[发明专利]致动器和紧凑的EGR阀

说明书

致动器由具有转子的无刷电动机驱动，转子具有轴向延伸的磁体，磁体允许转子的轴向移动，同时保持磁体和固定在固定位置的定子之间的重叠。转子通过诸如斜面或螺纹的连接与固定结构接合，所述连接将旋转转化为转子沿致动器的旋转轴线的轴向移动。联接到转子的阀构件在关闭位置和调节通过阀的流体流动的一系列位置之间轴向移动。电动机控制电路向定子线圈供电，以使转子和联接的阀构件旋转到期望的轴向位置，并将转子和阀构件保持在选定的位置。转子和阀构件可以朝向对应于阀构件的关闭位置的旋转位置偏压。

技术领域

本发明的多个方面涉及一种紧凑的致动器和排气再循环(EGR)阀。

背景技术

在汽车工程领域中，特别是在与内燃机中的排放和燃料效率改进相关的领域中，众所周知的是提供排气再循环系统。EGR阀调节排气到发动机进气系统的流量，从而导致发动机效率提高、燃料消耗降低和氮氧化物污染物排放降低。EGR阀在高热环境中操作并暴露于排气，排气可在阀上积聚碳沉积物，从而导致故障。

发明内容

在所公开的致动器的实施例中，无刷电动机包括转子中的轴向延伸的磁体，所述磁体允许转子的轴向移动，同时保持磁体和固定在固定位置的定子之间的重叠。转子以将旋转转化为轴向移动的方式与固定结构(例如致动器的壳体)接合。转子和固定结构之间的螺纹连接是这种接合的一个示例。在一个公开的实施例中，转子包括在圆周外表面上的螺旋斜面或螺纹，壳体包括在相对的内表面上的互补的螺旋斜面或螺纹。在替代的实施例中，转子包括与固定的轴向轴上的斜面或螺纹接合的螺母。在致动器的任一实施例中，转子和固定结构上的配合的斜面或螺纹将转子的旋转转化为转子和联接到转子的构件的轴向移动。可以选择螺纹或斜面的构造，以改变对应于所需轴向移动的转子圈数。

根据本公开的多个方面，一种外转式无刷电动机构造(在该构造中，转子围绕定子)，该超越无刷电动机构型连同与轴向轴或柱上的螺母一起提供了改进的转矩。根据本发明的各方面，由致动器移动的构件可以是旋转对称的并且联接成与转子一起旋转。在替代实施例中，转子和构件之间的联接可允许构件通过轴向轨道等保持旋转固定，同时通过转子轴向移动。在构件与转子一起旋转的实施例中，转子与构件之间的联接可包括弹性部件，以在构件到达完全打开位置或完全关闭位置时吸收能量。在所公开的紧凑的EGR阀的背景下，圆柱形阀构件的旋转起到去除沉积物的作用，这些沉积物否则可能积聚在该阀构件或相邻结构上。圆柱形阀构件的前缘可包括齿或锯齿，以切除沉积物并保持阀构件的平滑移动。

EGR阀的主体可以限定多个计量通道，当圆柱形阀构件从关闭位置缩回时，这些计量通道暴露出来。可以选择计量通道的数量和形状以限定在圆柱形阀构件的各个轴向位置处流过EGR阀的气体速率。压力平衡活塞连续地暴露于气体压力并减小施加在阀构件上的力。压力平衡活塞可包括绝缘体以减少致动器所暴露的热量。

阀的电子控制单元可以集成到阀中或远程安装用于较高温度的应用。电动机设计还可选地允许无传感器位置控制。在一种模式中，控制电路的功能可以类似于将整个旋转分成多个相等步幅的步进电动机的功能。然后，可以命令电动机的位置在这些步幅之一处移动和保持，以限定阀构件的固定位置。

所公开的紧凑的EGR阀的优点包括：连续机械自清洁，这消除软件控制的清洁周期；细长筒型设计允许在发动机上容易组装和拆卸；压力平衡允许使用更小的电动机并改善可控性；滑阀类型以及在主体的壁中开口，这允许非常精确地控制阀构件移动和通过阀的气流之间的关系(增益)；开口的数量和形状允许针对不同应用缩放流动面积；圆柱形移动元件可以充当轴颈轴承并且消除对滚子轴承的需要；整体设计相比于现有技术显著减少了部件数量(50-70％)；无传感器的磁场定向控制可以消除对单独的霍尔或位置传感器的需要。

所公开的致动器和紧凑的EGR阀的应用包括：用于600ccm至15L或更大的柴油发动机的可缩放EGR；用于后处理系统的旁通阀；用于卡车的排气制动器；用于顺序涡轮增压器的阀。替代地，所公开的致动器可以用作电子恒温器的一部分，以便比现有的热致动阀(其是打开或关闭的)更精确地调节大型发动机中的冷却剂温度。

附图说明