CN107429605B - 旁通阀致动器及旁通阀驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的旁通阀致动器包括：直流电动机；对涡轮增压器的旁通阀进行开闭的轴；以及将直流电动机的旋转运动转换为轴的直线运动的螺钉机构，螺钉机构的导程角是与保持轴的位置所需要的直流电动机的电流相对应的角度。

Description

旁通阀致动器及旁通阀驱动装置

技术领域

本发明涉及对搭载于车辆的涡轮增压器的旁通阀(以下称为WG)进行开闭的WG致动器及WG阀驱动装置。

背景技术

涡轮增压器具有以下结构：利用来自发动机的废气来使涡轮旋转，对与该涡轮同轴连接的压缩机进行驱动以对进气进行压缩并提供给发动机。在排气通路的涡轮之前设置有使废气从排气通路向旁通通路释放的WG阀，WG致动器对WG阀进行开闭来对从排气通路流向旁通通路的废气流入量进行调整，从而对涡轮的转速进行控制(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：

国际公开第2012/137345号

发明内容

发明所要解决的技术问题

在现有的WG致动器中，经由正齿轮将直流电动机的转矩传送至WG阀来对WG阀的开度进行调整，从而对流向旁通通路的废气流入量进行调整。流过排气通路的废气的压力施加在WG阀的开阀方向上，因此，为了维持WG阀的开度，需要始终向直流电动机进行通电。在将该WG阀全开时，由于施加于WG阀的废气的压力最大，因此，也需要增大流向直流电动机的通电电流，存在需要过大的电流的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，在WG致动器中，减小保持轴的位置所需要的直流电动机的电流。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的WG致动器包括：直流电动机；轴，该轴对涡轮增压器的WG阀进行开闭；以及螺钉机构，该螺钉机构将直流电动机的旋转运动转换为轴的直线运动，螺钉机构的导程角是与保持轴的位置所需要的直流电动机的电流相对应的角度。

发明效果

根据本发明，经由螺钉机构将直流电动机的转矩传送至WG阀，因此，能将螺钉机构所产生的摩擦力用于轴的位置保持以减小直流电动机的电流。另外，将螺钉机构的导程角设为与保持轴的位置所需要的直流电动机的电流相对应的角度，从而能在WG致动器的设计时对流向直流电动机的电流进行调整。在采用了导程角较小的WG致动器中，与采用了导程角较大的WG致动器相比，能减小保持轴的位置所需要的直流电动机的电流。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的WG致动器的结构例的剖视图。

图2是将实施方式1所涉及的WG致动器的螺钉机构进行放大后而得的剖视图。

图3是对实施方式1所涉及的WG致动器的螺钉机构的导程角进行说明的图。

图4是对实施方式1所涉及的WG致动器的螺钉机构的导程进行说明的图，图4(a)表示将外螺纹部设为短导程的示例，图4(b)表示将外螺纹部设为长导程的示例。

具体实施方式

下面，为了对本发明进行更加详细的说明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的WG致动器1的结构例的剖视图。涡轮增压器具有以下结构：利用来自发动机的废气来使涡轮旋转，对与该涡轮同轴连接的压缩机进行驱动以对进气进行压缩并提供给发动机。排气通路100的涡轮上游侧设置有使废气从排气通路100向旁通通路101释放的WG阀2，WG致动器1对WG阀2进行开闭来对从排气通路100流向旁通通路101的废气流入量进行调整，从而对涡轮的转速进行控制。此外，在图1中，用实线来表示WG阀2的全闭状态，用双点划线来表示全开状态。

WG致动器1包括：成为驱动源的直流电动机4；对WG阀2进行开闭的轴13；以及将直流电动机4的旋转运动转换为轴13的直线运动的螺钉机构12。直流电动机4包含：具有被磁化为多个N极和S极的磁体5的转子6；以及由线圈7卷绕而成的定子8。线圈7的端部与电刷11b相连接。转子6的一端侧以可自由旋转的方式被轴承部14所支承，另一端侧固定有换向器9。

若向外部端子10施加电压，则电流经由与该外部端子10相连接的电刷11a而流向构成换向器9的多个换向器片中与电刷11a相接触的换向器片，电流经由与该换向器片电连接的电刷11b流向线圈7。通过向线圈7进行通电从而将定子8磁化为N极和S极，该定子8与磁体5的N极和S极互相排斥或吸引，从而使转子6旋转。随着转子6的旋转，通电的线圈7发生切换，从而定子8的极也发生切换，转子6持续旋转。若电流的流向相反，则转子6的旋转方向也相反。

此外，在图1中，使用带电刷的DC电动机来作为直流电动机4，但也可以使用无刷DC电动机。

在转子6的内部设有用于配置轴13的孔，在孔的内周面上形成有内螺纹部12a，在轴13的外周面上形成有外螺纹部12b。将该外螺纹部12b拧入内螺纹部12a来进行结合，并将转子6的旋转运动转换为轴13的直线运动。利用这些内螺纹部12a和外螺纹部12b来构成螺钉机构12。轴13的一端侧贯穿外壳15，并经由连杆机构3与WG阀2相连结。在轴13的另一端侧设置有对该轴13的轴向上的位置进行检测的位置传感器16等。

连杆机构3具有2片板材3a、3b。板材3a的一端侧安装有轴13，另一端侧的支点3c上以可自由转动的方式安装有板材3b的一端侧。在该板材3b的另一端侧上安装有WG阀2。若通过朝转子6的一个方向的旋转来使轴13朝向外壳15外压出的方向移动，则板材3a也朝相同方向移动，板材3b与WG阀2以支点3c为中心转动，WG阀2朝开阀方向移动。若通过朝转子6的相反方向的旋转来使轴13朝向外壳15内拉入的方向移动，则板材3a也朝相同方向移动，板材3b与WG阀2以支点3c为中心转动，WG阀2朝闭阀方向移动。

在轴13上形成有二平面等，以作为旋转限制部13a来起作用。另外，在贯穿轴13的外壳15的孔的内周面上与该旋转限制部13a的形状相匹配地形成有二平面等的引导部15a。旋转限制部13a与引导部15a发生滑动，从而对轴13配合转子6的旋转而发生的旋转运动进行限制，进行支撑以使得轴13直线移动。在引导部15a的端部上，形成有朝轴13一侧突出的止动部15b，具有从轴13突出的形状的抵接部13b与该止动部15b相抵接，从而对轴13的过度向开阀方向的直线移动进行限制。同样地，在螺钉机构12的端部上设置有作为止动部15c而起作用的板材，作为抵接部13c而起作用的轴13的端面与止动部15c相抵接，从而对轴13的过度向闭阀方向的移动进行限制。

作为轴13的止动部15c而起作用的板材上贯穿有比轴13外径要小的孔，在该孔中通过有传感器用轴17，传感器用轴17的端面与轴13的端面相抵接。由此，传感器用轴17也与轴13的轴向的往复运动相匹配地进行往复运动。在该传感器用轴17上固定有传感器用磁体18，传感器用磁体18相对于位置传感器16的位置随着轴13的往复运动而发生变化，从而通过位置传感器16的磁通密度也发生变化。位置传感器16是霍尔元件或磁阻元件等，对随着轴13的往复运动而发生变化的磁通密度进行检测，并将其转换为表示轴13的实际行程位置的电信号而输出至控制装置20。

控制装置20从位置传感器16接收轴13的实际行程位置。另外，控制装置20从未图示的发动机控制单元等接收轴13的目标行程位置。然后，控制装置20进行反馈控制，使得实际行程位置接近目标行程位置，以对流向直流电动机4的通电电流进行调整，并产生与通电电流成正比的转矩，以进行轴13的移动和位置保持。以下，将保持轴13的位置所需要的转矩和通电电流称为保持转矩和保持电流。

利用执行存储于存储器的程序的CPU或系统LSI等的处理电路来实现控制装置20。在图示示例中，构成为使控制装置20独立的电子控制单元，但也可以构成为作为未图示的发动机控制单元的一项功能来实现，或者，也可以作为电路基板组装入WG致动器1的内部。

图2是对WG致动器1的螺钉机构12进行放大后而得的图，示出内螺纹部12a和外螺纹部12b的截面。D是内螺纹部12a和外螺纹部12b的有效直径。L是内螺纹部12a和外螺纹部12b的导程，是转子6的内螺纹部12a旋转1圈期间轴13的外螺纹部12b沿轴向所前进的距离。

图3是对螺钉机构12的导程角θ进行说明的图。若将图示的直角三角形卷绕于圆筒，则该直角三角形的斜面12c成为沿螺纹的螺旋状。导程角θ是斜面12c的倾斜角度，即，是与呈螺旋状的螺纹的径向相对的角度。在向内螺纹部12a施加轴向的负荷W时，成为向斜面12c垂直地施加有Wcosθ的力。外螺纹部12b因Wsinθ的力而存在向斜面12c的下侧滑动的趋势，从而向斜面12c的上侧产生μWcosθ的摩擦力。μ是斜面12c的摩擦系数。若增大导程角θ，使滑动力Wsinθ变得大于摩擦力μWcosθ，则外螺纹部12b发生滑动，轴13发生旋转。一般，在摩擦力μWcosθ与滑动力Wsinθ达到平衡时，成为μ＝tanθ，该θ被称为摩擦角。

在WG阀2上施加有开阀方向的废气压力(以下称为“开阀力”)，因此，在与该WG阀2相连结的轴13上也沿开阀方向施加有负荷W，但在轴13的外螺纹部12b与转子6的内螺纹部12a之间作用有摩擦力μWcosθ，从而使轴13不容易发生旋转。即，通过设置螺钉机构12，从而能减小施加于轴13的废气的开阀力。

对抗废气的开阀力来对轴13的位置进行保持的力与将螺钉机构12所产生的摩擦力和直流电动机4的保持转矩进行合计而得的力基本相等，因此，若螺钉机构12的摩擦力增大，则能相应减小直流电动机4的保持转矩，能减小保持电流。因此，与像以往那样经由正齿轮将直流电动机4的转矩传送至WG阀2的结构相比，如实施方式1那样经由螺钉机构12将直流电动机4的转矩传送至WG阀2的结构更能减小流向直流电动机4的通电电流。

此外，若减小螺钉机构12的导程角θ，则摩擦力μWcosθ增大，因此，为了对抗负荷W以保持轴13的位置所需要的保持转矩减小，也能减小保持电流。与此相反，若增大导程角θ，则摩擦力μWcosθ减小，因此，需要较大的保持转矩，保持电流也会增大。

图4是对螺钉机构12的导程L进行说明的图，图4(a)示出将外螺纹部12b设为较小的导程角θ、即短导程L的示例，图4(b)示出将外螺纹部12b设为较大的导程角θ、即长导程L的示例。在图4中示出了外螺纹部12b，但内螺纹部12a也相同。导程角θ较小的外螺纹部12b的导程L较短，因此，相对于转子6旋转的速度，轴13进行直线移动的速度较慢，响应性下降。相反，导程角θ较大的外螺纹部12b的导程L较长，因此，相对于转子6旋转的速度，轴13进行直线移动的速度较快，响应性提高。

由此，若减小螺钉机构12的导程角，则直流电动机4的保持电流减小，响应性下降。与此相反，若增大导程角，则流向直流电动机4的保持电流增大，响应性提高。根据以上特性，在设计WG致动器1时，决定螺钉机构12的导程角以使得满足所希望的保持电流和响应性。此外，流过排气通路100的废气的压力随时间而变动，另外，施加于WG阀2的废气压力根据WG阀2的开度而不同，因此，例如选择与保持电流的平均值相对应的导程角、或者选择与保持电流的最大值相对应的导程角即可。

此外，优选使外螺纹部12b的导程角小于摩擦角，以使得在内螺纹部12a与外螺纹部12b之间不发生滑动。具体而言，在图3中，选定导程角θ，以使得螺钉机构12的斜面12c的摩擦系数μ与导程角θ满足μ＞tanθ。由此，即使施加有负荷W，摩擦力μWcos也比滑动力Wsinθ要大，轴13不发生旋转，因此，能将保持电流设为零。

以上对通过减小螺钉机构12的导程角来减小直流电动机4的保持电流的示例进行了说明，然而，以下对除导程角的变更以外通过变更控制装置20的控制方法从而减小保持电流的示例进行说明。

这里，采用以下结构：在图1所示的WG致动器1中，在将轴13拉入外壳15内直至WG阀2的全闭位置为止时，止动部15c与抵接部13c相抵接从而对轴13的移动进行限制。在该结构中，控制装置20基于位置传感器16所检测出的轴13的实际行程位置，在判定为已将轴13拉入至WG阀2的全闭位置时，在从判定时起经过预先确定的时间为止的期间内维持流向直流电动机4的通电电流，在该轴13的抵接部13c与止动部15c相抵接的状态下使转子6旋转来拧紧螺钉机构12。由此，内螺纹部12a与外螺纹部12b之间的摩擦力增大，即使施加有负荷W，轴13也不容易发生旋转。由此，在经过上述预先确定的时间后，在将轴13保持于WG阀2的全闭位置时，能减小保持电流。此外，将上述预先确定的时间预先存储于控制装置20内的存储器。

此外，虽然图1所示的WG致动器1具有将轴13拉入来对WG阀2进行闭阀的结构，但相反的，在构成为将轴13压出从而对WG阀2进行闭阀的情况下，控制装置20在判定为将轴13压出直至WG阀2的全闭位置为止时，在预先确定的时间内维持流向直流电动机4的通电电流，在该轴13的抵接部13b与止动部15b相抵接的状态下使转子6进行旋转来拧紧螺钉机构12。

如上所述，根据实施方式1，WG致动器1构成为包括直流电动机4、对涡轮增压器的WG阀2进行开闭的轴13、以及将直流电动机4的旋转运动转换为轴13的直线移动的螺钉机构12，因此，能将螺钉机构12所产生的摩擦力用于轴13的位置保持，从而减小流向直流电动机4的保持电流。另外，将螺钉机构12的导程角设为与保持轴13的位置所需要的直流电动机4的保持电流相对应的角度，从而能在WG致动器1的设计时对流向直流电动机4的保持电流进行调整。在采用了导程角较小的WG致动器1中，与采用了导程角较大的WG致动器1相比，能减小保持轴13的位置所需要的保持电流。

另外，根据实施方式1，通过使螺钉机构12的导程角小于摩擦角，从而即使受到废气的压力轴13也不会旋转，并能将流向直流电动机4的保持电流设为零。

另外，根据实施方式1，构成为WG致动器1包括在WG阀2全闭的位置上对轴13的直线移动进行限制的止动部15c，控制装置20在WG阀2全闭的情况下，维持轴13的直线移动所需要的直流电动机4的电流，直至在轴13被止动部15c限制的状态下经过预先确定的时间为止，从而能在WG阀2全闭时增大螺钉机构12的摩擦力。由此，能减小为了将轴13保持在WG阀2的全闭位置所需要的保持电流。

此外，在上述说明中，示出了使用连杆机构3来连结本发明所涉及的WG致动器1的轴13与WG阀2的结构，但也可以采用不使用连杆机构3而直接连结轴13与WG阀2的结构。

另外，也可以作为包括本发明所涉及的WG致动器1、以及作为驱动对象物的WG阀2的WG阀驱动装置来构成。

除此以外，本发明也可以在该发明的范围内对实施方式的任意结构要素进行变形，或省略实施方式的任意结构要素。

工业上的实用性

本发明所涉及的WG致动器能减小向直流电动机进行通电的电流，因此，适用于搭载于车辆的致动器等。

标号说明

1 WG致动器

2 WG阀

3 连杆机构

3a、3b 板材

3c 支点

4 直流电动机

5 磁体

6 转子

7 线圈

8 定子

9 换向器

10 外部端子

11a、11b 电刷

12 螺钉机构

12a 内螺纹部

12b 外螺纹部

12c 斜面

13 轴

13a 旋转限制部

13b、13c 抵接部

14 轴承部

15 外壳

15a 引导部

15b、15c 止动部

16 位置传感器

17 传感器用轴

18 传感器用磁体

20 控制装置

100 排气通路

101 旁通通路

D 有效直径

L 导程

W 负荷

θ 导程角

Claims (3)

1.一种旁通阀致动器，其特征在于，包括：

直流电动机；

轴，该轴对涡轮增压器的旁通阀进行开闭；

螺钉机构，该螺钉机构将所述直流电动机的旋转运动转换为所述轴的直线运动；

位置传感器，该位置传感器对所述轴的位置进行检测；

控制装置，该控制装置基于所述位置传感器所检测出的所述轴的位置，来调整向所述直流电动机进行通电的电流；以及

止动部，该止动部在所述旁通阀全闭的位置上对所述轴的直线运动进行限制，

所述螺钉机构的导程角是与保持所述轴的位置所需要的所述直流电动机的电流相对应的角度，

所述控制装置在所述旁通阀全闭的情况下，维持所述轴的直线运动所需要的所述直流电动机的电流，直至在所述轴被所述止动部所限制的状态下经过预先确定的时间为止，来拧紧所述螺钉机构。

2.如权利要求1所述的旁通阀致动器，其特征在于，

所述螺钉机构的导程角比摩擦角要小。

3.一种旁通阀驱动装置，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的旁通阀致动器；以及

旁通阀，该旁通阀由所述旁通阀致动器来驱动。