CN117157455A - 节流阀控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止节气门体的大型化、并且对节气门轴的轴承高效地进行冷却的节流阀控制装置。为此，在节气门体(5)形成有供热交换介质流动的流路(5T1～5T3)的节流阀控制装置中，节气门轴(3)的第一轴承(8)的直径比第二轴承(9)的直径大，流路(5T1～5T3)以从进气通路(1)的流动方向观察时与第二轴承(9)重叠的方式沿着进气通路(1)的外周配置，流路(5T1～5T3)的入口部(5T1)和出口部(5T3)以隔着第一轴承(8)的方式配置。

Description

节流阀控制装置

技术领域

本发明涉及调节内燃机内的流体的流量的节流阀控制装置。特别是，节流阀控制装置安装在内燃机的进气通路中，对进气通路的通路截面积进行可变控制，由此用于在汽油发动机车中调节吸入气缸内的空气量、在柴油发动机中控制进气管内的压力。另外，在汽油发动机车中，其能够用于对气缸内直接喷射燃料的所谓缸内直接燃料喷射型的发动机、和对进气管内喷射燃料的所谓进气口喷射型的发动机两者。

背景技术

特别是具有涡轮增压器的发动机中吸入空气被涡轮增压器加压，由此进气温度上升，因此在涡轮增压器下游设置中间冷却器而对温度上升后的进入气体进行冷却。

该情况下，中间冷却器位于节气门体的下游的情况下冷却前的高温的进入气体经过节气门体，因此存在节气门体的轴承的耐热性不足的问题，例如已知如专利文献1中所述地设置冷却水流路、保护构成部件的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2017/179392号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1所记载的结构中，以在从空气流动方向看时，与节气门体的轴承重叠的方式设置冷却水流路，因此存在节气门体在空气流动方向上变大的课题。

本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供能够防止节气门体的大型化、并且对节气门轴的轴承高效地进行冷却的节流阀控制装置。

用于解决课题的技术方案

为了达成上述目的，本发明提供一种节流阀控制装置，其包括：形成有供吸入空气流动的进气通路的节气门体；用于调节通过所述进气通路的空气量的节气门阀；固定于所述节气门阀的节气门轴；和可旋转地支承所述节气门轴的第一轴承和第二轴承，在所述节气门体形成有供热交换介质流动的流路，所述第一轴承的直径比所述第二轴承的直径大，所述流路以从所述进气通路的流动方向观察时与所述第二轴承重叠的方式，沿着所述进气通路的外周配置，所述流路的入口部和出口部以隔着所述第一轴承的方式配置。

根据如上所述地构成的本发明，热交换介质所流过的流路以从进气通路的流动方向观察时与第二轴承重叠的方式沿着进气通路的外周配置，因此能够对进气通路的外周均匀地进行冷却，并且能够对第二轴承高效地进行冷却。另外，流路的入口部和出口部以隔着第一轴承的方式配置，因此能够对第一轴承高效地进行冷却。另外，因为流路以与直径较大的第一轴承不重叠的方式配置，所以能够防止节气门体的进气通路的流动方向的尺寸增大。

发明效果

根据本发明的节流阀控制装置，能够防止节气门体的大型化，并且对节气门轴的轴承高效地进行冷却。

附图说明

图1是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的分解立体图。

图2是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的截面图。

图3是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的卸下板部后的平面图。

图4是被图2的虚线圆包围的冷却水通路的截面图。

图5是冷却水管结合部的部分分解立体图。

图6是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的卸下齿轮罩后的平面图。

图7是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的外观立体图。

图8是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的截面图。

图9是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的平面图。

图10是汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置的分解立体图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式，参考附图进行说明。另外，本说明书和附图中对于实质上具有相同的功能或结构的构成要素，标注相同的附图标记并适当省略重复的说明。

实施例1

对于本发明的第一实施例的节流阀控制装置，参考图1～图8进行说明。本实施例中，将本发明应用于汽油发动机车中使用的电动机驱动式的节流阀控制装置。

如图1所示，节气门体5中形成孔腔1。孔腔1是吸入空气所流过的进气通路。如图3所示，在节气门体5中，以包围孔腔1的外周的方式配置了槽部5T1～5T3。由该槽部5T1～5T3和板部30(参考图1和图2)形成冷却水通路(流路)。此处，在冷却水通路连接通过压入于节气门体5而固定的入口侧冷却水管29A和出口侧冷却水管29B。入口侧冷却水管29A和出口侧冷却水管29B是与连接对象侧软管的接口。

图4是被图2的虚线圆A包围的冷却水通路的截面图。在节气门体5的槽部5T1～5T3的端部设置有比槽宽更宽的板安装部5F1、5F2。板安装部5F1、5F2是安装板部30时的底座。板部30配置在该底座上之后，例如通过摩擦搅拌接合(FSW)与节气门体5结合，确保冷却水通路的气密性。

如图3和图5所示，在入口侧冷却水管29A与出口侧冷却水管29B之间，配置壁部5W。壁部5W防止冷却水不经过轴孔附近地从入口侧冷却水管29A直接流向出口侧冷却水管29B。

如图2和图3所示，在轴承8的附近，以夹着轴承8的方式配置有冷却水通路的入口部5T1和出口部5T3。通过采用该配置，能够以冷却水温度更低的状态对发热部即电动机20进行冷却。另外，因为冷却水通路相对于轴承8不重叠，所以能够避免使节气门体大型化。

另外，在冷却水通路的入口部5T1与电动机20之间配置用于将节气门体5安装于进气歧管的螺栓所通过的安装孔5H1(节气门体固定部)。安装孔设置有5H1～5H4这4个，但安装孔的个数也可以是3个。此时，为了确保节气门体的抗震性，需要在冷却水通路的入口部5T1与电动机20之间设置安装孔。

这样，通过使冷却水通路的入口部5T1和出口部5T3以夹着直径较大的轴承8的方式配置，能够避免节流阀控制装置的尺寸过于变大，构成紧凑且耐热性优秀的节流阀控制装置。

如图8所示，在铸铝制的节流阀组装体(以下称为节气门体)5中一同成型有进气通路(以下称为孔腔)1和收纳电动机20用的电动机壳体20A。

在节气门体5中沿着孔腔1的一条直径线配置了金属制的旋转轴(以下称为节气门轴)3。在节气门轴3的两端被作为轴承8、9的球轴承和滚针轴承旋转支承。轴承8、9被分别压入固定于在节气门体5设置的轴承凸台6、7。

另外，轴承8在对节气门轴3压入后对节气门体5压入。之后，通过压入固定在节气门体5中，而限制节气门轴3的轴向的可动量。此时，轴承8的固定可以使用铆接。如此，节气门轴3相对于节气门体5可旋转地被支承。

节气门轴3中，由金属材料制成的圆板构成的节流阀(以下称为节气门阀)2被插入于在节气门轴3设置的隙缝中，利用螺纹件4固定于节气门轴3。这样，节气门轴3旋转时，节气门阀2旋转，结果进气通路的截面积变化，发动机的吸入空气流量受到控制。

如图6和图8所示，电动机壳体20A形成为与节气门轴3大致平行，由电刷式直流电动机构成的电动机20被插入电动机壳体20A内，通过用螺纹件21将电动机20的支架20B的凸缘部螺合紧固于节气门体5的侧壁而固定。另外，如图8所示，在电动机20的端部配设波形垫圈25而保持电动机20。

如图8所示，轴承凸台6、7的开口构成为分别被轴承8、9密封，构成轴密封部，保持气密。另外，轴承凸台7侧的盖10防止节气门轴3的端部和轴承9露出。由此，防止空气从轴承8、9泄漏、或者轴承润滑用的油脂向外部空气中或后述的传感器室泄漏。

在电动机20的旋转轴端部固定有齿数最少的金属制的齿轮22。在设置有该齿轮22的一侧的节气门体侧面部一并配置有用于对节气门轴3进行旋转驱动的减速齿轮机构、弹簧机构。这些机构部被固定于节气门体5的侧面部的树脂材料制成的罩(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包括金属板12、和对该金属板12树脂成形而得的树脂材料制齿轮部13。在金属板12的中心部具有杯状的凹部，在凹部的开放侧端部具有齿轮成形用的凸缘部。在该凸缘部通过树脂成形而模塑成形了树脂材料制齿轮部13。

金属板12在中央具有孔。在节气门轴3的前端部的周围刻有螺纹槽。通过将节气门轴3的前端插入金属板12的孔中、使螺母17与螺纹部螺合而将金属板12固定于节气门轴3。这样，金属板12和在该处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。另外，在默认杆16的背面与节气门体5的侧面之间夹持有由螺旋弹簧形成的复位弹簧14。这2个弹簧在打开方向和关闭方向上相互牵拉，由此形成了在电动机的通电成为关断(OFF)时将节气门阀的开度规定为规定开度(以下称为默认开度)的默认机构。

本实施例涉及汽油发动机车的节流阀控制装置，因此在节气门阀2的初始位置、即电动机20的电源被切断时节气门阀2作为初始位置被赋予的开度位置是默认开度。因此，节气门阀2相比于默认开度打开的情况下用复位弹簧14施加朝向默认开度的关闭方向的负载，节气门阀2相比于默认开度关闭的情况下用默认弹簧15施加朝向默认开度的打开方向的负载。

在安装于电动机20的旋转轴的齿轮22与固定于节气门轴3的节气门齿轮11之间，啮合了被在节气门体5的侧面压入固定的金属材料制成的齿轮轴24可旋转地支承的中间齿轮23。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。两个齿轮通过树脂成形而一体成型。这些齿轮22、23A、23B、11构成两级的减速齿轮机构。这样，电动机20的旋转经由该减速齿轮机构传递至节气门轴3。

这些减速机构和弹簧机构被树脂材料制成的齿轮罩26覆盖。在齿轮罩26的开口端侧周缘形成有用于插入密封部件31的槽，在密封部件31安装于该槽中的状态下，将齿轮罩26覆盖于节气门体5时，密封部件31与在节气门体5的侧面形成的齿轮收纳室周围的框架的端面紧贴而将齿轮收纳室内相对于外部气体屏蔽。如图7所示，在该状态下用6个夹持件27将齿轮罩26固定于节气门体5。

以下对在这样构成的减速齿轮机构与覆盖它的齿轮罩26之间形成的旋转角度检测装置(节气门传感器)具体进行说明。

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保持件19。在树脂保持件19的前端的平面部通过一体成形安装有通过冲压加工形成的导电体18。由此，电动机20旋转而节气门阀2旋转时，导电体18也一体地旋转。

在齿轮罩26，TPS电路板28固定在面对导电体18的位置。在TPS电路板配置的ASIC检测导电体18的角度，由此检测节气门阀2的开度，作为传感器输出供给至ECU。

在节气门体5配置的5P1至5P3是齿轮罩26定位用的壁，通过齿轮罩26的定位突起卡止于这3处的壁，而对TPS电路板28和旋转侧的导电体18进行定位，能够输出要求的允许范围内的信号。全开止动部11A机械性地决定节气门齿轮11的全开位置，由在节气门体的侧壁一体形成的突起构成。

节气门齿轮11的切口终端部与该突起抵接，由此节气门轴3不会超过全开位置地旋转。

全闭止动部11B限制节气门轴3的全闭位置，节气门齿轮11的相反侧的终端在全闭位置与全闭止动部11B碰撞，阻止节气门轴3旋转至全闭位置以上。

通过对这样形成的节流阀控制装置应用本发明的冷却水通路，能够获得耐热性优异的紧凑的节流阀控制装置。形成冷却水通路的槽部5T1、5T3与轴承8靠近，具有通过使节气门体5传热而对轴承8进行冷却的功能。另外，槽部5T2与轴承9接近，具有通过使节气门体5传热而对轴承9进行冷却的功能。另外，通过槽部5T1～5T3环状地包围孔腔1，而使孔腔1的热变形均匀，由此能够减少节气门阀2与孔腔1固接的风险。

根据以上说明的实施例，与作为固定轴支承节气门轴3的轴承8、9的部件的节气门体5的轴承凸台6、7的周壁邻接地、配置有在节气门体5一体地形成的槽部5T1～5T3。由该5T1～5T3和板部30形成冷却水通路。由此能够用发动机冷却水将经由轴承凸台6、7从轴承传递的(或者要向轴承传递的)热散发至节气门体的外部。

具体而言，在吸入空气所经过的进气通路1(孔腔1)的内壁51的外侧的至少一部分一体地形成有外壁52，将发动机冷却水导向在内壁51与外壁52之间形成的空间(槽部5T1～5T3)的入口侧冷却水管29A与从该空间(槽部5T1～5T3)排出加热后的发动机冷却水的出口侧冷却水管29B连通，空间(槽部5T1～5T3)在贯通进气通路1(孔腔1)地延伸的节气门轴3的一对轴承8、9的周围可传热地一体地形成。

这样，能够使轴承凸台6、7和作为冷却水通路的槽部5T1～5T3在节气门体5由铸铝一体成形，因此制造简单。

具体而言，入口侧冷却水管29A和出口侧冷却水管29B位于与一对轴承8相对的位置，用于将该入口侧冷却水管29A和出口侧冷却水管29B压入固定的凸台30B1、30B2与板部30一体地形成。通过将压入固定用的凸台30B1、30B2设置在板部30侧，能够避免节气门体5的形状复杂或要配置其他部件的问题。

本实施例中，说明了应对高进气温度的节气门体5的硬件上的结构，以下对于采用本实施例的节气门体5时的控制上的改进进行说明。

本实施例的节气门体5的温度因冷却水而保持为一定的温度，但节气门阀2因进气温度的变化而温度变化。因此，因进气温度的变化，节气门阀2的大小由于热膨胀而发生变化。此时，节气门阀2的直径因高温而膨胀增大，冷却水温低、节气门体5的孔腔径小的情况下，通过全闭学习而闭合至全闭时存在孔腔1与节气门阀2固接的风险。为了不发生这样的现象，根据温度条件变更学习方法。具体而言，根据从水温传感器取得的冷却水温推测节气门体5的孔腔径，根据从进气温度传感器取得的进气温度推测阀径，由此判断能否实施学习和学习时的接触压力。具体而言，采取节气门体5的孔腔径小、阀径大的情况下不实施学习或者减小学习时的接触压力的对策。此时，对于孔腔径和阀径可以根据运转条件推测。

另外，因为节气门体5的孔腔径和节气门阀2的阀径因温度条件而变化，所以保持与全闭学习时的全闭角度一同取得的温度的关系，用于与运转条件相应的目标开度的修正，从而提高空气量的控制精度。具体而言，孔腔径和阀径因温度而变化时，即使节气门阀2以相同的开度打开，开口面积也会改变，因此流量改变。对于该开口面积的变化量根据进气温度和冷却水温进行推测，与变化量相应地进行对目标开度的修正。为了提高该修正的精度而使用通过学习所得到的全闭角度和节气门体5、节气门阀2的推测温度。

此时，关于全闭学习，需要学习准确地闭合至全闭的状态的角度，因此在不存在节气门体5与节气门阀2的固接风险的情况下施加准确地闭合至全闭的推压力进行学习。此处学习的时机是根据进气温度和冷却水温推测不存在孔腔1与节气门阀2的固接风险的时机，也可以不使用Key Off(关闭)学习而是使用Key On(启动)学习。另外学习时如果设定为从全闭起打开节气门阀2的剥离力大于压向全闭的推压力，则即使孔腔1与节气门阀2接触的情况下也能够不固接地打开节气门阀2。

另一方面，也能够利用孔腔1与节气门阀2的温度差进行附着于节气门体5的沉积物的除去。进气温度高、阀径大时，推测沉积物的温度也较高，沉积物变软。此时，通过在阀径变大的状态下关闭节气门阀2能够使沉积物从孔腔1剥离。此时为了使节气门阀2不会与沉积物固接，也优选设定为使拉开阀的剥离力比压向全闭的推压力更强。

(总结)

本实施例中，节流阀控制装置具有：形成有供吸入空气流动的进气通路1的节气门体5；调节经过进气通路1的空气量的节气门阀2；固定于节气门阀2的节气门轴3；和可旋转地支承节气门轴3的第一轴承8和第二轴承9，在节气门体5形成有供热交换介质(冷却水)流动的流路5T1～5T3，其中，第一轴承8的直径比第二轴承9的直径大，流路5T1～5T3以从进气通路1的流动方向观察时与第二轴承9重叠的方式，沿着进气通路1的外周配置，流路5T1～5T3的入口部5T1和出口5T2以隔着第一轴承8的方式配置。

根据如上所述地构成的本实施例，热交换介质所流过的流路5T1～5T3以从进气通路1的流动方向观察时与第二轴承9重叠的方式沿着进气通路1的外周配置，因此能够对进气通路1的外周均匀地进行冷却，并且能够对第二轴承9高效地进行冷却。另外，因为流路5T1～5T3的入口部5T1和出口部5T3以隔着第一轴承8的方式配置，所以能够对第一轴承8高效地进行冷却。另外，因为流路5T1～5T3以与直径较大的第一轴承8不重叠的方式配置，所以能够防止节气门体5的进气通路1的流动方向的尺寸增大。

另外，本实施例的节流阀控制装置中，具有驱动节气门轴3的电动机20，第一轴承8与第二轴承9相比，配置在更靠近电动机20的一侧。由此，从冷却水通路的入口部5T1到电动机20的距离小，因此能够提高电动机20的冷却效率。

另外，本实施例的节流阀控制装置中，具有驱动节气门轴3的电动机20、和用于固定节气门体5的节气门体固定部5H1，节气门体固定部5H1从进气通路1的流动方向观察时，配置在通过电动机20的旋转轴的直线X1、和与节气门轴3的旋转轴平行并且通过入口部5T1和出口部5T2中的更靠近电动机20的一方的直线Z之间。由此，能够提高节气门体5的抗震性。

另外，本实施例中的节气门体固定部5H1从进气通路1的流动方向观察时，配置在通过电动机20的旋转轴的直线X1与通过节气门轴3的旋转轴的直线X2之间、且在通过电动机20的输出侧相反侧端面的直线Y1与通过节气门体5的第一轴承8侧的端面的直线Y2之间。由此，能够提高电动机20的抗震性。

本实施例中的流路5T1～5T3的入口部5T1与出口部5T3相比，配置在更靠近电动机20的一侧。由此，热交换介质(冷却水)在温度比较低的状态下经过电动机20附近，因此能够提高电动机20的冷却效率。

实施例2

对于本发明的第二实施例的阀控制装置，参考图9和图10进行说明。

本实施例中，保持节气门轴3的轴承8、9中，夹着进气通路1配置在与齿轮罩26相反一侧的轴承8的直径更大。因此，冷却水通路的入口部5T1和出口部5T2以夹着直径较大一方的轴承8的方式配置。另外，冷却水通路的入口部5T1与出口部5T3相比，配置在更靠近电动机20的一侧。由此，热交换介质(冷却水)在温度比较低的状态下经过电动机20附近，因此能够提高电动机20的冷却效率。

在如以上所述地构成的本实施例中，也能够与第一实施例同样地防止节气门体5的大型化，并且对节气门轴3的第一轴承8和第二轴承9高效地进行冷却。

以上对于本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施例将本发明应用于汽油发动机车用的电动机驱动式节流阀控制装置，但也能够应用于柴油发动机车用的电动机驱动式的节流阀控制装置。另外，也能够应用于机械式的发动机用节流阀控制装置。进而，也能够应用于EGR气体控制用的节流阀控制装置和产生负压用的节流阀控制装置。

附图标记说明

1……孔腔(进气通路)，2……节气门阀，3……节气门轴，5……节气门体，5F1……板安装部，5F2……板安装部，5H1……安装孔(节气门体固定部)，5T1……槽部(流路、入口部)，5T2……槽部(流路)，5T3……槽部(流路、出口部)，5W……壁部，6……轴承凸台，7……轴承凸台，8……轴承(第一轴承)，9……轴承(第二轴承)，10……盖，11……节气门齿轮，11……齿轮，11A……全开止动部，11B……全闭止动部，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……螺母，18……导电体，19……树脂保持件，20……电动机，20A……电动机壳体，20B……支架，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……夹持件，28……TPS电路板，29A……入口侧冷却水管，29B……出口侧冷却水管，30……板部，30B1、30B2……凸台，31……密封部件，51……内壁，52……外壁。

Claims (5)

1.一种节流阀控制装置，其特征在于，包括：

形成有供吸入空气流动的进气通路的节气门体；

用于调节通过所述进气通路的空气量的节气门阀；

固定于所述节气门阀的节气门轴；和

可旋转地支承所述节气门轴的第一轴承和第二轴承，

在所述节气门体形成有供热交换介质流动的流路，

所述第一轴承的直径比所述第二轴承的直径大，

所述流路以从所述进气通路的流动方向观察时与所述第二轴承重叠的方式，沿着所述进气通路的外周配置，

所述流路的入口部和出口部以隔着所述第一轴承的方式配置。

2.如权利要求1所述的节流阀控制装置，其特征在于：

具有用于驱动所述节气门轴的电动机，

所述第一轴承配置在相比于所述第二轴承靠近所述电动机的一侧。

3.如权利要求1所述的节流阀控制装置，其特征在于：

包括：用于驱动所述节气门轴的电动机；和用于固定所述节气门体的节气门体固定部，

在从所述进气通路的流动方向观察时，所述节气门体固定部配置在通过所述电动机的旋转轴的直线、与平行于所述节气门轴的旋转轴且通过所述入口部和所述出口部中的靠近所述电动机的一者的直线之间。

4.如权利要求1所述的节流阀控制装置，其特征在于：

包括：用于驱动所述节气门轴的电动机；和用于固定所述节气门体的节气门体固定部，

从所述进气通路的流动方向观察时，所述节气门体固定部配置在通过所述电动机的旋转轴的直线与通过所述节气门轴的旋转轴的直线之间、并且配置在通过所述电动机的输出侧的相反侧的端面的直线与通过所述节气门体的所述第一轴承侧的端面的直线之间。

5.如权利要求1所述的节流阀控制装置，其特征在于：

具有用于驱动所述节气门轴的电动机，

所述入口部配置在相比于所述出口部靠近所述电动机的一侧。