用于電子節氣門控制的數字線性致動器大端口側門控制閥的制作方法

用于電子節氣門控制的數字線性致動器大端口側門控制閥的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于電子節氣門控制的數字線性致動器大端口側門控制閥。一種數字線性致動器（DLA）大端口節氣門控制閥歧管組件，其適用于與各種汽車發動機一起使用。側門蓋形螺帽的大小被設定成使得節氣門主體進氣歧管的空氣的全部量被控制地到發動機。孔洞被形成為側門蓋形螺帽的一部分以最小化蓋形螺帽上的軸向空氣負載，從而提供壓力平衡。提供壓力平衡還減小了定位蓋形螺帽所需要的軸向力，這轉而減小了定位蓋形螺帽所需的致動器的大小，因此減小了DLA的總體大小。連同內部充氣室端口（一個或復數個）窗輪廓，DLA的位置控制為每個命令位置提供期望的空氣流動。
【專利說明】
用于電子節氣門控制的數字線性致動器大端口側門控制閥[0001]相關申請的交叉引用本申請要求2015年5月1日提交的美國臨時申請號62/155,679的權益。上述申請的公開 內容通過引用被并入本文中。
技術領域
[0002]本發明總體上涉及包含數字線性致動器(DLA)的閥組件，其中，所述閥組件起空氣控制閥的作用。【背景技術】
[0003]通常，具有帶機械節氣門主體(MTB)的電子燃料噴射(EFI)的汽油發動機包含拉線驅動加速器以及數字線性致動器(DLA)型怠速空氣控制閥(IACV)。IACV被設計成滿足車輛排放法規并對拉線污油和機械節氣門主體空氣流動和空氣泄漏負責。對于更大且更昂貴的汽車發動機而言，MTB正在被全電子節氣門控制(ETC)取代。此外，ETC和線控驅動已經穩步取代具有EFI的MTB應用。用于ETC的直徑的內孔大小在40毫米(針對1.0 L直列式三缸發動機)到87毫米(針對6.2L八缸發動機)之間的范圍內。具有ETC的當前設計由于齒輪系、馬達和位置傳感元件的大小和包裝而在大小方面受限制。
[0004]被用作IACV的DLA型致動器利用環狀蓋形螺帽輪廓類型的閥，所述閥改變軸向位置以控制怠速空氣流動。這些蓋形螺帽設計通常為浴缸塞類型的閥，不過在一些設計中， IACV將蓋形螺帽用作周邊側門閥。在任一上文所提及的設計中，IACV僅用于有限的“怠速” 空氣以控制發動機，而不用于控制“打開的”節氣門的需要的全進氣量。
[0005]因此，存在對于下述DLA的需要，所述DLA的大小適用于更小的汽車發動機并提供全電子節氣門控制。
【發明內容】

[0006]本發明是DLA大端口節氣門控制組件，其適用于與更小的汽車發動機一起使用。如果側門蓋形螺帽具有足夠的直徑，那么節氣門主體進氣歧管的空氣的全部量可以被控制地到發動機。本發明的特征之一是包含形成為側門蓋形螺帽的一部分的孔洞，以最小化蓋形螺帽上的軸向差動空氣負載，從而提供壓力平衡。提供壓力平衡還減小了定位蓋形螺帽所需要的軸向力，這轉而減小了定位蓋形螺帽所需的致動器的大小，因此減小了 DLA的總體大小。連同內部充氣室端口(一個或復數個)側門窗輪廓，DLA的位置控制為每個命令位置提供期望的節氣門空氣流動。
[0007]為了減少“雷諾茲”限制性流動損失，本發明的節氣門主體歧管組件包含至少下述兩個特性:1)內部充氣室端口組合的橫截面陰影面積大于或等于入口端口橫截面陰影面積以及出口端口橫截面陰影面積；以及2)包圍內部充氣室側門端口的殼體的外部充氣室腔的大小被設定成足以使得出口端口處的簾面積(出口端口周長X外部充氣室腔的周向壁和出口端口之間的徑向間隙)大于出口端口橫截面面積。如果這兩個參數被觀測到，那么通過本發明的節氣門控制組件的壓降被最小化或消除。本發明的DLA大端口節氣門控制組件適用于具有現有步進馬達發動機控制單元操作參數的電子控制。內部端口圍繞內部充氣室腔的圓周的布置使得在蓋形螺帽上實現平衡的徑向空氣負載(即，凈徑向側負載力基本上等于零)。
[0008]在一個實施例中，本發明是節氣門控制閥組件，其包含殼體、一體式地形成為殼體的一部分的入口端口、一體式地形成為殼體的一部分的出口端口，以及形成為殼體的一部分的內部充氣室腔。入口端口通過使用閥構件與內部充氣室腔選擇性地流體連通，所述閥構件被安置在內部充氣室腔中。致動器被連接到殼體，并且閥構件通過致動器被控制。外部充氣室腔被形成為殼體的一部分。外部充氣室腔與出口端口流體連通，并且與內部充氣室腔選擇性地流體連通。周向壁被形成為殼體的一部分使得周向壁將內部充氣室腔與外部充氣室腔分離，并且閥構件與周向壁相接觸。多個內部端口被一體式地形成為周向壁的一部分，使得所述內部端口在出口端口和內部充氣室腔之間以及在內部充氣室腔和外部充氣室腔之間提供選擇性的流體連通。致動器移動閥構件以選擇性地阻塞多個內部端口，從而控制空氣從入口端口到出口端口的流動。
[0009]致動器能夠將閥構件移動到打開位置，使得空氣能夠從入口端口流動到內部充氣室腔中，其中，一部分空氣流動通過內部端口并直接流到出口端口，或者一部分空氣流動通過外部充氣室腔并流到出口端口。致動器還將閥構件移動到閉合位置，使得多個內部端口被閥構件阻塞，并且防止空氣從內部充氣室腔流動通過外部充氣室腔流到出口端口。
[0010]在一個實施例中，多個內部端口的組合面積大于出口端口的面積，并且多個內部端口的組合面積大于入口端口的面積。
[0011]閥構件包含具有第一側和第二側的蓋形螺帽，至少一個孔洞被形成為蓋形螺帽的一部分，并且外部圓柱形部分被形成為蓋形螺帽的一部分。外部圓柱形部分與周向壁滑動接觸。空氣可以流動通過被形成為蓋形螺帽的一部分的孔洞，以在蓋形螺帽的第一側和第二側上提供壓力平衡。蓋形螺帽被移動使得當蓋形螺帽在打開位置和閉合位置之間被軸向地移動時外部圓柱形部分選擇性地阻塞多個內部端口。
[0012]在實施例中，閥構件是側門蓋形螺帽，但在本發明的范圍內也可以使用其它類型的閥構件。而且，內部端口圍繞內部充氣室腔的圓周被定位成使得在蓋形螺帽上實現平衡的徑向空氣負載(即，徑向側負載的合力基本上等于零)。
[0013]本發明的適用性的進一步領域將從下文所提供的【具體實施方式】變得顯而易見。應理解，雖然指示了本發明的優選實施例，但是【具體實施方式】和具體示例意欲僅用于說明目的而并非意欲限制本發明的范圍。【附圖說明】
[0014]根據【具體實施方式】和附圖本發明將被更完全地理解，在附圖中:圖1是根據本發明的實施例的節氣門控制閥的透視圖；圖2是根據本發明的實施例的節氣門控制閥的側視圖；圖3是沿圖4的線3-3截取的節氣門控制閥的剖面側視圖；圖4是根據本發明的實施例的節氣門控制閥的仰視圖；圖5是根據本發明的實施例的節氣門控制閥的側視圖；圖6是根據本發明的實施例的節氣門控制閥的俯視圖；以及圖7是沿圖5的線7-7截取的節氣門控制閥的剖面側視圖。【具體實施方式】
[0015]優選實施例(一個或復數個)的以下描述本質上僅是示例性的，且不以任何方式意欲限制本發明、其應用或用途。
[0016]根據本發明的節氣門控制閥組件在圖中大體示于10處。閥10包含殼體12,并且入口端口 14和出口端口 16被形成為殼體12的部分。端口 14、16兩者均與內部充氣室腔(大體示于18處)流體連通，并且內部充氣室腔18通過周向壁22與外部充氣室腔(大體示于20處)分離。外部充氣室腔20的一部分也與出口端口 16流體連通，其中，外部充氣室腔20與出口端口 16流體連通的這部分由出口端口 16的直徑來確定。多個內部端口 24被形成為周向壁22的一部分，其中，出口端口 16通過內部端口24(示于圖2中)中的一或多個與內部充氣室腔18流體連通。[〇〇17]在這個實施例中，內部端口 24是基本上方形的且每邊為9.0毫米，但在本發明的范圍內對于期望的流動控制可以使用其它形狀和尺寸。每個內部端口24的面積可以不同，但不論內部端口 24的形狀如何，內部端口 24的組合面積都大于入口端口 14的面積，并且內部端口 24的組合面積也大于出口端口 16的面積，以便減少或最小化流動通過閥10的空氣的 “雷諾茲”限制性流動損失。而且，包圍內部端口 24的殼體12的外部充氣室腔18的大小被設定成足以使得出口端口 16處的簾面積(出口端口周長X外部充氣室腔20的周向壁22和出口端口 16之間的徑向間隙)大于出口端口 16的橫截面面積。[〇〇18]致動器(大體示于26處)被連接到殼體12,在這個實施例中，所述致動器是步進馬達類型的致動器，但在本發明的范圍內也可以使用其它類型的致動器。致動器26包含柱塞 28,并且閥構件被連接到柱塞28,所述閥構件在這個實施例中是側門蓋形螺帽30。蓋形螺帽 30與周向壁22的內部充氣室表面滑動接觸。蓋形螺帽30包含中央閥板30d，并且多個孔洞32 被形成為中央閥板30d的一部分。孔洞32提供了一種途徑，其在蓋形螺帽30相對于周向壁22 移動時，確保在軸向方向上中央閥板30d的第一側30a和中央閥板30d的第二側30b之間的壓力平衡。內部充氣室腔18通過中央閥板30d分成兩個體積:第一內部體積(大體示于18a處)， 其位于中央閥板30d和被形成為入口端口 14的一部分的閥座38之間；以及第二內部體積(大體示于18b處)，其位于中央閥板30d和殼體12的后壁12a之間。[〇〇19] 還存在連接器(大體示于34處)，其與致動器26電氣連通。當電流通過連接器34施加到致動器26時，致動器26被激活。為移動蓋形螺帽30柱塞28行進的方向通過致動器26控制。柱塞28和蓋形螺帽30被示出為軸向且徑向地固定，但是，在其它實施例中，對蓋形螺帽 30提供徑向自由，這將補償軸向未對準，以及蓋形螺帽30的所得行進路徑。當柱塞28在第一或收回方向上行進時，蓋形螺帽30沿延伸穿過柱塞28的軸線36朝致動器26移動，并且當柱塞28在第二或延伸方向上行進時，蓋形螺帽30沿軸線36移動遠離致動器26。當處于閉合位置中時，蓋形螺帽30與閥座38相接觸。蓋形螺帽30還包含外部圓柱形部分30c，所述外部圓柱形部分30c與周向壁22的內部緊密滑動接觸。當蓋形螺帽30向前延伸到閉合位置時，外部圓柱形部分30c完全阻塞通過內部端口 24的空氣流動。
[0020]在圖3中，蓋形螺帽30被示為處于完全打開位置中，其中，內部端口24完全未被外部圓柱形部分30c阻塞。當處于打開位置中時，空氣從入口端口 14流到內部充氣室腔18中。 一部分空氣流到第一內部體積18a中，并且一部分空氣由于空氣穿過孔洞32而流到第二內部體積18b中。在閥10的操作期間，空氣也可以在兩個內部體積18a、18b之間流動，并且基于蓋形螺帽30的位置可以不斷變化。流到每個內部體積18a、18b中的空氣的部分取決于蓋形螺帽30的位置。另外，當蓋形螺帽30的位置改變時，每個內部體積18a、18b的大小也改變。空氣流動通過孔洞32以在中央閥板30的每一側30a、30b上提供壓力平衡，不論中央閥板30的位置如何。內部端口 24圍繞周向壁22的布置使得在蓋形螺帽30上實現平衡的徑向空氣負載 (即，凈側負載力基本上等于零)。[〇〇21]在操作期間，當蓋形螺帽30被移動遠離閥座38時，第一內部體積18a中的空氣流動通過內部端口24。在空氣穿過內部端口24之后，一部分空氣直接流到出口端口 16中，且一部分空氣流到外部充氣室腔20中并且然后流到出口端口 16中。與在其中內部端口 24被形成為周向壁22的一部分并緊密靠近出口端口 16的配置相對照，內部端口24和外部充氣室腔20的配置在入口端口 14和出口端口 16之間提供更高的最大流量。
[0022]致動器26被控制以在打開位置(如圖3中所示)到閉合位置之間移動側門蓋形螺帽 30，使得蓋形螺帽30被移動遠離致動器26，其中，蓋形螺帽30與閥座38相接觸，內部端口 24 被外部圓柱形部分30c阻擋，并且入口端口 14不再與出口端口 16流體連通。當蓋形螺帽30與閥座38相接觸時，第一內部體積18a基本上減小到零。但是，在第二內部體積18b中仍存在空氣，因為當蓋形螺帽30與閥座38相接觸時仍允許空氣流動通過中央閥板30d的孔洞32。蓋形螺帽30還能夠被選擇性地放置在完全打開和閉合位置之間的任何位置中以將外部圓柱形部分30c配置成部分地阻塞內部端口 24，從而控制空氣在入口端口 14和出口端口 16之間的流動。
[0023]本發明的描述本質上僅僅是示例性的，并且因此未脫離本發明的主旨的變型意欲在本發明的范圍內。此類變型將不被視為脫離本發明的精神和范圍。
【主權項】
1.一種設備，其包括:閥組件，所述閥組件包含:致動器；閥構件，所述閥構件能夠在打開位置和閉合位置之間移動，所述閥構件被連接到所述 致動器；以及殼體，所述殼體具有入口端口和出口端口；其中，所述致動器控制所述閥部分在所述打開位置和所述閉合位置之間的移動以控制 空氣在所述入口端口和所述出口端口之間的流動。2.根據權利要求1所述的設備，其進一步包括:內部充氣室腔，所述內部充氣室腔被形成為所述殼體的一部分并且與所述入口端口選 擇性地流體連通；外部充氣室腔，所述外部充氣室腔被形成為所述殼體的一部分并且與所述出口端口流 體連通；周向壁，所述周向壁被形成為所述殼體的一部分并且將所述內部充氣室腔和所述外部 充氣室腔分離；以及至少一個內部端口，所述至少一個內部端口被形成為所述周向壁的一部分，所述至少 一個內部端口提供所述內部充氣室腔和所述外部充氣室腔之間的流體連通；其中，所述閥構件沿所述周向壁移動以選擇性地阻擋所述至少一個內部端口的至少一 部分，并且控制空氣從所述入口端口到所述內部充氣室腔中、到所述外部充氣室腔中以及 穿過所述出口端口的流動。3.根據權利要求2所述的設備，所述至少一個內部端口進一步包括被形成為所述周向 壁的一部分的多個內部端口。4.根據權利要求2所述的設備，所述閥構件進一步包括側門蓋形螺帽。5.根據權利要求4所述的設備，所述側門蓋形螺帽進一步包括:至少一個孔洞，所述至少一個孔洞被形成為所述蓋形螺帽的一部分；其中，空氣流動通過被形成為所述蓋形螺帽的一部分的所述至少一個孔洞，以在所述 蓋形螺帽的第一側和第二側上提供壓力平衡。6.根據權利要求4所述的設備，所述蓋形螺帽進一步包括:被形成為所述蓋形螺帽的一部分的外部圓柱形部分，所述外部圓柱形部分與所述周向壁滑動接觸；其中，所述蓋形螺帽被移動使得當所述蓋形螺帽在所述打開位置和所述閉合位置之間 被移動時，所述外部圓柱形部分選擇性地阻塞所述多個內部端口。7.根據權利要求2所述的設備，其中，所述致動器將所述閥構件移動到打開位置，其中， 空氣能夠從所述入口端口流入到所述內部充氣室腔中，其中，一部分所述空氣流動通過所 述至少一個內部端口直接流到所述出口端口，并且一部分所述空氣流動通過所述至少一個 內部端口、通過所述外部充氣室腔并流到所述出口端口。8.根據權利要求2所述的設備，其中，所述致動器將所述閥構件移動到閉合位置，使得 所述至少一個內部端口被所述閥構件阻塞，并且防止空氣從所述內部充氣室腔流動通過所 述外部充氣室腔到所述出口端口。9.根據權利要求2所述的設備，其中，所述至少一個內部端口的面積大于所述出口端口 的面積。10.根據權利要求2所述的設備，其中，所述至少一個內部端口的面積大于所述入口端 口的面積。11.一種閥組件，其包括:殼體；入口端口，所述入口端口被形成為所述殼體的一部分；出口端口，所述出口端口被形成為所述殼體的一部分使得所述出口端口與所述入口端 口選擇性地流體連通；致動器，所述致動器被連接到所述殼體；閥構件，所述閥構件被連接到所述致動器并通過所述致動器控制，所述閥構件在所述 殼體中位于所述入口端口和所述出口端口之間；周向壁，所述周向壁被形成為所述殼體的一部分，所述閥構件與所述周向壁相接觸；以 及多個內部端口，所述多個內部端口被形成為所述周向壁的一部分；其中，所述致動器在打開位置和閉合位置之間移動所述閥構件，使得空氣從所述入口 端口穿過所述多個內部端口并穿過所述出口端口，以及所述致動器將所述閥構件移動到閉 合位置，在所述閉合位置處，所述閥構件阻塞所述多個內部端口，從而防止空氣從所述入口 端口到所述出口端口的所述流動。12.根據權利要求11所述的閥組件，其進一步包括:內部充氣室腔，所述內部充氣室腔被形成為所述殼體的一部分，所述閥構件位于所述 腔中；以及外部充氣室腔，所述外部充氣室腔被形成為所述殼體的一部分，所述周向壁將所述內 部充氣室腔與所述外部充氣室腔分離；其中，當所述閥構件處于所述打開位置中使得所述空氣流動通過所述多個內部端口 時，空氣從所述入口端口流入到所述內部充氣室腔中，其中，一部分所述空氣流到所述出口 端口，且一部分所述空氣穿過所述外部充氣室腔并且然后流到所述出口端口。13.根據權利要求11所述的閥組件，其中，所述多個內部端口的組合面積大于所述出口 端口的面積。14.根據權利要求11所述的閥組件，其中，所述多個內部端口的組合面積大于所述入口 端口的面積。15.根據權利要求11所述的閥組件，所述閥構件進一步包括蓋形螺帽。16.根據權利要求15所述的閥組件，所述蓋形螺帽進一步包括:被形成為所述蓋形螺帽的一部分的至少一個孔洞；其中，空氣流動通過被形成為所述蓋形螺帽的一部分的所述至少一個孔洞，以在所述 蓋形螺帽的第一側和第二側上提供壓力平衡。17.根據權利要求15所述的閥組件，所述蓋形螺帽進一步包括:外部圓柱形部分，所述外部圓柱形部分被形成為所述蓋形螺帽的一部分，所述外部圓 柱形部分與所述周向壁滑動接觸；其中，所述蓋形螺帽被移動使得當所述蓋形螺帽在所述打開位置和所述閉合位置之間 被移動時，所述外部圓柱形部分選擇性地阻塞所述多個內部端口。18.—種節氣門控制閥組件，其包括:殼體；入口端口，所述入口端口被一體式地形成為所述殼體的一部分；出口端口，所述出口端口被一體式地形成為所述殼體的一部分；內部充氣室腔，所述內部充氣室腔被形成為所述殼體的一部分，所述入口端口與所述 內部充氣室腔選擇性地流體連通；閥構件，所述閥構件被安置在所述內部充氣室腔中；致動器，所述致動器被連接到所述殼體，所述閥構件通過所述致動器被控制；外部充氣腔，所述外部充氣室腔被形成為所述殼體的一部分，所述外部充氣室腔與所 述出口端口流體連通，并且所述外部充氣室腔與所述內部充氣室腔選擇性地流體連通； 周向壁，所述周向壁被形成為所述殼體的一部分，使得所述周向壁將所述內部充氣室 腔與所述外部充氣室腔分離，所述閥構件與所述周向壁相接觸；以及多個內部端口，所述多個內部端口被一體式地形成為所述周向壁的一部分，所述多個 內部端口在所述出口端口和所述內部充氣室腔之間以及在所述內部充氣室腔和所述外部 充氣室腔之間提供選擇性流體連通；其中，所述致動器移動所述閥構件，以選擇性地阻塞所述多個內部端口，從而控制空氣 從所述入口端口到所述出口端口的流動。19.根據權利要求18所述的節氣門控制閥組件，其中，所述致動器將所述閥構件移動到 打開位置，使得空氣能夠從所述入口端口流入到所述內部充氣室腔中，其中，一部分所述空 氣流動通過所述內部端口并或者直接流到所述出口端口，并且一部分所述空氣流動通過所 述外部充氣室腔并流到所述出口端口。20.根據權利要求18所述的節氣門控制閥組件，其中，所述致動器將所述閥構件移動到 閉合位置，使得所述多個內部端口被所述閥構件阻塞，并且防止空氣從所述內部充氣室腔 流動通過所述外部充氣室腔到所述出口端口。21.根據權利要求18所述的節氣門控制閥組件，其中，所述多個內部端口的組合面積大 于所述出口端口的面積。22.根據權利要求18所述的節氣門控制閥組件，其中，所述多個內部端口的組合面積大 于所述入口端口的面積。23.根據權利要求18所述的節氣門控制閥組件，所述閥構件進一步包括:蓋形螺帽，所述蓋形螺帽具有第一側和第二側；至少一個孔洞，所述至少一個孔洞被形成為所述蓋形螺帽的一部分；以及 外部圓柱形部分，所述外部圓柱形部分被形成為所述蓋形螺帽的一部分，所述外部圓 柱形部分與所述周向壁滑動接觸；其中，空氣流動通過被形成為所述蓋形螺帽的一部分的所述至少一個孔洞，以在所述 蓋形螺帽的所述第一側和所述第二側上提供壓力平衡;并且所述蓋形螺帽被移動使得當所 述蓋形螺帽在所述打開位置和所述閉合位置之間被移動時，所述外部圓柱形部分選擇性地 阻塞所述多個內部端口。
【文檔編號】F02D9/12GK106089451SQ201610276304
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月29日 公開號201610276304.X, CN 106089451 A, CN 106089451A, CN 201610276304, CN-A-106089451, CN106089451 A, CN106089451A, CN201610276304, CN201610276304.X
【發明人】M.斯特恩, C.A.威爾頓
【申請人】大陸汽車系統公司