專利名稱：具有改進凈化的金屬罐凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動機動車輛的內(nèi)燃機的車載蒸發(fā)排放控制裝置。這些裝置包括一個蒸汽收集罐，收集由盛有發(fā)動機揮發(fā)性液體燃料的燃料箱排放的燃料蒸汽；一個凈化閥，用以周期性地將收集到的蒸汽排到發(fā)動機的進氣歧管。
背景技術(shù)：
的概要當(dāng)今的這些裝置一般包括一個電磁控制凈化閥，它處于由以微處理機為基礎(chǔ)的發(fā)動機控制系統(tǒng)產(chǎn)生的凈化控制信號的控制之下。常用的控制信號是一種具有較低頻率，例如在5至50赫范圍內(nèi)的工作循環(huán)調(diào)制脈沖波形。其調(diào)制范圍自0％至100％。某些常用的電磁控制凈化閥的響應(yīng)動作快得足以使該閥在某種程度上跟隨被施加于其上的脈沖波形，這導(dǎo)致該凈化流經(jīng)受同樣的脈沖。這種脈沖有時可損害排氣管排放控制的目標，因為這種流向進氣歧管的脈沖蒸汽流可在發(fā)動機排氣管中產(chǎn)生有害的碳氫化合物峰值。車輛在正常運行期間出現(xiàn)的進氣歧管真空度的變化也可以某種方式直接作用在該閥上，從而打亂了排放控制的對策，除非采取一些措施來考慮它們的影響，諸如設(shè)置一真空調(diào)節(jié)器閥。此外，低頻脈沖可產(chǎn)生可聽見的似乎擾動的噪聲。
本發(fā)明總的方面是提供一種金屬罐凈化閥，盡管有損害控制精度的影響存在它仍能提供更精確的控制。為推動這一總目標，一個更為具體的方面是提供一種帶有線性電磁致動器的金屬罐凈化閥。其它更加具體的方面涉及到各種結(jié)構(gòu)特點，諸如閥和座構(gòu)件的細節(jié)。
在所有附圖的隨后的說明及權(quán)利要求書中將會看到本發(fā)明的上述的和另外的特點，以及其它的優(yōu)點和好處。這些附圖公開了本發(fā)明的一個優(yōu)先實施例，該實施例是為實施本發(fā)明現(xiàn)時所設(shè)想的最佳模式。
附圖簡述

圖1是通過金屬罐凈化電磁閥第一實施例的縱剖視圖，該實施例體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，并表示與蒸發(fā)排發(fā)控制裝置相聯(lián)的金屬罐凈化電磁閥。
圖2是圖1圓圈2中的放大破碎視圖，描繪一種修改的形式；圖3是通過金屬罐凈化電磁閥的體現(xiàn)本發(fā)明原理的第二實施例的縱剖視圖；圖4表示與一調(diào)壓器相聯(lián)的圖1的閥；圖5表示具有簡略描繪的附加特點的圖1的閥；圖6表示具有簡略描繪的附加特點的圖1的閥；圖7、8和9是相應(yīng)的曲線圖，有助于說明本發(fā)明的某些方面；圖10是控制金屬罐凈化電磁閥操作的簡略電氣框圖。
優(yōu)先實施例描述圖1表示機動車的一種蒸汽排放控制裝置100，包括一蒸汽收集罐120和一金屬罐凈化電磁閥140，后者以通常的方式串連連接在內(nèi)燃機200的燃料箱160和進氣歧管180之間。一發(fā)動機控制計算機220為操作該140閥提供一凈化控制信號。
閥140包括一個由兩部分組成的閥體B1，B2，具有一個進口23，經(jīng)導(dǎo)管280聯(lián)接于金屬罐120的凈化口；一個出口22，經(jīng)導(dǎo)管320聯(lián)接于進氣歧管180。一導(dǎo)管321將金屬罐罐口連通到燃料箱160的自由空間。金屬罐凈化電磁閥140有一縱軸線340，而閥體件B1包括一圓柱形側(cè)壁360，與軸線340共軸線，在上軸向端是敞口的，在那里跟閥體件B2組合在一起。在其下軸向端，閥體件B1包括一側(cè)壁11，與軸線340共軸線，被出口22徑向貫穿。肩350將側(cè)壁11和側(cè)壁360連接在一起。側(cè)壁11包含一凸肩，它連接側(cè)壁11的相應(yīng)下部和上部11A、11B；前者為完全圓柱形，而后者為部分圓柱形。進口23為肘形，自側(cè)壁11的下軸向端延伸。閥體件B1除了其開口的上軸向端和兩口22與23之外，是自行封閉的。
電磁線圈S配置于閥體件B1內(nèi)，在裝配時經(jīng)閥體件B1的開口上端安裝。該電磁線圈包括一線圈架8；磁導(dǎo)線9，繞于線圈架8以構(gòu)成一安裝在線圈架上的電磁線圈；及與線圈架-線圈組件相關(guān)的定子構(gòu)件。該定子構(gòu)件包括一個配置在線圈架-線圈組件上端的定子上端件7；一個圍繞線圈架-線圈組件外表面沿圓周配置的圓柱形定子側(cè)件19；和一個配置在線圈架-線圈組件下端的定子下端件10。
定子上端件7包括一個平圓盤部，其外周與側(cè)件19的上端配合，而且包含一個孔，其中壓入軸套4，以便和軸線340共軸線。該圓盤部還包含另一孔，為一對安裝在線圈架上的且磁導(dǎo)線9的兩端連于其上的導(dǎo)電端子17提供向上的通道。上端件7還包括一圓錐形頸部7A，自圓盤部向下延伸某一距離，伸入線圈架8的與軸線340共軸線的中心通孔內(nèi)。頸部7A的內(nèi)表面是圓柱形的，而其外表面是截頭圓錐形，結(jié)果形成一個隨該頸部向線圈架通孔內(nèi)延伸其錐度逐漸縮小的徑向厚度。
定子下端件10包括一平圓盤部，其外周與側(cè)件19的下端配合，而且還包含一個孔，其中壓入一軸套20，以便和軸線340共軸線。下端件10還包括一上圓柱形頸部10A，自圓盤部向上延伸某一距離，伸到線圈架8的與軸線340共軸線的中心通孔內(nèi)。頸部10A具有均勻的厚度。下端件10再包括一下圓柱形頸部10B，自圓盤部向下延伸某一距離，這樣，其最下端密接地裝配在側(cè)壁11的下部11A內(nèi)。閥座件21的截面收縮形成頸部，從而壓配合于頸部10B的下端，并以O(shè)型環(huán)24密封壁部11A的內(nèi)部。在與側(cè)壁11配合的該最下端的上部，頸部10B包含幾個通孔10C，它連通出口22和閥座件21上方以頸部10B為界的空間。側(cè)壁11的上部11B制成按早先所描繪的形狀，以便在不使通孔10C節(jié)流的情況下構(gòu)成連能。
軸套4和20用于對沿軸線340作線性運動的閥軸12進行導(dǎo)向。軸12的中心區(qū)被略微放大，使管形銜鐵18壓配合于其上。軸12的下端制成一閥件，與閥座件21相互配合。圖1的閥件通常為錐銷形，并包括一個具有圓拱形端部的截頭尖端12A。在銷尖12A的正上方，在軸的周圍配置一O環(huán)型密封裝置13，用以密封閥座件21。下面連同附圖2將敘述閥座件的細節(jié)。圖1表示該密封裝置密接地座落在元件21上，以封閉出口23和進口22之間的流道。在該位置上，銜鐵18的上部軸向重疊于頸10A上端和頸7A下端之間的氣隙，但有些微徑向間隙，因此，銜鐵18并不實際接觸這些頸部，從而避免磁短路。
軸12的上端在軸套4上方伸出一距離，為彈簧座3固定于其上創(chuàng)造條件。在閥體件B2用咬緊環(huán)5固定于閥體件B1，環(huán)5夾緊面對面的接合突緣而將閉封裝置6夾于它們之間的情況下，一螺線形彈簧2′被緊握在座3和另一彈簧座1之內(nèi)，后者安裝在閥體件B2的制成適當(dāng)形狀的凹口內(nèi)。一校正螺絲14擰入該凹口的一個孔內(nèi)，與軸線340共軸線，通過用以調(diào)正彈簧座1相對于該凹口軸向定位范圍的適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動工具(未示)從外部可以接觸該螺絲。將螺絲14逐漸擰入該孔中，便逐漸使座1向彈簧座3方向移動，在這過程中，逐漸壓縮彈簧2′。端子17還和安裝在閥體件B2中的端子16連接，構(gòu)造電連接器15，用以跟連于發(fā)動機控制計算機220的另一連接器(未示)配對嚙合。
當(dāng)對電磁線圈9逐漸供電，銜鐵18克服彈簧2′的反向彈簧力被向上推動，使該閥離座，從而打開該閥，因此，在出口22和進口23之間可出現(xiàn)流體流動。一般說來，閥開啟程度取決于通過該電磁線圈的電流大小，因此，受電流的控制，通過該閥的凈化流得到控制。這些控制與閥響應(yīng)的細節(jié)隨后連同對本發(fā)明的新穎方面的進一步敘述以較大的篇幅將得到說明。
圖2表示該閥件在軸12下端的修改形式的細節(jié)及閥座件21的細節(jié)。該閥件包括一圓拱形尖端12B，自尖端12B延伸的截頭錐體區(qū)12C，自12C區(qū)延伸的直圓柱區(qū)12D，一個配置在12C區(qū)緊上方軸上的O型環(huán)橡膠密封裝置，和一個在密封裝置上端的整行支承突級12F。閥座件21中的通孔包括一個向內(nèi)指向的凸肩21A，凸肩21A有一直圓柱區(qū)21B和一自21B區(qū)延伸并通至以頸部10B為界的內(nèi)部空間的截頭座面21C。在所示的關(guān)閉位置，密封裝置13的圓形表面部分跟接近21B區(qū)的座面21C沿圓周保持連續(xù)密封接觸，而12D區(qū)跟21B區(qū)是沿軸向共同擴張的。
隨著閥軸最初向上移動，使閥件開始離座，O型環(huán)密封裝置13脫離跟座表面21C的接觸，但其直區(qū)12D的繼續(xù)跟21B區(qū)軸向重疊一定的向上行程量。這樣，其有效流通面積基本不變，直至這種重疊在錐區(qū)12C與21B共同擴張的時刻停止為止。軸12的繼續(xù)向上運動現(xiàn)在會使該有效面積逐漸增加，直至尖端12B通過為止。在該尖點通過21B區(qū)后，該通孔會停止被該閥件節(jié)流。
圖3表示金屬罐凈化電磁線圈閥的另一實施例，其中，相應(yīng)于圖1、2中的類同的部件用相同的標號標記，即使可能有某些不同。僅說明圖3跟圖1與圖2之間的明顯不同之處，這被理解為，換句話說，該相應(yīng)的部件，它們與閥的相互關(guān)系，以及它們的功能基本是相同的。在圖3中，進口23是直的，而不是肘形的，且閥座件21是在閥體件B1內(nèi)整體成形的，而不是單獨的插接物。軸12包括一個由兩部分組成的結(jié)構(gòu)，包括上軸部12′和下軸部12″。上軸部12′由軸套4導(dǎo)向，向上穿過其間連接子彈簧座3，如圖1中所示，但銜鐵有一盲孔，軸部12′的下端壓于其內(nèi)。圓柱套筒27的上端與頸部7A的內(nèi)部相配合，而套筒的下端與頸部10A的內(nèi)部相配合，不僅沿該頸的全長延伸，而且部分地伸入頸部10B內(nèi)遠至肩10D。套筒27為銜鐵18的線性運動提供導(dǎo)向，因此由銜鐵和上軸部12′組成的組件在兩個軸向間隔的位置上被導(dǎo)向。
套筒27為高磁阻材料，從而避免在相反情況下銜鐵和定子端件間有害的磁短路。黃銅是套筒的適合材料，因為它也有相當(dāng)?shù)偷幕瑒幽ゲ磷枇Α］S套4和20最好是避免磁短路并具有低滑動磨擦阻力的材料。含石墨青銅是一種適合的材料。軸12最好是一種無磁性的不銹銅，這樣，銜鐵18基本上是配置在頸7A和10A之間的磁路氣隙中唯一的磁通導(dǎo)體。
下軸部12″由軸套20導(dǎo)向，它包括一突緣25，該突緣處在拱形上尖端之下某一間距。一螺線彈簧24配置在軸部12″的周圍，處在軸套20的上端和突緣25之間，以便沿遠離軸套的向上方向彈性偏壓下軸部12″。銜鐵18的下端包含一盲孔29，其直徑略大于軸部12″的上端，其底部稍微凹陷。軸部12″的拱形上尖端由于彈簧力24支承于孔29的凹底部。由彈簧24施加的力遠小于由彈簧2′施加的力，這樣，彈簧24僅使下軸部12″跟隨銜鐵18的向上位移。當(dāng)閥開啟時，銜鐵18的向下位移直徑作用在軸部12″上，迫使它與銜鐵一致向下位移。在該過程中愈加壓縮彈簧74。圖3所示軸的由兩部分組成的結(jié)構(gòu)的一個重大優(yōu)點是，軸套和閥座的對準要求不如圖1的單件軸結(jié)構(gòu)那么嚴格。因此，即使在圖3實施例中需要更多的部件，也可降低各別部件的制造公差?？梢岳斫?，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以將圖3中那樣的由兩部件組成的軸應(yīng)用在圖1的閥中。
當(dāng)電磁線圈接通電時，通過頸7A和10A之間的銜鐵的磁力線具有軸向和徑向兩分量，不過，軸向分量是主要的。徑向分量實際上總不是被完全平衡的，因此，會在銜鐵上作用一凈徑向力，將銜鐵推向兩側(cè)向。在作用于銜鐵上的磁力的凈徑向分力很大的閥中由兩部分組成的軸結(jié)構(gòu)是有益的。在圖3閥上的這種徑向磁力僅作用在銜鐵上和上軸部上，而由于它們的直線運動僅有兩點導(dǎo)向，因此，比圖1中的三點導(dǎo)向更能徑向承受這種徑向力的影響。因此，三點導(dǎo)向通常要求更精確的對中，更精確的部件與組件公差。在圖3閥中，由于孔29的凹形底部和軸部12″的拱形尖端之間的接觸特點，還由于在該孔和該軸部之間形成的徑向間隙，因此，作用于銜鐵上的徑向力沒有沿明顯的途徑傳遞到下軸部12″。閥座件和軸套20的對中控制以及軸套40和套筒27的對中控制能獨立完成，這省去了三點對中通常所要求的較高精度。
座件21和下軸部12″的下端的形狀制成能產(chǎn)生這樣一種流動，當(dāng)閥門開啟某一最小量、且發(fā)動機歧管真空度大于某一最小值時，它對進氣歧管真空度的變化基本上不敏感，即音速流動。座件21包括一個具有所示噴嘴輪廓的側(cè)表面21X和一個在該側(cè)表面21X下端的凸肩21Y。凸肩21X限定一個開口，經(jīng)進口23該開口通至通向出口22的閥通道內(nèi)部。下軸部12″下端的兩對側(cè)表面21X的側(cè)壁表面12X具有所示的中凹輪廓。軸部12的下尖端包含一橡膠密封裝置13，當(dāng)閥如圖所示關(guān)閉時，其周邊跟由凸肩21Y上表面構(gòu)成的座保持完全的圓周密封接觸。
在圖3中，側(cè)壁11稍有不同，其中，除了它面對出口22的部位是敞通的之外，它是直通的。頸10B阻止側(cè)壁11的下端短路，以便在側(cè)表面21X上端的正上方為流量提供一空間，該流量流過當(dāng)閥開啟時由凸肩21Y限定的開口后流到出口22。
當(dāng)電磁線圈S漸漸接通電流時，銜鐵18克服彈簧2′的反向彈簧力被向上拉動。彈簧24迫使下軸部12″跟隨，于是從由凸肩21Y構(gòu)成的座上離開密封裝置，閥開啟，因此，在出口和進口22與23之間出現(xiàn)流動。一般說來，閥的開度取決于流經(jīng)線圈的電流大小，所以，用控制電流的方法來控制流經(jīng)閥的凈化流。這種控制及閥的響應(yīng)細節(jié)隨后在對本發(fā)明的新穎方面作進一步敘述時以更多的篇幅加以說明。
圖4表示跟氣動調(diào)節(jié)器PR相聯(lián)的圖1的閥140。該氣動調(diào)節(jié)器的功能是，對應(yīng)于某一給定的閥開度，產(chǎn)生大體不變的流量，而與進氣歧管的真空度無關(guān)，只要該真空度超過某一最小值。這對于許多控制對策是希望的。當(dāng)閥140開啟時，出口22經(jīng)氣動調(diào)節(jié)器與進氣歧管真空度連通，氣動調(diào)節(jié)器有一進口25A，經(jīng)導(dǎo)管400與出口22相連，還有一出口28A，經(jīng)導(dǎo)管410與歧管180連接。
調(diào)節(jié)器PR包括一本體30，它包含一內(nèi)膜26，主本體和膜之間限定一個可膨脹的容積31。閥32連于剛性鑲嵌件33，后者是膜的整體部分，配置在膜的中心區(qū)。膜的周邊區(qū)跟本體30的邊緣由蓋29保持壓緊，該蓋具有整體式鉤扣扣緊件34，用以將蓋連于本體。該膜限定第二可膨脹容積35，處在蓋的內(nèi)側(cè)，經(jīng)一通氣小孔36與大氣連通。在本所中配置一彈簧37，沿離開座27的方向?qū)δず烷y施加偏壓，座27處在自口28A延伸的通道這端，配置該座是為了和閥相互配合。隨著進氣歧管真空度逐漸增加，膨脹容積31內(nèi)的真空度會對膜26施加一個力，該力跟彈簧27的力反向，使膜軸向移向座。當(dāng)該真空度達到某一充分的值時，閥32密封閥座27，切斷兩口33和28A之間的連通。此后容積31中的真空度會經(jīng)金屬罐凈化閥140衰減下來，而作用在膜上的力會減小到不足以保持閥32和座27之間密封的程度。當(dāng)彈簧37的力使閥離座時，容積31內(nèi)的真空度會再開始上升，直到足以再次使閥入座。這是一個調(diào)節(jié)循環(huán)，它按需要重復(fù)，以便在容積31內(nèi)保持一平均真空度。該平均真空度是彈簧力和膜有效面積的函數(shù)。因為該平均真空度基本上是不變的，所以對應(yīng)于閥140的某一給定開度流經(jīng)閥140的氣流會同樣基本不變，跟高于必需的最小真空度的進氣歧管真空度的變化無關(guān)。雖然圖4將調(diào)節(jié)器PR表示為一獨立的組件，可如果需要，可以將其制為跟金屬罐凈化閥成一體。應(yīng)當(dāng)注意，在調(diào)節(jié)器內(nèi)閥的作用發(fā)生在口28A和膨脹容積31之間，因此產(chǎn)生純粹的真空度調(diào)節(jié)。
圖5將一附加的特征加入到圖1的閥中。該特征是包括一個經(jīng)電磁線圈S附近的本體壁360的泄放孔。該特征的具體實施例包括一個小孔500和一過濾器502，配置它們是為了使壁內(nèi)側(cè)空間和大氣連通。采用過濾器是為了防止某些雜質(zhì)闖入閥內(nèi)。這一泄放孔防止了真空度的顯著積累，該真空度可能自凈化流道向上闖入包含電磁線圈的空間內(nèi)，從而防止了該真空度對電磁線圈操作的潛在不利影響。
圖6表示實現(xiàn)防止真空度影響電磁線圈操作這同一目的的另一裝置。該裝置包括選定由電磁線圈空間經(jīng)小孔504和單向止回閥506至金屬罐口的路線，如圖所示。該止回閥是在蒸發(fā)排放系統(tǒng)的法定泄漏試驗期間用來密封泄放孔的，因此，它必須具有一個足以保證在試驗期間不會泄漏的操作壓差。是進口23而不是出口22連于金屬罐的事實對于這種試驗是有利的，因為較之口23配置在密封裝置13和24之外的凈化閥結(jié)構(gòu)那部位內(nèi)的通到大氣的任何流通路徑不會在其它方面符合調(diào)整要求的某個裝置中產(chǎn)生錯誤的試驗結(jié)果，而對于采用口22作為金屬罐口的裝置的試驗，由于這一流通路徑通至大氣會顯示出不一致。
在上述實施例中電磁線圈S的構(gòu)造和布局在電磁線圈S的工作范圍內(nèi)賦予其大致線性工作特性。該特性是由在銜鐵附近的定子結(jié)構(gòu)的相應(yīng)造型得到的。該造型是這樣的，如果電磁線圈在沒有彈簧2′的情況下單獨作用于銜鐵上，則作用在銜鐵上的軸方磁力將是在電磁線圈9中流動的電流的基本線性函數(shù)。一旦考慮彈簧2′的作用(在所示實施例中該彈簧具有基本線性的壓縮-彈簧力特性)，可以理解，對于給定的電流，該銜鐵會沿軸線340取一個位置，在那點，磁力和彈簧力彼此抵消。逐漸增加電流，會使銜鐵逐漸向上位移，逐漸壓縮彈簧直至這些力處于平衡，而逐漸減小電流會使彈簧松馳直至再次達到平衡。任一給定的凈化閥的實際流動特性不僅是電磁線圈線性工作特征的函數(shù)，而且是體現(xiàn)在閥件和閥座件結(jié)構(gòu)中的流動特性的函數(shù)，還是彈簧2′的彈簧力-壓縮特征的函數(shù)。因此，可以將任一給定的凈化閥的流量-電流特性為性線的或非線性的，取決于特定的使用要求。例如，可以采用非線性特性的彈簧來代替線性特性彈簧。
一種施加在金屬罐凈化閥兩端子16上的優(yōu)先電輸入是一種由矩形電壓脈沖組成的脈沖寬度調(diào)制(PWM)波型，該電壓脈沖具有大致不變的電壓值，并在一定的頻率下產(chǎn)生。該脈沖寬度決定了閥開啟的范圍，因此，通過改變該脈沖寬度，該閥便能以各種開度工作。隨著脈沖寬度增加，通過電磁線圈的平均電流也增加。因為在線圈中產(chǎn)生的并作用于銜鐵18的磁場強度等于線圈的圈數(shù)和平均電流的乘積，所以施加于銜鐵上的力將隨脈沖寬度的增加而增加。
為開啟一個關(guān)閉的凈化閥(開始開啟，即STO閥)所需的最小脈沖寬度(用延續(xù)時間表示)是由彈簧2′的壓縮范圍決定的，而這種壓縮是用校正螺絲14來定位彈簧座1引起的。然而，一當(dāng)這種脈沖結(jié)束，彈簧2′便開始迫使閥件移向關(guān)閉位置。若隨后的脈沖并不作用在一定量的時間內(nèi)，則閥件會跟座面重新產(chǎn)生接觸。例如，當(dāng)這種第一脈沖作用在諸如圖1-3的凈化閥上時，密封裝置13跟座面實際上會失去接觸，以允許一些流量流過該凈化閥，但如果下一個脈沖沒有作用足夠的時間，該密封裝置由于彈簧2′的作用便會被迫回靠到座表面。撞擊座的總質(zhì)量具有一定的慣性，與彈簧2′的力成比例，其慣性撞擊力會使運動質(zhì)量回跳到某種程度。在閥件包括一彈性材料密封裝置13的場合，如在圖1～3所公開的實施例中那樣，由于座撞擊其壓縮特性對于回跳也會有某些作用。這種現(xiàn)象在圖2中用分別代表彈性力和復(fù)合的電磁與撞擊力的反向矢量來描繪。
圖7表示凈化閥流量一工作循環(huán)特性，14.0伏PWM直流電壓值和75赫頻率作用于該凈化閥。閥件與座件的撞擊出現(xiàn)在大約10％(在此點閥開始開啟)到大約24％工作循環(huán)的范圍內(nèi)。(大約一個低于10％工作循環(huán)的SLPM流量代表在試驗設(shè)備中泄漏，而不經(jīng)關(guān)閉的凈化閥泄漏。)在該范圍的上端，即自大約22％至大約24％工作循環(huán)，有一過渡區(qū)，在該區(qū)，流量隨有限因素增加可能實際上輕微減少。高于24％工作循環(huán)，沒有進一步的撞擊，該特基本上直線上升到大約50％工作循環(huán)，在該點流量大約是72SLPM。從大約50％～60％的工作循環(huán)開始，線性度降低，而高于大約60％的工作循環(huán)，流量基本不變，代表最大的流量。這種特性對于某些應(yīng)用可能是滿意的，但對于另一些應(yīng)用，認為在低工作循環(huán)范圍內(nèi)最好具有更好的線性度。用幾種不同的方法可以獲得這種改進。
圖8描繪這樣一種改善的特性，在那里流量是作為平均電流的函數(shù)被畫出的，盡管該電流是對電磁線圈施加一PWM電壓的結(jié)果。獲得這種改進的一個方法是采用圖2所示的閥件結(jié)構(gòu)，其中在閥件相對于座面的某一初始定位區(qū)間，直圓柱段12D會重疊于座件的圓柱面21B。這會使開啟面積在閥件開啟運動的初始區(qū)間大致保持不變。而這種屬性會有助于該特性曲線在該區(qū)域內(nèi)更為線性。增加脈沖頻率，例如增加到150赫，也可能是有益的。
圖8還表示該特性曲線有輕微的遲滯。盡管對于某些使用場合，這可能是無可非議的，然而對于隨及將要更詳細說明的應(yīng)用PWM信號的某些程序能消除其影響。因此，不僅凈化閥本身被制造得使這種遲滯減至最少，而且它們的操作方式還能使遲滯至最少。
圖9公開了一系列特性曲線，其中的每一條曲線將流量繪制成是平均電流的函數(shù)。(最圖解清晰起見，在各特性曲線中未表示小的遲滯現(xiàn)象)。每一特性曲線被表示為進氣歧管真空度特定值的函數(shù)?？梢钥吹?，在300毫米真空度下特性曲線與圖8描繪的254毫米真空度特性曲線相當(dāng)類似。圖9的這些曲線說明當(dāng)不采用氣動調(diào)節(jié)器時，凈化閥類似于圖1中的錐銷閥。和圖4那樣采用氣動調(diào)節(jié)器，會基本消除不同歧管真空度大小對凈化閥的影響，而這種經(jīng)調(diào)節(jié)的凈基本上具有單純的特性曲線。
根據(jù)對電磁線圈的PWM輸入，可認為線圈中的電流包括一種復(fù)合電流，由其上疊加了一脈動分量的平均直流分量組成，該脈動分量的頻率與脈沖頻率相關(guān)。銜鐵和軸的總質(zhì)量相對于電磁線圈的磁力特性是這樣選定的，致使該質(zhì)量跟隨這個復(fù)合電流。換句話說，該質(zhì)量會被定位在某個與平均直流分量相關(guān)的位置上，并在該位置上輕微脈。這種脈動在改善對電流輸入變化的反應(yīng)能力方面是有利的，電流輸入的變化通過使在無脈動的情況下會出現(xiàn)的靜磨擦的影響減至最小并減少遲滯的效應(yīng)來控制閥位置的變化。當(dāng)該閥件只是輕微開啟時，在隨后的脈沖之前它與座面的撞擊可能是脈動的結(jié)果。這種脈動若非當(dāng)閥件在高于低區(qū)工作時獲得的明顯優(yōu)點，它本身可能是不希望有的；并且如前所述的，這種效應(yīng)可通過圖2的閥件結(jié)構(gòu)來修正，該結(jié)構(gòu)在低區(qū)內(nèi)初始位移期間在閥件和座口之間提供不變的開啟面積。其脈動量可相當(dāng)小，實際上要避免過大的脈動，因為它能在凈化流中產(chǎn)生不希望的脈沖。
遲滯效應(yīng)也能通過這種線路來減少，該線路用來輸送和電磁線圈中的電流。圖10表示一種示例性的線路。該線路包括一個三端子固態(tài)驅(qū)動器600，一電流敏感電阻602，一單級調(diào)節(jié)放大器604，一個A/D(模擬 數(shù)字)轉(zhuǎn)換器606，和一個電流參照/控制邏輯電路608。固態(tài)驅(qū)動器600具有一個在其主傳導(dǎo)端子600a，600b之間的受控導(dǎo)電通路。端子600a接地，端子600B連于電阻602的一端。電阻602的另一端連于電磁線圈9的一端，電磁線圈9的另一端連于最好是適當(dāng)調(diào)節(jié)的直流正電位。固態(tài)驅(qū)動器600還有一個控制輸入端子600C，它控制經(jīng)端子600a，600b之間的主傳導(dǎo)通路的導(dǎo)電率。端子600C經(jīng)電阻612這樣連接，致使來自電流參照/控制邏輯電路608的PWM輸出信號施加于驅(qū)動器600的控制輸入端。信號調(diào)節(jié)放大器604的輸入端跨接在電阻602上，它的輸出端連于A/D轉(zhuǎn)換器606的輸入端。A/D轉(zhuǎn)換器606的輸出端連于電流參照/控制邏輯電路608的一個輸入端，而該邏輯電路的另一輸入端接來自一個信號源的輸入信號，該信號源產(chǎn)生一個控制輸?shù)诫姶啪€圈的所希望的PWM信號的信號。許多這種電路系統(tǒng)，除了電阻602之外，也許還有驅(qū)動器600，都可在以微控程序為基礎(chǔ)的發(fā)動機控制計算機內(nèi)以硬件，軟件或兩者的結(jié)合形式來實施。
電阻602，調(diào)節(jié)放大器604，A/D轉(zhuǎn)換器606，以及電流參照/控制邏輯電路608提供線圈電流反饋信息，它用以補償改變構(gòu)成線圈9的銅線的電阻的溫度變化。以這樣方式基本上消除了線圈電阻的溫度誘發(fā)變化，這種變化會改變所希望的線圈電流。如果施加于線圈-端子的直流電源電壓并未適當(dāng)調(diào)節(jié)，則它能被檢測到，因而任何變化都能以類似的方式得到補償。這種補償確保了線圈電流受發(fā)動機控制計算機的控制。這種補償采取調(diào)節(jié)施加于操作驅(qū)動器600的實際脈沖寬度的形式，因而這種補償有時被稱作開關(guān)恒定電流控制。
采取某種控制對策能消除遲滯，這種對策使所希望的位置總是從同一方向接近。圖8表示一下降流動特性和一上升流動特性。采用這種控制對策，只要沿著這二種特性中的一種，總能達到某個受控位置。例如，若要采用上升流動特性，控制該閥沿增加開度的方向移動，則指令輸入就是所希望的目標位置。另一方面，如果控制該閥沿減小開度的方向移動，則指令輸入必定首先沿減小開度的方向產(chǎn)生過調(diào)節(jié)(因為該閥實際上會跟隨下降流動特性)，而后，該指令必定控制增加開度到目標位置(在此期間，該閥會跟隨上升流動特性)。
雖然現(xiàn)在已圖示并敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，這些原理可適用于落在下列權(quán)利要求范圍內(nèi)的其他實施例。例如，雖然圖1和3表示了一定位螺絲校正，然而，也可以在裝配之前通過選擇各合適的彈簧來省去這種校正，不過，這種替代對于大量生產(chǎn)的場合或許更費錢。同樣，在構(gòu)制以等效的方式完成的控制線路方面可利用不同的電流分量。
此外，在凈化流道中可設(shè)置一小孔。圖4表示一個圓環(huán)形件，包括一個設(shè)置在金屬罐口23入口處的固定小孔。該小孔使凈化流動特性曲線適當(dāng)降低，當(dāng)錐銷形閥件充分開啟而不再限制流經(jīng)閥座件的流動時，它本身限定了凈化閥的流動特性。也可以將可變小孔設(shè)置在凈化流道中。這種可變小孔最好設(shè)置在凈化閥件和歧管之間。
權(quán)利要求
1.在內(nèi)燃機燃料系統(tǒng)的蒸汽收集裝置中，一電動操作金屬罐凈化閥配置在發(fā)動機進氣歧管和燃料蒸汽收集金屬罐之間，后者收集由燃料箱中揮發(fā)性燃料產(chǎn)生的蒸汽，該凈化閥按照凈化控制信號控制金屬罐至進氣歧管的凈化，該控制信號設(shè)定為金屬罐凈化閥所允許的凈化流量范圍，改進的所述金屬罐凈化閥包括一個電磁線圈，它有一個配置在中心縱軸線周圍的電磁線圈；一個與所述線圈相關(guān)的用以引導(dǎo)由線圈中電流產(chǎn)生的磁力線的定子構(gòu)件，所述定子構(gòu)件包括一個設(shè)置在通孔內(nèi)的氣隙，該通孔沿所述一個軸線穿過所述線圈；一個靠近所述氣隙配置的銜鐵，作為由線圈中電流產(chǎn)生的磁力的函數(shù)，它沿所述軸線定位；一個閥件，它由所述銜鐵并和其一起相對于一閥座軸向位定，以規(guī)定金屬罐凈化閥限制自所述金屬罐至所述歧管的流量的范圍，所述銜鐵與所述定子構(gòu)件的關(guān)聯(lián)致使沿逐漸開啟所述閥的方向作用于所述銜鐵上的磁力的軸向分量跟所述線圈內(nèi)的平均電流在平均電流工作范圍內(nèi)基本上線性相關(guān)；一個偏壓彈簧，它作用一彈簧力，將所述銜鐵和閥件推向所述閥座。
2.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述偏壓彈簧還具有一種基本線性的力-壓縮特性。
3.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述銜鐵包括一個鐵磁管，所述閥件靠近壓配合于所述管上的非鐵磁軸的一端配置。
4.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述軸由配置在所述銜鐵軸向相反兩側(cè)的上、下軸套導(dǎo)向。
5.按權(quán)利要求4所述的改進，其特征在于所述軸包括各自的上、下軸件，所述上軸件由所述上軸套導(dǎo)向，所述下軸件由所述下軸套導(dǎo)向，并包括一個裝置，它不使作用在一軸件上的力的某些徑向分量傳遞到另一軸件上。
6.按權(quán)利要求5所述的改進，其特征在于所述銜鐵配置在所述上軸件上，所述不使作用在一軸件上的力的某些徑向分量傳遞到另一軸件上的裝置配置在所述銜鐵和所述下軸件之間的界面上。
7.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述閥件靠近一延伸的軸端，與所述銜鐵保持操作聯(lián)系。
8.按權(quán)利要求7所述的改進，其特征在于所述銜鐵是一個壓配合于所述軸上的管子。
9.按權(quán)利要求7所述的改進，其特征在于所述銜鐵包括一盲孔，與所述閥件反向的所述軸的一端配置于該盲孔內(nèi)，所述盲孔有一底部，與所述閥件反向的所述軸的一端頂靠在該底部上，頂靠所述底部的所述軸的一端具有一頂靠所述底部的拱形表面；還包括一彈簧，它將所述拱形表面偏壓在所述底部上，所述軸從而跟隨所述銜鐵的變位。
10.按權(quán)利要求9所述的改進、其特征在于所述閥件和所述座件所制成的形狀致使在高于所述閥件離其座的某一最小離座量并對應(yīng)于超過某一最小值的歧管真空度時產(chǎn)生音速流動。
11.按權(quán)利要求10所述的改進，其特征在于所述座包括一凸肩，而所述閥件的尖端包括一密封件，密封件座合在所述凸肩上以關(guān)閉該閥。
12.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述座包括一個截頭圓錐座面，自直圓柱孔區(qū)延伸，所述閥件包括一個配置在所述軸上的O型環(huán)密封裝置，當(dāng)閥關(guān)閉時，用以密封所述截頭圓錐座面，還包括一直圓柱區(qū)段，當(dāng)閥關(guān)閉時和在離關(guān)閉的某個閥位置區(qū)內(nèi)，它處在所述直圓柱孔區(qū)內(nèi)。
13.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于包括一非鐵磁軸套，它與所述定子構(gòu)件接合，以彌補所述氣隙，它配置在所述銜鐵的圓周，為銜鐵的軸向運動提供導(dǎo)向。
14.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述閥件為錐銷形閥。
15.按權(quán)利要求14所述的改進，其特征在于包括一個配置在所述出口和所述歧管之間的氣動調(diào)節(jié)器。
16.按權(quán)利要求15所述的改進，其特征在于包括一個配置在凈化流道內(nèi)的小孔，當(dāng)所述錐銷形閥件充分開啟而不再限制流經(jīng)閥座件的流量時，限定凈化閥的流動特性。
17.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述銜鐵包括一鐵磁管，所述閥件配置在非鐵磁軸一端附近，所述管壓配合于所述軸的中心部位，因此，所述軸完全穿過所述銜鐵。
18.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述電磁線圈被包含在具有一個通至大氣的泄放孔的封閉體內(nèi)。
19.按權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于所述電磁線圈被包含在具有自所述閥體內(nèi)部至所述進口串聯(lián)的一個泄放孔和一個止回閥的封閉體內(nèi)，由于止回閥的配置，便允許僅沿自所述閥體至所述進口的方向流經(jīng)所述泄放孔。
全文摘要
凈化閥包含一電磁線圈(S),它具有一個作用于銜鐵(18)上的線性的力－電流特性。藉助于某些結(jié)構(gòu)特點及操作閥的方式使遲滯的效應(yīng)減至最小。公開了幾種實施例。
文檔編號F02M25/08GK1190450SQ96195362
公開日1998年8月12日 申請日期1996年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者G·愛維林哈姆, J·E·庫克, P·D·佩里, M·F·布沙托 申請人:西門子電氣有限公司