CN109488803B - 电控气动控制装置的堵头与阀芯组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，包括阀芯组件和密封堵头；阀芯组件包括阀芯、阀芯座、阀芯弹簧；阀芯座用于过盈装配于阀体内腔，阀芯设于阀芯座内腔中，能够滑动；阀芯座中部设有用于连通进气腔与阀芯座内腔的进气孔；在阀芯外表面和阀芯座内腔内表面分别设有相配合的阀芯导向面、阀芯座导向面；阀芯中间设有阀芯排气通道，用于沟通阀芯组件两端的排气腔和控制腔；阀芯的一端设阀芯密封端面；阀芯另一端设有挡台，在挡台朝向阀芯座一侧设有阀芯密封垫，阀芯座另一端设与阀芯密封垫相配合的阀芯座密封端面；阀芯另一端与阀芯弹簧一端相抵。本发明结构简单，成本低；具有保压功能，不用消耗大量压缩空气。

Description

电控气动控制装置的堵头与阀芯组件

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其是一种电控气动控制装置的堵头与阀芯组件。

背景技术

随着排放法规日益严格，电控旁通阀增压器及电控EGR阀系统在发动机上的应用越来越广泛；精确控制增压器旁通阀或EGR阀开度是相关技术的发展方向。

电控气驱装置和电机四连杆驱动装置为当今的主流技术，电控气驱装置布置灵活，受温度影响小，成本低；电机四连杆驱动装置控制精度高，但是结构布置及受温度环境影响大，成本高，需要配合冷却装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种电控气动控制装置中所使用的堵头与阀芯组件，阀芯组件结构简单，成本低，具有保压功能，消耗的压缩空气少。本发明采用的技术方案是：

一种电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，包括阀芯组件和密封堵头；

所述阀芯组件用于过盈装配于阀体内腔，能够将阀体内腔分为三个彼此独立的腔：进气腔、排气腔、控制腔；

阀芯组件包括阀芯、阀芯座、阀芯弹簧；阀芯座用于过盈装配于阀体内腔，阀芯设于阀芯座内腔中，能够滑动；阀芯座中部设有用于连通进气腔与阀芯座内腔的进气孔；

在阀芯外表面和阀芯座内腔内表面分别设有相配合的阀芯导向面、阀芯座导向面；

阀芯中间设有阀芯排气通道，用于沟通阀芯组件两端的排气腔和控制腔；阀芯的一端设阀芯密封端面，用于与排气腔中的密封堵头配合；阀芯的另一端用于通控制腔，阀芯另一端设有挡台，在挡台朝向阀芯座一侧设有阀芯密封垫，阀芯座另一端设与阀芯密封垫相配合的阀芯座密封端面；阀芯另一端与阀芯弹簧一端相抵，阀芯弹簧另一端用于抵住控制腔底部；

在阀芯座的进气孔一侧的阀芯座内壁和外壁上分别设置阀芯座第一密封圈和阀芯座第二密封圈，在阀芯座的进气孔另一侧的阀芯座外壁上设置阀芯座第三密封圈；

密封堵头用于封闭所述阀芯的一端。

进一步地，阀芯导向面、阀芯座导向面位于阀芯组件背离控制腔的一侧。

进一步地，在密封堵头上朝向阀芯的一端设有堵头垫，用于封闭所述阀芯的一端。

更进一步地，堵头垫后侧的密封堵头中设有透气孔。

进一步地，在密封堵头朝向阀芯的一端设置堵头垫槽，堵头垫安装在堵头垫槽中，通过硫化固定。

或者，在密封堵头朝向阀芯的一端设置堵头垫槽，密封堵头前缘设有向内翻边，堵头垫安装在堵头垫槽中，通过向内翻边压紧。

进一步地，在挡台朝向阀芯座一侧上设置阀芯密封圈槽，阀芯密封垫固定在阀芯密封圈槽中，通过硫化固定。

或者，阀芯密封垫通过硫化固定在阀芯挡台的朝向阀芯座的台阶面上。

进一步地，在阀芯座的一端内部设套筒，套筒的内表面设阀芯座导向面。

本发明的优点在于：

1) 阀芯组件结构简单，成本低。

2) 具有保压功能，不用消耗大量压缩空气。

3) 密封垫、堵头垫以硫化的方式固定，不会脱落。

4) 阀芯和阀芯座工艺性好，易于加工。

5) 阀芯行程小，流量大，可应用的范围宽。

附图说明

图1为本发明的电控气动控制装置示意图。

图2为本发明的正置外观示意图。

图3为本发明的倒置外观示意图。

图4为本发明的阀芯组件示意图。

图5为本发明的密封堵头第一实施例示意图。

图6为本发明的阀芯座第二实施例示意图。

图7为本发明的阀芯与阀芯密封垫第二实施例示意图。

图8为本发明的密封堵头第二实施例示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种电控气动控制装置1，如图1所示，包括：比例电磁阀组件2、阀芯组件3、阀体4、阀盖5、微控制器6、密封堵头7、压力传感器8、排气阀9；

所述阀体4内部设有内腔44，内腔44的外侧设有微控制器腔13；

阀芯组件3过盈装配于阀体内腔44，将阀体内腔44分为三个彼此独立的腔：进气腔38、排气腔39、控制腔40；在断电状态下，进气腔38与控制腔40彼此隔离，进气腔38与排气腔39彼此隔离；

所述进气腔38位于阀芯组件3中部外侧，进气腔38与阀体上设置的进气口41相通；该进气口41位于阀体背面，图3中可见；所述排气腔39、控制腔40分别位于阀芯组件3的两端；阀芯组件3一端的排气腔39与阀体4上设置的排气口42相通，排气口42上安装排气阀9，排气阀9可保证正常排气，以及防止外部异物进入阀体内腔；排气阀9位于阀体4底部；阀芯组件3另一端的控制腔40与阀体4上设置的控制口43相通，该控制口43位于阀体正面，图2中可见；

如图1和图4所示，阀芯组件3包括阀芯31、阀芯座32、阀芯弹簧33；阀芯座32过盈装配于阀体内腔44，阀芯31设于阀芯座内腔32g中，能够滑动；阀芯座32中部设有用于连通进气腔38与阀芯座内腔32g的进气孔32f；

在阀芯31外表面和阀芯座内腔32g内表面分别设有相配合的阀芯导向面31b、阀芯座导向面32b；优选地，阀芯导向面31b、阀芯座导向面32b位于阀芯组件背离控制腔40的一侧，以使得进气时，进气腔38向控制腔40进气顺畅；

阀芯31中间设有阀芯排气通道31d，用于沟通排气腔39和控制腔40；阀芯31的一端位于排气腔39，该端设阀芯密封端面31a，用于与密封堵头7配合；阀芯31的另一端位于控制腔40，阀芯31另一端设有挡台31e，在挡台31e朝向阀芯座32一侧设有阀芯密封垫37，阀芯座32另一端设与阀芯密封垫37相配合的阀芯座密封端面32a；阀芯弹簧33位于控制腔40中，阀芯31另一端与阀芯弹簧33一端相抵，阀芯弹簧33另一端抵住控制腔40底部；在一个实例中，可以在挡台31e朝向阀芯座一侧上设置阀芯密封圈槽31c，阀芯密封垫37固定在阀芯密封圈槽31c中，通过硫化固定；

在阀芯座32的进气孔32f一侧的阀芯座内壁和外壁上分别设置阀芯座第一密封圈34和阀芯座第二密封圈35，在阀芯座32的进气孔32f另一侧的阀芯座外壁上设置阀芯座第三密封圈36；阀芯座第一密封圈34、阀芯座第二密封圈35、阀芯座第三密封圈36分别设置在三个阀芯座密封圈槽32d、32c、32e中；

进气腔38和排气腔39之间的密封通过以下实现：阀芯座第一密封圈34、阀芯座第二密封圈35；

进气腔38和控制腔40之间的密封通过以下实现：阀芯座第三密封圈36、阀芯座32另一端的阀芯座密封端面32a和阀芯挡台上的阀芯密封垫37相配合；

控制腔40和排气腔39之间的密封通过以下实现：阀芯密封端面31a和密封堵头7上的堵头垫16相配合（进气和保压时两者贴合，排气时两者分离）；

比例电磁阀组件2插装在阀体内腔，位于排气腔39一侧，并封闭住所述排气腔39；密封堵头7设于排气腔39中；比例电磁阀组件2受控于微控制器6，能够按设定的力推动密封堵头7以封堵阀芯31的一端；

比例电磁阀组件2具体包括线圈21、静衔铁22、动衔铁23、顶杆24、回位弹簧25；比例电磁阀组件2插装在阀体内腔通过销钉28进行轴向固定；静衔铁22抵靠在阀芯座32上，对其轴向定位；静衔铁22前端外周设有密封圈，使得排气腔39与外界隔绝；顶杆24穿过静衔铁22，密封堵头7套装在顶杆24前端；动衔铁23与顶杆24后部固定在一起，回位弹簧25套设在顶杆24上，两端分别与动衔铁23和静衔铁22相抵；静衔铁22前部设有开口使得排气腔39和排气口42连通；线圈21设在静衔铁22外周；

如图5所示，在密封堵头7上，朝向阀芯31的一端设有堵头垫16，堵头垫16用于封闭所述阀芯31的一端；在密封堵头7朝向阀芯31的一端设置堵头垫槽7a，堵头垫16安装在堵头垫槽7a中，通过硫化固定；堵头垫后侧的密封堵头中设有透气孔7c、7b，使得堵头垫16装配时，背后可排出气体，保证堵头垫16与堵头垫槽7a的精确固定；

阀芯座32的另一实施例如图6所示，在阀芯座32的一端内部设套筒17，套筒17和阀芯座32通过超声波焊接在一起，套筒17的内表面设阀芯座导向面32b；此种结构的好处是，降低了阀芯座的制造难度，而套筒17结构相对简单，易于加工阀芯座导向面32b；

阀芯31与阀芯密封垫37的另一种固定方式如图7所示，阀芯密封垫37固定在阀芯挡台31e的朝向阀芯座32的台阶面上，例如通过硫化固定；

密封堵头7和堵头垫16的另一实施例如图8所示，密封堵头7前缘设有向内翻边7d，堵头垫16安装在堵头垫槽7a中，通过向内翻边7d压紧，优点是工艺简单，不用硫化。

所述微控制器6安装在微控制器腔13中，微控制器6上装有压力传感器8；压力传感器8伸入阀体4上开设的传感器口45中，并封闭住该传感器口，具体可在压力传感器的突出部设置密封圈实现传感器口的密封；压力传感器8能够检测控制腔40压力；

阀盖5通过螺钉连接在阀体4上，封闭住所述微控制器腔13；微控制器6通过螺钉固定在阀盖5上的内侧；

阀体4上还设有一个放气塞10，该放气塞10堵塞在微控制器腔的一个开口上；当控制腔40内气体压力太大时，可能有部分压力气体泄露进入微控制器腔13，微控制器腔13内压力增大，可通过放气塞10进行放气。

微控制器6上装有通信接口11；该通信接口11可采用无线接口或有线接口，本例中，采用CAN通信接口，CAN通信接口安装在阀盖5上；CAN通信接口11可通过线束与发动机的ECU相连；比例电磁阀组件2由微控制器6驱动控制；

在以下的一个实例中，进气口41向外与压缩空气源相连，向内与进气腔38相通，控制口43向外与废气旁通阀膜片阀执行器相连，向内与控制腔40相通；调节控制腔40内的压力即可控制旁通阀膜片阀执行器的输出位移，即可调节废气旁通阀的开度；

比例电磁阀组件2基于PWM控制原理，通过调节比例电磁阀组件2的PWM驱动信号的占空比，可实现控制腔压力的调节，实现膜片阀执行器0～3mm的任意位移输出，使被控阀阀芯能够保持不同的开度，从而控制不同气流量；

发动机停机时，比例电磁阀组件2处于断电状态，动衔铁23在回位弹簧25的作用下远离静衔铁22，从而带动密封堵头7脱离阀芯31，阀芯弹簧33将阀芯压在阀芯座32上；此时，进气腔38与控制腔40被阀芯阻断，压缩空气被密封在进气腔38内，而控制腔40通过阀芯31的阀芯排气通道31d与排气腔39相通，控制腔内压力接近于零，被控阀关闭，开度为零；

发动机运行工况改变时，

发动机ECU根据实际工况计算被控阀目标开度，并通过CAN通讯向微控制器6发送；

微控制器6根据被控阀目标开度计算控制腔目标压力；例如，微控制器可根据预先标定的被控阀开度与控制腔压力对应关系的标定数据查找出该目标开度值对应的控制腔目标压力；

微控制器6根据压力传感器8反馈的控制腔当前压力确定需要增加控制腔压力还是减小控制腔压力；例如控制腔当前压力小于控制腔目标压力则需要增加；

若需要增加被控阀开度，即需要增加控制腔压力，微控制器6根据控制腔目标压力和当前压力的压力差确定需增加的比例电磁阀组件的PWM驱动信号的占空比；控制比例电磁阀组件静衔铁22对动衔铁23的产生一定的吸力，使动衔铁23通过顶杆24和密封堵头7将阀芯31顶开一定距离；此时，进气腔38与控制腔40相通，而密封堵头7堵住阀芯31一端，控制腔40和排气腔39则被密封堵头7隔离，控制腔压力上升；被控阀开度增大；

当压力传感器8检测到控制腔压力上升达到目标压力后，微控制器根据控制腔目标压力确定一固定的PWM驱动信号的占空比（此时可适当减小占空比），使得比例电磁阀组件的电磁力小于阀芯弹簧力，但大于控制腔气体对密封堵头的压力；阀芯31又被阀芯弹簧33压回阀芯座32上，而且该电磁力仍能够将密封堵头7顶在阀芯31上；此时，进气腔38、排气腔39、控制腔40彼此互相隔离，控制腔处于保压状态；控制腔压力使得被控阀维持在恒定开度；

若保压状态时，检测到控制腔压力下降，可能存在密封堵头没堵紧阀芯而致控制腔泄漏，则返回微控制器6根据控制腔目标压力和当前压力的压力差确定需增加的比例电磁阀组件的PWM驱动信号的占空比；

若需要减小被控阀开度，即需要减小控制腔压力，微控制器6根据控制腔当前压力和目标压力的压力差确定需减小的比例电磁阀组件的PWM驱动信号的占空比；比例电磁阀组件的电磁力减小到小于控制腔气体对密封堵头的压力，控制腔内的气体压力将密封堵头推开，密封堵头与阀芯脱离，控制腔内气体进入排气腔，并推动排气阀9打开与外界相连，从而控制腔压力降低，被控阀开度减小；

当控制腔压力减小到目标压力后，提高PWM驱动信号的占空比至一定值，使得比例电磁阀组件的电磁力小于阀芯弹簧力，但大于控制腔气体对密封堵头的压力；密封堵头7再次顶在阀芯31上，控制腔40与排气腔39隔离，控制腔处于保压状态，控制腔压力使被控阀维持在相应的开度；

当比例电磁阀组件2的PWM驱动信号的占空比减小到零，即断电，比例电磁阀组件2电磁力为零，则回位弹簧25带动密封堵头7回到初始位置，密封堵头和阀芯脱开，控制腔40与排气腔39一直保持连通，控制腔40内气体通过排气阀排出外界，控制腔压力接近于零，被控阀开度恢复为零。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，包括阀芯组件(3)和密封堵头(7)；

所述阀芯组件(3)用于过盈装配于阀体内腔(44)，能够将阀体内腔(44)分为三个彼此独立的腔：进气腔(38)、排气腔(39)、控制腔(40)；

阀芯组件(3)包括阀芯(31)、阀芯座(32)、阀芯弹簧(33)；阀芯座(32)用于过盈装配于阀体内腔(44)，阀芯(31)设于阀芯座内腔(32g)中，能够滑动；阀芯座(32)中部设有用于连通进气腔(38)与阀芯座内腔(32g)的进气孔(32f)；

在阀芯(31)外表面和阀芯座内腔(32g)内表面分别设有相配合的阀芯导向面(31b)、阀芯座导向面(32b)；

阀芯(31)中间设有阀芯排气通道(31d)，用于沟通阀芯组件(3)两端的排气腔(39)和控制腔(40)；阀芯(31)的一端设阀芯密封端面(31a)，用于与排气腔(39)中的密封堵头(7)配合；阀芯(31)的另一端用于通控制腔(40)，阀芯(31)另一端设有挡台(31e)，在挡台(31e)朝向阀芯座(32)一侧设有阀芯密封垫(37)，阀芯座(32)另一端设与阀芯密封垫(37)相配合的阀芯座密封端面(32a)；阀芯(31)另一端与阀芯弹簧(33)一端相抵，阀芯弹簧(33)另一端用于抵住控制腔(40)底部；

在阀芯座(32)的进气孔(32f)一侧的阀芯座内壁和外壁上分别设置阀芯座第一密封圈(34)和阀芯座第二密封圈(35)，在阀芯座(32)的进气孔(32f)另一侧的阀芯座外壁上设置阀芯座第三密封圈(36)；

密封堵头(7)用于封闭所述阀芯(31)的一端。

2.如权利要求1所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

阀芯导向面(31b)、阀芯座导向面(32b)位于阀芯组件背离控制腔(40)的一侧。

3.如权利要求1所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

在密封堵头(7)上朝向阀芯(31)的一端设有堵头垫(16)，用于封闭所述阀芯(31)的一端。

4.如权利要求3所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

堵头垫后侧的密封堵头中设有透气孔。

5.如权利要求3或4所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

在密封堵头(7)朝向阀芯(31)的一端设置堵头垫槽(7a)，堵头垫(16)安装在堵头垫槽(7a)中，通过硫化固定。

6.如权利要求3或4所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

在密封堵头(7)朝向阀芯(31)的一端设置堵头垫槽(7a)，密封堵头(7)前缘设有向内翻边(7d)，堵头垫(16)安装在堵头垫槽(7a)中，通过向内翻边(7d)压紧。

7.如权利要求1所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

在挡台(31e)朝向阀芯座一侧上设置阀芯密封圈槽(31c)，阀芯密封垫(37)固定在阀芯密封圈槽(31c)中，通过硫化固定。

8.如权利要求1所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

阀芯密封垫(37)通过硫化固定在阀芯挡台(31e)的朝向阀芯座(32)的台阶面上。

9.如权利要求1所述的电控气动控制装置的堵头与阀芯组件，其特征在于，

在阀芯座(32)的一端内部设套筒(17)，套筒(17)的内表面设阀芯座导向面(32b)。