CN1584310A - 配置有压缩弹簧以稳定无弹性原位的伺服辅助的蝶形阀 - Google Patents

Abstract

一种蝶形阀(1)，包括一个阀座(4)；一个接合阀座(4)的蝶形体(5)；一个其上键配合有蝶形体(5)的轴(6)；一个连接于轴(6)的电致动器(3)；一个扭转复位弹簧(23)，用于向着关闭位置转动蝶形体(5)；一个压缩邻接弹簧(25)，用于向着开放位置转动蝶形体(5)；以及一个邻接体(28)，当蝶形体(5)位于无弹性原位时使得邻接弹簧(25)的作用停止，该邻接弹簧(25)具有一个连接于阀体(2)的机械固定端(26)和一个连接于轮(17)的机械移动端(27)，其中该轮(17)通过插入一个传动件(31)而固定于轴(6)，该传动件(31)安装为在容纳邻接弹簧(25)的腔室(29)内滑动。

Description

配置有压缩弹簧以稳定无弹性原位的伺服辅助的蝶形阀

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的伺服辅助的蝶形阀。

背景技术

在内燃机中，蝶形阀的功能在于调节提供到气缸内的新鲜空气的流量。公知类型的蝶形阀包括一个阀体，它容纳一个阀座，该阀座由键配合在轴上的蝶形体接合，以在通过齿轮传动装置连接于该轴的电致动器的作用下在最大开放位置和关闭位置之间转动。一个扭转复位弹簧作用在轴上(即该弹簧变形产生圆形位移而产生阻力矩)，该复位弹簧同轴地安装在该轴上并且机械连接于轴以便在轴上施加扭矩，该扭矩使得轴进入关闭位置。该轴还受到一个扭转反作用弹簧的作用，该弹簧同轴地安装在该轴上以便在轴上施加扭矩，该扭矩使得轴克服复位弹簧的作用并且由于一个邻接面的存在而进入部分开放位置(称之为无弹性原位(limp-home position))，其中该邻接面限定一个反作用弹簧的止动件，它使得反作用弹簧导致的打开运动停止。反作用弹簧产生的扭矩大于复位弹簧产生的扭矩，因此，当没有启动发动机时，轴位于无弹性原位并且发动机本身需要产生相应的驱动力矩以使得轴进入最大开放位置或者关闭位置。

目前，邻接面由一个支撑体形成，该支撑体通过在未加工的阀体上铸造而成；但是，铸造加工、轴的合模、蝶形体直径合阀座直径中的误差总和确定了在无弹性原位中±18-20％的气流离差。在一些应用中，无弹性原位中的该总气流离差值太高；因此已经提出在支撑体上实施精确加工，该精确加工可以将无弹性原位中的该总气流离差值降低到大约±10-12％。

但是，这种精确加工成本特别高而且不会获得小于±10％的无弹性原位中的总气流离差值。而且，为了显著改变无弹性原位中的空气流量值(通常使得蝶形阀适应于不同类型的发动机)，有必要改变铸模以改变支撑体的位置；通常，对于每个流量值需要一个特定的阀体并因此需要一个特定的模具，这明显增大了生产成本。

为了试图进一步降低无弹性原位中的总气流离差值，已经提出用螺栓替换支撑体，该螺栓拧入通过阀体并且具有位于阀体外部的头部和形成邻接面的自由端。在生产阶段，每个蝶形阀放置在测试工作台上，在此实时测量无弹性原位中的空气流量值；在这些状态下，通过将螺栓拧入或拧出阀体来调整螺栓的轴向位置以便精确地获得所需要的无弹性原位中的空气流量值。优选地，一旦调整好螺栓的轴向位置，螺栓本身锁定于阀体以防止任何随后的移动(通常是由于操作发动机时产生的振动的结果)。

但是，即使使用这种螺栓，也不可能无须改变铸模而显著地改变无弹性原位中的空气流量值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种伺服辅助的蝶形阀，它没有上述的缺点，并且尤其容易和廉价地实施。

因此本发明涉及一种用于内燃机的伺服辅助的蝶形阀，它包括一个阀体；形成在该阀体内的一个阀座；可以接合阀座的蝶形体；其上键配合有蝶形体的轴；连接于该轴的电致动器，用于在阀座的最大开放位置和关闭位置之间转动蝶形体；一个第一弹性体，用于向着关闭位置转动蝶形体；一个第二弹性体，用于向着开放位置转动蝶形体；以及一个邻接体，当蝶形体位于部分开放位置或无弹性原位时使得第二弹性体的作用停止，该蝶形阀的特征在于第二弹性体是一个压缩弹簧并且具有一个连接于阀体的机械固定端和一个连接于轮的机械移动端，其中该轮通过插入一个传动件而固定于轴，该传动件安装为在容纳第二弹性体的第一腔室内滑动，邻接体固定于第一腔室并且用于限制传动件沿第一腔室的行程。

附图说明

以下参照附图说明本发明，附图表示本发明的非限制性实施例，其中：

图1是本发明的伺服辅助的蝶形阀的示意主视图，为了清楚去掉一些部件，该蝶形阀配置有用截面图表示的用于调整无弹性原位的装置；

图2是图1的详细透视图；

图3和4是用于调整图1的蝶形阀的无弹性原位的装置的另一种实施例的两种不同操作结构的主视图；

图5和6是用于调整图1的蝶形阀的无弹性原位的装置的又一种实施例的两种不同操作结构的主视图；

图7是图1的蝶形阀的电致动器的放大透视图；

图8是图7的电致动器的固定板的下表面的视图。

具体实施方式

在图1中，用于内燃机的伺服辅助的蝶形阀总体上由1表示；蝶形阀1包括一个阀体2，它容纳有一个电致动器3、一个圆柱形阀座4(图中示意性地以虚线表示)和一个接合阀座4并在电致动器3的作用下在阀座4的最大开放位置和关闭位置之间移动的蝶形体5(图中示意性地以虚线表示)。蝶形体5键配合在一个金属轴6上，该轴安装在阀体2上用于在电致动器3的作用下围绕纵向轴线7旋转以在阀座4的上述最大开放位置和上述关闭位置之间移动蝶形体5。

电致动器3包括一个圆柱体，它插入在阀体2上的一个相应圆柱座内并且利用金属板8在圆柱座内固定在位，该金属板8设置有一对通孔9，两条电导线10经由这对通孔穿过向电致动器3供电；一个相应的绝缘套管11设置在每个电导线10和板8的对应孔9之间。板8的主要功能在于使得电致动器3固定于阀体2；为此，板8具有三个径向钻孔的突起12，用于固定到阀体2的相应螺栓13插入在这些钻孔的突起内。

电致动器3通过齿轮传动装置14向轴6传递运动，该齿轮传动装置14包括键配合在电致动器3的轴16上的齿轮15、键配合在轴6上的齿轮17以及位于齿轮15和齿轮17之间的中间齿轮18。齿轮17具有一个实心的中心圆柱体19，它键配合在轴6上并且设置有一个圆形的齿冠部分20，该齿冠部分具有一组接合于齿轮18的齿。齿轮18接合于齿轮15的第一组齿21和接合于齿轮17的第二组齿22；第一组齿21的直径不同于第二组齿22的直径，并且因此齿轮18确定一个不单一的传动比。通常，齿轮17和齿轮18由塑料材料制成，而齿轮15由金属材料制成。

轴6连接于一个复位弹簧23，该复位弹簧23是一个扭转弹簧(即该弹簧变形产生圆形位移而产生阻力矩)并且具有连接于轴6的一端(未示出)和连接于阀体2的一端24。轴6还连接于一个反作用弹簧25，该反作用弹簧25是一个压缩弹簧(即该弹簧变形产生线性位移而产生阻力)并且具有连接于阀体2的一个机械固定端26和一个连接于轴6的机械移动端27。

复位弹簧23趋向于沿顺时针方向转动轴6，产生趋向于使得蝶形体5向着关闭位置的移动，而反作用弹簧25趋向于沿逆时针方向转动轴6，产生趋向于使得蝶形体5向着开放位置的移动；复位弹簧23产生的扭矩小于反作用弹簧25产生的扭矩，因此，总体而言，复位弹簧23和反作用弹簧25的组合作用趋向于沿逆时针方向向着开放位置转动轴6。在复位弹簧23和反作用弹簧25的作用下轴6向着开放位置的逆时针方向转动由邻接体28停止，该邻接体28形成抵抗反作用弹簧25的扩张的邻接面；这样，当不启动电致动器3时，轴6(并且因而蝶形体5)位于部分开放的或者无弹性原位的位置(表示在图1中)。

当启动电致动器3时，电致动器3在其轴16上产生的驱动扭矩能够克服反作用弹簧25产生的扭矩将轴6转动到上述关闭位置，并且可以克服复位弹簧23产生的扭矩将轴6(并且因而蝶形体5)转动到上述最大开放位置。

阀体2包括一个容纳反作用弹簧25的圆柱形腔室29；该腔室29由止挡件30在一侧限定边界，反作用弹簧25的固定端26顶靠在该止挡件30上，并且腔室29由具有一个基座32的传动件31在另一侧限定边界，反作用弹簧25的移动端27顶靠在该基座32上；传动件31安装为在腔室29内在由止挡件30和邻接体28形成的两个极限端之间滑动，该邻接体28成形为一个环形体，传动件31的基座32顶靠在该邻接体28上。操作时，当轴6的位置在关闭位置和无弹性原位之间时传动件31顶靠于齿轮17的圆形齿冠部分20的突起33。重要的一点是反作用弹簧25在腔室29内被预加载，从而如上所述由反作用弹簧25产生在轴6上的扭矩大于由复位弹簧23产生在轴6上的扭矩。

腔室29成形在一个圆柱形管状体34内，该管状体34转而插入在直接形成在阀体2内的另一个圆柱形腔室35内并且包括该止挡件30；管状体34的外侧面具有螺纹，该螺纹啮合腔室35内表面上的相应螺纹；这样，管状体34在腔室35内的轴向位置可以通过拧入或拧出管状体34来进行调整。为此目的，止挡件30的位于腔室29外部的壁36的形状作成可以由用于拧入或拧出管状体34的工具接合。

在生产阶段，蝶形阀1放置在公知的测试工作台(未示出)上，在此实时测量无弹性原位中的空气流量值；在这些状态下，通过拧入或拧出管状体34来调整管状体34在腔室35内的轴向位置，直到精确地获得所需要的无弹性原位中的空气流量值。优选地，一旦调整好管状体34在腔室35内的轴向位置，管状体34锁定于腔室35以防止任何随后的移动(通常是由于操作发动机时产生的振动的结果)。

如图2所示，提供一个空转螺栓37，它具有防蝶形体5卡住的功能，并且与齿轮17的圆形齿冠部分20相互协作；当轴6在电致动器3的作用下进入关闭位置时，轴6的转动不会由于蝶形体5和阀座4的壁之间的冲击停止，而是由齿轮17的圆形齿冠部分20和空转螺栓37之间的冲击停止。这种方案是有必要的，因为蝶形体5和阀座4的壁之间可能的冲击会导致蝶形体5楔入阀座4的壁并因而会卡住蝶形阀1。在蝶形阀1的生产阶段，空转螺栓37的轴向位置可以通过将空转螺栓37拧入或拧出阀座4的壁来进行调整；然后可以相对于阀体2锁定空转螺栓37的位置以防止任何随后的移动(通常是由于操作发动机时产生的振动的结果)。

图3和4表示直接形成在阀体2内的腔室29的不同实施例；止挡件30在其侧面具有螺纹，该螺纹与腔室29内表面上的相应螺纹接合；这样，止挡件30在腔室29内的轴向位置可以通过拧入或拧出止挡件30来进行调整。为此目的，止挡件30的位于腔室29外部的壁36的形状作成可以由用于拧入或拧出止挡件30的工具(公知的并且未示出)接合。而且，传动件31包括一个在腔室29内从传动件31的基座32向着止挡件30延伸并且位于反作用弹簧25内的突出38。

传动件31的突出38取代空转螺栓37行使防蝶形体5卡住的功能，在该实施例中没有空转螺栓37。图3表示出当蝶形体5处于无弹性原位时传动件31的结构；图4表示出当蝶形体5处于关闭位置时传动件31的结构：可以看到，传动件31的突出38与止挡件30的邻接导致齿轮17的圆形齿冠部分20的转动并且因此轴6和蝶形体5的转动停止，其方式完全类似于包含在图1和2的实施例中的空转螺栓37。通过相对于腔室29拧入或拧出止挡件30，可以调整止挡件30在腔室29内的轴向位置并且因此可以调整由传动件31的突出38与止挡件30的邻接所确定的关闭位置。

图5和6表示腔室29的又一个实施例，其中包含在图1和2的实施例中的无弹性原位调整与包含在图3和4的实施例中的阻止卡住的功能接合在一起。如图5和6所示，止挡件30具有一个中心通孔39，该中心通孔39设置有螺纹并且由圆柱形的空转销40接合；空转销40外部设置有螺纹，从而空转销40相对于止挡件30的轴向位置可以通过拧入或拧出空转销40来进行调整。空转销40部分地在腔室29内延伸，从而位于反作用弹簧25内并且确定一个针对传动件31的移动的止动邻接。

空转销40取代空转螺栓37行使防蝶形体5卡住的功能，在该实施例中没有空转螺栓37。图5表示出当蝶形体5处于无弹性原位时传动件31的结构；图6表示出当蝶形体5处于关闭位置时传动件31的结构：可以看到，传动件31与空转销40的邻接导致齿轮17的圆形齿冠部分20的转动并且因此轴6和蝶形体5的转动停止，其方式完全类似于图1和2的实施例中的空转螺栓37。通过相对于止挡件30拧入或拧出空转销40，可以调整空转销40在腔室29内的轴向位置并且因此可以调整由传动件31与空转销40的邻接所确定的关闭位置。

如上所述，管状体34在腔室35内的轴向位置可以通过拧入或拧出管状体34来进行调整，以改变无弹性原位时的空气流量值。

为了能够调整管状体34在腔室35内的轴向位置以及空转销40在腔室29内的轴向位置，空转销40的位于腔室29外部的基座41的形状作成可以由用于拧入或拧出空转销40的工具接合，同时止挡件30的壁36的围绕孔39的部分的形状作成可以由用于拧入或拧出管状体34的工具接合。

如图7所示，一个盘形弹簧42设置在板8和电致动器3之间，它在电致动器3上施加预定的轴向力以便使得电致动器3保持在其工作位置；弹簧42优选地由聚合材料的接头机械连接于板8，该接头在注模成形套管11的同时模制而成。弹簧42的功能在于以预定的作用力保持电致动器3处于其工作位置，同时可以补偿轴向结构误差。而且，板8具有突起43，用于接合电致动器3的壳体内的相应基座44，从而确定板8和电致动器3之间的正确相对位置。如图8所示，盘形弹簧42具有四个突起45，在操作时该突起45可以由电致动器3轴向变形并且因此在电致动器3上产生轴向的弹性反馈力。

如上所述的蝶形阀1具有许多优点，因为可以通过改变管状体34在腔室35内的轴向位置来简单并精确地调整无弹性原位时的空气流量；而且，可以通过传动件31的简单替换获得不同的无弹性原位时的空气流量值(较长的传动件31可以形成较大的无弹性原位时的空气流量值，而较短的传动件31可以形成较小的无弹性原位时的空气流量值)。最后，在图3到6的实施例中，不再需要空转螺栓37，这在成本和结构简单化方面具有明显的优势。

Claims (16)

1、一种用于内燃机的伺服辅助的蝶形阀(1)，它包括一个阀体(2)；形成在该阀体(2)内的一个阀座(4)；一个可以接合阀座(4)的蝶形体(5)；一个其上键配合有蝶形体(5)的轴(6)；一个连接于该轴(6)的电致动器(3)，用于在阀座(4)的最大开放位置和关闭位置之间转动蝶形体(5)；一个第一弹性体(23)，用于向着关闭位置转动蝶形体(5)；一个第二弹性体(25)，用于向着开放位置转动蝶形体(5)；以及一个邻接体(28)，当蝶形体(5)位于部分开放位置或无弹性原位时使得第二弹性体(25)的作用停止，该蝶形阀(1)的特征在于第二弹性体(25)是一个压缩弹簧并且具有一个连接于阀体(2)的机械固定端(26)和一个连接于轮(17)的机械移动端(27)，其中该轮(17)通过插入一个传动件(31)而固定于轴(6)，该传动件(31)安装为在容纳第二弹性体(25)的第一腔室(29)内滑动，邻接体(28)固定于第一腔室(29)并且用于限制传动件(31)沿第一腔室(29)的行程。

2、如权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，设置有一个齿轮传动装置(14)，用于从电致动器(3)向轴(6)传递运动，该齿轮传动装置(14)包括机械连接于第二弹性体(25)的移动端(27)的轮(17)。

3、如权利要求2所述的阀(1)，其特征在于，轮(17)包括一个圆形的齿冠部分(20)，它设置有一组齿并且机械连接于第二弹性体(25)的移动端(27)。

4、如权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，第一腔室(29)由止挡件(30)限定边界，第二弹性体(25)的固定端(26)顶靠在该止挡件(30)上，并且第一腔室(29)由具有一个基座(32)的传动件(31)限定边界，第二弹性体(25)的移动端(27)顶靠在该基座(32)上，邻接体(28)成形为一个环形体，传动件(31)的基座(32)顶靠在该邻接体(28)上。

5、如权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，阀体(2)包括一个第二圆柱形腔室(35)和一个圆柱形管状体(34)，该管状体(34)插入在第二圆柱形腔室(35)内并且容纳第一腔室(29)，管状体(34)的外侧面具有螺纹，该螺纹啮合第二腔室(35)内表面上的相应螺纹。

6、如权利要求5所述的阀(1)，其特征在于，第一腔室(29)由止挡件(30)限定边界，第二弹性体(25)的固定端(26)顶靠在该止挡件(30)上，并且第一腔室(29)由具有一个基座(32)的传动件(31)限定边界，第二弹性体(25)的移动端(27)顶靠在该基座(32)上，止挡件(30)具有一个中心通孔(39)，该中心通孔(39)设置有螺纹并且由圆柱形的销(40)接合，销(40)外部设置有螺纹并且部分地在第一腔室(29)内延伸，以便限制传动件(31)沿第一腔室(29)在相对侧相对于邻接体(28)的行程。

7、如权利要求6所述的阀(1)，其特征在于，销(40)设置在反作用弹簧(25)内。

8、如权利要求6所述的阀(1)，其特征在于，为了能够调整管状体(34)在第二腔室(35)内的轴向位置以及销(40)在第一腔室(29)内的轴向位置，销(40)的位于第一腔室(29)外部的基座(41)的形状作成可以由用于拧入或拧出销(40)的第一工具接合，同时止挡件(30)的围绕中心孔(39)的部分的形状作成可以由用于拧入或拧出管状体(34)的第二工具接合。

9、如权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，第一腔室(29)由止挡件(30)限定边界，第二弹性体(25)的固定端(26)顶靠在该止挡件(30)上，并且第一腔室(29)由具有一个基座(32)的传动件(31)限定边界，第二弹性体(25)的移动端(27)顶靠在该基座(32)上，止挡件(30)包括一个在第一腔室(29)内从传动件(31)的基座(32)向着止挡件(30)延伸的突出(38)，用于限制传动件(31)沿第一腔室(29)在相对侧相对于邻接体(28)的行程。

10、如权利要求9所述的阀(1)，其特征在于，止挡件(30)在其侧表面的位置具有螺纹，该螺纹与第一腔室(29)内表面上的相应螺纹啮合，止挡件(30)的位于第一腔室(29)外部的壁(36)的形状作成可以由用于拧入或拧出止挡件(30)的工具接合。

11、如权利要求9所述的阀(1)，其特征在于，传动件(31)的突出(38)设置在反作用弹簧(25)内。

12、如权利要求9所述的阀(1)，其特征在于，第一腔室(29)直接形成在阀体(2)内。

13、如权利要求1所述的阀(1)，其特征在于，电致动器(3)包括一个圆柱体，它插入在阀体(2)上的一个相应圆柱座内并且利用金属板(8)在圆柱座内固定在位，该金属板(8)设置有一对通孔(9)，两条电导线(10)经由这对通孔穿过向致动器(3)供电，一个弹簧(42)设置在板(8)和电致动器(3)之间，它在电致动器(3)上施加预定的轴向力以便使得电致动器(3)在其座内保持在预定位置。

14、如权利要求13所述的阀(1)，其特征在于，弹簧(42)是一个盘形弹簧。

15、如权利要求14所述的阀(1)，其特征在于，盘形弹簧(42)具有四个突起(45)，在操作时突起(45)由电致动器(3)轴向变形并且因此在电致动器(3)上产生轴向的弹性反馈力。

16、如权利要求15所述的阀(1)，其特征在于，两个相应的塑料材料的套管(11)设置在导线(10)和板(8)的孔(9)之间，每个套管(11)由塑料材料直接注模成形在板(8)上，将板(8)连接于合适的模具，弹簧利用一个塑料材料的接头机械连接于板(8)，该接头在注模成形套管(11)的同时模制而成。

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