CN109312669B

CN109312669B - 用于内燃机的废气活门装置

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Publication number: CN109312669B
Application number: CN201780023962.0A
Authority: CN
Inventors: S.汉布洛克; D.卡玛丽斯; R.埃克豪特; K.冯德比克; R.罗伊尔; J.拉杰夫斯基
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: DE102016107265B4; EP3445960B1; EP3445960A1; CN109312669A; WO2017182233A1; DE102016107265A1

Abstract

已知一种用于内燃机的废气活门装置，其具有流通壳体(10)、活门体(14)、轴件(16)、至少一个径向轴承(26,28)、密封装置(44)，所述流通壳体限定流动通道(12)，所述活门体(14)固定在所述轴件上，所述轴件(16)通过所述径向轴承在流通壳体(10)的至少一个轴承容纳部(22,24)中径向地支承，所述密封装置具有陶瓷盘(48)和固定在轴件(16)上的套筒(50)。为了减小在轴向轴承和陶瓷盘之间的摩擦系数和磨损并且提高密封性，建议轴向轴承(40)固定在孔(34)中并且由烧结的铬含量高的铁合金的金属粉末制成，并且具有带碳化物合金成分和均匀分布的固体润滑剂相的奥氏体的和铁素体的复合结构，并且轴向地相对于陶瓷盘(48)受载荷，所述陶瓷盘能自由转动地围绕轴件(16)。

Description

用于内燃机的废气活门装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的废气活门装置，其具有流通壳体、活门体、轴件、至少一个径向轴承、密封装置，所述流通壳体限定流动通道，所述活门体固定在所述轴件上，所述轴件通过所述径向轴承在流通壳体的至少一个轴承容纳部中径向地支承，所述密封装置具有陶瓷盘和固定在轴件上的套筒。

背景技术

这种废气活门装置例如可以以蝶形阀的形式被制造并且例如作为废气再循环活门或者废气拦堵活门使用。

在此，在设计这种废气活门装置时特别要注意的是所使用的密封装置和轴向轴承，其一方面应当尽可能无摩擦地工作，另一方面必须在热负载升高的情况下和在废气范围中存在的侵蚀性环境中都能可靠地密封。在此尤其是在密封装置中使用的材料副高度相关，因为温度在从-50℃直至650℃变化时也必须补偿热膨胀，而不导致密封装置运行不畅或者泄露升高。此外，所使用的材料必须是抗腐蚀的和允许尽可能少的例如由炭灰或者含水的油雾导致的附着，以便能可靠防止卡住。因此已知多种不同的具有轴密封件的轴向轴承，通过这些轴向轴承应防止沿轴件的和经轴向轴承向环境中的泄露。

因此在文献US 5,630,571中已知一种废气活门装置，其中，在轴件上固定有钢套筒，该钢套筒具有球形拱曲部，球形拱曲部抵靠陶瓷盘的相应成形的球形凹空部，球形凹空部固定在固定在壳体上的套筒上，使得在轴件转动时在陶瓷盘和固定在轴件上的套筒之间产生转动。在固定在轴件的端部上的杠杆和固定在壳体上的套筒之间张紧的波形簧将具有套筒的轴件拉向陶瓷盘，以此也通过相互摩擦的面的成形避免在这些表面之间的泄露，该泄露会导致沿轴件向外的泄露流。

然而这种密封装置的问题在于，由钢制成的套筒和陶瓷盘由于通过弹簧传递的压力尽管主要地实现了良好的密封作用，但是要经受明显升高的磨损，这明显限制了这种密封的持久性。额外地，随后出现的磨损也造成必要的调节力升高，因为摩擦明显增大。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，提供一种废气活门装置，其中，在密封装置范围内的摩擦被持久地减小，使得在该装置的整个使用寿命上泄露保持较低。待施加的调节力同样持久地减小，方法是尽可能排出了摩擦的增大和磨损。额外地，该废气活门装置能承受较高热负荷并且耐受废气中侵蚀性介质。

上述技术问题通过一种用于内燃机的废气活门装置解决。

按照本发明，轴向轴承固定在孔中并且由烧结的铬含量高的铁合金的金属粉末制成并且具有带碳化物合金成分和均匀分布的固体润滑剂相的奥氏体的和铁素体的复合结构，并且轴向地相对于陶瓷盘受载荷，所述陶瓷盘能自由转动地围绕轴件，以此构成摩擦副，其中，磨损被最小化，因为摩擦配合件随时间进行磨合，在该磨合中轴向轴承的朝向陶瓷盘的表面的不平处通过更硬的陶瓷磨掉。被磨掉的材料进入陶瓷的凹空部中，以便产生非常光滑的摩擦面，该摩擦面导致接触面的增加并且因而导致泄露的减少，该泄露相应地随运行时间降低。通过存在的固体润滑材料额外地减小了现有的摩擦力，使得需要的是更小的调节力。轴向轴承在高温下也保持自润滑。陶瓷盘和轴向轴承在整个温度范围上具有高化学抗性和良好的滑移性能。

优选地，轴向轴承具有二硫化钼作为固体润滑材料，二硫化钼在高温下也还具有良好的滑移性能、对废气成分不敏感并且沉积在到陶瓷盘的和轴向轴承的粗糙的表面中。

在特别优选的设计方案中，轴向轴承包含0.8至1.4重量％(重量百分比)的碳、18至23重量％的铬、4.5至6.5重量％的钼、1至2重量％的钒、1.5至2.5重量％的钨、2至5重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至2重量％的硅、最大1重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。涉及到的是铁素体奥氏体双相基质的复合微结构，在作为轴向轴承使用时导致在长使用寿命下明显降低的摩擦系数和在热负荷高的情况下最小化的磨损。在这种化学合成物中要避免铅、汞和六价铬。

在对此备选的设计方案中，轴向轴承包含1.1至1.4重量％的碳、16至20重量％的铬、4.8至7.0重量％的钼、16至20重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至1.5重量％的硅、最大2重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。利用这种化合物实现更好的结果，然而制造略贵。

在进一步的实施方式中，轴向轴承具有指向陶瓷盘的球形的凹空部，陶瓷盘的对应成形的球形的拱曲部抵靠所述球形的凹空部，其中，陶瓷盘借助弹簧元件向轴向轴承的方向加载。通过这两个相互指向的和相对彼此能转动的表面的成形提高了密封作用，因为面被增大并且贴靠位置被固定。以此避免陶瓷盘相对于轴向轴承的相对移动。

在优选的第一实施方式中，密封装置的套筒能传递转矩地形状配合地与陶瓷盘相连并且从相对于轴向轴承对置的侧向抵靠陶瓷盘。以此实现的是，陶瓷盘总是随套筒和轴件转动，以此确定产生的相对运动的位置。相应地，在陶瓷盘的相对于轴向轴承对置的侧向上不出现磨损。

在本发明对此备选的特别优选的设计中，密封装置的套筒传递转矩地形状配合地或者材料配合地与滑盘连接，所述滑盘布置在陶瓷盘和套筒之间。通过这种布置方式，陶瓷盘得到附加的摩擦配合件，使得在使用寿命期间存在的在构件之间的相对运动被降低，而在滑盘和陶瓷盘之间的密封以与轴向轴承和陶瓷盘之间一样的方式起作用。相较于上述设计方案，避免了套筒和陶瓷盘之间的泄露，因为滑盘与套筒简单地固定连接，不产生额外的间隙。

优选地，轴件以套筒通过弹簧元件向轴向轴承的方向加载，使得密封装置被压合。以此一方面增强密封作用，另一方面构成轴件可靠的轴向支承。

在本发明为此进一步的设计中，弹簧元件在轴向轴承的背离陶瓷盘的端部和杠杆之间预紧地张紧，所述杠杆固定在轴件的一个端部上，其中，所述杠杆能与用于操纵轴件的执行器连接。以此以简单和好安装的方式紧固密封装置。

有利的是，所述形状配合的连接通过两个在套筒的圆周上对置地布置的和沿轴向指向的凸出部构成，所述凸出部嵌入滑盘的或者陶瓷盘的相应成形的凹空部中。所述凸出部和凹空部是能简单地制造的并且尽管如此还是保证完全的转矩传递，使得在这些材料副上的不期望的摩擦被避免。

优选地，所述滑盘也包含0.8至1.4重量％的碳、18至23重量％的铬、4.5至6.5重量％的钼、1至2重量％的钒、1.5至2.5重量％的钨、2至5重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至2重量％的硅、最大1重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。或者1.1至1.4重量％的碳、16至20重量％的铬、4.8至7.0重量％的钼、16至20重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至1.5重量％的硅、最大2重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。两种材料都具有非常好的滑移性能、低磨损和高的热学和化学抗性。

尤其有利的是，陶瓷盘由用氧化镁稳定的氧化锆组成。这种材料非常坚固并且在摩擦和磨损方面具有良好的摩擦学特性。附加地，所述陶瓷是抗腐蚀的。

此外，套筒优选由不锈钢、尤其由1.4828钢材料制成。这种不锈钢也是抗腐蚀和抗磨损的。

因而提供了一种废气活门装置，其通过使用最佳地相互协调的材料而具有密封装置的和轴向轴承的长使用寿命同时品质得到保持，因为在所有运行状态中不期望的摩擦升高造成密封的和支承的构件的磨损被最小化。相反，在废气活门装置的结构非常简单的情况下实现沿轴件向外的高密封性，同时滑移性能最优化并且磨损被降低，使得在使用寿命期间需要的调节力不升高。相反，摩擦配合件进行的磨合使得密封性随操纵数量的增加而升高。所述废气活门装置具有对热学和化学影响，尤其对存在于废气中的有害材料的高抗性。

附图说明

在附图中示出按照本发明的废气活门装置的实施例，并对其说明如下。

图1以剖切视图示出按照本发明的废气活门装置的横截面。

图2示出在套筒和按照图1的废气活门装置的滑盘之间的形状配合的连接的立体示意图。

具体实施方式

按照本发明的废气活门装置由流通壳体10构成，在流通壳体10中构造有流动通道12。流动通道12的可自由通流的横截面通过流动通道12中的活门体14的转动调节。活门体14为此固定在轴件16上，轴件16在两侧对中地支承在流通壳体10中，使得活门体14通过轴件16分成两个活门半体。在流通壳体10上构造有对置的轴承容纳部22、24用于支承，在轴承容纳部中分别布置轴承26、28，轴承设计为径向轴承。

轴件16的一个端部伸入盲孔30中，盲孔30用作轴承容纳部22并且在其中布置有轴承26。所述轴承26轴向地以其一个端部抵靠在盲孔30中构造的阶部32，而轴承26的另一个端部指向流动通道12、相对于活门体14对置地布置并且延伸直至流动通道近前。

轴件16的对置的端部经过孔34从流通壳体10向外伸出并且通过固定在轴件16的端部上的杠杆36与未示出的执行器耦连，通过执行器使得具有活门体14的轴件16在流动通道12中能转动。孔34构成轴承容纳部24，轴承容纳部24处于孔34的指向流动通道12的区域中，使得轴承28相对于活门体14对置地布置。额外地，轴件16通过设计为压力弹簧的弹簧元件38向杠杆36的方向加载，所述弹簧元件38相对于杠杆36支撑，使得活门体14以包围轴件16的区域向轴承28的方向加载。

在流通壳体10上布置有凸出部54，在凸出部54中构造密封装置44以及孔34。凸出部54被扭转弹簧56包围，扭转弹簧56用作反向扭转弹簧并且它的端部在杠杆36上和在流通壳体10上的止挡58上预紧地贴靠，使得轴件16向活门体14的闭合方向预紧。为了防止液体从外渗入，在杠杆36上固定有套管，所述套管以小间距包围凸出部54并且随轴件16转动。

弹簧元件38的相对于杠杆36相反的端部相对于轴向轴承40支撑，轴向轴承40的对置的侧向在径向外部的区域中抵靠阶部42，阶部42构造在孔34中，使得弹簧力能通过阶部42吸收并且带有活门体14的轴件16向轴承28的方向加载。轴向轴承40的指向流动通道12的侧面是密封装置的一部分，其在径向内部区域中具有球形的凹空部46，球形的凹空部46抵靠陶瓷盘48的对应的球形的拱曲部，球形的拱曲部通过压力弹簧38的力压紧轴向轴承40。这通过在轴件16上固定有由不锈钢制成的套筒50进行，套筒50以转递转矩的形状配合与滑盘52连接，滑盘52通过套筒50压紧陶瓷盘48，因为压力弹簧38将套筒50相对于滑盘52加载并且滑盘52相对于陶瓷盘48加载，陶瓷盘48由此又压到固定在流通壳体10中的轴向轴承40的孔的球形凹空部中。在此，陶瓷盘48既相对于流通壳体10能自由转动，也能相对于轴件16自由转动。

在图2中示出在套筒50和滑盘52之间的形状配合部。为此，在套筒50的径向外圆周上构造有两个对置的、轴向地向滑盘52的方向延伸的凸出部53，凸出部53嵌入在滑盘52的外圆周上对应成形的凹空部51中。

通过这种密封装置44，废气不能从流动通道12沿轴件16流出也不能沿孔34的内壁流出。在套筒50、滑盘52、陶瓷盘48和轴向轴承40之间的泄露流也被避免，因为这些部件相互紧贴并且分别被规定摩擦副，所述摩擦副经受低摩擦和低磨损，使得在长使用寿命期间都得到密封。为此，滑盘52和轴向轴承40由铬含量高的铁合金的烧结金属粉末制成，并且具有奥氏体的和铁素体的、带有碳化物合金成分和均匀分布的固体润滑剂相的基质复合结构，固体润滑剂相尤其由二硫化钼构成。作为化学合成物，这种材料具有0.8至1.4重量％的碳、18至23重量％的铬、4.5至6.5重量％的钼、1至2重量％的钒、1.5至2.5重量％的钨、2至5重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至2重量％的硅、最大1重量％的其他元素以及作为剩余物具有铁。在制造这种滑盘52和这种轴向轴承40时应注意，产生尽可能少的晶粒间的氧化层。此外，不应包含铅、汞、镉或者六价铬。

布置在轴向轴承40和滑盘52之间的并且相对于轴向轴承40和滑盘52能转动的陶瓷盘由ZN 40制成，ZN 40是通过氧化镁稳定的氧化锆。套筒由不锈钢、尤其由1.4828材料制成。在此情况中，相对转动仅在陶瓷盘48的两侧在陶瓷盘48和滑盘52或者说轴向轴承40之间进行，并且因而总是在陶瓷盘48的硬的、抗磨损的表面和具有固体润滑材料的软的构件之间进行，所述固体润滑材料连同轴向轴承40的和滑盘52的其他被硬的陶瓷磨掉的材料落入陶瓷盘48的在表面上的孔隙中，使得在摩擦配合件之间的不平处随时间变得更小。这通过大的、产生的贴靠面和减小的间隙使得在这些部件之间的密封作用被提升并且可靠防止了进一步的磨损，因为不再存在带来剪切的凸起。

已表明的是，在这种材料组合的情况下摩擦系数以及因此导致的磨损都显著降低，并且在使用寿命期间沿轴件的泄露会被降低，因为在摩擦配合件之间的不平处的去除使得贴靠面增大，确切而言不受废气的侵蚀性环境和直至650℃的热负荷的影响。所述在整个期待的使用寿命期间降低的摩擦也使得用于调节通道中活门的必要的调节力降低，以便节省能量并且降低调节器的负荷。附加地，构成高化学抗性。

清楚的是，所述成分在独立权利要求范畴内可略微修改。这样被支承的活门装置可以用在废气管路中的任何位置用于调节被输送的废气量。也可行的是，所述套筒通过钎焊或者焊接与滑盘连接。必要时不脱离独立权利要求的保护范围也可以取消滑盘，套筒直接形状配合地与陶瓷盘连接。

Claims

1.一种用于内燃机的废气活门装置，其具有

流通壳体(10)，所述流通壳体限定流动通道(12)；

活门体(14)；

轴件(16)，所述活门体(14)固定在所述轴件上；

至少一个径向轴承(26,28)，所述轴件(16)通过所述径向轴承在流通壳体(10)的至少一个轴承容纳部(22,24)中径向地支承；

密封装置(44)，所述密封装置具有陶瓷盘(48)和固定在轴件(16)上的套筒(50)，

其特征在于，

轴向轴承(40)固定在孔(34)中，并且由烧结的铬含量高的铁合金的金属粉末制成并且具有带碳化物合金成分和均匀分布的固体润滑剂相的奥氏体的和铁素体的复合结构，并且轴向地相对于陶瓷盘(48)受载荷，所述陶瓷盘能自由转动地围绕轴件(16)，

其中，所述密封装置(44)的套筒(50)为传递转矩而与所述陶瓷盘(48)形成形状配合的连接并且从相对于轴向轴承(40)对置的侧向抵靠陶瓷盘(48)，

或者所述密封装置(44)的套筒(50)为传递转矩而与滑盘(52)形成形状配合的或者材料配合的连接，所述滑盘布置在陶瓷盘(48)和套筒(50)之间。

2.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述轴向轴承(40)具有二硫化钼作为固体润滑材料。

3.按照权利要求1或2所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述轴向轴承(40)包含0.8至1.4重量％的碳、18至23重量％的铬、4.5至6.5重量％的钼、1至2重量％的钒、1.5至2.5重量％的钨、2至5重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至2重量％的硅、最大1重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。

4.按照权利要求1或2所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述轴向轴承(40)包含1.1至1.4重量％的碳、16至20重量％的铬、4.8至7.0重量％的钼、16至20重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至1.5重量％的硅、最大2重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。

5.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述轴向轴承(40)具有指向陶瓷盘(48)的球形的凹空部(46)，所述陶瓷盘(48)的对应成形的球形的拱曲部抵靠所述球形的凹空部，其中，所述陶瓷盘(48)借助弹簧元件(38)向轴向轴承(40)的方向加载。

6.按照权利要求5所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述轴件(16)以套筒(50)通过弹簧元件(38)向所述轴向轴承(40)的方向加载，使得所述密封装置(44)被压合。

7.按照权利要求5所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述弹簧元件(38)在所述轴向轴承(40)的背离所述陶瓷盘(48)的端部和杠杆(36)之间预紧地张紧，所述杠杆固定在轴件(16)的一个端部上，其中，所述杠杆(36)能与用于操纵轴件(16)的执行器连接。

8.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述形状配合的连接通过两个在套筒(50)的圆周上对置地布置的且沿轴向指向的凸出部(53)构成，所述凸出部嵌入滑盘(52)的或者陶瓷盘(48)的相应成形的凹空部(51)中。

9.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述滑盘(52)包含0.8至1.4重量％的碳、18至23重量％的铬、4.5至6.5重量％的钼、1至2重量％的钒、1.5至2.5重量％的钨、2至5重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至2重量％的硅、最大1重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。

10.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述滑盘(52)包含1.1至1.4重量％的碳、16至20重量％的铬、4.8至7.0重量％的钼、16至20重量％的镍、1至2重量％的硫、0.5至1.5重量％的硅、最大2重量％的除铁以外的其他元素以及余量的铁。

11.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述陶瓷盘(48)由利用氧化镁稳定的氧化锆组成。

12.按照权利要求1所述的用于内燃机的废气活门装置，

其特征在于，

所述套筒(50)由不锈钢制成。