CN108884765B - 电控节气门主体以及马达驱动式节气门主体 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种即便在节气门主体承受高热的进气或废气的热的条件下也能恰当地冷却节气门主体的轴承的这类装置。本发明以相邻于轴承的周壁的方式在该固定轴承的构件上一体地设置引导发动机的冷却水的发动机冷却水通道，轴承的周壁为对轴支承节气门轴的轴承进行固定的构件，利用发动机冷却水将经由该固定轴承的构件而从轴承传来的(或者欲传递至轴承的)热带走到节气门主体之外。

Description

电控节气门主体以及马达驱动式节气门主体
技术领域
本发明涉及一种调节内燃机内的流体的流量的阀体、电控节气门主体、马达驱动式节气门主体以及阀门装置。例如，本发明尤其安装在内燃机的进气通道上而对进气通道的通道截面积进行可变控制，由此，用于在汽油发动机汽车中对吸入至汽缸内的空气量进行调整，或者在柴油机中对进气管内的压力进行控制。
再者，在汽油发动机汽车中，在将燃料直接喷射至汽缸内的所谓的缸内燃料直喷型发动机、将燃料喷射至进气管内的所谓的进气口喷射型发动机中均有运用。
背景技术
尤其是配备有涡轮增压器的发动机，因通过涡轮增压器对吸入空气进行加压而导致进气温度上升，所以在涡轮增压器下游设置了中冷器对温度上升了的进气进行冷却。
在该情况下，在中冷器处于节气门主体的下游时，冷却之前的高温的进气会通过节气门主体，因此有节气门主体的轴承的耐热性不足的问题，从而已知有如下操作，即，例如像日本专利特开2013-147954号公报中记载的那样在节气门主体与中冷器之间夹持间隔构件，该间隔构件具备使发动机冷却水循环的内部通道，将轴承部的热散发至发动机冷却水通道，避免轴承部达到发动机冷却水通道的温度以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-147954号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，以往的该构成存在无法将传递至节气门主体的轴承的热充分传递至冷却水这一问题，从而存在如下问题，即，必须变更为耐热规格的轴承，此外，因线性膨胀系数的差异而无法确保高温时的轴承压入紧度、必须采用压入以外的保持方法。
此外，若像上述公知例那样将冷却水流路以别的构件的形式配置在轴承冷却位置，则存在节气门主体大型化这一问题。
此外，在具有使废气回流至进气通道的所谓的EGR装置的柴油发动机中，存在承受废气的热而发生同样的问题的情况。
如此，本发明的目的在于提供一种即便在节气门主体承受高热的进气或废气的热的条件下也能恰当地冷却节气门主体的轴承的这类装置，解决上述问题中的至少一个问题。
解决问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明以相邻于轴承的周壁的方式、在该固定轴承的构件上一体地设置引导发动机的冷却水的发动机冷却水通道，轴承的周壁为对轴支承节气门轴的轴承进行固定的构件，利用发动机冷却水将经由该固定轴承的构件而从轴承传来的(或者欲传递至轴承的)热带走到节气门主体之外。
根据后文叙述的实施例，具体而言，在供吸入空气通过的进气通道的内壁的外侧的至少一部分一体地形成有外壁，将发动机冷却水引导至内壁与外壁之间所形成的空间的入口导管与从该空间内排出加热后的发动机冷却水的出口导管相连通，空间以能够传热的方式一体地形成于贯穿进气通道而延伸的节气门轴的一对轴承的周围。
更具体而言，入口导管和出口导管位于一对轴承之间，从该入口导管和出口导管的位置到轴承周围的空间的通道截面积形成得比接近轴承的部分的空间的通道截面积大。结果，从入口导管和出口导管的位置到轴承周围的空间的通道截面形状成为与接近轴承的部分的空间的通道截面形状不一样的截面形状。
进一步具体而言，空间以朝空气的流动方向开放的弧状的槽的形式形成于固定轴承的构件的安装端面。
进而优选弧状的槽以绕进气通道一周的环状槽的形式形成。
进而优选入口导管与出口导管隔着分隔环状槽的分隔壁而相邻。
更优选入口导管设置在节气门主体的罩体侧，出口导管位于罩体反侧。
更优选节气门主体的罩体侧的轴承周围的空间在进气的流动的方向上形成得较浅，结果，确保了在空间与轴承外周之间配置弹簧的空间。
发明的效果
根据以上那样构成的本发明，即便在节气门主体承受高热的进气或废气的热的条件下，也能顺畅地从轴承向发动机冷却水传热，因此能够恰当地冷却节气门主体的轴承。
通过以下实施例的说明来详细说明具体的实施例的效果。
附图说明
图1为汽油发动机汽车中使用的马达驱动式节流阀控制装置的分解立体图。
图2为汽油发动机汽车中使用的马达驱动式节流阀控制装置的剖视图。
图3为汽油发动机汽车中使用的马达驱动式节流阀控制装置的卸下了板体的俯视图。
图4为图2的被圆虚线围住的冷却水通道部的剖视图。
图5为冷却水导管结合部的剖视图。
图6为汽油发动机汽车中使用的马达驱动式节流阀控制装置的卸下了齿轮罩的俯视图。
图7为汽油发动机汽车中使用的马达驱动式节流阀控制装置的外观立体图。
图8为汽油发动机汽车中使用的马达驱动式节流阀控制装置的剖视图。
具体实施方式
下面，根据附图，对本发明的实施例进行说明。
实施例1
根据图1至图5，对成为本发明的旋转角度检测装置的一实施例进行说明。
如图1所示，节气门主体5形成膛部1。如图3所示，在节气门主体5上以围绕膛部1的全周的方式配置有槽部5T1至5T4。由该槽部5T1至5T4和板体30(参考图1及图2)形成冷却水通道部。此处，冷却水通道部上连接有通过压入连接至节气门主体5的入口侧冷却水导管29A和出口侧冷却水导管29B，成为与对应侧软管的接口。
图4为图2的被圆虚线围住的冷却水通道部的剖视图。在节气门主体5的槽部5T1至5T4的端部设置有比槽宽更宽的板体安装部5F1、5F2。板体安装部5F1及5F2成为安装板体30时的底座。板体30在配置在该底座上之后，例如通过摩擦搅拌接合(FSW)与节气门主体5结合，形成确保了气密性的热水通道部。
如图3及图5所示，在入口侧冷却水导管29A与出口侧冷却水导管29B之间的槽部内配置有壁部5W。壁部5W防止了冷却水不通过轴孔附近而直接从入口侧冷却水导管29A流至出口侧冷却水导管29B这一情况。
如图2及图3所示，为了确保配置复位弹簧14的空间，轴承8附近的冷却水通道部的槽部5T4比其他部分浅。此外，为了实现从冷却水导管到冷却水通道的连接，冷却水通道部的槽部5T1比其他部分深。为了确保配置轴承9的空间，轴承9附近的冷却水通道部5T3比冷却水通道部5T2浅。此处，各槽部5T1至5T4的深度的关系为5T1＞5T2＞5T3＞5T4。
如此，通过改变冷却水通道部的截面形状来进行配设，能够避免过于增大节流阀控制装置的尺寸而构成紧凑、耐热性优异的节流阀控制装置。
接着，参考图1以及图6～图8，对将上述冷却水通道运用于汽油发动机用的马达驱动式节流阀(节气门)控制装置的例子进行具体说明。下面，对马达驱动式节流阀控制装置的构成进行说明。
如图8所示，铝压铸制造的节流阀组件(以下称为节气门主体)5上一体地成形有进气通道(以下称为膛部)和用以收纳马达20的马达壳体20A。
在节气门主体5中沿膛部1的一条直径线配置有金属制转轴(以下称为节气门轴)3。节气门轴3的两端由作为轴承8及9的滚针轴承加以旋转支承。轴承8及9压入固定在节气门主体5上设置的轴承毂部6及7内。
此外，轴承9是在压入至节气门轴3之后压入至节气门主体5。其后，利用压入至节气门主体5的轴盖来压住，由此限制节气门轴3的轴向的可动量。如此一来，节气门轴3可旋转地支承在节气门主体5中。
在节气门轴3上，由金属材料制造的圆板构成的节流阀(以下称为节气门)2插入至节气门轴3上设置的狭缝，并利用螺钉4固定在节气门轴3上。如此一来，当节气门轴3旋转时，节气门2便旋转，结果进气通道的截面积发生变化，从而控制去往发动机的吸入空气流量。
如图6及图8所示，马达壳体20A是与节气门轴3大致平行地形成，由刷式直流马达构成的马达20插入在马达壳体20A内，并利用螺钉21将马达20的支架20B的凸缘部螺旋固定在节气门主体5的侧壁上，由此加以固定。此外，如图8所示，在马达20的端部配设有波形垫圈25来保持马达20。
如图8所示，轴承毂部6及7的开口被轴承8及轴盖10密封，构成轴封部，从而构成为保持气密。此外，轴承毂7侧的轴盖10防止了节气门轴3的端部以及轴承9露出。由此，防止了空气从轴承8及9泄漏或者轴承的润滑用的油脂漏出至外部空气中或者后文叙述的传感器室。
在马达20的转轴端部固定有齿数最少的金属制齿轮22。在设置有该齿轮22那一侧的节气门主体侧面部集中配置有用以旋转驱动节气门轴3的减速齿轮机构、弹簧机构。并且，这些机构部被固定于节气门主体5的侧面部的树脂材料制造的罩体(以下称为齿轮罩)26覆盖。
如图8所示，在齿轮罩26侧的节气门轴3的端部固定有节气门齿轮11。节气门齿轮11由金属板12和树脂成形于该金属板12上的树脂材料制齿轮部13构成。在金属板12的中心部配备有杯状的凹部，凹部的开放侧端部具有齿轮成形用的凸缘部。通过树脂成形在该凸缘部模塑成形树脂材料制齿轮部13。
金属板12在凹部的中央有孔。在节气门轴3的顶端部的周围刻有螺纹槽。在金属板12的凹部的孔内插入节气门轴3的顶端，并在螺纹部螺合螺帽17，由此将金属板12固定在节气门轴3上。如此一来，金属板12以及其上成形的树脂材料制齿轮部13与节气门轴3一体地旋转。
在节气门齿轮11的背面与默认杆16之间夹持有由螺旋弹簧形成的默认弹簧15。此外，在默认杆16的背面与节气门主体5的侧面之间夹持有由螺旋弹簧形成的复位弹簧14。形成了默认机构，所述默认机构通过这2根弹簧在打开方向和关闭方向上相互拉拽而在马达的通电变成OFF时将节气门的开度规定为规定开度(以下称为默认开度)。
本实施例涉及汽油的节流阀控制装置，因此，节气门2的初始位置也就是马达20的电源切断时节气门2为初始位置而给出的开度位置为默认开度。因此，在节气门2相较于默认开度而言打开的情况下，通过复位弹簧14产生去往默认开度的关闭方向的负荷，在节气门2相较于默认开度而言关闭的情况下，通过默认弹簧15产生去往默认开度的打开方向的负荷。
在马达20的转轴上安装的齿轮22与节气门轴3上固定的节气门齿轮11之间啮合有中间齿轮23，所述中间齿轮23可旋转地支承在压入固定于节气门主体5的侧面的金属材料制造的齿轮轴24上。中间齿轮23由与齿轮22啮合的大径齿轮23A和与节气门齿轮11啮合的小径齿轮23B构成。两齿轮通过树脂成形而成形为一体。这些齿轮22、23A、23B、11构成了两级减速齿轮机构。如此一来，马达20的旋转经由该减速齿轮机构传递至节气门轴3。
这些减速机构、弹簧机构被树脂材料制造的齿轮罩26覆盖。在齿轮罩26的开口端侧周缘形成有插入密封构件31的槽，当在密封构件31安装在该槽内的状态下将齿轮罩26盖在节气门主体5上时，密封构件31密接至形成于节气门主体5的侧面的齿轮收纳室的周围的框的端面，将齿轮收纳室内与外部空气遮蔽开来。如图7所示，在该状态下，利用6个夹扣27将齿轮罩26固定在节气门主体5上。
下面，对形成于如此构成的减速齿轮机构与覆盖它的齿轮罩之间的旋转角度检测装置即节气门传感器进行具体说明。
如图8所示，在节气门轴3的齿轮罩侧的端部通过一体成形固定有树脂支座19。在树脂支座19的顶端的平面部通过一体成形安装有通过压力加工形成的导电体18。因而，当马达20旋转而使得节气门2旋转时，导电体18也一体地旋转。
在齿轮罩26上，在与导电体18相对的位置固定有TPS基板28。TPS基板上配设的ASIC检测导电体18的角度，由此检测节气门2的开度，并以传感器输出的形式供给至ECU。
节气门主体5上配设的5P1至5P3为齿轮罩26的定位用壁，通过齿轮罩26的定位突起卡合至这3个位置的壁，TPS基板28与旋转侧的导电体18得以定位，从而能够输出要求的容许范围内的信号。全开止动件11A以机械方式决定节气门齿轮11的全开位置，由一体地形成于节气门主体的侧壁的突起构成。
通过节气门齿轮11的缺口末端部抵接至该突起，使得节气门轴3无法超过全开位置而旋转。
全闭止动件11B规定节气门轴3的全闭位置，节气门齿轮11的相反侧的末端在全闭位置上碰撞至全闭止动件11B，从而阻止节气门轴3旋转至全闭位置以上。
通过对如此形成的节流阀控制装置运用本发明的冷却水通道部，能够获得耐热性优异的、紧凑的节流阀控制装置。形成冷却水通道的槽部5T4接近轴承8，具备通过在节气门主体5上进行传热来冷却轴承8的功能。此外，槽部5T3接近轴承9，具备通过在节气门主体5上进行传热来冷却轴承9的功能。此外，通过槽部5T1～5T4呈环状围绕膛部1，使膛部1的热变形变得均匀，由此，能够降低节气门2与膛部1粘连的风险。
根据以上说明过的实施例，配置有以相邻于节气门主体5的轴承毂6、7的周壁的方式、一体地形成于节气门主体5上的槽部5T1、5T2、5T3、5T4，节气门主体5的轴承毂6、7作为对轴支承节气门轴3的轴承8、9进行固定的构件。由该5T1～5T4和板体30形成冷却水通道。由此，可以利用发动机冷却水将经由轴承毂6、7而从轴承传来的(或者欲传递至轴承的)热带走到节气门主体之外。
具体而言，在供吸入空气通过的进气通道1(膛1)的内壁51的外侧的至少一部分一体地形成有外壁52，将发动机冷却水引导至内壁51与外壁52之间所形成的空间(槽部5T1～5T4)的入口导管29A与从该空间(槽部5T1～5T4)内排出加热后的发动机冷却水的出口导管29B相连通，空间(槽部5T1～5T4)以能够传热的方式一体地形成于贯穿进气通道1(膛1)而延伸的节气门轴3的一对轴承8、9的周围。
如此一来，可以在节气门主体5上通过铝压铸一体成形轴承毂6、7和作为冷却水通道的槽部5T1、5T2、5T3、5T4，因此制造比较简单。
具体而言，入口导管29A和出口导管29B位于一对轴承8、9之间，从该入口导管29A和出口导管29B的位置到轴承毂6、7的周围的空间(槽部5T1、5T2)的通道截面积形成得比接近轴承6、7的部分的空间(槽部5T3、5T4)的通道截面积大。结果，从入口导管29A和出口导管29B的位置到轴承毂6、7周围的空间(槽部5T1、5T2)的通道截面形状成为与接近轴承毂6、7的部分的空间(槽部5T3、5T4)的通道截面形状不一样的截面形状。由于是铝压铸，因此槽部的通道截面积可以根据部位而成形为恰当的通道截面形状。
进一步具体而言，空间以朝空气的流动方向开放的弧状的槽部5T1、5T2、5T3、5T4的形式形成于节气门主体5的在中冷器上的安装端面。因此脱模比较容易，压铸的模具为简单的形状即可。此外，在形成冷却水通道时，只须用板体堵住开放端即可形成通道。
进而优选弧状的槽部5T1、5T2、5T3、5T4以绕进气通道一周的环状槽的形式形成。由此，冷却水的流动变得顺畅，从入口到出口不会发生停滞，从而稳定地获得冷却性能。
进而优选入口导管29A与出口导管29B隔着分隔环状槽的分隔壁5W地相邻。结果，不存在从入口导管29A侧短流至出口导管29B的情况，因此获得充分的冷却性能，尽管如此，仍然能够接近设置2根导管，因此外廓空间因数不会受损。
更优选入口导管29A设置在节气门主体5的罩体26侧，出口导管29B位于罩体26反侧。结果，先行冷却马达被设定且通道截面积较小那一侧的轴承毂的周围，由此，可以在冷却水的吸热效果好的时候对温度升高的部分或者通道形状为不易吸热的形状的部分进行冷却，因此获得高效、均匀的冷却性能。
更优选节气门主体的罩体侧的轴承周围的空间在进气的流动的方向上形成得较浅，结果，确保了在空间与轴承外周之间配置弹簧的空间。结果，能将作为电控节气门主体的功能零件紧凑地收容在狭窄的空间内，尽管设置冷却水通道，仍然能够抑制外廓的大型化，而且能将弹簧的温度始终保持在冷却水温度，从而能够抑制外部空气温度的变化所引起的弹簧特性的变动，节气门的开阀特性得到改善。此外，由于弹簧的负荷不会因温度而发生变化，因此马达的输出扭矩稳定，从而能将马达的额定功率设为较小的值，这一点也有助于小型化。
进而，冷却水通道5T1～5T4的沿着进气的流动的方向的槽尺寸(槽深度)形成为环绕节气门2处于全闭位置时的节气门2的周围的深度，因此能够抑制节气门的周围的进气通道内壁上发生的结冰，从而能够抑制因EGR而回流到节气门上游或下游的进气通道的废气中的燃烧产物、焦油、倒吹带来的未燃烧气体中的未燃烧产物因结冰而贴附、固化在进气通道内壁上这一情况。
实施例对在汽油发动机汽车用的马达驱动式节流阀控制装置(马达驱动式节流阀控制装置)上搭载冷却水通道部的结构进行了说明，但也能运用于柴油发动机汽车用的马达驱动式节流阀控制装置。此外，也能运用于机械式的发动机用节流阀控制装置。进而，也能运用于EGR气体控制用的节流阀控制装置、负压发生用的节流阀控制装置。
符号说明
1 膛部
2 节气门
3 节气门轴
4 螺钉
5 节气门主体
5F1 板体安装部
5F2 板体安装部
5T1 槽部
5T2 槽部
5T3 槽部
5T4 槽部
5P1 壁
5P2 壁
5P3 壁
5W 壁部
6 轴承毂部
7 轴承毂部
8 轴承
9 轴承
10 轴盖
11 节气门齿轮
11B 全闭止动件
12 金属板
13 树脂材料制齿轮部
14 复位弹簧
15 默认弹簧
16 默认杆
17 螺帽
18 导电体
19 树脂支座
20 马达
20A 马达壳体
20B 支架
21 螺钉
22 齿轮
23 中间齿轮
23A 大径齿轮
23B 小径齿轮
24 齿轮轴
25 波形垫圈
26 齿轮罩
27 夹扣
28 TPS基板
29A 入口侧冷却水导管
29B 出口侧冷却水导管
30 板体
31 密封构件。

Claims (10)

1.一种电控节气门主体，其具备：
通道形成体，其形成供吸入空气流动的吸入空气通道；
一对轴承固定部，其固定一对轴承，所述一对轴承用以可旋转地支承横穿所述吸入空气通道而配置的节气门轴；以及
流路形成体，其形成围绕所述吸入空气通道而且供热交换介质流动的流路，
该电控节气门主体的特征在于，
具备收纳部，所述收纳部形成收纳空间，所述收纳空间以包围所述一对轴承的一轴承固定部的方式设置而且与收纳有所述节气门轴的驱动相关的电性要素的空间连接，
所述流路由第1流路和第2流路构成，所述第1流路接近所述一对轴承固定部中的位于所述收纳空间侧的所述一轴承固定部，所述第2流路接近所述一对轴承固定部中的位于所述收纳空间的相反侧的、所述一对轴承固定部中的另一轴承固定部，
所述第2流路形成于比所述第1流路更接近轴承固定部的位置，
所述第1流路的流路截面积比所述第2流路的流路截面积小。
2.一种马达驱动式节气门主体，其形成有通过由马达加以驱动的节气门的转动来控制通道截面积的进气通道，该马达驱动式节气门主体的特征在于，
具备一对轴承固定部，所述一对轴承固定部固定有一对轴承，该一对轴承轴支承固定有所述节气门的节气门轴，
具备收纳部，所述收纳部以环绕所述一对轴承固定部中的一轴承固定部的方式收纳有所述节气门驱动用的功能零件，该功能零件至少包括所述马达和朝旋转方向对所述节气门施力的弹簧，
具备罩体，所述罩体以覆盖所述功能零件的方式安装在所述节气门主体上，
以相邻于所述轴承固定部的壁的方式在所述节气门主体上一体地形成有引导发动机的冷却水的发动机冷却水通道，
构成为所述轴承与所述发动机冷却水能够经由该轴承固定部的壁进行传热，
构成为接近所述收纳部反侧的轴承固定部的发动机冷却水通道的截面积比接近所述收纳部侧的轴承固定部的发动机冷却水通道的截面积大。
3.根据权利要求2所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
在所述一轴承固定部的外周与接近此处的所述发动机冷却水通道的壁之间配置有所述功能零件中的所述弹簧。
4.根据权利要求2所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
所述收纳部反侧的轴承固定部的外周和接近此处的所述发动机冷却水通道的壁由共同的一块壁形成。
5.根据权利要求2所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
形成为接近所述收纳部反侧的轴承固定部的发动机冷却水通道比接近所述收纳部侧的轴承固定部的发动机冷却水通道更接近轴承固定部。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
连接所述一对轴承固定部之间的所述发动机冷却水通道部分以环绕所述进气通道的周围的环状的通道的形式形成，在该环状的通道上形成有发动机冷却水的导出导入部。
7.根据权利要求6所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
在所述发动机冷却水的导出导入部之间设置有分隔所述环状的通道的分隔壁。
8.根据权利要求6所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
所述环状的通道以朝空气的流动方向开放的弧状的槽的形式形成于通道构件的安装端面。
9.一种马达驱动式节气门主体，其设置在中冷器的上游，形成有通过由马达加以驱动的节气门的转动来控制通道截面积的进气通道，该马达驱动式节气门主体的特征在于，
具备一对轴承固定部，所述一对轴承固定部固定有一对轴承，该一对轴承轴支承固定有所述节气门的节气门轴，
具备收纳部，所述收纳部以环绕所述一对轴承固定部中的一轴承固定部的方式收纳有所述节气门驱动用的功能零件，该功能零件至少包括所述马达和朝旋转方向对所述节气门施力的弹簧，
具备罩体，所述罩体以覆盖所述功能零件的方式安装在所述节气门主体上，
以相邻于所述轴承固定部的壁的方式在所述节气门主体上一体地形成有引导发动机的冷却水的发动机冷却水通道，
构成为所述轴承与所述发动机冷却水能够经由该轴承固定部的壁进行传热，
所述发动机冷却水通道形成为环状的通道，该环状的通道围绕形成所述进气通道的壁面的外侧，并形成在一体地形成于通道构件上的外壁之间，
将发动机冷却水引导至该发动机冷却水通道的入口导管与从该发动机冷却水通道内排出加热后的发动机冷却水的出口导管相连通，
所述入口导管设置在接近所述收纳部侧的所述轴承固定部那一侧，所述出口导管设置在接近收纳部反侧的所述轴承固定部那一侧，
构成为接近所述收纳部反侧的轴承固定部的发动机冷却水通道的截面积比接近所述收纳部侧的轴承固定部的发动机冷却水通道的截面积大。
10.根据权利要求9所述的马达驱动式节气门主体，其特征在于，
所述环状的通道以朝空气的流动方向开放的弧状的槽的形式形成于所述通道构件的与中冷器连接那一侧的安装端面，
该环状的通道的沿着进气通道的方向的深度形成到所述节气门位于全闭开度位置时包含该节气门的至少进气通道上游侧端部的位置为止。
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