CN110206649B - 一种光圈式电子节气门装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种光圈式电子节气门装置，包括节气门体、伺服执行电机、伺服执行电机齿轮、主减速小齿轮、主减速大齿轮、光圈固定圆环、光圈齿轮、至少8个光圈活动翼片、角度传感器、节气门体上盖，伺服执行电机带动伺服执行电机齿轮旋转一定的角度，传递给角度传感器，角度传感器一方面输出角度信号到控制单元，另一方面带动与角度传感器外圆齿轮相相啮合的光圈齿轮逆时针转动，从而带动节气门体内的多个光圈活动翼片的旋转运动来实现节气门的开启和闭合；不管在任何时候都可以保证节气门通道在任何开度下都是整圆，且光圈活动翼片数越多，节气门开度越接近圆型，具有气流稳定、产生涡流小和进气效率高等优点。
Description
技术领域
本发明属于汽车电子节气门技术（Electronic Throttle Control,ETC），是一种新的光圈式电子节气门装置，其能够实现发动机全范围的最佳扭矩输出，能实现对发动机进气量的精确控制，改善汽车的排放，提高车辆行驶的可靠性和安全性。
背景技术
汽车电子节气门技术是基于汽车电子驱动理念，而衍生出的一种新的汽车电子产品，被业界人士简称为 ETC，具有很高的技术优势，改变了传统式油门踏板采用钢丝绳或杠杆机构与发动机节气门的直接机械连接方式，极大地提高了油门控制精度。目前，在巡航控制，车辆稳定性控制，自动变速控制，汽车的驱动防滑控制中都会应用ETC技术。在实际应用时，电子节气门装置主要是通过增加相应的传感器和电控单元，来实现对汽车节气门开度的精确控制。目前，由于蝴蝶阀式节气门的结构紧凑、简单性能高效，被广泛应用到汽车的系统中，大大提高了汽车的经济性；但是由于蝴蝶阀式节气门机构的旋转轴位于进气口的中央，蝴蝶阀片与进气口内壁形成的进气通道容易形成涡流，出现明显的截流现象，并且蝴蝶阀式节气门装置存在不能完全闭合的弊端，会对发动机进气效率产生影响，并会形成油滴雾化现象。
发明内容
为了解决现有蝴蝶阀式节气门旋转轴和进气通道对进气的不利影响，消除蝴蝶阀式节气门不能完全闭合的弊端，本发明提出一种光圈式电子节气门装置，在不破坏节气门装置整体性能的前提下,对蝴蝶阀式节气门装置进行改进创新，不仅保留了蝴蝶阀式节气门的优点，而且还保证了节气门通道在任何开度下都是整圆，该装置减少了进气涡流，消除了截流现象，提高了进气的稳定性，提升气流的雾化效果；同时保证节气门通道开度始终为整圆，大大提高电子节气门装置控制的准确性和精度。
本发明为解决技术问题采用的技术方案如下：一种光圈式电子节气门装置，包括节气门体，节气门体上设有中心排气通道，其特征在于：还包括伺服执行电机、伺服执行电机齿轮、主减速小齿轮、主减速大齿轮、光圈固定圆环、光圈齿轮、至少8个光圈活动翼片、角度传感器、节气门体上盖，
所述节气门体的侧边设有传动机构安装腔，伺服执行电机齿轮位于传动机构安装腔，伺服执行电机安装在传动机构安装腔上，伺服执行电机齿轮与伺服执行电机的转轴连接；
主减速小齿轮、主减速大齿轮在传动机构安装腔内通过第一转轴支撑同轴设置，角度传感器通过第二转轴支撑在传动机构安装腔内，主减速大齿轮与伺服执行电机齿轮啮合，主减速小齿轮与角度传感器啮合，角度传感器又与光圈齿轮啮合；传动机构安装腔设有角度传感器复位弹簧；
光圈齿轮下表面的环形内置凹槽与节气门体上的环形凸台直接配合接触，光圈固定圆环设置在光圈齿轮的上面，光圈固定圆环的上表面与节气门体上盖的内表面接触，光圈固定圆环并固定在节气门体上盖上；节气门体上盖罩在节气门体的上面，并通过螺栓固定；光圈活动翼片设置在光圈固定圆环与光圈齿轮之间，光圈活动翼片在圆周方向呈均布设置，光圈活动翼片的后端通过铰接销与光圈齿轮铰接，光圈固定圆环上设有运动卡槽，翼片运动卡槽固定销固定在光圈活动翼片上，并嵌在各自的运动卡槽中，由于运动卡槽开在光圈固定圆环上，随着光圈齿轮的转动，翼片运动卡槽固定销在运动卡槽中带动光圈翼片运动。
为了便于翼片运动卡槽与翼片运动卡槽固定销的配合运动，翼片运动卡槽的两端设计成圆弧形。
节气门体的形状可以设计成多种样式，由各齿轮固定位置决定；各齿轮固定轴可以不在一条直线上，可以呈一定角度；光圈齿轮可以是非全齿结构。
伺服执行电机齿轮、主减速器大小齿轮和角度传感器的固定方式：为了固定伺服执行电机齿轮、主减速器大小齿轮和角度传感器，在节气门体和节气门体上盖上安装有轴承，伺服执行电机齿轮、主减速器大及小齿轮和角度传感器的各齿轮固定轴分别通过节气门体、节气门体上盖上的对应轴承支撑，以实现对伺服执行电机齿轮、主减速器大小齿轮和角度传感器的固定，并保证三者能顺利旋转。
密封性要求：节气门体上表面内置环形凸台和节气门体上盖的内表面共同实现对光圈齿轮的密封作用。
光圈齿轮的固定和支撑要求：光圈齿轮下表面的环形内置凹槽与节气门体上表面的环形凸台直接配合接触，光圈固定圆环覆盖在光圈齿轮的上表面，光圈固定圆环的上表面与节气门体上盖的内表面接触，节气门体上表面内置环形凸台和节气门体上盖的内表面共同实现对光圈齿轮的固定和支撑作用；同时，翼片运动卡槽固定销带动光圈翼片只能在光圈固定圆环上表面内的运动卡槽中运动，可以对光圈齿轮的位置起到一定的固定作用。
本发明的有益效果是：不管在任何时候都可以保证节气门通道在任何开度下都是整圆，且光圈活动翼片数越多，节气门开度越接近圆型，具有气流稳定、产生涡流小和进气效率高等优点，能够使汽油充分的雾化和燃烧，从而能够进一步提升发动机的整机性能。
附图说明
图1是本发明一种光圈式电子节气门装置的主视图。
图2是本发明一种光圈式电子节气门装置的俯视图（剖视）。
图3是本发明中光圈齿轮与光圈活动翼片的连接关系立体示意图。
图4本发明中光圈齿轮与光圈活动翼片的连接关系平面示意图。
图5是本发明中光圈齿轮、光圈活动翼片、光圈固定圆环的连接关系平面示意图。
图6是光圈式电子节气门装置开闭工作状态图。
图中所示：1-伺服执行电机，2-伺服执行电机齿轮，3-主减速大齿轮，4-主减速小齿轮，5-角度传感器，6-传动机构安装腔，7-光圈齿轮，8-光圈活动翼片，9-节气门体，10-复位弹簧，11-光圈固定圆环，12-节气门体上盖，7-1-环形内置凹槽，8-1-铰接销，8-2-翼片运动卡槽固定销，9-1-节气门通道,11-1-运动卡槽，12-节气门体上盖。
具体实施方式
结合图1-图5所示，进一步描述本发明：一种光圈式电子节气门装置，包括节气门体9、伺服执行电机1、伺服执行电机齿轮2、主减速大齿轮3、主减速小齿轮4、光圈固定圆环10、光圈齿轮7、8个光圈活动翼片8、角度传感器5、节气门体上盖12，节气门体9上具有节气门通道9-1；
所述节气门体13的侧边设有传动机构安装腔，伺服执行电机齿轮1位于传动机构安装腔，伺服执行电机1安装在传动机构安装腔6上，伺服执行电机齿轮2与伺服执行电机1的转轴连接；
主减速小齿轮4、主减速大齿轮3在传动机构安装腔内同轴设置，角度传感器5通过转轴支撑在传动机构安装腔内，主减速大齿轮3与伺服执行电机齿轮2啮合，主减速小齿轮4与角度传感器5啮合，角度传感器5又与光圈齿轮7啮合；传动机构安装腔设有角度传感器的复位弹簧10；
光圈齿轮7下表面的环形内置凹槽7-1与节气门体9上表面的环形凸台直接配合接触，光圈固定圆环11覆盖在光圈齿轮7的上表面，光圈固定圆环11的上表面与节气门体上盖12的内表面接触；光圈固定圆环11并固定在节气门体上盖12上；节气门体上盖12罩在节气门体9的上面，并通过螺栓固定；
光圈活动翼片与活动光圈、光圈固定圆环的连接关系如图4所示（图4中只展示了其中四个光圈活动翼片上的连接关系）光圈活动翼片8设置在光圈固定圆环11与光圈齿轮7之间，光圈活动翼片8在圆周方向呈均布设置，光圈活动翼片8的后端通过铰接销8-1与光圈齿轮7铰接，光圈固定圆环11上设有运动卡槽11-1，翼片运动卡槽固定销8-2固定在光圈活动翼片8上，并嵌在各自的运动卡槽11-1中，由于运动卡槽开在光圈固定圆环11上，随着光圈齿轮7的转动，翼片运动卡槽固定销8-2在运动卡槽中带动光圈活动翼片8运动，运动卡槽8-2起到限制光圈活动翼片8的运动轨迹和稳定光圈活动翼片的作用；
为了固定伺服执行电机齿轮、主减速器大小齿轮和角度传感器，在节气门体9和节气门体上盖12上安装有轴承，伺服执行电机齿轮、主减速器大及小齿轮和角度传感器的各中间轴分别通过节气门体、节气门体上盖上的对应轴承支撑，以实现对伺服执行电机齿轮、主减速器大小齿轮和角度传感器的固定，并保证三者能顺利旋转。
在实际结构中，光圈活动翼片也可以设计为大于8片的多片结构，且光圈活动翼片数越多，其装置性能越好。
如图5所示，为了便于翼片运动卡槽11-1与翼片运动卡槽固定销8-2的配合运动，翼片运动卡槽11-1的两端设计成圆弧形。
节气门体的形状可以设计成多种样式，由各齿轮固定位置决定；各齿轮固定轴可以不在一条直线上，可以呈一定角度；光圈齿7轮可以是非全齿结构（如图4、图5所示）。
结合图6所示，其中，（a）表达的是光圈活动翼片8全部打开状态（节气门通道9-1整个都露出），（b）表达的是光圈活动翼片8部分打开状态（节气门通道9-1部分露出），（c）表达的是光圈活动翼片8部分闭合状态（节气门通道9-1被封闭），基于图6所示3种状态，描述本发明的工作原理为：
当汽车未启动时，节气门的光圈位置如图6（c）所示，处于完全关闭状态；先由加速踏板位置传感器接收加速信号，然后再将加速信号传递给控制单元进行综合分析，经过综合分析计算后，控制单元计算出预期节气门开度值，并将该开度值与节气门位置传感器反馈回来的节气门开度值加以对比和分析，进而输出最终节气门开度值信号给伺服执行电机，通过伺服执行电机的启动来实现对不同节气门开度值的优化控制；即：伺服执行电机接收信号后，伺服执行电机1带动伺服执行电机齿轮2顺时针旋转一定的角度，传递给角度传感器5，角度传感器5一方面输出角度信号到控制单元，另一方面带动与角度传感器相啮合的光圈齿轮7逆时针转动，从而带动节气门体9内的8个光圈活动翼片8的旋转运动来实现节气门的开启和闭合；
其中，如下：
加速工况：
踏板位置传感器将加速信号传递到控制单元，伺服执行电机1接收到控制单元的加速信号后进行运动，伺服执行电机齿轮2按加速信号指令顺时针旋转，主减速器大齿轮3和主减速器小齿轮4同轴逆时针转动，同时将转矩和旋转角度传递到角度传感器5外圆齿轮上，角度传感器5克服复位弹簧10的拉力作用顺时针旋转，角度传感器9一方面输出角度信号到控制单元，另一方面带动与角度传感器9相啮合的光圈齿轮7逆时针转动，位于光圈齿轮7上的8个铰接销8-1也随着光圈齿轮7逆时针转动，由于8个光圈活动翼片8的后端始终与8个铰接销8-1铰接，所以在光圈齿轮7转动时，8个光圈活动翼片8绕各自的铰接销8-1实现逆时针转动，同时又由于翼片运动卡槽固定销8-2的对光圈活动翼片8的限制作用，光圈活动翼片8只能在光圈固定圆环11上的运动卡槽11-1内运动，所以8个光圈活动翼片8围绕各自的铰接销8-1实现有规律的逆时针转动，实现节气门由闭合到打开的状态改变，
减速工况：
当加速踏板位置传感器将减速信号传递到控制单元，伺服执行电机1接收到控制单元的减速信号后进行运动，伺服执行电机齿轮2按减速信号指令逆时针旋转一定的角度，主减速器大齿轮3和主减速器小齿轮4同轴逆时针转动，同时传递到角度传感器5，角度传感器5顺时针旋转，角度传感器5一方面输出角度信号到控制单元，另一方面带动与角度传感器5外相啮合的光圈齿轮7顺时针转动，位于光圈齿轮7上的8个铰接销8-1也随着光圈齿轮7顺时针转动，由于8个光圈活动翼片8的后端始终与8个铰接销8-1铰接，所以在光圈齿轮7转动时，8个光圈活动翼片8在8个铰接销8-1的带动下，围绕各自的铰接销8-1实现顺时针转动，同时又由于翼片运动卡槽固定销8-2的对光圈活动翼片8的限制作用，光圈活动翼片8只能在光圈固定圆环11上的运动卡槽11-1内运动，所以8个光圈活动翼片8围绕各自的铰接销8-1实现有规律的顺时针转动，实现节气门从一个大的开度缩减到相应的较小的开度过程，从而实现汽车的减速目的。
在本发明中，提出的附件技术特征在该领域的技术人员理解并能实施的情况下可以选择组合的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述公开的细节，在不背离本发明的技术构思下所作的简单组合、等同替换、进一步改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种光圈式电子节气门装置，包括节气门体，节气门体上设有中心排气通道，其特征在于：还包括伺服执行电机、伺服执行电机齿轮、主减速小齿轮、主减速大齿轮、光圈固定圆环、光圈齿轮、至少8个光圈活动翼片、角度传感器、节气门体上盖，
所述节气门体的侧边设有传动机构安装腔，伺服执行电机齿轮位于传动机构安装腔，伺服执行电机安装在传动机构安装腔上，伺服执行电机齿轮与伺服执行电机的转轴连接；
主减速小齿轮、主减速大齿轮在传动机构安装腔内通过第一转轴支撑同轴设置，角度传感器通过第二转轴支撑在传动机构安装腔内，主减速大齿轮与伺服执行电机齿轮啮合，主减速小齿轮与角度传感器啮合，角度传感器又与光圈齿轮啮合；传动机构安装腔设有角度传感器复位弹簧；
光圈齿轮下表面的环形内置凹槽与节气门体上的环形凸台直接配合接触，光圈固定圆环设置在光圈齿轮的上面，光圈固定圆环的上表面与节气门体上盖的内表面接触，光圈固定圆环并固定在节气门体上盖上；节气门体上盖罩在节气门体的上面，并通过螺栓固定；光圈活动翼片设置在光圈固定圆环与光圈齿轮之间，光圈活动翼片在圆周方向呈均布设置，光圈活动翼片的后端通过铰接销与光圈齿轮铰接，光圈固定圆环上设有运动卡槽，翼片运动卡槽固定销固定在光圈活动翼片上，并嵌在各自的运动卡槽中，由于运动卡槽开在光圈固定圆环上，随着光圈齿轮的转动，翼片运动卡槽固定销在运动卡槽中带动光圈翼片运动。
2.根据权利要求1所述的一种光圈式电子节气门装置，其特征在于：光圈活动翼片的数量为8个。
3.根据权利要求1或2所述的一种光圈式电子节气门装置，其特征在于：翼片运动卡槽的两端设计成圆弧形。
4.根据权利要求1或2所述的一种光圈式电子节气门装置，其特征在于：节气门体的形状由各齿轮固定位置决定；各齿轮固定轴不在一条直线上，呈一定角度；光圈齿轮是非全齿结构。
5.根据权利要求1或2所述的一种光圈式电子节气门装置，其特征在于：伺服执行电机齿轮、主减速器大小齿轮和角度传感器的固定方式：在节气门体和节气门体上盖上安装有轴承，伺服执行电机齿轮、主减速器大及小齿轮和角度传感器的各齿轮固定轴分别通过节气门体、节气门体上盖上的对应轴承支撑。
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