CN220395839U - 三偏心电子节气门 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种三偏心电子节气门，包括塑料盖板、阀体、传动齿轮系、回位弹簧、驱动电机、输出金属轴、阀板、密封阀座。阀板固定在输出金属轴上；密封阀座通过过盈配合安装在阀体上；输出金属轴轴线与阀座密封面中心线沿着阀体气道轴向偏心，构成第一偏心，金属轴轴线与阀体气道轴线径向偏心，构成第二偏心；阀座内孔包络面中心线与阀体气道轴线成一定夹角，构成第三偏心；三偏心电子节气门通过回位弹簧的预紧扭矩使阀板在没有驱动的情况下回到默认的全闭位置；阀板仅在全闭位置与密封阀座有接触，阀板在其他位置均不与阀座接触；该三偏心电子节气门在进气压力越大时，阀板与密封阀座接触压力越大，密封越好，泄漏越低，可实现零泄漏密封。

Description

三偏心电子节气门

技术领域

本实用新型涉及电子节气门技术领域，具体涉及一种可实现进气管道流量控制并可实现管道流量截止达到零泄漏的三偏心电子节气门。

背景技术

电子节气门是一种发动机进气系统核心部件，用于控制新鲜空气进入发动机的一种阀板位置连续可调的蝶阀总成，通过调节阀板开度来控制发动机进气量；

电子节气门根据应用的发动机种类有三种结构形式，即常闭结构、常开结构、跛行位置结构；常闭结构即自然状态下阀板在回位弹簧作用力下，阀板平面与阀体气道轴线垂直，阀的流通面积最小；常开结构即自然状态下，在回位弹簧作用下，阀板平面与阀体气道轴线平行，阀的流通面积最大；跛行结构位置，在回位弹簧力作用下，阀板平面与阀体气道轴线成一个特定角度，保证阀电气部件失效后，阀板在弹簧扭矩作用下回到跛行位置，保证车辆安全运行；

电子节气门一般是由直流电机驱动，通过齿轮减速来增大传递到输出金属上的扭矩来直接驱动阀板旋转，并且通过使电机传递到输出金属轴上的扭矩与输出金属轴上的回位弹簧产生的反向扭矩达到动态平衡，从而使阀板稳定的控制在系统所需要的开度上；对于传统内燃机应用的电子节气门，对阀全闭位置的空气泄漏量要求不高，在全闭位置阀板与阀孔存在间隙，无法满足更高泄漏的应用工况需求；如氢燃料电池系统对电堆进气和排气管道关断时，有极其严格的几乎零泄漏的安全性要求，传统电子节气门无法满足该应用要求，现阶段有部分采用两偏心的橡胶阀座电子节气门可实现零泄漏要求，但是靠阀板滑动挤入进橡胶阀座产生过盈挤压而密封，从阀板与橡胶阀座一接触开始，阀板与阀座之间就会因过盈挤压而产生很大的摩擦力，影响齿轮系使用寿命，最重要的是，橡胶阀座会因为阀板的滑动挤压摩擦导致磨损，从而使密封失效，而磨损产生的橡胶颗粒会进入电堆，污染电堆，降低电堆发电效率甚至损坏电堆。所以既能实现零泄漏，又能保证橡胶阀座无摩擦磨损，满足燃料电池电使用要求的电子节气门是现阶段急需解决的关键技术问题。

实用新型内容

本实用新型涉及一种三偏心电子节气门，能够实现零泄漏的密封要求，而且密封过程无滑动摩擦，能极大的提高阀密封性能，尤其适合氢燃料电池等需要对流体通道进行关断的应用；

为满足上述技术要求，本实用新型采用的技术方案如下:

三偏心电子节气门，包括阀体，所述的阀体上设置有齿轮腔，齿轮腔内部设置有电机、中间齿轮、扇形齿轮和回位弹簧组成的驱动传动系；所述的扇形齿轮与输出金属轴固连在一起，随扇形齿轮一同转动；阀板与输出金属轴通过螺钉或者焊接固定在一起；所述的阀板可以随着扇形齿轮转动而转动，转动角度范围可根据客户要求设置(默认90°)；所述的阀体上安装有密封阀座、密封阀座与阀体内孔过盈安装实现径向密封(也可以使用一个金属套压紧密封阀座产生轴向压缩密封)；在回位弹簧的作用下，阀默认位置为全闭位置，在阀全闭位置的回位弹簧扭矩的作用下，阀板与密封阀座贴合挤压产生密封。

三偏心电子节气门其阀板回转中心与阀体气道轴向中心线沿着径向偏心，构成第一偏心；

三偏心电子节气门其阀板回转中心与密封阀座密封中平面沿着气道轴向偏心，构成第二偏心；

三偏心电子节气门其阀板和密封阀座的回转中心线与阀体气道轴向中心线呈角度偏心，构成第三偏心；

所述的阀板和密封阀座其外包络面为特殊设计的外圆锥面，在阀关闭位置，扇形齿轮与阀体之间无机械限位，阀板外圆锥面与密封阀座圆锥孔贴合后，可实现阀板密封面挤压阀座密封面产生密封。

所述的阀板和密封阀座因其特殊的三偏心结构设计，阀板从全开位置转到全闭位置之前与密封阀座无任何接触，阀板转到全闭位置后，阀板与密封阀座随即产生接触，接触后即产生密封，整个过程阀板与密封阀座之间无任何滑动摩擦；相反的阀板从密封位置往打开方向转动时，只要产生转动，阀板随即瞬间脱离密封阀座，整个过程阀板与阀座之间无任何滑动摩擦。

采用以上技术方案设计后，本实用新型取的技术进步如下:

本实用新型的阀板工作行程角度可根据客户要求设置(默认90°)，其阀板和密封阀座均为特殊三偏心结构设计，可实现流体流量的精确控制；阀在全关和全闭行程之间转动时，阀板与密封阀座不产生任何接触，无摩擦磨损；阀板转入密封阀座后以锥形密封面相互贴合，并在回位弹簧力作用下保持贴合，使阀板压在密封阀座上实现零泄漏密封，整个过程阀板与密封阀座无滑动挤压摩擦，阀板转出密封位置时，阀板锥面与密封阀座锥面瞬间分离，整个过程阀板与密封阀座也无滑动挤压摩擦；三偏心电子节气门在阀板工作过程中电机和齿轮系受力均匀，无滑动挤压密封产生的高负荷，密封阀座无滑动摩擦磨损；因特殊的三偏心设计，进气侧压力越高，阀板会被压力压在密封阀座上，密封性越好，可靠的满足氢燃料电池系统气路关断的应用需求，阀板和密封阀座无滑动挤压密封设计可靠的保证了三偏心电子节气门密封耐久性和电堆进气系统不得产生颗粒杂质的要求。

附图说明

图1为本实用新型的阀板全闭位置剖视图

图2为本实用新型的齿轮腔内部视图-1

图3为本实用新型的齿轮腔内部弹簧位置剖视图

图4为本实用新型的齿轮腔内部视图-2

图5为本实用新型的回位弹簧挂钩示意图

图6为本实用新型的阀板锥面示意图

图7为本实用新型的密封阀座锥面示意图

图8为本实用新型的回位弹簧与扇形齿轮安装图

图9为本实用新型的扇形齿轮装入阀体的示意图

图10为本实用新型的回位弹簧挂钩与扇形齿轮安装图

图11为本实用新型的回位弹簧挂钩与阀体安装图

图12为本实用新型的阀板位于全开和全闭之间的位置示意图

图13为本实用新型的阀板全开位置示意图

其中:1.密封阀座、1-a.金属环、1-b.密封阀座密封锥面、2.阀座压圈、3.阀板、3-a.阀板长轴面、3-b.阀板短轴面、3-c.阀板密封锥面、4.阀体、4-a.铝体下限位面、4-b.铝体上限位面、4-c.铝体弹簧立柱、5.气道轴向中心线、6.输出金属轴、7.塑料盖板、8.阀座密封中平面、9.密封阀座回转中心线、10.扇形齿轮、10-a.扇形齿轮下限位面、10-b.扇形齿轮上限位面、10-c.扇形齿轮弹簧立柱、11.中间齿轮、12.电机、13.回位弹簧、13-a.回位弹簧上挂钩、13-b.回位弹簧下挂钩、14.中间齿轮销。

具体实施方式

一种三偏心电子节气门，如图2所示包括阀体4，阀体4设置有齿轮腔，齿轮腔里安装有电机12、中间齿轮11、扇形齿轮10组成一个二级齿轮减速的驱动系；首先在阀体4上安装驱动电机12，压装中间齿轮销14；如图1所示，将密封阀座1对好方向后压装进铝体4气道，密封阀座1内含有一个金属环，用于提高密封阀座1的强度，防止密封阀座4变形，密封阀座1与铝体4气道可形成径向密封，再将阀座压圈2过盈压入阀体4的气道，用于固定密封阀座1与阀体4气道的轴向位置；

如图1所示的阀板3与密封阀座1在全闭位置的示意图，将阀板3放入密封阀座1，使阀板密封锥面3-c与密封阀座密封锥面1-b贴合，使阀板3和密封阀座可靠贴合；

如图7所示，回位弹簧13有上、下两个挂钩，如图8所示，扇形齿轮10和输出金属轴6固连在一起，回位弹簧13套入扇形齿轮10的外圆筒，回位弹簧上挂钩13-a与扇形齿轮弹簧立柱10-c接触产生限位；如图9所示，将扇形齿轮13连同回位弹簧13和输出金属轴6一起装配进铝体4；如图11所示，在将扇形齿轮10装入阀体4时，将回位弹簧下挂钩13-b对准铝体弹簧立柱4-c,在插入扇形齿轮10的时候使回位弹簧下挂钩13-b滑入铝体弹簧立柱4-c，使其产生连接，为了使扇形齿轮10能够插入到位，需要扭转扇形齿轮10，使扇形齿轮10不与铝体4干涉时，装进铝体4，这个过程会使回位弹簧13产生预紧力，预紧扭矩作用在扇形齿轮10上，使扇形齿轮10保持往关闭的方向的趋势；而输出金属轴6穿过阀板3的金属轴槽(阀回转中心，如图1所示)

在阀孔出气端施加合适的负压或者合适大小的压力，使阀板3与密封阀座1可靠贴合密封；如图2所示，在扇形齿轮下限位面10-a和铝体下限位面4-a加一隔离块使扇形齿轮10与阀体4不产生接触，留有间隙，然后将输出金属轴6与阀板3通过焊接或者螺钉固连在一起，再抽出隔离块，这样阀在全闭位置的机械限位由阀板3和和密封阀座1接触产生，同时在回位弹簧13的回位预紧扭矩的作用下保持可靠接触密封。

如图4所示，在阀全开位置，扇形齿轮上限位面10-b与铝体上限位面4-b接触形成机械上止点；

如图1所示，中间齿轮11为一双联齿轮，将中间齿轮11装入铝体4上的中间齿轮销14上，这样电机12上的齿轮与中间齿轮11的小端齿轮啮合，中间齿轮11大端齿轮与扇形齿轮10啮合组成二级减速传动机构，通过减速使电机12的扭矩经过放大输出到输出金属轴6上，由于回位弹簧的存在，通过控制系统控制电机12输出扭矩，使输出金属轴6的驱动扭矩与回位弹簧13的反向力矩达到平衡，就可以将阀板稳定的控制在系统想要的任一开度，用于精确控制系统流体流量。

如图1所示，因为阀板3和密封阀座1是特殊设计的三偏心结构，阀板3与密封阀座1落座接触后，在回位弹簧13的预紧扭矩作用下可靠压紧密封阀座1产生密封；在全闭密封位置，阀板3与密封阀座1无任何过盈挤压和滑动摩擦产生，故无密封阀座1的磨损，密封位置亦不需要电机大扭矩输出使阀板3滑动挤压密封阀座1进入密封状态；当阀板3需要打开时，只需要输出金属轴6上的驱动扭矩大于回位弹簧13的预紧扭矩即可使阀板3瞬间脱离密封阀座1的密封位置，整个过程没有密封阀座1的滑动挤压发生。

图12为阀板处于中间开度的一个状态示意图；图13为阀板处于全开位置的示意图，此时扇形齿轮上限位面10-b与铝体上限位面4-b接触，形成机械上止点；

以上仅为本实用新型的一个实施例，本领域普通从业工程技术人员可以根据本实用新型设计原理开发相同原理但结构不同的三偏心电子节气门，如将密封阀座安装在阀板上和密封锥形面直接加工在阀体上；这类同原理变种设计亦在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.三偏心电子节气门，包括阀体(4)、塑料盖板(7)、驱动电机齿轮(12)、中间齿轮(11)、扇形齿轮(10)、回位弹簧(13)、输出金属轴(6)、阀板(3)、密封阀座(1)、阀座压圈(2)；阀体(4)上过盈压装有密封阀座(1),阀座压圈(2)与阀体(4)过盈装配固定密封阀座(1)轴向位置；输出金属轴(6)与扇形齿轮(10)固连，阀板(3)与输出金属轴(6)固连，金属轴(6)与扇形齿轮(10)固连；其特征在于阀板(3)回转中心与阀体(4)气道轴向中心线(5)沿着径向偏心a，构成第一偏心；阀板(3)回转中心与阀座密封中平面(8)沿着气道轴向偏心b，构成第二偏心；密封阀座(1)的回转中心线(9)与阀体气道轴向中心线(5)呈角度偏心c，构成第三偏心；密封阀座(1)其内孔包络面为一绕回转中心线(9)旋转，半锥角为c的内圆锥孔；阀板(3)其外包络面为一绕回转中心线(9)旋转且半锥角为c的外圆锥面。

2.根据权利要求1所述的三偏心电子节气门，其特征在于阀板(3)回转中心位于气道轴向中心线(5)左侧，即阀板回转中心距离阀板长轴面(3-a)的距离Y要大于阀板回转中心距离阀板短轴面(3-b)。

3.根据权利要求1所述的三偏心电子节气门，其特征在于回位弹簧(13)为一扭簧，回位弹簧(13)预紧安装后，其预紧扭矩会持续保持阀板(3)与阀座(1)接触产生密封。

4.根据权利要求1所述的三偏心电子节气门，其特征在于阀板(3)和密封阀座(1)在阀关闭位置阀板(3)外圆锥面对与密封阀座(1)内圆锥孔面贴合产生密封。

5.根据权利要求1所述的三偏心电子节气门，其特征在于阀在全闭位置的机械限位由阀板(3)和密封阀座(1)接触产生，扇形齿轮(10)与阀体(4)结构(4-a)之间有间隙，无接触限位。

6.根据权利要求1所述的三偏心电子节气门，其特征在于密封阀座(1)为橡胶材质。

7.根据权利要求1所述的三偏心电子节气门，其特征在于密封阀座(1)内部设有一金属圈(1-a)，金属圈(1-a)沿密封阀座(1)轴向不贯穿。