致动器及阀安排的制作方法
【专利摘要】可以包括致动器和阀安排的多个变体。
【专利说明】致动器及阀安排
[0001]相关申请的交叉用
[0002]本申请要求于2013年9月18日提交的美国临时申请号61/879，523的权益。
【技术领域】
[0003]本披露总体上涉及的领域包括致动器及阀部件。
[0004]发明背景
[0005]一些致动器及阀部件可以使用在或安排在系统中，这些系统包括但不限于车辆系统。
[0006]说明性变体的概述
[0007]大量变体可以包括一种产品，该产品可以包括致动器和阀部；包括该阀部的至少一个壳体，该至少一个壳体具有用于接收流体的一个第一端口和用于输送流体的一个第二端口 ；一个阀座，该阀座被置于该第一端口与第二端口之间；与该阀座同轴的一个阀构件，该阀构件具有坐在该阀座上并且实质上阻止该入口端口与出口端口之间的流体流动的第一位置，从该阀座被移位并且允许在该入口端口与出口端口之间的流体流动的一个第二位置，从该阀座移位并且允许在该入口端口与出口端口之间的流体流动的一个第三位置；该流体流量小于该第二阀位的流量；一个阀杆，该阀杆与该阀构件同轴且具有一条纵向轴线以及附接到该阀构件上的一个第一端；一个衬套，该衬套被置于该壳体中并且与该杆共轴；该衬套对该阀杆提供引导和支持；一个密封系统，该密封系统包括被置于该壳体中并且与该阀杆同轴的至少一个密封件；该密封件使该阀杆和致动器部的至少一部分与流经该阀门的流体隔离；一个联接件，该联接件被至少部分地置于该壳体中并且被连接到该阀杆上并且可随该阀杆移动；一个位置传感器，该位置传感器用于测量该阀的位置并且被至少部分地置于该壳体中；该位置传感器包括一个传感电路和传感元件；该传感元件提供一个由该传感电路测量的参数并且针对该联接件、阀杆和阀的位置提供一个位置传感器输出；一个弹簧偏置系统，该弹簧偏置系统包括被置于该壳体中的至少一个弹簧，该弹簧提供一个将使该阀杆和阀门移动并且致使该阀门坐在该阀座上并且阻止该入口与出口之间的流体流动的力；在该壳体中的一个致动器部，该致动器部包括一台电动机，该电动机带有一个可旋转的轴和小齿轮；可随该电动机和小齿轮旋转的一个凸轮轴齿轮；该凸轮轴齿轮具有一条中心旋转轴线并且包括围绕该中心旋转轴线形成的一个整合的凸轮部；该凸轮部可操作地将一个力传输到该阀杆上从而致使该阀杆和阀门相对于该阀座轴向地移动；其中，该凸轮部的中心旋转轴线与该阀杆的纵向中心轴线偏离一个距离，并且通过该凸轮部传输到阀杆上的力实质上是沿该阀杆的纵向中心轴线的；该偏置距离部分地是随该凸轮部的尺寸和形状而变的。
[0008]本发明范围内的其他说明性变体将从下文提供的详细说明中变得清楚。应该理解，详细的说明和具体的实例在对本发明范围内的变体进行披露的同时还仅旨在用于展示的目的而并非旨在限制本发明的范围。
[0009]附图简要说明
[0010]通过详细的说明和附图将更全面地理解本发明范围内精选的实例变体，在附图中:
[0011]图1是根据大量变体的一种产品的图示。
[0012]图2是根据大量变体的一种产品的图示。
[0013]图3A是根据大量变体的一种产品的图示。
[0014]图3B是根据大量变体的一种产品的图示。
[0015]图4是根据大量变体的一种产品的图示。
[0016]图5是根据大量变体的一种产品的图示。
[0017]图6是根据大量变体的一种产品的图示。
[0018]图7是根据大量变体的一种产品的图示。
[0019]图8A是根据大量变体的一种产品的图示。
[0020]图8B是根据大量变体的一种产品的图示。
[0021]图9是根据大量变体的一种产品的图示。
[0022]图9B是根据大量变体的一种产品的图示。
[0023]图10是根据大量变体的一种产品的图示。
[0024]图11是根据大量变体的一种产品的图示。
[0025]图12是根据大量变体的一种产品的图示。
[0026]图13是根据大量变体的一种产品的图示。
[0027]图14是根据大量变体的一种产品的图示。
[0028]图15是根据大量变体的一种产品的图示。
[0029]说明性变体的详细说明
[0030]图1是展示了包括可以具有一个进气歧管(2)和一个排气歧管(3)的发动机(I)的大量变体的示意图。EGR系统可以具有一个排气再循环(EGR)阀(4)，这个排气再循环阀控制排气到进气歧管(2)的流动。一个EGR冷却器(5)可以用来降低排气的温度。管道
(6)、(7)、⑶、(9)和(10)提供了在排气歧管(3)、EGR冷却器(5)、EGR阀(4)、以及进气歧管⑵之间的相互连接。可以提供一个电控EGR阀。一个电子控制单元(ECU) (11)可以提供一个对打开/关闭该阀进行控制的信号。随着EGR阀的打开和关闭，将增加或者减少排气到该进气歧管的流动速度。一个节流阀(12)可以被提供用来控制进入该进气歧管中的气流。
[0031]所要求的EGR流速取决于几个因素，这些因素包括发动机的排量以及在排气与进气系统之间的压力差。
[0032]再次参照图1，ECU(Il)可以被编程为具有发动机运行情况与针对每一情况所希望的EGR流动的一个映射图。EGR阀(4)可以具有一个位置传感器，该位置传感器被连接到ECU(Il)上并且提供与阀位以及通过该阀的流动相关的一个输出信号。所希望的流动可以被转换成一个位置传感器输出信号和一个致动器控制信号。这个控制信号可以被应用到EGR阀(4)的致动器上，从而致使该阀从阀座移动离开并且允许排气从排气歧管(3)流动到进气歧管(2)。这个位置传感器及其输出信号可以是用于该EGR阀的一个闭环控制系统的一部分。这个位置传感器可以将反馈提供给ECU，这种反馈将指示出它是否已经实现了所希望的位置和相关的流量。该ECU可以对致动器控制信号进行调整以达到或者保持这个希望的阀位。再循环的排气会与进来的空气混合并且被进气歧管分配给发动机汽缸。这种排气、空气以及燃料的混合物将确定燃烧温度并且控制NOX和颗粒物质的水平。
[0033]还可以通过使用EGR系统来提高燃料经济性。当EGR开放时，进气歧管中的真空度或压力和排气可以被减少。真空度或压力的减少可以降低发动机的泵送损失、发动机使用的燃料量。
[0034]多个电致动器(如线性螺线管、直流电动机、转矩电动机、和步进电动机)可以被用于致动这种EGR阀。阀位传感也可以例如但不限于通过如对步进电动机的步进进行计数或者通过对气动地控制的EGR阀的真空度进行调节这样的替代方法来实现的。
[0035]像节流式、提升式或者阀瓣式的多种阀类型可以被用于控制排气的流动。
[0036]致动器和阀的类型可以部分地由用于排放物控制或燃料经济性的发动机和EGR系统的类型来确定。例如，来自柴油发动机的排气可以包含大量残留物，这些残留物可以形成一种类似于可以对打开阀门提供阻力的物质的粘性漆状沉淀。可能需要超过300N的较大的力致动器来打开阀门。带有多级驱动器的直流电动机致动器已经被用于这些EGR阀门应用。
[0037]在另一个实例中，来自汽油发动机的排气部分地由于燃烧过程中较高的排气温度和化学反应而可以包含较少程度的残留物。致动器的这个操作力对于这些发动机而言实质上可能是较小的。线性螺线管致动器已被用于这些EGR阀应用并且这些线性螺线管致动器的典型操作力在打开和关闭阀情况下是在20N至2N的范围。
[0038]发动机更近期的发展，例如⑶I发动机(汽油直喷)已经利用“冷却EGR”。排气的更快冷却可以增加排气残留物水平，这会反对EGR阀运动并增大对于致动器力的需求。尽管对于这些汽油发动机而言残留物水平较高，但这种残留物水平可能并不像来自柴油发动机的残留物水平那样严重从而致动器力需求可能较小。
[0039]针对EGR应用可以使用多种类型的阀。例如:提升型、平板型、或者节流型阀就能够提供这些功能。这些阀例如可以是由多种不同类型的致动器来致动的。真空/压力电动机、直流电动机、转矩电动机、步进电动机、或者线性螺线管类型的多种致动器就能够致动这种阀。
[0040]图2示出一种典型直流电动机致动的提升阀组件100的变体。阀组件100可以具有一个整体致动器和阀壳体101。壳体101可以是铝、铸铁或其他适合材料制成的。壳体可以具有用于接收流体的一个入口 102和用于输送这种流体的一个出口 103。参照图3A和截面视图3B，一个阀座104可以被置于阀壳体101中并且通过将其嵌销、铸造在位或者通过其他适合手段而被紧固。一个可移动的提升阀105可以与阀座104共轴以用于对经过阀组件的流体流动进行控制。
[0041]提升阀105可以被完全关闭并且坐在阀座104上并且实质上阻挡入口 102与出口103之间的流动。提升阀105可以从阀座104轴向地移动离开而到达使入口 102与出口 103之间出现最大流量的一个完全打开位置。提升阀105还可以从阀座104轴向地移动离开而到达完全关闭位置与完全打开位置之间的多个中间位置，从而以小于最大流体流动速度的值来控制流体流动的速度。
[0042]一个阀杆106可以位于该壳体内并且可以与提升阀105和阀座104共轴。阀杆106可以具有可连接到提升阀105的中心位置的一个第一端107。提升阀105可以通过焊接、铆接、嵌销或其他适合手段而附接到阀杆上。阀杆106可以由一个衬套组件108来引导和支持，该衬套组件可以与阀杆106共轴并且被置于壳体101中。参照局部截面视图4，一个衬套组件108可以具有带沉孔部段110的一个第一端109，该部段可以具有不同直径的多级阶梯式部段110AU10B和110C。一个第一杆密封件111、杆刮板112、和定位器垫圈113可以与阀杆106共轴并且可以被置于沉孔部段110的多级阶梯式部段110AU10B和IlOC中。杆刮板112可以被置于沉孔部段110的一个阶梯部段IlOB中。杆刮板112可以具有小于阶梯部段IlOB内径的一个外径并且可以在阶梯部段IlOB中移动。杆刮板112会具有大于阀杆106但将能从阀杆106上去除所不希望的碎片的一个内径。
[0043]定位器垫圈113可以安装在沉孔部段110的阶梯部段IlOC中并且通过嵌销或其他适合手段而被紧固到衬套组件上。定位器垫圈113可以将杆密封件111和杆刮板112紧固在衬套组件108中。
[0044]衬套组件108可以具有一个第二端114，该第二端带有由多级阶梯部段115A和115B构成的沉孔阶梯部段115。一个第二杆密封件116和定位器垫圈117可以与阀杆106共轴并且被置于沉孔阶梯部段115的多级阶梯部段115A和115B中。定位器垫圈117可以安装在沉孔部段115的阶梯部段115A中并且可以通过嵌销或其他适合手段而被紧固到衬套组件上。定位器垫圈117可以将杆密封件116紧固在衬套组件108中。
[0045]第一杆密封件111和第二杆密封件116可以在阀杆106的外径与衬套组件108的内径之间限定一个径向空间118。径向空间118可以沿着杆密封件111和116的位置限定的一定长度的衬套组件108和阀杆106来轴向地延伸。杆密封件111可以防止碎片从衬套组件108的第一端109进入空间118并且杆密封件116可以防止碎片从衬套组件108的第二端114进入空间118。
[0046]两个O型圈密封件119和120可以沿衬套108外径轴向地间隔开。衬套108可以具有在O型圈119与120之间的空间中定位的一个圆周轮廓凹槽121。当衬套108被安装在壳体101中时，这些O型圈密封件119和120可以在衬套组件108与壳体101之间产生密封。圆周凹槽121可以限定这些O型圈密封件119、120和壳体101之间的空间122。轮廓凹槽121可以具有至少一个通道123，如虚线示出，该至少一个通道将允许空间122与空间118之间的流体联通。阀壳体101可以具有一个将允许空间122与大气之间流体联通的通风道124。通道123、空间122和通风道124可以允许空间118实质上处于大气条件下。这样可以限制污染物被迫进入阀组件100的致动器部129中的可能性。
[0047]参照图3B和图4，阀杆106可以具有一个第二端125，该第二端在轴向上延伸经过衬套组件108的第二端114。一个联接件126可以通过铆接、嵌销或其他适合手段而附接到阀杆106的第二端125上。一个球轴承127可以通过一个销128附接到联接件126上并且可以通过铆接、嵌销或其他适合手段而被紧固。
[0048]参照图3B、图4和图5，壳体101可以具有一个用于接收以下致动器部件的致动器部129，这些致动器部件包括:直流电动机130、中间齿轮134、销137、输出齿轮139、轴140、轴承141和弹簧142。直流电动机130可以安装在致动器部129中并且可以通过多个螺纹紧固件131而被固位。直流电动机130可以具有一个轴132，这个轴是可在一个电控信号被施加到直流电动机上时旋转的。一个小齿轮133可以被附接到轴132上并且将随轴132 —起旋转。中间齿轮134可以具有与小齿轮133接合并且随其旋转的一个第一齿轮部段135。中间齿轮134还可以具有一个中央通孔136，该中央通孔的大小可以被确定为在销137上滑动。销137可以压力配合在壳体101中并且将允许中间齿轮134围绕其轴线旋转。中间齿轮134可以具有一个第二齿轮部段138，该第二齿轮部段是作为该中间齿轮134的一部分而一体形成的。
[0049]输出齿轮139可以通过压力配合或其他适合手段而附接到一个轴140上。轴140可以由至少一个轴承141来支持，该至少一个轴承可以安装到壳体101中并且可以通过压力配合或其他适合手段被固持。轴承141可以允许输出齿轮139围绕轴140的轴线旋转。输出齿轮139可以接合中间齿轮134的第二齿轮部段138。当一个电控信号被施加到直流电动机130时，电动机轴132将旋转。小齿轮133、中间齿轮134的第一齿轮部段135和第二齿轮部段138、以及输出齿轮139可以响应于电控信号的施加和电动机轴132的旋转而旋转。
[0050]输出齿轮139可以具有在齿轮中一体形成的一个凸轮143。附接到联接件126上的球轴承127与凸轮143接合。在轴承的凸轮与外径之间可以存在足够的间隙来允许相对运动。凸轮143的接触表面144和145可以与该输出齿轮139的轴线是偏心的，因此该输出齿轮的旋转将致使轴承127相对于输出轴140的中心径向地移动。由于轴承127、联接件126、阀杆106和提升阀105是互连的；输出齿轮139在第一方向旋转可以致使提升阀从阀座移动离开并且该输出齿轮139在第二方向旋转将致使提升阀朝阀座移动。提升阀105相对于阀座104的这种运动将允许对经过入口 102与出口 103之间的阀门的流体流量的控制。
[0051]小齿轮133、中间齿轮134的第一齿轮部段135和第二齿轮部段138、以及输出齿轮139的尺寸可以提供的机械优点是将增大由直流电动机130提供的转矩。这些齿轮的尺寸和凸轮143的形状将确定整体机械优点和可供用于打开和关闭该阀的力。
[0052]一个扭力弹簧142可以与输出齿轮139和轴140共轴。扭力弹簧142的第一末端可以与输出齿轮139接合并且第二末端可以与壳体101接合。可以对扭力弹簧142施加偏置的方式是致使输出齿轮139在一个将致使提升阀105坐在阀座104上从而实质上阻挡入口 102与出口 103之间的流体流动的方向上来旋转。
[0053]参照图2、图5和图6，在大量变体中，阀组件100可以具有嵌入在盖147中的一个引线框146。盖147可以通过多个螺纹紧固件、卷边环或其他适合手段而附接到壳体101上。一个密封件154可以位于盖与壳体之间以防止碎片进入壳体中。图5示出了移除了盖材料的引线框并且图6示出了包覆模制在引线框146上的盖材料。根据大量变体，引线框146可以包括几个单独端子。例如，端子148和149可以提供到直流电动机130和位置传感器153的电连接。在盖147中可以形成一个模制电连接器151。带有多个端子的一个配对连接器可以接合电连接器151以及引线框146的多个端子并且产生到E⑶152的电连接。
[0054]阀位和流体流量可以由一个闭环控制系统来控制，该闭环控制系统可以是图2中所不的一个电控单兀(ECT) 152的一部分。该E⑶可以对直流电动机130提供一个控制信号并且从位置传感器153接收提升阀位反馈。每个阀位可以对应于一个特定位置传感器输出电压。ECU可以对到直流电动机的控制信号进行调整来实现和维持与该特定阀位电压相对应的一个特定阀位。
[0055]位置传感器153可以是非接触式的并且可以使用磁阻技术、感应技术、霍尔效应或其他适合技术。传感器153可以具有一个传感电路150，该传感电路可以从一个传感兀件152接收反馈。传感电路150可以被置于盖147中并且通过焊接、接触压力或其他适合手段而被连接到引线框146上。这个传感元件152可以被附接到输出齿轮139、输出轴140或其他适合位置上。当输出齿轮139响应于施加到直流电动机130上的电控制信号而可以旋转时，传感元件152可以对该传感电路150提供反馈。这个传感电路可以提供一个与特定齿轮和阀位相对应的阀位电压。
[0056]应该指出，由于传感器元件可以位于齿轮上并且可以测量齿轮位置，从而在实际阀位中可能存在小误差。轴承127与凸轮143的接触表面144和145之间的间隙可以允许轴承127、阀杆106和提升阀105的某些自由运动，这种自由运动可以导致小的阀位误差。
[0057]阀组件100能够具有可能适合于某些应用的高流体流量和高阀门操作力。较高性能可以导致较高的成本和设计复杂性。某些应用可能并不需要较高性能或复杂性。因此重要的是对这些应用更好地加以配合的致动器和阀组件的尺寸进行“正确确定”。
[0058]图7示出直流电动机致动提升阀组件200。该阀组件可以具有一个整体致动器和阀壳体201。壳体可以由铝、铸铁或其他适合的材料制成。壳体可以具有用于接收流体的一个入口 202和用于输送这种流体的一个出口 203。参照图8A和截面视图8B，一个阀座204可以被置于阀壳体201中并且通过将其嵌销、铸造在位或其他适合手段而被紧固。一个可移动的提升阀205可以与阀座共轴以便用于对经过阀组件200的流体流量进行控制。
[0059]提升阀205可以被完全关闭并且坐在阀座204上并且实质上阻挡入口 202与出口203之间的流动。提升阀205可以从阀座204轴向地移动离开而到达使入口 202与出口 203之间出现最大流量的一个完全打开位置。提升阀205还可以从阀座204轴向地移动离开而到达完全关闭位置与完全打开位置之间的多个中间位置，从而以小于最大流体流动速度的值来控制流体流动的速度。
[0060]一个阀杆206可以位于壳体中并且可以与提升阀205和阀座204共轴。阀杆206具有连接到提升阀205的中央位置的一个第一端207。连接是可以通过焊接、铆接、嵌销或其他适合手段来产生的。阀杆206可以由一个衬套208来引导和支持，该衬套可以与阀杆206共轴并且被置于壳体201中。
[0061]参照局部截面视图9，壳体201可以具有沉孔部段210，该沉孔部段可以包括具有不同直径的多个阶梯部段。一个杆防护固位器213、杆刮板212、衬套208、第一杆密封件211、间隔件214、和第二杆密封件216可以与阀杆206共轴并且被置于沉孔部段210中。沉孔部段210可以被设计成从例如图8B所示的方向A的一个方向上接纳杆防护固位器213、杆刮板212、衬套208、第一杆密封件211、间隔件214和第二杆密封件216。
[0062]参照局部截面视图9,密封系统265 (包括第一杆密封件211、间隔件214和第二杆密封件216)可以被置于沉孔部段210的第一阶梯部段217中。这些杆密封件211和216可以由间隔件214间隔开。每个杆密封件都可以对壳体201提供外部径向密封和对阀杆206提供内部径向密封。参照图10，间隔件214可以是一个总体圆柱形部分并且可以具有由一个圆周凹陷223分开的雉堞墙特征221和222。间隔件214还可以具有一个内表面224，该内表面具有的直径大于阀杆206的直径以允许不受限制的运动和接触。雉堞墙特征221、222、内表面224和圆周凹陷223在壳体201中产生一个空间258。壳体201可以具有位于第一杆密封件211与第二杆密封件216之间的一个通风道227，该通风道可以允许在空间258与大气之间的流体联通。通风道227可以在任何一个杆密封件上具有小程度泄漏的情况下使空间258基本上保持处于大气条件。这样可以限制污物被迫进入阀组件200的阀部225或致动器部226中的可能性。
[0063]参照图8B和图9，衬套208可以被置于沉孔部段210的第二阶梯部段218中。衬套208可以具有一个第一端263和第二端264并且该衬套可以通过嵌销、压力配合或其他适合手段而被固位在该壳体中。衬套208支持和引导阀杆206并且可以对密封系统265固位，该密封系统包括壳体201中的第一杆密封件211、间隔件214和第二杆密封件216。第一杆密封件211、间隔件214和第二杆密封件216可以位于衬套208的第一端263。这个位置进一步远离经过阀组件200的流体流并且当流体流具有可能超过这些密封件的运行温度的高温时这可能是令人希望的。
[0064]如果流体流的温度较低并且是在这些密封件的运行温度之内的话，还可以使密封系统265定位在更接近流体流的位置中。图9B示出密封系统265，该密封系统包括位于衬套208的第二端264的第一杆密封件211、间隔件214和第二杆密封件216。参照图9B，针对这些部件和特征所示出的数量类似于针对图9所使用的部件和特征的数量。再次，参照图9B，通风道227和间隔件258的位置可以被移动到围绕衬套208的第二端264的区域中的适合位置。沉孔部段210的多个阶梯特征可以针对衬套208的第二端264处的新密封和间隔件位置来调整。沉孔部段210还可以被设计成从例如图9B所示方向A的一个方向接纳杆防护固位器213、杆刮板212、衬套208、第一杆密封件211、间隔件214和第二杆密封件216。
[0065]图8B和图9示出了抗污染系统266，该系统包括可以位于衬套208的第二端264的杆刮板212和杆防护固位器213。杆刮板212可以被置于沉孔部段210的第三阶梯部段219中。杆刮板212可以具有小于第三阶梯部段219内径的一个外径并且可以在第三阶梯部段219中移动。杆刮板可以具有大于阀杆206但还能将不希望的碎片从阀杆206上移除的一个内径。杆防护固位器213可以被置于沉孔部段210的第四阶梯部段220中。杆防护固位器213可以通过压力配合、嵌销或其他适合手段而被固位在壳体中。杆防护固位器213可以将杆刮板212固位在壳体206中并且可以限制碎片沉积在阀杆206上。应该指出，杆刮板212和杆防护固位器213是作为两个分离的部件示出的，但通过在阀杆206的外径与杆防护固位器213的对应内径之间选择一个合适间隙就有可能将它们的功能组合在一个单一部件中。
[0066]阀杆206可以具有经过第二杆密封件216轴向地延伸进入致动器部226中的一个第二端259。一个联接件228可以被置于壳体201中并且通过螺纹插入件、铆接、嵌销或其他适合手段而被附接到阀杆206的第二端259。联接件228可以由例如注塑模制塑料、模铸金属或其他适合材料的材料制成。轴承229可以由一个销230来附接到联接件228上，并且可以通过压力配合、铆接、嵌销或其他适合手段而被紧固。
[0067]偏置弹簧231、232可以被置于壳体201中。偏置弹簧231、232的第一端233、234可以抵靠在杆联接件228上。偏置弹簧231、232的第二端235、236可以抵靠在壳体201上。偏置弹簧231、232的压缩力267可以致使杆联接件228、阀轴206和提升阀205在方向A上移动并且使提升阀205坐在阀座204上并且实质上阻挡入口 202与出口 203之间的流体流动。可能应该指出的是，尽管在这个说明性变体中使用了两个偏置弹簧，但可以使用一个弹簧。这个弹簧或这些弹簧还可以被定位在另一个位置。例如，弹簧可以被同轴地安装在阀轴206上并且抵靠在壳体201和联接件228上。弹簧的位置可以通过该弹簧的所希望的偏置力、尺寸、壳体中可用空间或其他因素来确定。
[0068]参照图8B、图11和图12，壳体201具有一个用于接纳以下致动器部件的致动器部226，这些致动器部件包括直流电动机237、凸轮轴齿轮238和销239。直流电动机237可以被安装在致动器部226中并且可以通过多个螺纹紧固件240或其他适合手段来固持。直流电动机237可以具有一个轴241，这个轴是可在一个电控制信号被施加到直流电动机237上时旋转的。一个小齿轮242可以被附接到轴241上并且将随该轴旋转。凸轮轴齿轮238具有一个齿轮部段243，该齿轮部段接合小齿轮242并且随其旋转。凸轮轴齿轮238还具有一个中央通孔244，该中央通孔的尺寸可以被确定为在销239上滑动。销239可以被压力配合在壳体201中并且可以允许凸轮轴齿轮238围绕其轴线旋转。参照图12，凸轮轴齿轮238可以具有一个围绕中央通孔244整体形成的凸轮部245。凸轮部245可以随凸轮轴齿轮238旋转。
[0069]参照图8B和图12，附接到杆联接件228上的轴承229是可以与凸轮部245相关地定位的。偏置弹簧231、232的力可以致使杆联接件228和轴承229在方向A上朝凸轮部245移动并且在某些条件下可以致使轴承229抵靠在凸轮部245上。当将一个电控信号施加到直流电动机237上时，它可以使直流电动机在第一方向上旋转从而致使轴241、小齿轮242、凸轮轴齿轮238和凸轮部245旋转并且抵靠在轴承229上。由直流电动机237、小齿轮242、凸轮轴齿轮238和凸轮部245发出的转矩和力可足以克服偏置弹簧231、232的压缩力267，并且致使轴承229、杆联接件228、阀杆206和提升阀205在方向B上移动并且使提升阀205从阀座204上离开阀座从而允许在入口 202与出口 203之间的流体流动。当提升阀205从阀座204上被移位离开时，这些偏置弹簧231、232可以在高度上压缩。随着偏置弹簧231,232压缩高度的减小，压缩力267可以增大。
[0070]提升阀205从阀座204的轴向位移可以部分地由施加到直流电动机237上控制信号的强度水平来确定。较高强度水平可以总体上使克服偏置弹簧231、232的压缩力267的这个力增大并且使提升阀205与阀座204之间的轴向位移增加。较低强度水平可以总体上使与偏置弹簧231、232的压缩力267相对抗的力减小。存储在偏置弹簧231、232中的能量可以致使轴承229抵靠在凸轮部245上并且迫使凸轮部245、凸轮轴齿轮238、小齿轮242和轴241到达一个可以使提升阀205与阀座204之间的轴向位移减小的一个位置。如果阀门是开放的并且到直流电动机237的电控信号被中断，偏置弹簧231、232的压缩力267就可以总体上致使轴承229抵靠在凸轮部245上并且迫使凸轮部245、凸轮轴齿轮238、小齿轮242和轴241到达一个将使提升阀205坐在阀座204上并且实质上阻挡入口 202与出口203之间的流体流动的位置。
[0071]参照图7、图11、图12、图13和图14，阀组件200具有嵌入在盖247中一个引线框246。盖247可以通过卷边环268、多个螺纹紧固件或其他适合手段而被附接到壳体201上。一个密封件251可以被定位在盖与壳体之间从而防止碎片进入壳体中。图14示出移除了盖材料的引线框246而图13示出了包覆模制在引线框246上的盖材料。引线框246可以包括若干单独端子，例如端子259和248可以提供到直流电动机237和一个位置传感器249的电连接。在盖247中形成了一个模制电连接器250。带有多个端子的一个配对连接器可以接合电连接器250以及引线框246的这些端子并且产生了到一个电控单元(E⑶)252的电连接。
[0072]阀位和流体流量可以由一个闭环控制系统来控制，该闭环控制系统可以是图7所示的E⑶252的一部分。E⑶252可以对直流电动机237提供一个控制信号并且从位置传感器249接收一个提升阀位反馈信号。位置反馈信号典型地是一个位置传感器输出电压。每个阀位将对应于一个特定位置传感器输出电压。ECU 252可以对到直流电动机的控制信号进行调整来实现和维持与该特定阀位传感器输出电压相对应的一个特定阀位。针对某些情况可能令人希望的是不使轴承229抵靠在凸轮部245上。例如，为确保提升阀205完全坐在阀座204上，可能希望的是对直流电动机施加一个电控信号，这个电控信号将致使直流电动机237、凸轮轴齿轮238和凸轮部245旋转到一个防止凸轮部245与轴承229相接触的位置。这样可以确保提升阀205完全坐在阀座204上。在这种条件下，将没有力施加到凸轮轴齿轮238或凸轮部245上并且该提升阀在例如高振动的情况中可能移动或者导致不希望的噪声。可能希望的是对直流电动机237提供一个电控信号，该电控信号将致使凸轮轴齿轮238旋转到一个位置，在这个位置上在凸轮轴齿轮238中形成的一个实体止动件260与盖247、壳体201或其他适合阀组件部件中的一个实体止动件相接合。这个电控信号的强度水平是可以基于例如振动水平的因素或其他因素来调节的。这个电控信号可以被称作一个“保持”信号。
[0073]位置传感器249可以是无接触型的并且可以使用磁阻技术、感应技术或霍尔效应技术。传感器249可以具有一个传感电路253，这个传感电路将接收一个传感元件254的反馈。
[0074]图15示出了带有位置传感器249的盖247的放大截面的一个变体。传感电路253可以通过卡扣固位特征261、热嵌销、金属夹、包覆模制或其他适合手段而被附接到盖247上。传感器电路引线262可以通过焊接、锡焊、接触压力或其他适合手段而被连接到引线框246的这些端子248上。应该指出，位置电路253是一个并不需要印刷电路板、电阻器、电容器或其他部件的集成电路。
[0075]传感元件254可以被附接到杆联接件228、阀杆206、或其他适合位置上。例如，阀组件200中的传感元件254可以是一个永磁铁，这个永磁铁可以被包覆模制在联接件228中。传感元件254在传感电路253的特定位置中一定是有间隔的。盖247具有将使传感元件254定位在第一方向上并且对该传感兀件进行限制的一个第一表面269,以及将使传感兀件254定位在第二方向并且对该传感兀件进行限制的一个第二表面270。传感兀件254可以提供一个由传感电路253测量的一个感应参数。当阀杆206响应于施加到直流电动机237上的电控信号而在方向A和方向B上移动时，这个传感电路可以测量可变参数，例如可变的磁场或磁场方向。这个传感电路将提供与一个特定阀位相对应的一个阀位电压。
[0076]还可以指出，这种传感安排将提供真实阀位，因为这个传感器元件254被附接到联接件228上并且正在随阀杆206和提升阀205移动。这将被认为是优于针对阀组件100使用的、其中位置传感器测量输出轴位置并且确定一个隐含的阀位的位置传感安排的一个优点。
[0077]多个变体可以针对凸轮部245、轴承229和阀杆206的实体关系。参照图12，轴承229的中心可以与阀杆206的纵向中心轴线255对齐。凸轮部245的中心轴线256可能已经从这个纵向中心轴线255被偏移一个量值258，这将导致由凸轮部245传输到轴承229的力实质上是沿阀杆206的纵向中心轴线255施加的。凸轮部245与轴承229之间的接触点在图12中被示作点257。这个点实质上是在阀杆206的纵向中心轴线255上。直接沿阀杆206的纵向中心轴线255施加这个力可以使阀杆(该阀杆可以引起摩擦)上的径向力最小化并且减小施加到阀杆206上的轴向力。这个偏移量可以是0.5mm至2.0mm或者是部分地取决于凸轮部245的尺寸和形状的另一个值。
【权利要求】
1.一种产品,包括: 一个致动器和阀部； 包括该阀部的至少一个壳体，该至少一个壳体具有用于接收流体的一个第一端口和用于输送流体的一个第二端口； 一个阀座，该阀座被置于该第一端口与第二端口之间； 与该阀座同轴的一个阀构件，该阀构件具有坐在该阀座上并且实质上阻止该入口端口与出口端口之间的流体流动的第一位置，从该阀座被移位并且允许在该入口端口与出口端口之间的流体流动的一个第二位置，从该阀座移位并且允许在该入口端口与出口端口之间的流体流动的一个第三位置； 该流体流量小于该第二阀位的流量；一个与该阀构件同轴的阀杆具有一个纵向轴线和附接到该阀构件上一个第一端； 被置于该壳体中并且与该杆同轴的一个衬套；该衬套对该阀杆提供引导和支持； 一个密封系统，该密封系统包括被置于该壳体中并且与该阀杆同轴的至少一个密封件； 该密封件使该阀杆和致动器部的至少一部分与流经该阀门的流体隔离； 一个联接件，该联接件被至少部分地置于该壳体中并且被连接到该阀杆上并且随该阀杆可移动； 一个位置传感器，该位置传感器用于测量该阀的位置并且被至少部分地置于该壳体中； 该位置传感器包括一个传感电路和传感元件； 该传感元件提供一个由该传感电路测量的参数并且针对该联接件、阀杆和阀的位置提供一个位置传感器输出； 一个弹簧偏置系统，该弹簧偏置系统包括被置于该壳体中的至少一个弹簧，该弹簧提供一个将使该阀杆和阀门移动并且致使该阀门坐在该阀座上并且阻止该入口与出口之间的流体流动的力； 在该壳体中的一个致动器部，该致动器部包括一台电动机，该电动机带有一个可旋转的轴和小齿轮； 可随该电动机和小齿轮旋转的一个凸轮轴齿轮； 该凸轮轴齿轮具有一条中心旋转轴线并且包括围绕该中心旋转轴线形成的一个整合的凸轮部； 该凸轮部可操作地将一个力传输到该阀杆上从而致使该阀杆和阀门相对于该阀座轴向地移动； 其中，该凸轮部的中心旋转轴线与该阀杆的纵向中心轴线偏离一个距离，并且通过该凸轮部传输到阀杆上的力实质上是沿该阀杆的纵向中心轴线的； 该偏置距离部分地是随该凸轮部的尺寸和形状而变的。
2.如权利要求1所述的产品，其中，当该凸轮轴齿轮的凸轮部是由该电动机和小齿轮旋转时； 该联接件、阀杆和阀门是连接的并且在轴向上相对于该阀座移动，并且其中该位置传感器电路将感测该传感器元件的一个参数并且提供指示该阀构件的位置的一个传感器输出参数。
3.如权利要求1所述的产品，包括被附接到该联接件上并且可随该联接件移动的一个轴承，该轴承具有一条与该轴的纵向中心轴线对齐的中心旋转轴线，该轴承接触该凸轮部并且在沿该阀杆的纵向中心轴线的点上接收由该凸轮传输的力。
4.如权利要求1所述的产品，进一步包括与该阀杆同轴的一个第二密封件和间隔件，该间隔件在这些密封件之间提供一个轴向位移并且在该壳体内限定一个使该执行部与该阀门部分离的密封空间，该壳体进一步包括用于在该密封空间与基本大气条件之间提供流体联通的一个通道。
5.如权利要求1所述的产品，其中所述密封系统被定位在所述衬套的一个第一端。
6.如权利要求1所述的产品，其中所述密封系统被定位在所述衬套的一个第二端。
7.如权利要求1所述的产品，进一步包括被置于该壳体中的一个第二弹簧，该第二弹簧提供将使该阀杆和阀门移动并且致使该阀门坐在该阀座上并且阻止在该入口与出口之间的流体流动的一个额外力。
8.如权利要求1所述的产品是与该联接件和壳体可操作接触的； 该偏置弹簧提供将使该联接件移动的一个力。
9.如权利要求1所述的产品是与该阀轴和壳体可操作接触的； 该偏置弹簧提供将使该阀杆移动的一个力。
10.如权利要求1所述的产品，进一步包括杆刮板； 该杆防护件被置于该壳体中并且与该杆共轴； 该杆刮板具有:在其外径与该壳体内径之间的一个第一径向间隙； 以及，在其内径与该轴的外径之间的一个第二径向间隙； 该第一径向间隙大于该第二径向间隙从而允许在该壳体内的径向移动并且如果存在该杆刮板则允许在该阀轴与内径之间的接触。
11.如权利要求1所述的产品，进一步包括被置于该壳体中并且与该杆同轴的一个杆防护件； 该杆防护件环绕该阀杆一个限定长度并且实质上防止流体沿这个长度与该阀杆接触； 一个典型长度可以是5mm、1mm或另外的值。
12.如权利要求1所述的产品，其中该壳体进一步包括带有用于接纳的多个阶梯部段的一个沉孔部段； 密封系统、衬套、杆刮板和杆防护件。
13.如权利要求1所述的产品，该产品从一个单一方向接纳该密封系统、衬套、杆刮板和杆防护件。
14.如权利要求1所述的产品，进一步包括包含有一个连接器的一个盖、带有多个端子的引线框以及该位置传感器的传感电路； 带有多个端子的该引线框被连接到该电动机上以便将致使该电动机和可旋转轴旋转的一个电控信号传送到该电动机； 带有多个端子的该引线框还被连接到该传感器电路上以便根据来自该传感元件并由该阀位确定的一个参数来传送一个位置传感器电压。
15.如权利要求14所述的产品被构造和安排成通过以下手段使该传感器电路固位，这些手段包括多个卡扣特征、热嵌销、粘合剂、金属夹和包覆模制。
【文档编号】F16K1/42GK104455672SQ201410475245
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】R·J·特勒普, M·F·布萨托 申请人:博格华纳公司