CN85103283A - 怠速控制装置 - Google Patents

Abstract

一种怠速控制装置包括有一个电磁驱动部分和一个流量控制部分。后者设置在一节流室中形成的一分流通道中。流量控制部分有一个构成通道的壳体；一个设置在该通道中的密封座面；一个插杆驱动的第一阀；一个设置在壳体中的套筒；一个第二阀，它通过一个杆与第一阀的下游侧相连接，由此协同第一阀消除进气压力的波动现象。由于采用这种结构，就有可能消除进气真空的波动对实际空气流量的不良影响。

Description

本发明涉及到一种怠速控制装置，该装置适合于作为电控执行元件来使用，通过它的运行，可以根据冷却水温度的变化或室温的变化相应地把汽车发动机的怠速自动地调整到某一要求的速度值。特别是，上述本发明所涉及的那种类型的怠速控制器带有一个改进了结构的流速控制部分。

有一种根据冷却水温度或进气真空的变化能相应地对汽车发动机的怠速进行自动控制的执行元件已经是公知的了。这种公知的元件有一个流量控制部分，后者包括有一个构成待控气体通道的壳体、一对设置在该壳体中间部位的座面和一对固定在电磁执行元件杆上的配量阀。美国专利No、4，314，585给出了这种型式的怠速控制装置的实例。该执行元件由一个将电输入信号转换成机械式输出信号的电磁驱动部分和一个上文提到过的流量控制部分组成，它适合于通过一程序处理线路来进行控制，该程序控制线路根据所接受到的来自水温传感器和曲轴转角传感器的信号进行预定的运算，其控制方式是通过控制从旁路分流的气体流量而保持发动机速度在某一要求值的。

这样，该执行元件根据传感到的冷却水温度和发动机速度进行自动的连续的控制以便怠速保持在某一预定速度上。

正如上述那样，已知的执行元件具有一个由一对座面和一对与该座面相配合的配量阀所构成的流量控制部分。在这个流量控制部分中，由于便于装配的缘故、两个座面中之一的直径做得比另一个的大。由于一个座面和与其相配的阀之间所形成的通道横截面积不同于另一个座面和与其相配的阀之间所形成的通道横截面积，因此由这种横截面积所决定的真空力也就互相不同了，并且该真空力可能在某一中间部位产生逆转现象。

由此可见，这种现有的执行元件的流量特性很容易受配量阀间的压力差的影响。更准确地说，如图10所示，进气真空为-500毫米汞柱时所得到的流量特性曲线a与进气真空为-600毫米汞柱时所得的流量特性曲线b在电输入信号的某一中间值处相交，这就是说，如果选择流量特性曲线作为标准曲线或基准曲线，那么在不同进气真空值条件下所获得的，由曲线b来表示的流量，当电输入信号相当小时是低于基准准值的，而当电输入信号相当大时则高于基准值。

于是，在压力差大的情况下，流量特性就会在某一个电输入信号的中间值处产生逆转现象，这就需要采用一种复杂的控制软件来进行控制。

还必须注意到，同时作用在一对配量阀两侧的真空力的大小是不同的，这就是说，作用在这一对配量阀一端的真空力大于作用在另一端的。结果，除了电磁力外，真空力作为一种干扰因素也作用到该配量阀上。因此，正如图11所示，输入/输出特性要受到一对配量阀之间压力差的影响。

该现有执行元件另一个问题在于，初始逸漏较大，尤其是在非工作状态时，例如电输入信号为零时，换句话说，在由一对阀和与其相配的座面所构成的流量控制部分中，要想把两座面之间的距离做得同两阀之间的距离精确相等，这是非常困难的。因而，在两组阀与座面的组合中总有一组组合，其阀与座面是不能紧密接触的，这样，一定量的初始逸漏就是不可避免的了，大量初始逸漏就使得把怠速调整到低值这一点变成不可能的了。从进一步节约燃料和发展无噪声发动机的观点看，这是很不利的。

因此，本发明的目的是提供一种怠速控制装置，该装置能消除进气真空对流量的不良影响控制的高精确性。

本发明另一个目的是提供一种怠速制控制装置，在该装置中进气真空改变时所得到的气体流量特性曲线不与在某一真空预定值时所得到的基准特性曲线相交。

本发明再有一个目的是提供一种怠速控制装置，该装置能使得压力差在小功率输入范围内得到补偿，而流量在大功率输入范围内得到增加。

本发明还有一个目的是提供一种能够将初始逸漏减少到最低程度的怠速控制装置。

为了这些目的，本发明提供一种怠速控制装置，该装置中的流量控制部分设置在节流室中所形成的一个旁路中以便能旁接一个节流阀，这个控制装置包括有一个构成待控。流体通道的壳体，一个设置在该通道中间部位的座面，一个第一阀，它由电磁驱动部分的插棒式铁心通过一杆来驱动并由此而使其与座面接触或脱开，一个设置在壳体中的套筒，以及一个第二阀，它通过杆与第一阀的下游侧相连，这样便可以产生一个真空力，其方向与第一个阀体上所产生的真空力相反从而消除第一个阀所产生的进气压力的波动所带来的影响，第二阀可滑动式地安装在一套筒中。

在本发明的怠速控制装置中，配置部分和真空补偿部分共同配合消除输入真空对输出气流流量的影响，而气流流量是根据输入电功率大小情况而决定的。

另外，由于来自真空补偿的流量是很小的，因此真空补偿不会引起初始逸漏的任何增加，这样，本发明也可以应用到一种具有低怠速的发动机上。

再有，在各个不同值的进气真空条件下的流量特性曲线不是位于基准真空流量特性曲线的上面就是位于其下面，不会与基准曲线相交。另外，压力差补偿只是在需要补偿的小功率输入范围内才进行的，而在不需要压力差补偿的大输入范围内，流量可以有效地增加。

现在对附图作一简要说明：

图1为配备有本发明怠速控制装置一个实施例的发动机的系统示意图;

图2为图1中所示怠速控制装置的一个部分剖面图;

图3和图4为流量特性曲线图，该图表示了在本发明的怠速控制装置中根据加在电磁驱动部分上的电输入信号的不同而获得的流量的情况;

图5为本发明怠速控限装置另一个实施例中流量控制部分的主要部位的剖面图;

图6为本发明怠速控制装置再一个实施例中的流量控制部分的部分剖面图;

图7、8、9为不同实施例的流量控制部分主要部位的剖面图;

图10和图11为空气流量特性曲线图，该图表示了在现有常用装置中，根据加到电磁驱动部分上电输入信号不同而获得的流量的情况。

现对本发明最佳实施例作一详细说明。

实施例1

下面要对配备有本发明的怠速控制装置的发动机作一说明，请看图1，发动机〔1〕配备有一个进气管〔2〕和一个排气管〔3〕。该进气管〔2〕带有一个节流室〔6〕，后者本身又带有一个节流阀〔4〕和一个分流通道〔5〕。空气流量计〔9〕设置在发动机〔1〕的空气流向的上游方向，它由一扇用来测量空气流量的叶片〔7〕和一只电位差计〔8〕构成，电位差计将叶片〔7〕的转角转换成一个电输出信号。空气滤清器〔10〕要装在空气流量计〔9〕的上游方向，废气回流量控制阀设置在进气管〔2〕和排气管〔3〕之间的连接通道的中间部位，这样可使得有一部分废气回流到进气侧。水温传感器〔12〕适于测量发动机〔1〕中循环的冷却水温度，并且也适于将测量到的温度转换成一个电输出信号，而曲轴转角传感器〔13〕则根据发动机〔1〕的速度情况产生一个电输出信号。处理机（CPU）〔14〕为电控发动机的核心。这就是说，这台处理机适合于根据各种输入信号进行各种各样运算，并把预定的控制输出传递给怠速控制装置〔15〕和燃油喷嘴〔16〕。

怠速控制装置〔15〕设置在节流室〔6〕中的分流通道〔5〕上，它用来控制分流经过节流阀〔4〕空气的流量。

怠速控制装置〔15〕由一个电磁驱动部分〔20〕和一个流量控制部分〔30〕构成，它是由处理机〔14〕输出的信号来控制的，而处理机则根据接收到的来自水温传感器〔12〕和曲轴转角传感器〔13〕的信号进行必要的运算，这样就能控制分流气体的流量从而保持住发动机所要求的怠速。

怠速控制装置〔15〕的电磁驱动部分〔20〕具有一个园柱状线圈〔21〕，在该线圈中放置有一个磁心〔22〕和一个与杆〔23〕相连的磁心插杆〔24〕，磁心〔22〕和插杆〔24〕两者相对的端面为截头园锥面。该电磁驱动部分是用来将加在磁心〔22〕上的电输入信号转换成一个机械式输出信号。

如图2所示，怠速控制装置〔15〕的流量控制部分有一个配备有空气通道〔31〕或待控流体通道的壳体，一个设置在该壳体中间部位的座面〔33〕，一个固定在电磁控制部分的杆〔23〕上的配量阀〔34〕，一个安装在壳体上的套筒〔35〕，一只滑动地安装在套筒〔35〕中的压差补偿阀〔36〕，一个压在补偿阀〔36〕上的弹簧〔37〕以及一个阀导座〔38〕。在这流量控制部分〔30〕中，座面〔33〕和配量阀〔34〕组成一个配量部分〔30A〕，而套筒〔35〕和补偿阀〔36〕共同组成一个真空补偿部分〔30B〕。

补偿阀〔36〕和配量阀〔34〕一起固定在杆〔23〕上，这样，由真空产生的力就作用在相反的方向上从而互相抵消。套筒〔35〕和配量阀〔36〕之间的组合则产生一个迷宫式密封的效果。

真空补偿部分〔30B〕在套筒〔35〕与补偿阀〔36〕之间形成有一个间隙〔39〕。间隙〔39〕只是用来传递压力而不允许流体从其间通过。压力差导路〔40〕将配量阀〔34〕进口处的压力传递到补偿阀〔36〕的入口端。

如图2所示，当配量阀〔34〕两侧有一压力差差产生时，则产生一个力F₁，它作用在配量阀〔34〕上，其方向沿F₁箭头所指方向。类似地，由于阀〔36〕两侧压力差的结果，产生了一个作用在补偿阀〔36〕上的力F₂。由于配量阀〔34〕有一动作行程缘故，力F₁将随着开口横截面面积的变化而逐渐变化。相反，力F₂却不会由于动作行程之故而变化，因为在本实施例情况下，其开口的横截面面积是一个常数。

很可能出现这种情况，即这样的结构安排不能平衡由于压力差所产生的力，但是实际上，弹簧〔37〕产生的初始负载作用在配量阀〔34〕及补偿阀〔36〕上，从而使得力F₁在小输入范围内与力F₁相比是相当小的。

座面〔33〕的直径D₁要选择得比补偿阀〔36〕的直径D₂大，这样，在座面〔33〕和配量阀〔34〕之间接触区域，配量阀〔34〕的承受压力面积就大于补偿阀〔36〕的承受压力面积。

如图3中曲线B₁所示，空气流量特性曲线即使在进气真空改变的情况下也一直位于该图中基准特性曲线A的上方。可以看到，要想使流量特性曲线一直处在基准特性曲线的下方，则座面〔33〕直径D₁就要选择得比补偿阀〔36〕的直径小。但是，必须注意到，如果补偿阀〔36〕的直径D₂选择得比座面〔33〕的直径D₁大的太多话，压力差产生的力F₂将变得比力F₁大。另外还有一个弹簧施加的初始载荷在起作用。因而，在这种情况下，只有施加相当大的电输入信号值时，配量阀〔34〕才开始动作，于是这就延缓了空气流量的增加。为此，补偿阀〔36〕的直径D₂相对于上述座面直径D₁的关系要谨慎地选择。

根据本发明，座面〔33〕的直径D₁和补偿阀〔36〕的直径应该这样地来选择，即，处在某一进气真空值，例如-600毫米汞柱条件下的空气流量（该真空值不同于基准值，例如-500毫米汞柱）永远处在相当于基准进气真空的特性曲线A的上方，如曲线图3中B₁所示，或者永远处在特性曲线A的下方，如图3中曲线B₂所示。

因此，在本发明的怠速控制装置中，图3中所示的关系在整个行程过程中和输入范围内一直保持着，这就使得在整个输入范围内，对应于压力差的变化，流量变化始终保持着恒定的趋势，这和现有常用的装置形成鲜明对比，在这些装置中，正如图10所示，特性曲线在某一输入值处互相交义。上述流量变化保持恒定的优点又简化了该怠速控制装置的软件结构从而实现所要求的温升特性，冷起动特性，减速控制等等。另外，与常用装置相比，该装置的软件可以大大简化，常用装置需要为流量特性曲线a和b的交点（如图10所示）的两侧准备不同的软件。简化的结果可以使剩余部份的容量应用在其他方面。

上述实施例中的怠速控制装置有一个由电磁驱动部分的杆驱动的阀，这使得进气压力的波动由于采用让进气真空产生的力作用在相反的方向上从而互相抵销这种结构而得以消除。这就是说，在一端设有一配量阀，而在另一端则设有一补偿阀，该阀是用来产生一个或大于或小于配量阀的压力差并且滑动地安装在套筒中，它们之间的间隙是预定的。由于采用这种结构，就消除了由于压力差的影响而产生的流量特性曲线A和B₁，B₂的逆转现象。即，实际的流量特性曲线总是处在基准流量特性曲线的 上方或下方，这就有效地避免了怠速中的波动现象并由此有效地避免了不利的持续性的转速周期性变化。此外，由于简化了用于怠速控制的软件，控制器的存储容量可以用在其他方面。再者，由于只采用了一只配量阀，流量匹配就简化了，该装置就能对发动机所要求的各种数值迅速作出反应。

还必须注意到，输出的空气流量是由电输入信号值来决定的，因而它永远不受输入真空的影响，这可以从图4看到。此外，由于来自真空补偿部分的气流能够减少到最低程度，因此有可能使真空补偿作用不引起任何初始逸漏的增多，并有可能把这种装置应用到怠速甚至很低的发动机上。

实施例2

图5表示了本发明另一个实施例。这个实施例区别于第一个实施例的地方就在于，本实施例所用的套筒〔50〕的内表面形状有一段是园柱形的〔50a〕，有一段是园锥形的〔50B〕，这和第一个实施例中只有一个直线园柱部分的套筒形成对比。更准确地说，当配量阀〔34〕处于关闭状态时，套筒〔50〕的园柱部分〔50a〕端面和补偿阀〔36〕的端面基本上是互相重合的。当配量阀〔34〕离开关闭位置向开啟方向运动时，套筒〔50〕和补偿阀〔36〕之间的开口的横截面面积一直到补偿阀〔36〕的端面超过园柱部分〔50a〕时才改变，而在补偿阀〔36〕的端面超过圆柱部分〔50a〕后，该横截面面积逐步增大。

当配量阀〔34〕的行程小时，配量阀〔34〕两侧的压力差是大的，因为流量小的缘故。但是，随着行程加大，除配量阀〔34〕外其他通道中压力降随之增大，结果配量阀〔34〕两侧的压力差将相应变小。还必须注意到，当流量增加时，气流冲量对于配量阀〔34〕位置的影响要大于配量阀〔34〕两侧压力差对配量阀〔34〕位置的影响。由于这两个原因，当配量阀〔34〕的行程较大时，怠速控制中的压力差补偿的要求就变得不那么迫切。

在上述实施例中，当输入小结果需要补偿压力差时，则补偿阀〔36〕和套筒〔50〕的园柱部分〔50a〕之间的间隙〔51〕要保持恒定，因为此时行程仍然是小的，结果产生一个迷宫密封作用来执行压力差补偿作用。另一方面，在不需要压力差补偿的大输入范围内，套筒〔50〕的园锥部分〔50b〕和补偿阀〔36〕之间的间隙〔51〕将随着该阀行程的加大而逐渐增加，结果空气通过间隙〔51〕的流量将逐步增大，从而产生所希望的流量增大效果。

在这个实施例中，带有一个园柱部分〔50a〕和一个园锥部分〔50b〕的套筒〔50〕是与在结构上和配量阀〔34〕做成一体的补偿阀相配合的。因此，当配量阀〔34〕离开关闭位置面向开啟方向运动时，在小输入范围内，压力差补偿的作用是由配量阀〔36〕和园柱部分〔50a〕之间形成的间隙〔51〕来完成，以便与这种补偿的要求相适应，而在不需要这种压力差补偿的输入范围内，流量是可能增大的，因为园锥部分〔50b〕和补偿阀〔36〕之间所形成的间隙〔51〕的尺寸将随着配量阀〔34〕    行程的加大而逐渐增大。为了能适应不同型式或尺寸的汽车发动机对最大流量变化的要求，可以适当地改变园锥部分〔50b〕的顶角，从而对各种各样流量特性曲线有较大的适应能力。

同样的作用也可以通过改变配量阀〔34〕和座面〔33〕相接触的表面的斜度来产生，方式是使流量在大输入范围内逐渐增大，在大输入范围内电量对于电磁驱动部分〔20〕的输入值是增大的。

实施例3

现在再讨论另一个实施例，请参阅图6，流量控制部分的配量部分〔30A〕是由单个座面〔33〕和单个配量阀〔34〕组成的。

另一方面，真空补偿部分〔30B〕是由一个套筒〔35〕和一个补偿阀所构成，补偿阀承受压力面积等于配量阀〔34〕的。真空补偿部分〔30B〕是同配量阀〔34〕作为一个整体而动作的。

真空补偿部分〔30B〕带有一个在套筒〔35〕和补偿阀〔60〕之间形成的间隙〔61〕。这个间隙只起传递压力的作用而不让气体从其间 通过。假设有一真空P作用在本实施例中配量阀的下游侧，则相同的真空P也作用在补偿阀〔60〕上。由于配量阀〔34〕的承受压力面积S₁和补偿阀〔60〕的承受压力面积是互相等同的，所以作用在配量阀〔34〕上的静压力值就等于作用在补偿阀〔60〕上的静压力值。

在本实施例的怠速控制装置中，配量阀的行程不受真空值的影响，换句话说，由配量阀〔34〕所计量的流量不受真空值影响。

实施例4

现在来说明再一个实施例。流量控制部分中的真空补偿部分的作用是传递真空同时又防止空气从其中通过。因而，在本实施例中，补偿阀〔70〕的外园表面有一如图7所示的迷宫型的结构〔71〕。由于采用这样一种结构，在迷宫结构〔71〕处就产生空气的涡流从而抵消了气流的能量，这样就达到理想的密封效果。但是，根据本发明者所进行的试验的结果，上述密封作用基本上和图6中所示实施例3的补偿阀〔60〕所产生的密封作用相同，实施例3中补偿阀〔60〕具有一平滑的外园表面。另一方面，不希望有的滑动阻力却增加了。

实施例5

现在讨论另一个经过改进以获得更高密封效果的实施例，请参阅图8，该实施例在套筒〔80〕的一个部位上设有一个环状部分〔80a〕，该环状部分〔80a〕为的是与补偿阀〔60〕形成一个紧密接触，从而防止气流从其间通过，由于采用了在真空补偿部分〔30B〕中设有密封环部分〔80a〕这种结构，其初始逸漏与图6中所示的实施例3的结构相比又进一步减少，这就有助于设计一种能在低怠速条件下运行的，省油低噪音的发动机。

实施例6

现在再讨论一个实施例，请参阅图9，在套筒〔90〕上设有一个由塑性材料例如橡膠作成的环状部分〔90a〕，此外，套筒〔90〕要相对于配量阀〔34〕和补偿阀〔60〕安装得使收缩裕量±α变成-α。由于采用这样一种结构，配量阀〔34〕能够有效地与座面〔33〕配合，而又同时保证套筒〔90〕塑性环与补偿阀〔60〕之间的紧密接触，从而达到较高的密封效果。

Claims (6)

1、一种怠速控制装置，该装置的组成部分是：

一个带有一线圈，一磁芯和一放置在该线图中的插杆的电磁驱动部分，所述电磁驱动部分适于将加在其上的一电输入信号转换成一机械或输出信号，该电输入信号是由一处理装置传到该线圈上的，该处理装置根据收到的，至少来自一水温传感器和一曲轴转角传感器的信号进行必要的运算；和

一个流量控制部分，该控制部分设置在一节流室中所形成的一分流通道中以便能旁接一个节流阀，该控制部分包括有一个构成待控流体通道的一壳体、一个设置在该通道中间部分的座面，一个第一阀，它由电磁部分的插杆通过一个杆而驱动并由此与所述座面接触或分离，一个设置在所述壳体中的套筒，一个第二阀，它通过一个杆同所述第一阀的下游侧相连接从而产生一个其作用方向与所述第一阀上所产生的真空力方向相反的真空力，由此协同所述第一阀共同消除进气压力的波动现象，所述第二阀滑动地安装在所述的套筒中。

2、根据权项1，怠速控制装置的特征在于所述第二阀的结构是这样的，即由于压力差它能产生一个不同于所述第一阀所产生的力，所述第二阀安装在所述套筒中并由此而在它们之间形成一个预定的间隙。

3、根据权项2，怠速控制装置的特征在于所述套筒的内圆表面具有一个园柱形部分，当所述第一阀开啟到一个相当于加到所述电磁驱动部分上一个小的电输入信号的位置时，所述园柱形部分在其自身与所述第二阀之间形成一恒定的间隙，并且还具有一个园锥形部分，随着所述第一阀根据加到所述电磁驱动部分上较大的输入而相应地加大其开啟程度，所述园锥形部分在其自身与所述第二阀之间形成一逐渐增大的间隙。

4、根据权项1，怠速控制装置的特征在于所述第二阀和所述套筒适于互相紧密接触以便在该装置处于非工作状态时能封住流体的通道。

5、根据权项4，怠速控制装置的特征在于所述套筒配备有一个园环以便使其和所述第二阀保持紧密接触。

6、根据权项4，怠速控制装置的特征在于所述套筒的一个部分是用塑性材料制成的，并使其能与所述第二阀保持紧密接触。

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