用于可选地释放或阻断用于排气后处理设备的排气再循环流或二次空气流的阀装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于可选地释放或阻断用于排气后处理设备的排气再循环流或二次空气流的阀装置。


背景技术：

2.这种阀装置在释放或阻断二次空气流时用于在内燃机的冷启动阶段中通过将新鲜空气吹入到由其产生的排气中来后氧化未使用的燃料部分。后氧化是一种发热放热反应，其中，利用该热量可以改善催化器的起燃特性，以便这样使污染物排放最小化。因此需要在内燃机启动时立即确保阀装置的功能性。
3.阀装置在释放或阻断排气再循环流时尤其用于减少由于在内燃机中燃烧的燃料
‑
空气混合物的化学计量组成和此时主导燃烧温度发生变化而形成的氮氧化物。在这种情况下，阀装置也必须在内燃机的整个运行期间发挥功能。
4.这种阀装置例如在ep1369559a2、de9415251u1、de3844453a2和ep1860315a2中是已知的。
5.在下文中，使用由新鲜空气泵提供的二次空气流来讨论所提出的特征和与此相关的技术效果，其中，技术效果同样适用于用于释放或阻断排气再循环空气流的阀装置。
6.在阀装置用于释放或阻断二次空气流的情况下，二次空气流借助新鲜空气泵产生。在特殊的行驶状态下，排气会回流到新鲜空气泵。但是，排气以及尤其是排气中包含的燃烧残留物会损坏新鲜空气泵，从而必须避免这种回流。
7.打开和关闭阀装置所使用的主封闭元件在这种阀装置中通常紧固在挺杆或杆处，该挺杆或杆借助致动装置轴向前后移动。为了避免上面提到的回流，例如在ep1860315a2中所示的阀装置为此具有第二封闭元件，该第二封闭元件可在封闭位置和打开位置之间移动并以包围挺杆的方式支承在挺杆处，在该封闭位置处，第二封闭元件抵靠阀座并封闭阀开口，在该打开位置处，第二封闭元件释放阀开口。第二封闭元件不通过致动装置移动，而是仅通过空气流移动，从而第二封闭元件代表止回阀，该止回阀一旦存在朝向新鲜空气泵的回流就关闭。
8.为了确保第二封闭元件沿挺杆的可移动性，在第二封闭元件和挺杆之间设置有环形间隙。为了防止排气流过该间隙并可以到达新鲜空气泵，必须密封该间隙。然而，已经证实，在根据ep1860315a2的阀装置中为此使用的密封件承受高磨损并因此经常失效。为了达到所需的可靠性，该密封件必须使用非常优质的材料制成，这会增加此处所示的阀装置的成本。


技术实现要素：

9.本发明的一个实施方式的目的是提供一种阀装置，利用该阀装置能够通过简单且廉价的手段减少阀装置的密封件的磨损。同时，应实现位置公差的补偿。
10.该目的是通过权利要求1中指定的特征来实现的。有利的实施方式是从属权利要求的主题。
11.本发明的一个实施方式涉及一种用于可选地释放或阻断用于排气后处理设备的排气再循环流或二次空气流的阀装置，其包括：
12.‑
具有用于所述排气再循环流或二次空气流的入口和出口的阀壳体；
13.‑
阀座，所述阀座布置在所述入口和所述出口之间，并且所述阀座形成阀开口；
14.‑
第一封闭元件，所述第一封闭元件可在第一位置和第二位置之间调节，在所述第一位置处，所述第一封闭元件抵靠所述阀座并封闭所述阀开口，在所述第二位置处，所述第一封闭元件释放所述阀开口；
15.‑
挺杆，所述挺杆沿纵向轴线可位移地支承在所述阀壳体中，并且所述挺杆与所述第一封闭元件连接；
16.‑
致动装置，利用所述致动装置使所述挺杆可如此沿所述纵向轴线移动，使得所述第一封闭元件可在所述第一位置和所述第二位置之间调节；以及
17.‑
第二封闭元件，所述第二封闭元件可沿所述纵向轴线在封闭位置和打开位置之间移动并以包围所述挺杆的方式支承在所述挺杆处，在所述封闭位置处，所述第二封闭元件抵靠所述阀座并封闭所述阀开口，在所述打开位置处，所述第二封闭元件释放所述阀开口，其中，
18.‑
所述阀装置具有相对于所述挺杆固定地紧固在所述挺杆处并可通过所述挺杆移动的密封件，所述密封件在所述封闭位置处密封地抵靠所述第二封闭元件。
19.所提出的阀装置的一个关键思想是将密封件相对于挺杆固定地紧固。在以下描述的范围内，“相对于挺杆固定地”应理解为挺杆和密封件执行相同的运动并且在挺杆和密封件之间不发生相对运动。这正是与现有技术以及尤其是与从ep1860315a2已知的阀装置存在决定性区别的地方。
20.将第二封闭元件和挺杆之间的间隙密封所使用的密封件在ep1860315a2中公开的阀装置中与阀壳体牢固地连接，从而随着挺杆的每次运动在密封件和挺杆之间发生相对运动。由于这种相对运动而使密封件受到很大的磨损。与此不同，所提出的阀装置的密封件固定地紧固在挺杆处并仅在封闭位置处抵靠第二封闭元件。与ep1860315a2中公开的阀装置的密封件相比，所提出的阀装置的密封件的负载和磨损显著降低，从而所提出的阀装置的密封件的功能性显著延长，并且密封件仍可以由相对便宜的材料制成。
21.在根据ep1860315a2的阀装置中，将挺杆密封所使用的密封件紧固在阀座处。为了仍然可以提供阀开口，在ep1860315a2中公开的阀座具有多个朝向挺杆伸展并横穿阀开口的腹板。在根据本发明的阀装置中不需要这种腹板，由此可以优化液压横截面。在压降和流量恒定的情况下，可以减小阀开口的直径，并且将整个阀开口设计得更紧凑。可以减小用于打开和关闭阀开口的致动力并且将致动装置的尺寸设计得更小。另一方面，在致动力恒定且致动装置尺寸相同的情况下，可以实现更大的阀开口的流动横截面并因此实现更有利的流动(更低的压降、增加的流量)。
22.根据另一实施方式，所述密封件具有密封轮廓，并且所述第二封闭元件具有与所述密封轮廓相对应的配合密封轮廓，所述密封轮廓和所述配合密封轮廓在所述封闭位置处彼此抵靠。在下文中，密封轮廓和配合密封轮廓应理解为三维结构，从而密封件和第二封闭
元件不仅可以在平坦的密封表面上彼此抵靠，而且还可以在弯曲的和/或倾斜的密封表面上彼此抵靠。密封轮廓和配合密封轮廓可以如此设计，使得产生特别大的密封表面。密封则特别极为有效。
23.在一个改进的实施方式中，所述密封轮廓可以如此设计，使得其比所述配合密封轮廓更软，其中，在所述封闭位置处，所述配合密封轮廓至少部段地包围所述密封轮廓。在此方面，术语“软”尤其是指密封轮廓和配合密封轮廓的可变形性。可以通过密封轮廓和配合密封轮廓的几何形状以及通过所使用的材料来设定可变形性。为此，可以例如将壁厚相应地选择为更薄或更厚，并且可以设置特别良好变形或特别刚性的部段。在将配合密封轮廓接合到密封轮廓中时，密封轮廓由于较软的设计而会相应地变形，从而可以改变密封轮廓和配合密封轮廓之间的密封直径和/或密封角度，并且即使在磨损时也可以产生公差补偿。由此可以更长时间地保持密封效果。也就是说，当第二封闭元件构成为比密封件软并且密封轮廓包围配合密封轮廓时，也可以实现这种效果。然而，提出的是，将整个第二封闭元件设计得更硬，以便将必要的机械稳定性赋予给第二封闭元件。
24.在一个改进的实施方式中，所述密封件可以具有突出部，从而在所述挺杆和所述密封件之间形成环形空间，其中，所述密封轮廓布置在所述突出部上。根据提案，密封轮廓是固定地紧固在挺杆处的密封件的一部分，而配合密封轮廓是第二封闭元件的一部分。在回流时，排气会流过第二封闭元件和挺杆之间的间隙并进入到环形空间中。结果，排气将密封轮廓的较软材料径向向外压靠配合密封轮廓，从而回流的排气提高了密封轮廓和配合密封轮廓之间的表面压力并因此提高了密封效果。
25.一个改进的实施方式的特征在于，所述阀座和所述阀开口由盘形体形成，在所述盘形体上，
26.‑
布置有第一密封部段，所述第一封闭元件在所述第一位置处抵靠所述第一密封部段；和/或
27.‑
布置有第二密封部段，所述第二封闭元件在所述封闭位置处抵靠所述第二密封部段。
28.在该实施方式中，第一封闭元件和第二封闭元件抵靠不同的密封部段。因此能够分别针对第一关闭元件和第二关闭元件的特性优化第一密封部段和第二密封部段的设计，以提高整个阀装置的密封效果并保持长的操作持续时间。
29.根据另一实施方式，所述密封轮廓和所述配合密封轮廓如此构成，使得当所述第二密封部段抵靠所述第二封闭元件时，所述密封轮廓和所述配合密封轮廓已经彼此抵靠。由此可以补偿轴向构件公差。
30.一个改进的实施方式的特征在于，所述阀装置包括用于将所述第二封闭元件偏置到所述封闭位置的偏置元件。偏置元件如此设计，使得其当新鲜空气泵提供二次空气流时允许打开第二封闭元件，但当发生回流时确保的是，第二封闭元件移动到封闭位置。偏置元件可以如此设定，使得当仅存在非常少的二次空气流并因此即将发生回流时，第二封闭元件已经置于封闭位置。因此，防止了排气很可能损坏新鲜空气泵。
31.根据另一实施方式，所述偏置元件构成为包围所述挺杆的弹簧。弹簧有多种设计可供选择，从而可以根据要满足的要求不大费力地选择弹簧。挺杆可以同时用作弹簧的引导装置，以防止弹簧屈曲。
32.另一实施方式的特征在于，所述弹簧布置在所述第一封闭元件和所述第二封闭元件之间。根据该实施方式的弹簧的布置的特征在于，不必对第一封闭元件和第二封闭元件进行显著结构改变。
附图说明
33.下面参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。在附图中：
34.图1示出了根据本发明的阀装置的一个实施方式的立体图；
35.图2示出了图1所示的根据本发明的阀装置的实施方式的俯视图；
36.图3示出了图1和图2中所示的根据本发明的阀装置的实施方式在第一操作状态下沿图2中限定的截面a
‑
a的截面图；
37.图4示出了图3中标记的截面x的放大图；
38.图5示出了图1和图2中所示的根据本发明的阀装置的实施方式在第二操作状态下沿图2中限定的截面a
‑
a的剖视图；
39.图6示出了图5中标记的截面y的放大图。
具体实施方式
40.在图1和图2中示出了根据本发明的阀装置10的一个实施方式，利用该阀装置可以例如提供用于在此未示出的排气后处理设备的二次空气流。阀装置10具有阀壳体12，套管14紧固在该阀壳体12处，该套管14又可以与未示出的软管连接，该软管可与也未示出的新鲜空气泵连接。新鲜空气泵提供二次空气流，该二次空气流由新鲜空气泵通过软管和套管14导入到阀壳体12中。下面还讨论回流，该回流应理解为朝向新鲜空气泵的排气流，该排气流在与二次空气流相反的方向上流动。使用所提出的阀装置10要防止这种回流，因为包含在回流中的排气会损坏新鲜空气泵。
41.尤其是从图1中可以看出，挺杆16支承在阀壳体12中，该挺杆16可沿其纵向轴线l(尤其参见图3至图6)相对于阀壳体12位移。
42.在图3中以沿图2中限定的截面a
‑
a的截面图示出了图1和图2中所示的阀装置10，其中，阀装置10处于第一操作状态。可以看出，阀壳体12具有入口18，通过该入口18可以将已经提到的二次空气流通过套管14导入到阀壳体12中。从图3可以清楚地看出，套管14与入口18流体连接并具有连接部段20，软管可以紧固在套管14上的该连接部段20处。此外，阀壳体12具有在此未详细示出的出口22，二次空气流可以通过该出口22再次离开阀壳体12。出口22通过在此也未示出的管系统与排气后处理设备连接。
43.阀装置10具有阀座24，该阀座24在所示的实施方式中由盘形体26形成，该盘形体26与阀壳体12牢固连接并相对于阀壳体12密封。盘状体26形成阀口28，该阀开口28由已经提到的挺杆16穿过。为了使挺杆16沿其纵向轴线l往复运动，设置有致动装置30，该致动装置30在此仅示意性示出。从图3还可以看出，阀壳体12外部的挺杆16与复位弹簧32相互作用，该复位弹簧32如此对准，使得挺杆16在致动装置30发生故障的情况下复位到图3所示的位置。
44.挺杆16以其与致动装置30相对的端部与第一封闭元件34连接，该第一封闭元件34可通过挺杆16在第一位置和第二位置之间调节，在该第一位置处，第一封闭元件34抵靠阀
座24并封闭阀开口28，在该第二位置处，第一封闭元件34释放阀开口28并因此不再抵靠阀座24。第一位置在图3和图4中示出，而第一封闭元件34的第二位置在图5和图6中示出。
45.阀装置10还包括第二封闭元件36，该第二封闭元件36可沿挺杆16的纵向轴线l在封闭位置和打开位置之间移动，在该封闭位置处，第二封闭元件36抵靠阀座24并封闭阀开口28，在该打开位置处，第二封闭元件36释放阀开口28并因此不再抵靠阀座24。为了确保第二封闭元件36相对于挺杆16的可移动性，在挺杆16和第二封闭元件36之间存在在图中不可见的环形间隙。在图3至图6中，第二封闭元件36处于封闭位置。
46.下面尤其是参照图4，该图4放大再现了在图3中标记的截面x。第一封闭元件34基本上是u形并且包围空腔38，第二封闭元件36在第一操作状态下被引入到该空腔38中。在空腔38中布置有偏置元件40，该偏置元件40在所示的示例中构成为弹簧42。弹簧42布置在第一封闭元件34和第二封闭元件36之间并且将第二封闭元件36偏置到封闭位置。
47.已经提到的盘状体26具有第一密封部段44和径向布置在第一密封部段44内部的第二密封部段46。在第一位置处，第一封闭元件34密封地抵靠第一密封部段44，而第二封闭元件36在封闭位置处密封地抵靠第二密封部段46。
48.第一密封部段44和第二密封部段46可以由一体式密封体构成，该一体式密封体基本上通过盘状体26的面向第一封闭元件34和第二封闭元件36的侧部延伸。该密封体还可以在背离纵向轴线l的侧部上侧向地至少部段地包围盘状体26并形成盘状体26和壳体12之间的密封连接。
49.第一密封部段44可以由在纵向轴线l的对准中突出的驼峰形环形密封件形成，而第二密封部段46可以以环形和柔性密封唇的方式构成，该环形和柔性密封唇具有相对于纵向轴线l向外的优选方向。
50.此外，阀装置10具有相对于挺杆16固定地紧固在挺杆16处并可通过挺杆16移动的密封件48。为此，挺杆16具有环形凹部49，密封件48以形状配合的方式引入到该环形凹部49中。密封件48形成大致平行于挺杆16的纵向轴线l伸展的突出部50，在该突出部50的径向向外指向的表面上构成有大致锥形的密封轮廓52。因为突出部50大致平行于挺杆16的纵向轴线l并且与其径向距离延伸，由于突出部50大致平行于挺杆16的纵向轴线l且与挺杆16径向间隔开地延伸，因而密封件48包围环形空间54，该环形空间54因此布置在挺杆16和密封件48之间。
51.第二封闭元件36具有与密封轮廓52相对应的配合密封轮廓56，该配合密封轮廓56也构成为近似锥形。通过密封件48的几何形状并通过所使用的材料，可以使密封件48具备一定的变形能力。密封轮廓52和配合密封轮廓56之间的密封角可以通过变形能力来设定并且可以实现公差补偿。
52.阀装置10以如下方式操作：如已经提到的，图3和图4中的阀装置10处于第一操作状态，在该第一操作状态下，第一封闭元件34处于第一位置并且第二封闭元件36处于封闭位置。结果，阀开口28由第一封闭元件34和第二封闭元件36两者封闭。由新鲜空气泵提供的二次空气流因此不会流过阀开口28并且不会到达排气后处理设备。
53.然而，如果向排气后处理设备施加二次空气流，则致动装置30被激活，该致动装置30使挺杆16相对于图3至图6中所选择的图示向下移动，从而将第一封闭元件34置于第二位置(参见图5和图6)。然而，致动装置30的激活不会使得将第二封闭元件36也置于打开位置。
第二封闭元件36仅通过所设定的流动来调节，从而当新鲜空气泵提供二次空气流时，第二封闭元件36向下移动到打开位置。二次空气流现在可以流过阀开口28，从而可以向排气后处理设备施加二次空气。该操作状态未在图中示出。
54.在设定了向新鲜空气泵的回流的情况下，第二封闭元件36复位到其封闭位置，如在图5和图6所示的第二操作状态下的情况那样。在这里，密封轮廓52接合到配合密封轮廓56中并密封环形空间54。挺杆16和第二封闭元件之间的环形间隙可以仍然由排气流过，然后该排气可以到达环形空间54中。然而，由于环形空间54由密封件48密封，因而排气不会再朝新鲜空气泵的方向流动。由于阀开口28因第二封闭元件36抵靠第二密封部段46而封闭，因而禁止通过阀开口28的回流。为了可以在回流时在没有大的复位力的情况下通过第二封闭元件36封闭第二密封部段46，密封唇由柔性材料制成。其中密封唇的刚度可以通过材料的选择或通过几何形状的适配来针对性地设定。几何形状的适配可以例如通过壁厚和/或密封唇的角度进行。
55.根据一个未示出的改进方案，第二密封部段46可以类似于由密封件48和配合密封轮廓56形成的密封区域来构成。而且在该设计方案中应如此选择优选方向，使得在回流时密封唇以压力支持的方式封闭第二密封部段46。
56.因此，可以相对于纵向轴线l在径向外侧构成配合密封轮廓，并且可以相对于纵向轴线l在径向内侧构成密封唇的密封轮廓。密封唇的密封轮廓和配合密封轮廓之间的密封角可以通过密封唇的变形能力来设定，由此可以实现公差补偿。
57.在第二操作状态下，阀开口28由第二封闭元件36封闭，而不是由第一封闭元件34封闭。第一封闭元件34保持在其第二位置。该操作状态在图5和图6中示出。
58.从这些说明中可以清楚地看出，第一封闭元件34借助致动装置30在第一位置和第二位置之间移动，而第二封闭元件36通过设定的流动在封闭位置和打开位置之间移动。第二封闭元件36从打开位置到封闭位置的移动由弹簧42支持，以确保的是，即使在轻微回流时阀开口28也由第二封闭元件36封闭。因此，保护了新鲜空气泵免受排气造成的损坏。
59.附图标记说明：
60.10
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阀装置
61.12
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阀壳体
62.14
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套管
63.16
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挺杆
64.18
ꢀꢀꢀꢀꢀ
入口
65.20
ꢀꢀꢀꢀꢀ
连接部段
66.22
ꢀꢀꢀꢀꢀ
出口
67.24
ꢀꢀꢀꢀꢀ
阀座
68.26
ꢀꢀꢀꢀꢀ
盘状体
69.28
ꢀꢀꢀꢀꢀ
阀开口
70.30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
致动装置
71.32
ꢀꢀꢀꢀꢀ
复位弹簧
72.34
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一封闭元件
73.36
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二封闭元件
74.38
ꢀꢀꢀꢀꢀ
空腔
75.40
ꢀꢀꢀꢀꢀ
偏置元件
76.42
ꢀꢀꢀꢀꢀ
弹簧
77.44
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一密封部段
78.46
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二密封部段
79.48
ꢀꢀꢀꢀꢀ
密封件
80.50
ꢀꢀꢀꢀꢀ
突出部
81.52
ꢀꢀꢀꢀꢀ
密封轮廓
82.54
ꢀꢀꢀꢀꢀ
环形空间
83.56
ꢀꢀꢀꢀꢀ
配合密封轮廓
84.l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
纵向轴线