CN101892912A - 一种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，包括壳体、安装在壳体内的驱动电机及风门，所述的风门通过风门轴安装在壳体内，在壳体上设有用于反馈风门位置的角位移传感器，所述风门轴上设有与角位移传感器相对应的磁铁座，所述的磁铁座内设有磁铁，所述的驱动电机通过齿轮减速机构与风门轴相连接。本发明工作时无电气磨损，不会产生接触不良、信号偏差等现象，并且使用寿命长等优点。并通过设计怠速调节螺钉，降低风门和壳体风道的加工精度，降低风门在怠速位置的安装精度，节约成本。

Description

一种非接触式电子节气门

技术领域

本发明涉及的是一种电子节气门，具体涉及的是一种非接触式电子节气门，属于汽车制造技术领域。

背景技术

国家经济的可持续发展需要良好的环境，而大量机动车的使用产生了很多有毒、有害的排放物，因此国Ⅳ排放标准要求进一步降低机动车的尾气排放。通过精确控制发动机的进气，使燃油更充分、彻底的燃烧是降低机动车的尾气排放有效方法之一。

节气门是控制发动机进气的关键部件。传统的机械式节气门，由拉丝结构连接在油门踏板上，驾驶员踩踏油门踏板拉动节气门的风门轴来控制风门的开度，达到调节进气的要求。由于机械式节气门的控制方式因其动态特性的限制，很难根据汽车的不同工况相应地做出精确、及时的调整；特别是在冷起动、低负荷等特殊工况下的控制效果很差，从而导致汽车发动机的经济性下降，有害排放量增加。而电子节气门取消了传统油门踏板与节气门风门之间的拉线连接，采用电机控制风门的开度。当驾驶员踩下电子油门踏板时，电子油门踏板位置传感器将其位移量信号转换为电压信号传给ECU，ECU通过对当前所处工况进行分析和逻辑处理后发出控制信号，控制节气门驱动电机，使电机按照ECU给定的角度驱动节气门运转并达到所需的开度；同时节气门体上的节气门位置传感器将测得的当前节气门位置信反馈给ECU，通过反馈控制实现对节气门的最佳闭环控制。电子节气门能根据驾驶员的需求愿望以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，保证车辆最佳的动力性和燃油经济性，降低尾气排放。

现有电子节气门大多采用电位计式来实现角度信号的输出，由于电刷、电阻涂层之间接触，需要很高的安装精度，且长期使用容易造成电刷与电阻涂层之间的磨损和接触不良，产生信号偏差。因此，需要一种机械系统与传感器系统相互不接触的电子节气门，避免有害的机械磨损，降低安装精度，提高节气门的使用寿命。

现有电子节气门风门、壳体的风道都需要很高的加工精度，且风门在怠速位置安装精度要求很高，国内现有的加工水平难以满足，或难以实现大批量的高精度加工。因此需要通过特殊的结构，来调节风门在怠速位置的安装，降低加工精度，减少成本。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明的目的是在于提供一种工作时无电气磨损，不会产生接触不良、信号偏差等现象，并且使用寿命长的非接触式电子节气门，它的磁铁的机械系统与带有可编程的霍尔元件的角位移传感器系统相互不接触。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种非接触式电子节气门，包括壳体、安装在壳体内的驱动电机及风门，风门通过风门轴安装在壳体内，在壳体上设有用于反馈风门位置的角位移传感器，风门轴上设有与角位移传感器相对应的磁铁座，磁铁座内设有磁铁，驱动电机通过齿轮减速机构与风门轴相连接。磁铁座内的磁铁和霍尔元件相互不接触，磁场强度随着风门轴的转动而改变，霍尔元件非接触测量旋转磁场的大小，通过角位移传感器来反馈风门的精确位置。

上述的角位移传感器包括中盖、安装在中盖上的传感器线路板和用于非接触测量旋转磁场大小的霍尔元件，霍尔元件固定在传感器线路板上。霍尔元件、传感器线路板和中盖作为角位移传感器，整体安装在壳体上，结构简单紧凑、安装拆卸方便。

上述的磁铁注塑在磁铁座上，磁铁座通过销固定在风门轴上。将磁铁作为镶件安装在磁铁座内可以避免安装磁铁带来的磁铁晃动，提高角位移传感器反馈信号的准确性，将磁铁座独立出来还可以增强零件的通用性，降低成本。

上述的齿轮减速机构为二级齿轮减速机构，二级齿轮减速机构包括电机齿轮、中间齿轮和风门齿轮，电机齿轮设置在驱动电机的输出轴上，中间齿轮通过中间齿轮轴固定在壳体内，风门齿轮安装在风门轴上，电机齿轮与风门齿轮通过中间齿轮相啮合。从而驱动电机可以通过二级齿轮减速机构带动风门轴转动。

上述的风门轴上分别安装有滚针轴承和垫片，风门轴通过滚针轴承及垫片安装在壳体内，壳体内与风门轴相适配的位置设有扭簧衬套，扭簧衬套上设有回位扭簧，回位扭簧一端固定在壳体上另一端固定在风门齿轮上。扭簧衬套不仅可以防止回位扭簧与壳体的摩擦还可以防止回位扭簧的扭曲。

上述的中盖上分别设有电机插片和接插件插针，扩大传感器线路板的范围，降低电机插片和接插件插针的结构难度，降低中盖的注塑成本，电机插片与驱动电机相连接，插接件插针通过传感器线路板分别与霍尔元件及驱动电机相连接。

上述的驱动电机为直流电机，直流电机上设有电机盖，驱动电机通过电机盖安装在壳体内。使用电机盖定位并安装在壳体内部，安装方便快捷。

上述的壳体上方设有上盖，上盖可以有效的提高对角位移传感器的防护，壳体和上盖及中盖之间分别安装有大密封圈和小密封圈，可以有效避免灰尘、液体等进入壳体内部而损坏角位移传感器。

本发明带有磁铁的机械系统与带有可编程的霍尔元件的角位移传感器系统相互不接触，通过风门轴角位移的改变来实现旋转磁场强度的改变，霍尔元件非接触测量旋转磁场的大小，并通过角位移传感器产生不同的信号，信号由角位移传感器的电路处理和放大后输出满足汽车引擎控制单元，即ECU所需的信号电压，实现对风门位置的精确调节。电子节气门工作时无电气磨损，不会产生接触不良、信号偏差等现象，大大延长节气门的使用寿命。通过设计怠速调节螺钉，降低风门和壳体风道的加工精度、降低风门在怠速位置的安装精度，节约成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1是本发明的外形图；

图2是本发明去除上盖后的状态图；

图3是本发明的机械系统组件图；

图4是图3的剖视图；

图5是本发明的角位移传感器组件图；

图6是本发明的产品零部件明细图；

图7是本发明的风门全开状态图；

图8是本发明的风门全闭状态图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示本发明包括壳体15、固定在壳体15内的驱动电机及风门轴7和安装在壳体15上的角位移传感器，驱动电机采用的是直流电机20，风门17通过螺钉固定在风门轴7上，风门17可以在壳体15的风道内旋转。在风门轴7上与角位移传感器相对的位置通过销6固定有磁铁座5，直流电机20连接有二级齿轮减速机构，直流电机20通过二级齿轮减速机构带动风门轴7转动。

在磁铁座5内注塑有作为镶件的磁铁，可以避免安装磁铁带来的晃动，提高角位移传感器反馈信号的准确性，将磁铁座5独立出来还可以增强零件的通用性，降低成本。

直流电机20安装有电机盖21，电机盖21通过螺母固定在壳体15内部，从而将直流电机20固定在壳体15内部。

二级齿轮减速机构由电机齿轮24、中间齿轮23、风门齿轮8构成，电机齿轮24压在直流电机20的输出轴上，中间齿轮23在中间齿轮轴22上转动，而中间齿轮轴22按压在壳体15上，风门齿轮8焊接在风门轴7上。电机齿轮24与风门齿轮8通过中间齿轮23相啮合。从而驱动电机可以通过二级齿轮减速机构带动风门轴7转动。

风门轴7由滚针轴承9及垫片10安装在壳体15内，垫片10卡住风门轴7可以防止风门轴7的上下窜动，提高角位移传感器反馈信号的准确性。风门轴7上还设有橡胶圈11，可以有效的避免灰尘、液体等进入壳体15内部。

壳体15内与风门轴7相对应的位置还安装有扭簧衬套13，回位扭簧12套在扭簧衬套13上，扭簧衬套13不仅可以防止回位扭簧12与风门轴7的摩擦还可以防止回位扭簧12的扭曲，且回位扭簧12一端固定在壳体15上另一端固定在风门齿轮8上。

角位移传感器包括中盖4、通过焊接或螺钉安装在中盖4上的传感器线路板2和焊接在传感器线路板2上的霍尔元件3，角位移传感器作为整体安装在壳体15上，结构简单紧凑，安装拆卸方便。磁铁与霍尔元件3相互不接触，磁场强度随着风门轴7的转动而改变，霍尔元件3非接触测试旋转磁场的大小，通过角位移传感器来反馈风门17的精确位置。

在中盖4上分别设有电机插片25和接插件插针26，电机插片25与直流电机20相连接，霍尔元件3的信号输出线和直流电机20的驱动线分别通过传感器线路板2与接插件插针26相连，扩大传感器线路板2的范围，降低电机插片25和接插件插针26的结构难度，降低中盖4的注塑成本。

壳体15上方设有上盖1，上盖1翻边安装在壳体15上，安装方便快捷，且上盖1可以有效的提高对角位移传感器的防护，端盖16压在壳体15内。上盖1和壳体15之间装有大密封圈18，中盖4和壳体15之间装有小密封圈19，有效避免灰尘、液体等进入壳体15内部而损坏角位移传感器。

在壳体15上安装有调节螺钉14，在怠速位置时微调风门17的安装，降低安装精度，降低风门17和壳体15风道的加工精度，节约成本。

使用时，当驾驶员踩下电子油门踏板时，电子油门踏板位置传感器将其位移量信号转换为电压信号传给ECU，ECU通过对当前所处工况进行分析和逻辑处理后发出控制信号，控制直流电机20，使直流电机20通过二级齿轮减速机构带动风门轴7运转并使风门17达到所需的开度，磁场强度随着风门轴7的转动而改变，霍尔元件3非接触测试旋转磁场的大小，通过角位移传感器来反馈风门17的精确位置，将测得的当前风门17位置信反馈给ECU，通过反馈控制实现对节气门的最佳闭环控制。电子节气门能根据驾驶员的需求愿望以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，保证车辆最佳的动力性和燃油经济性，降低尾气排放。

如图7、图8是本发明节气门的两种极限工作状态：怠速状态，此时风门17全闭；节气门全开状态，此时风门17全开。在怠速时，调节调节螺钉14可以保证风门17在直流电机20的驱动下完全闭合，而节气门全开状态时，风门17通过风门齿轮8在回位扭簧12的作用下回到壳体15的限制位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种非接触式电子节气门，包括壳体、安装在壳体内的驱动电机及风门，所述的风门通过风门轴安装在壳体内，其特征在于，在壳体(15)上设有用于反馈风门(17)位置的角位移传感器，所述风门轴(7)上设有与角位移传感器相对应的磁铁座(5)，所述的磁铁座(5)内设有磁铁，所述的驱动电机通过齿轮减速机构与风门轴(7)相连接。

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，所述的角位移传感器包括中盖(4)、安装在中盖(4)上的传感器线路板(2)和用于非接触测量旋转磁场大小的霍尔元件(3)，所述的霍尔元件(3)固定在传感器线路板(2)上。

3.根据权利要求1所述的非接触式电子节气门，其特征在于，所述的磁铁注塑在磁铁座(5)上，所述的磁铁座(5)通过销(6)固定在风门轴(7)上。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的非接触式电子节气门，其特征在于，所述的齿轮减速机构为二级齿轮减速机构，所述的二级齿轮减速机构包括电机齿轮(24)、中间齿轮(23)和风门齿轮(8)，所述的电机齿轮(24)设置在所述的驱动电机的输出轴上，所述的中间齿轮(23)通过中间齿轮轴(22)固定在壳体(15)内，所述的风门齿轮(8)安装在风门轴(7)上，所述的电机齿轮(24)与风门齿轮(8)通过中间齿轮(23)相啮合。

5.根据权利要求4所述的非接触式电子节气门，其特征在于，所述的风门轴(7)上分别安装有滚针轴承(9)和垫片(10)，所述的风门轴(7)通过所述的滚针轴承(9)及垫片(10)安装在壳体(15)内，所述的壳体(15)内与风门轴(7)相适配的位置设有扭簧衬套(13)，所述的扭簧衬套(13)上设有回位扭簧(12)，所述的回位扭簧(12)一端固定在壳体(15)上另一端固定在风门齿轮(8)上。

6.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述的中盖(4)上分别设有电机插片(25)和接插件插针(26)，所述的电机插片(25)与所述的驱动电机相连接，所述的插接件插针通过传感器线路板(2)分别与所述的霍尔元件(3)及所述的驱动电机相连接。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的非接触式电子节气门，其特征在于，所述的驱动电机为直流电机(20)，所述的直流电机(20)上设有电机盖(21)，所述的驱动电机通过电机盖(21)安装在壳体(15)内。

8.根据权利要求6所述的非接触式电子节气门，其特征在于，所述的壳体(15)上方设有上盖(1)，所述的壳体(15)和上盖(1)及中盖之间分别安装有大密封圈(18)和小密封圈(19)。

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