CN103375277A

CN103375277A - 具有电子定位线圈的节流回复弹簧

Info

Publication number: CN103375277A
Application number: CN2013100773537A
Authority: CN
Inventors: F·A·尼古拉斯
Original assignee: Delphi Automotive Systems LLC
Current assignee: Delphi Technologies IP Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: CN103375277B; US20130284147A1; US8746210B2

Abstract

一种用于在节流本体组件的节流电动机失效时、促使节流本体组件的节流板到达默认位置的螺旋扭转回复弹簧和节流本体组件。回复弹簧包括中间部分、第一端部、第二端部、第一弹簧腿部以及第二弹簧腿部。该节流本体组件包括节流轴、第一衬套、第二衬套以及上述弹簧。由第一端部限定的第一端部中心轴线和由第二端部限定的第二端部中心轴线偏离由中间部分限定的中间部分中心轴线。

Description

具有电子定位线圈的节流回复弹簧

技术领域

本发明涉及用于内燃机的节流阀，并且更具体地涉及电子节流控制回复弹簧和组件，用以响应于电子节流控制系统的故障而将节流板定位在默认（default）位置。

背景技术

用于控制通至发动机的空气量的电子节流控制系统（ETC）是众所周知的。位于节流本体组件中的节流板响应于从发动机控制单元（ECU）接收的信号来对由进气歧管接纳的空气量进行调节。在ECU基于来自节流板和/或位于ETC中的油门踏板位置传感器的信号探测到可能的ETC故障时，ECU使得ETC失效。在ETC失效时，节流板回复弹簧用于将节流板定位在默认位置，以使得刚好足够的空气进入发动机，从而车辆驾驶员能以减小的车辆速度进行跛行模式。

默认节流位置变化会不利地影响跛行模式驾驶性能。如果默认节流位置打开得过大，则车辆会比期望运动得更快，而如果默认节流位置闭合程度过大，则车辆无法具有充足的动力来进行爬坡。使用单个回复弹簧设计的现有技术ETC由于节流组件各部件的过大公差积累和/或构建节流板默认位置的特征而会出现这些不希望的跛行模式驾驶性能。已提出了双回复弹簧设计来减小默认位置变化量，然而双回复弹簧设计由于增大部件成本和组件复杂度仍是不理想的。

发明内容

根据一个实施例，提供一种用于促使节流本体组件的节流板到达默认位置的螺旋扭转回复弹簧。该回复弹簧包括中间部分、第一端部、第二端部、第一弹簧腿部以及第二弹簧腿部。该中间部分以中间卷绕半径进行卷绕，以有效地限定中间部分中心轴线、中间部分第一端以及中间部分第二端。第一端部以第一端卷绕半径进行卷绕并且从中间部分第一端延伸，以有效地限定第一端部中心轴线和第一端部终止部。第一端卷绕半径小于中间卷绕半径，且第一端部中间轴线偏离中间部分中心轴线。第二端部以第二端卷绕半径进行卷绕并且从中间部分第二端延伸，以有效地限定第二端部中心轴线和第二端部终止部。第二端卷绕半径小于中间卷绕半径，且第二端部中间轴线偏离中间部分中心轴线。该第一弹簧腿部从第一端部终止部延伸。该第二弹簧腿部从第二端部终止部延伸。

在另一实施例中，提供一种节流本体组件。该节流本体组件包括节流轴、第一衬套、第二衬套以及上述回复弹簧。该节流轴穿过节流本体组件的节流孔。该第一衬套围绕节流轴并且限定第一衬套外直径。该第二衬套围绕节流轴并且限定第二衬套外直径。回复弹簧通过该第一衬套和第二衬套在节流轴周围保持就位。第一端部所限定的第一端内直径略小于第一衬套外直径，而第二端部所限定的第二内直径略小于第二衬套外直径。

通过阅读本发明的较佳实施例的以下具体说明，本发明的另一些特征和优点将变得更加清楚，参照附图并以非限制性实例方式给出该说明。

附图说明

现在参见附图仅仅借助示例来描述本发明，附图中：

图1是装备有根据一个实施例的电子节流控制系统（ETC）的车辆的视图；

图2是根据一个实施例的图1所示ETC的节流本体组件的分解立体图；

图3是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的俯视图，指示图4、5A、5B和5C的剖视图；

图4是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的节流孔的右侧剖视图，且图2所示节流本体组件的节流板处于默认位置；

图5A是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在安装于图2所示节流本体组件上时的正视剖视图，且图2所示节流本体组件的节流板处于默认位置；

图5B是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在安装于图2所示节流本体组件上时的左侧剖视图，且图2所示节流本体组件的节流板处于默认位置；

图5C是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在安装于图2所示节流本体组件上时的右侧剖视图，且图2所示节流本体组件的节流板处于默认位置；

图6是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的节流孔的右侧剖视图，且图2所示节流本体组件的节流板处于全开节流位置；

图7是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在安装于图2所示节流本体组件上时的右侧剖视图，且图2所示节流本体组件的节流板处于全开节流位置；

图8A是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在未安装在图2所示节流本体组件上并且处于松驰状态时的左侧剖视图；

图8B是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在未安装在图2所示节流本体组件上并且处于松驰状态时的正视图；以及

图8C是根据一个实施例的图2所示节流本体组件的回复弹簧在未安装在图2所示节流本体组件上并且处于松驰状态时的右侧剖视图。

具体实施方式

图1示出包括发动机14和电子节流控制系统（ETC）16的车辆12的非限制示例。该ETC16包括节流本体组件18、发动机控制单元（ECU）20以及油门踏板位置传感器22。基于来自油门踏板位置传感器22的指示驾驶员（未示出）期望发动机扭矩的信号，ECU20指令节流本体组件18允许所需要的空气量通至发动机14，从而产生所期望的发动机扭矩。

图2示出节流本体组件18的非限制示例，该节流本体组件18包括位于节流本体28中阀孔26内的节流板24。节流板24通常刚性地附连于节流轴30，该节流轴穿过阀孔26并且使阀孔26内的节流板24转动，以调节由发动机14所接纳的空气量。通常刚性地附连于节流轴30的节流齿轮32用于将电动机34联接于使节流板24转动的节流轴30。基于来自油门踏板位置传感器22的信号，ECU20确定发动机14的期望发动机扭矩，并且向电动机34提供合适的电力，以将节流板24在阀孔26内转动至期望位置。节流板位置传感器（未示出）将信号发送至ECU20，指示节流板24的位置。螺旋扭转回复弹簧38围绕节流轴30并且利用围绕该节流轴30的第一衬套40和第二衬套42而在节流轴30周围保持就位。回复弹簧38构造成在电动机34失效时、将节流板24运动至默认位置44（图4）。现在将对用于节流板24的默认位置44进行解释。

ECU依赖于来自油门踏板位置传感器22和节流板位置传感器的准确信号，以控制并检测ETC16使得车辆能适当地操作并且安全驾驶。如果ECU20基于来自油门踏板位置传感器22或节流板位置传感器的信号探测到可能的故障，则ECU20可使电动机34失效，致使回复弹簧38将节流板24转动至如图4所示的默认位置44。在默认位置44，节流板24使得刚好足够的空气能通至发动机14，以使得车辆12能在跛行模式下操作，跛行模式使得能在不借助节流控制的情形下驾驶车辆。如果节流板24并未精确地（例如+/-0.5度）保持在默认位置，则发动机14会输出比期望的跛行模式扭矩或大或小的发动机扭矩。如本文所使用的，术语默认位置44是指如下位置：节流板24使得刚好足够的空气能通至发动机14，以使得车辆12能在跛行模式下操作，跛行模式使得能在不借助节流控制的情形下驾驶车辆。

图5A、5B和5C示出组装到节流本体组件18上的回复弹簧38的非限制示例。回复弹簧38包括第一弹簧腿部52和第二弹簧腿部54，在回复弹簧38预加载并组装到节流本体组件18（图2）上时，该第一弹簧腿部和第二弹簧腿部抵靠于从节流本体28（图2）伸出的节流本体突部66和从节流齿轮32（图2）伸出的节流齿轮突部68加载。通常是金属销的节流本体突部66从节流本体28伸出，以与第一弹簧腿部52和第二弹簧腿部54配合。由于节流齿轮32通常是塑料的因而通常也是塑料腿部的节流齿轮突部68从节流齿轮32伸出，以与第一弹簧腿部52和第二弹簧腿部54配合。节流本体突部66和节流齿轮突部68构造成，在节流板24处于默认位置44（图4）时，节流本体突部66和节流齿轮突部68与第一弹簧腿部52和第二弹簧腿部54接触。通常，节流本体突部66和节流齿轮突部68将尺寸设计成足以使得这些突部在由回复弹簧38加载时不会挠曲。

在回复弹簧38作为一部分组装到节流本体组件18上而预加载时，在电动机34失效时，回复弹簧38施加充足的扭矩以将节流板24转动至默认位置44。在节流板24处于默认位置44时，回复弹簧38施加默认扭矩，而在电动机34使节流板24沿任一方向远离默认位置44转动时回复弹簧38可施加增大的扭矩。如本文所使用的，术语默认扭矩意指在回复弹簧38组装到节流本体组件18上且节流板24处于默认位置44时由回复弹簧38施加的扭矩。如图6和7所示，在节流板24由电动机34从默认位置44转动至全开节流位置88时，由回复弹簧38施加峰值扭矩。如本文所使用的，术语峰值扭矩意指在节流板处于全开节流位置88时由回复弹簧38所施加的扭矩。用于构造回复弹簧38的默认扭矩量较佳地基于分析和/或经验方法来建立，该分析和/或经验方法指示克服存在于节流轴30周围的转动摩擦力所需的扭矩量。回复弹簧38构造成在组装到节流本体组件18上时具有基本上线性的弹性系数，以使由回复弹簧38施加的峰值扭矩最小，并且提供可预计的扭矩相对于挠度的输出的关系。本文所使用的术语基本上线性的意指倾斜度小于5％变化。由于电动机34在使节流板24远离默认位置44运动时、须克服增大的回复弹簧扭矩，为减小电动机34的尺寸和电力需求，最小的峰值弹簧扭矩会是理想的。可预计的扭矩比挠度输出会是理想的，这可以简化电动机34的控制算法的推导。

从下文描述中变得显而易见的是，回复弹簧38构造成提供基本上线性的弹性系数，同时保持紧紧得夹持于第一衬套40和第二衬套42。基本上线性的弹性系数提供上述益处，同时紧紧夹持作用消除了在电动机34失效时影响节流板24定位的定位变化源。

图8A、8B和8C进一步示出了回复弹簧38的非限制结构，这些结构在回复弹簧处于松驰状态、即并未组装到节流本体组件上时可以被观察。回复弹簧38适合于由具有合适尺寸和强度的金属线制成，并且在回复弹簧38如上所述进行构造时产生峰值扭矩。回复弹簧38的中间部分46以中间卷绕半径58进行卷绕，以限定中间部分中心轴线60、中间部分第一端62以及中间部分第二端64。中间部分46包含用于回复弹簧38的有效线圈。如本文所使用的，术语有效线圈意指用于产生弹簧扭矩的线圈。中间卷绕半径58较佳地将尺寸设计成，使得中间部分46在回复弹簧38组装到节流本体组件18并加载至峰值扭矩时自由地向内挠曲。中间部分46的自由挠曲对于使回复弹簧38具有基本上线性弹性系数是较佳的。第一端部48从中间部分第一端62延伸且有效地限定第一端部中心轴线74，而第二端部50从中间部分第二端64延伸且有效地限定第二端部中心轴线82。中间部分第一端62相对于中间部分第二端64定位成，使得在节流板24处于默认位置44的情形下、回复弹簧38如图5A、5B和5C所示组装到节流本体组件18时，第一端部中心轴线74和第二端部中心轴线82基本上彼此共线地并且基本上平行于中间部分中心轴线60定位。如本文所使用的，术语基本上共线的意指彼此位于中间卷绕半径的5％距离内，而术语基本上平行的意指轴线在10度范围内平行。总而言之，中间部分46以合适的卷绕半径大小和合适的用于回复弹簧38的有效线圈数量进行卷绕，以在第一端部中心轴线74和第二端部中心轴线82基本上彼此共线的且基本上平行于中心部分中心轴线60定位时产生默认扭矩。用于计算产生特定弹簧扭矩所需的卷绕半径大小和有效线圈数量的方法是本领域众所周知的并且在本文并不进行描述。

第一端部48和第二端部50包含非有效线圈。如本文所使用的，术语非有效线圈意指并不用于产生弹簧扭矩的线圈。第一端部48以第一端卷绕半径72卷绕，有效地限定第一端部终止部76，而第二端部50以第二端卷绕半径80卷绕，有效地限定第二端部终止部84。第一端卷绕半径72和第二端卷绕半径80小于中间卷绕半径58。回复弹簧38在中间部分第一端62片从中间卷绕半径58直接过渡至第一端卷绕半径72，使得第一端部中心轴线74偏离并且基本上平行于中间部分中心轴线60。类似地，回复弹簧38中间部分第二端64处从中间卷绕半径58直接过渡至第二端卷绕半径80，使得第二端部中心轴线82偏离并且基本上平行于中间部分中心轴线60。如本文所使用的，术语直接过渡意指卷绕半径过渡在弹簧卷绕的5度范围内发生。直接过渡消除了对于使用中间尺寸过渡线圈的需求，使得回复弹簧38在节流本体组件18中加载至峰值扭矩时具有基本上线性的弹性系数，而中间尺寸过渡线圈由于它们的中间卷绕半径大小即非是完全有效的又非是完全不有效的。较佳的是，第一端卷绕半径72和第二端卷绕半径80基本上是相同的，例如偏差标称值的+/-2%，使得第一衬套40和第二衬套42可使用相同的衬套。第一端部48所限定的第一端内直径92略小于由第一衬套40所限定的第一衬套直径84（图5B），并且具有足够的线圈圈数以在第一衬套40插入第一端部48中时产生紧密配合。类似地，第二端部50所限定的第二端内直径94略小于由第二衬套42所限定的第二衬套直径86（图5C），并且具有足够的线圈圈数以在第二衬套42插入第二端部50中时产生紧密配合。如本文所使用的，术语略小于意指卷绕半径将尺寸设计成，在插入衬套时，端部弹性地扩张而不会产生任何永久变形，而术语紧密配合意指在ETC的使用期间端部在衬套上保持就位。紧密保持端部所需的线圈圈数较佳地通过分析和/或经验方法来确定。第一端部终止部76定位成，使得第一端部48从中间部分第一端62近似以360度卷绕间隔终止。类似地，第二端部终止部84定位成，使得第二端部50从中间部分第二端64近似以360度卷绕间隔终止。如本文所使用的，术语“近似”意指在+/-5度范围内。

如图5A、5B和5C所示，第一弹簧腿部52从第一端部终止部76延伸，从而在节流板24处于默认位置44的情形下回复弹簧38组装到节流本体组件18上时，在第一端部中心轴线74和第二端部中心轴线82定位成基本上彼此共线并且基本上平行于中间部分中心轴线60时，第一弹簧腿部52与节流本体突部66和节流齿轮突部68接触。类似地，如图5A、5B和5C所示，第二弹簧腿部54从第二端部终止部84延伸，从而在节流板24处于默认位置44的情形下回复弹簧38组装到节流本体组件18上时，在第一端部中心轴线74和第二端部中心轴线82定位成基本上彼此共线并且基本上平行于中间部分中心轴线60时，第二弹簧腿部54与节流本体突部66和节流齿轮突部68接触。

因此，提供节流本体组件18和回复弹簧38。节流本体组件18通过减小在电动机34失效时影响节流板24定位的部件公差积累，提供优于现有的节流本体组件单回复弹簧设计的改进默认节流定位精确性。回复弹簧38以及第一衬套40和第二衬套42之间的相对紧密配合消除了第一端卷绕半径72和第二端卷绕半径80的公差的公差积累。回复弹簧38的构造使得节流本体组件18能包含单个固定结构（即，节流本体突部66）和可动结构（即，节流齿轮突部68）来与第一弹簧腿部52和第二弹簧腿部54配合，由此消除了附加公差的公差积累，而此种公差积累否则会由于使用用于与弹簧腿部配合的离散的固定和可动结构产生。此外，回复弹簧38的构造使得回复弹簧38在组装到节流本体组件18上时具有基本上线性的弹性系数，由此使由回复弹簧施加的峰值扭矩以及电动机34的相应电力需求最小。

Claims

1.一种用于促使节流本体组件的节流板到达默认位置的螺旋扭转回复弹簧，所述弹簧包括：

中间部分，所述中间部分以中间卷绕半径进行卷绕，以有效地限定中间部分中心轴线、中间部分第一端以及中间部分第二端；

第一端部，所述第一端部以第一端卷绕半径卷绕并且从所述中间部分第一端延伸，以有效地限定第一端部中心轴线和第一端部终止部，其中所述第一端卷绕半径小于所述中间卷绕半径，且所述第一端部中心轴线偏离所述中间部分中心轴线；

第二端部，所述第二端部以第二端卷绕半径卷绕并且从所述中间部分第二端延伸，以有效地限定第二端部中心轴线和第二端部终止部，其中所述第二端卷绕半径小于所述中间卷绕半径，且所述第二端部中心轴线偏离所述中间部分中心轴线；

第一弹簧腿部，所述第一弹簧腿部从所述第一端部终止部延伸；以及

第二弹簧腿部，所述第二弹簧腿部从所述第二端部终止部延伸。

2.如权利要求1所述的回复弹簧，其特征在于，所述回复弹簧从所述中间卷绕半径直接过渡至所述中间部分第一端处的第一端卷绕半径。

3.如权利要求2所述的回复弹簧，其特征在于，所述回复弹簧从所述中间卷绕半径直接过渡至所述中间部分第二端处的第二端卷绕半径。

4.如权利要求3所述的回复弹簧，其特征在于，所述中间部分第一端相对于所述中间部分第二端定位成，使得在所述节流板处于默认位置的情形下、所述回复弹簧组装到所述节流本体组件时，所述第一端部中心轴线和所述第二端部中心轴线定位成基本上彼此共线并且基本上平行于所述中间部分中心轴线。

5.一种节流本体组件，包括：

节流轴，所述节流轴穿过所述节流本体组件的节流孔；

第一衬套，所述第一衬套围绕所述节流轴，其中所述第一衬套限定第一衬套外直径；

第二衬套，所述第二衬套围绕所述节流轴，其中所述第二衬套限定第二衬套外直径；以及

回复弹簧，所述回复弹簧如权利要求1所述且所述回复弹簧利用所述第一衬套和所述第二衬套在所述节流轴周围保持就位，其中所述第一端部所限定的第一端内直径略小于所述第一衬套外直径，而所述第二端部所限定的第二端内直径略小于所述第二衬套外直径。

6.如权利要求5所述的节流本体组件，其特征在于，所述回复弹簧在所述中间部分第一端处从所述中间卷绕半径直接过渡至第一端卷绕半径，且所述回复弹簧在所述中间部分第二端处从所述中间卷绕半径直接过渡至第二端卷绕半径。

7.如权利要求6所述的节流本体组件，其特征在于，还包括：节流板，所述节流板附连于所述节流轴并且位于所述节流孔中，其中所述中间部分第一端相对于所述中间部分第二端定位成，使得在所述节流板处于默认位置的情形下、所述回复弹簧组装到所述节流本体组件时，所述第一端部中心轴线和所述第二端部中心轴线定位成基本上彼此共线并且基本上平行于所述中间部分中心轴线。