專利名稱：旋轉螺線管操作的比例流量控制閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及電操作閥，及具體地涉及由用于正比于電控制信號的流量控制類型的電磁致動器操作的閥。電操作正比流控制閥使用在汽車發動機的噴射控制系統中，尤其是，用于對進入發動機，進氣岐管的來自填充了炭的存儲罐的燃料蒸汽凈化流的電控制。在這種應用中，必須電氣地控制來自存儲罐的燃料蒸汽凈化流，因為來自罐的燃料汽化流可能在某些工作區域中急劇地改變發動機的燃料空氣比；及在某些情況下，凈化蒸汽流可能引起不正常的發動機工作。該問題在發動機怠速時遇到的低流率時尤為嚴重，這時來自存儲罐的汽化流可能是供給發動機燃料的主要部分，如果沒有細致的控制可能引起發動機停轉。
迄今，公知的用于控制從存儲罐到發動機的燃料汽化純凈流的電操作控制閥是使用線性螺線管操作裝置來導致閥件的運動，以控制從存儲罐到發動機進氣管的汽化流。該類型存儲罐凈化流控制閥的一個例子被圖示及描述在美國專利US，5,551,406中，該專利被授予Everingham等人。
上述類型的閥典型地由一線性螺線管操作，并具有如圖8所示在低流(速)率時工作不正常的缺點，圖8中上組曲線是對于三種發動機岐管真空度的每種繪制的并作為凈化蒸汽流速率相對電控制信號占空比(脈沖保持時間與間歇時間之比)的函數。此外，已經發現，現有技術的線性螺線管閥對于沿關鍵軸線-即一線性螺線管之螺線管線圈的軸線-的振動尤其敏感；也已發現，這種公知的閥在通常汽車應用中遇到的振動頻率范圍上工作很不穩定，如
圖10中曲線所示。
因此，長期以來希望找到一種對機動車應用中發動機的燃料汽化灌凈化流進行電控制的方式，它能以電信號提供對所述凈化流的線性或正比控制，并在低流率范圍上控制精確及能防止振動。
本發明提供一種電操作流量控制閥，它預定用于由一可變占空比的或脈寬調制(PWM)的電控制信號操作并尤其適用于在汽車燃料汽化灌凈化控制系統中所遇到的低電壓操作。
本發明的流量控制閥具有一其上設有凸輪的旋轉螺線管，該凸輪作用在一可移動的、最好為球形的閥件上，以便能電控制設在閥室中的閥件的位置，由此控制閥室中入口及出口之間的流量。
本發明的旋轉螺線管操作閥具有以軸頸支承在一管狀極件之一端上所設的滾珠座圈中的轉子，該極件被接納在螺線管線圈的中心區域。該轉子具有多個設在其中的鐵磁極塊；及磁通環路是通過一被接納在線圈外的帽狀鐵磁定子來圍繞線圈完成的，該帽狀定子具有一形成在其底部的孔，在孔中接納極件的一端。定子上最好形成凸極以便與轉子極塊相互磁作用。該轉子之離開滾珠座圈的遠端具有一明顯減小的直徑并包括一樞軸式支承在設于管狀極件內的套筒軸承中的軸銷。
該轉子可通過一扭力彈簧對于一給定的凸輪構型根據需要在順時針或逆時針方向上被偏置；而且轉子繞其轉軸最好用配重平衡。
本發明的旋轉螺線管操作閥借助平衡的轉子結構對在橫向于轉子軸的閥運動方向上的振動提供了改善的阻力；在本發明閥中，樞軸支承的轉子之減少的或最小的摩擦力可實現通過小占空比或線圈小電流信號對流過閥的低流量進行精確及可重復的閥定位。該閥組件提供了最小的制造成本，由此使該閥適用于大容量輕型機動車的應用。
圖1是本發明的閥組件的側視圖；圖2是圖1中閥組件的頂視或平面圖；圖3是沿圖1中剖切指示線3-3剖取的截面圖；圖4是沿圖1中剖切指示線4-4剖取的截面圖；圖5是沿圖1中剖切指示線5-5剖取的截面圖；圖6是圖1中閥組件的分解立體圖；圖7是轉子的三向投影圖；圖8是以每分鐘標準升為單位的流量作為電信號占空比的函數描繪的、對于各種發動機岐管真空度的曲線族圖；圖9是作為沿橫向于轉子之關鍵軸線的振動頻率之函數的流過該閥的流量值曲線圖，其中上方曲線表示平均值，及下方曲線表示包括波動的數據點；及圖10是類似圖9的、對用于汽車燃料汽化罐凈化控制系統的現有技術線性螺線管操作的流量控制閥繪制的曲線圖。
參照圖1至7，本發明的閥組件總地以10表示，并包括一閥體12，該閥體具有一入口14及出口16，它們與形成在其中的閥腔18連通。入口14具有一設在其中的、適合的管連接配件20；及類似地，出口16具有一接納在其中的管連接配件22。配件22被設定與一發動機進氣岐管相連接；及配件20被設定與一燃料汽化存儲罐相連接。入口管配件20的內端24限定一環形閥座，一個可運動的閥件26可坐置在所述閥座上，該閥件最好具有一球形構型。腔18具有形成在其中的進入孔28、30，用于在內部之部件組裝后的校準，及這些孔被一通過適當措施、如穿過孔34的螺紋固定件(未示出)安裝到閥件12上的合適蓋32閉合。
一線圈36被繞在一線圈架38上，后者被接納在一鐵磁管極件40上，該管極件具有一形成在其一端的環形凸緣42，該環形凸緣對齊地壓在線圈架38的上端。一轉子總地以44表示，并具有多個形成在其上的沿圓周方向間隔的分立的鐵磁極塊46，及具有一在轉子極46附近沿軸向配置的外周凸輪48。極塊46之遠離凸輪48的軸向側面上具有一錐形結構并用標記50表示，還在錐的細端設有一軸銷52，該軸銷被插置在一套筒軸承54中，該套筒軸承被壓入線圈架38之一直徑縮小的部分(56)內。極件40的環形凸緣42具有一被容納在其上端的滾珠座圖56，在其中要插置轉子錐結構50之大直徑的上端部。
轉子44的上端具有一設在其中的旋轉配重49，如果需要，可在轉子的該端部鉆一個平衡孔51。使轉子繞其旋轉軸的平衡用于當組件10在橫向于轉子軸線的方向上受到振動時防止轉子和凸輪48轉動。
該圍繞線圈的磁通環路則由帽狀鐵磁定子件(56)完成，其具有一形成在其閉合端的孔58，在該孔中接納了該管狀極件40的下端部。帽(56)的上部開口端部具有多個形成在其上的定子凸磁極60，它們套在轉子極46的外部，在定子極60和轉子極46之間形成一徑向氣隙。一個非磁材料的外殼62被容納在線圈帽(56)的外部，并借助穿過孔64的適當固定件(未示出)連接在閥體12上。
所述線圈具有連接端子條66，68它們與線圈繞組36的(兩個)相反的引線端相連接以用于外部的電連接。
一個扭力彈簧70的一端被錨定在一轉子塊上及另一相反端錨定在閥體12上，以用于使轉子偏壓到所需的閥開度或閉合位置。
可以理解，當線圈被激勵工作時，轉子44被引起轉動一個由線圈電流確定的量；而凸輪48的轉動則引起閥件26相對閥座24的線性運動，以控制閥的入口及出口之間的流量。因此，該閥的操作利用了凸輪48靠著一球形閥件26的低摩擦方式的移動，由此減小了轉子旋轉運動的阻力并減小了滯后現象。
參照圖8，本發明的閥工作在三種發動機岐管真空度上，并如曲線所示，提供了從零到八標準升/分鐘的精確流量。
參照圖9，本發明閥的以標準升/分鐘為單位的流量響應被描繪為沿關鍵軸的振動頻率的函數，該關鍵軸垂直于轉子旋轉的切入方向(access)或在閥件26的運動方向上；可以看出，在整個遇到的振動范圍上流量特性基本上是平坦的。
圖10表示一類似應用在相同振動范圍上測得的現有技術之閥的流量特性。可以看到，與圖9中所示本發明的閥的流量特性相比，當遇到振動時流量實質上發生變化。
一個校準螺絲72以螺紋方式嚙合在閥體12中并可操作，以便在導孔76中移動銷件74，由此校正在線圈未被通電時轉子的靜止位置。
雖然以上結合圖示的實施例描述了本發明，但可理解本發明可被修改及變型，并僅受以下權利要求書的限定。
權利要求
1.一電磁致動閥組件，包括(a)一閥體，它限定一具有入口及出口的閥室；(b)一轉子，它包括一凸輪面，并包括多個永磁極塊，所述轉子被設置成可相對所述閥體作旋轉運動；(c)一閥件，它被設置得可相對所述入口及所述出口之一進行移動，用于控制入口及出口之間的流量；(d)線圈裝置，其包括一在其中的管狀極件并在電激勵時工作，以實現所述轉子的旋轉運動，其中所述凸輪面導致所述閥件的運動；及(e)定子裝置，它與所述極件協同工作，以形成一圍繞所述線圈的磁通環路。
2.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述轉子用軸頸支承，以便在所述管狀極件上轉動。
3.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述定子裝置包括一總體呈帽形的構件，在其中接納所述線圈。
4.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述轉子用一所述管狀極件上的滾珠座圈作軸頸支承。
5.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述定子裝置包括一形成多個其數目相應于所述轉子極塊數目的定子極塊的帽狀件。
6.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述閥件具有一球形結構。
7.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述轉子包括扭力彈簧裝置，它可被操作，以便在與所述線圈受激勵時之磁轉矩相反的方向上偏壓所述凸輪面。
8.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述轉子具有一包括一滾珠座圈的第一樞軸支承件及一包括一軸銷的第二樞軸支承件。
9.根據權利要求1所述的閥組件，其特征在于，所述轉子用一其轉軸周圍的配重平衡。
10.一旋轉螺線管閥的制作及操作方法，包括(a)在一鐵磁極件上設置一線圈及用軸頸支承一具有多個極塊的轉子，以便在所述管狀件上旋轉；(b)在具有一入口及一出口的閥體中形成一閥室及在所述閥室中設置一閥件；(c)在所述轉子上設置一凸輪面，及使所述閥件與所述凸輪面相接觸并相對所述入口及出口之一移動所述閥件；(d)將所述線圈及所述用軸頸支承其上的轉子安置到所述閥體中并完成一圍繞所述線圈的定子磁通環路；(e)激磁所述線圈及導致所述轉子的旋轉運動，以及用凸輪靠置所述閥件，以便控制所述入口及出口之間的流量。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述完成磁通環路的步驟包括在所述線圈上設置一帽狀鐵磁件。
12.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述用軸頸支承的步驟包括在所述管狀極件的一端上設置一滾珠座圈。
13.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述設置一閥件的步驟包括在所述入口及出口之一的附近設置一球形件，及用凸輪面靠置所述球形件。
14.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述用軸頸支承的步驟包括在其旋轉軸的周圍對轉子進行配重平衡的工作。
15.一電操作流量控制閥的制作及操作方法，包括(a)在一轉子上設置多個鐵磁極塊及在所述轉子上形成一凸輪；(b)在線圈中設置一極件并使所述轉子用軸頸支承在所述極件上；(c)在一具有帶入口及出口的閥室的閥體中設置一可運動的閥件；(d)圍繞所述線圈用一鐵磁構件完成一磁通環路；(e)激勵所述線圈及以磁力方式導致所述轉子的旋轉運動，并使所述閥件與所述凸輪相接觸，以及相對所述入口及出口之一移動所述閥件并控制所述入口及出口之間的流量。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述用軸頸支承所述轉子的步驟包括在所述轉子周圍設置一滾珠座圈。
17.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述設置一可移動閥件的步驟包括在所述入口及出口之一的附近設置一球形件。
18.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述用軸頸支承所述轉子的步驟包括所述轉子配重及平衡的工作。
19.一控制進入發動機進氣口的燃料汽化罐凈化流的方法，包括(a)形成一具有閥室的閥體，閥室具有一連接到罐的入口及一連接發動機進氣口的出口，及在所述閥室中設置一可運動的閥件；(b)形成一具有多個磁化材料之極塊的轉子及在所述轉子上設置一凸輪；(c)在一極件上設置一線圈及將所述轉子用軸頸支承在所述極件上；(d)在所述線圈上設置一定子及形成定子凸極，以及與所述轉子極塊限定空氣間隙；和(e)激勵所述線圈并旋轉所述轉子凸輪及將所述閥件與所述凸輪相接觸，并在橫向于所述轉子轉軸的方向上移動所述閥件，以控制所述入口及出口之間的流量。
全文摘要
一旋轉螺線管操作閥組件具有用軸頸支承在貫穿線圈的管狀極件一端中的滾珠座圈上的轉子。管形極件具有接納在帽狀定子底部中的遠離滾珠座圈的端部,定子具有在其開口邊緣上的凸極,它們與形成在轉子上的極塊形成徑向空氣隙。一在轉子上形成的凸輪可在與轉子軸橫向的方向上移動一球形閥件,以控制流過一設在入口或出口中的閥座的流量。轉子在其轉軸周圍被重量平衡,以當閥受到橫向于轉子軸之方向上的振動時阻止凸輪移動。
文檔編號F16K31/04GK1251415SQ9912137
公開日2000年4月26日 申請日期1999年10月15日 優先權日1998年10月16日
發明者D·L·德蘭 申請人:易通公司