技术领域
[0001] 本
发明涉及
发动机控制技术领域，特别是一种带气动增压功能的无刷电机节气门。
背景技术
[0002] 随着国家对
汽车尾气排放要求越来越高，汽车行业对尾气后处理系统也越来越严格。商用车，特别是重型商用车的B10寿命高达150万公里，普通有刷直流电机的节气门无法满足该要求。更长寿命节气门开发显得尤为必要。对于增压柴油机来说，在某些工况下，因
涡轮增压器的
迟滞，会有车辆
加速缓慢、油耗增加甚至可能导致潜在安全隐患等问题。
[0003] 在国Ⅴ排放阶段，废气再循环（EGR）系统＋颗粒捕捉器（DPF）技术路线下，当发动机执行DPF再生程序时，通过控制
电子节气门，来控制进气量的大小（控制
空燃比），并配合额外喷射的燃油（后喷射和次后喷射），从而达到提高DPF再生
温度的目的。在电控高压共轨
燃油喷射系统＋
选择性催化还原（SCR）技术路线下，对于某些工况来说，车辆经常处于低速、低负荷工况下，排气温度低，造成氮
氧化物（NOX）排放严重超标，可通过调节电子节气门来控制进气量的大小，并配合额外喷射燃油，能够有效提高排气温度，提高SCR系统工作效率。
[0004] 但在国Ⅵ排放阶段，节气门使用更加频繁，对使用寿命的要求也越来越高。因车辆因增压器迟滞，可能会导致加速减慢、燃油消耗增加、动态响应变差及其他潜在的安全隐患，其他潜在的安全隐患包括车辆动态性能隐患。
[0005] 此外，现有的电机节气门通常采用
齿轮系进行
阀板的控制，齿轮系将
力矩进行放大，当齿轮间发生磨损时将会影响整个装置的正常运作，并且需要齿轮间有较高的配装
精度，无疑增加了工作人员的制作强度。
发明内容
[0006] 本发明需要解决的技术问题是提供了一种带气动增压功能的无刷电机节气门，以解决车辆因增压器迟滞，会导致加速减慢、燃油消耗增加、动态响应变差及其他潜在的安全隐患的问题，以及现有的电机节气门通常采用齿轮系进行阀板的控制时，需要齿轮间有较高的配装精度，增加了工作人员的劳动强度的问题，以使得电机节气门具有增压功能、响应迅速、精度高、使用寿命长等特点，以使得电机节气门无需齿轮系放大力矩即可满足各种工况需求，以降低工作人员的制作强度。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0008] 一种带气动增压功能的无刷电机节气门，包括内部设置有气道的
阀座以及盖设在阀座顶端的总成盖罩；所述阀座的顶端面开设有凹槽，阀座的凹槽与总成盖罩之间形成安装腔体，气道的出气口与发动机进气管相连接；所述阀座的内部设置有用于对控制气道开度的阀板以及与阀板相连接且两端分别转动设置在阀座内的
转轴；所述安装腔体内设置有用于驱动转轴转动进而带动阀板转动以实现对气道封堵控制的无刷电机以及用于接收装置运作信息并对控制装置运作的PCB板，无刷电机的
输出轴端与转轴之间通过用于消除无刷电机和转轴之间不同轴时无法良好运行问题以及避免无刷电机和转轴之间刚性连接的过渡机构进行连接；所述阀座内还设置有一端与气道相连通且一端与车辆储气罐相连通用于向气道内注入压缩气体以提高气道内压力进而避免
涡轮增压器迟滞的增压系统以及用于检测气道内压力状况的压力检测机构，压力检测机构的输出端连接于PCB板的输入端，无刷电机和增压系统的受控端分别连接于PCB板的输出端，PCB板与车载ECU之间进行通讯交互。
[0009] 进一步优化技术方案，所述过渡机构包括与无刷电机的输出轴端相固定的驱动
块A、与转轴顶端相固定的驱动块B以及分别与驱动块A和驱动块B间隙配合的过渡块。
[0010] 进一步优化技术方案，所述转轴的下部通过无油
轴承与通孔过盈配装，转轴的上部通过
滚针轴承通孔过盈配装。
[0011] 进一步优化技术方案，所述滚针轴承与转轴之间还设置有
定位套设在转轴上的滚针轴承内套。
[0012] 进一步优化技术方案，所述滚针轴承的
外圈与驱动块B之间连接设置有用于在无刷电机未转动下使得转轴和阀板复位的复位
扭簧。
[0013] 进一步优化技术方案，所述无刷电机与阀座的凹槽之间通过O形
密封圈进行密封。
[0014] 进一步优化技术方案，位于转轴正下方的阀座通过堵盖进行封堵。
[0015] 进一步优化技术方案，所述增压系统包括设置在阀座内部的
电磁阀箱体以及通过
支架固定设置在电磁阀箱体中的电磁阀，电磁阀的前端与车辆储气罐相连通，电磁阀的后端通过出气管与阀座内的气道相连通；所述电磁阀箱体的左端通过盖板与阀座密封。
[0016] 进一步优化技术方案，所述压力检测机构包括设置在气道内用于检测气道内压力状况的压力
传感器，
压力传感器的输出端连接于PCB板的输入端；所述压力传感器包括在阀板将气道封堵时位于阀板两侧的前压力传感器和后压力传感器。
[0017] 进一步优化技术方案，所述阀座上设置有CAN总线
接口，PCB板与车载ECU之间通过连接设置在CAN总线接口上的CAN总线进行通讯交互。
[0018] 由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
[0019] 本发明结构简单、动作灵敏，具有气动增压功能、响应迅速、精度高、使用寿命长的特点，能够有效地对发动机进气管压力进行节流降压的同时，还能够提高发动机动力性能、节省燃油和降低尾气排放，设置的无刷电机具有较高
扭矩，无需齿轮系放大力矩即可满足各种工况需求，只需通过无刷电机输出轴通过过渡机构与转轴进行连接，即可通过无刷电机将扭转力传输给转轴底端的阀片，完全满足国Ⅵ排放柴油机对节气门的使用要求。
[0020] 本发明通过在节气门上集成设置有增压系统，无需改装发动机就能避免涡轮增压器迟滞，能够提高发动机瞬态性能，节省燃油，降低尾气排放。
[0021] 本发明过渡机构中驱动块A、驱动块B以及过渡块的特殊结构可以消除无刷电机中
心轴与转轴之间因为尺寸误差以及装配误差而出现的不同心问题，最大程度释放了X、Y、Z三个方向，避免刚性连接，保证了节气门的良好运行。
[0022] 本发明增压系统中设置的电磁阀能够在PCB板的控制下进行通断，进而能够控制气道内的压力，能够使得本装置避免涡轮增压器迟滞以及迟滞造成的影响，还能够使得本装置实现节流降压的目的。
附图说明
[0023] 图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的爆炸图；
图3为本发明的电器结构原理图；
图4为本发明的增压系统中压缩空气流向图；
图5为本发明的增压系统结构示意图；
图6为本发明的增压系统未启动
时空气流向图；
图7为本发明的增压系统启动时空气流向图。
[0024] 其中：1、总成盖罩，2、无刷电机，3、驱动块A，4、O形密封圈，5、过渡块，6、复位扭簧，7、滚针轴承内套，8、密封圈，9、阀座，10、转轴，11、阀板，12、无油轴承，13、堵盖，14、CAN总线接口，15、进气接头，151、压缩空气进气口，16、支架，17、电磁阀，18、盖板，19、出气管，191、压缩空气出气口，20、电磁阀箱体，21、PCB板，22、压力传感器，221、前压力传感器，222、后压力传感器，23、滚针轴承，24、驱动块B。
具体实施方式
[0025] 下面将结合具体具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
[0026] 一种带气动增压功能的无刷电机节气门，结合图1至图7所示，包括阀座9、总成盖罩1、阀板11、转轴10、无刷电机2、PCB板21、过渡机构、增压系统和压力检测机构。
[0027] 阀座9的内部设置有气道。总成盖罩1盖设在阀座9顶端，总成盖罩1用于对装置总成进行密封。阀座9的顶端面开设有凹槽，阀座9的凹槽与总成盖罩1之间形成安装腔体，气道的出气口与发动机进气管相连接，阀座9的气道设置有进气口。
[0028] 阀板11以及转轴10设置在阀座9的内部。阀板11设置在气道内，用于对控制气道开度。转轴10与阀板11相连接，且转轴10的两端分别转动设置在阀座9内。本发明中转轴10的
侧壁上开设有安装孔，阀板11穿过安装孔并通过螺钉进行配装定位。阀座9上贯穿开设有通孔，通孔用于使得转轴10穿过，转轴10的顶端伸出通孔，位于转轴10正下方的阀座9上的通孔通过堵盖13进行封堵。
[0029] 转轴10的下部通过无油轴承12与通孔过盈配装，转轴10的上部通过滚针轴承23通孔过盈配装。
[0030] 滚针轴承23与转轴10之间还设置有滚针轴承内套7，滚针轴承内套7定位套设在转轴10上，滚针轴承内套7配装在滚针轴承23内部，滚针轴承内套7的设置使得滚针轴承23与转轴10之间的连接更为紧密。
[0031] 滚针轴承23的下方设有装在转轴10上的密封圈8，密封圈8的设置起到了防止气道内气体
泄漏的作用。
[0032] 无刷电机2设置在安装腔体内，用于驱动转轴10转动，进而带动阀板11转动，以实现对气道封堵控制。无刷电机2的受控端连接于PCB板21的输出端。
[0033] 无刷电机2与阀座9的凹槽之间通过O形密封圈4进行密封，能够防止阀座9气道内的气体泄漏，起到了很好地密封作用。
[0034] 无刷电机2的输出轴端与转轴10之间通过过渡机构进行连接。过渡机构用于消除无刷电机2和转轴10之间不同轴时无法良好运行问题，且能够避免无刷电机2和转轴10之间刚性连接。
[0035] 过渡机构包括驱动块A3、驱动块B24以及过渡块5。驱动块A3与无刷电机2的输出轴端相固定。驱动块B24与转轴10顶端相固定。过渡块5分别与驱动块A3和驱动块B24间隙配合。
[0036] 驱动块A3、驱动块B24以及过渡块5的特殊结构可以消除无刷电机2中心轴与转轴10之间因为尺寸误差以及装配误差而出现的不同心问题，最大程度释放了X、Y、Z三个方向，避免刚性连接，保证了节气门的良好运行。
[0037] 驱动块B24上设置有沟槽。滚针轴承23的外圈与驱动块B24之间连接设置有复位扭簧6，复位扭簧6用于在无刷电机2未转动下使得转轴10和阀板11复位。复位扭簧6的顶端连接设置在驱动块B24的沟槽内，复位扭簧6的底端与滚针轴承23的外圈相固定，预旋转固定在阀座的通孔内。
[0038] 增压系统设置在阀座9内，增压系统的一端与气道相连通，且一端与车辆储气罐相连通，用于向气道内注入压缩气体，以提高气道内压力进而避免涡轮增压器迟滞。增压系统的受控端连接于PCB板21的输出端。
[0039] 增压系统包括电磁阀箱体20、支架16、电磁阀17、进气接头15、出气管19和盖板18。电磁阀箱体20设置在阀座9内部，阀座9内部的下方预留有电磁阀箱体安装腔，电磁阀箱体
20设置在电磁阀箱体安装腔内。电磁阀17通过支架16固定设置在电磁阀箱体20中，电磁阀
17的前端通过进气接头15与车辆储气罐相连通，电磁阀17的后端通过另一进气接头与出气管19相连通，出气管19与阀座9内的气道相连通。与车辆储气罐相连通的进气接头15一端设置为压缩空气进气口151，出气管19与气道相连通的一端设置为压缩空气出气口191。
[0040] 本发明中的电磁阀17采用两位三通阀。电磁阀箱体20的左端通过盖板18与阀座9密封，电磁阀箱体20与盖板18之间通过螺钉进行定位。
[0041] 压力检测机构设置在阀座9内，压力检测机构用于检测气道内压力状况，压力检测机构的输出端连接于PCB板21的输入端。气道设置有两个，分别为上方的进气
歧管和下方的
进气歧管，下方的进气歧管与出气管19相连通。压力检测机构包括压力传感器22，压力传感器22设置在气道内，具体设置在上方的进气歧管内，用于检测气道内压力状况，压力传感器22的输出端连接于PCB板21的输入端。压力传感器22共设置有两个，压力传感器22包括前压力传感器和后压力传感器，前压力传感器221和后压力传感器222在阀板11将气道封堵时位于阀板11两侧。当增压系统关闭时，前压力传感器221和后压力传感器222位于阀板11的同一侧，结合图6所示，图中箭头的方向即为增压系统关闭时空气的流动方向。当增压系统工作时，即无刷电机2带动旋转转轴10，关闭阀板11，此时前压力传感器221和后压力传感器
222在阀板11将气道封堵时位于阀板11两侧，后压力传感器222能够检测到气道内的压力状况，结合图7所示，图中箭头的方向即为增压系统工作时空气的流动方向。
[0042] PCB板21设置在安装腔体内，用于接收装置运作信息，并对控制装置运作。PCB板21与车载ECU之间进行通讯交互。
[0043] 阀座9上设置有CAN总线接口14，PCB板21与车载ECU之间通过连接设置在CAN总线接口14上的CAN总线进行通讯交互。
[0044] 本发明的具体装配过程如下。
[0045] 第一步，无刷电机2调整好
角度放在专用工装上，将驱动块A3
激光焊接在无刷电机2的输出轴上。
[0046] 第二步，将密封圈8装入阀座9的通孔内，转轴10装好轴用挡圈后，从阀座9下端的通孔插入，再将无油轴承12压入阀座9的通孔内进行固定，防止转轴10上下窜动。
[0047] 第三步，然后依次装入滚针轴承内套7、滚针轴承23、扭簧和驱动块B24，用
激光焊接将驱动块B24焊接在转轴10的顶端，在驱动块B24上放入过渡块5，将与驱动块A3焊接好的无刷电机2装配在阀座9上。
[0048] 第四步，在节气门主体完成后，将压力传感器22、PCB板21装入阀座9。
[0049] 第五步，通过
螺栓将电磁阀箱体20固定在阀座9上，再将电磁阀17用支架16和进气接头15固定后，将电磁阀17整体用螺钉
锁入电磁阀箱体20上，用出气管19将进气接头15和阀座9的气道进气口进行相连接，通过螺钉将盖板18装配在电磁阀箱体20上，最后将总成盖罩1通过螺钉装配到阀座9上。
[0050] 本发明在实际进行使用时，在节气门执行发动机ECU命令后，关闭阀板11，通过设置加装的电磁阀17将车辆储气罐的高压气体引入节气门内的气道中，对发动机进气管进行增压。待涡轮增压器迟滞现象消除、节气门前后压力稳定后，电磁阀17关闭，增压系统停止加压，在大扭矩的无刷电机2带动下，通过无刷电机2带动旋转转轴10，打开阀板11，根据发动机工况需求再进行节流降压。
[0051] 在车辆启动、加速、换挡或超车时，本发明将获得的
油门、
发动机转速等
信号，通过CAN总线传输给车载ECU。车载ECU通过获得信号对目标压力、进气歧管压力以及涡轮增压器的压力进行计算，向本发明内部PCB板21发送关闭阀板11和打开电磁阀17指令，关闭阀板11是为了防止空气倒流入涡轮增压器；无刷电机2因其快速响应特性，能够在极短时间内关闭阀板11。车辆储气罐内的压缩气体通过电磁阀17、出气管19、进入到
阀体9的气道进气口内，将压缩空气注入进气歧管，以此提高进气歧管压力。车载ECU控制燃油喷射量增加，燃油和压缩空气充分混合进入
气缸进行燃烧，在减少有害物质排放、降低燃油消耗率的同时，加快了废气排出速度，加速涡轮增压器，避免了涡轮增压器迟滞以及迟滞造成的影响。
[0052] 压力传感器22通过实时监控阀板11前、后压力（即进气歧管内的压力），将检测信号反馈给车载ECU；当涡轮增压器达到设定工况时，车载ECU通过向PCB板21发送指令，关闭电磁阀17，停止向进气歧管内注入压缩空气，同时打开阀板11，进行正常的节流降压。
