CN115461564A

CN115461564A - 空气转向阀

Info

Publication number: CN115461564A
Application number: CN202080100156.0A
Authority: CN
Inventors: 马丁·伦克; 米夏埃尔·蒂里; 坦纳·卡瓦达尔
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2022-12-09
Also published as: WO2021213681A1; EP4139596A1; US20230204129A1

Abstract

本发明涉及一种空气转向阀，具有流动壳体(36)，所述流动壳体具有在入口(40)和出口(42)之间的流动通道(38)，在入口(40)和出口(42)之间形成的阀座(44)，致动器(10)，可通过致动器(10)平动地运动的驱动部件(28)，和固定在驱动部件(28)上的控制体(34)，其包括径向外侧的周向封闭的外罩面(46)，在该外罩面的轴向端部形成有周向的支承边缘(56)，所述支承边缘可以放在阀座(44)上并可以从阀座(44)上抬起，其中，控制体(34)在远离驱动部件(28)取向的轴向侧上包括径向内部的轴向入流表面(66)，并包括壁(54)，该壁至少从外罩面(46)径向向内延伸，并在该壁中形成至少一个开口(64)，通过该开口，空气转向阀的内部空间(94)与流动通道(38)流体地连接。按照本发明，轴向入流表面(66)的径向外侧的环形出流边缘(78)在轴向方向上相对于支承边缘(56)最大偏移到如下程度，使得从出流边缘(78)径向向外延伸到支承边缘(56)的最近点的第一矢量(84)，与由支承边缘(56)张成的平面围成一个至多15°的角度，并且具有至少一个开口(64)的、至少径向地延伸的壁(54)相对于支承边缘(56)并且相对于出流边缘(78)向驱动部件(28)的方向轴向地偏移。

Description

空气转向阀

技术领域

本发明涉及一种空气转向阀，该空气转向阀具有在入口和出口之间具有流动通道的流动壳体、在入口和出口之间形成的阀座、致动器、可通过致动器平动地运动的驱动部件、紧固在驱动部件上的控制体，该控制体包括径向外侧的周向封闭的外罩面，在其轴向端部形成有周向支承边缘，支承边缘可以放置在阀座上并且可以从阀座上抬起，其中，控制体在远离执行部件的轴向侧包括径向内侧的轴向的入流表面，并包括从外罩面至少径向地向内延伸的壁，在该壁中形成有至少一个开口，通过该开口，空气转向阀的内部空间与流动通道流体地连接。

背景技术

空气转向阀以一种已知的方式用于将压缩的新鲜气体，可能还有被引回的废气，从涡轮增压器的压缩机的压力侧再循环到压缩机的吸气侧。在内燃机从高负荷运转过渡到超负荷运转时，需要通过旁通管连接压缩机的排气侧和吸气侧，以防止涡轮增压器的压缩机对关闭的节流阀的高输送量以及由此产生的泵出效应。

空气转向阀通常是电磁驱动的，其中阀的控制体通过衔铁在电磁力作用下移动。通用的空气转向阀例如从DE 10 2016 118 341 A1已知。该阀包括连接到衔铁的控制体上的压力补偿口，通过对有效表面的适当设计，相对于作用在控制体上的气动力建立了力的平衡，因此，为了驱动，只需要克服弹簧的力，由此，空气转向阀具有非常短的驱动时间(Stellzeiten)。在该阀中，关闭体直接与衔铁相连，并且阀的内部由隔膜与外部分开。然而，问题在于，在从关闭位置开始的非常短的冲程中，由于产生的动态压力，静态压力下降得非常快，这导致在关闭方向上有很大的力作用在控制体上。

在前几代的空气转向阀中，例如在EP 1 762 712 B1中描述的那些，已经尝试将这种在开启过程中产生的低静压也转移到控制体的相对一侧，方式是，将开口直接带到狭窄的开启区域。然而，这导致必须为关闭提供相对较大的弹簧力，因此也必须为通过电磁铁启动打开运动提供相对较大的力，而电磁铁必须也相应地具有大的设计。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种空气转向阀，一方面可以实现非常快的驱动时间，另一方面需要较低的电磁驱动力，从而可以减少空气转向阀的安装空间，特别是电磁铁的空间，从而可以更低成本地制造空气转向阀。

该技术问题通过具有主权利要求1的特征的空气转向阀来解决。

根据本发明的空气转向阀的控制体包括径向外侧的、周向封闭的外罩面，在该外罩面的轴向端部形成周向支承边缘，该支承边缘可以放在阀座上并且可以从阀座上抬起，其中支承边缘应理解为狭窄的环形表面，该环形表面向阀座方向变细。控制体还包括在远离驱动部件的轴向侧上具有径向内侧的轴向的入流表面，该入流表面通过至少径向地延伸的壁至少间接地与外罩面连接。在这个壁上形成有至少一个开口，通过这个开口，空气转向阀的内部与流动通道流体地连接，使得至少在控制体不被移动的情况下，在控制体的下方和上方存在相同的压力。轴向的入流表面的径向外侧的出流边缘相对于支承边缘在轴向方向上最多偏移这样一个量，即从径向外侧的出流边缘到支承边缘的最近点的第一矢量，与由支承边缘张成的平面最多包围15°的角度。这意味着，在入流表面的出流边缘和控制体的支承边缘之间只有轻微的轴向偏移。结果是，当阀第一次打开时，气流大致被引导到在阀座和控制体的支承边缘之间的自由间隙方向。此外，具有至少一个开口的至少径向延伸的壁与支承边缘和出流边缘轴向地在驱动部件的方向上偏离。由于壁与支承边缘的轴向距离，在打开过程中，由流动产生的、作用于关闭方向的压力差只作用于薄的支承边缘，因此，只有非常小的关闭力作用于控制体。通过朝向间隙的流体引导以及相对于所产生的压力的、小的可用受力面，在开启过程中会产生一个均匀的力曲线，而且所需的开启力很低。因此，电磁铁可以做得更小，但仍可实现快速打开和关闭。

优选的是，在径向外侧的出流边缘上的一点处的切向矢量指向一个远离驱动部件、在轴向上紧邻支承边缘的区域中。由此可见，当开启过程开始时，流动直接进入在阀座和支承边缘之间的间隙，这大大减少了由于气流而在关闭方向上作用在控制体上的力。

此外有利的是，至少径向延伸的壁向驱动部件的方向偏移到如下程度，使得从至少径向延伸的壁在径向方向上向外到支承边缘的第二矢量与由支承边缘张成的平面至少围成一个20°的角度。结果是，壁回复到如下程度，使得在间隙中下降的压力不能直接作用于壁表面，从而减少了在关闭方向上作用于控制体的力。在这里，径向向外只是被理解为矢量包括一个径向分量，该分量指向远离空气转向阀的中心线。然而，当然也会有矢量在轴向的延伸分量。这适用于本申请中提到的所有矢量，根据定义，它们都指向径向外侧。

此外，优选的是，开口向驱动部件的方向偏移到如下程度，以至于在径向方向上向外从开口到支承边缘的第三矢量，与通过支承边缘所张成的平面至少包括一个30°的角度，并且在径向方向上向外从流动边缘到开口的第四矢量，与由支承边缘所张成的平面至少包括一个30°的角度。通过这种方式，即使在突然的位置变化和由此产生的在开口的两个轴向端部在面向入口的表面上的压力变化的情况下，也能保持力的平衡，从而实现短的驱动时间和需要低的驱动力。

优选的是，周向封闭的外罩面由圆柱体和内空心体的径向外侧的和轴向面向阀座的区域形成，圆柱体固定在所述区域上，其中内空心体与驱动部件以可移动的方式联接，并且包括具有至少一个开口的壁和支承边缘。这一实施方案有利于控制体的装配。

在一个优选的实施方案中，轴向入流表面形成在入流元件上，该入流元件具有面向驱动部件的封闭底部和远离驱动部件的开放的轴向的端部，在该端部上形成有径向外侧的出流边缘。因此，入流表面是由近似锅状的主体形成的，它易于制造，并可通过将底部集中通过焊接固定到驱动部件上，便于将控制体连接到驱动部件上。

在本发明的进一步的实施方案中，径向外侧的出流边缘形成在环圈(Kragen)上，该环圈从入流元件的开放的轴向端部径向向外延伸并且必要时轴向延伸。通过这种方式，可以提供一个相应的对准的出流边缘，而不需要额外的组件。

在此，优选地，环圈与驱动部件的轴向距离比支承边缘与驱动部件的轴向距离更大，并且环圈在径向外侧区域仅径向向外延伸。在这种情况下，流动将被径向向外引导，从而在初始打开过程中进入到在阀座和支承边缘之间的间隙。

在另一个实施方案中，环圈与驱动部件的轴向距离比支承边缘与驱动部件的轴向距离更小，并且环圈在径向外侧区域径向向外地并且在轴向上向远离驱动部件的方向延伸。在这种情况下，出流边缘也在开启过程开始后立即指向在控制体和阀座之间的间隙。在这两个替代实施方案中，与已知的实施方案相比，在开启过程开始后不久，作用在控制体上的关闭力就会减小。

优选的是，内空心体包括插入件，该插入件至少部分地有弹性体塑料涂层，其中内空心体可与塑料一起降低到阀座上并抵靠于驱动部件。支承边缘的这种塑料涂层确保了阀座的紧密性，因为轻微的不平整性可以通过弹性来补偿。在与驱动部件抵接的区域的塑料涂层确保了控制体可以稍微向驱动部件倾斜，这也导致了密封性的提高。

为此，入流元件与底部固定到驱动部件上。底部可以通过简单的激光焊接而固定到驱动部件上。

为了固定整个控制体，入流元件包括径向扩展部分，利用该扩展部分，入流元件至少在打开状态下与内空心体的径向收缩部分抵接。内层中空体可以相对于固定在驱动部件上的入流元件稍微倾斜，从而与外侧的外罩面和支承边缘稍微倾斜。

如果圆柱体、内空心体和入流元件是作为金属板深拉件制造的，则会产生特别有利的制造。

优选的是，致动器是电磁铁并且驱动部件是电磁铁的衔铁。这样就可以缩短驱动时间。

由此实现了空气转向阀，它具有很高的耐久性和密封性。然而，最重要的是，电磁铁的尺寸和制造成本可以大大降低，因为在打开过程中需要克服的力通过从入流元件的特别的出流而减少，这通过如下实现，一方面，流动的方向被优化调整，另一方面，用于压力差的可用的受力面被减少。

附图说明

在图中示出并在下面描述根据本发明的空气转向阀的一个实施方案。

图1显示了根据本发明的空气转向阀的侧视图。

具体实施方式

图中所示的空气转向阀包括设计为电磁铁的致动器10，在其壳体12中，线圈14被缠绕在线圈载体16上。在线圈载体16的径向内部区域固定有可磁化的铁芯18，其轴向端部伸出线圈载体16，其中铁芯18在该轴向端部被止回板20所包围，该止回板与围绕线圈14的铁护套22相连。另一止回板24位于线圈载体16的与铁芯18相对的一端，该止回板24在径向外部区域与铁护套22接触，在径向内部区域与伸入线圈载体16的滑动衬套26接触。作为驱动部件28的衔铁被支承在滑动衬套26中。当线圈14通电时，该衔铁被电磁力牵引到铁芯18并进入其凹槽30。电源通过触点提供给线圈14，该触点通向插头32。

控制体34被固定在驱动部件28上，通过该控制体34可以打开或关闭在流动壳体36中形成的并连接入口40和出口42的流动通道38的流截面，其方式是，将控制体34降到围绕流截面的阀座44上或将其抬起。

控制体34包括径向外侧的、周向封闭的圆柱形外罩面46，它由径向外侧的圆柱体48形成，该圆柱体例如由金属板深拉件制成，并且包括内空心体52的径向外侧的以及轴向朝向阀座44的区域50。

内空心体52包括可通过深拉法由金属板制造的插入件51，并且具有壁54，该壁54具有至少一个向内的径向延伸部分或者至少部分地径向向内延伸。为了形成内空心体52，插入件51被包覆有弹性体塑料53，其在径向外部和轴向朝向阀座44的区域50中形成了支承边缘56，利用该支承边缘，控制体34在空气转向阀的关闭状态下支承在阀座44上。支承在阀座44上的有效直径基本上与周向封闭的外罩面46的直径相对应，据此在静态状态下建立起作用在控制体34上的气动力的平衡。

内空心体52的壁54在第一部分58中是圆柱形的。与该圆柱形部分58相邻的是径向收缩部分60，另一圆柱形部分62从该收缩部分60的内径向驱动部件28的方向延伸，与圆柱形的第一部分58相比，该另一圆柱形部分62相应地具有较小的直径。在该第一部分58的轴向端部，圆柱形部分62稍微向内弯曲。在径向收缩部分60的区域，形成多个轴向孔，所述轴向孔作为开口64，允许控制件34的底部和上部之间的压力平衡。

除了开口64之外，圆柱形部分58、62以及收缩部分60都被弹性体53包覆，弹性体塑料53在驱动部件28的方向上轴向地突出超过在圆柱形部分62。

控制体34进一步包括径向内侧的轴向入流表面66，在本实施例中，该入流表面形成在入流元件68上，其作用是将控制体34固定在驱动部件28上。入流元件68也可以通过深拉形成，并基本呈锅状，其中底部70布置在驱动部件28的轴向端部的中心圆形凹槽72中，并通过焊接固定在该位置。与底部70相邻的圆柱形部分74延伸到内空心体52上的弹性体塑料53的面向远离驱动部件28的端部，并具有比弹性体53的内径小的外径。在与底部70相对的轴向侧上，径向扩展部分76环形地与该圆柱形部分74相邻，其在径向上突出于弹性体53，因此它的外径大于内空心体52的收缩部分60的内径。此处，径向扩展部分76与入流元件68的底部70的距离被选择为：当内空心体52与驱动部件28抵接时，围绕内空心体52的收缩部分60的弹性体53与入流元件68的扩展部分76之间保持小间隙，使得外罩面46可以稍微向入流元件68倾斜，由此也可以向驱动部件28倾斜。因此，实现了控制体34与驱动部件28的万向连接。从径向扩展部分76的径向外端开始，入流元件68沿轴向刚好延伸到支承边缘56的前方。入流元件68的远离底部70的一端被形成为环圈77，该环圈在轴向和径向上略微延伸。其径向外侧的端部形成环形出流边缘78，通过该环形出流边缘78，到入流元件68的径向内侧轴向的入流表面66上的流动相应地沿出口42的方向被偏转，其中径向内侧轴向的入流表面66由入流元件68的轴向朝向入口40并基本径向延伸的部分形成。更具体地规定，出流边缘78的切向矢量8(也就是环圈77的在径向外侧区域中朝向入口40的表面的切线)指向比支承边缘56略微远离致动器10的区域中。因此，当阀略微打开时，该矢量指向阀座44和支承边缘56之间的间隙。

除了出流边缘78相对于支承边缘56和与其相连侧导流管的这种取向外，它们相互之间的布置方式也很重要。例如，出流边缘78应当与支承边缘56的轴向偏移到如下的程度，使得从出流边缘78开始径向外侧指向支承边缘56的第一矢量84与由支承边缘56所张成的平面86围成的角度最多为15°，其中，该角度不依赖于从何方向对其进行测量。在本例中，相对于支承边缘56，出流边缘78被布置成相对于驱动部件28稍微偏移，其中，产生了大约8°的角度。

此外，壁54以及开口64相对于支承边缘56和出流边缘78的布置，产生明显的影响。因此，从壁54上的任意一点径向向外在支承边缘56的方向上延伸的第二矢量88应当与由支承边缘56所张成的平面86包围至少20°的角度。在本实施例中，这个角度在40°和70°之间。

此外，从开口64中的一者到支承边缘56径向向外延伸的第三矢量90与平面86之间的角度也应至少为30°。在本实施例中，这大约是60°。另外，从出流边缘径向向外延伸至开口64中的一者的第四矢量92与平面86的夹角应至少为30°。在本实施例中，这个角度约为66°。

出流边缘78、支承边缘56和壁54以及开口64相对于彼此的这种布置，使得在阀座44和控制体34之间的间隙中由于流动而产生的下降的压力在开启过程中几乎没有受力面。另外，本来由于流动产生的压力差也通过针对性地将流引入间隙而减小

此外，在空气转向阀的壳体12中形成有内部空间94，当该阀被驱动时，控制体34可以滑入该内部空间中。该内部空间94在径向上被壳体壁96所限制，在其远离致动器10的一端固定有环形板98，其内径略大于外罩面46的外径。在该板98上有V形密封件100，它有两个支脚，第一个支脚与圆周封闭的外罩面46接触，第二个支脚与径向限制的壳体壁96接触，因此，在阀的关闭状态下，内部空间94完全通过开口64与底层入口40连接。为了也给驱动部件28和铁芯18之间的中央凹槽30提供相应的压力，从而实现压力平衡的阀，在驱动部件28的外周上布置有一个或多个凹槽。

此外，在外罩面46的内部布置有弹簧102，其轴向地抵接在壁54上，并且其相对的轴向端抵接在致动器10的壳体12上，由此，当线圈14不通电时，控制体34被置于其放置在阀座44上的状态。在这种静态状态下，存在一种力的平衡，从而使弹簧102可以被设计成即使在压力脉动发生时也能使空气转向阀处于关闭状态。

为了打开，致动器10被通电，其中仅需克服弹簧102的力。一旦阀座44和支承边缘56之间的间隙被打开，则通过该间隙形成流动。由此产生的静态压力波动的影响在很大程度上被避免了，因为壁54离阀座44足够远并且只有薄的支承边缘56可以作为压力差的受力面。压力平衡也可以在内部空间94发生，因为通过导流管，借助入流元件68，没有流动直接作用在开口64上，据此，可以在打开时立即发生快速的静态压力平衡，否则该压力平衡会被抑制并且由此会导致额外的在关闭方向上作用的力。

因此，用非常小的、因而可以廉价生产的电磁铁就可以实现非常快的驱动时间。

应该清楚的是，本发明并不限于所述的实施方案。因此，也可以使用不同的致动器，或者外罩面和至少径向延伸的壁可以以一体的方式制造。另外，如果有必要，入流元件可以与控制体的其他部分以一体的方式制造，或者具有不同的构造上的设计，因为尤其是出流边缘的布置在功能上是重要的。另外，如果有必要，可以不使用弹性体或只在支承区域使用。

Claims

1.一种空气转向阀，其具有

流动壳体(36)，所述流动壳体具有在入口(40)和出口(42)之间的流动通道(38)，

在入口(40)和出口(42)之间形成的阀座(44)，

致动器(10)，

能够通过致动器(10)平动地运动的驱动部件(28)，

固定在驱动部件(28)上的控制体(34)，其包括径向外侧的周向封闭的外罩面(46)，在该外罩面的轴向端部形成有周向的支承边缘(56)，所述支承边缘能够放在阀座(44)上并能够从阀座(44)上抬起，

其中，控制体(34)在远离驱动部件(28)取向的轴向侧上包括径向内部的轴向入流表面(66)，并包括壁(54)，所述壁至少从外罩面(46)径向向内延伸，并在该壁中形成至少一个开口(64)，通过该开口，空气转向阀的内部空间(94)与流动通道(38)流体地连接，

其特征在于，

轴向入流表面(66)的径向外侧的环形出流边缘(78)在轴向方向上相对于支承边缘(56)最大偏移到如下程度，使得从出流边缘(78)径向向外延伸到支承边缘(56)的最近点的第一矢量(84)与由支承边缘(56)张成的平面围成一个至多15°的角度，并且具有至少一个开口(64)的、至少径向地延伸的壁(54)相对于支承边缘(56)并且相对于出流边缘(78)向驱动部件(28)的方向轴向地偏移。

2.根据权利要求1所述的空气转向阀，

其特征在于，

在径向外侧的出流边缘(78)上的一点处的切向矢量(82)指向一个远离驱动部件(28)、在轴向上紧邻支承边缘(56)的区域内。

3.根据权利要求1或2所述的空气转向阀，

其特征在于，

至少径向延伸的壁(54)在驱动部件(28)的方向上被偏移到如下程度，使得从至少径向延伸的壁(54)在径向方向上向外到支承边缘(56)的第二矢量(88)与由支承边缘(56)所张成的平面(86)围成至少一个20°的角度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述至少一个开口(64)向所述驱动部件(28)的方向偏移到如下程度，使得从所述至少一个开口(64)在径向方向上向外到支承边缘(56)的第三矢量(90)与由支承边缘(56)所张成的平面(86)围成至少一个30°的角度，并且从出流边缘(78)在径向方向上向外到开口(64)的第四矢量(92)与由支承边缘(56)张成的平面(86)围成至少一个30°的角度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

周向封闭的外罩面(46)由圆柱体(48)和内空心体(52)的径向外侧和轴向朝向阀座(44)的区域(50)形成，圆柱体(48)固定在该区域上，其中内空心体(52)与驱动部件(28)以可移动的方式联接，并且包括具有至少一个开口(64)的壁(54)和支承边缘(56)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

轴向入流表面(66)形成在入流元件(68)上，所述入流元件具有朝向驱动部件(28)取向的封闭底部(70)和远离驱动部件(28)取向的开放的轴向端部，在所述轴向端部处形成有径向外侧的出流边缘(78)。

7.根据权利要求6所述的空气转向阀，

其特征在于，

径向外侧的出流边缘(78)形成在从入流元件(68)的开放的轴向端部径向地向外延伸且必要时轴向地延伸的环圈(77)上。

8.根据权利要求7所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述环圈(77)与驱动部件(28)之间的轴向距离大于支承边缘(56)与驱动部件之间的轴向距离，并且环圈仅在径向外侧区域中径向地延伸。

9.根据权利要求7所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述环圈(77)与驱动部件(28)之间的轴向距离比支承边缘(56)与驱动部件(28)之间的轴向距离更小，并且环圈在径向外侧区域中径向向外延伸且在轴向上向远离驱动部件(28)的方向延伸。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述内空心体(52)包括至少部分有弹性体塑料(53)涂层的插入件(51)，其中内空心体(52)能够通过弹性体塑料(53)降低到阀座(44)上并且抵靠于驱动部件(28)。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述入流元件(68)以底部(70)被固定在驱动部件(28)上。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述入流元件(68)包括径向扩展部分(76)，利用该扩展部分，入流元件(68)至少在打开状态下抵靠于内空心体(52)的径向收缩部分(60)。

13.根据权利要求6至12中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述圆柱体(48)、内空心体(52)和入流元件(68)是由金属板深拉件制成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的空气转向阀，

其特征在于，

所述致动器(10)是电磁铁，并且所述驱动部件(28)是电磁铁的衔铁。