CN117716124A - 用于具有限制性提升阀孔口的补气阻断阀的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了阀、包括这样的阀的内燃机以及使用这样的阀的曲轴箱通风系统的车载诊断泄漏检测的方法。每个阀具有壳体，壳体限定彼此流体连通的第一端口和第二端口并在第一端口与第二端口之间限定阀座。偏置构件将提升阀密封构件偏置到常开位置(限定通过阀的不受限流动)，并且受命令控制的致动器连接到提升阀密封构件。提升阀密封构件具有穿过其中的孔口，限定受限流动路径，并且一旦接到命令，受命令控制的致动器就将提升阀密封构件从打开位置移动到受限流动位置，在受限流动位置，提升阀密封构件抵靠阀座座置，以用于通过提升阀密封构件中的孔口的受限流动。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年7月27日提交的申请号为63/203,540的美国临时申请的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及一种补气阻断阀(MUABV)，其被设计成主要关闭和限制流动以对曲轴箱通风系统执行泄漏诊断。阀位于进气系统中的风道或风箱与连接到阀盖的补气管之间。
背景技术
在过去，在汽车发动机中，真空发生器和/或附件的开/关操作由闸阀控制，在闸阀中，刚性闸门横跨导管部署，以阻止流体(在这个示例性应用中为空气)通过阀的流动。在自动或“受命令控制的”阀内，闸门典型地由螺线管致动并响应于施加到螺线管线圈的电流而打开或关闭。这些螺线管提供动力的闸阀还倾向于包括螺旋弹簧、隔膜、或将闸门朝向无动力、“常开”或“常闭”位置偏置的其他偏置元件。
这在申请人共同拥有的US10,830,197中被改进为三件式闸阀，三件式闸阀具有改进的与导管的密封接合，但需要较小的螺线管以在导管的凹穴(pocket)内线性地移动闸阀。
发动机曲轴箱中的压力理想地保持在接近大气压力(ATM压力+/-5千帕)，并必须满足EPA、CARB等对于汽油动力车辆的排放规定。为了满足这些规定，期望能够检测曲轴箱通风系统(从新鲜空气到歧管的路径，包括所有流动通道和通道连接)中的任何泄漏、断开的线路或断裂，以确保曲轴箱气体得到适当地管理以避免过量的污染物排放到大气中。
为了实现这些条件，需要一种阀，特别是一种更紧凑且易于制造的阀，其通常是打开的，允许空气自由流动(最小限制)进入曲轴箱，并可以切换到受限流动，以便进行压力完整性或诊断检查(并且不会在曲轴箱中产生过度的负压)。
发明内容
在第一方面，公开了阀，阀具有壳体，壳体限定彼此流体连通的第一端口和第二端口并在第一端口与第二端口之间限定阀座，阀具有将提升阀密封构件偏置到常开位置(通过阀的不受限流动)的偏置构件、以及连接到提升阀密封构件的受命令控制的致动器。提升阀密封构件具有穿过其中的孔口，限定通过阀的受限流动路径，并且一旦接到命令，受命令控制的致动器就将提升阀密封构件从打开位置移动到受限流动位置，在受限流动位置，提升阀密封构件抵靠阀座座置，以使受限流动通过提升阀密封构件中的孔口。受命令控制的致动器可以包括容纳在壳体内的螺线管。壳体限定与螺线管电连通的插头或插头插座。
在所有方面，螺线管可以用限定壳体的第一壳体部分的塑料材料包覆模制，第一壳体部分具有配置为用于旋转焊接到第二壳体部分的口部。在所有方面中，偏置构件可以为螺旋弹簧。
在所有方面，提升阀密封构件可以是钟形的。提升阀密封构件具有底部密封表面，底部密封表面限定钟形提升阀密封构件的口部，并且当在阀的纵向横截面中观察时，底部密封表面为圆锥体的弯曲表面，相对于提升阀密封构件的头部径向向上且向外定向。
在所有方面，孔口可以垂直于提升阀密封构件的中心纵向轴线定向，并可以定向成面向第二端口。
在所有方面中，第一端口可以由塑料材料形成，并且当在纵向横截面中观察时，包括配置为用于旋转焊接的通常为U形、V形或J形的口部。壳体可以为旋转焊接在一起的两部分式壳体。受命令控制的致动器包括螺线管，并且螺线管用塑料材料包覆模制，该塑料材料限定两部分式壳体的第一壳体部分。
在另一方面，公开了内燃机的曲轴箱通风漏口检测系统，其包括具有曲轴箱和进气歧管的内燃机、与来自空气进气口的空气和漏气连通的曲轴箱通风管、控制通过曲轴箱通风管的流体流的如上所述的阀、以及设置在阀与曲轴箱之间的压力传感器。在内燃发动机的操作期间，在通过阀的受限流动期间，压力传感器没有检测到压力差指示系统中有漏口。
系统还可以包括曲轴箱强制通风阀，曲轴箱强制通风阀在曲轴箱与进气歧管之间流体连通，以调节从曲轴箱到进气歧管的漏气的流动。内燃发动机可以具有涡轮增压器，并且曲轴箱通风管可以连接在涡轮增压器的压缩机的上游。
在所有方面中，在内燃机的怠速状况下，阀被命令在每个关键循环移动到受限流动位置一次。
在所有方面，系统可以实施一种用于曲轴箱通风系统的车载诊断泄漏检测的方法。方法包括：命令阀将提升阀密封构件移动到受限流动位置持续预选的时间段；在预选的时间段之前和期间监测来自压力传感器的测量值；比较之前和期间的测量值以检测系统中有无泄漏。方法还可以包括停止命令步骤并允许偏置构件将提升阀密封构件移动到不受限流动位置。
附图说明
图1为具有曲轴箱通风漏口检测系统的涡轮增压发动机的示意图，曲轴箱通风漏口检测系统限定具有并联的三个导管通路的流动控制系统，一个导管通路具有受限流动器，而另外的导管通路各自具有在预选发动机状况下控制沿相反方向的流动的止回阀。
图2为补气阻断阀的实施例的侧面透视图。
图3为图2的补气阻断阀处于打开的不受限流动位置的纵向横截面视图。
图4为图2的补气阻断阀处于关闭的受限流动位置的纵向横截面视图。
图5为补气阻断阀的致动器的组装进程。
图6为图2的补气阻断阀的提升阀的放大侧面透视图。
图7为来自图3的纵向横截面视图的提升阀的放大横截面视图。
图8为系统处于真空状态时诊断压力的第一曲线图。
图9为示出在系统中检测到“故障”的诊断压力的第二曲线图。
具体实施方式
以下具体实施方式将例示本发明的一般原理，其示例在附图中进行另外例示。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。
如本文中所使用的，“流体”表示任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体、或其组合。在燃料蒸汽管理系统中，流体在移动通过磁性锁闭阀时典型地为气体。
如本文所使用的，“关键循环”或“点火循环”意指发动机起动或点火，随后是发动机操作和预热最小量的时间，并通过关闭车辆并使其经受均热(返回到常温)来结束。
图1例示发动机系统100的一个实施例，其可以为作为涡轮增压或机械增压系统的车辆发动机系统。发动机系统100配置为用于燃烧积聚在其至少一个部件中的燃料蒸气，并包括多缸内燃机110。发动机系统100接收来自空气进气口112的空气，空气进气口112可以包括空气过滤器113(也称为空气滤清器)。图1的发动机系统为具有涡轮增压器114的涡轮增压发动机系统，但同样可以为增压发动机系统或本文后面开发的任何发动机系统。可以包括压力传感器117以监测空气进气口112与压缩机115之间的压力。涡轮增压器114的压缩机115接收来自空气进气口112的空气、压缩空气、并将压缩空气(或增压空气)流向下游引导通过增压空气冷却器或中间冷却器116，然后到节气门118。节气门118控制压缩机115与发动机110的进气歧管120之间的流体连通。节气门118能使用已知技术操作，以改变提供给发动机的进气歧管120和气缸的进气量。在替代实施例中，中间冷却器116可以定位在节气门的下游，并因此可以容纳在进气歧管中。
进气歧管120配置为向位于发动机缸体(engine block)122内的发动机110的多个燃烧室供应进气或空气-燃料混合物。燃烧室典型地布置在充满润滑剂的曲轴箱124上方，使得燃烧室的往复活塞旋转位于曲轴箱124中的曲轴(未示出)。未燃烧的燃料和其它燃烧产物可以通过每个活塞和/或阀引导件从发动机缸体逸出到曲轴箱124中。曲轴箱中产生的气体，通常称为“漏气”，如果不从曲轴箱124排出，可能会过度加压曲轴箱。发动机110包括曲轴箱通风系统，曲轴箱通风系统用于将漏气从曲轴箱124排放到进气歧管120。
仍然参考图1，曲轴箱通风系统包括曲轴箱强制通风阀126和称为曲轴箱通风管128的导管，曲轴箱强制通风阀126在曲轴箱124与进气歧管120之间流体连通，以调节漏气从曲轴箱到进气歧管的流动，称为曲轴箱通风管128的导管将曲轴箱124，特别是漏气放置为与来自空气进气口112的清洁空气流体连通。这里，曲轴箱通风管128在压缩机115的上游流体连通。曲轴箱通风管128包括定位在曲轴箱124与补气阻断阀130之间的压力传感器129，压力传感器129在图2至图5中更详细地示出。补气阻断阀130定位在进气系统中的空气管道或空气箱113与连接到内燃机110的阀盖的补气空气管之间。在一个实施例中，补气阻断阀130的第一端口133例如通过旋转焊接直接连接到空气管道或空气箱113。在一个实施例中，第一端口133包括塑料材料，并且当在如图3中的纵向横截面中观察时，具有被配置为用于旋转焊接的通常为U形、V形或J形的口部133a。
如图1所示，第一方向D1(当歧管120处于真空状态时)是从压缩机上游的空气进气口到曲轴箱，并且当歧管120处于升压(正接收来自涡轮增压器114的压缩机115的压缩空气)时，第二方向D2与第一方向相反。如图6所示，在沿第一方向D1的流动期间，可以执行诊断以检测曲轴箱通风系统中的泄漏或其他失灵。通过经由受命令控制的致动器将阀移动到受限流动位置(图4)并在阀处于受限流动位置(即，处于图3的打开位置)之前且在将阀移动到受限流动位置1至3秒以验证连接是否完好之后监测压力传感器117和129的测量值，在怠速状况下每个关键循环执行一次诊断。这导致阀的占空比非常低。当补气阻断阀130处于受限流动位置时，压力传感器117、129没有检测到压差指示系统中有漏口。
现在参考图2-7，补气阻断阀130是常开(图3的无限制流动位置)、命令关闭(图4的受限流动位置)的阀。补气阻断阀130具有壳体132，壳体具有彼此流体连通并在其间限定阀座137的第一端口133和第二端口134。第二端口134具有出口135，并且阀座137具有从壳体内部139到由壳体限定的流体入口160的内部的预选半径。预选半径139为提供抵靠提升阀密封构件140的密封表面146的密封的半径。壳体132为旋转焊接在一起以限定流体密封壳体的两部分式壳体。壳体部分132a中的一者具有配置为用于旋转焊接到第二壳体部分132b的口部161。在一个实施例中，口部161具有由间隔开的法兰限定的环形母配件162，并且另一个壳体部分132b具有能座置在环形母构件中的环形公配件164。在图3中，环形母配件162被示出为在被包覆模制到螺线管的壳体部分(塑料材料在注射模制、包覆模制工艺中被直接模制到螺线管)上，但是在其他实施例中，其可以具有环形公配件。如图2所示，壳体132包括与螺线管电连通的插头或插头插座138。
壳体132包围偏置构件136，偏置构件136将提升阀密封构件140偏置到图3中所示的常开、不受限流动位置。壳体132包围具有螺线管线圈152的致动器150和具有杆154的电枢158，杆154将电枢158固定地连接到提升阀密封构件140。如在图6和图7中最佳地看到的，提升阀密封构件140是钟形的，由此具有头部141、腰部143和唇缘145，并具有穿过腰部143的孔口142。当提升阀密封构件140被致动器移动到图4的关闭的受限流动位置时，孔口142限定通过阀的受限流动路径。因此，孔口142限定的面积小于在打开的、不受限制的位置可用于流体流动的面积。
返回参考图3和图5，致动器150具有外壳180，外壳180包括多个通孔184，通孔184接收通过其中的包覆模制的塑料，以将外部壳体132固定地连接到致动器150，并且外壳180包括线轴151和可操作地连接到其上的电连接器153，螺线管线圈152缠绕在线轴151上。电枢158座置在螺线管线圈152内部并能在螺线管线圈152内滑动地移动。电枢158的至少第一端155包括能响应于施加到螺线管线圈152的电流而移动的材料。这样的材料可以包括但不限于磁性或顺磁性材料，例如含铁合金或含铁氧体的复合材料。电枢154的第二端156固定地连接到杆154(图3)，杆154连接到提升阀密封构件140。本文将参考图6和图7更详细地描述与提升阀密封构件140的连接。
仍然参考图3和图5，电枢158包括在其最外表面中的弹簧抵接构件157。在一个实施例中，弹簧抵接构件157为固定到电枢158的环形垫圈。在另一个实施例中，弹簧抵接构件157为从电枢158的外部表面径向向外突出的肩部。偏置元件136座置于电枢158之上，其第一端抵靠弹簧抵接构件157，并且第二端可操作地连接到外壳180的底座182，外壳180包围致动器150的部件，但具有钻孔186，杆154通过钻孔186突出。
外壳180的底座182可以为固定地连接到壳体181以形成外壳180的独立件。衬套188可以座置在钻孔186中。衬套186提供非摩擦表面，杆154沿着非摩擦表面滑动并降低了碎屑进入致动器的风险。
偏置元件136可以为螺旋弹簧，但不限于它。在其他实施例中，偏置元件136可以为抵接或联接到非插入端的隔膜或板簧，或片簧。螺旋弹簧136以围绕电枢154的环绕布置，并且更具体地，围绕其中接收电枢154的第一端155的引导构件158的环绕布置，座置在壳体132内。偏置元件优选地为压缩弹簧，压缩弹簧偏置电枢158并因此偏置提升阀密封构件远离阀座137。
现在转到图6和图7，放大示出了提升阀密封构件140。提升阀密封构件140具有头部141、腰部143和唇缘145。如上所述，限定对流动的限制的孔口142穿过钟形提升阀密封构件140的腰部143。孔口142典型地垂直于提升阀密封构件140的中心纵向轴线(A)定向，并定位成面向第二端口134。唇缘145限定提升阀密封构件140的口部144并具有底部密封表面146。底部密封表面146是圆锥形的，并相对于提升阀密封构件140的头部141径向向外且向上定向。由此，底部密封表面146是圆锥体的弯曲表面的一部分，当在阀的纵向横截面中观察时，圆锥体具有从唇缘145的左末端147a延伸到右末端147b的底座，并具有定位在提升阀密封构件的口部下方的顶点，如图7所示。在底座与弯曲表面之间形成的角度在10至50度的范围内。
首先参考图3，然后参考图6和图7，电枢154的第二端156终止于扩大的板状头部159。提升阀密封构件140的头部141包括插口170，插口170通向在冠部174处的向上的孔172中，孔的尺寸被设计为接收最接近板状头部159的电枢154。插口170包括夹子状特征176，夹子状特征176在穿过电枢154并被接收在向上的孔172中之后卡扣在电枢154周围。
现在参考图6和图7，孔口142典型地为圆形或椭圆形，但也可以是正方形或矩形。孔口的直径可以在约1毫米至5毫米的范围内，更典型地在约1.5毫米至约3毫米的范围内。对于直径，“约”表示+/-0.1毫米。孔口142具有尺寸被设计为允许在给定压差下的进行精确的预选流动的面积。压差可以根据所选择的内燃机及其配置而变化。在一个实施例中，压差为2千帕，并且预选流动为14.8升每分钟(liters per minute；LPM)。孔口142定位在钟形提升阀的腰部中，使得孔口在密封表面上方，这在与其一起运行的每个诊断循环中提供穿过其的一致流动。换言之，在任何特定的诊断循环中，密封表面146抵靠阀座137的座置的任何变化都不影响孔口142，也不影响由此提供的流动的限制。
包括补气阻断阀130的系统100在用于曲轴箱通风系统的车载诊断泄漏检测的方法中是有用的。方法包括：提供具有如本文所述定位的补气阻断阀130的曲轴箱通风系统，命令阀130将提升阀密封构件移动到图4所示的受限流动位置持续预选时间段，在预选时间段之前和期间监测来自如本文所述定位的压力传感器的测量值，以及比较之前和期间的测量值以检测系统中有无泄漏。预选时间段为1至3秒。方法还包括停止对阀的命令，使得偏置构件可以将提升阀密封构件140移动到图3所示的不受限流动位置。
在图8中示出了诊断曲线图，其中，在系统处于真空状态时的流动期间(在图1中的D1的方向上的流动)，阀被命令关闭。在图8中，诊断测试的结果为测试通过，未检测到泄漏。相反，在图9中，检测到泄漏。在两个曲线图中，DTC代表诊断故障代码。动力系统控制模块(PCM)或任何其他车载微芯片或控制器存储DTC，用于自诊断系统中是否存在故障或失灵，诸如泄漏、断开的线路、或曲轴箱通风系统中的断裂，并在发生此类故障或失灵时发出信号。
一种组装方法包括将塑料材料包覆模制到螺线管致动器以形成第一壳体部分，将提升阀密封构件连接到螺线管致动器的电枢，将第一壳体部分的旋转焊接配件紧密配合到第二壳体部分，以及将两个壳体部分彼此旋转焊接。参考图5，方法可以包括组装螺线管致动器，其包括将弹簧抵接部157固定到电枢158或提供具有弹簧抵接部特征157的电枢158，将弹簧136座置在电枢158之上，其中，弹簧136的第一端抵靠弹簧抵接部157，将外壳180的底座182连接到弹簧136的第二端，其中，底座182具有穿过其中的钻孔，杆能线性地平移穿过钻孔，将线轴161座置在电枢158之上，将螺线管线圈152缠绕在线轴151上，将螺线管线圈152连接到电连接器153，以及将壳体181座置在螺线管的部件上。第二壳体部分限定第一端口、第二端口和用于提升阀密封构件的阀密封件。第一壳体部分或第二壳体部分中的任一者可以保持静止，而另一者在施加压力的情况下相对于其旋转360度或更大以将部件焊接在一起。至少第二壳体部分的旋转焊接配件也包括塑料材料。塑料材料典型地为热塑性材料，其由于一个部件相对于另一个部件旋转所产生的压力和摩擦而熔化并焊接在一起。旋转焊接可以包括提供固定夹具抑或相对的夹具或卡盘，固定夹具被成形并配置为保持壳体部分，相对的夹具或卡盘相对于固定夹具是可旋转的。
与其他市售阀相比，补气阻断阀130的优点包括更小的尺寸、降低的制造成本和减轻的重量，以及来自提升阀密封构件的更可靠/可再现的结果。直接旋转焊接到空气箱113或空气管道消除了额外的导管和由此产生的可能是潜在泄漏点的多个连接点。
应注意的是，实施例的应用或使用不限于附图和说明书中所示零件和步骤的构造和布置细节。说明性实施例、构造和变型的特征可以在其他实施例、构造、变型和修改中实现或结合，并且可以以各种方式实践或执行。此外，除非另有说明，本文使用的术语和表达是为了方便读者描述本发明的例示性实施例而选择的，而不是为了限制本发明。
已参考本发明的优选实施例对本发明进行了详细描述，显而易见的是，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，修改和变型是可能的。
Claims (17)
1.一种阀，包括：
壳体，所述壳体限定彼此流体连通的第一端口和第二端口，并在所述第一端口与所述第二端口之间限定阀座；
偏置构件，所述偏置构件将提升阀密封构件偏置到常开位置，由此限定通过所述阀的不受限流动，其中，所述提升阀密封构件包括穿过其中的孔口，所述孔口限定通过所述阀的受限流动路径；
受命令控制的致动器，所述受命令控制的致动器连接到所述提升阀密封构件；
其中，一旦接到命令，所述受命令控制的致动器就将所述提升阀密封构件从所述打开位置移动到受限流动位置，在所述受限流动位置，所述提升阀密封构件抵靠所述阀座座置，用于经由通过所述提升阀密封构件中的所述孔口的所述受限流动路径的受限流动。
2.如权利要求1所述的阀，其中，所述受命令控制的致动器包括容纳在所述壳体内的螺线管，并且所述壳体限定与所述螺线管电连通的插头或插头插座。
3.如权利要求1所述的阀，其中，所述偏置构件为螺旋弹簧。
4.如权利要求1所述的阀，其中，所述提升阀密封构件是钟形的。
5.如权利要求4所述的阀，其中，所述提升阀密封构件具有底部密封表面，所述底部密封表面限定所述钟形提升阀密封构件的口部，并且当在所述阀的纵向横截面中观察时，所述底部密封表面为圆锥体的弯曲表面，相对于所述提升阀密封构件的头部径向向上且向外定向。
6.如权利要求5所述的阀，其中，所述孔口垂直于所述提升阀密封构件的中心纵向轴线定向。
7.如权利要求5所述的阀，其中，所述孔口定位成面向所述第二端口。
8.如权利要求1所述的阀，其中，所述第一端口包括塑料材料，并且当在纵向横截面中观察时，包括配置为用于旋转焊接的通常为U形、V形或J形的口部。
9.如权利要求1所述的阀，其中，所述壳体为旋转焊接在一起的两部分式壳体。
10.如权利要求9所述的阀，其中，所述受命令控制的致动器包括螺线管，并且所述螺线管用塑料材料包覆模制，所述塑料材料限定所述两部分式壳体的第一壳体部分。
11.如权利要求10所述的阀，其中，所述第一壳体部分具有配置为用于旋转焊接到所述两部分式壳体的第二壳体部分的口部。
12.一种内燃机的曲轴箱通风漏口检测系统，包括：
内燃机，所述内燃机具有曲轴箱和进气歧管；
曲轴箱通风管，所述曲轴箱通风管与来自空气进气口的空气和漏气连通；
如权利要求1所述的阀，所述阀控制通过所述曲轴箱通风管的流体流动；以及
压力传感器，所述压力传感器定位在所述阀与所述曲轴箱之间，其中，在通过所述阀的受限流动期间，所述压力传感器没有检测到压力差指示所述系统中有漏口。
13.如权利要求12所述的系统，包括曲轴箱强制通风阀，所述曲轴箱强制通风阀在所述曲轴箱与进气歧管之间流体连通，以调节从所述曲轴箱到所述进气歧管的漏气的流动。
14.如权利要求12所述的系统，其中，所述内燃机具有涡轮增压器，并且所述曲轴箱通风管连接在所述涡轮增压器的压缩机的上游。
15.如权利要求1所述的系统，其中，在所述内燃机的怠速状况下，所述阀被命令在每个关键循环移动到所述受限流动位置一次。
16.一种用于曲轴箱通风系统的车载诊断泄漏检测的方法；
提供如权利要求12所述的系统；
命令所述阀将所述提升阀密封构件移动到所述受限流动位置持续预选时间段；
在所述预选时间段之前和期间监测来自所述压力传感器的测量值；
比较之前和期间的测量值以检测所述系统中有无泄漏。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括停止命令步骤并允许所述偏置构件将所述提升阀密封构件移动到所述不受限流动位置。
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