扭矩电机提升EGR阀论文和设计-施爱峰

全文摘要

本实用新型公开了一种扭矩电机提升EGR阀，包括阀体、设置在阀体中的中心杆、装配在中心杆上且大小一致的上阀芯和下阀芯；阀体的上部外侧固设有用于驱使设在阀体中的驱动板转动的扭矩电机，本实用新型采用扭矩电机作为动力源，驱动板将扭矩电机的旋转运动转换成直线运动。驱动板上设置有由上下轨道组成的运动槽，轴承可在里面滑动，当驱动板转动的时候，促使轴承沿着轨道滚动，进而可以驱动中心杆向上或者向下运动；两个阀芯的大小一致，当引入废气后，上阀芯受到废气的作用力向上，下阀芯所受的废气的作用力向下，由于两个阀芯的大小相等，这样扭矩电机只需要克服本身的系统摩擦力，就能很好的克服扭矩电机驱动力不足的缺陷。

主设计要求

1.一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：包括阀体（2）、设置在阀体（2）中的中心杆（12）、装配在中心杆（12）上用于分别与上部密封口和下部密封口相配合进行密封的上阀芯（11）和下阀芯（14）；所述上阀芯（11）和下阀芯（14）的大小一致；所述阀体（2）的上部外侧固设有扭矩电机（21），扭矩电机（21）的驱动轴从阀体（2）的侧壁插入中心杆（12）上方的阀体（2）中，驱动轴的内端部偏心固定连接有凸轮状的驱动板（9）；所述驱动轴上装有扭转弹簧（19），并且扭转弹簧（19）的一端插在驱动板（9）上；驱动板（9）上开设有由上轨道和下轨道组成的圆弧形的运动槽（24），运动槽（24）中活动设置有轴承（17）；所述中心杆（12）的顶部固设有滑块（7），滑块（7）的顶部设置有开口插板，驱动板（9）的底部位于该插板的开口中，并且轴承（17）通过穿在其内孔中的弹性销（16）设置在该开口两侧的插板上。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述上轨道和下轨道均为以驱动板（9）的凸轮基圆中心为圆心的圆弧形轨道，并且上轨道和下轨道的两端均分别以圆弧过度连接。

3.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述阀体（2）内的下部密封口中固设有下阀芯座圈（13）；所述下阀芯座圈（13）过盈装配在下部密封口中，并且下阀芯座圈（13）与下部密封口之间均匀设置多个铆接块。

4.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述阀体（2）中固设有导向套座（4），导向套座（4）上压配有导向套（5），所述中心杆（12）的上部插在导向套（5）中。

5.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述滑块（7）的底端面上开设有导向插孔（25），所述中心杆（12）的顶部插在该导向插孔（25）中，并且中心杆（12）在导向插孔（25）中轴向位置可调，导向插孔（25）中留有轴向可调空间（26）。

6.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述滑块（7）的侧面上开设有用于作为焊接轨道（27）的镂空孔。

7.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述阀体（2）的上部设置有防尘盖（18），并且防尘盖（18）上设置有紧固螺栓（15）；阀体（2）的底部设置有堵盖（1），堵盖（1）过盈装配在阀体（2）的底部，并且堵盖（1）与阀体（2）之间均匀设置有多个铆接块；所述阀体（2）上设置有进水管（3）和出水管（10）。

8.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述上阀芯（11）过盈装配在中心杆（12）的中部，并且上阀芯（11）与中心杆（12）之间均匀设置有多个用于将其固定在一起的铆接块，所述中心杆（12）上还固设有用于托住上阀芯（11）的凸台；所述下阀芯（14）过盈装配在中心杆（12）的下端部；所述中心杆（12）的底端从下阀芯（14）中凸出，并且与下阀芯（14）的连接处固设有一圈焊接圆角。

9.根据权利要求8所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述中心杆（12）的底端面上开设有用于下阀芯（14）装配后进行扩口的槽口。

10.根据权利要求1所述的一种扭矩电机提升EGR阀，其特征在于：所述阀体（2）内的上端轴孔中设置有唇口密封（6），并且唇口密封（6）的唇口向下。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电动EGR阀，属于发动机废气再循环系统控制技术领域。

背景技术

废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是将柴油机或汽油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，也就是说燃烧速度将会放慢，从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量(massflow)减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。

电动EGR可以将适量发动机燃烧废气重新引入进气管，与新鲜空气混合后进入发动机气缸进行二次燃烧，从而降低气缸内燃烧温度，以减少NO_{x<\/sub>生成及排放量，一般安装在排气歧管和进气歧管之间。随着国六排放路线的升级，对EGR阀的使用越来越频繁，并且将其作为重点监控对象，用ECU对其进行监控，一旦发生故障，就会出现ECU报警，并且会限扭限速，导致客户使用满意度降低，而且对EGR阀的寿命也进行了高要求，特别是中重型发动机。国家法规中，特别对EGR阀寿命提出了要求，之前主流EGR阀中所用的有刷电机，不再满足使用。但是国外所选的无刷电机，往往是BLDC电机，其价格贵，在国内暂无厂家可以批量生产。所以为了实现高寿命的EGR阀，电机选择扭矩电机，但是扭矩电机力矩偏小，而且不能使用齿轮系进行力矩放大。}

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种扭矩电机提升EGR阀，利用扭矩电机作为驱动，具有高寿命和高可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种扭矩电机提升EGR阀，包括阀体、设置在阀体中的中心杆、装配在中心杆上用于分别与上部密封口和下部密封口相配合进行密封的上阀芯和下阀芯；所述上阀芯和下阀芯的大小一致；所述阀体的上部外侧固设有扭矩电机，扭矩电机的驱动轴从阀体的侧壁插入中心杆上方的阀体中，驱动轴的内端部偏心固定连接有凸轮状的驱动板；所述驱动轴上装有扭转弹簧，并且扭转弹簧的一端插在驱动板上；驱动板上设置有由上轨道和下轨道组成的圆弧形的运动槽，运动槽中活动设置有轴承；所述中心杆的顶部固设有滑块，滑块的顶部设置有开口插板，驱动板的底部位于该插板的开口中，并且轴承通过穿在其内孔中的弹性销设置在该开口两侧的插板上。

进一步的，所述上轨道和下轨道均为以驱动板的凸轮基圆中心为圆心的圆弧形轨道，并且上轨道和下轨道的两端均分别以圆弧过度连接。

进一步的，所述阀体内的下部密封口中固设有下阀芯座圈；所述下阀芯座圈过盈装配在下部密封口中，并且下阀芯座圈与下部密封口之间均匀设置多个铆接块。

进一步的，所述阀体中固设有导向套座，导向套座中设有导向套，所述中心杆的上部插在导向套中。

进一步的，所述滑块的底端面上开设有导向插孔，所述中心杆的顶部插在该导向插孔中，并且中心杆在导向插孔中轴向位置可调，导向插孔中留有轴向可调空间。

进一步的，所述滑块的侧面上开设有用于作为焊接轨道的镂空孔。

进一步的，所述阀体的上部设置有防尘盖，并且防尘盖上设置有紧固螺栓；阀体的底部设置有堵盖，堵盖过盈装配在阀体的底部，并且堵盖与阀体之间均匀设置有多个铆接块；所述阀体上设置有进水管和出水管。

进一步的，所述上阀芯过盈装配在中心杆的中部，并且上阀芯与中心杆之间均匀设置有多个用于将其固定在一起的铆接块，所述中心杆上还固设有用于托住上阀芯的凸台；所述下阀芯过盈装配在中心杆的下端部；所述中心杆的底端从下阀芯中凸出，并且与下阀芯的连接处固设有一圈焊接圆角。

进一步的，所述中心杆的底端面上开设有用于下阀芯装配后进行扩口的槽口。

进一步的，所述阀体内的上端轴孔中设置有唇口密封，并且唇口密封的唇口向下。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型的EGR阀采用扭矩电机作为动力源，直接驱动驱动板运动，驱动板的作用是将扭矩电机的旋转运动转换成中心杆的直线运动。驱动板上设置有由上下轨道组成的圆弧形的运动槽，其内壁光滑且过渡自然，轴承可在里面滑动，当驱动板转动的时候，促使轴承沿着轨道向上或者向下滚动，进而可以驱动中心杆向上或者向下运动，使得EGR阀开启或者关闭。本实用新型采用等双阀芯结构，上下两个阀芯的大小一致，这样EGR阀工作的时候，就只需克服摩擦力即可。两个阀芯的大小一致，当引入废气后，上阀芯受到废气的作用力向上，下阀芯所受的废气的作用力向下，由于两个阀芯的大小相等，这样扭矩电机只需要克服本身的系统摩擦力，就能很好的克服扭矩电机驱动力不足的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型的剖视图；

图2是本实用新型另一个方向的剖视图；

图3是本实用新型的等阀芯的结构说明图；

图4是本实用新型的扭矩电机扭矩特性示意图；

图5是本实用新型的扭矩电机角度特性示意图；

图6是本实用新型的滑块结构示意图；

图7是本实用新型的进气导向设计图；

图中：1、堵盖，2、阀体，3、进水管，4、导向套座，5、导向套，6、唇口密封，7、滑块，8、螺母，9、驱动板，10、出水管，11、上阀芯，12、中心杆，13、下阀芯座圈，14、下阀芯，15、螺钉，16、弹性销，17、轴承，18、防尘盖，19、弹簧，20、弹簧衬套，21、扭矩电机，24、运动槽，25、导向插孔，26、可调节空间，27、焊接轨道，28、导气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本实用新型公开了一种扭矩电机提升EGR阀，包括阀体2、设置在阀体2 中的中心杆12、装配在中心杆12上用于分别与上部密封口和下部密封口相配合进行密封的上阀芯11和下阀芯14；上阀芯11和下阀芯14的大小一致；阀体2的上部外侧固设有扭矩电机 21，扭矩电机21的驱动轴从阀体2的侧壁插入中心杆12上方的阀体2中，驱动轴的内端部偏心固定连接有凸轮状的驱动板9；阀体2中的驱动轴上装有弹簧衬套20和弹簧19，并且弹簧 19的一端插在驱动板9上；驱动板9上设置有由上轨道和下轨道组成的圆弧形的运动槽24，运动槽24中活动设置有轴承17；中心杆12的顶部固设有滑块7，滑块7的顶部设置有开口插板，驱动板9的底部位于该插板的开口中，并且轴承17通过穿在其内孔中的弹性销16设置在该开口两侧的插板上。当EGR阀工作时，废气作用于上阀芯11和下阀芯14上，由于上阀芯 11与下阀芯14大小相等，这样排气对阀芯的压力就被消除了，所以在实际EGR阀工作过程中，只需克服摩擦力。

本实用新型的EGR阀采用扭矩电机21作为动力源，直接驱动凸轮状的驱动板9做旋转运动。驱动板9的作用是将扭矩电机21的旋转运动转换成直线运动，如图4所示，上轨道和下轨道均为以驱动板12的凸轮基圆中心为圆心的圆弧形轨道，并且上轨道和下轨道的两端均分别以圆弧过度连接，上轨道和下轨道组成了内外通透且为圆弧形的运动槽24，其内壁光滑且过渡自然，轴承17可在里面滑动，并且轴承17通过滑块7与中心杆12相连接。当驱动板9 受扭矩电机21的驱动而转动时，将促使轴承17在运动槽24中沿着轨道向上或者向下滚动，进而可以驱动中心杆12向上或者向下运动，实现EGR阀的开启或者关闭。向下转动的时候，运动槽24的上轨道与轴承17接触，促使EGR阀进行打开，然后向上转动的时候，运动槽24的下轨道与轴承17接触，促使EGR阀进行关闭运动。运动槽24为闭合设计，上下均有止点，可防止轴承17脱离轨道。

本实用新型的滑块7是实施本实用新型的关键。为了使得上阀芯11能够很好的贴紧阀体，设计了滑块7，滑块7除了固定轴承17之外，还和中心杆12在轴向位置可调。滑块7的底端面上开设有导向插孔25，中心杆12的顶部插在该导向插孔25中，并且中心杆12在导向插孔 25中轴向位置可调，导向插孔25中留有轴向可调空间26。

图4中已经明确了扭矩电机的扭矩特性，扭矩电机的扭矩在10°-80°之间力值最大，所以尽量选择期间作为起始点，将驱动板9转至扭矩电机21向限的10°位置。并且由于中心杆 12与上阀芯11是预装的，当上阀芯11与阀体2接触后，中心杆12的位置也就固定了，这就要求在轴向方向，滑块7中必须要给中心杆12预留一定的可调节空间26，如图1所示。当中心杆12与上阀芯16预先装配后，要保证上阀芯11贴紧阀体保证泄漏量，又要保证中心杆12到中心的距离，工艺无法保证，所以设计有中心杆12在滑块7内在轴向位置上可调，当上阀芯11贴紧阀体后，同时驱动板9处于扭矩电机21的力矩稳定向限内，然后焊接中心杆18与滑块13。

图1中，一旦螺母8拧紧后，扭矩电机21的10°的位置也就确定了，此时滑块7因为和驱动板9固定，滑块7的位置也就固定，而中心杆12此时的位置也固定了，因为制造误差和装配误差等因素，所以中心杆12顶端的位置可能有所偏差，滑块7的位置也可能有所偏差，所以要有可调节空间26，来消除制造误差和装配误差。当滑块7和中心杆12装配后，再进行焊接。

见图6所示，滑块7的侧面上开设有用于作为焊接轨道27的镂空孔。当中心杆12穿入滑块7中后，可以沿着焊接轨道27将中心杆12和滑块7进行焊接。经过大量的验证，这种设计方式焊接拉力强，可以满足使用要求。而滑块7导向插孔25，对中心杆12起到导向和定位作用。

为了解决扭矩电机21的驱动力较小问题，本实用新型关键在于采用了等双阀芯结构。等双阀芯结构由上阀芯11、下阀芯14、中心杆12和下阀芯座圈13等组成。EGR阀工作的时候，当引入废气后，上阀芯11受到废气的作用力向上，下阀芯14所受的废气的作用力向下，由于两个阀芯11、14的大小相等，这样扭矩电机21只需要克服本身的系统摩擦力，就能很好的克服扭矩电机21驱动力不足的缺陷。

为了使等双阀芯结构可靠，本实用新型的上阀芯11过盈装配在中心杆12的中部，并且上阀芯11与中心杆12之间均匀设置有多个用于将其固定在一起的铆接块，中心杆12上还固设有用于托住上阀芯11的凸台；下阀芯14过盈装配在中心杆12的下端部；中心杆12的底端从下阀芯14中凸出，并且与下阀芯14的连接处固设有一圈焊接圆角。中心杆12的底端面上开设有用于下阀芯14装配后进行扩口的槽口。本实用新型的上阀芯11与中心杆12是采用过盈加上端压铆的方式固定在一起的，这样在工作中当上阀芯11开关时，其受力向下，上阀芯11 的底端被凸台托住，能够有效的防止上阀芯11脱落。下阀芯14与中心杆12是采用过盈然后焊接的方式固定在一起的，并且中心杆12的底端凸出下阀芯14的底部一段，且在二者的连接处进行焊接时形成一圈焊接圆角，可以极大的增大焊接力，经过大量的数据采集分析验证，采用上述凸出的焊接结构，焊接拉脱力比通常的齐平焊接拉脱力，增加了约3倍，拉脱力可达到 20000N.m。同时在中心杆12的底端面开设槽口，在焊接完成后，使用工具进行扩口，将中心杆12的底端部扩大，可进一步的有效防止下阀芯14脱落。

阀体2内的下部密封口中固设有下阀芯座圈13；下阀芯座圈13过盈装配在下部密封口中，并且下阀芯座圈13与下部密封口之间均匀设置多个铆接块；因为EGR阀上下两个出口的内径相等，但是上阀芯11的内径又大于阀体2的内径，所以必须设计有下阀芯座圈13。在装配时候，先将上阀芯11装入，然后再装入下阀芯座圈13，再装入下阀芯14。下阀芯座圈13的材料必须与阀体2是同样的材料或者接近牌号的材料。若EGR阀直接与排气管连接，为了保证废气不从法兰面串出，将阀体材料选择和排气管材料接近，同时，法兰设计有导气口28；为了避免EGR阀从导向套处串出，EGR阀设计截流以及密封唇口结构；同时，为了适应热端安装，在阀体中间设计有冷却水道。

阀体2内的上端轴孔中设置有唇口密封6，中心杆12插在唇口密封6中，并且唇口密封6 的唇口向下。唇口密封6的主要作用是密封废气，防止过量废气直接排到空气中，因为该唇口密封6的唇口向下，空气压力越大，其密封作用越可靠。

阀体2中固设有导向套座4，导向套座4中上装有导向套5；中心杆12的上部插在导向套 5中。阀体2的上部设置有防尘盖18，并且防尘盖18上设置有螺钉15；阀体2的底部设置有堵盖1，堵盖1过盈装配在阀体2的底部，并且堵盖1与阀体2之间均匀设置有多个铆接块；阀体2上设置有进水管3和出水管10。

本实用新型的扭矩电机21的原理为四个永磁磁极(转子)在受到4个线圈(定子)磁场相互作用下，产生旋转扭矩，驱动转子旋转。通电后，线圈产生磁性，与四个永磁磁极产生力矩作用，驱动电机旋转，内部其并不接触，所以可保证很长的使用寿命。扭矩电机21的内部有霍尔芯片，通过旋转产生的磁场变化，可以准确知悉驱动轴的旋转角度。阀体2主要起连接发动机以及构成EGR阀组成的重要部分，这里所要特别说明的是热端EGR阀，与发动机排气管相连，材料选择和排气管材料接近，可有效防止变形，且设计有导气口28，可解决因为热胀冷缩带来的EGR阀漏气的现象。该失效现象在热端使用较为普遍，但是通过本实用新型中所述的做法，可以解决该失效情况。阀体2是经过大量实验验证，并且只需经过简单改进即可满足要求的设计。因为阀体2直接安装排气管上，导致阀体的法兰变形，废气会从变形处串出，导致排放不准，而且串出的高温气体会融化其他零部件，导致一系列的失效。所以本实用新型中阀体2的材料，接近排气管的材料牌号，这样两者膨胀系数相同，同时阀体2的进气口设计导气口设计，安装的时候，阀体与排气管形成了简单的迷宫式密封结构，大大减少了泄露。见图 7所示。

设计图

扭矩电机提升EGR阀论文和设计

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设计说明书

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