CN102482998B - 包括运动转换装置的阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发动机控制阀(1),其包括旋转促动器(7)、阀(5)和运动转换装置(9),所述运动转换装置(9)适于将促动器(7)的旋转转换到阀(5)的平移。运动转换装置(9)包括具有一致节距的螺旋连接部,用于平移阀活门(5)。
Description
技术领域
本发明涉及机动车辆的领域。
本发明更具体地涉及发动机控制阀,所述发动机控制阀被设计为管理连接到车辆发动机的管道内的流体流动。
背景技术
已知发动机控制阀,其由旋转马达促动并被设计为引起布置在管道中的阀活门的平移运动,发动机控制阀能够控制流体通过该管道。这些阀包括与齿轮组相关联的电马达,所述齿轮组允许凸轮系统被旋转。产生的平移运动允许阀活门以直线运动被驱动。
发明内容
本发明的目标是通过提出一种发动机控制阀而改进该类型的阀,所述发动机控制阀的控制更容易和更稳固。
为此,本发明目的在于发动机控制阀,其包括旋转促动器、阀活门和运动转换装置,所述运动转换装置被设计为将促动器的旋转运动转换为阀活门的平移运动,其特征在于,运动转换装置包括节距恒定的螺旋连接部,用于驱动阀活门的平移运动。
由于该配置,阀活门借助运动转换装置的平移驱动是根据大致线性的原理,这就是说,施加在阀活门上以便打开它的轴向力根据阀升程及由此根据促动器的旋转而变化,这些变化可以由大致的直线表示。这不允许施加到阀活门上的力从阀升程阶段的起点(当必须被克服的力最大时)显著降低,如现有技术的阀中通常进行的,在现有技术中,在阀升程的起点之后,力在连接部中快速下降(见图4,以虚线画出的曲线),所述连接部的节距不是恒定的,或甚至具有两倍斜率。
就根据本发明的阀而言,其享有转换装置,该转换装置以线性的方式运转并由此更易控制。
在阀升程起点处,流动通过阀的流体的压力最大。由于为了引起阀升程而要克服的力的大小直接取决于阀活门的初始位置,不将力的施加集中在阀升程的起点处与一般原理相反,一般原理根据表面上的需要分布该力,这就是说在起点集中并随后快速减少。
该阀还可以单独或结合地包括以下特征:
-螺旋状连接部包括具有恒定节距的凸轮通道;
-运动转换装置包括管状壁,凸轮通道形成在管状壁中;
-凸轮通道包括两个导轨,所述导轨被布置为在管状壁上面对彼此。
-阀包括至少一个从动件,所述从动件附连到阀活门且设计为与凸轮通道协作;
-所述至少一个从动件被安装为在附连到阀活门的棒上旋转,所述棒布置在由管状壁界定的容积中,以与输入轮协作,所述输入轮由旋转促动器驱动并被设计为使所述棒旋转;输入轮可以由旋转促动器直接或间接地驱动;
-输入轮被安装为在管状壁上旋转;
-输入轮被安装为经由滚动轴承在管状壁上旋转;
-对阀活门的位置进行传感的位置传感器被定位在由管状壁界定的空间中;
-位置传感器是线性位移传感器。线性位移传感器的使用比旋转传感器的使用更有利,这是由于线性位移传感器直接测量阀活门的位移。该传感器在此实际上以大致线性的方式运转,这是由于它与要确定位置的元件(阀活门)直接相关联,而没有任何运动的转换或降低。在现有技术的阀中,旋转传感器通常用于确定作用在阀活门上的凸轮的角位置,并通过考虑所述凸轮的形状而间接地从该角位置推导出阀活门的位置。在这些阀中,线性位移传感器会实际上以非线性的方式运转。“以大致线性的方式运转”意思是,对于阀的元件,物理上得像在自动化和信号处理领域中所具有的含义内的线性系统理论模型一样工作;
-旋转促动器包括电马达,所述电马达以大致线性的方式运转;
-该马达是DC马达;
-旋转促动器通过传动机构连接到运动转换装置,所述传动机构以大致线性的方式运转;
-阀包括复位机构,该复位机构将阀活门复位到关闭位置,这些复位机构以大致线性的方式运转;
-弹性复位机构包括螺旋扭簧;
-从旋转促动器到阀活门的动力传动系由以大致线性的方式运转的元件构成。
本发明的另一方面目标在于这种阀活门与控制器件的组件,所述控制器件被编程为线性模型。
控制器件可以包括常规电子装置,诸如发动机控制单元(或ECU)。
它们被编程为线性模型,这意味着将阀活门的位置描述为输入命令的函数的模型的转移函数是线性函数。
附图说明
本发明根据一个优选的且非限制性的实施例的以下描述将被更好地理解,该描述参考附图而给出。在附图中:
图1是根据本发明的阀的透视图;
图2是图1的阀的分解图;
图3是图1的阀的运动转换装置的透视图;
图4是示出施加到阀活门的轴向力的图,所述轴向力是在图1的阀中的阀活门的阀升程(lift travel)的函数。
具体实施方式
图1示出发动机控制阀1,其在该示例中是通常已知为EGR阀的废气再循环阀。组成阀1的各种元件在图2的分解图中分别可见。
阀1包括流体入口2和流体出口3,阀活门5的头部4被定位在它们之间。以对于EGR阀很常规的方式,当阀活门5处于关闭位置时,它切断经由入口2进入和经由出口3离开的流体流动。对比之下,当阀活门5大开时,它允许该流体自由地流动,而当阀活门处于中间位置时,它计量供应流体。
阀1包括支架6,促动器、运动转换装置9和传动轮8安装在所述支架6上,促动器在此包括电马达7,所述传动轮8允许马达7驱动运动转换装置9,运动转换装置9将传动轮8的旋转运动转换为阀活门5的直线运动。
运动转换装置9具有管状的整体形状,并在它的其中一端处包括阀座10,在它的另一端处包括凸轮通道11。作为替换,阀可以没有阀座。在该示例中,凸轮通道11包括两个导轨,所述导轨制造在运动转换装置9的管状壁12中。棒13被固定到阀活门5并装备有从动件14,棒13被设计为沿凸轮通道11行进。
运动转换装置9与输入轮15协作,所述输入轮15包括附连到管状部分17的有齿部分16,所述管状部分17被安装为经由滚动轴承18在运动转换装置9上旋转。
弹性复位机构19在此以螺旋扭簧的形式设置,以将输入轮15复位到它的其中一个极限角位置,该极限角位置对应于,在该例中,阀活门5的关闭位置。
马达7由此在该情况下被操作为抵抗复位机构19的作用,以便打开阀活门5。
位置传感器20还允许阀活门5的沿它的轴向行程的位置在任何时刻被测量,及经由探测器21实现测量,该探测器借助于弹簧(未示出)与棒13保持接触。传感器20由此关于探测器21以线性方式运转。
安装在支撑件6上的保护盖22(见图2)保护阀1的旋转构件。
马达7用内置式控制器以对计算器件(未示出)常规的方式被提供动力和驱动。
当使马达7旋转时,马达7驱动传动轮8(及可以设置的任何其它齿轮组)的旋转,其继而使输入轮15转动。输入轮15还通过互补的形状驱动棒13的旋转(见图1),同时使棒13能自由以实现轴向平移运动。这使得从动件14沿凸轮通道11(其是固定的,运动转换装置9固定到支撑件6)移动,及由此使得棒13的和阀活门5沿轴向方向联合平移运动,使得阀活门5打开或关闭。
参考图4,运动转换装置9在此示出为在阀1外。在该图中,输入轮15处于一角位置,该角位置:
-对应于棒13的角位置;
-对应于从动件14在凸轮通道11中的位置(在导轨的端部处);
-对应于阀活门的位置(关闭位置)。
凸轮通道11被配置为,使得当阀活门5打开时施加在阀活门5上的力为大致线性的。
运动转换装置9因此以非常类似于线性系统的方式运转。线性系统是将线性(一阶)算子施加到输入信号的系统模型。线性系统通常显示出比一般非线性情况简单得多的特征和性质。
这些线性性质改进系统的可控性。
施加到阀活门的轴向力沿阀活门5的轴向行程以线性或非线性的方式变化。表示施加到阀活门5的轴向力的曲线23由此大致为直线,该轴向力作为阀活门5的轴向行程(阀升程)的函数。在图4中,该曲线23以实线示出,而关于现有技术的阀的常规曲线24以虚线示出。
对于马达7的相同旋转(直接对应于棒13的角度变化),由于凸轮通道11和从动件14之间的协作而施加到阀活门5的轴向力的变化由此大致恒定并在马达7的整个工作旋转范围上相同。
在图4的示例中,施加到阀活门5的轴向力的变化不仅恒定,而且非常小。作为示例,在阀升程的起点(图4中的点25)处的力可以是420N,而在阀升程的终点(图4中的点26)处的力可以是380N,其表示在阀活门5的整个阀升程上约10%的力变化。作为比较,现有技术的阀的力变化的数量级为1000%(见图4)。
曲线23由此在此不仅是直线,而且几乎水平。
在当前示例中,凸轮通道11由两个导轨构成,所述导轨面对面地布置(彼此直径上对置)在管状壁12上,这些导轨中的每一个在此由在管状壁12上制造的开口槽形成。所述槽的形状是沿管状壁12延伸的螺旋体。为了获得具有恒定变化的轴向阀升程,该螺旋体在该示例中具有恒定的螺旋节距(见图3)。
因此,借助运动装换装置9,当阀1打开时阀1的运转方式从以下意义上来说是大致线性的:马达7通过一给定角度的旋转将在阀活门5上产生的大致相同的力变化,而不论阀活门5的位置如何。由于该变化在此还被减小到最小,使马达7旋转通过给定角度将导致大致相同的力施加到阀活门5,而不管阀活门5的位置如何。
此外,运动转换装置9所运转的大致线性方式可以由动力传动系的其它部件补充,所述部件从马达7延伸到阀活门5,其同样地以大致线性的方式有利地运转。
本示例的实施例,其是特别有利的,在该动力传动系中仅包括以大致线性的方式运转的元件。该动力传动系可以由此被建模为具有满意结果的线性模型。该线性模型被嵌入在被选择以控制阀的电子装置中。
在这种情况下首先马达7是DC马达,即它以大致线性的方式运转。
将马达7的旋转传送到输出轮15的全部传动装置也以大致线性的方式运转,这就是说,齿轮(在该情况下是齿轮8和15)的齿关于所述齿轮的工作圆周均匀分布。
摩擦也是非线性源。滚动轴承18在此减少该摩擦,从而系统运转得更像线性系统。
构成复位机构19的螺旋扭簧在此也以大致线性的方式运转,这就是说,输入轮15的旋转与已导致该旋转的扭矩(由传动轮施加的扭矩)直接成比例。该运转方式通过选择具有大致恒定的弹簧应变率的弹簧而实现。
从马达7到阀活门5的整个动力传动系因此以大致线性的方式运转,因此使其更可控。
用于控制马达7的计算器件(未示出)上的工作负荷在此被减少,这是由于为了实现从用于阀活门5的位置指令到用于马达7的相应命令,计算器件处理线性方程,其要求较少的计算能力、更好的响应性和更大的稳固性。马达7的控制由此在该情况下是线性的,这就是说,根据一阶线性模型执行。
可以考虑阀1的其它特征,而不背离本发明的范围。特别是,从马达7到输入轮15的齿轮组可以包括任何数量的齿轮或小齿轮。
阀活门可以是使用经受平移运动的部件来控制流动(打开、关闭和/或计量)的任何构件。
Claims (9)
1.一种发动机控制阀(1),包括旋转促动器、阀活门(5)和运动转换装置(9),所述运动转换装置(9)被设计为将促动器(7)的旋转运动转换为阀活门(5)的平移运动,其特征在于,运动转换装置(9)包括节距恒定的螺旋连接部,用于驱动阀活门(5)的平移运动,且该运动转换装置(9)还包括管状壁(12),其中,螺旋连接部包括具有恒定节距的凸轮通道(11),且凸轮通道(11)包括由在管状壁(12)中制成的开口槽形成的导轨,且该发动机控制阀还包括复位机构(19),其将阀活门(5)复位到关闭位置,所述复位机构(19)以大致线性的方式运转,且弹性复位机构(19)包括螺旋扭簧,其中,
所述凸轮通道(11)包括两个导轨,所述导轨被布置为在管状壁(12)上面对彼此,且
该发动机控制阀(1)包括至少一个从动件(14),所述从动件附连到阀活门(5)及被设计为与所述凸轮通道(11)协作,其中,
所述至少一个从动件(14)被安装为在附连到阀活门(5)的棒(13)上旋转,所述棒(13)布置在由管状壁(12)界定的容积中,以与输入轮(15)协作,所述输入轮(15)由旋转促动器驱动并被设计为使所述棒(13)旋转,
其中,所述输入轮(15)包括管状部分(17),该管状部分(17)通过互补的形状驱动所述棒(13)旋转,且所述输入轮(15)被安装为在管状壁(12)上旋转,且其中,所述运动转换装置(9)具有管状的整体形状,并在其一端处包括阀座(10)。
2.如权利要求1所述的发动机控制阀,其中,所述输入轮(15)被安装为经由滚动轴承(18)在管状壁(12)上旋转。
3.如权利要求1或2所述的发动机控制阀,其中,对阀活门(5)的位置进行传感的位置传感器(20)被定位在由管状壁(12)界定的空间中。
4.如权利要求3所述的发动机控制阀,其中,位置传感器(20)是线性位移传感器。
5.如权利要求1或2所述的发动机控制阀,其中,旋转促动器包括电马达,所述电马达以大致线性的方式运转。
6.如权利要求5所述的发动机控制阀,其中,所述电马达是DC 电马达。
7.如权利要求1或2所述的发动机控制阀,其中,旋转促动器通过传动机构连接到运动转换装置(9),所述传动机构以大致线性的方式运转。
8.如权利要求1或2所述的发动机控制阀,其中,从旋转促动器到阀活门(5)的动力传动系由以大致线性的方式运转的元件构成。
9.一种包括发动机控制阀(1)和控制器件的组件,所述发动机控制阀(1)如权利要求1至7中的一项所述,所述控制器件被编程为线性模型。
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