CN116696564A - 用于排气管的电动冷却节流阀 - Google Patents

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路易吉·卢布拉诺
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Abstract

一种用于排气管的电动节流阀(1)，具有：管状管道(2)，其被设计成使得废气可流经它；节气门(3)，其设置在管状管道(2)内并安装成围绕旋转轴(4)旋转；第一轴(5)，其安装成围绕旋转轴(4)旋转并支撑节气门(3)；电动执行器(6)，其设置有第二轴(18)并被设计成使得第一轴(5)围绕旋转轴(4)旋转；罐(21)，呈“U”形，其包围电动执行器(6)的外表面的一部分，具有进水管(22)，其被构造成允许冷却液流入罐(21)中，并具有出水管(23)，其被构造成允许冷却液流出罐(21)。

Description

用于排气管的电动冷却节流阀
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2022年3月4日提交的第102022000004115号意大利专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于排气管的电动节流阀(即，适于沿排气管插入以调节沿排气管流动的废气的流率)。
背景技术
内燃机的排气系统可包括(至少)一个电动节流阀，其被控制以改变(通常，取决于发动机点)废气所遵循的路径。在排气系统中，电动节流阀可安装在例如EGR回路中，以调节再循环废气的流率，或者它可安装在消音器区域，以在小载荷的情况下具有更大的消音，从而具有更大的背压，并且在高载荷的情况下具有更小的消音，从而具有更小的背压。
电动节流阀包括设计成允许废气流经的管状管道、设置在管状管道内并以旋转方式围绕旋转轴安装以在最大关闭位置和最大打开位置之间旋转的节气门、以旋转方式围绕旋转轴安装并支撑节气门的轴，以及设计成使轴围绕旋转轴旋转的电动执行器。
轴通常通过两个支承轴承以旋转方式安装，所述支承轴承设置在管状管道的两个相对端的区域中，并且两个支承轴承中的至少一个设置在管状管道的贯穿开口的区域中，轴的一侧通过该贯穿开口从管状管道伸出，以接收来自电动执行器的运动(即，以连接至电动执行器)。
用于排气管的电动节流阀的一个重大技术挑战在于电动执行器的热屏蔽，因为电动执行器无法承受超过75℃-90℃的连续工作温度，而流经管状管道的废气可达到600℃-700℃以上的温度(在EGR回路中安装节流阀的情况下)。
专利申请DE102018114360A1、DE3707904A1、WO2010123899A1和US2015226161A1以及实用新型DE202008005992U1分别描述了用于排气管的电动节流阀的实施例。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于排气管的电动节流阀，其可保持电动执行器的完整性，同时制造容易且经济。
根据本发明，提供了一种如所附权利要求中所述的用于排气管的电动节流阀。
所附权利要求描述了本发明的优选实施方式，并构成了说明书的组成部分。
附图说明
现将参考示出其非限制性实施方式的附图来描述本发明，其中：
图1是根据本发明的用于排气管的电动节流阀的立体图；
图2是图1节流阀的局部分解立体图；
图3是图1节流阀的罐的立体图；
图4是图1节流阀的侧视图；以及
图5和6分别是图1节流阀沿截面线V-V和VI-VI的两个不同的截面图。
具体实施方式
图1中，数字1总体表示用于排气管的电动节流阀(即适于沿排气管插入，以调节沿排气管流动的废气的流率)。
节流阀1包括管状通道2，其设计成使得废气可流经它，以及节气门3，其设置在管状通道2内并以旋转方式围绕旋转轴4安装，以在(完全)最大关闭位置和(完全)最大打开位置之间旋转。此外，节流阀1包括轴5，其安装成绕旋转轴4旋转并支撑节气门3，以及电动执行器6，其设计成使得轴5绕旋转轴4旋转。
根据图6，轴5在两侧通过彼此相对的两个相应的贯穿开口7和8从管状管道2伸出，所述贯穿开口具有圆形形状并且与旋转轴4同轴；特别地，每个贯穿开口7或8的直径明显大于轴5的直径。节流阀1包括支承轴承9，其以贯通的方式支撑轴5(即轴5从一侧到另一侧穿过支承轴承9并延伸通过支承轴承9)并设置在管状管道2的外侧上和管状管道2在贯穿开口7的区域中的一侧上。此外，节流阀1包括支承轴承10，其在端部支撑轴5(即，轴5终止于支承轴承10的区域中)并设置在管状管道2的外侧上，位于管状管道2在贯穿开口8的区域中相对于支承轴承9相对的一侧上。
根据图5和6，节流阀1包括弹簧11，其向轴5施加弹力，该弹力沿推动方向D轴向推动轴5(图6中所示)，该推动方向被定向为在支承轴承9所在的一侧的区域中从管状管道2伸出(即，在管状管道2的贯穿开口7所在的一侧)。
电动执行器6设有两个安装支架12，其内部中空，设置在电动执行器6的两个相对端处，并且每个安装支架均具有相应的通孔。两个支撑元件13固定在管状管道2上，呈“U”形，由弯曲的压制金属薄板制成，焊接在管状管道2的外壁上，并且每个支撑元件均具有相应的通孔。电动执行器6通过两个支撑元件13连接至管状管道2；具体地，电动执行器6的每个安装支架12耦接到相应的支撑元件13，以将安装支架12的通孔与支撑元件13的通孔对准。相应的螺纹螺钉14被插入安装支架12的和相应的支撑元件13的对准的(同轴的)通孔中，并通过第一螺母15锁定。在附图所示的实施方式中，每个支撑元件13从外部包围相应的安装支架12；即，相应的安装支架12被插入每个支撑元件13内。
根据图5和6，提供了与轴5成一体的板16，其设置在管状管道2的外侧，比支承轴承9更靠外，并且构成弹簧11被压缩抵靠的撞针；具体地，将轴5的末端通过过盈进入板16的中心通孔中，必要时将轴5的末端也焊接到板16上。此外，板16与弹簧11的一端成角度地成一体。
根据一个优选的实施方式，板16具有尾部，当节气门3处于最大打开(或最大关闭)位置时，该尾部置于支撑元件13之一上；这样，板16的尾部以精确且确定的方式(即，通过机械限位挡块)限定节气门3的最大打开(或最大关闭)位置。换言之，板16的尾部构成机械限位挡块，其以精确且确定的方式确定节气门3的最大打开(或最大关闭)位置。
根据图5和6，提供了板17，其与电动执行器6的轴18成一体，设置在管状管道2的外侧，比支承轴承9更靠外，设置在支承轴承9和板16之间，与轴5无接触地交叉，并构成弹簧11被压缩抵靠的撞针。换言之，弹簧11被内部压缩抵靠板17并且被外部压缩抵靠板16；即，两个板16和17限定了容纳被轴向压缩的弹簧11的空间。此外，板17与弹簧11的一端成角度地成一体。板17与轴5无接触地交叉，具体地，板17具有通孔，轴5设置在该通孔内，该通孔的直径适当地大于轴5的直径，以避免接触轴5。
根据一个优选的实施方式，板17是管状连接结构19(即，内部中空结构)的一部分，管状连接结构19在内部包含板16和弹簧11，并且具有板20，其刚性地固定到板17并与电动执行器6的轴18成角度地成一体。即，板16设置在板17和板20之间。具体地，板17具有侧壁，其设置在板17的两个相对端处并终止于板20。
基于上述设置，弹簧11明显实现了两个功能：沿推动方向D向轴5施加轴向推力，同时将围绕旋转轴4的旋转运动从电动执行器6的轴18传递到支撑节气门3的轴5。实际上，弹簧11的一端与板16成一体，板16又与支撑节气门3的轴5成一体，而弹簧11的相对端与板17成一体，板17又与电动执行器6的轴18成一体。这样，电动执行器6产生的旋转运动：从电动执行器6的轴18传递到板17，从板17传递到弹簧11，从弹簧11传递到板16并最终从板16传递到轴5。需要指出的是，弹簧11(不可避免地)具有给定的扭转弹性；因此，旋转运动通过弹簧11传递到轴5以给定的屈服发生，并且因此以给定的减震发生。
根据图1、2和3，节流阀1包括罐21，其包围电动执行器6的外表面的一部分(面向管状管道2)，具有进水管22，进水管22被构造成允许(通常是水基的)冷却液流入罐21中，并且具有排水管23，排水管23被构造成允许冷却液流出罐21。
换言之，罐21设置在电动执行器6和管状管道2之间以产生置于电动执行器6和管状管道2之间的“热屏”，以保护电动执行器6免受管状管道2的高温影响。
根据图3，罐21包括底壁和与底壁垂直的侧壁，进水管22和排水管23通过侧壁连接。此外，罐21在顶部是完全敞开的，即它完全没有与底壁相对的上壁。
根据图3，罐21内部包括(至少)一个分离器元件24，其置于进水管22和排水管23之间，并且与电动执行器6一起在罐21内部限定冷却液为了从进水管22流向排水管23而必须行进的路径P。即，分离器元件24以密封方式置于电动执行器6上(即，以密封方式压靠电动执行器6)以限定冷却液为了从进水管22流向出水管23而必须行进的路径P。分离器元件24和电动执行器6之间产生的密封不必是完美的，因为分离器元件24和电动执行器6之间的少量冷却液泄漏不会造成任何实际问题(无论如何，冷却液留在罐21内，唯一的负面结果是冷却效率的显著降低)；结果，分离器元件24仅置于电动执行器6的外表面上而不是焊接到电动执行器6的外表面。路径P被设计成长的，因此影响罐21的整个自由内部容积(即，未被电动执行器6占据的)。
根据图3，罐21包括两个贯穿开口25和26(彼此分开)，其边缘置于电动执行器6的外表面上以更好地(即，更完全地)包围电动执行器6。贯穿开口25通过罐21的底壁获得，而进水管22和出水管23连接到罐21的垂直于底壁的侧壁。贯穿开口26部分通过罐21的底壁以及部分通过罐21在相对于进水管22和出水管23相对侧上的侧壁获得。
罐21的边缘被焊接(例如通过激光)到电动执行器6的外表面以形成液密耦合(这必须确保没有冷却液泄漏溢出罐21)。
此处所述的实施方式可相互组合，而不会因此超出本发明的保护范围。
上述节流阀1具有许多优点。
首先，上述节流阀1保持了电动执行器6的完整性，因为它最小化了从沿管状管道2流动的废气到电动执行器6的热量传递。获得这一结果是由于热量通过传导从管状管道2传递到电动执行器6的可能性有限，并且由于罐21既构成了通过辐射对热量传递的热屏，又构成了用于电动执行器6的冷却器(热交换器)。这样，即使在最不幸的条件下(即，当环境温度超过40℃且沿管状管道2流动的废气的温度达到950℃-970℃)，电动执行器6的所有部件也不会超过它们的生存温度(在150℃-160℃的范围内)。
此外，上述节流阀1制造简单且经济，因为它由(相对)少的形状不复杂的部件组成并且易于组装在一起。
附图的参考编号列表
1 节流阀
2 管状管道
3 节气门
4 旋转轴
5 轴
6 电动执行器
7 贯穿开口
8 贯穿开口
9 支承轴承
10 支承轴承
11 弹簧
12 安装支架
13 支持元件
14 螺丝
15 螺母
16 板
17 板
18 轴
19 连接结构
20 板
21 罐
22 进水管
23 出水管
24 分离器元件
25 贯穿开口
26 贯穿开口
D 推动方向
P 路径。

Claims (18)

1.一种用于排气管的电动节流阀(1)，所述电动节流阀(1)包括：
管状管道(2)，其被设计成使得废气可流经它；
节气门(3)，其设置在管状管道(2)内并安装成围绕旋转轴(4)旋转；
第一轴(5)，其安装成围绕旋转轴(4)旋转并支撑节气门(3)；
支承轴承(9)，其以贯通的方式支撑第一轴(5)并设置在管状管道(2)的第一侧；
电动执行器(6)，其设置有第二轴(18)并被设计成使得第一轴(5)围绕旋转轴(4)旋转；以及
罐(21)，其包围电动执行器(6)的外表面的一部分，具有进水管(22)，所述进水管(22)被构造成允许冷却液流入罐(21)中，并且具有出水管(23)，所述出水管(23)被构造成允许冷却液流出罐(21)；
所述节流阀(1)的特征在于，所述罐(21)的边缘焊接到电动执行器(6)的外表面。
2.根据权利要求1所述的节流阀(1)，其中，所述罐(21)设置在电动执行器(6)和管状管道(2)之间。
3.根据权利要求1所述的节流阀(1)，其中，所述罐(21)内部包括至少一个分离器元件(24)，所述分离器元件(24)置于进水管(22)和出水管(23)之间并限定在罐(21)内冷却液为了从进水管(22)流向出水管(23)而必须行进的路径(P)。
4.根据权利要求3所述的节流阀(1)，其中，所述分离器元件(24)以密封方式置于电动执行器(6)上，以限定冷却液为了从进水管(22)流向出出水管(23)而必须行进的路径(P)。
5.根据权利要求4所述的节流阀(1)，其中，所述分离器元件(24)仅置于电动执行器(6)的外表面上而不是焊接到电动执行器(6)的外表面。
6.根据权利要求3所述的节流阀(1)，其中，所述路径(P)被设计成影响罐(21)的整个自由内部容积，即未被电动执行器(6)占据的容积。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的节流阀(1)，其中，所述罐(21)具有第一贯穿开口(25)，其边缘置于电动执行器(6)的外表面上。
8.根据权利要求7所述的节流阀(1)，其中，所述第一贯穿开口(25)通过罐(21)的底壁获得，而进水管(22)和出水管(23)连接至罐(21)的垂直于底壁的侧壁。
9.根据权利要求7所述的节流阀(1)，其中，所述罐体(21)具有与第一贯穿开口(25)分离的第二贯穿开口(26)，其边缘置于电动执行器(6)的外表面上。
10.根据权利要求7所述的节流阀(1)，其中：
所述第二贯穿开口(26)部分通过罐(21)的底壁以及部分通过所述罐(21)的垂直于底壁的侧壁获得；以及
所述进水管(22)和所述出水管(23)连接至罐(21)相对于第二贯穿开口(26)相对侧的侧壁。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的节流阀(1)，其中：
所述罐(21)包括底壁和与底壁垂直的侧壁，进水管(22)和出水管(23)通过侧壁连接；以及
所述罐(21)的顶部是完全敞开的，即完全没有与底壁相对的上壁。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的节流阀(1)，其中，所述罐(21)首先与电动执行器(6)分离并独立于电动执行器(6)，并置于电动执行器(6)的外表面上。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的节流阀(1)，所述节流阀(1)包括：
两个内部中空的安装支架(12)，其设置在电动执行器(6)两个相对端处，并且每个安装支架(12)均具有相应的第一通孔；
两个支撑元件(13)，呈U形，固定在管状管道(2)的外壁，每个支撑元件(13)均具有相应的第二通孔，并且与安装支架(12)以使得每个第一通孔与相应的第二通孔对准的方式耦合；以及
两个螺纹螺钉(14)，每个螺纹螺钉与相应的第一通孔和相应的第二通孔啮合，并且在一端设有螺母(15)。
14.根据权利要求13所述的节流阀(1)，其中，每个支撑元件(13)呈“U”形并从外部包围相应的安装支架(12)。
15.根据权利要求1至6中任一项所述的节流阀(1)，包括弹簧(11)，其向第一轴(5)施加弹力，所述弹力以轴向方式定向并沿轴向定向的推动方向(D)推动所述第一轴(5)，并且被构造成将围绕旋转轴(4)的旋转运动从电动执行器(6)的第二轴(18)传递到支撑节气门(3)的第一轴(5)。
16.根据权利要求15所述的节流阀(1)，包括第一板(16)，其与第一轴(5)成一体，设置在管状管道(2)的外侧，比支承轴承(9)更靠外，并与弹簧(11)的第一端成角度地成一体，构成弹簧(11)被压缩抵靠的撞针，并且具有尾部，其构成机械限位挡块以确定节气门(3)的最大打开或关闭位置。
17.根据权利要求15所述的节流阀(1)，包括第二板(17)，其与电动执行器(6)的第二轴(18)成一体，设置在管状管道(2)的外侧，比支承轴承(9)更靠外，设置在支承轴承(9)和第一板(16)之间，与第一轴(5)无接触地交叉，与弹簧(11)的第二端成角度地成一体，构成第一弹簧(11)被压缩抵靠的撞针，并且是连接结构(19)的一部分，所述连接结构在内部包含第一板(16)和弹簧(11)，并具有第三板(20)，其刚性地固定在第二板(17)上并与电动执行器(6)的第二轴(18)成角度地成一体。
18.一种制造根据权利要求1所述的节流阀(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
制造电动执行器(6)；以及
制造与电动执行器(6)完全分离且独立的罐(21)；
将罐(21)的边缘置于电动执行器(6)的外表面上；以及
将罐(21)的边缘焊接至电动执行器(6)的外表面。
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