CN102954231A - 具有轴向复位弹簧的流体循环阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有轴向复位弹簧的流体循环阀。所述阀（1）包括：本体（2），具有用于流体的穿过通道（3），旋转控制轴（4），具有用于通道的密封件，所述轴安装在本体的通路（10）中，轴承（6、7），设置在所述通路中，位于本体和旋转控制轴之间，和将轴在所述本体中轴向锁定的轴向锁定结构。根据本发明，轴的轴向锁定通过至少一个圆柱形环（15）获得，所述圆柱形环（15）以轴向约束的方式安装在所述轴（4）上并具有外表面（20），所述外表面（20）朝向其中一个轴承（6）取向并接触其横向面。

Description

具有轴向复位弹簧的流体循环阀

技术领域

本发明涉及流体循环阀，意图用于被设置到车辆内燃发动机，无论是汽油发动机还是柴油发动机。

更特别地，尽管不排他，但作为本发明的主题的阀可以被设置在柴油发动机的排气管线上，特别是用于通过将一些排气重新引导至进气管线中而用于氮氧化物（NOx）处理目的，所述阀通常指定为“EGR阀”。替换地，它们可以还被设置在发动机进气管线的上游，在该情况下，所述阀测量出其中空气进入量。阀在发动机或其它流体（气体或液体）循环设备中的其它用途可以被考虑，而不超过本发明的范围。

背景技术

使得流体的流动速率被调节的阀是已知的，包括：

-本体，具有用于流体的穿过通道，

-旋转控制轴，驱动用于通道的密封瓣片，所述轴安装在本体的与通道连接的通路中，所述轴受到复位弹簧的作用，所述复位弹簧设置在本体和轴之间，

-轴承，用低摩擦材料制造，其设置在所述通路中，位于本体和旋转控制轴之间，和

-将轴在所述本体中轴向锁定的轴向锁定结构。

因此，轴旋转控制使得在阀的通道中循环的流体的流动速率能够根据赋予给瓣片的角位置而调节，以及在EGR阀的情况下，一些排气能被去除，以便根据当前发动机速度将它们重新引导到发动机进气管线。关于复位弹簧，在阀的电故障的情况下，这使得阀优先被关闭（轴的瓣片密封通道）。

一般情况下，通过在轴承的布置之后被***到设置在本体和轴中的凹槽中的U形垫片，或通过收缩配合容置在本体接收孔中并承载轴的滚珠轴承，控制旋转轴被轴向地锁定。

然而这些轴向锁定具有缺陷，特别是对于瓣片非常频繁使用的阀，诸如EGR阀。

实际上，由于被弹簧施加在轴上的轴向力以及阀在相关发动机速度下的重复和持久的操作，在使用时，在轴在U形垫片上的旋转期间出现有垫片和在对应的凹槽处的轴之间的磨损，且因此出现摩擦点，这可以导致瓣片的不合时宜的锁定，以及致使瓣片和通道之间的不期望接触的轴向间隙。

此外，滚珠轴承方案需要复杂的安装工具并招致高成本。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点，并涉及一种流体循环阀，其中，在使用时，轴向锁定设计保证了阀的操作可靠性，甚至当存在复位弹簧时。

为此，根据本发明，之前限定的流体循环阀，例如EGR阀，特征在于，轴的轴向锁定通过至少一个圆柱形环实现，所述圆柱形环以旋转约束的方式安装在所述轴上并具有外表面，所述外表面朝向其中一个轴承取向并接触其横向面。

因此，由于本发明，环通过接触对应的轴承而直接用作轴的轴向支座。此外，阀的制造通过去除之前垫片的接收凹槽（且因此去除产生磨损和摩擦点的锋利边缘）或去除滚珠轴承和相关联的安装工具而被简化，使得将阀制得可靠且制造成本降低。最后，本发明使得阀旋转轴轴向地止动，限制摩擦和由此引起的磨损。

当所述轴受到设置在本体和轴之间的复位弹簧的作用时，有利地获得这样的结果。环随后沿轴向复位的方向接触相关轴承的横向面，轴通过所述弹簧受到所述轴向复位。

优选地，环具有径向凸缘，所述径向凸缘限定所述外表面，所述外表面朝向轴承取向并接触其横向面。因此，外径向凸缘使得可以提供用于与轴承的横向面接触的大表面，从而弹簧的轴向力更多地分配在该接触表面上，这因此有助于减少磨损。由于轴承由低摩擦材料制成，在旋转轴的重复操作期间，甚至在复位弹簧进行作用的情况下，减少了磨损，或甚至几乎不存在。以该方式，不产生摩擦点和轴向间隙。

在一个实施例中，在所述弹簧的作用下，环的凸缘直接压靠对应的凸缘，所述凸缘位于轴承的横向面的端部处。因此，获得了大的接触区域，这有助于优化弹簧的轴向力的分布和减少磨损。

垫片可以定位为对着另一轴承，位于轴和本体之间，以沿与弹簧的作用相反的方向轴向地锁定轴。单个垫片是足够的，这是由于这被特别用于安装轴且最后在阀的操作期间几乎不受作用，因为弹簧的持续的力对环发生在相反方向。

在另一实施例中，环的凸缘接合在埋头孔中，所述埋头孔设置在所述轴承的对应的横向面中。

例如，绕刚性地连接到旋转轴的环安装的是容置在所述通路内的轴承，其中，环的径向凸缘在存在操作间隙的情况下被接收在轴承的埋头孔中，同时沿弹簧作用的方向轴向地邻接埋头孔的底部，或沿相反方向轴向地邻接本体的限定通路的部分。该实施例在没有之前的垫片的情况下实施，这是由于环的凸缘本身被保持在埋头孔的底部和本体之间，用作沿两个方向的轴向支座。

在又一实施例中，环的凸缘接合在埋头孔中，所述埋头孔设置在阀的本体中。

例如，轴承随后对着环安装在轴上，而凸缘在存在轴向操作间隙的情况下接合在环接收通路孔的埋头孔中，所述埋头孔设置在本体的限定通路的部分中，从而凸缘可以沿弹簧作用的方向邻接轴承，或沿另一方向邻接本体的埋头孔的底部。

优选地，所述环通过收缩配合、焊接等被约束为与轴一起旋转，且轴承通过牢配合（drive fit）（诸如通过收缩配合）被安装在本体的通路中。

为了进一步最小化摩擦，环用与轴承的材料相适的材料制成，且作为示例，轴承用不锈钢或铜镍、青铜类型铜合金制成。

轴承可以是直的，即，没有圆的支撑部分。

每一个轴承可以借助除复制模制（duplicate mould）之外的方式获得。

每一个轴承可以被容纳在本体中，即，每一个轴承不在外突出超过本体的外轮廓。本体可以由单件构成。

止动环和弹簧可以彼此不接触。弹簧，例如，布置在轴端部处，该轴端部与环被布置为靠近的端部相对。

垫片可以配置为使得轴沿任意方向止动。

阀例如可以是EGR阀或配量单元。

附图说明

附图将清楚地示出本发明可以怎样制成。在这些图中，相同的附图标记指向相似的元件。

图1是具有复位弹簧的流体循环阀的实施例的局部横截面，根据本发明，具有根据第一实施例的阀的旋转控制轴的轴向锁定。

图2以横截面方式示出根据第二实施例的阀的旋转控制轴的轴向锁定。

图3以横截面方式示出根据第三实施例的阀的旋转控制轴的轴向锁定。

具体实施方式

图1中所示的流体循环阀1例如是用于再循环发动机排气的阀，所述阀的目的如上所述，但本发明绝对不限于该类型的阀，且通常涉及具有受到复位弹簧作用的旋转驱动轴的阀，用于密封件（瓣片）。

一般地，阀1包括本体2，在所述本体2内设置有纵向通道3，且所述本体2用于通过连接件被安装在发动机的排气管线的分支导管上，从而排气的在该分支导管中循环的部分通过该通道并转向至进气管线，以便被发动机再次燃烧。连接件以及排气和进气管线未被示出，这是由于它们是熟知的且不是本发明的一部分。

接收在阀1的本体2（所述本体一般在铸造厂制成）中的主要是旋转控制轴4，与旋转控制轴刚性地连接的有：用于通道3的瓣片密封件5；两个轴承6、7，用于轴4的绕其轴线A的旋转运动；复位弹簧8，沿轴线方向在轴上施加力；和轴4的轴向锁定结构。

更具体地，两个对齐的孔9A、9B设置在本体2中，垂直于纵向通道3，同时沿直径穿过所述通道3，以便形成圆形截面通路10，并分别接收两个轴承6、7。这些轴承是具有环形截面的圆柱形，且在该示例中被压装至孔9A、9B中，以相对于阀的本体2在位置上固定（旋转地和平移地）。这些固定的轴承6、7由赋予它们增加寿命的适当自润滑和防蚀性质的材料制成。为此，它们可以用铜和镍或锡的合金制造，或用不锈钢制造。

接收在这两个轴承6、7中的是控制轴4，所述控制轴4可以因此通过设置在轴和轴承之间的滑动配合而绕轴线A自由地枢转。轴端部11，相对于图1描述为下端部，接合在相应的轴承6中，而另一个上端部12穿过另一轴承7并通向到阀1的本体2的外部，以便连接到轴4的控制单元等，所述控制单元未在图1中示出，这是由于其本身是常规类型。

旋转地连接到控制轴4的是密封瓣片5，该连接借助固定构件14、通过焊接等，这使得瓣片与轴一起在两个端部位置之间旋转，其中，一个位置是完全打开位置（瓣片的平面沿气体循环方向，如图1中所示），该位置允许排气的转向的部分通过，另一个位置是抵靠通道3的侧壁的关闭位置，可选地经由未示出的密封件（瓣片的平面垂直于气体循环方向，图1）。

根据本发明，在图1所示的第一实施例中，通过圆柱形环15获得了轴4的轴向锁定结构，所述圆柱形环15直接安装在轴上并设置有外径向凸缘16，所述凸缘具有表面20，所述表面20由于复位弹簧8的作用（箭头F）而接触轴承6。同样地，通过垫片17沿弹簧作用的相反方向获得了轴4的轴向锁定结构，所述垫片安装在轴4上并位于另一轴承7的侧面上，如将在后来看到的。

特别地，圆柱形环15通过收缩配合刚性地连接至轴4的端部11，这使圆柱形环15在被选择的位置中相对于轴固定为不能旋转和平移。可以设想提供这样的连接的任何其它方式。终结环15的端部的径向凸缘16用于直接压靠终结普通轴承（plain bearing）6的外径向凸缘18，所述轴承6容置在通路的孔9A中并继而承载轴的端部11。因此可以理解，环15起用于轴4的沿由弹簧8施加的轴向力F的方向（沿轴线A）的轴向支座的作用，且可以理解，环15和轴承6之间的接触由其相应凸缘16、18的外横向面20、21在大接触区域或表面上直接建立。

以该方式，由弹簧产生的轴向力分布在该大接触区域上，这因此满足了期望的需求，这是因为作为在阀的寿命期间弹簧的连续作用的结果，接触优选地发生在该接触区域上。此外，由于轴承6由低摩擦材料制造和环15由与轴承相适的材料制造，或甚至与其相同的材料制造，磨损几乎不存在。

关于弹簧8，在图1中可以看到，阀1的轴4的端部12延伸超过垫片17，在围绕轴承7的本体2附近定位的是弹簧4，在本体的外肩部22和链接到轴的帽部23之间，绕本体2布置。因此可以理解，弹簧8沿方向F在本体的旋转轴4上施加作用，这趋于使得旋转轴相对于固定轴承离开通路10，弹簧8用于安全性目的，以便使得可以在电故障的情况下关闭阀的密封件。具有与轴承6直接接触的凸缘16的圆柱形环15，因此允许之前提到的摩擦和磨损问题（这因而引起阀的如上所述的故障）被避免。

关于用作沿轴线A与方向F相反的方向的轴向支座的垫片17，其为U形形状，安装在轴的端部12的周边凹槽25中，且垫片17应用在通路的孔9B的扩大部26中，在轴端的端部处且距轴承7有一距离。

因此，U形垫片17仅与本体2接触，以便沿该方向使轴4轴向地止动。注意到，轴承7简单地具有不变的环形形状，且垫片朝向阀7的控制单元取向。由于该U形垫片17特别用作沿与F相反的方向的安装轴向支座，它在阀的操作期间不受弹簧8的作用，且因此不经历任何磨损，不像用作沿方向F的操作轴向支座的环15。实际上，如已所述的，该环受到弹簧的连续作用，且其在没有加工旋转轴4的情况下被安装和由于具有用于与低摩擦轴承直接接触的大表面20的径向凸缘16，该环可以在阀的操作期间支持轴的瓣片的旋转，同时防止摩擦和磨损的问题。

此外，环15和其轴承6之间的操作轴向间隙在环在轴上的收缩装配期间通过安装工具来调节。在阀1的操作期间，该操作间隙J在弹簧8的轴向地拉动轴4在轴承中滑动的作用下消失，且随后位于在环15（与轴4的端部11的横向面齐平）和本体的为密封通路10的插塞28的形状的一部分27之间。

在图2所示的第二实施例中，具有外径向凸缘16的圆柱形环15刚性地连接到旋转轴4，以与之前相同的方式，但其中一个轴承，例如轴承6，与前图类比则是安装在环15上。因此，除了环轴向地锁定轴的功能之外，环本身为轴提供了引导功能。轴承6被收缩配合到通路10的孔9A中，从而其相对于本体2位置固定，而刚性地连接至轴4的环15借助在轴承6中的滑动配合而被安装，以便能够相对于其滑动和枢转。

凸缘16则被接收在埋头孔30中，所述埋头孔30设置在轴承的端部横向面31中且用作轴承的凸缘18。埋头孔的深度P大于凸缘16的厚度E，以由于差值而产生轴向间隙J。在该情况下，面31压靠本体的边缘部分27，以便终结通路10。当轴4不受弹簧8的作用时，环15的凸缘16可以压靠该边缘27。但是，当轴受到弹簧的作用（箭头F）时，由于阀1的操作，环的凸缘借助其横向面20接触埋头孔30的底部32（该底部32对应于轴承的之前所述的面21），如在图2所示的。轴向间隙J随后位于本体的边缘和凸缘之间。

因此可以理解，埋头孔的底部32和本体的边缘27起用于具有凸缘16的环15的且因而用于旋转轴4的操作轴向支座的作用，消除了之前实施例中对垫片17的需要。当然，环15和凸缘16提供与上面相同的功能和优势，即，在阀操作时轴的瓣片的旋转期间，弹簧的力在大接触区域或表面上的分布，和经由其与低摩擦自润滑轴承的直接接触有很少或几乎没有磨损。

图3所示的第三实施例具有接近第二实施例的设计。实际上，环15的凸缘16没有容置在轴承的埋头孔中，而是容置在设置在本体的边缘27中的埋头孔34中。该埋头孔34在本体的围绕轴4的下端部11的通路孔35的端部处，并接收环15。当阀以图3所示的方式操作时，在弹簧8的作用（箭头F）下，这具有与图2的位置颠倒的位置，且其凸缘16经由其面20轴向地邻接抵靠轴承6（其可以是轴承7）的横向面31（对应于面21，图1）。替换地，凸缘例如在安装期间邻接抵靠埋头孔34的底部36。埋头孔的深度P、凸缘16的厚度E和由此得到的间隙J（P和E之间的差）之间的几何条件与图2的实施例相同。

但是，轴承6绕轴4安装，如在第一实施例（图1）中一样，从而环15不再提供引导轴的附加功能，但提供其轴向锁定轴的主要功能，在该情况下沿关于轴线A的两个方向轴向锁定。相比于其图2的实施例，环具有减少的轴向长度。

作为替换，第二圆柱形环15可以设置为与另一轴承7接触，特别在轴受到强有力地沿箭头F的方向和沿相反的方向两者轴向的作用时。

在使用期间，借助将具有凸缘的环安装在具有密封件的旋转轴上以及其在复位弹簧的作用下与对应的轴承直接接触，在这些不同实施例中描述的阀的操作可靠性因此被保证。

Claims (11)

1.一种流体循环阀，包括：

-本体（2），具有用于流体的穿过通道（3），

-旋转控制轴（4），具有用于通道的密封件，所述轴安装在本体的与通道连接的通路（10）中，

-轴承（6、7），设置在所述通路中，位于本体和旋转控制轴之间，

-将轴在所述本体中轴向锁定的轴向锁定结构，轴（4）的轴向锁定通过至少一个圆柱形环（15）获得，所述圆柱形环（15）以旋转约束的方式安装在所述轴上并具有外表面（20），所述外表面（20）朝向其中一个轴承（6、7）取向并接触其横向面，和

-复位弹簧（8），设置在本体（2）和轴（4）之间，并使轴（4）受到回复力，复位弹簧（8）和圆柱形环（15）彼此不接触。

2.根据权利要求1所述的阀，其中，环（15）沿轴向复位的方向接触相关轴承的横向面，轴（4）通过所述弹簧（8）受到所述轴向复位。

3.根据权利要求2所述的阀，其中，环（15）具有径向凸缘（16），所述径向凸缘（16）限定所述外表面（20），所述外表面朝向轴承取向并接触其横向面。

4.根据权利要求2或3所述的阀，其中，在所述弹簧（8）的作用下，环（15）的凸缘（16）直接压靠外径向凸缘（18），所述外径向凸缘（18）位于轴承（6）的横向面的端部处。

5.根据权利要求2或3所述的阀，其中，环（15）的凸缘（16）接合在设置在对应的轴承中的埋头孔（30）中。

6.根据权利要求5所述的阀，其中，绕刚性地连接到旋转轴的环（15）安装的是容置在所述通路内的轴承（6），其中，环的径向凸缘（16）在存在操作间隙的情况下被接收在轴承的埋头孔（30）中，同时沿弹簧作用的方向轴向地邻接埋头孔的底部，或沿相反方向轴向地邻接本体的限定通路的部分。

7.根据权利要求2或3所述的阀，其中，环（15）的凸缘（16）接合在设置在本体中的埋头孔（34）中。

8.根据权利要求7所述的阀，其中，轴承（6）对着环（15）安装在轴（4）上，而凸缘（16）在存在轴向操作间隙的情况下接合在环（15）接收通路（35）孔的埋头孔（34）中，所述埋头孔（34）设置在本体（2）的限定通路的部分（27）中，使得凸缘可以沿弹簧作用的方向邻接轴承（4），或沿另一方向邻接本体的埋头孔（34）的底部。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的阀，每一个轴承（6、7）不突出超过本体（2）的外轮廓。

10.根据权利要求1-9中的一项所述的阀，其中，所述环（15）通过收缩配合、焊接等被约束为与轴（4）一起旋转。

11.根据权利要求1-10中的一项所述的阀，其中，轴承（6、7）通过牢配合安装在本体的通路（10）中。

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