CN104514639A - 电子节流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子节流装置(1)。ECU(29)载入安装到电子节流装置(1)的旋转角度传感器(7)和压力传感器(8)的检测值并且执行异常传感器判定控制以判定所述旋转角度传感器(7)与所述压力传感器(8)中的一个是否异常。具体地，在由所述旋转角度传感器(7)检测的实际打开角度的趋势不匹配由所述下游压力传感器(8)检测的压力的趋势的状态已经持续大于或等于预定时间的一段时间的情况下，所述ECU(29)判定旋转角度传感器(7)和压力传感器(8)中的一个异常。因此，由于压力传感器(8)能够代替在常规技术中用于检测异常的旋转角度传感器(7)，两个旋转角度传感器能够被减少为一个旋转角度传感器，从而降低了成本。

Description

电子节流装置
技术领域
本发明涉及一种电子节流装置，所述电子节流装置反馈控制供应至电机的驱动电力以使得由旋转角度传感器检测的节流阀的实际开度匹配目标节流开度。
背景技术
常规地，在节流阀由电机驱动的电子节流装置中，众所周知用于检测节流阀的实际打开角度的旋转角度传感器的异常判定的方法。根据JP-H06-42907(US5,544,000A)，两个旋转角度传感器的检测值之间的差值ΔV被与标准值ΔV0比较。当差值ΔV大于标准值ΔV0的状态已经持续大于或等于预定时间的一段时间时，旋转角度传感器被判定为异常。
然而，用于检测异常的旋转角度传感器必须不同于检测节流阀的实际打开角度的旋转角度传感器。由于两个旋转角度传感器是必要的，电子节流装置的成本变得更高。
发明内容
已经鉴于上述问题作出本发明，并且本发明的目标是提供一种电子节流装置，其中检测内燃机的进气压力的压力传感器被用来代替用于检测异常的旋转角度传感器，从而电子节流装置的成本降低。
根据本发明的一个方面，电子节流装置包括节流体、节流阀、旋转角度传感器、电机、下游压力传感器和异常传感器判定部。节流体被设置在内燃机的进气通道中并且形成对应于进气通道的一部分的节流通道。节流阀通过增大或减小节流通道的开口面积调节内燃机的进气量。旋转角度传感器检测节流阀的实际打开角度。电机产生扭矩用来驱动节流阀以使得由旋转角度传感器检测的节流阀的实际打开角度匹配目标节流打开角度。下游压力传感器检测节流阀下游的压力。在由旋转角度传感器检测的实际打开角度的趋势不匹配由下游压力传感器检测的压力的趋势的状态已经持续大于或等于预定时间的一段时间的情况下，异常传感器判定部判定旋转角度传感器和下游压力传感器中的一个异常。
因此，由于压力传感器能够代替在常规技术中用于检测异常的旋转角度传感器，两个旋转角度传感器能够被减少为一个旋转角度传感器，从而降低了电子节流装置的成本。
附图说明
从下面的参考附图的详细说明，本发明的上述和其他目标、特征和优点将变得更加明显。在附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的电子节流装置的截面图；
图2是示出根据第一实施例的发动机的进气系统的示意图；
图3是示出根据第一实施例在没有盖的情况下电子节流装置的平面图；
图4是根据第一实施例的电子节流装置的侧视图；
图5是示出根据第一实施例的旋转角度传感器的特性的曲线图；
图6是示出根据第一实施例的下游压力传感器的特性的曲线图；
图7是示出根据第一实施例的表明旋转角度传感器和下游压力传感器的检测值的趋势的判定表格的图；
图8是示出根据本发明的第二实施例的电子节流装置的截面图；
图9是示出根据第二实施例的发动机的进气系统的示意图；
图10是示出根据第二实施例设有计算电路的盖的平面图；
图11是示出根据本发明的第三实施例的发动机的进气系统的示意图；
图12是示出根据第三实施例设有计算电路的盖的平面图；
图13是示出根据第三实施例的电子节流装置的截面图；
图14是示出根据第三实施例的在没有盖的情况下电子节流装置的平面图。
具体实施方式
下文中将参考附图描述本发明的实施例。在这些实施例中，对应于前述实施例描述的内容的部分可以被指定相同的附图标记，并且对于该部分的冗余说明可以被省略。当在一个实施例中仅仅描述一种构造的一部分时，另一前述实施例可以适用于该构造的其他部分。即使没有明确说明各部分可以组合，这些部分也可以被组合。即使没有明确说明各实施例能够被组合，只要该组合没有损害，则这些实施例可以部分地组合。
在下文中，将描述本发明的实施例。
[第一实施例]
如图1和图2所示，电子节流装置1包括节流体4、节流阀5、电机6、旋转角度传感器7和下游压力传感器8。节流体4被设置在发动机2的进气通道3内。节流阀5调节发动机2的进气量。电机6产生扭矩以驱动节流阀5。旋转角度传感器7检测节流阀5的实际打开角度，所述实际打开角度被称为实际节流打开角度。下游压力传感器8检测发动机2的进气压力。
节流体4形成与进气通道3连通的节流通道9。换言之，节流通道9对应于进气通道3的一部分。节流通道9包括经由空气软管连接到空气滤清器10的出口的上游端和连接到缓冲箱11的入口的下游端。
节流阀5经由紧固装置12固定到轴13并且被设置在节流通道9内侧的位置处。紧固装置12可以是螺钉。节流阀5可以在全关位置和全开位置之间与轴13一体旋转。由点划线A表示的全关位置是节流通道9由节流阀5完全关闭的位置，并且由点划线B表示的全开位置是节流通道9由节流阀5完全打开的位置。
轴13被提供以沿节流通道9的径向穿过节流通道9，并且轴13经由滚动支承14和滑动支承15由节流体4可旋转地支撑。
电机6是相对于输入电流线性地输出输出扭矩的直流电机并且所述电机6被安置在节流体4中形成的电机室16内。
电机6的输出扭矩由齿轮系放大并且被传递到轴13。
如图3所示，齿轮系包括电机齿轮17、阀齿轮18和传动齿轮。电机齿轮17被安装到电机6的输出轴6a。阀齿轮18被安装到轴13的端部。传动齿轮将电机齿轮17的旋转传递到阀齿轮18。图3是示出没有盖23的电子节流装置1的平面图。而且，图1是图3的沿着线I-I截取的截面图。
传动齿轮包括与电机齿轮17啮合的大直径齿轮19和与阀齿轮18啮合的小直径齿轮20。大直径齿轮19和小直径齿轮20被彼此一体的提供在相同轴上并且由传动轴21可旋转地支撑。
齿轮系被设置在节流体4的端部内形成的齿轮室22中并且由盖23覆盖。盖23由树脂制成。
盖23经由如图1所述的密封部24装配到节流体4端部的端面并且经由如图4所示的螺钉25固定到节流体4。
旋转角度传感器7包括安装到阀齿轮18的内周的永磁体26和设置在永磁体26的内部中而不接触永磁体26的霍尔效应IC 27。如图5所示，霍尔效应IC 27的输出电压相对于实际节流打开角度线性地变化。霍尔效应IC 27包括霍尔元件、放大电路和温度补偿电路。霍尔元件根据磁通密度输出模拟电压。放大电路放大霍尔元件的输出。温度补偿电路补偿霍尔元件的温度特性。霍尔效应IC 27由盖23保持。
下游压力传感器8是利用压阻效应检测进气压力的半导体压力传感器。压阻式电阻效应表明当压力被施加到下游压力传感器8时，下游压力传感器8的电阻变化。如图6所示，输出电压相对于该压力线性地变化。如图1所示，下游压力传感器8被插入在节流体4中形成的下游压力引入通道28的内部。下游压力传感器8经由下游压力引入通道28检测节流通道9中节流阀5下游的压力(进气压力)。
换言之，下游压力传感器8检测在节流通道9中全关位置下游的压力。
下游压力引入通道28沿着平行于轴13的轴向中心的方向在齿轮室22与节流通道9之间穿过节流体4。下游压力引入通道28包括在齿轮室22处在齿轮系的可移动范围之外的位置处开口的第一端和在节流通道9处在全关位置的下游的位置处开口的第二端。
由旋转角度传感器7检测的实际节流打开角度和由下游压力传感器8检测的进气压力被分别转换为模拟电压并且被输出到ECU 29。
ECU 29基于旋转角度传感器7的检测值、下游压力传感器8的检测值和吸入发动机2中的空气的温度计算流经节流阀5的空气流量。在这种情况下，流经节流阀5的空气的流量对应于空气流量。旋转角度传感器7的检测值对应于由旋转角度传感器7检测的实际节流打开角度，并且下游压力传感器8的检测值对应于由下游压力传感器8检测的进气压力。ECU 29利用空气流量反馈控制电机6的驱动电流以使得实际节流打开角度匹配目标节流打开角度并且执行喷射器30的燃料喷射定时控制、喷射器30的喷射量控制和火花塞31的点火定时控制。
空气流量对应于根据节流阀5的打开角度流经节流通道9的空气流量，并且对应于发动机2的进气量。吸入发动机2的空气的温度能够通过利用设置在霍尔效应IC 27的温度补偿电路中的二极管检测。
ECU 29执行异常传感器判定控制以判定旋转角度传感器7和下游压力传感器8中的一个在发动机操作中是否异常。ECU 29对应于异常传感器判定部。
当旋转角度传感器7正常时，旋转角度传感器7的输出电压根据实际节流打开角度的增加而增加。在这种情况下，当下游压力传感器8正常时，由于进气量根据实际节流打开角度增加而增加，下游压力传感器8的输出电压也增加。而且，当实际节流打开角度减小时，旋转角度传感器7的输出电压和下游压力传感器8的输出电压减小。因此，当旋转角度传感器7和下游压力传感器8都正常时，旋转角度传感器7的检测值的趋势匹配下游压力传感器8的检测值的趋势。换言之，当旋转角度传感器7的检测值的趋势不匹配下游压力传感器8的检测值的趋势时，能够判定旋转角度传感器7和下游压力传感器8中的一个异常。
在异常传感器判定控制中，当旋转角度传感器7的检测值的趋势不匹配下游压力传感器8的检测值的趋势的状态已经持续大于或等于预定时间的一段时间时，ECU 29判定旋转角度传感器7和下游压力传感器8中的一个异常。在这种情况下，所述预定时间可以是从200ms至250ms的时间段。
图7是示出表明旋转角度传感器7和下游压力传感器8的检测值的趋势的判定表的图。在该判定表中，当旋转角度传感器7的检测值的趋势匹配下游压力传感器8的检测值的趋势时，判定为“OK”。当旋转角度传感器7的检测值的趋势不匹配下游压力传感器8的检测值的趋势时，判定为“NG”。此外，旋转角度传感器7和下游压力传感器8的检测值的趋势通过不同方向的箭头表示。
当所述判定是“NG”时，考虑以下的状况。
在第一状况中，即使旋转角度传感器7的输出电压增大，下游压力传感器8的输出电压不变或减小。
在第二状况中，即使旋转角度传感器7的输出电压不变，下游压力传感器8的输出电压增大或减小。
在第三状况中，即使旋转角度传感器7的输出电压减小，下游压力传感器8的输出电压不变或增大。
根据本实施例，在电子节流装置1中，由于下游压力传感器8能够代替在常规技术中用于检测异常的旋转角度传感器7，两个旋转角度传感器能够被减少为一个旋转角度传感器，从而降低了成本。而且，由于下游压力传感器8被装配到节流体4，旋转角度传感器7的检测值变化的定时和下游压力传感器8的检测值变化的定时之间的延时变得非常小。因此，根据其中下游压力传感器8代替用于检测异常的旋转角度传感器7的本实施例的异常传感器检测能够获得与根据常规技术的异常传感器检测相同的效果。
根据本实施例，当在异常传感器判定控制中ECU 29判定旋转角度传感器7的检测值的趋势不匹配下游压力传感器8的检测值的趋势时，能够判定旋转角度传感器7和下游压力传感器8中的一个已经发生故障。在这种情况下，ECU 29能够通知驾驶员旋转角度传感器7与下游压力传感器8中的一个已经发生故障并且能够储存异常信息(诸如异常代码)。
根据本实施例，电子节流装置1还包括沿着节流阀5的阀关闭方向向轴13施加弹性力的复位弹簧32和从全开位置朝向预定位置向轴13施加弹性力的默认弹簧33。在这种情况下，预定位置是节流阀5的打开角度是对应于默认角度的预定角度的位置。当电机6被断电时，复位弹簧32和默认弹簧33能够将节流阀5保持在默认角度处。因此，当在异常传感器判定控制中ECU 29判定旋转角度传感器7的检测值的趋势不匹配下游压力传感器8的检测值的趋势时，ECU 29终止电机6的通电并且节流阀5通过复位弹簧32和默认弹簧33保持在默认角度处。因此，能够确保抽空行程。
在下文中，将描述根据本发明的其他实施例。
与第一实施例基本上相同的部分和部件被以相同的附图标记表示并且将不再重复相同的描述。
[第二实施例]
如图9所示，根据本发明的第二实施例的电子节流装置1还包括计算流经节流阀5的空气量的计算电路34。
计算电路34包括半导体芯片和电路基板35。半导体芯片被装配至电路基板35。如图8所示，电路基板35通过紧固装置36固定到盖23的外表面并且经由连接引脚37连接至铺设在盖23中的内导线(未示出)的第一端。紧固装置36可以是螺钉(vis)。内导线具有连接至旋转角度传感器7、下游压力传感器8和温度传感器38的端子的第二导线。温度传感器38检测进气的温度。此外，温度传感器38能够由设置在霍尔效应IC 27的温度补偿电路中的二极管代替。
如图10所示，盖23的外表面设有围绕电路基板35的外壁39。外壁39具有筒状形状。外壁39的内部填充有密封元件40以保护电路基板35。密封元件40可以是环氧树脂。
电路基板35被连接至引脚端子(未示出)，并且引脚端子被电连接至连接器41的端子(未示出)。连接器41被与盖23一体设置。连接器41的端子经由电线连接至ECU 29。由计算电路34计算的进气量被转换为电信号并且输出到ECU 29。
在下文中，将描述根据计算电路34的进气量的计算。
进气量与进气流速之间的关系由等式(1)表示。
Q＝C×A×V...(1)
Q表示进气量，C表示流量系数，A表示节流通道9的开口面积，并且V表示流经节流阀5的进气的流速。流量系数C由之前的测试确定，在所述测试中测量实际节流打开角度与流速之间的关系。
开口面积A能够基于实际节流打开角度几何地计算。
流速V由根据伯努利原理的等式(2)表示。
V＝(2×ΔP/ρ)2...(2)
ΔP表示节流通道9中节流阀上游的压力与节流通道9中节流阀5下游的压力之间的压力差，并且ρ表示空气密度。
节流通道9中节流阀5上游的压力对应于大气压力，并且节流通道9中节流阀5下游的压力对应于下游压力传感器8的检测值。
空气密度ρ、大气压力P和空气温度t之间的关系由等式(3)表示。空气密度ρ的单位是kg/m3，大气压力P的单位是标准大气压(atm)并且空气温度t的单位是摄氏度。
ρ＝1.293×P/(1+0.00367×t)...(3)
由于空气密度ρ根据空气温度t变化，流速V能够通过根据由温度传感器38检测的温度修正空气密度ρ而对应于温度变化进行计算。
根据本实施例，由于电子节流装置1设有计算发动机2的进气量的计算电路34，旋转角度传感器7、下游压力传感器8、温度传感器38和ECU 29不必分别通过导线彼此连接。换言之，电子节流装置1的连接器端子通过仅仅一根导线连接到ECU 29。因此，能够减少用来将旋转角度传感器7、下游压力传感器8和温度传感器38连接到ECU 29的导线数量。因此，能够降低成本并且能够减小连接导线的工作量。
而且，由于传感器被整合到电子节流装置1中，电子节流装置1的安装限制不会劣化。因此，能够保证曲轴箱强制通风(PCV)装置的管连接到其上的电子节流装置1的位置。
[第三实施例]
如图11所示，除了根据第二实施例的电子节流装置1的构造以外，根据本发明的第三实施例的电子节流装置1还包括检测节流通道9中节流阀5上游的压力的上游压力传感器42。
如图12所示，上游压力传感器42被设置在齿轮系可移动范围之外的位置和盖23内侧的位置处。上游压力传感器42经由在节流体4中形成的上游压力引入通道43检测节流通道9中节流阀5上游的压力。换言之，上游压力传感器42检测节流通道9中在全关位置上游的压力。
如图13和图14所示，上游压力引入通道43沿着平行于轴13的轴向中心的方向在齿轮室22与节流通道9之间穿过节流体4。上游压力引入通道43包括在齿轮室22处在齿轮系的可移动范围之外的位置处开口的第一端和在节流通道9处在全关位置的上游的位置处开口的第二端。而且，图13是图14的沿着线XIII-XIII截取的截面图。
根据本实施例，由于节流通道9中节流阀5上游的压力由上游压力传感器42检测而不是诸如大气压力的固定值，能够精确地计算压力差。因此，由于通过利用计算电路计算进气量的精度提高，能够精确地执行燃料喷射控制并且燃料的消耗能够被改善。
[其他实施例]
根据第一实施例，电子节流装置1设有下游压力传感器8。然而，下游压力传感器8可以被设置在进气通道3中电子节流装置1下游的位置诸如缓冲箱11或进气歧管处。在这种情况下，不必提供下游压力传感器8并且能够使用现有的进气压力传感器。
根据第二实施例，被提供为包括在霍尔效应IC 27的温度补偿电路中的二极管也用作温度传感器38。然而，温度传感器38可以被提供为不同于二极管的元件。
根据第二实施例和第三实施例，包括计算电路34的电路基板35被设置在盖23的外表面上。然而，电路基板35可以被提供在盖23的内部。在这种情况下，不必提供外壁39，进一步，密封元件40也是不必要的。
尽管已经参考实施例描述本发明，要理解的是，本发明不局限于所述实施例和构造。本发明旨在覆盖各种修改和等同布置。此外，尽管优选各种组合和构造，其他的包括更多、更少或者仅仅单个元件的组合或构造也在本发明的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种电子节流装置，包括：
节流体(4)，所述节流体(4)被设置在内燃机(2)的进气通道(3)中并且限定对应于所述进气通道(3)的一部分的节流通道(9)；
节流阀(5)，所述节流阀(5)通过增大或减小所述节流通道(9)的开口面积来调节所述内燃机(2)的进气量；
检测所述节流阀(5)的实际打开角度的旋转角度传感器(7)；
电机(6)，所述电机(6)产生扭矩来驱动所述节流阀(5)以使得由所述旋转角度传感器(7)检测的所述节流阀(5)的实际打开角度匹配目标节流打开角度；
检测所述节流阀(5)下游的压力的下游压力传感器(8)；和
异常传感器判定部(29)，在由所述旋转角度传感器(7)检测的所述实际打开角度的趋势不匹配由所述下游压力传感器(8)检测的压力的趋势的状态已经持续大于或等于预定时间的一段时间的情况下，所述异常传感器判定部(29)判定所述旋转角度传感器(7)和所述下游压力传感器(8)中的一个异常。
2.根据权利要求1所述的电子节流装置，其中
所述下游压力传感器(8)被安装到所述节流体(4)并且检测在所述节流通道(9)中的压力。
3.根据权利要求1所述的电子节流装置，其中
所述下游压力传感器(8)是在所述节流体(4)下游安装到所述进气通道(3)的现有进气压力传感器。
4.根据权利要求2或3所述的电子节流装置，还包括：
检测流经所述节流通道(9)的进气的温度的温度传感器(38)；和
计算电路(34)，所述计算电路基于由所述旋转角度传感器(7)检测的实际打开角度、由所述下游压力传感器(8)检测的压力和由所述温度传感器(38)检测的温度计算所述内燃机(2)的进气量。
5.根据权利要求4所述的电子节流装置，其中
所述计算电路(34)基于由所述旋转角度传感器(7)检测的所述节流阀(5)的实际打开角度计算所述节流通道(9)的开口面积，所述计算电路(34)基于所述节流阀(5)上游的压力与所述节流阀(5)下游的压力之间的压力差和空气密度计算流经所述节流通道(9)的进气的流速，并且所述计算电路(34)基于所述节流通道(9)的开口面积和所述进气的流速计算所述内燃机(2)的进气量。
6.根据权利要求5所述的电子节流装置，其中
所述计算电路(34)将所述节流阀(5)上游的压力用作大气压力，和
所述计算电路(34)计算所述大气压力与由所述下游压力传感器(8)检测的压力之间的差作为所述节流阀(5)的压力差。
7.根据权利要求5所述的电子节流装置，还包括：
设置在所述节流通道(9)中并且检测所述节流阀(5)上游压力的上游压力传感器(42)，其中
所述计算电路(34)计算由所述上游压力传感器(42)检测的压力与由所述下游压力传感器(8)检测的压力之间的差作为所述节流阀(5)的压力差。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的电子节流装置，其中
当所述计算电路(34)计算流经所述节流通道(9)的进气的流速时，所述计算电路(34)根据由所述温度传感器(38)检测的温度修正所述空气密度。
9.根据权利要求4所述的电子节流装置，其中
所述旋转角度传感器(7)包括根据磁通密度输出电信号的霍尔元件和补偿所述霍尔元件的温度特性的二极管，和
所述二极管还被用作所述温度传感器(38)。
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