CN112567122A

CN112567122A - 阀

Info

Publication number: CN112567122A
Application number: CN201980053561.9A
Authority: CN
Inventors: S·O·格鲁尼斯; R·博南诺; J·冯维利希
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2021-03-26
Also published as: KR20210045481A; DE102018214460A1; US20210317778A1; WO2020043329A1; EP3844374A1; JP2021535984A

Abstract

本发明涉及一种用于关闭和开启流动路径的阀(1)，所述阀包括：电磁执行器单元(5)；能借助于电磁执行器单元(5)轴向运动的衔铁(8)和与衔铁(8)连接的封闭体(10)，其中，封闭体(10)设计为用于关闭和开启流动路径；壳体(2)，该壳体至少接纳衔铁(8)和封闭体(10)的第一轴向端部(20)，该第一轴向端部与衔铁(8)连接；形成阀座(16)的外壳部件(18)，在阀(1)的关闭位置借助于弹簧装置(17)将封闭体(10)的第二轴向端部(22)压靠到该外壳部件上，其中，弹簧装置(17)至少具有能以第一弹簧刚度从阀(1)的完全关闭位置开始压缩到阀(1)的部分打开的中间位置的弹簧(32、34)和能以第二弹簧刚度从阀(1)的部分打开的中间位置开始压缩到阀(1)的完全打开位置的弹簧(32、34)，其中，第一弹簧刚度不同于第二弹簧刚度。

Description

阀

技术领域

本发明涉及一种用于关闭和开启流动路径的阀，该阀能借助于电磁执行器单元来操纵。

背景技术

这种阀例如作为空气转向阀用在机动车中的涡轮增压器上，以便在惯性滑行中开启通向吸入侧的旁路。为了防止在低转速下过于剧烈地制动涡轮增压器的涡轮，但也为了确保快速起动，力求实现阀的快速的打开和关闭过程。

典型地，涡轮增压器上的阀设计为通过具有变速器的动力设备来操纵的止回阀或者设计为滑阀或活塞阀。隔膜阀也被广泛使用。在此，止回阀具有的优点是，它们允许阀瓣处于中间位置，所述中间位置可以借助于相应的传感器装置来调节并且能实现旁通管路的部分开口。然而，这需要相当大的技术投入。

相反，滑阀或活塞阀的优点在于，它们结构特别简单并且因而成本低廉，而且还具有良好的响应特性。但是，它们传统上仅允许完全关闭的或完全打开位置。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种用于关闭和开启流动路径的阀，所述阀适合于用作机动车的涡轮增压器上的循环空气阀并且同时简单地构造、可靠地工作并且允许可靠地控制旁通管路中的质量流。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的改进方案由从属权利要求中得出。

根据本发明的一个方面，提供一种用于关闭和开启流动路径的阀，所述阀包括：电磁执行器单元；能借助于电磁执行器单元轴向在阀的纵轴线的方向上运动的衔铁；和与衔铁连接的封闭体，其中，封闭体设计为用于关闭和开启流动路径。此外，该阀包括：壳体，该壳体至少接纳衔铁和封闭体的第一轴向端部，该第一轴向端部与衔铁连接；以及形成阀座的外壳部件，在阀的关闭位置借助于弹簧装置将封闭体的第二轴向端部压靠到该外壳部件上。

弹簧装置至少具有能以第一弹簧刚度从阀的完全关闭位置开始压缩到阀的部分打开的中间位置的弹簧和能以第二弹簧刚度从阀的部分打开的中间位置开始压缩到阀的完全打开位置的弹簧。在此，第一弹簧刚度与第二弹簧刚度不同。

弹簧的弹簧刚度——也称为弹簧强度、弹簧硬度或弹簧常数——说明了作用在弹簧上的力与由此引起的弹簧偏移/位移的关系。它取决于各种因素、特别是所使用的弹簧的材料和类型。

该阀的优点是，它以技术上特别简单的方式实现封闭体占据中间位置，在该中间位置流动路径被部分地关闭，从而相对于完全打开位置而言较小的质量流流过旁通管路。

在此，中间位置通过如下方式实现，即，能以两种不同的弹簧刚度来压缩弹簧装置，其中，特别是第二弹簧刚度大于第一弹簧刚度，也就是说，弹簧从阀的完全关闭位置开始首先能借助于相对较小的第一力压缩到部分打开的中间位置，并且只有当大于第一力的第二力作用到弹簧上时，才可以到达阀的完全打开位置。

有利地，然后可这样操控电磁执行器单元，即，该电磁执行器单元首先提供相对小的第一力F1作用到衔铁上并且因此作用到被封闭体压缩的弹簧上。在此这样确定第一力F1的大小：其足以克服由弹簧以第一弹簧刚度施加的反作用力，然而不克服由弹簧以第二弹簧刚度施加的反作用力。因此，对于第一力F1：

D1·ΔL1≤F1<D2·ΔL2，

其中，Dl和D2表示第一弹簧刚度或第二弹簧刚度，而ΔL1和ΔL2表示弹簧装置在磁力影响下的位移，其中，特别是ΔL1表示弹簧装置直到到达所要的中间位置的位移。

通过这种操控，封闭体仅运动至部分打开的中间位置。

仅当特别是通过施加更高的电压或相应地对电压进行脉宽调制而施加足够大的第二力F2时，才可以将封闭体从中间位置移动到完全打开位置。在此，这样确定该较大的第二力的大小：其足以克服由弹簧以第二弹簧刚度施加的力。

因此，阀具有如下优点：以特别简单的方式实现封闭体占据中间位置。在此，可以放弃在技术上复杂的装置、例如传感器。通过选择相应的弹簧刚度而预先确定中间位置并且相应地操控电磁执行器单元。在此，不同的弹簧刚度实现了中间位置的特别清楚的预先确定和封闭体的特别精确的定位。

根据一个实施方式，为弹簧装置使用多个具有不同弹簧刚度的弹簧。为此，弹簧装置至少具有能以第一弹簧刚度压缩的第一弹簧和能以第二弹簧刚度压缩的第二弹簧。在这种情况下，由于在第一步骤中第一弹簧必须首先被压缩直到到达中间位置，而在该中间位置第二弹簧还没有被压缩、但是正好开始在封闭体上施加反作用力，因此产生为了移动封闭体所需的力的突变/跃升。为了接着进一步打开阀，必须通过电磁执行器单元施加更大的力，因为现在要克服弹簧装置的更高的反作用力。

特别是，第一弹簧和第二弹簧可以同轴地布置并且特别设计为围绕阀的纵轴线对称地布置的螺旋弹簧。在这种布置中，两个弹簧可以在中间位置与完全打开位置之间并联/并行作用并且由它们施加到封闭体上的复位力被累加。这种布置的优点是，它要求的结构空间小。

替代地，两个弹簧或更多个弹簧也可以串联。

在弹簧并联的情况下，第二弹簧特别可以具有比第一弹簧小的直径，也就是说布置在第一弹簧内部。然而，也可以考虑相反的布置，其中第一弹簧具有比第二弹簧小的直径。哪个实施方式更有利例如取决于封闭体的构造。

根据一个实施方式，第一弹簧支承在封闭体的底部上，第二弹簧支承在位于第一弹簧内部并且与所述第一弹簧同心地布置的凸缘上，其中，所述凸缘是可轴向移动的。在封闭体的底部上布置有止挡部、例如形式为环绕的或部分环绕的接片，所述止挡部在第二弹簧压缩期间与凸缘接触。

在这个特别简单和紧凑的实施方式中，当电磁执行器单元提供第一磁力时，第一弹簧被压缩。当封闭体已经轴向移动到使止挡部与凸缘接触的程度时，到达中间位置。在该中间位置，第二弹簧开始通过凸缘和止挡部将反作用力施加到封闭体上，该反作用力仅能通过相应增大的磁力被克服。

然而，弹簧装置也可以具有唯一一个弹簧，该弹簧这样设置，使得其能以不同的弹簧刚度压缩。例如，可以使用具有渐进式绕组的弹簧。

根据一个实施方式，弹簧装置因此具有唯一一个弹簧，该弹簧能以第一弹簧刚度压缩到中间位置并且随后能以第二弹簧刚度压缩，其中，特别是第一弹簧刚度小于第二弹簧刚度。

在此也可以考虑弹簧刚度的连续上升和/或多于两个不同的弹簧刚度。

根据一个实施方式，执行器单元能被操控，以便在衔铁上施加第一力F1或第二力F2，其中，F1不等于F2。

根据本发明的另一方面，给出一种具有涡轮增压装置的机动车，其包括具有压缩机的进气侧和具有涡轮的涡轮侧，其中，在进气侧上设置有通向压缩机的旁通管路，其中，在旁通管路中布置有所描述的阀，用于开启或关闭所述旁通管路。

附图说明

现在根据附图详细说明本发明的实施方式。

图1以纵向剖视图示意性地示出根据本发明的一个实施方式的在关闭位置的阀；

图2示意性地示出在部分打开的中间位置的根据图1的阀；和

图3示意性地示出在完全打开位置的根据图1的阀。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的一个实施方式的在关闭位置的、用于车辆的未示出的涡轮增压器的设计为空气转向阀的阀1。阀1在图1中如在所有附图中那样以纵向剖视图示出，也就是说，平行于阀的纵轴线剖开。

阀1包括具有模制的法兰的壳体2，该法兰具有孔，壳体2通过这些孔在旁通管路4的区域中法兰连接在未示出的涡轮增压器上。在所示的安装位置，阀1的第二外壳部件13连接到壳体2上。

替代地，外壳部件13以及还有另外的外壳部件18也可以与壳体2一体形成。

在壳体2中布置有电磁执行器单元5，其具有线圈6和与衔铁8连接的金属销钉7。销钉7借助于上轴承24和下轴承26可轴向移动地支承在壳体2中并且与罐形的封闭体10固定连接。

用作活塞的罐形的封闭体10与阀座12共同作用，以便关闭或打开旁通管路4。为此，封闭体10具有环形的密封面14，该密封面与阀座16共同作用，以便密封旁通管路4的横剖面。弹簧装置17将封闭体10朝向阀座16的方向挤压。在阀1未被操纵的情况下，仅是由于管路4中的压力而作用到封闭体10的底部12上的力反作用于由弹簧装置17产生的力。

封闭体10借助于具有V形轮廓的环形密封件38相对于外壳部件42密封。

在所示的实施方式中，弹簧装置17具有第一弹簧32和第二弹簧34。第一弹簧32和第二弹簧34与阀1的纵轴线L同轴地布置并且设计为螺旋弹簧，其中，第二弹簧34具有比第一弹簧32小的直径并且布置在第一弹簧32内部。第一弹簧32和第二弹簧34具有弹簧刚度D1和D2。

第二弹簧34设计为比第一弹簧32短。第一弹簧32以一个端部支承在封闭体10的底部12上并且以另一个端部支承在垫圈40上，该垫圈与纵轴线L同轴地布置在壳体2中。第二弹簧34也以其一个端部支承在垫圈40上，但以其另一个端部支承在凸缘30上，该凸缘由引导衬套28保持。

引导衬套28与销钉7和衔铁8同心地、可轴向移动地布置在壳体2中。引导衬套28也可以相对于销钉7和衔铁8轴向移动。该引导衬套用于保持下轴承26并且还用于承载凸缘30。

在封闭体10的底部12上，与纵轴线L同轴地布置有部分中断的、径向环绕的接片的形式的止挡部36。在此，止挡部36与纵轴线L之间的间距基本上相当于凸缘30与纵轴线L之间的间距，从而止挡部36可以通过封闭体10在轴向方向上的移动与凸缘30接触。

两个弹簧32、34共同形成弹簧装置17。弹簧装置17在所示的实施方式中具有两个不同的弹簧刚度。在弹簧装置17从图1中所示的阀1关闭位置压缩时，第一弹簧32的弹簧刚度Dl起作用，因为首先仅该弹簧32被压缩。然而，如果阀1被进一步打开，则从一个规定的中间位置起，第二弹簧34同时也被压缩，从而弹簧常数D1+D2总体上起作用。根据图2和图3来详细描述这个过程。

图2示出在部分打开的位置的根据图1的阀1，在所述部分打开的位置，旁通管路4被部分地开启，即允许减少的质量流通过该旁通管路。为了到达部分打开的位置，向磁性线圈6施加电压，从而产生足以压缩第一弹簧32的磁力。然后，阀1打开，直至止挡部36贴靠在凸缘30的下侧上。该位置在图2中示出。

然而在该位置，封闭体10的轴向运动停止，因为对于阀1的进一步打开不再只需要克服第一弹簧32的反作用力，而且还需要克服现在并联的第二弹簧34的进一步的反作用力。通过在止挡部36与凸缘30之间的接触，即为了进一步打开阀，现在必须压缩两个弹簧32、34，为此需要更高的磁力。

如果旁通管路4应仅部分地被开启，则因此在线圈6上施加电压，该电压足以克服第一弹簧32的反作用力并且到达在图2中所示的中间位置，但是该电压太小，以至于不能克服第二弹簧34的附加反作用力并且不能到达在图3中所示的、完全打开位置。

为了从图2中所示的中间位置开始到达阀1的完全打开位置——该位置在图3中示出，因此通过执行器单元5提供较高的磁力。为此例如施加较高的电压。如果该力足以克服由两个现在并联的弹簧32、34提供的反作用力，则封闭体10在轴向方向上运动，直到其完全开启旁通管路4。阀1的该位置在图3中示出。

因此，阀1不仅能实现完全关闭位置和完全打开位置，而且也能实现中间位置。如果弹簧装置17设计成使其具有多于两个的不同弹簧常数，则也可以考虑另外的中间位置，在这些中间位置之间弹簧常数典型地逐步上升。

电磁执行器单元5被相应地操控，以便克服弹簧装置17的相应的反作用力。通过这种方式可以借助于电磁阀并且在省略位置传感器的情况下提供一种空气转向阀，该空气转向阀具有封闭体10的、一个或多个规定的和能有针对性地操控的中间位置。

Claims

1.一种用于关闭和开启流动路径的阀(1)，所述阀包括：

-电磁执行器单元(5)；

-能借助于电磁执行器单元(5)轴向运动的衔铁(8)和与衔铁(8)连接的封闭体(10)，其中，封闭体(10)设计为用于关闭和开启流动路径；

-壳体(2)，该壳体至少接纳衔铁(8)和封闭体(10)的第一轴向端部(20)，该第一轴向端部与衔铁(8)连接；

-形成阀座(16)的外壳部件(18)，在阀(1)的关闭位置借助于弹簧装置(17)将封闭体(10)的第二轴向端部(22)压靠到该外壳部件上，其中，弹簧装置(17)至少具有能以第一弹簧刚度从阀(1)的完全关闭位置开始压缩到阀(1)的部分打开的中间位置的弹簧(32、34)和能以第二弹簧刚度从阀(1)的部分打开的中间位置开始压缩到阀(1)的完全打开位置的弹簧(32、34)，其中，第一弹簧刚度不同于第二弹簧刚度。

2.根据权利要求1所述的阀(1)，

其中，第二弹簧刚度大于第一弹簧刚度。

3.根据权利要求1或2所述的阀(1)，

其中，弹簧装置(17)至少具有能以第一弹簧刚度压缩的第一弹簧(32)和能以第二弹簧刚度压缩的第二弹簧(34)。

4.根据权利要求3所述的阀(1)，

其中，第一弹簧(32)和第二弹簧(34)同轴地布置。

5.根据权利要求4所述的阀(1)，

其中，第二弹簧(34)具有比第一弹簧(32)小的直径。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的阀(1)，

其中，第一弹簧(32)支承在封闭体(10)的底部(12)上，第二弹簧(34)支承在位于第一弹簧(32)内部并且与所述第一弹簧同心地布置的凸缘(30)上，在封闭体(10)的底部(12)上布置有止挡部(36)，所述止挡部在第二弹簧(34)压缩期间与凸缘(30)接触。

7.根据权利要求1或2所述的阀(1)，

其中，弹簧装置(17)包括唯一一个弹簧，所述唯一一个弹簧能以第一弹簧刚度压缩到封闭体(10)的中间位置并且接下来能以第二弹簧刚度压缩，其中，第一弹簧刚度小于第二弹簧刚度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的阀(1)，

其中，所述执行器单元(5)能被操控以将第一力F₁或第二力F₂施加到衔铁(8)上，其中，F₁≠F₂。

9.一种具有涡轮增压装置的机动车，其包括具有压缩机的进气侧和具有涡轮的涡轮侧，其中，在进气侧上设置有通向压缩机的旁通管路，其中，在旁通管路中布置有根据权利要求1至8中任一项所述的阀(1)，用于开启或关闭所述旁通管路。