CN107893716A - 一种智能无刷电机egr阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能无刷电机EGR阀，包括阀体，阀体上设置有阀体进气口以及后盖，与阀体进气口轴线相平行的阀体内设置有用于调节再循环废气流量的执行机构，与阀体进气口轴线相垂直的阀体内设置有位于后盖内侧用于驱动执行机构动作的无刷电机以及连接于执行机构与无刷电机之间用于将无刷电机输出动能传递至执行机构的齿轮系；所述执行机构正上方的阀体内设置有用于检测执行机构运行位置的传感器总成以及用于接收传感器总成反馈信息并控制无刷电机动作的智能传感器芯片，智能传感器芯片的输入端连接于传感器总成的输出端，智能传感器芯片的输出端连接于无刷电机的受控端。

Description

一种智能无刷电机EGR阀
技术领域
本发明涉及发动机尾气排放控制装置技术领域，特别是一种应用于对EGR阀有高寿命、高要求的柴油机电动EGR阀。
背景技术
在发动机废气再循环系统（EGR系统）中EGR阀主要用于调节控制再循环废气的流量，EGR阀在发动机废气再循环系统中起到调节再循环废气流量的执行元件作用，电动EGR阀内部直流电机通电后带动齿轮进行旋转运动，然后通过减速机构把动力传送到中心杆上，从而带动中心杆进行往复直线运动来控制进气口的开度大小。气动EGR阀则通过真空调节器控制真空度大小，从而间接控制EGR的开度大小以调节废气流量，使废气与新鲜空气按一定比例混合后返回气缸进行再循环，以降低气缸内燃烧温度以及燃烧速度，进一步减少NOX的排放量。
随着对机动车为其排放控制要求的越来越严格，电动EGR阀的控制精度和响应时间要求也越来越高；然而目前的气动EGR阀大多控制精度较低，无法满足使用要求。
随着汽车电机产品的增加，大部分汽车的ECU没有足够的驱动输出模块来驱动电机，采用多驱动输出的模块ECU，发热量大、体积大、成本很高，还会影响其本身的稳定性，针对这种问题，需要EGR阀自带H桥，这样无疑增加了生产成本。且随着国六排放法规的推行，对于发动机B10的寿命提出较为严格的要求，现有的EGR阀多采用有刷电机，由于其本身碳刷结构的限制已经无法满足寿命要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种智能无刷电机EGR阀，以解决现有的EGR阀需要自带H桥增加生产成本以及采用有刷电机无法满足寿命要求的问题，以节约EGR阀的生产开支，提高EGR阀的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种智能无刷电机EGR阀，包括阀体，阀体上设置有阀体进气口以及后盖，与阀体进气口轴线相平行的阀体内设置有用于调节再循环废气流量的执行机构，与阀体进气口轴线相垂直的阀体内设置有位于后盖内侧用于驱动执行机构动作的无刷电机以及连接于执行机构与无刷电机之间用于将无刷电机输出动能传递至执行机构的齿轮系；执行机构正上方的阀体内设置有用于检测执行机构运行位置的传感器总成以及用于接收传感器总成反馈信息并控制无刷电机动作的智能传感器芯片，智能传感器芯片的输入端连接于传感器总成的输出端，智能传感器芯片的输出端连接于无刷电机的受控端。
进一步优化技术方案，所述执行机构包括与阀体进气口轴线共线设置的中心杆以及设置在中心杆底端的阀芯；所述中心杆顶端面上焊接一连杆，连杆上固定焊接一滑块，滑块上开设有配装齿轮系输出端的安装孔。
进一步优化技术方案，所述齿轮系包括齿轮箱、设置在齿轮箱外侧同无刷电机输出轴同轴设置的主齿轮以及设置在齿轮箱外侧同主齿轮相啮合的从动齿轮；齿轮箱内设置有同从动齿轮输出轴同轴设置的太阳轮以及分别与太阳轮相啮合的多个小行星轮；所述太阳轮的输出轴上同轴设置有偏心轮，偏心轮轴向设置有通过轴承销定位的轴承，所述轴承嵌装于滑块上的安装孔内。
进一步优化技术方案，所述传感器总成包括磁钢、设置在滑块顶部与滑块接触设置的传感器接触柱以及设置在传感器接触柱上用于实时监控滑块位置的霍尔位置传感器；滑块底端与中心杆顶端的连杆上从下至上依次套装有唇口密封片、弹簧和弹簧座。
进一步优化技术方案，所述智能传感器芯片包括主芯片模块、传感器模块、传感器信号输入处理模块、用于与发动机ECU相互通讯的通信模块、用于控制无刷电机动作的驱动输出模块以及电源模块；电源模块的输出端分别连接于芯片模块的输入端和传感器模块的输入端；传感器模块的输入端连接于霍尔位置传感器的输出端，传感器模块的输出端连接于传感器信号输入处理模块的输入端；传感器信号输入处理模块的输出端连接于主芯片模块的输入端；主芯片模块的输出端分别连接于驱动输出模块的输入端和通信模块的输入端，驱动输出模块的输出端连接于无刷电机的受控端；通信模块的输出端又连接于主芯片模块的输入端。
进一步优化技术方案，所述EGR阀还包括设置在阀体上的密封机构，密封机构包括设置在中心杆处用于防止废气泄露至空气中的中心杆处密封机构以及设置在无刷电机处用于防止有水进入电机孔的电机处密封机构。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明结构紧凑、设计新颖，装配十分方便，采用无刷电机驱动执行机构动作的方式，使得EGR阀实现电子换向功能，能够克服较大的排气背压，具有高寿命、可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点；且本发明自身带有智能传感器芯片，无需ECU单独带H桥，极大的降低了ECU的成本，增强了ECU的可靠性，能够更加智能化地对无刷电机进行控制，控制精度高，响应时间快。
本发明通过无刷电机驱动偏心轮转动，使得通过轴承销安装到偏心轮上的轴承以及用于嵌装轴承的滑块能够随之上下运动，从而带动与滑块固定连接的中心杆以及与中心杆固定连接的阀芯上下运动，十分便捷。
本发明霍尔位置传感器能够实时地检测出滑块的所在位置，并将检测信息反馈至智能传感器芯片，经智能传感器芯片处理能够十分精准地检测出阀芯所在位置，智能化程度很高。
附图说明
图1为本发明的爆炸图；
图2为本发明所述齿轮室的内部结构示意图；
图3为本发明所述中心杆与滑块、滑块与传感器接触柱的连接结构示意图；
图4为本发明所述智能传感器芯片内部原理框图；
图5为本发明所述无刷电机的电路控制图。
其中：1、阀体，11、阀体进气口，12、后盖；2、执行机构，21、阀芯，22、中心杆，23、唇口密封片，24、弹簧，25、弹簧座，26、滑块，27、连杆；3、齿轮系，31、偏心轮，32、轴承，33、轴承销，34、齿轮箱，341、齿轮室上盖，342、太阳轮，343、中间齿轮箱，344、小行星轮，345、齿轮室下盖；4、无刷电机；5、传感器总成，51、传感器接触柱，52、霍尔位置传感器；6、智能传感器芯片。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种智能无刷电机EGR阀，结合图1至图4所示，包括阀体1、执行机构2、无刷电机4、齿轮系3、传感器总成5和智能传感器芯片6。
阀体1上设置有阀体进气口11和后盖12，后盖12用于将无刷电机4封装在阀体1内。
执行机构2安装设置在与阀体进气口11轴线相平行的阀体1内，用于调节再循环废气流量。执行机构2包括中心杆22、阀芯21、连杆27和滑块26。中心杆22与阀体进气口11轴线共线设置；阀芯21设置在中心杆22底端；连杆27焊接在中心杆22顶端面，滑块26固定焊接在连杆27上，所以中心杆22能够随着滑块26动作，滑块26上开设有安装孔，安装孔用于配装齿轮系的输出端。
无刷电机4安装设置在与阀体进气口11轴线相垂直的阀体1内，安装设置有位于后盖12内侧，用于驱动执行机构2动作。无刷电机4的驱动力可以达到180mN.m，能够克服较大的排气背压，而目前的普通电动EGR阀，电机驱动力只能达到100mN.m。如图5所示，无刷电机4由永磁体转子、多极绕组定子和位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供，所以无刷电机需要记录初始位置。
齿轮系3安装设置在与阀体进气口11轴线相垂直的阀体1内，连接于执行机构2与无刷电机4之间，用于将无刷电机4输出动能传递至执行机构2。齿轮系3包括齿轮箱34、主齿轮、从动齿轮、太阳轮342、小行星轮344、偏心轮31、轴承销33和轴承32。齿轮箱34由齿轮室上盖341、中间齿轮箱343和齿轮室下盖345组成。主齿轮设置在齿轮箱34外侧，同无刷电机4的输出轴同轴设置，从动齿轮设置在齿轮箱34外侧，同主齿轮相啮合，为了使得无刷电机4装配使用时，无刷电机4初始位置需要和阀体进气口的开启有对应的关系，所以在齿轮系设计时，将主齿轮设置为正时齿轮，主齿轮上刻制有“0”位位置，使得装配保证一致。太阳轮342设置在齿轮箱34内，同从动齿轮输出轴同轴设置；小行星轮344设置有三个，分别与太阳轮342相啮合；太阳轮342和三个小行星轮344均设置在齿轮箱34内。偏心轮31设置在齿轮箱34外侧，同轴设置在太阳轮342的输出轴上；轴承销33轴向设置在偏心轮31上；轴承32安装在轴承销33上，并嵌装于滑块26上的安装孔内。因此无刷电机4运作时，能够带动偏心轮31转动，偏心轮31的转动又能使得滑块26上下移动，进而带动中心杆22和阀芯21上下移动。
传感器总成5设置在执行机构2正上方，安装于阀体1内，用于检测执行机构2中滑块26运行位置，传感器总成5的输出端连接于智能传感器芯片6的输入端，并能够将检测信息反馈至智能传感器芯片6，进而智能传感器芯片6计算出中心杆22上阀芯21的运行位置。传感器总成5包括磁钢、传感器接触柱51和霍尔位置传感器52。磁钢设置在滑块26上；滑块26的底端与中心杆22的顶端的连杆27上从下至上依次套装有唇口密封片23、弹簧24和弹簧座25。传感器接触柱51设置在滑块26顶部，与滑块26接触设置；霍尔位置传感器52设置在传感器接触柱51上，用于实时监控滑块26位置。当中心杆22运动时，滑块26也随着中心杆22运动，可实际反馈其行程，霍尔位置传感器52检测到滑块26所在位置后，将信息反馈至智能传感器芯片6。另外，传感器总成5中设置的线路使得智能传感器芯片6与无刷电机4相连接，并且线路汇集至传感器总成5的插头处。
智能传感器芯片6设置在执行机构2正上方，安装于阀体1内，智能传感器芯片6的输出端连接于无刷电机4的受控端，用于接收传感器总成5反馈信息并控制无刷电机4动作。智能传感器芯片6包括主芯片模块、传感器模块、传感器信号输入处理模块、通信模块、驱动输出模块以及电源模块，通信模块用于与发动机ECU相互通讯，驱动输出模块用于控制无刷电机动作。电源模块的输出端分别连接于芯片模块的输入端和传感器模块的输入端；传感器模块的输入端连接于霍尔位置传感器52的输出端，传感器模块的输出端连接于传感器信号输入处理模块的输入端；传感器信号输入处理模块的输出端连接于主芯片模块的输入端；主芯片模块的输出端分别连接于驱动输出模块的输入端和通信模块的输入端，驱动输出模块的输出端连接于无刷电机4的受控端；通信模块的输出端又连接于主芯片模块的输入端。
为了防止废气泄露至空气中以及防止有水进入电机孔，在阀体1上还设置有密封机构。密封机构包括中心杆处密封机构和电机处密封机构。中心杆处密封机构设置在中心杆22处，可为密封片，设置在阀芯21与阀体进气口11内壁之间，用于防止废气泄露至空气中；电机处密封机构设置在无刷电机4处，可在无刷电机4上设置O型密封圈，用于防止有水进入电机孔。
本发明在实际装配时，首先，将阀芯21与中心杆22进行过盈压配，然后唇口密封片装在阀体1内，将压配好的中心杆22穿入唇口密封片中，中心杆22上焊接一连杆27，然后依次装入弹簧24、弹簧座25以及滑块26，将滑块26与连杆27进行焊接。然后，将太阳轮342和小行星轮344依次装入齿轮箱内，然后在太阳轮342的输出轴上装上偏心轮31，在偏心轮31的轴向装上轴承销33，将轴承32装在轴承销33上，并将轴承32嵌装在滑块26上的安装孔内。而后，将传感器总成5和智能传感器芯片6依次装入到阀体1内，将传感器接触柱51与滑块26相接触，将霍尔位置传感器的输出端通过线路连接于智能传感器芯片6的输入端。最后，对无刷电机4进行装配，将无刷电机4的受控端以及正负极分别于智能芯片相连，初始阀芯21处于全关位置，看好主齿轮上刻制的“0”位位置，装入阀体后锁紧后盖。
本发明在工作时，给无刷电机4通电，依次带动主齿轮、从动齿轮、太阳轮342、小行星轮344、偏心轮31转动，与偏心轮31通过轴承销33连接的轴承32由于嵌装在滑块26内，所以使得滑块26上下滑动，进而带动与滑块26固定连接的中心杆22以及与中心杆22连接的阀芯21上下运动，从而实现本装置的开启和关闭功能。霍尔位置传感器52读取磁钢位置后信号后，将此信息反馈至智能传感器芯片6中的传感器模块，传感器模块再将信息传递到传感器输入信号处理模块，经处理分析后获知阀芯21的开度。智能传感器芯片6中的主芯片模块通过通信模块与发动机ECU相互通讯，进而能够按照发动机ECU内部设置的工况进行工作，无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷，使得本装置具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。

Claims (6)

1.一种智能无刷电机EGR阀，包括阀体（1），阀体（1）上设置有阀体进气口（11）以及后盖（12），其特征在于：与阀体进气口（11）轴线相平行的阀体（1）内设置有用于调节再循环废气流量的执行机构（2），与阀体进气口（11）轴线相垂直的阀体（1）内设置有位于后盖（12）内侧用于驱动执行机构（2）动作的无刷电机（4）以及连接于执行机构（2）与无刷电机（4）之间用于将无刷电机（4）输出动能传递至执行机构（2）的齿轮系（3）；执行机构（2）正上方的阀体（1）内设置有用于检测执行机构（2）运行位置的传感器总成（5）以及用于接收传感器总成（5）反馈信息并控制无刷电机（4）动作的智能传感器芯片（6），智能传感器芯片（6）的输入端连接于传感器总成（5）的输出端，智能传感器芯片（6）的输出端连接于无刷电机（4）的受控端。
2.根据权利要求1所述的一种智能无刷电机EGR阀，其特征在于：所述执行机构（2）包括与阀体进气口（11）轴线共线设置的中心杆（22）以及设置在中心杆（22）底端的阀芯（21）；所述中心杆（22）顶端面上焊接一连杆（27），连杆（27）上固定焊接一滑块（26），滑块（26）上开设有配装齿轮系输出端的安装孔。
3.根据权利要求2所述的一种智能无刷电机EGR阀，其特征在于：所述齿轮系（3）包括齿轮箱（34）、设置在齿轮箱（34）外侧同无刷电机（4）输出轴同轴设置的主齿轮以及设置在齿轮箱（34）外侧同主齿轮相啮合的从动齿轮；齿轮箱（34）内设置有同从动齿轮输出轴同轴设置的太阳轮（342）以及分别与太阳轮（342）相啮合的多个小行星轮（344）；所述太阳轮（342）的输出轴上同轴设置有偏心轮（31），偏心轮（31）轴向设置有通过轴承销（33）定位的轴承（32），所述轴承（32）嵌装于滑块（26）上的安装孔内。
4.根据权利要求2所述的一种智能无刷电机EGR阀，其特征在于：所述传感器总成（5）包括磁钢、设置在滑块（26）顶部与滑块（26）接触设置的传感器接触柱（51）以及设置在传感器接触柱（51）上用于实时监控滑块（26）位置的霍尔位置传感器（52）；滑块（26）底端与中心杆（22）顶端的连杆（27）上从下至上依次套装有唇口密封片（23）、弹簧（24）和弹簧座（25）。
5.根据权利要求4所述的一种智能无刷电机EGR阀，其特征在于：所述智能传感器芯片（6）包括主芯片模块、传感器模块、传感器信号输入处理模块、用于与发动机ECU相互通讯的通信模块、用于控制无刷电机动作的驱动输出模块以及电源模块；电源模块的输出端分别连接于芯片模块的输入端和传感器模块的输入端；传感器模块的输入端连接于霍尔位置传感器（52）的输出端，传感器模块的输出端连接于传感器信号输入处理模块的输入端；传感器信号输入处理模块的输出端连接于主芯片模块的输入端；主芯片模块的输出端分别连接于驱动输出模块的输入端和通信模块的输入端，驱动输出模块的输出端连接于无刷电机（4）的受控端；通信模块的输出端又连接于主芯片模块的输入端。
6.根据权利要求2所述的一种智能无刷电机EGR阀，其特征在于：所述EGR阀还包括设置在阀体（1）上的密封机构，密封机构包括设置在中心杆（22）处用于防止废气泄露至空气中的中心杆处密封机构以及设置在无刷电机（4）处用于防止有水进入电机孔的电机处密封机构。
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