與內燃機節流件合用的惰速調節閥的製作方法

2023-08-22 12:13:51 3

專利名稱：與內燃機節流件合用的惰速調節閥的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及一種閥門機構，特別適用於與內燃機結合以可變調節送入內燃機的節流孔中的空氣量，由此，以便在空轉期間補償內燃機的增加/減少的空氣需求量。
內燃火花點燃式發動機要求改變空氣量，以便在各種操作條件下合理地空轉。例如(1)比起在「熱的」發動機合理空轉時所需的空氣量，在「冷」發動機空轉時所需的空氣量就要增加;(2)在減速情況下，由於發散原因需要附加量的空氣;和(3)必須能改變空氣流，以便在發動機(如空調壓縮機、交流發電機等)上周期性施加了負荷時能保持相對恆定的空轉速度。
內燃機因使用了基於微機的發動機控制單元(ECU)而大大得以改進了。例如，ECU一般接收相應於發動機溫度、發動機速度、管道壓力、排氣中氧含量以及例如在起動時關閉節流閥(即全阻塞)情況和類似情況下的數據。然後，由ECU將這些數據處理後用於多種目的，其中之一是操作常用的惰速調節裝置，例如於1985年9月10日發布的、RobertE.Wilson等人發明的專利(U.S.P4，539，955)及於1980年7月15日發布的、RufusL.Hawk發明的專利(U.S.P4，212，272)所介紹的裝置，該兩個發明的名稱均為「內燃機用的空轉速度調節裝置」。
按照已有的調節裝置，從ECU接收到的信號是改變直流電壓的極性，用以啟動電動機，從而增加/減少一個具有與節流閥聯動裝置相聯繫的端部的軸的長度。所以，這些類型的裝置取決於節流閥的自動打開和關閉，即節流閥的打開(或關閉)是取決於由ECU感測的發動機的運行條件。儘管這種功能可滿足一些發動機運行條件(如「冷」發動機運行)下的需要，但不能用作一種調節送入節流孔的空氣量而與具體的節流閥的安裝無關的裝置。
另一常用的空氣調節閥公開於1983年1月25日發布的、MasaakiSaito發明的、名為「空氣調節裝置」的專利(U.S.P4，369，755)中。這一已有的調節閥是位於一相對於節流閥旁路的空氣通路上，所以，它的運行是獨立無關的。一直流電動機與一內部的圓柱體相連並使該圓柱體能被直流電動機所轉動。這樣，內部圓柱體相對於外部圓柱體的旋轉控制了流過旁路於節流閥的空氣通路的空氣量。但是，在專利U.S.P4，369，755中沒有公開過一種機械地「使脫節」直流電動機和內部圓柱體以響應一超值的閾值轉矩(thresholdtorque)的裝置。這樣，旋轉角度傳感器和電機截止電路的設施似乎需要在使用中採用專利U.S.P4369755中的閥門，因為當內部圓柱體達到它的最大(最小)旋轉位置時，如沒有這樣的防護裝置就會損害電動機和/或內部圓柱體。
在1983年11月20日發布的、DonaldD.Stoltman發明的、名為「發動機空氣流調節器」的專利U.S.P4，421，083中公開了一種平衡的雙氣閥空氣流調節器。按照這已有專利，ECU改變一螺線管的工作周期，以便相應改變通過閥座的空氣流，直至隔膜一側上的壓力使得隔膜作用力與螺線的偏置相平衡。在這種情況下，通過一節流閥旁路控制可實現空氣流調節而與節流閥的位置無關。
按照本發明，現描述一惰速調節閥並予以申請專利權，由此，可實現對內燃機的節流裝置供給一定量空氣而與節流閥的安裝無關。現提供一通常為圓筒形的閥體，其上有一入口，以便空氣進入閥體內部，還有一空氣出口(最好為通常是環狀排列的若干個開孔)，用以從閥體中排出空氣並進入到內燃機的一節流組件的節流孔中。閥體內旋轉安裝著一滑閥，其上有一閥口，它限定一有效面積，用以確定了從閥體上的入口與出口之間流經閥體的空氣流量。滑閥繞著滑閥和閥體的公用軸線旋轉並被驅動，例如，依靠一適宜的直流電動機，該直流電動機從ECU接收到可反向極性的直流電壓的信號，這樣使滑閥旋轉，就改變了滑閥的閥口的有效面積。這種情況下，從閥體上的入口與出口之間流經閥體的空氣量得以可控地改變，以便在空轉期間能補償由ECU感測到的發動機的運行情況的改變而與具體的節流閥的安裝無關。
最好利用一蝸杆/蝸輪機構，通過一離合器組件可將轉矩傳遞到滑閥，這樣就可使電動機驅動滑閥。最好形式的離合器組件包括一對球狀制動件(可滑動地位於一蝸輪的凸出部分上的橫向孔中)和一在滑閥上的、與球狀制動件相鄰的內表面上的帶鍵槽面。一壓簧或其他類似的偏置加力裝置作用於一對球狀制動件上，以便將它們分別與帶鍵槽面的一條鍵槽嚙合。
當滑閥達到其最大(最小)的旋轉時，就使自身限定的閥口的有效面積達到最大(最小)，這樣，就超過了予定的閾值轉矩，造成兩隻制動件縮回到橫向孔中，這樣，就允許在位於一方的蝸輪的凸出部和另一方的滑閥的帶鍵槽面之間發生相對滑動。這種相對滑動或「棘輪作用」使電動機能連續運轉而不損害蝸杆/蝸輪裝置或滑閥。但是，當接到一與使滑閥轉到它的最大(最小)位置的電壓信號的極性相反的直流電壓信號後蝸輪反向轉動時，兩隻制動件又落入到相應的鍵槽中(因為傳遞轉矩又小於閾值轉矩)，此時，滑閥又沿相反方向轉動。
因此，本發明的結構比起已有技術的申請來更為簡單，並能可調節地改變空氣量而與內燃機的節流閥無關。此外，本發明的結構並不需要複雜的電動機截止系統和屬於已有技術申請的類型的滑閥位置感測系統。在對下面要詳細描述的最佳實施例作仔細思考之後，本技術領域內的技術人員將會清晰理解本發明的這些和其他優點。
下面將參閱附圖，這些附圖中的同一參考號表示相同的構件。附圖中

圖1是一內燃機用的節流閥的示意圖，圖中表示了一參於一起運行的本發明的惰速閥;
圖2是沿著圖3中的「2-2」線剖開的、本發明的惰速閥的橫剖側視圖;
圖3是本發明的惰速閥的端側視圖;
圖4是沿圖2中的「4-4」線剖開的、本發明的惰速閥的橫剖視圖;
圖5是沿圖2中的「5-5」線剖開的、本發明的惰速閥的橫剖視圖;和圖6是沿圖2中的「6-6」線剖開的、本發明的惰速閥的橫剖視圖。
圖1中已示意畫出了本發明的惰速閥10，它已作為內燃機(未畫出)的一節流裝置12的一部分而安裝上的。如眾所周知的，節流裝置限定了一節流孔14，在該孔中，通過軸18以樞軸轉動方式安裝有一節流閥16。通過適用的連杆結構，軸18又與車輛的、位於駕駛員一側的一加速踏板(未畫出)相連。如果將節流閥繞樞軸轉動到打開較多(較少)的位置使節流孔打開(關閉)(當駕駛員壓下(釋放)加速器時)，則會增大(減小)發動機運轉轉矩，這一點大家都知道是不好的。可採用本發明的惰速閥10的發動機可是熟悉的任一種，例如汽化的或燃料噴入的(或是單點型，它的噴射器是裝在位於節流閥的上遊的節流裝置中的，或是多點型，它的燃料噴射器裝在每隻發動機汽缸的進汽閥的附近)。
按照本發明，在裝置12中裝有一空氣旁路20，使一定量的空氣(通過惰速閥10控制)從節流閥16的下遊進入。由於在惰速閥10與節流閥16之間沒有聯動機構，惰速閥10能調節從節流閥16的下遊進入到孔14中的空氣量而與節流閥16無關。這樣，當節流閥恆定保持於「空轉位置」時，仍可利用旁路20和惰速調節閥10補償在空轉期間的各種運轉條件下的發動機的空氣需求量。
圖2和圖3更詳細地表示出本發明的惰速調節閥10。從圖可見，惰速閥10包括一通常為圓筒形閥體22，在閥體上有一沿著閥縱軸線26向裡伸進的軸承支柱24。空氣進氣窄口28從旁路20接收空氣(經過發動機空氣濾清系統過濾)，然後，通過由閥體22限定的若干個呈環狀排列的空氣出口30，從節流閥18的下遊，排到節流裝置12的節流孔14中。
腔30中裝有一滑閥32，它與閥體22是緊配合(即有0.001英寸(0.0254毫米)的間隙)。滑閥32通常是圓筒形，所以有一內部腔34。空氣入口和出口36、38分別與內部腔34連通，並分別與由閥體22限定的類似形狀的空氣入口28和諸空氣出口30對齊。如圖4所示，可取的是入口36呈一部分圓周狀的狹槽口(即與入口28相似)，而出口38是呈環狀排列的若干個開孔(即與諸出口30相似)。
閥體22和滑閥32依靠相互之間的緊密配合關係各自至少部分得到密封。另外，依靠分別在滑閥32和閥體22上形成的交叉梳狀的抓手33的U形凸緣23提供了密封功能。交叉梳狀凸緣33和23在閥體22上的具有出口30的一端處組成一機械迷宮汽封。
滑閥32裝在閥體22中，並靠著滑閥軸承40繞著軸線26轉動，並受電動機42的驅動。電動機42具有轉速較高而轉矩較低特性，它能響應從ECU44接收來的極性可反向的直流電壓信號而運轉(見圖1)。這樣的電動機有ESCAPNo.16C11-205-0微電機。
電動機42的傳動輸出是利用一傳動裝置減速的，該傳動裝置包括固定於作為閥體22的一部分與閥體整體相連的外殼50內的一蝸杆46和一蝸輪48。蝸輪48包括一凸出部分52，它密配於滑閥32中，並依靠與軸承支柱24的端部相聯的蝸輪軸承54使其旋轉固定住。通過蝸輪48的凸出部52有一橫向孔56，它的用途將在後面敘述。
如從圖5中可較清晰看出的，在閥體22的內面上有一滑閥擋頭60，該擋頭是由側向止推面62a、62b劃定的，這兩個止推面分別與滑閥環圈止推面64a、64b接觸以確定滑閥32的最大和最小(即關閉)位置。如此，當通過驅動的蝸杆46使蝸輪48旋轉時，滑閥將按照取決於由ECU44發出的直流電壓信號的極性的方向轉動。滑閥繼續轉動到抵達其最大(最小)位置，該位置又是由表面62a和64a(62b和64b)相接觸時確定的。
在抵達其最大(最小)位置後，離合器組件70允許在凸出部分52與滑閥32之間發生相對滑動。這樣，本發明的離合器組件70使蝸輪48的凸出部52以低於一予定的閾值的轉矩值驅動嚙合滑閥32，而在轉矩值超過閾值的情況下使產生它們之間的相對滑動。
如從圖6可較清晰看出的，離合器組件70包括一對環狀制動件72，依靠在孔56中的一壓簧74使這一對制動件在孔56中的兩頭內滑動。滑閥32的內部端部區78上有一帶鍵槽面，該帶鍵槽面包括許多鍵槽76，這樣，制動件72就座落於鍵槽中，並與它相嚙合。如此，當一對制動件72嚙合於相應的一對鍵槽76中時，在蝸輪48轉動時就將轉矩傳遞給滑閥32。但是，當轉矩超過閾值轉矩值時(此時滑閥達到其最大(最小)位置)，制動件72將被壓縮後退克服壓簧74的偏置壓力進入孔56中，從而移動離開鍵槽76，這樣，允許在蝸輪48的凸出部分52與滑閥32之間發生相對滑動。在這種情況下，即使滑閥已達到其最大(最小)位置，電動機44還可沿某一方向繼續轉動，由此可避免採用複雜的電動機載止系統和/或滑閥位置感測系統等等。
當從ECU44處將一與一使滑閥32轉到其最大(最小)位置所需的直流電壓信號的極性相反的信號加到電機42上後，由於蝸輪48還沿一相反方向轉動，所以轉矩將降低到低於使在凸出部分52和滑閥32之間產生相對滑動所需的予定的閾值。這樣，壓簧就將制動件72外推，並和滑閥32上的相對的一對鍵槽76嚙合。在這種情況下，通過制動件76又將轉矩傳給滑閥32，使滑閥轉動。
上述使在凸出部分52和滑閥32之間產生相對滑動的閾值轉矩大小，是例如由鍵槽76的深度和/或利用彈簧74施加於制動件72上的力的大小來予先確定的。
在運轉中，當由ECU44發出一指令信號44a(見圖1)以一予定極性的直流電壓形式加到直流電動機42上時，通過電動機軸47將電動機42的輸出傳給蝸杆46(見圖5)，接著，蝸杆使蝸輪48沿著一方向繞著閥體32的縱軸線26轉動。這一轉動持續到ECU44停止發送指令信號或閥圈止推表面64a(64b)與滑閥止推表面62a(62b)接合以形成滑閥32的最大(最小)位置。接著，這一轉動可控制地改變了分別為滑閥的入口36、38的最大(最小)有效面積，這樣使最大(最小)量的空氣流經閥體22。
一旦到達其最大(最小)位置，離合器組件將感測到轉矩已超過予定的閥值轉矩值。這樣，由於電動機42將繼續運轉(以及企圖通過蝸杆/蝸輪46/48使滑閥32進一步轉動並超過其最大(最小)位置)，此時制動件72將受到一個比由壓簧74施加在制動件72上的力還要大的作用力。因此，制動件受壓縮回孔56中，致使在凸出部分52與滑閥32之間產生相對滑動。這種相對滑動持續到電動機42企圖(通過蝸杆/蝸輪46/48)使滑閥轉過其最大(最小)位置。
當從ECU44發出一與前面已施加的如信號44a的極性相反的直流電壓時，電動機42將響應地沿一相反的方向轉動，由此，將此相反的 2。由於轉矩值已小於當滑閥32處於其最大(最小)位置時受到的閾值轉矩值，由於制動件72被推出坐落到一對相反的鍵槽76中與鍵槽嚙合，所以滑閥32將沿相反方向轉動。所以，當滑閥32再轉到其最大(最小)位置使轉矩超過閾值轉矩值時，制動件72再一次克服壓簧74的偏置壓力被迫退回到橫向孔56中，這樣，在蝸輪48的凸出部分52與滑閥32之間發生相對滑動，由此就有效地制止或防止在它們之間進一步傳遞轉矩。這種情況下，使滑閥停止轉動，並且具有在滑閥32和蝸輪/蝸杆48/46之間不會有損害的優點。
儘管本發明已結合現在認為是最能實施和最佳的實施例加以描述了，但是可以理解本發明並不限於已公開的實施例，相反，它包含了在所附的專利權項的精神和範圍內的各種變更和等效的設置。
權利要求
1.一種內燃機用的惰速調節閥(10)，所述惰速調節閥(10)有一空氣入口(28)和一空氣出口(30)，用以使一可控量的空氣流經入口與出口之間，其特徵在於包括-閥體(22)；-閥滑(32)；用於將滑閥(32)安裝於所述閥體(22)中的裝置，這樣，所述滑閥(32)可繞滑閥與閥體的公用軸線沿著第一方向和第二反方向轉動；所述滑閥(32)和閥體(22)共同包括閥口裝置(28，36)，所述裝置限定一可變的有效面積以使相應改變的一定量的空氣從閥體上的所述空氣入口與出口之間流過所述閥體(22)；用於使所述滑閥繞所述公用軸線(26)沿著所述第一方向和第二反方向轉動的傳動裝置(42、46、48)，用來改變所述閥口裝置(28、36)的所述有效面積，由此相應可控改變從所述閥體上的入口與出口之間流經所述閥體的一定量的空氣；和離合器裝置(70)，用於(ⅰ)在低於一閾值的轉矩情況下與所述滑閥(32)嚙合，以便將轉矩傳遞給所述滑閥(32)使其轉動，和(ⅱ)響應超值的閾值轉矩脫開其與所述滑閥(32)的嚙合，使在所述傳動裝置(42、46、48)與所述滑閥(32)之間形成相對滑動，由此防止使轉矩傳遞給所述滑閥(32)並使其轉動，其中所述離合器裝置(70)包括一由所述滑閥(32)限定的帶鍵槽面(76)，和制動件裝置(72、74)，該裝置能在轉矩值低於所述閥值時和所述帶鍵槽面(76)嚙合，而在轉矩值超過所述閥值時使其移離所述帶鍵槽面(76)。
2.如權利要求1所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於所述制動裝置至少包括一球形件(72)和作用在所述球形件(72)上的偏置加力裝置(74)，該裝置將球形件壓向所述帶鍵槽面(76)，而在轉矩值超過所述閾值轉矩時使所述球形件(72)受壓縮地移離所述帶鍵槽面(76)，由此脫開所述在所述傳動裝置(42、46、48)與所述滑閥(32)之間的嚙合。
3.如權利要求2所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於所述離合器裝置(70)包括一與配合在鄰近於所述帶鍵槽面(76)的所述滑閥(32)之中的所述傳動裝置(42、46、48)相接觸的凸出部分(52)，和一伸過所述凸出部分(52)並與所述公用軸線(26)相垂直的孔(56)，所述制動件(72、74)位於所述孔(56)中，並朝著所述帶鍵槽面(76)和遠離所述帶鍵槽面(76)往復移動。
4.如權利要求3所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於所述制動件包括一對球狀件(72)，它們可滑動地位於所述孔(56)中，並且分別處於孔(56)的和所述帶鍵槽面(76)正對著的兩個端部，和偏置加力裝置(74)，它位於所述兩隻球狀件(72)之間並作用於兩球狀件上，將每隻球狀件壓向所述帶鍵槽面(76)。
5.如權利要求4所述惰速調節閥(10)，其特徵在於所述偏置加力裝置是一壓簧(74)。
6.如權利要求1所述的惰速調節閥 0)，其特徵在於所述傳動裝置包括一電動機(42)和用來將電動機的輸出變成所述滑閥(32)的轉動的與所述電動機(42)連結的蝸輪裝置(46、48)。
7.如權利要求6所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於所述電動機有一輸出軸(47)，所述傳動裝置包括一與所述輸出軸(47)相連的蝸杆(46)和一與所述蝸杆(46)嚙合並與所述滑閥(32)相連，用於將所述蝸杆(46)的轉動轉變為所述滑閥(32)的轉動的蝸輪(48)。
8.如權利要求1所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於進一步包括密封裝置(23、33)，用來有效地密封所述滑閥(32)和閥體(22)，防止空氣洩漏。
9.如權利要求8所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於所述密封裝置是至少部分利用所述滑閥(32)與閥體(22)之間的緊配合關係而確立的。
10.如權利要求9所述的惰速調節閥(10)，其特徵在於所述密封裝置是依靠利用所述滑閥和閥體(分別為33和23)的交叉梳狀凸緣提供的一機械速宮汽封進一步確立的。
全文摘要
一種惰速調節閥，它包括一閥體和一安裝在閥體中並向著相反的兩個方向轉動的滑閥。滑閥(32)包括一限定一用來確定從閥體的空氣入口與出口之間流經閥體的一定量空氣的有效面積的閥口。當收到來自發動機控制單元的指令信號後由傳動機構(如用一直流電機)帶動滑閥轉動時，則將改變閥口的有效面積，由此響應地改變了從閥體的入口與出口之間流經閥體的一定量的空氣。一離合器組件能使當超過一預定閾值轉矩時，滑閥與傳動機構之間相對滑動。
文檔編號F02M3/07GK1032572SQ88106648
公開日1989年4月26日 申請日期1988年9月10日 優先權日1987年9月11日
發明者拉塞爾·韋克曼 申請人:聯合訊號公司