[发明专利]空气阀及其使用方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是于2006年11月13日递交的申请号为11/559,067的 美国专利申请的部分继续申请。

技术领域

本公开涉及控制系统并且更具体地涉及用于发动机的电子控 制系统。

背景技术

现有技术包括用于火花点火发动机的技术，火花点火发动机 借助电子控制实现空气管理。用于发动机应用的空气流管理装置过去 已经使用有刷永磁电机和脉宽调制速度控制。由于有刷永磁电机具有 相对短的预期寿命，因此其不能保持足够的可靠性。因此需要使用无 刷电机。

由于有刷DC电机的低预期寿命，一些原始设备(OE)公司 已经研发了进一步包括无刷直流(BLDC)电机技术的节流阀。使用 BLDC电机技术是由于高振动/负载、大的扭矩与包装的比、高速以及 角精度。然而，这种阀的主要应用是计量进气系统的空气流，进气系 统位于自然进气或增压发动机应用的入口段上。因此需要在各种需长 寿命的应用中使用的鲁棒无刷设计。

现有技术中，高水平控制一般地由发动机控制单元(ECU) 提供。从ECU到电机的命令由特定应用运行策略基于包括负载和速度 的多发动机运行参数而确定。在这些应用中需要空气阀轴位置传感器 以提供给ECU的反馈。

节流位置传感器典型地使用现有技术的接触刮水器。由于相 对短的预期寿命，该装置也具有可靠性问题。因此需要具有改进的可 靠性和精度的无接触传感器。

此外，现有技术包括用于空气阀和传感器的复杂和繁琐的设 计，由于大小、重量和其它考虑，这些空气阀和传感器很难满足应用。 因此，需要可用在各种应用中的小型、高效封装的设计。

发明内容

本发明提供空气阀，该空气阀包括空气阀壳；置于节流轴上 的节流板；附在节流轴上的被动齿轮；经由小齿轮与被动齿轮连接的 无刷直流电机组件；包括电路板上的数字信号处理的整体式/集成电子 阀控制器；以及电路板上的节流位置传感器，其中节流位置传感器包 括至少一个非接触式传感器。在一个优选的实施例中，空气阀可包括 如下特征：扭力弹簧，其中齿轮减速可通过单级齿轮组来实现，其中 空气阀可管理大于大约125psi(绝对)的流体，其中被动齿轮是斜齿 轮、弹簧齿轮、锥齿轮或螺旋齿轮，其中整体式电子阀控制器能经由 PWM和CAN信号与电机控制单元通信，其中空气阀对于所述节流板 的全旋转具有少于大约125ms的响应时间，其中空气阀具有小于大约 1角度的阀位置分辨率，其中空气阀包括进气口和经由进气歧管连在发 动机上的出气口，其中在能使得再循环废气流进入进气歧管的空气阀 之后，空气阀的节流功能在进气系统的下游区段内产生低压区域，其 中通过板载控制器基于从车辆发动机控制单元接收到的命令信号来确 定节流板的位置，其中来自发动机控制单元的信号是脉宽调制或控制 区域网络协议的，和/或其中所述空气阀是蝶式空气阀。

本发明也提供使用空气阀的方法，其包括如下步骤，通过使 用电路板上的节流位置传感器来感应置于节流轴上的节流板的位置， 其中该节流轴连接于被动齿轮，被动齿轮在所述空气阀内的空气阀壳 内，其中所述节流位置传感器包括至少一个非接触传感器，致动与被 动齿轮相连的无刷直流电机组件；以及旋转所述节流板。本发明也可 以包括使用扭力弹簧偏压处于开启位置的所述节流板，其中所述空气 阀包括进气口和经由进气歧管连接于发动机的出气口，从而使得再循 环废气可以被引入所述进气歧管内；通过使用板载控制器基于从车辆 发动机控制单元接收到的命令信号来定位节流板；和/或使用整体式电 子阀控制器，该整体式电子阀控制器包括BLDC控制器内的数字信号 处理。

本发明是被研发以用于位于单级或复合增压发动机的空气阀， 其中所述单级或复合增压发动机在进气系统的高压段。这种空气阀的 执行器是无刷直流伺服电机。空气阀设计包括能经受单级或复合增压 发动机中所遇高压的高压轴封。该装置的主要应用是重负载压缩点火 发动机，不过该装置也具有在新发动机技术中的潜在应用，诸如在无 节流火花点火发动机或均质充量压缩点火发动机中。