部分102b接触凸台52a的内密封表面98b2，且另一个外凸缘部分102b接触凸台52a的内密封表面98b1、98b2。

图8中示出了又另一个实施例，其中轴16也具有两个直径16a、16b。在此实施例中，使用唇形密封件104，其具有外基底部分104a和内唇形部分104b。在此实施例中，唇形密封件104的外基底部分104a接触凸台52的内密封表面98b1、98b2。内唇形部分104b接触轴16的内密封表面98a和内圈92的内密封表面98c。

图9中示出了本发明的另一个实施例，其中相似附图标记指代相似元件。在此实施例中，轴16同样具有两个直径16a、16b。然而，在此实施例中，密封件102位于第二直径16b上，该第二直径是两个直径16a、16b中的较大的直径。在此实施例中，壳体12和凸台52a的形状不同以适应密封件102的位置变化。内圈92邻近于轴16的具有第二直径16b的部分，但仍安装到轴16的具有第一直径16a的部分。使用具有X形截面的密封件102，但在本发明的范围内也可使用具有其它形状和截面的密封件。在此实施例中，其中一个内凸缘部分102a接触轴16的内密封表面98a，且另一个内凸缘部分102a接触轴16的内密封表面98a和凸台52a的其中一个内密封表面98b1。而且，其中一个外凸缘部分102b接触外圈94的内密封表面98d和凸台52a的内密封表面98b2，且另一个外凸缘部分102b接触凸台52a的内密封表面98b1、98b2。

在操作中，弹簧62偏压扇形齿轮58，且因此偏压轴16和阀板20朝向闭合位置，使得中心端口14取决于组件10的配置方式而基本上被闭合或完全阻断。当将电流施加到马达38时，小齿轮42旋转，这引起中间齿轮44、中部齿轮54和扇形齿轮58旋转。为使扇形齿轮58旋转，克服由回位弹簧62施加到扇形齿轮58的力。扇形齿轮58的旋转量与施加到马达38的电流量成比例，所述旋转必须克服由回位弹簧62施加到扇形齿轮58的力。

当扇形齿轮58旋转时，轴16也旋转，从而使板20旋转，且允许增加通过中心端口14的空气流水平。由传感器检测扇形齿轮58的旋转量，使得可将阀板20放置在期望的位置中。轴16由轴承组件30a、30b支撑，且密封件100、102、104防止在节气门控制组件10的操作期间轴承组件30a、30b周围发生泄漏。节气门控制组件10可用来控制空气或任何类型的流体的流，从而使组件10对许多不同应用（包括其中组件暴露至高压下的应用）均是有用的。

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旨在落入本发明的范围内。此类变型将不被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于电子节气门控制阀的设备，其包括：

阀组件，其包含：

壳体，其限定中心端口；

阀板，其安置在所述中心端口中且安装在轴上；

至少一个凸台，其形成为所述壳体的一部分，所述轴至少部分地安置在所述至少一个凸台中；

至少一个轴承组件，其安置在所述凸台中，使得所述轴延伸穿过所述轴承组件并由所述轴承组件支撑，所述轴承组件包括：

与所述壳体接触的外圈；

内圈，所述轴延伸穿过所述内圈；

轴承构件，其设置在所述外圈与所述内圈之间；

至少一个密封件，其位于所述凸台中且邻近所述至少一个轴承组件，所述至少一个密封件还包括：

内凸缘部分，所述内凸缘部分中的一个与所述内圈和所述轴接触，以及所述内凸缘部分中的另一个与所述至少一个凸台和所述轴接触；

外凸缘部分，所述外凸缘部分中的一个与所述外圈和所述至少一个凸台接触；以及

致动器，其用于控制所述阀板和所述轴的旋转；

其中，当所述至少一个轴承组件暴露至高压下时，所述至少一个密封件防止所述至少一个密封件与所述至少一个凸台之间的泄漏，以及所述至少一个密封件防止所述至少一个密封件与所述轴之间的泄漏；

其中，所述至少一个轴承组件为球轴承组件；

所述轴进一步包括：

第一直径部分；以及

第二直径部分，所述第二直径部分大于所述第一直径部分；

其中，所述至少一个轴承安装在所述第一直径部分上。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，至少一个密封件位于所述至少一个轴承组件与所述中心端口之间。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个轴承组件位于所述至少一个密封件与所述中心端口之间。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个密封件位于所述轴的所述第一直径部分上。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个密封件位于所述轴的所述第二直径部分上。

6.一种阀组件，其包括：

阀组件，其包括：

壳体；

侧壁，其形成为所述壳体的一部分；

中心端口，其形成为所述壳体的一部分，所述侧壁是所述中心端口的一部分；

至少一个孔口，其形成为所述侧壁的一部分；

轴，其延伸穿过所述至少一个孔口，使得所述轴延伸穿过所述中心端口；

阀板，其安装在所述轴上，使得所述阀板安置在所述中心端口中；

至少一个凸台，其形成为所述壳体的一部分，所述至少一个孔口是所述至少一个凸台的一部分；

至少一个密封件，其位于所述至少一个凸台中，使得所述至少一个密封件围绕所述轴；以及

至少一个轴承组件，其安装在所述轴上并位于所述至少一个凸台中，使得所述至少一个轴承邻近所述至少一个密封件，所述轴承组件包括：

与所述壳体接触的外圈；

内圈，所述轴延伸穿过所述内圈；

轴承构件，其设置在所述外圈与所述内圈之间；

所述至少一个密封件还包括：

内凸缘部分，所述内凸缘部分中的一个与所述内圈和所述轴接触，以及所述内凸缘部分中的另一个与所述至少一个凸台和所述轴接触；

外凸缘部分，所述外凸缘部分中的一个与所述外圈和所述至少一个凸台接触；

其中，当所述轴旋转以改变所述阀板的位置和穿过所述中心端口的空气流时，以及当所述至少一个轴承组件暴露至来自所述空气流的高压下时，所述至少一个密封件防止所述至少一个密封件与所述凸台之间的泄漏，以及所述至少一个密封件防止所述至少一个密封件与所述轴之间的泄漏；

其中，所述至少一个轴承组件为球轴承组件；

所述轴进一步包括：

第一直径部分；以及

第二直径部分，所述第二直径部分大于所述第一直径部分；

其中，所述至少一个轴承安装在所述第一直径部分上。

7.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述至少一个密封件防止所述至少一个轴承暴露至大于或等于1.0巴的压力。

8.根据权利要求6所述的阀组件，其中，至少一个密封件位于所述至少一个轴承组件与所述中心端口之间。

9.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述至少一个轴承组件位于所述至少一个密封件与所述中心端口之间。

10.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述至少一个密封件进一步包括X形截面。

11.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述至少一个密封件位于所述轴的所述第一直径部分上。

12.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述至少一个密封件位于所述轴的所述第二直径部分上。

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