CN202483724U - 一种节气门总成、内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种节气门总成，包括节气门本体、步进电机，还包括设置在节气门本体的节气门轴上的电容式位置传感器，电容式传感器包括：电容外壳基体、测量电容，参考补偿电容，及处理电路。本实用新型实施例还公开了一种内燃发动机，本实用新型采用的位置传感器为电容式，电容式位置传感器内部无电刷结构，因此其能够消除现有技术中在接触式位置传感器电刷的工作过程中，电刷异常或磨损带来的不能传递信号或传递信号不稳的故障隐患；进一步的，本实用新型中，与节气门轴同轴转动的测量电容能够实现节气门转动角度的传感，实现了大范围下的高分辨率、高精度测量。

Description

一种节气门总成、内燃发动机

技术领域

本实用新型涉及节气门设计技术领域，尤其涉及一种节气门总成及内燃发动机。

背景技术

参考图1和图2，汽车内燃发动机的节气门总成主要由节气门本体1、步进电机2以及位置传感器3三部分组成。节气门本体1包括主通道11和怠速旁通道12，步进电机2设置于怠速旁通道12的一侧，用来控制怠速旁通道12的进气量。其中，位置传感器3连接主通道11的节气门轴4，用于检测主通道11节气门轴上阀门片的开度，将主通道11节气门轴4上阀门片开启的角度信息转换为电压信号，并输入汽车电子控制单元ECU(Electronic ControlUnit)，ECU根据当前发动机的工况，结合位置传感器3输出的电压信号，进而得出当前发动机所需的喷油量。

现有技术中，节气门总成设置的位置传感器为接触式位置传感器，接触式位置传感器具体为可调电阻分压式位置传感器，这种传感器通常采用一个固定在节气门体上的环形碳膜电阻和固定在节气门转动轴上的电刷组成。当节气门开度发生变化的时候，电刷在环形碳膜电阻上的位置相应发生改变，从而改变抽头处的输出电压，也即由安装的电刷来传递信号。

现有技术中的节气门总成会带来以下不足：

当节气门总成工作一段时间后，接触式位置传感器中的电刷可能会因为异常磨损而不能传递信号或传递信号不稳定，导致接触式位置传感器不能正常工作，进一步引起节气门总成工作的失效。

或者，由于接触式位置传感器传递的信号不稳，ECU可能无法及时地做出正确判断，进而给行车安全带来重大隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型目的在于提供一种节气门总成，以解决现有技术中节气门总成中由于设置接触式位置传感器而导致的不能传递信号或传递信号不稳定，进而引起节气门总成工作的失效的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种节气门总成，包括节气门本体、步进电机，还包括：设置在所述节气门本体的节气门轴上的电容式位置传感器，所述电容式传感器包括：电容外壳基体、将所述节气门轴上阀门片开度的变化转换成电容容值变化的测量电容，与所述测量电容的最大电容值相等或成比例的、容值不变的、能够获知环境对所述测量电容的电容值变化的参考补偿电容，及能够将所述测量电容与所述参考补偿电容传递的电容值转换成电压信号的处理电路，其中：

所述电容外壳基体固定于所述节气门本体上，所述节气门轴穿过所述电容外壳基体；

所述测量电容的两块极板均穿过所述节气门轴，其中的一块极板固定于所述电容外壳基体上，另一块极板与所述节气门轴同轴转动；

所述参考补偿电容的两块极板均穿过所述节气门轴，且与所述电容基体外壳固定；

所述测量电容和所述参考补偿电容均与所述处理电路电连接。

优选的，在上述节气门总成中，所述测量电容为平行平板电容。

优选的，在上述节气门总成中，所述参考补偿电容为平行平板电容。

优选的，在上述节气门总成中，所述参考补偿电容的两块极板通过插针与所述处理电路连接固定，所述处理电路通过螺钉固定于所述电容基体外壳内。

一种内燃发动机，包括上述的所述的节气门总成。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型采用的位置传感器为电容式，电容式位置传感器内部无电刷结构，因此其能够消除现有技术中在接触式位置传感器电刷的工作过程中，电刷异常或磨损带来的不能传递信号或传递信号不稳的故障隐患；进一步的，本实用新型中，与节气门轴同轴转动的测量电容能够实现节气门转动角度的传感，实现了大范围下的高分辨率、高精度测量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中所提供的汽车内燃发动机的节气门总成的一结构示意图；

图2为现有技术中所提供的汽车内燃发动机的节气门总成的另一结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的节气门总成的侧面结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的节气门总成的俯视图；

图5为本实用新型实施例所提供的电容式传感器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的电容式传感器中测量电容的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图3和图4，图3示出了本实用新型节气门总成的侧面结构示意图，图4示出了本实用新型节气门总成的俯视图。

一种节气门总成，包括节气门本体1、步进电机2，还包括设置在节气门本体的节气门轴4上的电容式位置传感器5。

参考图5，示出了本实用新型电容式传感器5的结构示意图。

电容式位置传感器5包括：电容外壳基体51、将节气门轴4上阀门片开度的变化转换成电容容值变化的测量电容52，与测量电容52的最大电容值相等或成比例的、容值不变的、能够获知环境对测量电容52的电容值变化的参考补偿电容53，及能够将测量电容52与参考补偿电容53传递的电容值转换成电压信号的处理电路(图中未标出)，其中：

电容外壳基体51可由螺钉6固定于节气门本体1上，节气门轴4穿过电容外壳基体51。测量电容52为一可调平行平板电容，测量电容52的两块极板均穿过节气门轴4，其中的一块极板521固定于电容外壳基体51上，另一块极板522与节气门轴4同轴转动，两块极板同轴安装并保持轴向距离不变。

参考补偿电容53为一正常工作时电容值不变的平行平板电容，其电容值与上述测量电容52的最大电容值相等或成一定比例关系，该参考补偿电容53与测量电容52安装在同一环境中。参考补偿电容53的两块极板均穿过所述节气门轴，且与电容基体外壳51固定。具体的，参考补偿电容53的两块极板通过插针与处理电路连接固定，处理电路通过螺钉固定于电容基体外壳51内。

测量电容52和参考补偿电容53均与处理电路电连接，具体的，测量电容52和参考补偿电容53分别通过信号输出线连接处理电路，处理电路对测量信号进行处理。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型采用的位置传感器为电容式，电容式位置传感器内部无电刷结构，因此其能够消除现有技术中在接触式位置传感器电刷的工作过程中，电刷异常或磨损带来的不能传递信号或传递信号不稳的故障隐患；进一步的，本实用新型中，与节气门轴同轴转动的测量电容能够实现节气门转动角度的传感，实现了大范围下的高分辨率、高精度测量。

综上所述，本实用新型实施例公开上述的节气门总成的工作原理：

如图5所示，由于测量电容52的两极板的有效面积随节气门轴4转动的角度而变化，而有效面积又与其电容容值成比例关系，将测量电容52的变化的电容容值传送至处理电路，通过处理电路的专用芯片对电容容值进行处理，将电容容值转换成直流电压信号，这样就实现了对节气门开度的传感。

具体的，参考图6，测量电容52的工作原理如下：

两平行平板电容其容值C为：

$C=\frac{\mathrm{\ϵS}}{4\mathrm{\πkD}}$

其中：ε为介电常数；

k为绝缘常数；

D为两极板的距离；

S为有效面积；

从上式可以看出，介电常数ε、绝缘常数k不变时(即制作电容的材料一定)，如果两极板的距离D为常数，电容值与有效面积S成正比；如果有效面积S不变，改变极板之间的间距D，则容值与间距D成反比。因此，将节气门的位置改变转变为平行平板电容有效面积S或间距D的改变，那么通过测量电容的容值就可以获得节气门的位置。基于此，本电容式位置传感器选择改变有效面积的方式来实现节气门开度的传感。

测量电容52把节气门开度的变化转换成电容容值的变化，参考补偿电容53是正常工作时容值不变的平行平板电容，其电容值与测量电容最大电容值相等或成比例关系，并且与测量电容安装于同一环境中，通过获取参考补偿电容53容值的变化就能够获知环境对电容容值的改变量。

基于此，测量电容52和参考补偿电容53分别通过信号输出线与处理电路连接，测量电容52和参考补偿电容53中电容容值的变化经过处理电路后就成为电压信号的改变，专用芯片把此电压与预置的程序进行对比，修正后输出电压信号给ECU。ECU根据当前发动机的工况，结合测量电容52和参考补偿电容53输出的电压信号，得出当前发动机所需的喷油量，进而控制汽车发动机燃油的供给量，使汽车在获得良好的动力性能的前提下，燃油得到充分的燃烧，进而降低污染物的排放量。

其中，修正的过程可以为：将预置的程序植入处理电路中的芯片中，预置的程序是节气门开度与位置传感器输出电压的关系(这关系是理论上的)，又由于节气门开度的变化转换成位置传感器的输出电压的变化，因此测量电容52和参考补偿电容53输出电压就会形成特性曲线，那么理论上的电压特性曲线与实际输出的电压特性曲线之间会存在一定的差异，实际输出的电压特性曲线经过处理电路中专用芯片的修正后再输出电压给ECU。通过改变植入处理电路中专用芯片的预置程序，可调整输出给ECU的电压信号，因此，对于不同车型而言，所使用的发动机有所不同，只要对预置的程序进行调整就可涵盖所有的车型。

本实用新型还公开了一种内燃发动机，包括节气门总成，其中，该节气门总成为如上实施例所述的节气门总成。本实用新型提供的节气门总成，由于采用上述节气门总成，同样具有上述技术效果，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种节气门总成，包括节气门本体、步进电机，其特征在于，还包括：设置在所述节气门本体的节气门轴上的电容式位置传感器，所述电容式传感器包括：电容外壳基体、将所述节气门轴上阀门片开度的变化转换成电容容值变化的测量电容，与所述测量电容的最大电容值相等或成比例的、容值不变的、能够获知环境对所述测量电容的电容值变化的参考补偿电容，及能够将所述测量电容与所述参考补偿电容传递的电容值转换成电压信号的处理电路，其中：

所述电容外壳基体固定于所述节气门本体上，所述节气门轴穿过所述电容外壳基体；

所述测量电容的两块极板均穿过所述节气门轴，其中的一块极板固定于所述电容外壳基体上，另一块极板与所述节气门轴同轴转动；

所述参考补偿电容的两块极板均穿过所述节气门轴，且与所述电容基体外壳固定；

所述测量电容和所述参考补偿电容均与所述处理电路电连接。

2.如权利要求1所述的节气门总成，其特征在于，所述测量电容为平行平板电容。

3.如权利要求1所述的节气门总成，其特征在于，所述参考补偿电容为平行平板电容。

4.如权利要求3所述的节气门总成，其特征在于，所述参考补偿电容的两块极板通过插针与所述处理电路连接固定，所述处理电路通过螺钉固定于所述电容基体外壳内。

5.一种内燃发动机，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的节气门总成。

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