CN110529263A - 空气截止阀 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的空气截止阀，包括当保持销缩回时可通过弹簧在臂和触发位置之间移动的闸门，并允许弹簧加载的保持销缩回，并且释放也是弹簧加载的闸门以使其下落。保持销由致动器通过凸轮机构操作。

Description

空气截止阀

技术领域

本专利发明总体上涉及内燃机，且更具体地，涉及用于内燃机的空气截止阀。

发明背景

某些类型的内燃机，包括具有往复活塞的发动机，通常通过控制提供给发动机汽缸的空气或燃料来工作。例如，诸如燃气或汽油发动机的火花点火发动机通过计量提供给发动机的空气量，测量空气量和提供受控量的燃料来控制发动机速度，以实现所需的空气/燃料比。类似地，诸如柴油或石油发动机的压缩内燃机通过计量提供给发动机汽缸的燃料量来控制发动机速度。在任何情况下，内燃机至少需要空气和燃料以在发动机汽缸中形成可燃空气/燃料混合物而工作。如果停止提供燃料或空气，则将停止或阻止发动机启动。

在某些情况下，例如，在存在故障的情况下，出于安全原因，期望禁止发动机工作。在其他状况下，发动机部件中的故障可能导致燃料(或空气)不受控制地流入发动机，这可能产生不受控制的发动机工作的状况。在安全锁定期间或在存在发动机部件故障期间禁用发动机工作的一个先前提出的解决方案是在发动机的进气系统中的一点处引入空气截止阀，其工作以切断进入发动机的气流。

曾提出的空气截止阀的一个示例可以在1985年10月15日授权的第4,546,954号美国专利中找到。该参考文献描述了一种具有桨形阀元件的空气截止阀，其包括：圆形闸门和致动臂。致动臂在致动器的力的作用下在一端枢转(参见例如图3a)，以使闸门摆动进和摆动出空气通道开口。

现有的空气截止阀(例如上述'954专利中描述的阀)的一个缺点是，当需要使用阀时，需要大的致动器力来移动阀元件。此外，将阀放置在发动机的进气系统上(通常在发动机上很高)使阀受到诸如连杆等内部部件的振动和磨损。

发明内容

在一个方面，本发明描述了一种用于内燃机的空气截止阀。空气截止阀包括主体，主体具有形成入口开口的入口部分，形成出口开口的出口部分、闸门部分和致动器部分。主体形成流体地连接入口开口和出口开口的空气通道。闸门可滑动地设置在主体的闸门部分中。闸门可选择性地在布防位置和触发位置之间移动，其中在触发位置中，闸门被设置在空气通道中并且从入口开口流体地阻塞出口开口。提升杆连接到闸门并包括横向开口。保持销可滑动地设置在主体的致动器部分中，并且当闸门处于布防位置时，尖端延伸穿过提升杆中的横向开口。辊可旋转地安装到保持销上。凸轮杆具有与辊接触的凸轮表面，使得凸轮杆的轴向运动在保持销上引起相应的轴向运动。致动器连接到凸轮杆并且操作以将凸轮杆从伸展位置移动到缩回位置，其中保持销的尖端离开横向开口。至少一个弹簧设置在主体和保持销之间。所述至少一个弹簧设置成在朝向提升杆的方向上推动保持销，使得在辊和凸轮表面之间保持接触。至少一个提升弹簧设置在主体和闸门之间。至少一个提升弹簧设置成将闸门推向触发位置。

在另一方面，本发明描述了一种用于内燃机的空气截止阀。空气截止阀包括可滑动地设置在阀的主体内并且操作以选择性地流体连接或阻塞空气通道的闸阀元件，闸阀元件沿着闸刀轴线在缩回位置和伸展位置之间移动，在缩回位置中空气通道畅通，在伸展位置中空气通道被阻塞。空气截止阀还包括在默认的延伸的致动器位置和激活的缩回的致动器位置之间工作的线性致动器。凸轮杆具有凸轮表面并且连接到线性致动器并且布置成由致动器移动。保持销可滑动地设置在阀的主体中，并且具有设置成与凸轮表面接触的辊，使得致动器的运动转换成保持销的运动。至少一个弹簧设置在阀的主体和保持销之间。至少一个弹簧沿一个方向推动保持销，使得辊和凸轮表面之间的接触得以保持。提升杆连接到闸阀元件并且具有开口，该开口在其中接收保持销的尖端。至少一个提升弹簧设置在阀的主体和闸阀元件之间。至少一个提升弹簧将闸阀元件朝向伸展位置推动。

在又一方面，本发明描述了一种用于内燃机的空气截止阀。空气截止阀包括形成空气通道的主体，该空气通道流体连接出口开口和入口开口。闸门可滑动地设置在主体中，并且沿着闸门轴线可选择性地在布防位置和触发位置之间移动，其中空气通道被流体阻塞。提升杆连接到闸门并包括开口。保持销沿着保持轴线可滑动地设置在主体中，并且当闸门处于布防位置时，保持销的尖端延伸穿过提升杆中的开口。辊可旋转地与保持销相关联，并且凸轮杆具有与辊接触的凸轮表面。致动器连接到凸轮杆并且操作以使凸轮杆沿着致动器轴线从伸展位置移动到缩回位置。至少一个弹簧设置在主体和保持销之间。所述至少一个弹簧设置成在朝向提升杆的方向上推动保持销，使得辊和凸轮表面之间的接触得以保持。至少一个提升弹簧设置在主体和闸门之间。至少一个提升弹簧设置成将闸门朝向触发位置推动。在一个实施例中，闸门轴线和致动器轴线是平行的，并且致动器轴线和保持轴线是垂直的。

附图说明

图1是根据本发明的用于内燃机的空气截止阀的轮廓图。

图2是图1中所示的阀的横截面图。

图3是图1中所示的阀的横截面图。

图4是通过图1的阀的连杆部分的放大细节横截面。

图5是穿过图1中所示的阀的闸门元件部分的截面的横截面。

图6是闸阀元件的轮廓图。

图7是图6中所示的闸阀元件的一部分的放大横截面图。

图8和图9是从图1中所示的阀的闸门部分的不同视角的横截面。

图10是图1中所示的阀的横截面。

具体实施方式

图1中示出了空气截止阀(ASO)100的轮廓图。ASO 100包括主体102，主体102具有入口部分104、出口部分106、闸门部分108和致动器部分110。在实施例中，ASO 100是双向二元阀，其可以操作在打开位置和关闭位置，在打开位置中允许在入口和出口部分104和106之间的流体连通，在关闭位置中闸阀元件112(如图3的横截面所示)通过致动器部分110内的致动器和连杆机构移动到阻止入口和出口部分104和106之间的流体连通的位置。换句话说，ASO 100在布防状态和触发状态之间工作，在布防状态中如果需要则准备关闭，在触发状态中ASO 100关闭以防止发动机工作。如图所示，入口部分104包括阴孔114，阴孔114在其中接收在工作期间承载发动机入口空气流的空气管(未示出)。出口部分106包括凸缘116，凸缘116可用紧固件安装到发动机的进气歧管(未示出)。

空气通道118(图5)连接入口和出口部分104和106并延伸通过主体102以将入口空气流从阴孔114传送到凸缘116中的开口。这样，当闸门112处于关闭位置时，通过空气通道118的流体传输被阻塞或阻止。当处于打开位置时，闸门112缩回到主体102中以允许流体相对无阻碍地通过空气通道118。闸门112具有与空气通道118的圆形横截面流动区域匹配的大致圆柱形形状，但也可以使用其他形状。

在工作期间，闸门112可以相对于空气通道118升高或降低，类似于闸刀，以打开或阻塞空气通道118。如图3所示，闸门112连接到提升杆120，提升杆120将闸门112从关闭位置拉到打开位置，并将闸门112保持在抬起位置。提升杆120连接到链条122，链条122可啮合地与链轮124接合，链轮124围绕提升轴126枢转。提升轴126用作链轮124的旋转轴线并且平行于由保持销轴线限定的平面，并且垂直于提升杆轴线和致动器轴线。提升轴线和致动器轴线是平行的，并且都垂直于保持销轴线。提升轴线、致动器轴线和保持销轴线是共面的。在一端，在盖子128的外部，提升轴126包括驱动器130(图1)，当ASO 100处于关闭位置时，驱动器130可以与工具接合并转动以重置或提升闸门112以打开ASO 100。

为了激活或关闭ASO 100，可以提供信号以激活致动器132。致动器132在图示的设备中体现为电磁阀致动器，是线性致动器，其工作以在伸展位置和缩回位置之间线性移动凸轮杆134(图4)。致动器132的激活使凸轮杆134沿图4所示的方位向下缩回。凸轮杆134包括与辊137接触的凸轮表面135。可以理解，当凸轮杆134缩回(相对于图4所示的方位向下)时，凸轮表面135和辊137之间的接触将使辊137向右移动(在图4所示的方位上)。类似地，凸轮杆134从缩回位置延伸到伸展位置将允许辊137向左移动。

当处于默认的伸展位置时，凸轮杆134的凸轮表面135设置在距辊137的间隙距离处。辊137可旋转地安装在保持销138上。如图4所示，保持销138相对于凸轮杆134以垂直方位往复安装在ASO 100内，使得凸轮杆134沿一个轴线的往复运动通过凸轮表面135和辊137之间的相互作用转换成保持销138沿垂直轴线的往复运动。保持销138也由弹簧140(图4)弹簧加载，弹簧140通常保持在压缩状态以保持辊137和凸轮表面135之间的接触。压缩弹簧140的弹簧恢复力经由凸缘142传递到保持销138。

当在致动器132处接收到信号以触发或激励ASO 100闭合时，电信号使致动器132激励，其工作使凸轮杆134朝向致动器132缩回足够的距离，使得凸轮杆134充分推动保持销138，使得保持销的尖端离开形成在提升杆120中的开口136。当保持销138离开提升杆120时，提升杆可自由移动并允许闸门112关闭。

当保持销138处于锁定位置时，保持销138的尖端144与形成在提升杆120中的开口136之间的干涉将提升杆120和闸门112保持在打开位置。当尖端144离开开口136时，闸门112在提升位置的机械保持被移除，这允许闸门112落入空气通道118。闸门112在进入空气通道118的方向上的运动。闸门112在进入空气通道118的方向上的运动由两个提升弹簧148实现，两个提升弹簧148设置在形成于主体102的闸门部分108中的孔150中，并且当闸门112处于提升或打开位置时，两个提升弹簧148与闸门112接触并保持在压缩状态。当保持销138充分缩回以使尖端144离开开口136时，闸门112自由下落并通过提升弹簧148的力朝向关闭位置移动。在所示实施例中，如上所述，附接到保持销138的与尖端144相对的端部的手柄152(图4)可以被手动拉动以使保持销138缩回并且使闸门11释放。

当ASO 100处于触发或关闭位置时，可以手动重置或重新布防。为了实现这一点，用户可以例如用扳手接合驱动器130，并且根据图3中所示的部件的方位，例如沿逆时针方向在重置或卷绕方向上转动驱动器130。驱动器130与提升轴126可旋转地连接，使得驱动器130的旋转使链轮124也旋转。例如，当在重置阀的方向上旋转驱动器130时，处于图3所示方位的链轮124将逆时针旋转以将链条122卷绕到链轮124上，从而拉动提升杆120以升高闸门112。当提升杆中的开口136与尖端144对准时，弹簧140将尖端144推入开口136中以将提升杆120固定在打开位置。

工业实用性

本发明适用于内燃发动机，并且更具体地，适用于ASO阀，其设置成使发动机汽缸与进入的空气流体隔离，以防止发动机的不期望的工作。

上面描述了用于布防和重置ASO 100的各种结构。ASO 100还包括改进其性能并延长其使用寿命的附加结构和特征。一个这样的特征是位置传感器202，其可以安装在盖128上。位置传感器202(可以实施为接近传感器)被布置成感测目标物204并在目标物204处于闸门112被锁定在其打开位置的位置时提供信号，如图3的放大细节所示。在所示的实施例中，目标物204形成为提升杆120的延伸部分。

ASO 100的另一个特征包括膨胀室206和两个环形密封表面208，它们形成图形“8”并且阻止空气通道118中的压缩空气(其也可以包含其他气体，例如再循环废气和/或气态发动机燃料)的侵入进入容纳链轮124、链条122和致动器132的一部分的空腔中。如图5所示，膨胀室206是形成在主体102中的盲室或空腔，其在闸门112处于其打开位置时可以封闭闸门112。闸门112包括两个面密封件210，闸门112的任一侧一个，每个都具有围绕闸门112的周边的圆形形状，如图6所示。

在工作期间，闸门112可以围绕其整个周边以及相对于空气通道118的上游侧和下游侧形成完全密封。如果任何空气或气体/空气混合物通过密封件210泄漏，尤其是当闸门112处于其打开位置时，膨胀室206将用于冷却、膨胀和冷凝溶解在入口空气混合物中的任何流体，以避免污染、腐蚀和损坏操作闸门打开机构的部件。例如，当使用废气再循环时，入口空气混合物可包括水蒸气和燃烧副产物，该副产物可包括硫氧化物。

密封件210可以是容纳在通道中的串密封件，并且可以通过将密封材料(例如氟弹性体)直接包覆成型到闸门112上而形成，由此密封件210的两侧可以在单个注射成型操作中形成，其中材料通过围绕闸门112周边形成的模制通道212从闸门的一侧穿过到另一侧，如图7中穿过闸门112的横截面所示。在替代实施例中，密封件210可以它由不同的材料制成，例如铜、石墨、陶瓷等，它们具有可接受的密封性能，并且能够在较高温度(例如300℃)下长时间工作后承受工作并保持其密封性能，即使存在腐蚀性物质，也不会明显丧失其密封能力。

为了避免由于工作期间的振动而在使闸门112在打开或布防位置发生咔嗒声和磨损，ASO 100还包括多个弹性辊214。图10中从前视角看，在图8从顶部视角看的剖视图中，以及图9中的从前视角看的横截面中，可以看到用于所示实施例的辊214的放置。辊214形成中央通道216，其接合闸门112的脊218，使得通过辊214(可以由橡胶、PTFE、硅树脂等制成)的材料的弹性防止或减弱在除闸门下降(在图9的方位上向下)的线性方向之外的任何方向上的运动和/或旋转。

为了改善ASO 100的操作，闸门112和主体102的闸门部分108之间的滑动机构包括自居中机构，该自居中机构确保平稳可靠的阀启动，而不管ASO 100的安装或工作方位如何。具体地，闸门112包括两个径向相对的臂220(图6)，其相对于闸门112径向突出并且与引导件221(图9)相互作用，引导件221可滑动地设置在主体102中形成的孔150内。引导件221配合地接合形成在每个臂220上的轮廓表面222。这些轮廓表面222具有大致平滑的凹形形状，其近似于圆形区段，使得由弹簧148通过引导件221施加到闸门112上的轴向力和臂220倾向于使引导件221在孔150内居中。从图9和15中可以看出，引导件221还用作弹簧148的弹簧引导件，因此受到弹簧力而运动，当弹簧148伸出时，该运动被传递到闸门112。

为了便于组装ASO 100中的各种组件，在主体102中设置孔224。可在ASO 100的工作期间插入的孔224沿着空气通道118定位在与闸门112重叠的位置处，并且设置在与提升杆120径向相对的位置。这样，例如细长的杆或螺栓的工具可插入孔224并将闸门112推向其打开位置，并且在可以组装诸如链轮124和链条122的其余结构期间可以将其保持在该位置。

为了延长使用寿命并改善致动器132的可行性和操作，ASO 100包括隔热罩226，隔热罩226至少部分地围绕致动器132以在工作期间保护其免受在ASO 100的主体102发出的热量的影响。并且，致动器132被放置成使得保持销138沿之致动的轴线与闸门112可以相对于主体102沿之移动的轴线平行。这样，运动传递的机械路径的长度和方位可以减小并且可以将致动器132放置得更靠近ASO 100的质心，这减少了致动器否则可能经受的振动和磨损。

应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，预期本发明的其他实施方式可以与前述示例在细节上不同。对本发明或其示例的所有引用旨在参考此时讨论的特定示例，并且不旨在更一般地暗示对本发明的范围的任何限制。关于某些特征的所有区分和贬低的语言旨在表示缺乏对这些特征的偏好，但除非另有说明，否则不完全将其排除在本发明的范围之外。

除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的描述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独的值并入本说明书中，如同其在本文中单独引用一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法均可以任何合适的顺序进行。

在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)使用术语“一”和“一个”和“该”和“至少一个”以及类似的指示物应被解释为涵盖单数和复数两种情况，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。使用术语“至少一个”后跟一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)应被解释为表示从列出的项目中选择的一个项目(A或B)或所列项目(A和B)中的两个或更多个的任何组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述元件的所有可能变型的任何组合。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的空气截止阀，包括：

主体，具有形成入口开口的入口部分，形成出口开口的出口部分，闸门部分和致动器部分；

所述主体形成流体连接所述入口开口和所述出口开口的空气通道；

所述闸门可滑动地设置在所述主体的所述闸门部分中，所述闸门可选择性地在布防位置和触发位置之间移动，其中在所述触发位置中，所述闸门设置在所述空气通道中并且从所述入口开口流体地阻塞所述出口开口；

连接到所述闸门提升杆，所述提升杆包括横向开口；

保持销，可滑动地设置在所述主体的所述致动器部分中，当所述闸门处于所述布防位置时，所述保持销的尖端延伸穿过所述提升杆中的所述横向开口；

辊，可旋转地安装在所述保持销上；

凸轮杆，具有与所述辊接触的凸轮表面，使得所述凸轮杆的轴向运动在所述保持销上引起相应的轴向运动；

致动器，连接到所述凸轮杆并且操作以将所述凸轮杆从伸展位置移动到缩回位置，其中所述保持销的所述尖端离开所述横向开口；

至少一个弹簧，设置在所述主体和所述保持销之间，所述至少一个弹簧设置成在朝向所述提升杆的方向上推动所述保持销，使得在所述辊和所述凸轮表面之间保持接触；以及

至少一个提升弹簧，设置在所述主体和所述闸门之间，所述至少一个提升弹簧设置成将所述闸门朝向所述触发位置推动。

2.根据权利要求1所述的空气截止阀，还包括连杆机构，所述连杆机构操作以将所述闸门的位置与所述保持销相对于所述主体的位置机械地相关联。

3.根据权利要求2所述的空气截止阀，其中所述连杆机构包括驱动器，并且其中所述驱动器的旋转被配置为将所述闸门从所述触发位置移动到所述布防位置，并且还使所述保持销朝向所述提升杆中的所述横向开口移动，以将所述闸门锁定在所述布防位置。

4.根据权利要求3所述的空气截止阀，其中所述连杆机构包括链轮，所述链轮可旋转地安装在所述主体上并且连接到所述驱动器，使得所述驱动器的旋转引起所述链轮的相应旋转。

5.根据权利要求4所述的空气截止阀，其中所述连杆机构还包括链条，所述链条与所述链轮可啮合地接合，所述链条的一端连接到所述链轮，并且另一端连接到所述提升杆，使得所述驱动器和所述链轮在卷绕方向上的旋转使所述链条拉到所述提升杆上并且将所述闸门从所述触发位置朝向所述布防位置移动。

6.根据权利要求1所述的空气截止阀，其中所述主体还包括至少一个孔，所述孔设置在所述闸门部分中并且平行于所述闸门的行进方向延伸，并且其中所述至少一个孔包括所述至少一个提升弹簧。

7.根据权利要求6所述的空气截止阀，其中所述闸门包括延伸到所述至少一个孔中的臂，其中插塞可滑动地设置在所述至少一个孔内并且接触所述臂，并且其中所述至少一个提升弹簧压缩地设置在所述至少一个孔的一端和所述插塞之间。

8.根据权利要求4所述的空气截止阀，还包括设置在所述提升杆上的目标物，所述目标物被配置为当所述闸门处于所述布防位置时被设置为邻近传感器。

9.根据权利要求1所述的空气截止阀，还包括膨胀室，所述膨胀室形成在所述主体中并且当所述闸门设置在所述布防位置时围绕所述闸门的至少一部分。

10.根据权利要求1所述的空气截止阀，其中所述横向开口是至少部分地延伸所述提升杆的盲孔。