CN104389687A - 非接触式电子节气门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式电子节气门，属一种发动机配套装置，包括壳体与下盖，壳体与下盖的内部形成腔体，腔体中安装有驱动电机，驱动电机的输出端通过齿轮组与节气门轴动力连接，节气门轴上安装有节气门片；腔体中还安装有角位移传感器总成，角位移传感器总成的线路板上至少安装有磁铁，以及用于非接触测量旋转磁场大小的霍尔元件；所述齿轮组与角位移传感器总成之间还安装有复位扭簧，所述复位扭簧与节气门轴的末端固定连接。由电控系统中的油门踏板位置传感器以及两路非接触式传感器组成对节气门开度的闭环控制系统，具有控制精度高（节气门轴转动的精度）、反应灵敏的特点，改善了执行机构做出的响应与控制预期不一致的问题。

Description

非接触式电子节气门

 

技术领域

本发明涉及一种发动机配套装置，更具体的说，本发明主要涉及一种非接触式电子节气门。

 

背景技术

汽车发动机系统节气门体总成的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运行工况。驾驶员通过操作油门踏板来操纵节气门开度。传统节气门体总成采用机械连接方式，通过拉杆或拉索传动连接油门踏板和节气门体总成，因此节气门开度完全取决于油门踏板的位置，即驾驶员的操作意图，但从动力性和经济性角度来看，发动机并不总是完全处于最佳运行工况，而且驾驶员的误操作也给安全性带来隐患。电子节气门体取消了传统的机械连接，通过电控单元驱动电子节气门体快速精确地开度到位。它的优点在于能根据驾驶员的需求以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，使发动机排放达到最佳，保证车辆最佳的动力性和燃油经济性，并具有牵引力控制、巡航控制等控制功能， 提高安全性；正式因为传统的节气门体与加速踏板之间通过拉索连接，节气门体的开度完全由驾驶员通过加速踏板来控制。这种机械连接方式只能使发动机电子控制系统完全按驾驶员对加速踏板的操作控制发动机的工作，不能确保发动机的工作状态与汽车的运行情况形成最佳的匹配。由于整个操作过程都是通过机械连杆机构来完成，因此从驾驶员通过踩下加速踏板发出操作指令到执行机构做出响应就会出现一个时间滞后现象，这样就会导致驾驶员所期望的最好燃油经济性能和排放性能与发动机是实现的往往并不一样，因而有必要对现有发动机的节气门结构做进一步的改进和研究。

 

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种非接触式电子节气门，以期望解决现有技术中节气门开度依靠机械连杆机构来完成，导致执行机构做出的相应与预期不一致，造成燃油经济性能和排放性能出现偏差等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种非接触式电子节气门，包括壳体与下盖，所述壳体与下盖的内部形成腔体，所述腔体中安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过齿轮组与节气门轴动力连接，所述节气门轴上安装有节气门片，所述壳体上设有与节气门片相对应的通孔；所述腔体中还安装有用于检测节气门片位移的角位移传感器总成，所述角位移传感器总成的线路板上至少安装有磁铁，以及用于非接触测量旋转磁场电势差的霍尔元件；所述齿轮组与角位移传感器总成之间还安装有复位扭簧，所述复位扭簧与节气门轴的末端固定连接，用于带动节气门轴转动使节气门片复位至初始位置。

作为优选，进一步的技术方案是：所述齿轮组中包括主动齿轮、传动齿轮与不完整复位齿轮，所述主动齿轮安装在驱动电机输出端上，传动齿轮安装在腔体的内部，不完整复位齿轮安装在节气门轴的末端上，所述主动齿轮、不完整复位齿轮分别与传动齿轮相啮合，用于由主动齿轮通过传动齿轮带动不完整复位齿轮转动。

更进一步的技术方案是：所述的角位移传感器总成的线路板上设有磁铁座，所述磁铁与霍尔元件均安装在磁铁座上；所述霍尔元件的位置与节气门轴的末端相互对应。

更进一步的技术方案是：所述角位移传感器总成线路板上的霍尔元件通过第一铜板排线嵌件接入插座，所述驱动电机通过第二铜板排线嵌件接入插座。

更进一步的技术方案是：所述角位移传感器总成的线路板与驱动电机均接入电控单元，用于通过电控单元根据角位移传感器总成反馈的节气门片当前的转动角度，控制驱动电机的实时输入电压。

更进一步的技术方案是：所述壳体与下盖之间还设有密封圈。

更进一步的技术方案是：所述的驱动电机为直流电机，所述直流电机通过电机盖安装在腔体内。

更进一步的技术方案是：所述节气门轴的端部通过轴承安装在腔体的内壁上。

更进一步的技术方案是：所述节气门轴带动节气门片的旋转角度为0至80度。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是： 

1、由电控系统中的油门踏板位置传感器以及两路非接触式传感器组成对节气门开度的闭环控制系统，具有控制精度高（节气门轴转动的精度）、反应灵敏的特点，且在任何工况下都直接由直流电机驱动节气门片的开度，提高了发动机的动力性、经济性和安全性；还有效改善了执行机构做出的响应与控制预期不一致的问题，提升发动机的燃油经济性能和排放性能。

2、通过在节气门轴的末端增设扭簧，使得当直流电机出现故障而导致无法正常工作时，节气门片可在扭簧的作用下，总是处于高怠速状态，从而增加了发动机系统的安全性。

 

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本发明另一实施例的齿轮组结构示意图；

图3用于说明为本发明另一实施例的霍尔元件及插孔线路示意图；

图中，1为壳体、11为通孔、2为下盖、3为驱动电机、4为齿轮组、41为主动齿轮、42为传动齿轮、43为不完整复位齿轮、5为节气门轴、6为节气门片、7为线路板、8为磁铁、9为霍尔元件、10为复位扭簧、12为磁铁座、13为第一铜板排线、14为插座、15为第二铜板排线、16为密封圈、17为轴承、18为驱动电机插头。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1所示，本发明的一个实施例是一种非接触式电子节气门，在本实施例中，电子节气门应包括壳体1与下盖2，并使壳体1与下盖2的内部形成腔体，更为重要的是，上述腔体中安装有驱动电机3，驱动电机3的输出端通过齿轮组4与节气门轴5动力连接，在节气门轴5上安装有节气门片6，同时还需在前述的壳体1上设置与节气门片6相对应的通孔11；并且，在腔体中还需安装用于检测节气门片6位移的角位移传感器总成，所述角位移传感器总成的线路板7上至少安装有磁铁8，以及用于非接触测量旋转磁场电势差的霍尔元件9；所述齿轮组4与角位移传感器总成之间还安装有复位扭簧10，所述复位扭簧10与节气门轴5的末端固定连接，用于带动节气门轴5转动使节气门片6复位至初始位置。

在本实施例中，磁铁8为霍尔元件9提供旋转的磁场，节气门片6绕节气门轴5的转动被转换为磁场的旋转，由霍尔元件9将旋转信号反馈给电控单元，即具体的技术方案是上述角位移传感器总成的线路板7与驱动电机3均接入电控单元，用于通过电控单元根据角位移传感器总成反馈的节气门片6当前的转动角度，控制驱动电机3的实时输入电压。由电控系统中的油门踏板位置传感器以及两路非接触式传感器组成对节气门开度的闭环控制系统，具有控制精度高（节气门轴转动的精度）、反应灵敏的特点。

同时，通过在节气门轴5的末端增设复位扭簧10，使得当驱动电机出现故障而导致无法正常工作时，节气门片6可在复位扭簧10的作用下，总是处于高怠速状态，从而增加了发动机系统的安全性。上述节气门轴5带动节气门片6的旋转角度一般为0至80度较为适宜，而节气门轴5的转动可依靠其端部安装在腔体的内壁上的轴承17实现。

参考图2所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，为对驱动电机3输出的动力进行减速增力，齿轮组4具体的结构是其中包括主动齿轮41、传动齿轮42与不完整复位齿轮43，所述主动齿轮41安装在驱动电机3的输出端上，传动齿轮42安装在腔体的内部，不完整复位齿轮43安装在节气门轴5的末端上，所述主动齿轮41、不完整复位齿轮43分别与传动齿轮42相啮合，用于由主动齿轮41通过传动齿轮42带动不完整复位齿轮43转动。

更为具体的是，为使角位移传感器总成的输出信号能准确反映节气门阀片的开度位置，还可在上述角位移传感器总成的线路板7上增设磁铁座12，所述磁铁8与霍尔元件9均安装在磁铁座12上；并使霍尔元件9的位置与节气门轴5的末端相互对应，且优选使两者连接为一体式的结构。即节气门轴5与角位移传感器总成的接口处采用扁槽紧配合结构，使安装有霍尔元件9的磁铁座12可与节气门轴5的末端连接为一体，使角位移传感器总成的输出信号能准确反映节气门片6的开度位置。

结合图3所示，发明人为进一步规范节气门内部的电器结构，还对上述角位移传感器总成与驱动电机之间的连接结构进行了优化，具体为将角位移传感器总成线路板7上的霍尔元件9通过第一铜板排线13嵌件接入插座14，在将驱动电机3通过第二铜板排线15嵌件接入插座14。

进一步的，为提升上述壳体1与下盖2之间形成腔体的密封性，最好在两者之间再增设密封圈16，同时为尽可能的屏蔽外界的电磁干扰，做好将壳体1与下盖2采用磁导率比较高的金属板加工制成。并且考虑到驱动电机3的精确性、反应灵敏，以及便于伺服控制等客观需求，在本实施例中最好采用直流电机作为上述的驱动电机3，并将直流电机通过电机盖安装在腔体内。

正如上述所提到的，本发明的电子节气门中采用直流电机，直流电机精度高、反应灵敏、便于伺服控制，控制直流电机采用脉冲宽度调制(PWM) 技术，具有频率高、效率高、功率密度高、可靠性高的特点。

并且本发明目前提出一种全新的电子节气门体的设计方案，它采用双反馈信号的非接触式传感器，控制性能高的直流电机以及对电子节气门体整体的安装稳定性进行了优化，能提高对节气门阀片转动的控制精度，延长电子节气门体的使用寿命。

确切的说，本发明是一种通过霍尔元件来实现的电子节气门电机传动的闭环系统。直流电机是驱动元件，齿轮组4、复位扭簧10、节气门片6等组成了执行元件，节气门轴5末端下方的角位移传感器总成为旋转角度反馈元件。直流电机输入电压在电枢回路中产生电枢电流，电枢电流与励磁磁通相互作用产生电磁转矩，电磁转矩克服节气门转轴上的负载，带动节气门片6运动，实现节气门片6实时位置的控制。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种非接触式电子节气门，包括壳体（1）与下盖（2），所述壳体（1）与下盖（2）的内部形成腔体，其特征在于：所述腔体中安装有驱动电机（3），所述驱动电机（3）的输出端通过齿轮组（4）与节气门轴（5）动力连接，所述节气门轴（5）上安装有节气门片（6），所述壳体（1）上设有与节气门片（6）相对应的通孔（11）；所述腔体中还安装有用于检测节气门片（6）旋转角度的角位移传感器总成，所述角位移传感器总成的线路板（7）上至少安装有磁铁（8），以及用于非接触测量旋转磁场电势差的霍尔元件（9）；所述齿轮组（4）与角位移传感器总成之间还安装有复位扭簧（10），所述复位扭簧（10）与节气门轴（5）的末端固定连接，用于带动节气门轴（5）转动使节气门片（6）复位至初始位置。

2.根据权利要求1所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述齿轮组（4）中包括主动齿轮（41）、传动齿轮（42）与不完整复位齿轮（43），所述主动齿轮（41）安装在驱动电机（3）的输出端上，传动齿轮（42）安装在腔体的内部，不完整复位齿轮（43）安装在节气门轴（5）的末端上，所述主动齿轮（41）、不完整复位齿轮（43）分别与传动齿轮（42）相啮合，用于由主动齿轮（41）通过传动齿轮（42）带动不完整复位齿轮（43）转动。

3.根据权利要求1或2所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述的角位移传感器总成的线路板（7）上设有磁铁座（12），所述磁铁（8）与霍尔元件（9）均安装在磁铁座（12）上；所述霍尔元件（9）的位置与节气门轴（5）的末端相互对应。

4.根据权利要求3所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述角位移传感器总成线路板（7）上的霍尔元件（9）通过第一铜板排线（13）嵌件接入插座（14），所述驱动电机（3）通过第二铜板排线（15）嵌件接入插座（14）。

5.根据权利要求1或4所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述角位移传感器总成的线路板（7）与驱动电机（3）均接入电控单元，用于通过电控单元根据角位移传感器总成反馈的节气门片（6）当前的转动角度，控制驱动电机（3）的实时输入电压。

6.根据权利要求1或4所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述壳体（1）与下盖（2）之间还设有密封圈（16）。

7.根据权利要求1所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述的驱动电机（3）为直流电机，所述直流电机通过电机盖安装在腔体内。

8.根据权利要求1所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述节气门轴（5）的端部通过轴承（17）安装在腔体的内壁上。

9.根据权利要求1或8所述的非接触式电子节气门，其特征在于：所述节气门轴（5）带动节气门片（6）的旋转角度为0至80度。