CN104279087A

CN104279087A - 阀装置

Info

Publication number: CN104279087A
Application number: CN201410314513.XA
Authority: CN
Inventors: 佐佐木一司; 岛根修
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: US9482188B2; US20150007801A1; JP2015028335A; JP5850076B2; CN104279087B; DE102014212806A1

Abstract

本发明涉及一种阀装置。控制装置(3)执行电机(8)的反馈控制操作以使得阀(5)的所感测开度接近被设置用于完全关闭阀(5)时的目标开度(θb)。在阀(5)的所感测开度达到通电停止开度(θa)之后，控制装置(3)停止电机(8)的通电，所述通电停止开度(θa)被设置在阀(5)的完全关闭度(θ0)的在阀(5)的阀打开方向上的阀打开侧。复位弹簧(10)沿着阀(5)的阀关闭方向推动阀(5)。目标开度(θb)设置在通电停止开度(θa)的在阀关闭方向上的阀关闭侧。

Description

阀装置

技术领域

本发明涉及一种阀装置。

背景技术

例如，JP2009-036108A公开了一种废气再循环(EGR)装置作为具有电致动器的阀装置，所述电致动器驱动阀并且由控制装置控制。

在JP2009-036108A的EGR装置中，电致动器的电机被用控制装置反馈控制以使得用开度传感器所感测的阀感测开度(实际开度)与根据目标EGR比率设置的阀目标开度相一致。

减少在阀打开状态下将阀完全关闭时用于完全关闭阀所需的时间的措施可以包括电机沿阀关闭方向的通电控制操作。在执行通电控制操作时，当机械止动器在阀的完全关闭度θ0引起强烈抵接(碰撞)时，可能产生碰撞声音，和/或可能由于碰撞而发生破坏。

为了避免机械止动器的机械碰撞，阀的阀关闭速度需要在完全关闭度θ0之前立即降低。

如图4A所示，避免机械止动器的机械碰撞的措施可以包括：(i)控制电机沿阀关闭方向的通电直到感测的开度达到通电停止开度θa，所述通电停止开度设置在完全关闭度θ0的阀打开侧，和(ii)在感测的开度达到通电停止开度θa之后停止电机的通电，并且仅仅通过复位弹簧的推力使阀返回到完全关闭度θ0。

然而，在通电停止开度θa被设置为目标开度θb的情况下，所述目标开度θb被设置用于完全关闭阀的时刻，当阀开度接近通电停止开度θa时，如图4B所示，阀的关闭速度由反馈控制降低。具体地，阀的关闭速度在通电停止开度θa之前立即在很大程度上降低以使得速度降低时间在达到通电停止开度θa的时刻之前被需要。

而且，在停止电机的通电之后，速度被充分降低的阀仅仅由具有减小的回复力的复位弹簧的推力关闭。因此，从通电停止开度θa到完全关闭度θ0的时间被延长。

即使当电机沿阀关闭方向的通电控制被进行以减少用于完全关闭阀所需要的时间时，阀的关闭速度在通电停止开度θa之前立即由反馈控制降低，并且速度被充分降低的阀仅仅由复位弹簧的推力完全关闭。因此，阀在完全关闭阀时的响应被劣化。

发明内容

本发明基于上述缺点而进行。因此，本发明的目标是提供一种阀装置，所述阀装置能够在完全关闭处于阀打开状态的阀时在限制机械止动器的碰撞的同时减少用于完全关闭阀所需要的时间。

根据本发明，提供一种包括阀、开度传感器、电致动器、控制装置、复位弹簧以及机械止动器的阀装置。所述阀可关闭。所述阀打开或关闭通道。开度传感器感测所述阀的开度。电致动器用电机驱动所述阀，当电机通电时，所述电机产生旋转输出。控制装置执行电机的反馈控制操作以使得当处于阀打开状态的阀被完全关闭时，用开度传感器感测的阀的感测开度接近目标开度，所述目标开度被设置用于完全关闭所述阀的时刻。在用开度传感器感测的阀的感测开度达到通电停止开度之后，所述控制装置停止电机的通电，所述通电停止开度设置在阀完全关闭度的在所述阀的阀打开方向上的阀打开侧上。所述复位弹簧沿阀的阀关闭方向推动阀。机械止动器机械地使阀在完全关闭度停止。目标开度设置在通电停止开度的在阀关闭方向上的阀关闭侧上，所述目标开度被设置用于完全关闭所述阀的时刻。

附图说明

本文描述的附图仅仅是为了示出的目的并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明的一个实施例的EGR阀的横截面图；

图2是该实施例的电致动器的描述性视图，为了描述的目的，盖被从该电致动器移除；

图3A是用于描绘根据该实施例使处于阀打开状态的阀完全关闭的操作的图；

图3B是图3A中的IIIB区域的局部放大视图；

图4A是用于描绘现有技术中将处于阀打开状态的阀完全关闭的操作的图；

图4B是4A中的IVB区域的局部放大视图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的实施例。

一个具体示例将被描述，在所述示例中，本发明的原理被应用到废气再循环(EGR)装置中。需要注意的是，下面的实施例仅仅是本发明的示例，并且本发明不局限于下面的实施例。

EGR装置是已知的技术并且将从车辆(例如汽车)的内燃机输出的一部分废气作为EGR气体再循环到内燃机的进气通道(也被称为进气侧)，以将EGR气体混合到在进气通道内流动的进气内。

EGR装置至少包括打开和关闭EGR通道(通道的示例)的EGR阀单元2，所述EGR通道将该部分废气从废气通道再循环到进气通道，并且EGR阀单元2调整EGR通道的开度。EGR阀单元2由电子控制单元(ECU)3控制，所述电子控制单元也被称为控制装置。

EGR阀单元2可以是高压EGR阀单元，所述高压EGR阀单元将EGR气体再循环到进气通道内的高负压产生区域(定位在节流阀的在进气流动方向上的下游侧的下游区域)。可替代地，EGR阀单元2可以是低压EGR阀单元，所述低压EGR阀单元将EGR气体再循环到进气通道内的低负压产生区域(定位在节流阀的在进气流动方向上的上游侧的上游区域，而在车辆具有涡轮增压器的情况下上游区域可以定位在例如压缩机的上游侧)。

将参考图1和图2描述EGR阀单元2的具体示例。

在下面的讨论中，为了易于理解的目的，图1的上侧和下侧分别将被描述为上侧和下侧，并且不应该局限地理解为在EGR阀单元2安装在车辆上的状态下，EGR阀单元2的实际上侧和实际下侧。

EGR阀单元2包括壳体4、阀5、轴6以及电致动器7。壳体4形成EGR通道1的在壳体4内侧的一部分。阀5放置在EGR通道1内。轴6支撑阀5。电致动器7向轴6施加旋转力。

电致动器7包括电机8、减速齿轮装置9、复位弹簧10和开度传感器11。当电机8被通电时，电机8产生旋转力(旋转输出)。减速齿轮装置9在放大电机8的旋转扭矩的同时将电机8的旋转扭矩传递到轴6。复位弹簧10仅仅沿着阀5的阀关闭方向(也就是，用于关闭阀5的方向)通过轴6推动阀5。开度传感器11通过轴6感测阀5的开度。

在下面的讨论中，将描述上面讨论的每个相应部件的具体示例。

壳体4是由铝合金制成的压铸产品。喷嘴12被牢固地安装到在壳体4内侧形成的EGR通道1的内周壁。喷嘴12被构造为圆柱管状体并且由耐热和耐腐蚀材料(例如不锈钢)制成。喷嘴12的内周壁形成EGR通道1的在壳体4内侧形成的内周壁的一部分。

阀5是蝶形阀，其被构造为大体上圆盘的形式。阀5能够响应于轴6的旋转位置打开和关闭EGR通道1并且能够调整EGR通道1(喷嘴12内侧)的打开面积。阀5调整EGR量，也就是，响应于阀5的开度返回到进气通道的EGR气体的量。

阀5是无环阀(也被称为密封-无环阀)。无环阀限定为在阀的外周边缘部分不具有单独的密封环的阀，所述单独的密封环与阀的其余部分单独形成。

轴6在EGR通道1内侧可旋转地支撑阀5。这个实施例的轴6被构造以使得(但不局限于)阀5由轴6悬臂式支撑，并且轴6的轴线相对于阀5的直径方向倾斜。

阀5固定到轴6的下端部，并且阀5与轴6一体旋转。用于在阀5和轴6之间接合的技术不局限于任何特别的一种技术。比如，阀5和轴6可以通过例如焊接或者螺钉接合到一起。

轴6由两个轴承(也称为第一和第二轴承)13a、13b可旋转地支撑，所述轴承被安装在壳体4的定位在EGR通道1的上侧的一部分上。每个轴承13a、13b可以是滚动轴承(例如，球轴承、滚子轴承)或者滑动轴承(例如，金属轴承)。轴承13a、13b通过比如压配合被固定在在壳体4内形成的轴承接收孔内以使得轴承13a、13b可旋转地支撑轴6，所述轴6插入通过轴承13a、13b。

而且，限制EGR气体泄漏的两个密封元件(也称为第一和第二密封元件)14a、14b被放置在轴6和壳体4之间。密封元件14a、14b的位置和密封元件14a、14b的布置(例如，使用具有密封功能的轴承作为密封元件)不局限于任意特定的一个。

电致动器7被安装到壳体4。可拆卸的盖15用螺钉(用作固定元件或固定装置)安装到壳体4的上部。

电机8被接收在在壳体4内形成的电机接收室内。减速齿轮装置9和复位弹簧10被接收在在壳体4与盖15之间形成的空间内。

电机8的旋转方向可以通过切换供应到电机8的线圈的电流的流动方向而在彼此相反的正向旋转方向和反向旋转方向之间切换。电机8被形成为已知类型的直流电机，所述电机根据供应到电机8的电量产生旋转扭矩(旋转力)。在电机8安装到电机接收室内之后，电机8被用螺钉16(用作固定元件或固定装置)固定到壳体4。

减速齿轮装置9通过多个齿轮减小从电机8输出的旋转速度并且将减速后的旋转(增大的旋转扭矩)输出到轴6。减速齿轮装置9的齿轮包括电机齿轮(小齿轮)21、中间齿轮22和末端齿轮(齿轮转子)23。电机齿轮21能够与电机8一体旋转。中间齿轮22由电机齿轮21旋转。末端齿轮23由中间齿轮22旋转。末端齿轮23能够与轴6一体旋转。

电机齿轮21是固定到电机8的输出轴的外齿齿轮并且具有小的外径。

中间齿轮22是双联齿轮，所述双联齿轮具有共轴形成的大直径齿轮22a和小直径齿轮22b。中间齿轮22由支撑轴24可旋转地支撑，所述支撑轴24由壳体4和盖15支撑。大直径齿轮22a一直与电机齿轮21啮合，并且小直径齿轮22b一直与末端齿轮23啮合。

末端齿轮23是具有大直径的外齿齿轮，并且所述末端齿轮23包括固定板，所述固定板嵌入模压在末端齿轮23内并且通过例如模锻(塑性变形)固定到轴6的端部。末端齿轮23的外齿仅仅被设置在涉及阀5的旋转的范围内。在增大旋转扭矩并且降低旋转速度的同时，旋转扭矩通过电机齿轮21、大直径齿轮22a、小直径齿轮22b和末端齿轮23以这样的顺序传递，并且这个增大的扭矩被传递到轴6。

开度传感器11是节流位置传感器，所述节流位置传感器通过感测轴6的旋转角度感测阀5的开度。开度传感器11输出对应于轴6的开度(阀5的开度)的开度信号。

开度传感器11的具体示例是磁传感器，所述磁传感器以非接触的方式感测两个元件之间的相对旋转。开度传感器11包括磁路部分25和磁感测部分26。磁路部分25构造为嵌入模压在末端齿轮23内的管状形式并且能够与轴6一体旋转。磁感测部分26被附连到盖15并且相对于磁路部分25非接触。在磁感测部分26产生的电压信号(霍尔IC的输出信号)被供应至ECU3。

复位弹簧10的具体示例是仅仅沿一个方向缠绕的螺旋弹簧形成的单个弹簧。如图1所示，复位弹簧10绕轴6共轴放置。

复位弹簧10被安装在壳体4与末端齿轮23之间并且产生弹簧力。径向向外突出的上钩部27和下钩部28分别形成在复位弹簧10的两个端部。

上钩部27被推动抵靠并且被安装到在末端齿轮23内形成的上钩部接触部分29。下钩部28被推动抵靠并且被安装到在壳体4内形成的下钩部接触部分30。从而，复位弹簧10施加弹簧力以仅仅沿阀关闭方向推动阀5。

EGR阀单元2包括机械止动器(或者简单地称为止动器)31，当电致动器7停止时，所述机械止动器将阀5维持在完全关闭度θ0。

机械止动器31机械地限制阀5沿阀关闭方向的可旋转极限。机械止动器31包括彼此可邻接的可旋转元件的可邻接部分和固定元件的可邻接部分。

参考图2，机械止动器31的具体示例包括止动器突出部(止动器杆)32和台阶表面33，其中所述止动器突出部32在末端齿轮23内形成并且径向向外突出，所述台阶表面33在壳体4的内壁(接收例如末端齿轮23的接收壁)内形成。止动器突出部32和台阶表面33分别用作可邻接部分，所述可邻接部分可以彼此邻接。当阀5沿阀关闭方向旋转时，止动器突出部32邻接抵靠台阶表面33。从而，阀5停止在完全关闭度θ0(零度的开度，其是完全关闭位置)。

ECU3是已知类型的电子控制单元，所述ECU3包括微型计算机。ECU3执行电机8的反馈控制操作以使得用开度传感器11感测的阀5的所感测开度(阀5的实际开度)变为基于发动机的操作状态(例如，发动机转速，加速器开度)计算的目标开度。

反馈控制操作是已知的操作并且通过反馈控制技术(诸如比例-积分-微分(PID)控制)的使用来改变用开度传感器11感测的所感测开度(阀5的实际开度)以与目标开度一致。

当处于阀打开状态的阀5被完全关闭时，ECU3执行电机8的反馈控制操作以使得用开度传感器11感测的阀5的所感测开度接近被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb。在用开度传感器11感测的阀5的所感测开度达到通电停止开度(也称为供电停止开度)θa之后，ECU3停止电机8的通电，所述通电停止开度设置在阀5的完全关闭度θ0的在阀5的阀打开方向(也就是阀5的打开方向)上的阀打开侧。

也就是，如图3A和3B所示，在处于阀打开状态下的阀5被完全关闭时，ECU3控制电机8的通电以使得电机8沿着阀关闭方向旋转直到用开度传感器11感测的阀5的所感测开度达到通电停止度θa，以使得阀5加速接近阀5的完全关闭度θ0，其中所述通电停止度θa设置在阀5的完全关闭度θ0的在阀5的阀打开方向上的阀打开侧。然后，在ECU3确定用开度传感器11感测的阀5的所感测开度已经达到通电停止开度θa之后，ECU3停止电机8的通电，以使得阀5通过复位弹簧10的推力返回到阀5的完全关闭度θ0。

而且，在完全关闭处于阀打开状态下的阀5时，ECU3设置目标开度θb至相应的角度，所述目标开度θb被设置用于完全关闭阀5时，所述相应的角度定位在通电停止开度θa的在阀关闭方向上的阀关闭侧。目标开度θb的这个设置用作加速阀5的阀关闭速度的措施(或方法)。

在这里，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb被设置为不引起机械止动器31的碰撞的相应角度，或者被设置为将机械止动器31的碰撞速度限制到在用ECU3执行完全关闭控制操作时(完全关闭阀5的操作)等于或者小于50度/秒的低速的相应角度。

为了帮助理解，将描述通电停止开度θa的具体值和目标开度θb的具体值，所述目标开度被设置用于完全关闭阀5时。在下面的讨论中，阀5的完全关闭度θ0(0度，也就是零度，当阀5被保持以使得阀5的平面垂直于用阀5打开或关闭的通道的内壁时获得)被限定为参考角度。为了描述的目的，假设阀5的完全关闭度θ0的沿着阀打开方向的一侧(阀打开侧)被限定为正侧(正角度范围)，并且阀5的完全关闭度θ0的相反侧(阀关闭侧)被限定为负侧(负角度范围)，所述相反侧沿着阀关闭方向与阀5的完全关闭度θ0的所述一侧相反。

在这个实施例中，通电停止开度θa被设置为+5度。在这样的情况下，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb被设置为小于+5度的值(包括负值)。

在这个实施例中，作为具体示例，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb被设置在阀5的完全关闭度θ0的负侧。作为示例性的数值，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb被设置为-5度。

在这个实施例中指示的数值(通电停止开度θa＝+5度，目标开度θb＝-5度)仅仅是为了帮助理解而使用的示例，并且本发明不必局限于这些值。

通电停止开度θa和目标开度θb应根据例如用在反馈控制操作中的增益的设置和/或复位弹簧10的弹簧力适当地改变。被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb不必局限于负开度。也就是，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb可以可能是正开度，所述正开度定位在通电停止开度θa的阀关闭侧，或者可替代地是零度(也就是0度)。

(实施例的第一优点)

在这个实施例中，如上面讨论的，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb被设置在通电停止开度θa的阀关闭侧，以使得阀5达到通电停止开度θa所需的时间能够缩短。

而且，在达到通电停止开度θa之后，电致动器7沿阀关闭方向的惯性力能够用于缩短阀5接近完全关闭度θ0所需的时间。

当阀5接近阀5的完全关闭度θ0时，复位弹簧10的力变小，并且从复位弹簧10施加到阀5的推力减弱。作为结果，在机械止动器31邻接时的速度被限制，以使得机械止动器31的碰撞被限制。

如上面讨论的，在完全关闭处于阀打开状态的阀5时，本发明的EGR装置能够在限制机械止动器31的碰撞的同时改善在完全关闭阀5时的响应。

(实施例的第二优点)

在这个实施例中，如上面所讨论的，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb被设置在阀5的完全关闭度θ0的负侧。

因此，在完全关闭处于阀打开状态的阀5时，被设置用于完全关闭阀5时的目标开度θb与阀5的所感测开度之间的差增大，并且在反馈控制操作中产生的电机8的驱动力增加。作为结果，到达通电停止开度θa所需的时间能够被缩短，并且从而在完全关闭阀5时的响应能够被改善。

(实施例的第三优点)

如上面所讨论的，本发明的阀5是无环阀，所述无环阀在阀5的外周边缘部分不具有单独的密封环。

在密封环被用在阀内的情况下，部件数量的增加和用于形成接收密封环的密封槽所需要的步骤的增加导致增加的成本，并且密封环很可能由摩擦或外力导致破坏。然而，当无环阀被使用时，EGR阀单元2的成本的降低和EGR阀单元2的耐用性的改善是可能的。

(实施例的第四优点)

如上面所讨论的，本实施例的机械止动器31包括：可邻接部分，也就是，减速齿轮装置9的末端齿轮23的止动器突出部32；和可邻接部分，也就是，壳体4的台阶表面33。当止动器突出部32邻接抵靠台阶表面33时，阀5停止在完全关闭度θ0。用这个构造，即使在电机8的通电停止的状态下，阀关闭状态也被维持。因此，避免了在电机8的通电停止状态下的发动机启动性能的劣化。

而且，即使在由于一些原因而导致电机8的通电不能够实施的情况下，阀5通过复位弹簧10的推力返回到完全关闭度θ0。因此，即使在不期望的故障发生的情况下，也能够维持发动机的良好燃烧状态。

现在，将描述上述实施例的修改。

在上述实施例中，作为机械止动器31的示例，止动器突出部32被设置在末端齿轮23内。然而，机械止动器31的位置不限于末端齿轮23，并且机械止动器31能够是机械地限制阀5沿阀关闭方向的旋转极限的任何其它合适的机构(装置)。

在上述实施例中，本发明被应用到阀装置，其中阀5被旋转。然而，本发明不限于这样的阀装置。比如，本发明可以应用于提升类型的阀装置，其中阀沿着预定的方向线性滑动(例如，使用提升阀的废气再循环装置)。

在上述实施例中，本发明被应用到废气再循环装置。然而，本发明的阀装置的预期使用不局限于这样的一个。例如，本发明可以应用于任何其它合适的阀装置，诸如废气门阀、废气节流阀。

Claims

1.一种阀装置，所述阀装置包括：

可关闭的阀(5)，其中所述阀(5)打开或关闭通道(1)；

开度传感器(11)，所述开度传感器(11)感测阀(5)的开度；

电致动器(7)，所述电致动器(7)利用电机(8)驱动阀(5)，当所述电机(8)通电时，所述电机(8)产生旋转输出；

控制装置(3)，所述控制装置(3)执行电机(8)的反馈控制操作以使得当处于阀打开状态的所述阀(5)被完全关闭时，利用开度传感器(11)感测的所述阀(5)的所感测开度接近目标开度(θb)，所述目标开度被设置用于完全关闭所述阀(5)时，其中在利用所述开度传感器(11)感测的所述阀(5)的所感测开度达到通电停止开度(θa)之后，所述控制装置(3)停止电机(8)的通电，所述通电停止开度(θa)被设置在阀(5)的完全关闭度(θ0)的在阀(5)的阀打开方向上的阀打开侧；

复位弹簧(10)，所述复位弹簧沿着所述阀(5)的阀关闭方向推动所述阀(5)；和

机械止动器(31)，所述机械止动器(31)使阀(5)机械地停止在完全关闭度(θ0)，其中被设置用于完全关闭所述阀(5)时的所述目标开度(θb)设置在通电停止开度(θa)的在阀关闭方向上的阀关闭侧。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其中

所述阀(5)的完全关闭度(θ0)被限定为参考角度；

所述阀(5)的完全关闭度(θ0)的在阀打开方向上的一侧被限定为正侧；

所述阀(5)的完全关闭度(θ0)的相反侧被限定为负侧，所述相反侧在阀关闭方向上与阀(5)的完全关闭度(θ0)的所述一侧相反；和

被设置用于完全关闭所述阀(5)时的目标开度(θb)被设置在所述完全关闭度(θ0)的负侧。

3.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中所述阀(5)是无环阀，所述无环阀在所述阀(5)的外周边缘部分不具有单独的密封环。

4.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中所述机械止动器(31)包括：

电致动器(7)的减速齿轮装置(9)的末端齿轮(23)的可邻接部分(32)；和

壳体(4)的可邻接部分(33)，所述壳体(4)接收电致动器(7)，其中所述末端齿轮(23)的可邻接部分(32)能够邻接抵靠所述壳体(4)的可邻接部分(33)。

5.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中所述阀装置是废气再循环(EGR)装置，所述废气再循环装置将从内燃机排出的一部分废气作为EGR气体再循环到内燃机的进气侧。