专利名称：内燃机的节流装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种节流装置，用于控制供应到内燃机的空气量。根据驾驶员对加速踏板的操作来驱动电机，同时该电机控制位于节流体中的节流阀的转角。本发明还涉及一种制造这种节流装置的方法。
背景技术：
已知这样一种节流装置，其具有由电机驱动的节流阀，其中根据驾驶员对加速踏板的操作来控制该电机。形成该节流装置的节流体由树脂材料制成，如JP-A-11-294203和JP-A-2000-202866中所公开。如本申请的附图4所示，树脂制成的节流体101与一对轴承衬套103、104成型在一起，其中所述成对的轴承衬套可转动地支承着节流轴102。轴承衬套103、104被保持在节流体101的轴支承凸台106、107中。节流体101包括圆筒壁105，以在其中形成空气通道。
在节流体101的成型过程中，将节流轴102和轴承衬套103、104放置在成型模中的预定位置处，然后将熔化树脂注入成型模的腔中。接着，进一步对熔化树脂加压并保持该压力一段时间。然后，通过冷却成型模来使熔化树脂凝固。从而，将节流轴102和轴承衬套103、104与节流体101成型在一起。
然而，传统的节流装置具有一个问题，即节流轴102不能平稳地转动。这是因为如果轴承衬套103、104与注射成型压力相比不够坚固，则在注射成型压力的作用下会发生变形。由于树脂材料在注射成型后会收缩，则所述成对的轴承衬套103、104不能保持同轴关系。另外，在成型过程中，熔化树脂很可能会埋在节流轴102与轴承衬套103、104之间的小间隙中。如果是这样，则会限制节流轴102平稳地转动。当轴承衬套103、104为浸油烧结金属时，浸渍油会在成型过程中渗透到熔化树脂中。这会导致树脂制成的节流体的机械强度降低。
DE 10105526A1也公开了一种节流装置，其中轴承直接地嵌模成型在节流体中。JP-A-2003-522869公开了一种树脂节流体，其中金属元件(其形成了圆筒空气通道和用于支承节流轴的轴承)被嵌模成型在节流体中。然而，将复杂形状的金属元件嵌模成型在节流体中是不容易的。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种改进的节流装置，其中在完成成型过程之后，支承着节流轴的轴承被压配在轴承支架中。
节流装置用于可控地供应空气到内燃机中。该节流装置包括节流体、可转动地支承在节流体中的节流轴和与节流轴相连的节流阀。圆筒空气通道形成在树脂制成的节流体中。与节流轴相连的节流阀可在空气通道中转动，从而流过空气通道的空气量可控。
在制造节流装置的过程中，将一对轴承支架放置在成型模的预定位置处，且将节流轴定位在成型模中，从而在轴承支架的内孔和节流轴之间形成了用于插入轴承的预定空间。然后，将熔化树脂注入到成型模的腔中，从而可同时形成出节流体和与节流轴相连的节流阀。在熔化树脂通过冷却凝固之后，从成型模中取出节流体。然后，将每个轴承压配在每个轴承支架(其嵌入节流体中)的内孔中，从而所述成对的轴承可转动地支承着节流轴。
为了确保嵌入节流体中的轴承支架和节流轴之间的同轴关系，可将节流轴定位在成型模中的某一位置上，以补偿节流体在成型过程中发生的变形。如果需要确保节流轴的平稳转动，可在将轴承压配在轴承支架之前，通过加工轴承支架和/或轴承来调节所述同轴关系。
根据本发明，在成型过程完成之后，轴承被压配在轴承支架中。因此，可以避免轴承由于成型压力而发生变形，且可以防止熔化树脂进入轴承的内孔和节流轴之间的空间中。从而，可以确保节流轴的平稳转动。另外，由于节流体和与节流轴相连的节流阀同时通过注射成型而成，所以可以简化节流装置的制造过程。
通过理解下面参考附图的优选实施例的说明可以很容易地看出本发明其他目的和特征。
图1是表示本发明节流装置的横截面图；图2是表示节流体的横截面图，其中轴承支架嵌入其中，且节流轴定位在轴承支架中；图3A是表示刚刚成型之后、节流轴在节流体中位置的横截面图；图3B是表示在产生成型变形之后、节流轴在节流体中位置的横截面图；以及图4是表示传统节流体的横截面图，其中轴承衬套嵌入在节流体中。
具体实施例方式
下面参考附图1、2、3A和3B说明本发明的优选实施例。首先参见附图1，来说明根据本发明的节流装置的整体结构。节流装置用于将空气可控地供应到内燃机中。该节流装置包括由热塑性树脂材料制成的节流体1、布置在节流体1中的节流阀2和在其上面支承着节流阀2的节流轴3。节流轴3被电机(未示出)驱动，而电机又被驾驶员操作加速踏板来控制。节流阀2的角位置被反馈给电控单元(ECU)。
空气通道15形成在节流体1中，且与节流轴3相连的节流阀2布置在该空气通道15中，从而可根据节流阀2的角位置来控制流过空气通道15的空气量。节流轴3通过减速装置连接到电机上，且在打开空气通道15的方向上被电机驱动。回位弹簧在关闭空气通道15的方向上推压节流轴3。节流位置传感器检测节流阀2的角位置，且将代表该角位置的电信号反馈给电控单元。电控单元驱动电机，从而使得代表节流阀2角位置的信号和代表加速踏板位置的信号之间的差变得最小。
节流位置传感器连接到节流轴3的右侧轴端，且包括用于产生磁场的元件和用于检测磁场变化的传感器元件(例如霍尔元件、霍尔集成电路，或磁阻元件)。产生磁场的元件由连接在阀动齿轮13的内周上的永磁体11和磁轭12构成，其中该阀动齿轮构成减速装置。
节流体1由热塑性树脂材料制成，例如聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚醚酰胺(PEI)，且通过注射成型的方法来形成。被圆筒壁14包围的空气通道15形成在节流体1中。由空气滤清器进行清洁的空气从上侧输送到空气通道15，并通过连接在空气通道15底部上的缓冲罐或进气歧管而被输送到发动机的每个缸体。
在节流体1中形成有一对轴支承凸台(boss)16、17，从而它们的轴向垂直于空气通道15的轴向。一对轴承支架6、7嵌入在孔21、22中，其中该孔21、22形成在轴支承凸台16、17中。轴支承凸台16的外周19(其形成在节流体1的右侧)充当弹簧导轨，用于支承着回位弹簧的内周。在轴承支架6的右侧端布置有油封8，用于液密地封闭轴承支架6的开口。在轴承支架7的左侧端布置有密封塞9，用于密封地封闭轴承支架7的开口。
在轴支承凸台16的右侧，其中容纳有减速装置的齿轮箱23，和圆筒壁14一体地形成。用于在节流阀2的全关闭位置处止动节流阀2的止动件，形成在齿轮箱23中。还可以在齿轮箱23中形成用于在节流阀2的全打开位置处止动节流阀2的止动件。
节流轴3由连接部分30和一对端部构成，其中通过成型方法将树脂制成的节流阀2连接在连接部分30上，且所述成对的端部由压配在轴承支架6、7中的一对轴承4、5支承着。节流阀2由具有加强筋的圆盘部分和圆柱部分构成。圆柱部分通过成型方法连接在节流轴3上。在节流轴3的连接部分30的外周上，形成有滚花(knurl)，从而可使节流阀2的圆柱部分牢固地连接在节流轴3上。可选择地，连接部分30形成具有一对平行面的非圆形横截面，以进一步增强节流阀2和节流轴3之间的连接力。节流阀2根据节流轴3的转动而在空气通道15中转动，从而可以控制流过空气通道15的空气量。
节流轴3还包括一对凸缘31、32，其中每个凸缘的直径都大于支承在轴承4、5中的节流轴端部的直径。凸缘31、32的轴向端面抵靠着各自轴承4、5的轴向端，从而可限制节流轴3在轴向上的移动。
构成减速装置的阀动齿轮13，用于以降低速度的方式将电机扭矩传递到节流轴3上；该阀动齿轮13(在图1中的右侧端)连接在节流轴3的轴向端。阀动齿轮13由树脂材料或金属材料制成，且在其外凸缘上形成有齿轮41。阀动齿轮13的外周42充当弹簧导轨，用于支承着回位弹簧的内周。用于在节流阀全关闭位置处止动节流阀2的止动件，形成在阀动齿轮13的外周上。还可以在阀动齿轮13的外周上形成在节流阀全打开位置处止动节流阀2的另一个止动件。上述的止动件可直接形成在空气通道15的内周上。
具有孔43的金属盘44与阀动齿轮13相连。当阀动齿轮13通过成型方法而形成时，金属盘44被嵌模成型。节流轴3的一端33被插入在金属盘44的孔43中，且被桩接于此以将阀动齿轮13牢固地连接在节流轴3上。为了将阀动齿轮13以预定的角相对位置连接到节流轴3上，可以在节流轴3的端部33上形成一对将连接在金属盘44上的平行面。
轴承4、5由金属材料(例如黄铜、不含油金属或紫铜)或树脂材料制成，且为圆柱形。轴承4、5压配在各自的轴承支架6、7中。轴承4、5的内孔51、52可转动地支承着节流轴3的两端，且通过轴承4、5的轴向端53、54邻接着节流轴3的凸缘31、32来限制节流轴3在轴向上的移动。
轴承支架6、7具有内孔61、62和轴向内端63、64，且每个轴承支架6、7都被嵌模成型在轴支承凸台16、17的孔21、22中。从而，轴承支架6、7就嵌入在节流体1中。轴承4、5压配在轴承支架6、7中，且抵靠着轴承支架6、7的轴向内端63、64，从而限定了轴承4、5的轴向位置。轴承支架6的内孔61的外端增大，且油封8压配在该增大部分中，以液密地封闭内孔61的外端。类似地，轴承支架7的内孔62的外端增大，且密封塞9压配在该增大部分中，以密封地封闭内孔62的外端。密封塞9不仅可以防止空气从空气通道15泄漏到外面，而且还可以防止外面的灰尘进入空气通道15。
下面参考附图1、2、3A和3B来说明制造节流装置的方法。利用注射成型来成型节流体1的成型模，由静止模和移动模构成。首先，将节流轴3和轴承支架6、7置于成型模中的各自预定位置处。将节流轴3放在轴承支架6、7中，从而在成型的节流体1凝固之后，可确保用于轴承4、5插入的空间。如图3A所示，在考虑到成型过程中的变形之后，节流轴3的轴线和轴承支架6、7中任一或两者的轴线，稍微地偏心(不同轴)放置。换句话说，节流轴3和轴承支架6、7放置在成型模中，从而在完成注射成型过程后它们变成同轴，如图3B所示。
然后，将熔化树脂(例如PPS、PBT树脂)注入成型模的腔中，以充满腔。随后，逐渐增加熔化树脂的注射压力，使其大于初始注射压力，然后保持该增加的熔化树脂压力一段时间。通过这种方式，由于冷却水被供应到成型模的通道中来冷却成型模，树脂会收缩，所以需要在腔中添加树脂。于是，形成了如图2所示的节流体1，其中轴承支架6、7嵌入在其中，且节流阀2连接在节流轴3上。
在成型树脂凝固后，从成型模中取出节流体1。然后，在室温中进一步冷却节流体1。在这个阶段，节流轴3松散地布置在轴承支架6、7中，如图2所示。然后，将轴承4、5压配在各自轴承支架6、7的内孔61、62中。同时，节流轴3的两端被支承在轴承4、5中。于是，节流轴3可转动地支承在节流体1中。当用力将轴承4、5插入轴承支架6、7中时，轴承4被推动直到其轴向端53抵靠着轴承支架6的轴向内端63为止，且轴承5被推动直到其轴向端54抵靠着轴承支架7的轴向内端64为止。通过这种方式，将轴承4、5正确地定位在节流体1中，使得不在轴向上移动。
然后，用力将密封塞9插入在轴承支架7(位于图1的左侧)的外开口中。类似地，将油封8插入在轴承支架6(位于右侧)的外开口中。
如上所述，所述成对的轴承支架6、7与节流体1整体地成型，且形成节流阀2，并同时将其连接在节流轴3上。然后，将成对的轴承4、5压配在轴承支架6、7中，从而使节流轴3可转动地支承在节流体1中。因此，可通过简单的方法制造出具有节流阀2的节流体1，从而降低节流装置的制造成本。
下面简要地说明节流装置的操作。一旦踩压加速踏板时，表示加速踏板位置的电信号传递到电控单元。电控单元驱动电机，从而电机使节流轴3转过一定的角度，该角度与表示加速踏板位置的电信号相应。节流轴3被旋转到某一方向上，以逆着回位弹簧的推压力打开节流阀2。
另一方面，当加速踏板返回到原始位置时，节流轴3在这样一个方向上转动，以通过回位弹簧的推压力来关闭节流阀2。当形成在阀动齿轮13和齿轮箱23上的止动件彼此抵靠在一起时，节流阀2就转到其全关闭位置。当节流阀2处于全关闭位置时，对应于怠速的空气量供应到发动机中。可选择地，电机驱动节流轴3到这样一个方向，以在电控单元的控制下关闭节流阀2。因此，可根据加速踏板的操作，来控制节流阀2开度(即供应到发动机的空气量)。
本发明的优点总结如下。通过注射成型，轴承支架6、7与节流体1整体成型在一起；并且在成型的节流体1凝固之后，轴承4、5压配在轴承支架6、7中，以可转动地支承着节流轴3。因此，可以避免轴承4、5由于注射成型的压力而发生变形。还有，可以避免在成型过程中熔化树脂进入节流轴3和轴承4、5之间的间隙。因此，可以确保节流轴3平稳地转动。
当节流轴3和轴承支架6、7被放置在成型模中时，它们在成型模中定位，从而在成型过程完成之后，可以使节流轴3和轴承支架6、7变成同轴。换句话说，考虑到了在成型过程之中、之后的树脂变形而导致的少量位置偏差，节流轴3和轴承支架6、7被放置在成型模中。通过这种方式，节流轴3的旋转轴线和轴承支架6、7的旋转轴线保持同轴。
如果需要进一步确保轴承4、5和节流轴3之间的同轴关系，可以在将轴承4、5压配在轴承支架6、7之前，加工轴承4、5和/或轴承支架6、7的内孔。轴承支架6、7的内孔61、62和轴承4、5的外周之间的间隙可适当增大，以消除由于成型压力产生的轴承支架6、7变形对同轴位置关系产生的负面影响。
在节流体1的成型过程完成后，将轴承4、5压配在轴承支架6、7中。因此，如果油浸烧结金属用作轴承4、5，则可以避免油浸入到熔化树脂中而降低树脂刚性。
通过凸缘31、32和轴承4、5的轴向端53、54之间的抵靠，可限制节流轴3在轴向上的移动。可正确地保持磁场(其由连接在阀动齿轮13上的磁体11和磁轭12产生，且该阀动齿轮13固定在节流轴3上)相对于传感器元件(其被承载在传感器盖上以面对磁场)的轴向位置。从而，通过传感器元件可以正确地检测节流阀2的角位置。此外，由于节流轴3在轴向上正确且固定地进行定位，所以节流阀2可在空气通道15中平稳地转动，且不会接触空气通道15的内壁。
节流轴3的轴向端被密封塞9封闭，从而空气通道15不会与外界相通，且外界灰尘不会进入空气通道15中。当节流阀2处于全关闭位置时，流过节流阀2和空气通道15内壁之间的间隙的空气量保持为预定水平不变。因此，发动机怠速可保持在预定速度，且可以降低怠速油耗。
本发明不限于上述实施例，可进行各种变形。例如，本发明可应用在不由电机驱动而是通过与加速踏板相连的线缆直接驱动的节流装置中。虽然节流阀2由树脂制成，且如上述实施例所述地通过成型连接在节流轴3上，但是还可通过螺钉或类似物将树脂阀或金属阀机械地连接到节流轴3上。此外，在注射成型了具有嵌入轴承支架6、7的节流体1之后，可以将节流轴3安装在节流体1中。
形成空气通道15的圆筒壁14可为双缸体结构，其具有同轴的两个圆筒壁。具有填充材料(例如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤稚或硼纤维)的合成树脂材料可以用作成型树脂。例如包含30％玻璃纤维(PBT30)的聚对苯二甲酸丁二酯可用作成型树脂。使用合成树脂材料，可通过注射成型低成本地制造具有高强度、高硬度和高抗热性的节流体1。
为了使轴承支架6、7牢固地嵌入在节流体1中，可在轴承支架6、7的外周上形成出滚花、或小的凹进和凸起。此外，为了防止轴承支架6、7在轴支承凸台16、17的孔21、22中转动，可在轴承支架6、7的外周上形成出两个平行面。可选择地，轴承支架6、7的外周可形成为多边形。
虽然通过上述优选实施例说明了本发明，但是本领域技术人员可以明显看出，在不超出权利要求所限定的本发明范围的情况下，可以对结构和部件进行改变。
权利要求
1.一种节流装置，用于控制供应到内燃机的空气量，该节流装置包括节流体(1)，所述节流体在其中形成有空气通道(15)，且由树脂材料制成；一对轴承支架(6、7)，其通过嵌模成型的方法嵌入在节流体中；一对轴承(4、5)，其中每个轴承压配在各自的轴承支架中；节流轴(3)，其可转动地由节流体中的轴承支承着；以及节流阀(2)，其与节流轴相连，从而根据节流轴的转动来控制流过空气通道的空气量。
2.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于所述轴承支架(6、7)是独立于节流装置中的轴承(4、5)和其他部件的独立部件。
3.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于所述节流装置还包括密封塞(9)，用于气密性地封闭所述轴承支架(6、7)中至少一个的轴向端；以及所述密封塞(9)压配在轴承支架中。
4.根据权利要求1所述的节流装置，其特征在于所述轴承支架(6、7)由金属材料制成；以及所述轴承(4、5)是从下列的一组轴承中进行选择滚动轴承、滑动轴承、烧结金属轴承和树脂环轴承。
5.一种制造节流装置的方法，该节流装置用于控制供应到内燃机的空气量，且包括在其中形成有空气通道(15)的节流体(1)、嵌入节流体中的一对轴承支架(6、7)、保持在轴承支架中的一对轴承(4、5)、在节流体中可转动地由轴承进行支承的节流轴(3)，和与节流轴相连的节流阀(2)；所述方法的特征在于包括以下步骤将所述成对的轴承支架(6、7)放置在成型模中；通过将熔化树脂注射到成型模中来成型节流体(1)，从而使轴承支架(6、7)嵌入节流体(1)中；在树脂材料凝固之后，从成型模中取出节流体(1)；以及将每个轴承(4、5)压配在各自的轴承支架(6、7)中。
6.根据权利要求5所述的制造节流装置的方法，其特征在于在上述放置步骤中，在成型模中的预定位置处，将节流轴(3)放置在轴承支架(6、7)中；以及在上述成型步骤中，将节流轴(3)定位在轴承支架(6、7)中，且与其间隔开预定空间，同时轴承支架(6、7)被嵌模成型在节流体(1)中。
7.根据权利要求6所述的制造节流装置的方法，其特征在于所述成型模包括一种用于正确调节轴承支架(6、7)和节流轴(3)之间同轴关系的装置。
8.根据权利要求5所述的制造节流装置的方法，其特征在于所述节流装置还包括密封塞(9)，其用于气密性地封闭轴承支架(6、7)中至少一个的轴向端；以及在每个轴承压配在各自的轴承支架中之后，将所述密封塞(9)压配在轴承支架中。
9.根据权利要求5所述的制造节流装置的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤调节所述成对轴承(4、5)和节流轴(3)之间的同轴关系。
全文摘要
节流阀(2)可转动地布置在形成于节流体(1)中的空气通道(15)中。通过转动节流阀，来控制供应到内燃机的空气量。通过将熔化树脂注射到成型模中，同时地形成了连接到节流轴(3)上的节流阀(2)以及节流体(1)，其中成对的轴承支架(6、7)和节流轴(3)位于预定位置。在从成型模中取出节流体(1)之后，将一对轴承(4、5)压配在轴承支架(6、7)中，从而由轴承(4、5)可转动地将节流轴(3)支承在节流体中。通过这种方式，可以避免轴承(4、5)在成型过程中的变形，并确保节流阀(2)的平稳转动。
文档编号F02D9/08GK1715628SQ200510081438
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者岛田广树, 谷村宽 申请人:株式会社电装