[發(fā)明專利]空氣閥及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780048116.0
• 申請日: 2007-11-12
• 公開（公告）號: CN101568711A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: O·巴斯卡;R·E·特德;S·艾特塞耶基;J·A·勃蘭特;N·R·戈博爾;N·C·詹斯;J·C·林德塞;J·A·比格利
• 申請（專利權(quán)）人: 華立性能產(chǎn)品公司
• 主分類號: F02D9/08
• 分類號: F02D9/08;F02D9/10;F02D9/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙蓉民

相關(guān)申請的交叉參考

本申請是于2006年11月13日遞交的申請?zhí)枮?1/559,067的 美國專利申請的部分繼續(xù)申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及控制系統(tǒng)并且更具體地涉及用于發(fā)動機的電子控 制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)包括用于火花點火發(fā)動機的技術(shù)，火花點火發(fā)動機 借助電子控制實現(xiàn)空氣管理。用于發(fā)動機應用的空氣流管理裝置過去 已經(jīng)使用有刷永磁電機和脈寬調(diào)制速度控制。由于有刷永磁電機具有 相對短的預期壽命，因此其不能保持足夠的可靠性。因此需要使用無 刷電機。

由于有刷DC電機的低預期壽命，一些原始設(shè)備(OE)公司 已經(jīng)研發(fā)了進一步包括無刷直流(BLDC)電機技術(shù)的節(jié)流閥。使用 BLDC電機技術(shù)是由于高振動/負載、大的扭矩與包裝的比、高速以及 角精度。然而，這種閥的主要應用是計量進氣系統(tǒng)的空氣流，進氣系 統(tǒng)位于自然進氣或增壓發(fā)動機應用的入口段上。因此需要在各種需長 壽命的應用中使用的魯棒無刷設(shè)計。

現(xiàn)有技術(shù)中，高水平控制一般地由發(fā)動機控制單元(ECU) 提供。從ECU到電機的命令由特定應用運行策略基于包括負載和速度 的多發(fā)動機運行參數(shù)而確定。在這些應用中需要空氣閥軸位置傳感器 以提供給ECU的反饋。

節(jié)流位置傳感器典型地使用現(xiàn)有技術(shù)的接觸刮水器。由于相 對短的預期壽命，該裝置也具有可靠性問題。因此需要具有改進的可 靠性和精度的無接觸傳感器。

此外，現(xiàn)有技術(shù)包括用于空氣閥和傳感器的復雜和繁瑣的設(shè) 計，由于大小、重量和其它考慮，這些空氣閥和傳感器很難滿足應用。 因此，需要可用在各種應用中的小型、高效封裝的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供空氣閥，該空氣閥包括空氣閥殼；置于節(jié)流軸上 的節(jié)流板；附在節(jié)流軸上的被動齒輪；經(jīng)由小齒輪與被動齒輪連接的 無刷直流電機組件；包括電路板上的數(shù)字信號處理的整體式/集成電子 閥控制器；以及電路板上的節(jié)流位置傳感器，其中節(jié)流位置傳感器包 括至少一個非接觸式傳感器。在一個優(yōu)選的實施例中，空氣閥可包括 如下特征：扭力彈簧，其中齒輪減速可通過單級齒輪組來實現(xiàn)，其中 空氣閥可管理大于大約125psi(絕對)的流體，其中被動齒輪是斜齒 輪、彈簧齒輪、錐齒輪或螺旋齒輪，其中整體式電子閥控制器能經(jīng)由 PWM和CAN信號與電機控制單元通信，其中空氣閥對于所述節(jié)流板 的全旋轉(zhuǎn)具有少于大約125ms的響應時間，其中空氣閥具有小于大約 1角度的閥位置分辨率，其中空氣閥包括進氣口和經(jīng)由進氣歧管連在發(fā) 動機上的出氣口，其中在能使得再循環(huán)廢氣流進入進氣歧管的空氣閥 之后，空氣閥的節(jié)流功能在進氣系統(tǒng)的下游區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生低壓區(qū)域，其 中通過板載控制器基于從車輛發(fā)動機控制單元接收到的命令信號來確 定節(jié)流板的位置，其中來自發(fā)動機控制單元的信號是脈寬調(diào)制或控制 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的，和/或其中所述空氣閥是蝶式空氣閥。

本發(fā)明也提供使用空氣閥的方法，其包括如下步驟，通過使 用電路板上的節(jié)流位置傳感器來感應置于節(jié)流軸上的節(jié)流板的位置， 其中該節(jié)流軸連接于被動齒輪，被動齒輪在所述空氣閥內(nèi)的空氣閥殼 內(nèi)，其中所述節(jié)流位置傳感器包括至少一個非接觸傳感器，致動與被 動齒輪相連的無刷直流電機組件；以及旋轉(zhuǎn)所述節(jié)流板。本發(fā)明也可 以包括使用扭力彈簧偏壓處于開啟位置的所述節(jié)流板，其中所述空氣 閥包括進氣口和經(jīng)由進氣歧管連接于發(fā)動機的出氣口，從而使得再循 環(huán)廢氣可以被引入所述進氣歧管內(nèi)；通過使用板載控制器基于從車輛 發(fā)動機控制單元接收到的命令信號來定位節(jié)流板；和/或使用整體式電 子閥控制器，該整體式電子閥控制器包括BLDC控制器內(nèi)的數(shù)字信號 處理。

本發(fā)明是被研發(fā)以用于位于單級或復合增壓發(fā)動機的空氣閥， 其中所述單級或復合增壓發(fā)動機在進氣系統(tǒng)的高壓段。這種空氣閥的 執(zhí)行器是無刷直流伺服電機。空氣閥設(shè)計包括能經(jīng)受單級或復合增壓 發(fā)動機中所遇高壓的高壓軸封。該裝置的主要應用是重負載壓縮點火 發(fā)動機，不過該裝置也具有在新發(fā)動機技術(shù)中的潛在應用，諸如在無 節(jié)流火花點火發(fā)動機或均質(zhì)充量壓縮點火發(fā)動機中。