CN110100088B - 具有改进的圆柱形凸轮操作的阀组件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的具有改进的旋转齿轮操作的阀组件包括：旋转齿轮，其通过从外部施加的力以垂直中心轴为旋转轴旋转并且在中心轴上具有非圆形的插入孔；圆柱形凸轮，其上端插入至插入孔中，以便与旋转齿轮一体旋转的同时上升或下降，圆柱形凸轮的外圆周侧具有两个或更多个倾斜的滑动槽；穿过圆柱形凸轮的旋转轴的提升阀轴，以便与圆柱形凸轮一体地上升或下降并独立地旋转；连接到提升阀轴的下部的阀座；围绕圆柱形凸轮的壳体和盖子；两个或更多个轴承单元，其一侧固定地连接到壳体并且另一侧插入相应的滑动槽中以允许滑动。

Description

具有改进的圆柱形凸轮操作的阀组件
技术领域
本发明涉及一种通过使用圆柱形凸轮将旋转运动改变为直线运动而上下移动阀座的阀组件，并且更具体地，涉及一种圆柱形凸轮的操作得到改进使得圆柱形凸轮可以更平稳地将旋转运动改变为直线运动而不会向侧面倾斜的阀组件。
背景技术
通常，车辆的废气是在汽缸中的燃料在高温和高压下压缩且膨胀之后通过排气歧管排放到大气中的气体。大部分废气是蒸气和二氧化碳，并且包括诸如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)的有害物质。
废气再循环系统(EGR)是一种减少废气中的氮氧化物的装置，其通过将一些废气返回到进气歧管中来降低气体混合物燃烧时的燃烧温度，从而减少氮氧化物(NOx)的产生量。也就是说，废气再循环系统能够通过降低燃烧温度来减少氮氧化物(NOx)的产生量，并且由于燃烧温度受燃烧速度的影响最大，因此在不改变气缸中气体混合物的空燃比的情况下能够降低密度。因此，当降低燃烧速度并抑制燃烧温度的升高时，可以减少氮氧化物。
同时，废气再循环阀(下文称为“EGR阀”)设置在排气歧管和进气歧管之间，并且通过仅在怠速和预热之外的旋转期间控制EGR阀来打开和关闭通道。EGR阀在怠速和预热之前不操作，但是在怠速和预热之外的旋转期间根据节流阀的打开量而打开EGR阀，由此一些废气再循环到发动机的进气歧管。因此，最小化发动机功率的降低并且降低燃烧温度，从而减少了氮氧化物(NOx)的排出量。
具有这种配置的现有EGR阀设计成使用固定的圆柱形凸轮将旋转运动改变为直线运动。然而，根据这些EGR阀，当阀座打开通道时，其不仅上下移动而且旋转。因此，存在阀座的磨损增加并且打开和关闭的可靠性降低的问题。
为了解决这个问题，已经申请并登记了一种阀组件，该阀组件构造成使得阀座仅在打开和关闭通道(韩国专利号10-1604415)时上下移动而不旋转。
下面参考附图详细描述现有技术中的阀组件。
图1是现有技术中的阀组件的立体图。
如图1所示，现有技术中的阀组件包括：旋转齿轮10，其通过从外部施加的力围绕垂直中心轴为旋转轴旋转并且在中心轴上具有多边形孔11；圆柱形凸轮20，其在上部具有多边形头部22并且在外侧具有倾斜的滑动槽21，多边形头部22插入多边形孔11中；提升阀轴30，其穿过圆柱形凸轮20的旋转中心设置；阀座40，其连接到提升阀轴的下部；壳体(未示出)，其围绕圆柱形凸轮20；以及轴承单元60，其一侧可滑动地插入滑动槽21中并且另一侧固定在壳体上。
设置在圆柱形凸轮20的上部的多边形头部22制造成略小于旋转齿轮10的多边形孔11。圆柱形凸轮20在旋转齿轮10旋转时与旋转齿轮10一体旋转，但当从外部施加垂直力时，圆柱形凸轮20可以在保持与旋转齿轮10连接的同时独立地上下移动。也就是说，当多边形头部22插入多边形孔11并且轴承单元60的一侧插入滑动槽21中的状态下旋转齿轮10旋转时，圆柱形凸轮20随着旋转齿轮10旋转并且轴承单元60的一侧沿滑动槽21的纵向滑动。由于轴承单元60固定到壳体，所以圆柱形凸轮20旋转。根据现有技术的阀组件的特征在于，构造成使得圆柱形凸轮20垂直移动提升阀轴30和连接到提升阀轴30的阀座40，同时进行旋转和垂直运动，而不是仅执行旋转和垂直运动中的一个。
提升阀轴形成为具有圆形水平横截面的棒状(圆棒形)，以能够从圆柱形凸轮20独立地旋转。此外，提升阀轴30在插入圆柱形凸轮20中的中间部分处具有台阶以能够与圆柱形凸轮20一体地上下移动，并且在与圆柱形凸轮20顶部对应的部分处具有盘形凸缘。因此，当圆柱形凸轮20在上下移动并旋转时，提升阀轴30和连接到提升阀轴30的阀座40仅与圆柱形凸轮20一起上下移动而不旋转。
然而，根据现有技术中的阀组件，仅一个轴承单元60连接到圆柱形凸轮20的一侧，因此当轴承单元60沿滑动槽21滑动时，轴承单元60可能会向一侧倾斜。此外，当阀座40在关闭通道时以非常高的速度上下移动时，难以精细地调节废气的流量，并且阀座可能因施加在阀座上的大冲击而损坏。
此外，现有技术中的阀组件具有轴承单元的制造成本高且耐久性低的另一个问题。此外，由于提升阀轴30和磁体50分开制造之后组合，制造过程复杂并且磁体50可能会与提升阀轴30分离。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述问题而完成的，并且本发明的目的在于提供一种阀组件，其中，圆柱形凸轮能够在上下移动并旋转时精细地调节废气流量而不会倾斜到一侧，能够降低轴承单元的制造成本，提高轴承单元的耐用性，以及提高磁体的紧固力。
技术方案
为了实现这些目的，根据本发明的具有改进的圆柱形凸轮操作的阀组件包括：旋转齿轮，其通过从外部施加的力以垂直中心轴为旋转轴旋转并且在中心轴上具有非圆形的插入孔；圆柱形凸轮，其能够在与旋转齿轮一体旋转的同时上下移动，圆柱形凸轮的上端插入至插入孔中，并且在圆柱形凸轮外侧具有两个或更多个倾斜滑动槽；穿过圆柱形凸轮的旋转轴设置的提升阀轴，提升阀轴能够与圆柱形凸轮一体地上下移动并独立地旋转；连接到提升阀轴的下部的阀座；围绕圆柱形凸轮的壳体和盖子；以及两个或更多个轴承单元，每个轴承单元具有固定到壳体的第一侧以及分别插入滑动槽中的第二侧。
两个滑动槽可以形成在相对侧，圆柱形凸轮的旋转轴位于相对侧间。
滑动槽在下部的梯度比上部小。
滑动槽的上部可以形成为直的，并且滑动槽的下部可以形成为弯曲形状，使得梯度向下减小。
轴承单元可包括：轴承轴，其形成为圆柱形并且具有固定到壳体的纵向第一侧和具有小外径的纵向第二侧；围绕轴承轴的纵向第二侧连接的环形的轴承衬套；以及围绕轴承衬套的外侧连接的并且安放于滑动槽中的辊，并且轴承衬套可以形成为扩大的管形状，使得面向滑动槽的端部的外径大于辊的内径。
提升阀轴的上部可以在圆柱形凸轮上方突出，阀组件还可以包括：引导管，引导管形成为其中插入有提升阀轴的上部的中空管形状，并且具有滑动突起，滑动突起具有垂直长度并形成在引导管的外侧；以及固定在引导管的外侧的磁体，并且引导槽可以形成在盖子的内侧，滑动突起插入引导槽中以上下移动。
引导管可以由合成树脂制成，引导管和磁体可以通过插入注射成型一体地形成。
可以在引导管的内侧上另外设置由金属制成的插入管，并且插入管和提升阀轴可以通过焊接一体地组合。
有益效果
根据本发明的阀组件具有以下优点：阀座能够稳定地上下移动，因为当圆柱形凸轮在上下移动并旋转时不会向一侧倾斜，能够精细地调节废气的流量，能够防止损坏阀座，能够降低轴承单元的制造成本并提高轴承单元的耐用性，提高了磁体的紧固力，并且提升阀轴的垂直运动方向保持不变。
附图说明
图1是现有技术中的阀组件的立体图。
图2是示出了根据本发明的阀组件的内部结构的横截面立体图。
图3是示出了当轴承单元安装在圆柱形凸轮上时的结构的立体图。
图4是圆柱形凸轮的侧视图。
图5是使用实线示出了滑动槽的梯度的曲线图。
图6和7是轴承单元的立体图。
图8是图7中所示的轴承单元的剖视图。
图9是示出了引导管的连接结构的立体图。
图10是引导管的立体图。
具体实施方式
下面详细描述根据本发明的具有改进的圆柱形凸轮操作的阀组件的实施方式。
图2是表示根据本发明的阀组件的内部结构的横截面立体图，并且图3是示出了当轴承单元安装在圆柱形凸轮上时的结构的立体图。
使用根据本发明的圆柱形凸轮200的阀组件是通过将从外部传递的扭矩改变为直进给力而使阀座400上下移动的装置。如图2和3所示，阀组件包括：旋转齿轮100，其通过从外部施加的力围绕作为旋转轴的垂直中心轴旋转并且在中心轴上具有非圆形插入孔110；圆柱形凸轮200，其能够在与旋转齿轮100一体旋转的同时上下移动，其上端插入至插入孔110中，并且在其外侧具有两个或更多个倾斜滑动槽210；穿过圆柱形凸轮200的旋转轴设置的提升阀轴300，其能够与圆柱形凸轮200一体地上下移动并独立地旋转；连接到提升阀轴300的下部的阀座400；围绕圆柱形凸轮200的壳体510和盖子520；以及两个或更多个轴承单元600，每个轴承单元600具有固定到壳体510的第一侧以及分别插入滑动槽210中的第二侧。
旋转齿轮100具有边缘向下延伸的帽形状，并且在向下延伸的部分的外侧上具有齿轮齿，该齿轮齿以通过从驱动电机800提供的扭矩而旋转。通常，驱动电机800的转矩非常快，因此可以通过多个齿减小转矩，然后将传递到旋转齿轮100。
当插入孔110和圆柱形凸轮200的插入至插入孔110中的上端形成为圆形时，圆柱形凸轮200和旋转齿轮100可以独立地旋转。因此，插入孔110不是形成为圆形，而是例如可以形成为在内侧具有突起的形状，如本实施方式中所示。此外，圆柱形凸轮200的上端可以形成为与插入孔110对应的形状。插入孔110只要其可以形成为非圆形形状，即，其形成为不是圆形的形状，可以形成为多边形或其他各种形而上学的形状。
同时，圆柱形凸轮200的上端形成为与旋转齿轮的插入孔110对应的形状，并且具有比插入孔110略小的尺寸。因此，当旋转齿轮100旋转时，圆柱形凸轮200与旋转齿轮100一体地旋转，但是当从外部施加垂直力时，圆柱形凸轮200能够独立地上下移动同时与旋转齿轮100保持连接。也就是说，当操作驱动电机800并且旋转齿轮100与插入至插入孔110中的圆柱形凸轮200的上端和插入滑动槽210中的轴承单元600的第二端一起旋转时，圆柱形凸轮200与旋转齿轮100一起旋转，并且轴承单元600的第二侧在滑动槽210的长度方向上滑动。由于轴承单元600固定到壳体510，所以圆柱形凸轮200旋转。根据本发明的阀组件构造成使得圆柱形凸轮200垂直地移动提升阀轴300和连接到提升阀轴300的阀座400，同时进行旋转和垂直运动，不仅是旋转和垂直运动中的一种。提升阀轴300形成为具有圆形水平横截面的棒状(圆棒形状)，以能够独立于圆柱形凸轮200进行旋转。此外，提升阀轴300在插入圆柱形凸轮200中的中间部分具有台阶，以能够与圆柱形凸轮200一体地上下移动，并且在与圆柱形凸轮200的顶部相对应的部分处具有盘形凸缘。因此，当圆柱形凸轮200执行旋转和垂直运动时，提升阀轴300和阀座400仅上下移动，并且该操作结构同样适用在现有技术的阀组件，因此不再详细描述。
同时，当圆柱形凸轮200向上移动时，应当旋转齿轮100不向上移动只有圆柱形凸轮200向上移动，但是通过圆柱形凸轮200的上部和插入孔110之间的摩擦，旋转齿轮100可以与圆柱形凸轮200一起向上移动。如上所述，当旋转齿轮100与圆柱形凸轮200一起上下移动时，可能产生操作噪音和振动，因此，在旋转齿轮100的底部和壳体510的顶部之间设置一个向旋转齿轮100施加向上弹性的复位弹簧530。如上所述，当设置复位弹簧530时，旋转齿轮100与盖子520保持接触，因此旋转齿轮100不随圆柱形凸轮200上下移动。
同时，圆柱形凸轮200在轴承单元600在滑动槽210中滑动的同时接收垂直力。如果轴承单元600仅安装在圆柱形凸轮200的一侧，则通过轴承单元600传递的垂直力仅集中在圆柱形凸轮200的任何一侧，因此圆柱形凸轮200可以向一侧倾斜。如上所述，当圆柱形凸轮200向一侧倾斜时，圆柱形凸轮200卡在壳体510中，因此，圆柱形凸轮200不能正常地上下移动。因此，可能发生阀座400不能顺利地打开和关闭的现象。
为了解决这个问题，本发明的阀组件的特征在于，滑动槽210以圆柱形凸轮200的旋转轴为中心分别设置在相对侧，，并且轴承单元600也设置在形成有滑动槽210的位置处。如上所述，当轴承单元600安装在圆柱形凸轮200的两侧时，上下移动圆柱形凸轮200的垂直力均匀分布，因此圆柱形凸轮200不向任何一侧倾斜。
尽管在该实施方式中两个滑动槽210形成在一个圆柱形凸轮200上并且设置两个轴承单元600，但是滑动槽210和轴承单元600的数量可以改变为三个或更多个。显然，当设置三个或更多个滑动槽210和轴承单元600时，滑动槽210和轴承单元600可以围绕圆柱形凸轮200的旋转轴周向布置。
如上所述，滑动槽210和轴承单元600的数量越多，圆柱形凸轮200在不倾斜到任何一侧而垂直地上下移动的效果越提高，但是滑动槽210和轴承单元600的数量越多，摩擦力越大，因此圆柱形凸轮200可能不能顺畅地上下移动。因此，即使一个滑动槽210和一个轴承单元600分别设置在圆柱形凸轮200的两侧，除非发生圆柱形凸轮200向任何一侧倾斜，也是将一个滑动槽210和一个轴承单元600设置在相对侧，其中圆柱形凸轮200的旋转轴位于其间。
图4是圆柱形凸轮200的侧视图，并且图5是使用实线示出了滑动槽210的梯度的曲线图。
滑动槽210的梯度应该足够大以便通过阀座400快速打开和关闭。然而，当滑动槽210的梯度大时，阀座400快速打开和关闭通道的入口，因此难以精细调节废气的流速。此外，当阀座400快速上下移动时，阀座400快速撞击通道入口，因此可能损坏阀座400。显然，通过使滑动槽210的梯度平缓，能够降低阀座400的上/下移动速度，但是在这种情况下，阀座400的打开和关闭需要长时间。
为了解决这个问题，在根据本发明的阀组件中，滑动槽210在下部的梯度可以比上部小，使得打开和关闭阀组件的时间保持在预定水平以下并且阀座400可以缓慢地安放于在通道入口上。
如上所述，当滑动槽210的下部的梯度平缓时，只有在阀座400安放于通道入口上时，才会降低阀座400的上/下移动速度，同时保持阀座400整体的上/下移动速度快。因此，能够精细地调节废气的流速并防止损坏阀座400。
如果具有小梯度的滑动槽210的区间是直的，则在具有大梯度和小梯度的区间之间形成弯曲点，因此阀座400可能不能平稳地上下移动。因此，滑动槽210的上部可以形成为直的，并且滑动槽210的下部可以形成为弯曲形状，使得梯度向下减小。滑动槽210各部分的倾斜度可以根据各种条件以各种方式改变，例如根据本发明的阀组件的用途和阀座400的强度，这将不再详细描述。
图6和7是轴承单元600的立体图，并且图8是图7中所示的轴承单元600的剖视图。
包括在本发明中的轴承单元600(类似于现有技术的轴承单元60，即，如图6所示)可以由轴承轴610和滚珠轴承620组成，轴承轴610形成为圆柱形并且具有固定到壳体510的纵向第一侧(图6中的左侧)和具有小外径的纵向第二侧(图6中的右侧)，滚珠轴承620以围绕轴承轴610的第二侧的方式连接。然而，滚珠轴承620的价格高，因此在降低轴承单元600的整个制造成本方面存在限制。此外，作为现成品的滚珠轴承620的外圈很大，所以需要将滑动槽210和圆柱形凸轮200形成得大，因此难以使阀组件紧凑。
为了解决这个问题，如图7和8所示，轴承单元600可以由轴承轴610、环形的轴承衬套630和辊640组成，轴承轴610形成为圆柱形并且具有固定到壳体510的纵向第一侧和具有小外径的纵向第二侧，环形轴承衬套630连接成围绕轴承轴610的纵向第二侧，并且辊640连接成围绕轴承衬套630的外侧并且安置在滑动槽210中。轴承衬套630由具有高耐磨性的合成树脂制成，因此辊640可以平稳地旋转。此外，轴承衬套630形成为扩大的管形状，使得面向滑动槽210的端部的外径大于辊640的内径，因此辊640不能自由地分离。
轴承衬套630和辊640的价格低于滚珠轴承620的价格，因此可以降低轴承单元600的制造成本。此外，当用轴承衬套630和辊640代替滚珠轴承620时，可以减小辊640的外径。因此，可以减小圆柱形凸轮200的尺寸，因此，可以使阀组件紧凑。
图9是示出了引导管700的连接结构的立体图，并且图10是引导管700的立体图。
只要提升阀轴300和圆柱形凸轮200之间的摩擦力保持在预定水平或更高，即使从圆柱形凸轮200接收垂直力的提升阀轴300形成为圆棒形状，提升阀轴300可以与圆柱形凸轮200一起旋转预定角度。因此，为了强制防止提升阀轴300的旋转，即，使提升阀轴300仅能够上下移动而不旋转，引导管700可以另外安装在提升阀轴300的向圆柱形凸轮200上方突出的部分上。
引导管700形成为其中插入有提升阀轴300的上部的中空管形状，并且具有滑动突起720，滑动突起720具有垂直长度并形成在引导管700外侧，并且引导槽(未示出)形成在盖子520的内侧，其中滑动突起720插入引导槽以上下移动。因此，除非引导管700分离或损坏，提升阀轴300在不旋转的情况下仅上下移动。
同时，用于测量提升阀轴300的垂直移动距离的磁体710安装在引导管700的外侧。磁体710可以与引导管700一体地组合，以便不与引导管700分离。例如，当引导管700由合成树脂制成时，磁体710可以通过插入注射成型与引导管700一体地形成。如上所述，当磁体710与引导管700一体地形成时，磁体710不可能与引导管700分离，因此能够精确地测量提升阀轴300的竖直移动距离。
然而，当引导管700由合成树脂制成时，引导管700难以牢固地连接到由钢制成的提升阀轴300。因此，包括在本发明中的引导管700在其内侧具有由金属制成的插入管730，以解决该问题。
插入管730通过插入注射成型与引导管700一体地形成。如上所述，当由金属制成的插入管730设置在引导管700的内侧时，可以通过焊接插入管730和提升阀轴300来牢固地组合引导管700和提升阀轴300。
尽管以上通过实施方式详细描述了本发明，但是本发明不限于特定实施方式，而应该基于权利要求来解释。此外，应当理解，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式改变和修改本发明。在以下描述中，根据本发明的概念对示例性实施方式指定的结构或功能描述旨在描述示例性实施方式，因此应当理解，本发明可以以各种方式实施，而不限于示例性实施方式。应当理解，根据本发明的概念的示例性实施方式不限于将在下文中参考附图描述的实施方式，但是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、等效、添加和替换。

Claims (7)

1.一种阀组件，包括：
旋转齿轮，其通过从外部施加的力围绕作为旋转轴的垂直中心轴旋转并且在中心轴上具有非圆形的插入孔；
圆柱形凸轮，其能够在与所述旋转齿轮一体旋转的同时上下移动，所述圆柱形凸轮的上端插入至插入孔中，并且所述圆柱形凸轮其外侧具有两个或更多个倾斜的滑动槽；
提升阀轴，其设置成穿过所述圆柱形凸轮的旋转轴，并能够与所述圆柱形凸轮一体地上下移动并独立地旋转；
阀座，其连接到所述提升阀轴的下部；
壳体和盖子，所述壳体和盖子围绕圆柱形凸轮；以及
两个或更多个的轴承单元，每个轴承单元具有固定到壳体的第一侧以及分别插入所述滑动槽中的第二侧，
所述提升阀轴的上部在所述圆柱形凸轮上方突出，
阀组件还包括：
引导管，所述引导管形成为其中插入有所述提升阀轴的上部的中空管形状，并且所述引导管的外侧形成具有垂直长度的滑动突起；以及
磁体，其固定在所述引导管的外侧；并且
引导槽形成在盖子的内侧，滑动突起插入所述引导槽中以上下移动。
2.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，两个滑动槽形成在相对侧，所述圆柱形凸轮的旋转轴位于所述滑动槽之间。
3.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述滑动槽在下部的梯度比上部小。
4.根据权利要求3所述的阀组件，其特征在于，所述滑动槽的上部形成为直的，并且所述滑动槽的下部形成为弯曲形状，使得梯度向下减小。
5.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，
所述轴承单元包括：
轴承轴，其形成为圆柱形并且具有固定到壳体的纵向第一侧和具有小外径的纵向第二侧；
环形的轴承衬套，其连接成围绕所述轴承轴的纵向第二侧；以及
辊，其连接成围绕所述轴承衬套的外侧并且安放于所述滑动槽中，并且
轴承衬套形成为扩大的管形状，使得面向滑动槽的端部的外径大于辊的内径。
6.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，引导管由合成树脂制成，并且
所述引导管和所述磁体通过插入注射成型一体地形成。
7.根据权利要求6所述的阀组件，其特征在于，在引导管的内侧上另外设置有由金属制成的插入管，并且
所述插入管和所述提升阀轴通过焊接一体地组合。
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