CN114901938A - 节流阀 - Google Patents

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Abstract

一种节流阀(1)，该节流阀包括壳体(10、4)和节流阀主体(2)，其中，壳体(10、4)包含流动通道(11)，该流动通道沿着纵向轴线延伸，其中，节流阀主体(2)布置在流动通道(11)中，使得该节流阀主体能够围绕横向轴线(A)旋转，其中，横向轴线(A)以90度的角度与纵向轴线相交，其中，通过节流阀主体(2)的转动能够改变形成在壳体(10、4)与节流阀主体(2)之间的至少一个贯通开口的尺寸，其中，节流阀主体(2)布置在横向通道(12)中，该横向通道沿着横向轴线(A)延伸，至少部分地突出超过流动通道(11)的圆周并且在其两个端部处被封闭，并且其中，节流阀主体(2)沿着横向轴线(A)延伸直到横向通道(12)的两个端部并且至少部分地延伸直到横向通道(12)的圆周。

Description

节流阀
技术领域
本发明涉及一种节流阀，特别地涉及一种用于调节活塞式发动机的曲柄腔室中的压力的节流阀。
背景技术
已知采取固定节流孔口的形式的现有技术节流阀，即布置在流动通道的横截面中并因此减小横截面的可流动面积的刚性元件。大多数固定节流孔口被设计成用于正常操作。结果，当具有固定节流孔口板的系统被起动时，该节流孔口板产生过多的阻力，并因此过多地对系统进行节流。此外，发动机有时仅在部分负载下运行，或者涡轮增压器进气过滤器的压降随时间改变，或者聚结过滤器的压降随时间增加，或者发动机转速改变。所有这些情况都影响曲柄腔室中的压力，如果想要随着时间实现可能的最均匀的压力比，则需要进行调节。
因此使用可调节节流阀，该可调节节流阀在起动阶段仅能略微地减小流动横截面，而在正常操作中则越来越多地减小流动横截面。在圆形流动通道中使用圆盘形节流阀，在矩形流动通道中使用矩形节流阀。为了在流动通道中布置节流阀，将节流阀放置在通道中，并且将轴推动穿过通道的相对壁并且穿过节流阀中的中心凹部。为了防止节流阀沿着轴的纵向方向滑动，将节流阀盖附接到轴。通常使用螺钉来紧固。因此，利用已知的节流阀，对于不同尺寸的流动横截面，需要使用不同尺寸的节流阀。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种节流阀，该节流阀可与具有不同尺寸横截面的流动通道结合使用。
该目的通过具有权利要求1的特征的节流阀来解决。节流阀的其它实施方式以及具有这种节流阀的系统由其它权利要求的特征限定。
根据本发明的节流阀包括壳体和节流阀主体，其中在壳体中设置有流动通道，该流动通道沿着纵向轴线延伸。节流阀主体布置在流动通道中，以便能够绕横向轴线旋转，其中横向轴线以90度的角度与纵向轴线相交。通过节流阀主体的旋转，形成在壳体和节流阀主体之间的至少一个贯通开口的尺寸是可变的。节流阀主体布置在沿横向轴线延伸的横向通道中。横向通道至少部分地突出超过流动通道的圆周并且在其两个端部处被封闭。节流阀主体沿着横向轴线延伸到横向通道的两个端部并且至少部分地延伸到横向通道的圆周。
这种设计允许在一个壳体中可互换地使用不同的节流阀主体。壳体被设计成用于最大通道直径，为此对应的节流阀主体被插入到节流阀的壳体中。如果节流阀要与具有较小管道直径的管道系统一起使用，则对应的节流阀主体可以被插入到壳体中。例如，节流阀主体可以设置成用于20mm至100mm的对应标称直径。
在一个实施方式中，横向通道的直径与流动通道的直径相同。替代地，横向通道的直径可以大于流动通道的直径。在这种情况下，减小了节流阀主体的旋转导致贯通开口的尺寸改变所覆盖的角度范围。流动通道基本上被节流阀主体封闭所在的角度范围增大。在剩余的角度范围中，角度的改变导致贯通开口的尺寸的更大改变。
在一个实施方式中，节流阀主体包括中心凹部，节流阀主体利用该中心凹部布置在轴上。因此，节流阀主体可被推到轴上，或者轴可被插入到节流阀主体的凹部中，这允许容易地更换节流阀主体。
在一个实施方式中，中心凹部是孔。替代地，凹部可以包括突起。在这种情况下，轴包括与其互补的横截面，并且具有例如呈扁平(flattening)形式的凹部。因此，节流阀主体以非旋转的方式布置在轴上。也可以使用其它多边形横截面。在另一替代方案中，节流阀主体和轴包括槽，并且槽螺母作为防旋转装置布置在该槽中。
在一个实施方式中，节流阀包括固定件，利用该固定件能够防止节流阀主体和轴之间的相对运动。相对运动可以包括围绕横向轴线的旋转或沿着横向轴线的移位。例如，固定件包括布置在节流阀主体中的螺纹孔中的定位螺钉。替代地，螺钉可以被拧入。作为另一替代方案，可以使用无螺纹销。轴可以在适当的位置处具有对应的凹部，固定件可以形状配合地接合在该凹部中。
在一个实施方式中，节流阀包括两个轴承，轴利用该轴承在壳体中被支撑在两侧。例如，可以使用平面轴承或深沟球轴承，该平面轴承或深沟球轴承布置在壳体中的凹部中。
在一个实施方式中，节流阀主体包括沿横向轴线延伸超过节流阀主体的端面的止动件。例如，止动件可以包括螺钉，该螺钉形成止动件或者利用该螺钉止动件被紧固到节流阀主体。替代地，止动件可以与节流阀主体一体地形成。在壳体中形成有凹部，止动件突出到该凹部中。例如，凹部包括圆弓形凹槽，节流阀主体的止动件可抵接在该圆弓形凹槽的端部处。止动件可用于限定节流阀主体的两个端部位置。换句话说，能够限定节流阀主体的打开位置和关闭位置。
在一个实施方式中，止动件沿着横向轴线延伸到位于固定件在安装方向上与轴相反的投影中的区域中。因此，止动件形成防止固定件从节流阀主体脱落的固定元件。这是重要的，因为如果例如平头螺钉进入连接在节流阀的下游的管道系统，则这可能是危险的。
在一个实施方式中，节流阀主体至少延伸到圆柱形主体的两个相对的母线，该圆柱形主体的旋转轴线与横向轴线重合。节流阀主体可以具有凹部，当节流阀主体的角度改变时，凹部影响贯通开口的尺寸的改变。在极端情况下，凹部可从母线延伸到与用于容纳轴的中心凹部相邻的区域。
在一个实施方式中，节流阀主体包括圆柱形主体，该圆柱形主体具有设置在其周向表面中的至少一个凹槽形凹部。凹部从母线中的至少一个母线至少部分地沿圆周延伸，凹部的中心平面平行于节流阀主体的端面。也可以设置两个、三个或更多个凹部或凹槽，该凹部或凹槽相对于横向轴线彼此平行地布置。凹槽沿横向轴线的分布可以是规则的或不规则的。
在一个实施方式中，节流阀主体的至少一个凹部包括大致三角形的横截面，其中至少一个凹部包括两个相邻的侧面。替代的凹槽横截面可以是圆形、椭圆形、四边形或多边形的。在横截面具有多个区段、即凹部具有多个侧面的情况下，这些区段可以形成为直的或弯曲的。曲率可以是凸形或凹形设计。
在一个实施方式中，节流阀主体的至少一个凹部的两个相邻侧面之间的过渡区域是圆形的并且形成凹槽基部。替代地，过渡可以是成角度的。
在一个实施方式中，至少一个凹部包括两个区段，其中第一区段邻接母线中的一个母线，并且其中从横向轴线到凹部的径向距离从该母线连续地减小。第二区段邻接第一区段，其中凹部在第二区段中在平行于与横向轴线和母线垂直地相交的直线的方向上延伸。
在一个实施方式中，节流阀包括驱动器，该驱动器操作性地连接到节流阀主体并且能够使节流阀主体围绕横向轴线旋转。操作性连接可以是形状配合或压配合。
在一个实施方式中，节流阀包括复位元件，该复位元件至少在一个方向上抵消节流阀主体的旋转。复位元件可以在节流阀主体的打开位置或关闭位置的方向上产生力或扭矩。
在一个实施方式中，节流阀包括具有通道的至少一个适配器，该通道沿着纵向轴线延伸，该通道在其一个端部处具有与形成在壳体中的流动通道相同的尺寸并且利用该端部至少在流动通道的一个入口侧端部处连接到壳体，并且该通道在其相对侧具有较小的尺寸。可以针对不同的管道设置具有不同通道直径的不同适配器。适配器可以在节流阀的两侧连接到壳体。两个适配器可以相同或具有不同的通道直径。
所提及的节流阀的实施方式可以以任何组合使用，只要它们不相互矛盾。
根据本发明的系统包括发动机，该发动机具有曲柄箱、油分离器、根据前述权利要求中任一项所述的节流阀和涡轮增压器，其中，曲柄箱、油分离器、节流阀和涡轮增压器以闭合回路方式通过管道彼此连接。在封闭的曲柄箱中，窜气将增大曲柄腔室中的压力。在压力没有降低的情况下，密封件上的应力将太大，并且将不可能防止油例如通过曲轴轴承从曲柄腔室排出。重要的是防止压力上升到规定值以上，例如+20毫巴以上。为了降低压力，气体从曲柄腔室排出。气体吸收曲柄腔室中的油或油雾。由于必须防止油在管道系统中的积聚，所以油被油分离器分离并返回到曲柄腔室。涡轮增压器通过油分离器从曲柄腔室抽吸气体。节流阀调节曲柄腔室中的压力。例如调节至-3毫巴的负压。如果压力尽可能恒定，即如果压力波动低，则油分离器、例如聚结过滤器具有较高的分离效率。活塞式发动机与涡轮增压器的相互作用或设计需要一定的节流阀设计。例如，涡轮增压器进气负压的范围从-10毫巴到-100毫巴。窜气的流动速率的范围例如从150L/min到5000L/min。利用根据本发明的节流阀，通过在不同的子范围内使用不同的节流阀主体，可以覆盖这些范围。例如，第一尺寸可以用于从150L/min至2500L/min的第一子范围，第二尺寸可以用于从2500L/min至5000L/min的第二子范围。两个尺寸的子范围可以重叠。例如，用于20mm至50mm的标称直径的节流阀主体可以用在第一子范围中，并且用于50mm至100mm的标称直径的节流阀主体可以用在第二子范围中。
附图说明
下面将参照附图更详细地解释本发明的示例性实施方式。这些仅用于解释的目的，而不应被限制性地解释。附图示出如下：
图1示出了根据本发明的节流阀的立体图；
图2示出了穿过图1的纵向轴线和横向轴线的截面图；
图3示出了垂直于图2的截面图、穿过图1的横向轴线的截面图的截面；
图4示出了根据本发明的节流阀主体的第一实施方式的立体图；
图5示出了根据本发明的节流阀主体的第二实施方式的立体图；
图6示出了图5的在垂直于横向轴线的中心平面中的截面图；以及
图7示出了具有根据本发明的节流阀的系统。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的节流阀1的立体图，图2示出了穿过图1的纵向轴线和横向轴线的截面图，图3示出了垂直于图2的截面图、穿过图1的横向轴线的截面图的截面。节流阀1包括具有盖4的壳体10和节流阀主体2，其中，流动通道11设置在壳体10中并沿着纵向轴线L延伸。节流阀主体2围绕横向轴线A可旋转地布置在流动通道11中。横向轴线A以90度的角度与纵向轴线L相交。节流阀主体2布置在横向通道12中，该横向通道沿着横向轴线A延伸，该横向通道至少部分地突出超过流动通道11的圆周并且在其两个端部处被封闭。节流阀主体2沿横向轴线A延伸到横向通道12的两个端部，并且至少部分地延伸到横向通道12的圆周。在发动机侧，横向通道12由盖4封闭。盖4被拧到壳体10。横向通道12的直径与流动通道11的直径相同。节流阀主体2布置在轴3上，该轴借助于平面轴承31在壳体10或盖4中可旋转地安装在两侧。螺钉32从节流阀主体2的一个端面沿横向轴线A被拧入节流阀主体。螺钉头沿横向轴线A突出超过该端面并用作止动件。螺钉32的拧入端部在拧入的定位螺钉30的后面突出到定位螺钉30被拧入到其中的螺纹孔中，由此防止该螺钉在变松动的情况下从节流阀主体脱落。轴3操作性地连接到驱动器5。驱动器5被拧到盖4。驱动器5被带有冷却翅片的封闭的、圆柱形冷却套7包围，该冷却套通过冷却套盖80被拧到壳体10。用于驱动器5的电连接件50设置在冷却套盖80上。驱动器5被设计成电动马达。例如设计成具有电子单元的步进马达，其中电子单元可以包括控制系统、闭环控制系统和总线通信系统。复位元件6在轴3的与马达5相对的那侧布置在壳体10中的凹部中，并且操作性地连接到轴。所示的复位元件6是螺旋弹簧，该螺旋弹簧在其内部区域中连接到轴3并且在其外部区域中连接到壳体10。螺旋弹簧6位于其中的凹部可从外部接近，由盖8封闭并且由封闭的周向密封件81密封。在轴3和盖4之间、在盖4和壳体10之间以及在壳体10和冷却套7之间的另外的密封件81在节流阀1中存在负压的情况下防止气体从周围环境被吸入，或者在节流阀1中存在过压的情况下防止气体被排放到周围环境中。
图4示出了根据本发明的节流阀主体2的第一实施方式的立体图。节流阀主体包括中心凹部20，节流阀主体可以利用该中心凹部布置在轴3上，该轴具有与中心凹部互补的横截面。所示凹部20是从一个端面延伸到与其相对的端面的通孔。节流阀主体2延伸到圆柱形主体的两个彼此相对的母线21，该母线的旋转轴线与横向轴线A重合。节流阀主体的厚度从母线21到中心凹部20增大。用于拧入螺纹销30的螺纹孔23从两个母线21中的一个母线的中心在垂直于横向轴线A的方向上延伸到中心凹部20。在螺纹孔23的相对侧，出于对称的原因设置另一个孔24，该孔与螺纹孔23的无螺纹部分相同。另一螺纹孔25布置在端面中的一个端面中，并延伸到螺纹孔23的无螺纹部分中。该另一螺纹孔25布置在与横向轴线A和母线21垂直相交的直线G上。
图5示出了根据本发明的节流阀主体2的第二实施方式的立体图，图6示出了图5的在垂直于横向轴线A的中心平面M中的截面图。如在前述实施方式中，这里所示的节流阀主体2包括中心凹部20、用于拧入螺纹销的螺纹孔23、对应的对称孔24和用于拧入止动螺钉的螺纹孔25。此外，所示的节流阀主体2包括圆柱形主体，在该圆柱形主体的周向表面中设置有相对于横向轴线A旋转180度的两个凹槽形凹部，每个凹槽形凹部从母线21沿着周向表面的圆周的一部分延伸。凹部的中心平面M与节流阀主体2的两个端面的中心平面M重合。两个凹部中的每一个都具有基本上三角形的横截面，该凹部中的每一个具有彼此相邻的两个侧面220。两个彼此相邻侧面220之间的过渡区域221设置有半径并形成圆形的凹槽基部。两个凹部22中的每一个包括两个区段，其中第一区段邻接相应的母线21。在该第一区段中，从横向轴线A到凹部22的凹槽基部的径向距离R从母线21连续地减小。这导致凹槽的宽度和深度增加。第二区段在母线21的相对侧连续地邻接第一区段。在第二区段中，凹部22在平行于直线G的方向上延伸，该直线G与横向轴线A和母线21垂直地相交。因此，在节流阀主体2的完全打开状态下，凹部22的第二区段平行于流动通道11的纵向轴线L。
图7示出了具有根据本发明的节流阀1的系统。该系统包括内燃发动机90，该内燃发动机具有曲柄箱91、油分离器92、根据本发明的节流阀1和涡轮增压器94，它们以闭合回路方式通过管道彼此连接。在内燃发动机90的操作期间，窜气901从活塞的内部流入位于曲柄箱91中的曲柄腔室中。油槽900位于曲柄箱91的下部中，以用于润滑移动部件。在操作期间，产生油蒸汽。为了防止曲柄箱91中的过压，空气利用涡轮增压器94经由油分离器92和节流阀1从曲柄腔室排出，从而在曲柄箱91中形成负压。窜气901被间歇地推入曲柄腔室中，从而在闭合回路中形成压力波动，导致回路中的流动速率变化。由于油分离器92在流动速率尽可能恒定时最有效地起作用，所以它由节流阀1调节。该系统还包括空气过滤器93和冷却器95，新鲜空气被吸入穿过该空气过滤器，在涡轮增压器94中被压缩的新鲜空气利用该冷却器被冷却。然后，增压和冷却的空气被供给到内燃发动机90的燃烧腔室。
附图标记列表
1 节流阀 7 冷却套
10 壳体 8 盖
11 流动通道 80 盖
12 横向通道 81 密封件
2 节流阀主体 9 系统
20 通孔 90 马达
21 母线 91 壳体
22 凹部 92 油分离器
220 侧面 93 空气过滤器
221 基部 94 涡轮增压器
23 固定孔 95 冷却器
24 孔 900 油槽
25 止动件孔 901 窜气
3 轴
30 固定件
31 轴承
32 止动件 A 横向轴线
4 凸缘 G 直线
5 驱动器 L 纵向轴线
50 连接件 M 中心平面
6 复位元件 R 半径

Claims (17)

1.一种节流阀(1)，所述节流阀包括壳体(10、4)和节流阀主体(2)，其中，在所述壳体(10、4)中设置有沿着纵向轴线(L)延伸的流动通道(11)，其中，所述节流阀主体(2)布置在所述流动通道(11)中，以便能够围绕横向轴线(A)旋转，其中，所述横向轴线(A)以90度的角度与所述纵向轴线(L)相交，其中，形成在所述壳体(10、4)与所述节流阀主体(2)之间的至少一个贯通开口的尺寸能够通过所述节流阀主体(2)的旋转而变化，
其特征在于，所述节流阀主体(2)布置在沿着所述横向轴线(A)延伸的横向通道(12)中，所述横向通道至少部分地突出超过所述流动通道(11)的圆周并且在其两个端部处被封闭，并且其中，所述节流阀主体(2)沿着所述横向轴线(A)延伸直到所述横向通道(12)的所述两个端部并且至少部分地延伸直到所述横向通道(12)的圆周。
2.根据权利要求1所述的节流阀(1)，其中，所述横向通道(12)的直径等于所述流动通道(11)的直径。
3.根据权利要求1或2所述的节流阀(1)，其中，所述节流阀主体(2)包括中心凹部(20)，所述节流阀主体利用所述中心凹部布置在轴(3)上。
4.根据权利要求3所述的节流阀(1)，其中，所述中心凹部(20)是孔。
5.根据权利要求3或4所述的节流阀(1)，所述节流阀包括固定件(30)，利用所述固定件能够防止所述节流阀主体(2)与所述轴(3)之间的相对运动。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的节流阀(1)，所述节流阀包括两个轴承(31)，所述轴(3)利用所述轴承在两侧上安装在所述壳体(10、4)中。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的节流阀(1)，其中，所述节流阀主体(2)包括沿着所述横向轴线(A)突出超过所述节流阀主体(2)的端面的止动件(32)。
8.根据权利要求7所述的节流阀(1)，其中，所述止动件(32)沿着所述横向轴线延伸到位于所述固定件(30)在安装方向上与所述轴(3)相反的投影中的区域中。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的节流阀(1)，其中，所述节流阀主体(2)至少延伸到圆柱形主体的两个相互相对的母线(21)，所述圆柱形主体的旋转轴线与所述横向轴线(A)重合。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的节流阀(1)，其中，所述节流阀主体(2)包括圆柱形主体，在所述圆柱形主体的周向表面中设置有至少一个凹槽形凹部(22)，所述至少一个凹槽形凹部从所述母线(21)中的至少一个母线至少部分地沿着所述圆周延伸，其中，所述凹部(22)的中心平面平行于所述节流阀主体(2)的所述端面。
11.根据权利要求10所述的节流阀(1)，其中，所述节流阀主体(2)的所述至少一个凹部(22)包括基本上三角形的横截面，其中，所述至少一个凹部(22)包括两个相邻的侧面(220)。
12.根据权利要求11所述的节流阀(1)，其中，所述节流阀主体(2)的所述至少一个凹部(22)的两个相邻的侧面(220)之间的过渡区域(221)具有圆形设计并且形成凹槽基部。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的节流阀(1)，其中，所述至少一个凹部(22)包括两个区段，其中，第一区段邻接所述母线(21)中的一个母线，并且其中，从所述横向轴线(A)到所述凹部的径向距离(R)从所述母线(21)连续地减小，并且其中，第二区段邻接所述第一区段，其中，所述凹部(22)在所述第二区段中在平行于直线(G)的方向上延伸，所述直线(G)与所述横向轴线(A)和所述母线(21)垂直地相交。
14.根据前述权利要求中任一项所述的节流阀(1)，所述节流阀包括驱动器(5)，所述驱动器操作性地连接到所述节流阀主体(2)并且能够使所述节流阀主体围绕所述横向轴线(A)旋转。
15.根据前述权利要求中任一项所述的节流阀(1)，所述节流阀包括复位元件(6)，所述复位元件至少在一个方向上抵消所述节流阀主体(2)的旋转。
16.根据前述权利要求中任一项所述的节流阀(1)，所述节流阀包括具有沿着所述纵向轴线(L)延伸的通道的至少一个适配器，所述通道在其一个端部处具有与形成在所述壳体(10、4)中的所述流动通道(11)相同的尺寸并且利用该端部至少在所述流动通道(11)的一个入口侧端部处连接到所述壳体(10、4)，并且所述通道在其相对侧具有较小的尺寸。
17.一种系统，所述系统包括具有曲柄箱(91)的发动机(90)、油分离器(92)、根据前述权利要求中任一项所述的节流阀(1)、以及涡轮增压器(94)，其中，所述曲柄箱(91)、所述油分离器(92)、所述节流阀(1)以及所述涡轮增压器(94)以闭合回路方式通过管道互连。
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