CN104712838B - 带有返回阀的致动器 - Google Patents

Abstract

多个变体可以包括一种产品，该产品可以包括一个致动器，该致动器包括用于将一个阀从第一位置移动到第二位置的一个旋转部分、以及用于使该阀返回至该第一位置的一个偏置弹簧。

Description

带有返回阀的致动器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年12月11日提交的美国临时申请号61/914,639的权益。

技术领域

本披露总体上涉及的领域包括致动器。

背景

在车辆中可以使用致动器组件。

说明性变体的概述

多个变体可以包括一种产品，该产品可以包括一个致动器，该致动器包括用于将一个阀从第一位置移动到第二位置的一个旋转部分、以及用于使该阀返回至该第一位置的一个偏置弹簧。

本发明的其他说明性变体将从以下提供的详细说明中变得清楚。应理解，虽然该详细说明和这些具体实例披露了本发明范围内的多个变体，但它们是旨在用于说明目的而并非旨在限制本发明的范围。

附图的简要说明

图1展示了可以用于多个变体中的一种发动机换气***。

图2展示了根据多个变体的一种致动器与提升阀组件。

图3A是图2中所示的致动器与提升阀组件的侧视图。

图3B是沿图3A的线D-D截取的截面视图。

图4是根据多个变体的一种致动器与阀组件的局部截面视图。

图5是根据多个变体的一种致动器与阀组件的透视图，其中移除了多个部分。

图6是根据多个变体的一种致动器与阀组件的透视图，其中移除了多个部分。

图7是根据多个变体的一种致动器与阀组件的透视图。

图8A是根据多个变体的一种致动器与阀组件的侧视图，其中移除了多个部分。

图8B是沿图8A的线B-B截取的截面视图。

图9A是根据多个变体的一种致动器与阀组件的局部截面视图。

图9B是根据多个变体的一种致动器与阀组件的局部截面视图。

图10是根据多个变体的一种间隔件的放大的透视图。

图11是根据多个变体的一种致动器与阀组件的透视图，其中移除了多个部分。

图12是根据多个变体的一种致动器与阀组件的局部截面视图。

图13是根据多个变体的一种致动器与阀组件的透视图，其中移除了多个部分。

图14是根据多个变体的一种致动器与阀组件的透视图，其中移除了多个部分。

图15是根据多个变体的一种致动器与阀组件的局部截面视图。

图16是根据多个变体的一种致动器与提升阀组件的局部透视图，其中移除了多个部分。

图17展示了根据多个变体的一种凸轮齿轮。

图18是根据多个变体的一种致动器与提升阀组件的局部透视图，其中移除了多个部分。

图19展示了根据多个变体的一种凸轮齿轮。

图20示出了直流电动机致动的提升阀组件200A的未供电状态。

图21示出了根据多个变体的直流电动机致动的提升阀组件，其中提升阀处于全开位置。

图22示出了一个直流电动机致动的提升阀组件，处于关闭该阀的若干个渐进阶段之一。

图23示出了一个直流电动机致动的提升阀组件，处于关闭该阀的若干个渐进阶段之一。

图24示出了一个直流电动机致动的提升阀组件，处于关闭该阀的若干个渐进阶段之一。

图25是根据另一个变体的一种致动器与阀组件的透视图，其中移除了多个部分。

图26是根据另一个变体的一种致动器与阀组件的局部截面视图。

从详细说明以及附图中将更全面地理解本发明范围内的变体的选定实例，在附图中：

说明性变体的详细说明

以下对这些变体的说明在本质上仅仅是说明性的并且绝非旨在对本发明的范围、其应用或用途进行限制。

对车辆排放物进行控制以及满足燃料经济性标准是大多数国家的强制性要求。氮氧化物(NOx)以及颗粒物是必须得到控制的发动机排气排放物的两种成分。

NOx的形成将在较高的发动机燃烧温度下发生，并且颗粒将在较低的燃烧温度下形成。已经开发出来了一种用于控制燃烧温度并且控制NOx和颗粒排放物的***，该***称为排气再循环(EGR)***。图1示出了一个典型***的示意图。排气中的一部分被再循环回进气歧管，在这里它将与进来的空气和燃料相组合。混合物的这部分排气并不支持燃烧并且在这种混合物在汽缸中被压缩和点燃时，这种惰性的排气将会控制燃烧温度并且限制排气中NOx和颗粒物的形成。

参见图1，发动机1具有一个进气歧管2和一个排气歧管3。这种EGR***包括一个排气再循环(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被用来降低排气的温度。管道6、7、8、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2之间的相互连接。所示***采用了一种电控制的EGR阀。一个电子控制单元(ECU)11将提供一个对打开/关闭该EGR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。同样典型的是用一个节流阀12来控制进入进气歧管的气流。

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***之间的压力差。

参见图1，这种***将用以下方式来操作。ECU 11被编程为具有发动机工作情况与对每一情况所希望的EGR流动的一个映射图。EGR阀4具有一个位置传感器，该位置传感器被连接到ECU 11上并且它将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是用于该EGR阀的一个闭环控制***的一部分。这个位置传感器会将反馈提供给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会对致动器控制信号进行调整以达到或者保持这种希望的阀位。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和颗粒物的水平。

通过使用EGR***还可以改善燃料经济性。当EGR打开时，可以降低进气歧管以及排气中的真空或压力。真空或压力的降低将减少发动机的泵动损失、以及发动机所使用的燃料的量。

可以用多种电致动器(如线性螺线管、直流电动机、转矩电动机、和步进电动机)来致动这种EGR阀。阀位感测也可以是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。

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。

致动器与阀的类型可以部分地由发动机以及用于排放物控制的EGR***的类型或者燃料经济性来决定。例如，来自柴油发动机的排气可能包含大量残余物，该残余物可以形成可能对于打开该阀产生阻力的粘性漆状物质。可能需要超过300N的较高力致动器来打开这个阀。已经对这些EGR阀应用采用了带有多级驱动的直流电动机致动器。

在另一个实例中，来自汽油发动机的排气可能包含较低程度的残余物，这部分地是由于排气温度较高以及在燃烧过程中存在化学反应。对于这些发动机而言，该致动器的操作力可以明显更小。已经将线性螺线管致动器用于这些EGR阀应用并且它们的典型的操作力在打开与闭合的阀之间的范围是从20N到2N。

较近期的发动机发展，例如GDI发动机(汽油直接喷射)已使用了“冷却的EGR”。对排气的更快冷却可能增大排气残余物的水平，这可能阻碍EGR阀的移动并且提高对致动器力的要求。虽然对于这些汽油发动机而言残余物的水平更高，但这可能不像来自柴油发动机的残余物那样严重并且致动器力的要求可能较低。

可以针对EGR应用使用若干类型的阀。例如：提升型、平板型、或者节流型阀就能够提供这些功能。这些阀可以是由几种不同类型的致动器来致动的，例如：真空/压力马达、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。

图2示出了一种典型的直流电动机致动的提升阀组件100。该阀组件具有一个整体式的致动器与阀壳体101。壳体101可以由铝、铸铁或其他适当的材料制成。壳体101具有用于接收一种流体的一个入口102以及用于输送这种流体的一个出口103。参见图3A、以及图3B的截面视图，一个阀座104被布置在阀壳体101内并且通过压凹接合、铸造在位、或其他适当的方式被固定。一个可移动的提升阀105是与阀座104同轴的，用于控制穿过该阀组件的流体流动。

提升阀105可以是全闭的并且就坐于阀座104上、并且实质性地阻挡了入口102与出口103之间的流动。提升阀105可以背离阀座104轴向地移动到一个全开位置，在该全开位置中在入口102与出口103之间出现最大流动。提升阀105还可以背离阀座104轴向地移动到该全闭位置与全开位置之间的多个中间位置，以便将流体流速控制在小于最大流体流速的多个值。

一个阀杆106位于该壳体内并且是与提升阀105和阀座104同轴的。阀杆106具有连接至提升阀105的一个中央位置上的第一端107。提升阀105可以通过焊接、铆接、压凹接合或其他适当的方式被附接至阀杆106上。阀杆106由一个衬套组件108引导并支撑，该衬套组件是与阀杆106同轴的并且被布置在壳体101内。参见图4的局部截面视图，衬套组件108具有一个第一端109，这个第一端带有沉孔区段110，该沉孔区段由多个具有不同直径的阶梯状区段110A、110B和110C组成。第一杆密封件111、刮杆件112和固位垫圈113是与阀杆106同轴的并且被布置在沉孔区段110的这多个阶梯状区段110A、110B和110C内。刮杆件112可以布置在沉孔区段110的阶梯状区段110B内。刮杆件112具有的外直径小于阶梯状区段110B的内直径、并且可以在阶梯状区段110B内移动。刮杆件112具有的内直径将大于阀杆106、并且将能够从阀杆106上去除不想要的碎屑。

固位垫圈113可以安装在沉孔区段110的阶梯状区段110C中并且通过压凹接合或其他适当的方式被固定到该衬套组件上。固位垫圈113将该杆密封件111和刮杆件112固定在衬套组件108中。

衬套组件108具有一个带有沉孔区段115的第二端114，该沉孔区段由多个阶梯状区段115A和115B组成。第二杆密封件116和固位垫圈117是与阀杆106同轴的并且被布置在沉孔区段115的多个阶梯状区段115A和115B内。固位垫圈117可以安装在沉孔区段115的阶梯状区段115A中并且可以通过压凹接合或其他适当的方式被固定到该衬套组件上。固位垫圈117将该杆密封件116固定在衬套组件108中。

第一杆密封件111和第二杆密封件116在阀杆106的外直径与衬套组件108的内直径之间限定了一个径向空间118。径向空间118沿着该衬套组件108和阀杆106的一个由杆密封件111和116的位置所限定的长度轴向地延伸。杆密封件111将防止碎屑从衬套组件108的第一端109进入空间118中，并且杆密封件116将防止碎屑从衬套组件108的第二端114进入空间118中。

两个O形环密封件119和120是沿着衬套108的外直径轴向地间隔开的。衬套108具有位于O形环密封件119与120之间的空间内的一个带轮廓的圆周凹槽121。当衬套108被安装在壳体101中时，O形环密封件119和120将在衬套组件108与壳体101之间产生密封。圆周凹槽121将在O形环密封件119和120与壳体101之间限定一个空间122。成型凹槽121将具有作为隐藏线示出的至少一个通路123，该通路允许空间122与空间118之间流体连通。阀壳体101具有一个通气通路124，该通气通路将允许空间122与大气之间流体连通。通路123、空间122和通气通路124将允许空间118基本上处于大气条件下。这将限制潜在污染物被压入阀组件100的致动器部分129之中。

参见图3B和图4，阀杆106具有轴向地延伸穿过了衬套组件108的第二端114的一个第二端125。一个连杆126通过铆接、压凹接合或其他适当的方式被附接至阀杆106的第二端125上。一个球轴承127通过一个销128附接至连杆126上并且通过铆接、压凹接合或其他适当的方式被固定。

参见图3B、图4和图5，壳体101具有用于接纳以下致动器部件的一个致动器部分129：直流电动机130、中间齿轮134、销137、输出齿轮139、轴140、轴承141、以及弹簧142。直流电动机130是安装在致动器部分129中并且通过多个螺纹紧固件131被固位。直流电动机130具有一个轴132，这个轴在对该直流电动机施加电控制信号时是可旋转的。一个小齿轮133被附接至轴132上并且将随着轴132旋转。中间齿轮134具有与小齿轮133相接合并且随之旋转的一个第一齿轮区段135。中间齿轮134还具有针对滑过销137确定大小的一个中央通孔136。销137是压力配合在壳体101中并且将允许中间齿轮134围绕其轴线旋转。中间齿轮134具有作为中间齿轮134的一部分一体形成的一个第二齿轮区段138。

输出齿轮139通过压力配合或其他适当的方式被附接至一个轴140上。轴140由至少一个轴承141支撑，该至少一个轴承被安装到壳体101中并且通过压力配合或其他适当的方式被固位。轴承141允许输出齿轮139围绕轴140的轴线旋转。输出齿轮139接合了中间齿轮134的第二齿轮区段138。当对直流电动机130施加一个电控制信号时，电动机轴132将旋转。小齿轮133、中间齿轮134的第一和第二齿轮区段135、138、以及输出齿轮139将响应于该电控制信号的施加以及电动机轴132的旋转而进行旋转。

输出齿轮139具有在该齿轮中一体形成的一个凸轮143。附接至连杆126上的球轴承127与凸轮143相接合。在凸轮143与轴承127的外直径之间存在足够的间隙以允许相对移动。凸轮143的接触表面144和145相对于输出齿轮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的中心而径向移动。由于轴承127、连杆126、阀杆106、以及提升阀105是相互连接的，因此输出齿轮139在一个第一方向上的旋转将致使该提升阀背离该阀座移动，并且输出齿轮139在一个第二方向上的旋转将致使该提升阀朝向该阀座移动。提升阀105相对于阀座104的这种移动将允许对在入口102与出口103之间流动穿过该阀的流体进行控制。

小齿轮133、中间齿轮134的第一和第二齿轮区段135、138以及输出齿轮139的大小将提供一种增大由直立电动机130所提供的扭矩的机械方面的优点。这些齿轮的大小以及凸轮143的形状将决定总的机械方面的优点以及可用于打开和关闭该阀的力。

一个扭力弹簧142与输出齿轮139和轴140是同轴的。扭力弹簧142的第一端与输出齿轮139相接合，并且第二端与壳体101相接合。扭力弹簧142的偏置以一种方式应用而会致使输出齿轮139在一个方向上旋转而导致提升阀105就坐于阀座104上从而实质性地阻挡入口102与出口103之间的流体流动。

参见图2、5和6，阀组件100具有埋入盖件147中的一个引线架146。盖件147可以通过多个螺纹紧固件、卷曲的环或其他适当的方式被附接至壳体101上。可以将一个密封件154定位在这个盖件与壳体之间以便防止碎屑进入该壳体中。图5示出了盖件材料被移除后的引线架146，并且图6示出了包覆模制在引线架146上的盖件材料。引线架146可以包括若干单独的端子。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。在盖件147中形成了一个模制的电连接器151。一个带有多个端子的匹配连接器可以接合电连接器151以及引线架146的端子、并且电连接到ECU 152。

阀位置和流体流动典型地是由一个闭环控制***控制的，该闭环控制***是图2所示的一个电控制单元(ECU)152的一部分。该ECU将对直流电动机130提供控制信号并且接收来自位置传感器153的提升阀位置反馈。每个阀位置对应于一个特定的位置传感器输出电压。该ECU将调节给该直流电动机的控制信号以便实现并保持与该特定的阀位置电压相对应的一个特定阀位置。

位置传感器153可以是无接触类型的并且可以使用磁阻式、感应式、霍尔效应、或其他适当的技术的。传感器153可以具有会从一个感测元件152接收反馈的感测电路150。感测电路150是布置在盖件147中并且通过焊接、接触压力或其他适当的方式连接至该引线架146上。该感测元件152可以附接到输出齿轮139、输出轴140或其他适当的位置。感测元件152会在输出齿轮139响应于施加到直流电动机130的电控制信号而进行旋转时对该感测电路150提供反馈。该感测电路会提供一个与特定的齿轮与阀位置相对应的阀位置电压。

在此应注意的是，实际的阀位置可能存在小误差，因为该传感器元件是位于该齿轮上并且测量的是齿轮位置。轴承127与凸轮143的接触表面144和145之间的间隙会允许轴承127、阀杆106、以及提升阀105的某种自由移动，这可能产生小的阀位置误差。

阀组件100能够获得高的流体流量和高的阀操作力，这可能适用于某些应用。这种较高的能力可能造成更高的成本和设计复杂性。一些应用可能不需要更高的能力或复杂性。因此重要的是对一个致动器与阀组件“正确确定大小”，这会针对这些应用更加适配。接下来是对本发明的说明，其中包括一种优化的致动器与阀组件。本发明的特征将是一种致动这个阀的独特方法，其方式为迫使该阀在阀打开位置与阀关闭位置之间沿两个方向移动。

图7示出了一种直流电动机致动的提升阀组件200。该阀组件具有一个整体式的致动器与阀壳体201。该壳体可以由铝、铸铁或其他适当的材料制成。该壳体具有用于接收一种流体的一个入口202以及用于输送这种流体的一个出口203。参见图8A、以及图8B的截面视图，一个阀座204被布置在阀壳体201内并且通过压凹接合、铸造在位、或其他适当的方式固定。一个可移动的提升阀205是与阀座同轴的，以用于控制穿过该阀组件200的流体流动。

提升阀205可以是全闭的并且就坐于阀座204上、并且实质性地阻挡了入口202与出口203之间的流动。提升阀205可以背离阀座204轴向地移动到一个全开位置，在该全开位置中在入口202与出口203之间出现最大流动。提升阀205还可以背离阀座204轴向地移动到该全闭位置与全开位置之间的多个中间位置，以便将流体流速控制在小于最大流体流速的多个值。

一个阀杆206位于该壳体内并且是与提升阀205和阀座204同轴的。阀杆206具有连接至提升阀205的一个中央位置上的第一端207。可以通过焊接、铆接、压凹接合或其他适当的方式来实现连接。阀杆206由一个衬套208引导并支撑，该衬套是与阀杆206同轴的并且被布置在壳体201内。

参见图9的局部截面视图，壳体201具有一个沉孔区段210，该沉孔区段由多个具有不同直径的阶梯状区段组成。杆遮挡固位件213、刮杆件212、衬套208、第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216是与阀杆206同轴的并且被布置在沉孔区段210内。沉孔区段210被设计成用于从一个方向、例如从图8B所示的A方向来接纳杆遮挡固位件213、刮杆件212、衬套208、第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216。

参见图9的局部截面视图，包括第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216的密封***265可以布置在沉孔区段210的第一阶梯状区段217内。杆密封件211和216被间隔件214分隔开。每个杆密封件将对壳体201提供外部径向密封并且对阀杆206提供内部径向密封。参见图10，间隔件214是一个总体上圆柱形的部件，该部件带有通过一个圆周凹陷223分隔开的多个城齿特征221和222。间隔件214还具有一个内表面224，该内表面具有的直径大于阀杆206以允许获得不受限的移动和接触。城齿特征221、222、内表面224以及圆周凹陷223在壳体201内产生了一个空间258。壳体201具有位于第一杆密封件211与第二杆密封件216之间的一个通气通路227，该通气通路将允许空间258与大气之间流体连通。通气通路227将在越过任一杆密封件存在低水平泄露的情况下将空间258实质性地保持在大气条件下。这将限制污染物被潜在的压入阀组件200的任一阀部分225或致动器部分226之中。

参见图8B和图9，衬套208可以布置在沉孔区段210的第二阶梯状区段218中。衬套208具有第一端263和第二端264，并且它可以通过压凹接合、压力配合或其他适当的手段被固位在壳体中。衬套208支撑并引导阀杆206并且将包括第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216在内的密封***265固位在壳体201中。第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216是位于衬套208的第一端263处。这个位置与穿过阀组件200的流体流相距较远并且这在流体流具有可能超过了这些密封件的操作温度的高温下时可能是所希望的。

如果流体流的温度较低并且位于这些密封件的操作温度之内，则还有可能将密封***265定位在更靠近流体流的一个位置中。图9B示出了包括第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216在内的、位于衬套208的第二端264处的密封***265。参见图9B，针对这些部件和特征所示出的数字与针对图9中所用的部件和特征所使用的数字是相似的。再次，参见图9B，通气口227和间隔件258的位置将移动到衬套208的第二端264周围区域中的一个适当位置。沉孔区段210的这多个阶梯状特征将针对位于衬套208的第二端264处的新的密封件和间隔件位置进行调整。沉孔区段210也被设计成用于从一个方向、例如从图9B所示的A方向来接纳杆遮挡固位件213、刮杆件212、衬套208、第一杆密封件211、间隔件214、以及第二杆密封件216。

图8B和图9示出了位于衬套208的第二端264处的、包括刮杆件212和杆遮挡固位件213的防污染***266。刮杆件212可以布置在沉孔区段210的第三阶梯状区段219内。刮杆件212具有的外直径小于第三阶梯状区段219的内直径、并且可以在第三阶梯状区段219内移动。该刮杆件具有的内直径将大于阀杆206、但将能够从阀杆206上去除不想要的碎屑。杆遮挡固位件213可以布置在沉孔区段210的第四阶梯状区段220内。杆遮挡固位件213可以通过压力配合、压凹接合或其他适当的方式被固位在该壳体中。杆遮挡固位件213将刮杆件212固位在壳体201中并且将限制碎屑在阀杆206上的沉积。应注意的是，在这个实施例中，刮杆件212和杆遮挡固位件213被显示为两个分开的部件，但有可能将它们的功能组合到一个单一部件中，这是通过选择阀杆206的外直径与杆遮挡固位件213的对应内直径之间的适当间隙来实现的。

阀杆206具有轴向地延伸穿过第二杆密封件216进入致动器部分226中的一个第二端259。一个连杆228被布置在壳体201中并且通过螺纹式***、铆接、压凹接合或其他适当的方式被附接至阀杆206的第二端259上。连杆228可以由诸如注塑模制的塑料、压铸的金属或其他适当的材料制成。一个轴承229通过一个销230附接至连杆228上并且通过压力配合、铆接、压凹接合或其他适当的方式被固定。

偏置弹簧231、232被布置在壳体201内。偏置弹簧231、232的第一端233、234支承在杆连杆228上。偏置弹簧231、232的第二端235、236支承在壳体201上。偏置弹簧231、232的压缩力267将致使杆连杆228、阀轴206、以及提升阀205沿着A方向移动并且使提升阀205就坐于阀座204上、并且实质性地阻挡入口202与出口203之间的流体流动。可以注意到，虽然在这个实施例中使用的是两个偏置弹簧，但也能使用一个弹簧。这个或这些弹簧也可以位于另一个位置。例如，一个弹簧可以同轴地安装在阀轴206上并且支承在壳体201和连杆228上。这个弹簧的位置可以由所希望的偏置力、弹簧的大小、壳体中的可用空间、或其他因素来确定。

参见图8B、图11和图12，壳体201具有用于接纳以下致动器部件的一个致动器部分226：直流电动机237、凸轮齿轮238、以及销239。直流电动机237是安装在致动器部分226中并且通过多个螺纹紧固件240或其他适当的方式被固位。直流电动机237具有一个轴241，这个轴在对该直流电动机237施加电控制信号时是可旋转的。一个小齿轮242被附接至轴241上并且将随着该轴旋转。凸轮齿轮238具有与小齿轮242相接合并且随之旋转的一个齿轮区段243。凸轮齿轮238还具有为在销239上滑动来确定大小的一个中央通孔244。销239是压力配合在壳体201中并且将允许凸轮齿轮238围绕其轴线旋转。参见图12，凸轮齿轮238具有围绕中央通孔244一体形成的一个凸轮部分245。凸轮部分245将随着凸轮齿轮238旋转。

参见图8B和图12，附接至杆连杆228上的轴承229是相对于凸轮部分245定位的。偏置弹簧231、232的力将致使杆连杆228和轴承229沿着A方向朝着凸轮部分245移动、并且在某些情况下将致使轴承229支承在凸轮部分245上。当对直流电动机237施加一个电控制信号时，它可以使直流电动机237在一个第一方向上旋转从而致使轴241、小齿轮242、凸轮齿轮238、以及凸轮部分245旋转并且支承在轴承229上。由直流电动机237、小齿轮242、凸轮齿轮238以及凸轮部分245形成的扭矩和力可能足以克服偏置弹簧231、232的压缩力267并且致使轴承229、杆连杆228、阀杆206以及提升阀205沿着B方向移动、并且使提升阀205从阀座204上离开并且允许在入口202与出口203之间实现流体流动。偏置弹簧231、232在提升阀205离开阀座204移位时将压缩高度。压缩力267将随着偏置弹簧231、232的压缩后高度的减小而增大。

提升阀205从阀座204的轴向移位部分是由施加给直流电动机237的控制信号的强度水平来确定的。更高的强度水平一般会提高克服偏置弹簧231、232的压缩力267的这个力并且增大提升阀205与阀座204之间的轴向位移。较低的强度水平一般会减小与偏置弹簧231、232的压缩力267对抗的这个力。储存在偏置弹簧231、232中的能量将致使轴承229支承在凸轮部分245上并且迫使凸轮部分245、凸轮齿轮238、小齿轮242以及轴241到达一个将减小提升阀205与阀座204之间的轴向位移的位置。如果该阀是打开的并且给直流电动机237的电控制信号被中断，则偏置弹簧231、232的压缩力267一般会致使轴承229支承在凸轮部分245上并且迫使凸轮部分245、凸轮齿轮238、小齿轮242以及轴241到达一个将使提升阀205就坐于阀座204上并且实质性阻挡入口202与出口203之间的流体流动的位置。

参见图7、11、12、13和14，阀组件200具有埋入盖件247中的一个引线架246。盖件247可以通过多个卷曲的环268、螺纹紧固件或其他适当的方式被附接至壳体201上。可以将一个密封件251定位在这个盖件与壳体之间以便防止碎屑进入该壳体中。图14示出了盖件材料被移除后的引线架246，并且图13示出了包覆模制在引线架246上的盖件材料。引线架246可以包括若干单独的端子，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。在盖件247中形成了一个模制的电连接器250。一个带有多个端子的匹配连接器可以接合电连接器250以及引线架246的端子、并且电连接到一个电控制单元(ECU)252。

阀位置和流体流动典型地是由一个闭环控制***控制的，该闭环控制***是图7所示的ECU 252的一部分。该ECU 252将对直流电动机237提供控制信号并且接收来自位置传感器249的提升阀位置反馈信号。位置反馈信号典型地是一个位置传感器输出电压。每个阀位置对应于一个特定的位置传感器输出电压。该ECU 252将调节给该直流电动机的控制信号以便实现并保持与该特定的阀位置传感器输出电压相对应的一个特定阀位置。对于一些情况而言，可能希望的是使轴承229支承在凸轮部分245上。例如，为了确保提升阀205完全就坐于阀座204上，可能希望的是对该直流电动机施加的电控制信号将致使直流电动机237、凸轮齿轮238和凸轮部分245旋转到防止凸轮部分245接触到轴承229的一个位置。这将确保提升阀205完全就坐于阀座204上。在这种情况的过程中，没有力施加到凸轮齿轮238或凸轮部分245上，并且在例如高振动情况的过程中它可能移动或者产生不希望的噪音。可能希望的是对该直流电动机237施加的电控制信号将致使凸轮齿轮238旋转到以下位置：在该位置在凸轮齿轮238中形成的一个物理止挡件260与盖件247、壳体201或其他适当的阀组件部件中的一个物理止挡件260相接合。该电控制信号的强度水平可以基于振动水平等因素或其他因素进行调整。这个电控制信号可以被称为“保持”信号。

位置传感器249可以是无接触类型的并且可以使用磁阻式、感应式或霍尔效应技术。传感器249可以具有会从一个感测元件254接收反馈的感测电路253。

图15示出了带有位置传感器249的盖件247的一个放大的截面。感测电路253可以通过多个卡扣固位特征261、热压凹接合、金属夹子、包覆模制或其他适当的方式附接至盖件247上。传感器电路引线262可以通过焊接、钎焊、接触压力、或其他适当的方式被连接到引线架246的端子248上。应该注意的是，位置电路253是一个不需要印刷电路板、电阻器、电容器或其他部件的集成电路。

该感测元件254可以附接到杆连杆228、阀杆206或其他适当的位置。例如，阀组件200中的感测元件254是包覆模制到连杆228中的一个永磁体。感测元件254必须在感测电路253的一个特定位置之内间隔开。盖件247首先具有一个第一表面269并且具有一个第二表面270，该第一表面在一个第一方向上定位且限定该感测元件254，并且该第二表面在一个第二方向上定位且限定该感测元件254。感测元件254将提供一个感测参数，感测电路253将测量该感测参数。该感测电路将测量这个可变参数，例如当阀杆206响应于施加给直流电动机237的电控制信号而在A方向和B方向上移动时的可变磁场或磁场方向。该感测电路将提供一个与特定的阀位置相对应的阀位置电压。

可以注意到，这种感测安排将提供实际的阀位置，因为传感器元件254是附接到连杆228上并且该连杆是随着阀杆206和提升阀205移动的。这将被视为由于阀组件100所使用的这种位置感测安排的一个优点，在该阀组件中位置传感器测量的是输出轴的位置并且确定的是隐含的阀位置。

另一个特征是凸轮部分245、轴承229和阀杆206的物理关系。参见图12，轴承229的中心是与阀杆206的纵向中央轴线255对齐的。凸轮部分245的中央轴线256已经从纵向中央轴线255偏移258了一个量，这个量将致使由凸轮部分245传输到轴承229的力是实质性地沿着阀杆206的纵向中央轴线255来施加的。凸轮部分245与凸轮229之间的接触点在图12中被显示为点257。这个点实质上位于阀杆206的纵向中央轴线255上。直接沿着阀杆206的纵向中央轴线255施加这个力使得阀杆上的径向力最小化，而这种径向力可能产生摩擦并且使得被施加至阀杆206的轴向力减小。这个偏离量可以是0.5mm至2.0mm或者部分地依赖于凸轮部分245的大小和形状的另一个值。

直流电动机致动的提升阀组件100与200之间的另一个区别是该致动器使得提升阀在打开位置与关闭位置之间移动的方式。直流电动机致动的提升阀组件100的致动器能够迫使该阀在两个方向上、朝向和背离阀座进行移动。直流电动机致动的提升阀组件200的致动器仅能够迫使该阀在一个方向上、背离阀座进行移动并且依赖于偏置弹簧231和232来使该提升阀返回到阀座。

在一个方向上的移动由于多个原因可能是有利的，这些原因可以包括：最少的部件、较低的成本、较小的包装空间、较轻的重量或者其他优点。也可能存在缺点，缺点可能包括：不能克服导致不正确的阀位置的***制约、较慢的响应、或者其他形式的退化的性能。这些***制约可能包括：排气残余物、摩擦、低温下高粘度的轴承润滑脂、降级的弹簧力、阀堵塞、或其他形式的限制。作为参考，具有***制约的情况将被称为“受制约的阀移动”。没有***限制的情况将被称为“不受制约的阀移动”。

参见图2至图6，如之前描述的，直流电动机致动的提升阀组件100具有在齿轮139中一体形成的一个凸轮143。附接至连杆126上的球轴承127与凸轮143相接合。凸轮143具有可以接触到轴承127的接触表面144和145。在接触表面144和145与该轴承的外直径之间存在足够的间隙以允许相对移动。凸轮143的接触表面144和145相对于输出齿轮139的轴线是偏心的，因此该输出齿轮139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、连杆126、阀杆106、以及提升阀105是相互连接的，因此输出齿轮139在一个第一方向上的旋转可以致使球轴承127支承在凸轮表面144上并且致使提升阀在背离该阀座的一个第一方向上移动，并且输出齿轮139在一个第二方向上的旋转可以致使轴承127支承在凸轮表面145上并且致使该提升阀朝向该阀座移动。直流电动机致动的提升阀组件100的致动器能够迫使该提升阀在两个方向上、朝向和背离阀座进行移动。这种双向的强制能力是通过使单一部件(轴承127)在凸轮143的凸轮表面144和145上移动而实现的。轴承127的外直径将部分地决定齿轮139的大小以及壳体101的大小。在一些情况下，这个空间和大小可能被视为过量的并且可能需要替代性的解决方案来将此大小最小化。

参见图7至图15，如之前描述的，直流电动机致动的提升阀组件200具有一个凸轮齿轮238和凸轮部分245。轴承229、阀杆206以及提升阀205被附接至一个杆连杆228上。偏置弹簧231和232保持轴承229与凸轮部分245相接触。在一个第一方向上旋转凸轮齿轮238可能致使凸轮部分245支承在轴承229上并且使得提升阀205在背离阀座的第一方向上移动。凸轮部分245必须依赖于偏置弹簧231和232来维持与轴承229的接触。当凸轮齿轮238在一个第二方向上旋转时，偏置弹簧231和232将迫使轴承239支承在凸轮部分245上并且使得提升阀205在朝向阀座204的第二方向上移动。由于轴承229仅接触凸轮部分245，因此凸轮齿轮238的大小可以小于直流电动机致动的提升阀组件100的齿轮139，并且直流电动机致动的提升阀组件200的壳体206由于这个较小的齿轮而可以更小。

直流电动机致动的提升阀组件200的致动器仅能够迫使该阀在一个方向上相对于阀座进行移动并且必须依赖于偏置弹簧231和232来使该阀相对于阀座在第二方向上移动。如果在该致动器与阀组件内是受制约的阀移动情况，则这可能成为问题。以下段落中描述的本发明将直流电动机致动的提升阀组件200的优点与一个辅助的阀关闭特征相结合，该辅助的阀关闭特征将提供该致动器迫使提升阀相对于阀座在两个方向上移动的能力。

图16和图17示出了用于直流电动机致动的提升阀组件200和凸轮齿轮238的当前安排。偏置弹簧231和232迫使轴承229支撑在凸轮齿轮238的凸轮部分245上。这种安排将仅能够使该致动器迫使轴承229、杆连杆228和阀杆206在单一的B方向上移动。偏置弹簧231和232将提供一个偏置力来使轴承229、杆连杆228和阀杆206在之前描述的相反的A方向上移动。

参见图18和图19，示出了用于直流电动机致动的提升阀组件200A和凸轮齿轮238A的一种新的安排，该安排将迫使提升阀相对于阀座在两个方向上移动。直流电动机致动的提升阀组件200A的部件与组件200相似，并且将使用相似的数字来标识这些部件。

图19示出了与直流电动机致动的提升阀组件200的凸轮齿轮238相似的凸轮齿轮238A。一个阀返回特征273已经在凸轮齿轮238A中形成并且从该凸轮齿轮的表面275轴向地延伸。阀返回特征273具有一个表面274，这个表面也从表面275轴向地延伸并且是围绕凸轮齿轮238A的中央通孔244形成的。表面274与凸轮部分245相隔一个偏移量276。表面274一般径向偏移一个恒定值，这个恒定值遵循凸轮特征245相对于凸轮齿轮238A的中央通孔244的偏心轮廓，但偏移量276也可以变化以便获得该阀的所希望的移动。阀返回特征273和凸轮部分245将随着凸轮齿轮238A旋转。

图18示出了直流电动机致动的提升阀组件200A。轴承229通过一个销230A附接至杆连杆228上。销230A具有朝向凸轮齿轮238A的表面275延伸的一个延伸部分271。延伸部分271是位于凸轮部分245与阀返回特征273的表面274之间。销230A的延伸部分271将轴向地重叠在凸轮部分245和表面274上、但可以不接触凸轮部分245。当轴承229与凸轮部分245相接触时，延伸部分271还可以与表面274径向地相隔一个空间272。

如所提到的，表面274可以相对于中央通孔244是偏心的，这样使得当延伸部分271被保持在一个固定的位置中时，凸轮齿轮238A在一个第一方向上的旋转将致使表面274背离该延伸部分271移动并且增大这个空间272。凸轮齿轮238A在一个第二方向上的旋转将减小空间272并且可能致使表面274接近并且接触到延伸部分271。延伸部分271与表面274之间的接触可以迫使轴承229、杆连杆228、阀杆206以及提升阀205在一个方向上移动从而致使提升阀205朝向阀座204移动。空间272可以为0.25mm、0.75mm或其他尺寸，这将提供特定应用所希望的返回要求。空间272将决定为了在表面274与销230A的延伸部分271之间建立接触，凸轮齿轮238A所需要的旋转量。

参见图20、21、22、23和24，这个阀返回特征将用以下方式来操作。图20示出了直流电动机致动的提升阀组件200A的未供电状态。偏置弹簧231和232将迫使轴承229支承在凸轮部分245上，从而迫使轴承229、杆连杆228、阀杆206以及提升阀205在一个方向上移动以致使提升阀205就坐于阀座204上。延伸部分271被示出为与表面274以空间272间隔开。当提升阀205就坐于阀座204上时，提升阀205与阀座204之间的轴向移位278将为最小。

图21示出了直流电动机致动的提升阀组件200A，其中提升阀205处于全开位置。凸轮齿轮238A已经在一个方向上旋转而致使凸轮245支承在轴承229上，从而迫使轴承229、杆连杆228、阀杆206以及提升阀205在一个方向上移动从而致使提升阀205从阀座204上离开。延伸部分271被示出为与表面274以空间272径向间隔开。当提升阀205处于全开位置时，提升阀205与阀座204之间的位移278A将为最大。

图22、23和24示出了直流电动机致动的提升阀组件200A的关闭该阀的多个渐进阶段。这些图的部件和特征是共有的并且将仅标识出相关的特征和部件。为了描述该辅助的关闭特征，假设存在“受制约的阀移动”，防止偏置弹簧231和232的力使提升阀205就坐于阀座204上。

参见图22，凸轮齿轮238A在一个方向上旋转而致使偏置弹簧231和232在一个方向上推动凸轮部分245、轴承229、杆连杆228、阀杆206以及阀205，这将朝向阀座204推动提升阀205。由于存在受制约的阀移动，偏置弹簧231和232没有足够的力来产生移动，并且位移278A可能不改变。凸轮齿轮238A的持续旋转将致使凸轮部分245失去与轴承229的接触、并且背离轴承229移动从而产生空间277。空间277可以随着该凸轮齿轮在此方向上的继续旋转而增大。延伸部分271与表面274之间的空间272将由于表面274的偏心轮廓而减小。凸轮齿轮238A在此方向上的持续旋转将造成空间272的进一步减小，并且延伸部分271可以如图23所示接触到表面274。在此方向上的进一步旋转将致使表面274支承在延伸部分271上并且迫使销230A、轴承229、杆连杆228、阀杆206以及提升阀205在“A”方向上移动并且迫使提升阀205朝向阀座204移动。表面274到延伸部分271上的这种强制作用将随着凸轮齿轮238A旋转而继续到在此方向上的最终位置。提升阀205与阀座204之间的最终位移278B将如图24所示变得更小。

最终位移278B将部分地由具有不受制约的阀移动的一个阀中的初始空间272所决定。例如，如果初始空间272为0.25mm，则提升阀205与阀座204之间的最终位移278B将大致为0.25mm。可以使用大于或小于0.25mm的另一个值来实现最终位移278B的值。例如，还有可能选择将使提升阀205完全就坐于阀座204上的一个最终空间272。空间272的值在完全就坐情况下将为0.0mm。这个空间可以通过对返回特征273的表面274进行造型来实现。当空间272为0.0mm并且提升阀205就坐于阀座204上时，延伸部分271与返回特征273的表面274之间的过盈将阻止使得凸轮齿轮238A旋转的进一步企图。这种情况可以针对凸轮齿轮238A的移动提供一种物理“止挡件”或限制。

通过将直流电动机致动的提升阀组件200A与直流电动机致动的提升阀组件100进行比较，可以看出使用不同的部件和不同的特征来强迫发生双向提升阀移动的优点。

直流电动机致动的提升阀组件100使用了一个轴承127和带有2个表面144和145的一个凸轮特征143来使得提升阀相对于阀座在两个方向上移动。该轴承的外直径必须匹配在凸轮143内并且它将决定凸轮槽缝的宽度以及该齿轮的外部尺寸。该齿轮的外部尺寸将部分地决定该壳体的尺寸。

参见图18和图19，直流电动机致动的提升阀组件200A使用了一个凸轮部分245和球轴承229来使得提升阀205在背离阀座204的方向上移动、但是使用了一个第二部件(即，延伸部分271)和一个第二特征(即，返回特征273)来使得提升阀205在朝向阀座204的方向上移动。由于延伸部分271大致位于轴承229的中心，因此凸轮部分245与返回特征273之间的距离276将小于直流电动机致动的提升阀组件100的凸轮特征143所要求的。将距离276最小化将减小齿轮238A的空间要求。齿轮238A的较小空间要求将减小直流电动机致动的提升阀组件200A的壳体201的空间要求。

可以使用其他的部件和特征来使得提升阀205在朝向阀座204的方向上移动。图25和图26中示出了第二实施例。部件连杆228A具有朝向凸轮齿轮238A的表面275延伸的多个延伸部分279。延伸部分279是位于凸轮部分245与阀返回特征273的表面274之间。延伸部分279的作用方式与延伸部分271类似(如之前所描述的)并且在存在“受制约的阀移动”情况时将迫使提升阀205朝向阀座204移动。

以下对多个变体的说明仅是对被认为位于本发明的范围内的部件、要素、动作、产品和方法的展示、并且绝非旨在通过明确披露的或没有明确列出的内容来限制本发明的范围。在此描述的这些部件、要素、动作、产品和方法可以按照本文明确描述之外的其他方式进行组合和重排并且仍被认为是处于本发明的范围之内。

以上对本发明范围之内的选定变体的描述在本质上仅仅是说明性的，并且因此其多种变化或变体不应被认为是脱离了本发明的精神和范围的。

Claims (7)

1.一种致动器与阀装置，包括：

一个致动器与阀部分；

包含该阀部分的一个壳体，该一个壳体具有用于接纳流体的一个第一端口以及用于输送流体的一个第二端口，一个阀座被布置在该第一端口与该第二端口之间，一个阀构件关于该阀座是可操作的以便控制该第一端口与该第二端口之间的流体流动；

一个阀杆，该阀杆可操作地连接至该阀构件上、具有一条纵向轴线、一个第一端、第二端和第二部分，该阀构件被附接在该第一端处并且该第二部分被附接在该第二端处；

一个第一部件，该第一部件可操作地连接至该阀杆的第二部分上以用于给该阀杆传输一个操作力从而迫使该阀杆在一个第一方向上移动；

一个第二部件，该第二部件可操作地连接至该阀杆的第二部分上以用于给该阀杆传输一个操作力从而迫使该阀杆在一个第二方向上移动；

该致动器包括一个凸轮齿轮，该凸轮齿轮具有一个凸轮部分和一个返回特征，该返回特征从凸轮齿轮表面轴向地延伸并且是围绕该凸轮齿轮的中央通孔形成的，该返回特征包括一个返回特征表面，该返回特征表面自该凸轮部分的相对于该凸轮齿轮的中央通孔的偏心轮廓径向偏移一个恒定值；以及

其中所述第一部件包括滚动轴承，该滚动轴承通过轴承轴附接到该阀杆上，该轴承轴具有延伸部分，使得该滚动轴承支承该凸轮部分以迫使该阀杆在第一方向上移动，而且当该凸轮齿轮旋转时，该延伸部分支承该返回特征表面以迫使该阀杆在第二方向上移动。

2.如权利要求1所述的致动器与阀装置，其中：

在不受制约的阀移动情况的过程中，此时阀移动是不受制约的，当该齿轮被该致动器在一个第一方向上旋转时，该齿轮的第一特征接触到可操作地连接至该阀杆的第二部分上的该第一部件，以用于迫使该阀构件在一个第一方向上、朝向或背离该阀座移动并且；

当该齿轮被该致动器在一个第二方向上旋转时或者未被供电时，偏置弹簧***对该第一部件以及该齿轮的第一特征提供力，该力将使得阀构件在一个第二方向上、朝向或背离该阀座移动；并且其中该齿轮的第二特征不接触可操作地连接至该阀杆的第二部分上的该第二部件。

3.如权利要求1所述的致动器与阀装置，其中，该第一部件是一个轴承并且该齿轮的第一特征是一个凸轮部分。

4.如权利要求1所述的致动器与阀装置，其中，该第二部件是一个销的延伸部分，并且该齿轮的第二特征是在该齿轮中形成的一个返回辅助特征。

5.如权利要求1所述的致动器与阀装置，其中，该第二部件是可操作地连接至该阀杆上的第二部分的一个连杆的延伸部分。

6.如权利要求1所述的致动器与阀装置，其中，当该阀构件完全就坐于该阀座上并且该第二部件与该齿轮的第二特征相接触时，该齿轮的进一步移动受到抵抗。

7.如权利要求1所述的致动器与阀装置，其中，该返回特征表面径向偏移一个变化的量，以便获得该阀杆的所希望的移动。