CN202220662U - 节气阀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种节气阀装置(100)，具备：节气阀体(18)、电动机(14)、预设位置返回机构(13)、节气阀传感器(16，17)、以及节气阀控制单元(3)，其包括实际开度算出单元(41)、PID控制单元(42)、电动机占空值演算单元(43)、预设位置返回机构诊断单元(44)、以及电动机驱动电路部(5)，在钥匙打开且所述引擎回转中所述预设位置返回机构诊断单元输出故障信号后，PID控制单元(42)将实际开度与预设开度的偏差进行PID控制并计算修正值，电动机占空值演算单元(43)根据该修正值输出用于驱动电动机(14)的占空值，电动机驱动电路部(5)根据该占空值驱动电动机(14)。根据本实用新型，能够更进一步提高节气阀装置(100)的信赖性和安全性。

Description

节气阀装置

技术领域

本实用新型涉及一种汽车用节气阀装置，特别是一种能够在预设位置返回机构的诊断结果出现异常之后进行安全处理的节气阀装置。

背景技术

在现有技术中，通过加速踏板传感器来检测加速踏板的踏入量，对应于该检测量设定节气阀体的目标开度，由电动机驱动控制节气阀体的电子式节气阀装置已为人熟知。根据该电子式节气阀装置，控制节气阀体而进行引擎输出的调整，从而提高引擎的运转性能。

另外，为了确保节气阀装置的安全性，实施各种诊断，诊断结果判定为异常的情况下，将电动机电源关闭，通过预设位置返回机构将节气阀体的开度维持在预先机械性设定的预设开度上，从而维持最低限度的退避行驶，以提高汽车的安全性。此处，退避行驶是指在车辆发生故障而使ECU检测到异常的情况下，能够避免危险而保证车辆具有最低限度的行驶能力，从而可以使汽车安全地到达附近的维修站等。

此处，电子式节气阀装置中，对预设位置返回机构的诊断技术存在各种提案(例如，日本特开平11-229943号公报，日本特开平11-257103号公报等)。

日本特开平11-229943号公报(专利文献1)中所记载的技术中，在钥匙关闭(Key OFF)后引擎停止的状态下，通过电动机驱动节气阀体直至节气阀体的开度成为诊断用目标开度为止，之后停止电动机电源，在规定时间内检测凭借弹簧(预设位置返回机构)的回复力节气阀体的开度是否能够横跨规定开度，从而进行弹簧诊断。

日本特开平11-257103号公报(专利文献2)中所记载的技术中，在钥匙打开(Key On)后且引擎也在回转中的状态下，车辆行驶中的减速燃料切断中的状况被捕捉，在节气阀体的开度处于预设开度的附近时、且比预设开度更靠近打开侧的情况下，实施弹簧(预设位置返回机构)的诊断。

然而，专利文献1中，仅仅能够进行节气阀体从比预设开度更闭的一侧返回至预设开度的弹簧的诊断。但不能进行节气阀体从比预设开度更开的一侧返回至预设开度的弹簧的诊断。

专利文献2中，虽然记载了在减速燃料切断模式中，从比预设开度更开的一侧进行弹簧的诊断。但是，其实际上是由电动机将节气阀体驱动至预设开度附近，而并非由弹簧的作用而返回预设开度。因此，不能很好地判定弹簧是否能正常起作用。

专利文献1：日本特开平11-229943号公报

专利文献2：日本特开平11-257103号公报

实用新型内容

本实用新型是有鉴于上述问题而悉心研究的结果，其目的在于，提供一种能够在预设位置返回机构的诊断结果出现异常之后进行安全处理的节气阀装置。

因此，为了实现上述目的，本实用新型的一种节气阀装置，具备：节气阀体，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节所述引擎的吸入空气量；电动机，驱动所述节气阀体在所述吸气通路中旋转；预设位置返回机构，包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧将所述节气阀体从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转，所述第二弹簧将所述节气阀体从关闭一侧向所述预设位置偏转；节气阀传感器，用于检测所述节气阀体的实际开度；以及节气阀控制单元，其包括实际开度算出单元、PID控制单元、电动机占空值演算单元、电动机驱动电路部、以及预设位置返回机构诊断单元，所述预设位置返回机构诊断单元与所述引擎的引擎控制演算部相连接，其检测在没有所述电动机驱动的状态下，所述节气阀体能否通过所述预设位置返回机构返回所述预设位置，并将作为诊断结果的正常信号或故障信号发送给所述引擎控制演算部，在钥匙打开且所述引擎回转中所述预设位置返回机构诊断单元输出故障信号后，所述实际开度算出单元读取所述节气阀传感器的输出信号并输出所述节气阀体的实际开度，所述PID控制单元将所述实际开度与所述预设开度的偏差进行PID控制并计算修正值，所述电动机占空值演算单元读取所述修正值并根据该修正值输出用于驱动所述电动机的占空值，所述电动机驱动电路部读取所述占空值并根据该占空值驱动所述电动机。

本实用新型的节气阀装置，其中，在所述节气阀体被驱动至所述预设位置之后，所述电动机驱动电路部停止对所述电动机的驱动，所述预设位置返回机构诊断单元重复进行所述预设位置返回机构的诊断，并在所述预设位置返回机构诊断单元输出故障信号后，所述节气阀控制单元驱动所述电动机以使所述节气阀体返回所述预设位置。

借由上述技术方案，本实用新型的具有优点及有益效果在于：

在预设位置返回机构的诊断结果出现异常之后，不切断电动机电源而通过电动机对节气阀体进行驱动，能更进一步提高节气阀装置的信赖性和安全性。

附图说明

图1是表示本实用新型的节气阀装置100的结构图。

图2是表示包含节气阀控制单元3的引擎控制装置1的全体结构的图。

图3是表示节气阀控制单元3的详细结构的图。

图4是用于说明钥匙关闭(Key OFF)后的节气阀装置100的动作和回位弹簧12的诊断的图。

图5是减速燃料切断模式中各种车速情况下的动作说明图。

图6是减速燃料切断模式中低车速情况下节气阀装置的动作说明图。

图7是高引擎转速燃料切断模式中节气阀装置的动作说明图。

图8是高车速燃料切断模式中节气阀装置的动作说明图。

图9是预设位置返回机构13故障时节气阀装置的动作说明图。

图10是预设位置返回机构13故障时的电动机驱动动作说明图。

图11是预设位置返回机构13故障时的电动机电源切断、再驱动的动作说明图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行更详细的说明。

图1是表示本实用新型的节气阀装置100的结构图。该节气阀装置100具备：节气阀体18，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节引擎的吸入空气量；电动机14，驱动节气阀体18在吸气通路中旋转；默认弹簧(第一弹簧)11，将节气阀体18从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转；回位弹簧(第二弹簧)12，将节气阀体18从关闭一侧预设位置偏转；节气阀传感器16，17，用于检测节气阀体18的开度；以及节气阀控制单元3。此外，电动机24通过传动装置15使节气阀体18转动。

图2是表示包含节气阀控制单元3的引擎控制装置1的全体结构的图。包含该节气阀控制单元3的引擎控制装置1具备：输入I/F(A/D转换器)9、引擎控制演算部2、以及节气阀控制单元3。A/D转换器9从车速检测部22和引擎回转数检测部23取得车速信号和引擎转速信号。

加速踏板部6中，配置有加速踏板24和2个加速踏板传感器25，26。驾驶员的意图由加速踏板24的踏入量(加速踏板踏入量)来表示，该踏入量作为踏入角度，由加速踏板传感器25，26检测出。为了提高加速操作的信赖性，加速踏板传感器25，26可以被构成为多重型的结构。本实施方式中，如上所述为两重型的结构。之后，A/D转换器9读取加速踏板部6的加速踏板踏入量信号，并且从节气阀传感器16，17读取节气阀体18的开度检测信号。

节气阀部7包括节气阀体18、驱动该节气阀体18旋转的电动机14、传动装置15和预设位置返回机构13，并且配置有多重型的节气阀传感器16，17。本实施方式中，为二重型的结构。节气阀部7和节气阀控制单元3构成了本实施方式的节气阀装置100。

预设位置返回机构13具备用于从开侧返回预设位置的默认弹簧11和从闭侧返回预设位置的回位弹簧12。

引擎控制演算部2读取加速踏板传感器25，26的检测信号，并确定加速踏板开度。之后，根据已存储的对应于所述加速踏板开度的量的节气阀体18的开度目标值，而设定节气阀体18的目标开度(所要求的节气阀体的开度)，并将该所要求的节气阀体的开度输出至节气阀控制单元3的PID控制单元42(参见图3)。

图3是表示节气阀控制单元3的详细结构的图。该节气阀控制单元3具备节气阀控制演算部4和电动机驱动电路部5。节气阀控制演算部4包括：实际开度算出单元41、PID控制单元42、电动机占空值演算单元43、以及预设位置返回机构诊断单元44。基于来自A/D转换器9的信号，进行电动机14的驱动控制，并且对所述2个节气阀传感器16，17进行故障诊断。电动机驱动电路部5例如由蓄电池B经由继电器19进行供电。

实际开度算出单元41读取节气阀传感器16，17的检测信号，基于节气阀传感器16，17的信号，将节气阀体18的实际开度输出至PID控制单元42。

PID控制单元42中，对节气阀体18的实际开度和引擎控制演算部2所算出的要求开度的偏差进行PID控制并计算修正值。基于节气阀体18的要求开度和实际开度的偏差，以使要求开度与实际开度相一致的方式进行反馈控制。PID控制单元为比例-积分-微分控制器，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。此处，PID控制单元例如可以采用通常的PID控制器。

电动机占空值(duty)演算单元57，读取所述修正值并输出用于驱动电动机14的占空值。电动机驱动电路部5读取占空值并根据该占空值驱动电动机14，从而使节气阀体18转动。

预设位置返回机构诊断单元44与引擎的引擎控制演算部2相连接，其检测在没有电动机14驱动的状态下，节气阀体18能否通过所述预设位置返回机构13返回预设位置，并将作为诊断结果的正常信号或故障信号发送给所述引擎控制演算部2。

另外，本实施方式中，通过引擎控制演算部2或节气阀控制单元3诊断异常状态，当指示电动机驱动停止的情况下，保护功能开始动作。即，节气阀部7内藏有预设位置返回机构13(参照图2)。异常时，该预设位置返回机构13将节气阀体18保持为初期设定的预设开度。该预设开度被设定为，确保能够退避行驶、并且通过刹车能够安全停止的范围的引擎空气吸入量。

然而，由于预设位置返回机构13需要确保节气阀装置100异常时的安全性，因此如果能够提高构成预设位置返回机构的回位弹簧和默认弹簧的诊断的信赖性，则能够更进一步提高节气阀装置100的安全性。

回位弹簧12的诊断方法的一个例子如下所述。钥匙关闭(KeyOFF)时，回位弹簧12的诊断被实施。图4是用于说明钥匙关闭(KeyOFF)后的节气阀装置100的动作和回位弹簧12的诊断的图。驾驶员关闭钥匙(Key OFF)，则燃料和点火停止，从而引擎停止。引擎停止时为了除去吸气管内的负压等的目的，与加速操作无关地暂时驱动节气阀体18使节气阀体的开度朝开的一侧变化。其次，为了学习节气阀体18的全闭点电压，而控制节气阀体18至全闭位置，并学习全闭点电压。在实施全闭点电压学习的过程中，电动机14以节气阀体18维持在全闭点的方式驱动。全闭点电压的学习结束后，电动机驱动电路部停止对电动机14的驱动，即切断电动机14的电源。电动机14的电源关闭后，通过回位弹簧12的返回力，节气阀体18被打开而成为所设定的预设开度。节气阀控制单元3诊断预设位置返回机构13是否正常地将节气阀体18返回至预设开度范围，从而结束全部的诊断动作。

根据引擎的排气量的不同，一般以50km/h～80km/h的车速能够退避行驶且通过刹车能够安全停车的节气阀体的预设开度为12deg左右。另外，该情况下，预设开度的正常判定开度范围为12deg±5deg比较妥当。

但是，预设位置返回机构13通过回位弹簧12和默认弹簧11共同作用而将节气阀体18返回至所设定的预设开度。虽然已经严密地确认了通过回位弹簧12的返回力使节气阀体18返回预设开度，但是，如果能进一步确认默认弹簧11的返回作用，便能够更进一步提高信赖性。对此，本实施方式的预设位置返回机构13的诊断，不仅具有在钥匙关闭(Key OFF)时从闭的一侧通过回位弹簧12返回的动作，还具有在钥匙打开(Key ON)的时候从开的一侧通过默认弹簧11返回的动作，从而更进一步提高安全性。

但是，在钥匙打开(Key ON)且引擎回转中，将节气阀体18设定为预设开度以上与加速踏板24的操作无关，也就是说违反驾驶员的意图而使引擎的转速上升是非常危险的。通常，预设开度的设定是假想为故障时的退避行驶，即假想车速为50km/h～80km/h而设定的开度，在行驶过程中违反驾驶员的意图而将节气阀体18打开至该开度毕竟是不合理的。

另一方面，虽然从钥匙打开(Key ON)后而且在起动器起动引擎之前的时间内可以诊断默认弹簧11，但是由于在诊断结束前不能起动，所以到起动为止要花费很长时间，从商品性的角度考虑不能被接受。

于是，在钥匙打开(Key ON)且引擎回转中停止对节气阀体18的控制，以及将节气阀体18强制驱动至比预设开度更开的位置的时机，可以考虑为在燃料切断模式中。在燃料切断模式中，由于引擎的燃烧停止，节气阀体18动作的话也没有影响。

如上所述，预设开度的诊断判定为12deg±5deg比较妥当。因此，作为比预设开度高出规定值(规定开度)以上的位置，选择该规定值为10deg左右是妥当的。

燃料切断的形式有多种多样，例如在减速时存在燃料切断。其为在具有某一程度的车速的状态下，放开加速踏板，通过引擎制动缓缓地降低车速的情况。图5表示说明该情况的图。燃料切断的条件成立后，实施燃料切断期间电动机14的电源关闭从而诊断预设位置返回机构13。但是，本次诊断的目的在于确认通过默认弹簧11能够使节气阀体18从比预设开度更开的位置处返回。

该情况下，驾驶员加速后，放松加速踏板，然后为了减速而使脚离开加速踏板24。图5表示这一系列动作中的引擎转速、加速踏板开度、车速、和节气阀体的实际开度的变化。此时，电动机14首先将节气阀体18向开的一侧驱动，到达目标开度的阶段细微地反复操作开侧和闭侧的驱动，从而保持一定的开度。之后，加速踏板24放松的阶段中，电动机14向闭侧驱动，从而快速地降低节气阀体的实际开度。

之后，在燃料切断成立的期间内，在比预设开度更开的位置处，关闭电动机14电源，从而实施默认弹簧11的诊断。也就是说，在图中情况1的状态下，实施默认弹簧11的诊断。

但是，如前述的那样，如果预设开度的设定是假定车速为70km/h的情况，则车速为40km/h的状态下即使燃料切断的条件成立，将成为图示中情况2的状态。

情况2的状态下，所诊断的并非是默认弹簧，而是回位弹簧，所以在这一情况下，没有必要实施诊断。

另外，假设在100km/h行驶过程中，当脚离开加速踏板24的情况下，燃料切断的条件成立时，车速大概是70km/h，其在预设开度的附近。这成为图示中情况3的状态，这一情况下，电动机14电源关闭后即使变为预设开度，也不能认为默认弹簧11的诊断结果正常。也就是说，其并非是通过默认弹簧11的作用而返回至预设开度的附近，而是因为电动机14的驱动力而返回的。

因此，图5所示的状态下，在节气阀体的实际开度比预设开度高出规定值以上的情况下，就能够实施关闭电动机14而诊断默认弹簧11。节气阀控制单元3如果检测到实际开度变为预设开度±5deg的范围内，则判定诊断结果为正常。

另外，如图6所示那样，在节气阀体18的实际开度不比预设开度高出规定值以上的情况下，通过电动机14驱动节气阀体18直至节气阀体18的实际开度达到比预设开度高出规定值之后，关闭电动机14的电源而实施默认弹簧11的诊断。即，在节气阀控制单元3中进行如下操作：实际开度算出单元41读取节气阀传感器16，17的输出信号并输出节气阀体18的实际开度，PID控制单元42将实际开度与要求开度的偏差进行PID控制并计算修正值，该要求开度为比预设开度高出规定值以上的开度，电动机占空值演算单元43读取该修正值并输出用于驱动电动机14的占空值，电动机驱动电路部5读取该占空值并根据该占空值驱动电动机14。在实际开度达到要求开度后，电动机驱动电路部5停止对电动机14的驱动，使节气阀体18由默认弹簧11的作用返回预设位置。

以上说明了减速燃料切断模式中对默认弹簧11进行诊断的说明。燃料切断的情况有各种各样，图7是表示高引擎转速燃料切断模式下对默认弹簧11进行诊断的实施方式。高引擎转速燃料切断模式是指引擎的转速上升至规定值以上的情况下，出于保护引擎的目的而进行的燃料切断。在该情况下，由于节气阀体18的实际开度处于全开或者接近全开，在燃料切断的条件成立后，可以立刻进行默认弹簧11的诊断。在默认弹簧11的诊断结束后，以节气阀体的实际开度对应于加速踏板开度的方式而进行通常控制。

图8表示高车速燃料切断模式时的实施方式。高车速燃料切断模式是指车速上升至规定车速以上的情况下，出于保护车辆的目的而进行的燃料切断。这一情况下，由于节气阀体18的实际开度处于全开或者接近全开，在燃料切断的条件成立后，可以立刻进行默认弹簧11的诊断。在默认弹簧11的诊断结束后，以节气阀开度对应于加速踏板开度的方式而进行通常控制。

以上，说明了钥匙打开(Key ON)且引擎回转中，并且在行驶中进行预设位置返回机构13的诊断是可能的。诊断判定为异常的情况下，通常立刻将电动机14电源关闭而停止节气阀控制单元3的动作。

但是，如图9所示，预设位置返回机构13发生故障的情况下，即使关闭电动机14电源，节气阀体的实际开度也不能返回至预设开度。

因此，如图10所示，钥匙打开(Key ON)且引擎回转中，预设位置返回机构诊断单元44输出故障信号的情况下，驱动电动机14而使节气阀体18的实际开度变为预设开度。即，在节气阀控制单元3中进行如下操作：实际开度算出单元41读取节气阀传感器16，17的输出信号并输出节气阀体18的实际开度，PID控制单元42将实际开度与预设开度的偏差进行PID控制并计算修正值，电动机占空值演算单元43读取该修正值并输出用于驱动电动机14的占空值，电动机驱动电路部5读取该占空值并根据该占空值驱动电动机14。从而可使节气阀体18保持在预设开度。

但是，如图11所示，钥匙打开(Key ON)且引擎回转中，判定预设位置返回机构13为异常的情况下，驱动电动机14而使节气阀体18的实际开度变为预设开度之后，电动机驱动电路部5停止对电动机14的驱动，预设位置返回机构诊断单元44重复进行预设位置返回机构13的诊断，并在预设位置返回机构诊断单元44输出故障信号后，所述节气阀控制单元3驱动电动机14以使节气阀体18返回预设位置。

根据本实用新型的节气阀装置100，在预设位置返回机构的诊断结果为异常的情况下，通过电动机14继续控制节气阀体18的动作，能更进一步提高节气阀装置100的信赖性和安全性。

虽然以上结合附图和实施例对本实用新型进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本实用新型。本领域技术人员在不偏离本实用新型的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本实用新型进行变形和变化，这些变形和变化均落入本实用新型的范围内。

Claims (2)

1.一种节气阀装置，其特征在于，

具备：

节气阀体，使引擎的吸气通路的截面积变化，从而调节所述引擎的吸入空气量；

电动机，驱动所述节气阀体在所述吸气通路中旋转；

预设位置返回机构，包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧将所述节气阀体从打开一侧向对应于预设开度的预设位置偏转，所述第二弹簧将所述节气阀体从关闭一侧向所述预设位置偏转；

节气阀传感器，用于检测所述节气阀体的实际开度；以及

节气阀控制单元，其包括实际开度算出单元、PID控制单元、电动机占空值演算单元、电动机驱动电路部、以及预设位置返回机构诊断单元，

所述预设位置返回机构诊断单元与所述引擎的引擎控制演算部相连接，其检测在没有所述电动机驱动的状态下，所述节气阀体能否通过所述预设位置返回机构返回所述预设位置，并将作为诊断结果的正常信号或故障信号发送给所述引擎控制演算部，

在钥匙打开且所述引擎回转中所述预设位置返回机构诊断单元输出故障信号后，

所述实际开度算出单元读取所述节气阀传感器的输出信号并输出所述节气阀体的实际开度，

所述PID控制单元将所述实际开度与所述预设开度的偏差进行PID控制并计算修正值，

所述电动机占空值演算单元读取所述修正值并根据该修正值输出用于驱动所述电动机的占空值，

所述电动机驱动电路部读取所述占空值并根据该占空值驱动所述电动机。

2.如权利要求1所述的节气阀装置，其特征在于，

在所述节气阀体被驱动至所述预设位置之后，所述电动机驱动电路部停止对所述电动机的驱动，

所述预设位置返回机构诊断单元重复进行所述预设位置返回机构的诊断，并在所述预设位置返回机构诊断单元输出故障信号后，所述节气阀控制单元驱动所述电动机以使所述节气阀体返回所述预设位置。

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