专利名称：机动车发动机节气门驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种对机动车发动机节气门驱动装置的改进。
背景技术：
随着汽车自动变速技术的发展，以电动机，特别是以步进电机作为驱动源控制和调节发动机节气门开启程度的报道相继出现和增多。
公开号为CN1548708A的中国专利文献公开了一种“电子节气门体”，采用的是将步进电机的转轴与节气门转轴固连为一体，通过电机转动直接带动节气门转动。虽然其不失为一种最简方式，但由步进电机的基本原理可知，作为步进电机固有特性的步距角直接反映出其控制精度。在电子节气门领域内，对节气门的控制必须满足在速度、角度、分辨度等方面的高精度要求。节气门从怠速位置到全开的角度均＜90°，通过步进电机的步距角在节气门工作的有限角度内进行1∶1的控制，限于目前电机制造业的机械技术条件，其角度的分辨度尚远不能满足高分辩的角度控制需求，尤其是对节气门的小开度控制中，会造成发动机转速的不平稳；在自动巡航控制中，巡航车速的稳定性也会随之降低。该文献中虽可以采用电子的方式来细分步进电机的步距角，以提高节气门控制的分辨度，但细分后的结果又直接降低了步进电机的转动频率和转矩，转动频率的降低，导致电机转速的降低，不符合节气门从最大开度能快速返回到怠速位置的安全性控制要求；转矩的降低，步进电机在工作中还可能出现失步的现象。而若增大步进电机的功率，一方面受车载电源条件的限制，另一方面基于步进电机随发动机工作而一直处于耗能状态，也不符合车辆节能方面的要求。
更多的与采用步进电机进行控制的相关文献中，多采用了一些能增矩和提高节气门控制分辨度的机械转换措施。如公告号为CN2591249Y的中国专利文献提出在电机转轴与节气门转轴之间采用一种螺旋传动机构来实现上述目的；CN1563690A的中国专利文献是通过采用一种齿轮机构来实现上述的目的；CN2103650U的中国专利文献则通过采用一种蜗杆蜗轮来达到其目的；CN1313461A的中国专利文献还通过一种双摇杆机构来提高节气门小开度时的高分辩控制等。这些公开文献除共同存在着结构相对复杂外，其转换机构中不可避免地均存在有机械间隙和机械磨擦，而其各自的磨擦方式又决定了各自的机械间隙和机械寿命等弱点。此外，这些不同机构的传动方式中还存在有各自不同的特殊润滑和防护要求。
US 6,363,310 B1文献中报道的一种用于机动车辆速度控制的装置及方法中，采用将拉索的操纵尾端以偏心结构方式连接于节气门，另一端连接驱动调节装置，通过电机控制器操纵驱动步进电机拖动拉索来调节节气门的开闭大小。由于在其驱动电机转轮与偏心结构之间的传动关系中，偏心结构的运动关系是一种曲线，但驱动电机转轮的运动关系是一条直线，两者运动关系不一致，从而一方面会使人工对节气门控制的可预见性变差，另一方面当节气门控制中纳入其它控制参数时，对整个控制过程不利，例如在巡航控制节气门的过程中，当节气门处在一个较小开度而保持巡航车速后，如遇到整车负荷急剧变化(如进入一个坡道)需节气门快速进入一个较大开度，根据其固有的运动曲线关系，小开度时这种结构方式会使时间延长，进入大开度后会增大巡航过程固有的车速“摇摆现象”，这些直接影响到巡航过程车速的稳定性。
发明内容
针对上述情况，本发明将提供一种改进的机动车发动机节气门驱动装置，使其不仅结构简单，而且能有效增大步进电机转矩并提高节气门控制的精度，在工作过程中无传递间隙和传递磨擦，达到寿命长和可靠性高的目的。
本发明机动车发动机节气门驱动装置的结构，采用的也是使设置于支承结构上的节气门转动轴经包括与之固连的传动轮及相应的传动软索在内的传动机构与驱动装置连接的结构形式。其中，该传动软索的两端分别固连于所说的传动轮和直接驱动轮的偏心位置处，且传动轮的有效旋转传动半径大于所说该直接驱动轮的对应旋转传动半径。其中，所说的软索，可以是一种具有柔韧度而能被卷曲或缠绕的金属或非金属的绳、带或链等结构形式。这里所说用于驱动该传动轮的这一直接驱动轮的含义，是指经相应的传动结构直接驱动该传动轮旋转的这一驱动轮，该驱动轮既可以是与步进电机等常用电机的输出轴直接连接的驱动轮，根据需要也可以是在电机等驱动机构与所说该传动轮之间的传动系统中与该传动轮作直接传动连接的另一传动轮。其中，一般以采用由步进电机等驱动机构直接驱动为佳。作为提供驱动力的该驱动机构，同样可以采用目前已广为使用的步进电机，或其它适当形式的电机等能适应和满足需要的驱动机构。
在上述的结构中，当需要操纵节气门离开怠速位置而增大开启角度时，通过如步进电机等目前常用驱动机构和该直接驱动轮拖动软索，并进而带动与节气门转动轴连接的该传动轮，使节气门向离开怠速方向的增大开启度的方向转动。由于其结构中的软索两端分别与该传动轮和其直接驱动轮固连，因此在传动过程中该两带轮之间不会出现相对磨擦或移动的现象，从而达到无间隙和无磨擦的动力传递目的。另一方面，由于该直接驱动轮的直径小于传动轮，根据机械传动的一般原理可以理解，其一方面能使节气门转动轴上的转矩得到增大，另一方面在步进电机等驱动机构转动一个步距角时，在节气门转动轴上将得到相应缩小了的角度，从而达到了对节气门增大转矩和提高控制分辩度的目的。
在上述的节气门驱动装置中，对所说的该传动轮和该直接驱动轮，分别都采用为正圆形的轮，并将所说的该传动软索沿其两轮的外周缠绕，是最简单的结构形式之一。除此以外，使所说该直接驱动轮为圆轮，而该传动轮采用为至少在一个方向上具有长于其它方向旋转传动半径的轮——例如在可供参考一个实施例中采用的是在一个方向上具有长于其它方向旋转传动半径的常用凸轮，并使所说的传动软索沿两轮的外周缠绕，是另一种同样简单的结构形式。此时，由于该传动轮具有了不等的旋转传动半径，因此应使该传动软索处于传动轮上最大旋转传动半径处的切线传动位置与节气门处于怠速状态所需的位置相适应。其目的在于当节气门位于怠速位置时，该传动轮的最小半径位置正处于被传动的状态，因此步进电机等驱动机构的一个驱动角距离能在节气门转动轴上反映出一个更高的分辩度；随着节气门向离开怠速位置方向转动至全开位置，传动轮的传动半径随之减小，传动给节气门转动轴所产生的转动角速度也相应逐渐增加。这一工作方式将更加符合对节气门的全工况控制要求。
在上述结构的基础上，为进一步满足对节气门能实现电子/人工控制之间的切换，以适应在特定条件下实际应用于车辆的特殊需求，还可以在上述的传动轮上再设置一第二控制软索，将其一端固连于该传动轮上，第二传动软索的另一端与用于控制其与传动软索间工作选择转换的切换结构连接，从而可便于根据实际需要，通过切换使节气门转而实现由如传统的加速踏板等进行人工控制调节。其基本工作过程是由人工方式操纵节气门时，该第二传动软索将处于锁止的收紧状态，从而使节气门能通过传动轮上连接的该第二传动软索进行，此时步进电机等驱动机构则处于断电状态，从而使原软索处于完全放松的自由状态，不对传动轮构成影响；当需要由步进电机等驱动机构对节气门进行自动控制时，则与之相反，第二传动软索被完全释放，不会对传动轮构成影响，原软索则处于收紧状态，以使节气门由步进电机的驱动进行控制。实现对上述两种控制方式切换的具体结构形式，可以参考例如公告号为CN2495502Y的中国专利文献等已有报道和/或使用的类似方式。
在上述的节气门驱动装置中，为使节气门能快速返回至怠速状态位，可以在上述所说的该节气门轴上设一怠速返回机构，应包括有设置在节气门的转动轴支承结构上的静挡块、能与其作限位配合而与节气门转动轴连接的动挡块，以及配合于节气门转动轴与节气门支承结构之间的弹簧式复位结构。在一个可供参考的实施例中，该弹簧式复位结构采用的是常用的扭簧结构，所说的该动挡块则设置在固连于节气门转动轴的该传动轮上的适当部位处。
以下通过由附图所示实施例的具体实施方式
，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。
图1是本发明机动车发动机节气门驱动装置的基本结构示意图。
图2是实现图1的一种结构原理的示意简图。
图3是实现图1的另一种结构原理的示意简图。
图4是在图1结构基础上能实现电子/人工切换控制的一种结构原理的示意简图。
具体实施例方式
如图1和图2所示。该机动车发动机节气门驱动装置中，以步进电机1作为驱动机构，并与节气门转动轴31的支承壳体50固连于一体。节气门转动轴31上固连一传动轮3，步进电机1的转轴上固连有一个用于直接驱动传动轮3转动的主动轮2，该主动轮2与传动轮3之间由传动软索4实现传动。传动软索4的两端分别固连于传动轮3和主动轮2的偏心位置处。传动轮3和主动轮2分别为不同半径的圆轮，且传动轮3的半径大于主动轮2的半径，传动软索4沿两轮的外周缠绕。
在节气门转动轴31上还设有一个怠速返回机构，该机构由设置在支承壳体50上的静挡块52、固连在传动轮3靠近边缘部位处而能与静挡块52作挡卡限位配合的动挡块51，以及将两端分别固定在传动轮3和节气门轴支承壳体50而配合于节气门转动轴31与支承壳体50之间的复位扭簧53。需要返回怠速时，步进电机1释放传动软索4，在扭簧53作用下，传动轮3可以迅速向怠速方向转动。当动挡块51与静挡块52相触而停止转动时，节气门32正好被限位在怠速位置。此外，在出现软索断裂、电机断电等以外情况时，扭簧53通过自身的扭力，也能将节气门32返回至怠速位置。当需要节气门32离开怠速位置时，步进电机1通过主动轮2和传动软索4，带动传动轮3及节气门32向离开怠速方向作增大开启度的转动，上述过程中，由于软索4的两端分别与主、从动轮固连，运动时不会出现带轮之间相对磨擦或移动的现象，实现了动力传递过程中无间隙和无磨擦的目的。由于主动轮2的直径小于传动轮3的直径，一方面使节气门转动轴31的转矩得到了增大，另一方面步进电机1每转动一个步距角角度，在节气门轴31上可得到一个相应缩小的角度，从而达到了对节气门增大转矩和提高控制分辩度的目的。
图3所示的，是在图1和图2基础上，将传动轮3设计成为在一个方向上具有最短旋转传动半径的扁形轮，该主动轮2仍为圆轮，传动软索4同样沿其两轮的外周缠绕，且传动软索4是处于传动轮3上该最小旋转传动半径处的切线传动位置与节气门处于怠速状态所需的位置相适应。其中的图3A表示的是节气门32在怠速位置时主动/传动轮关系的示意图当节气门位于怠速位置或其附近时，传动轮3的处于以最小半径或急剧减小的半径部分进行传动，此时对步进电机1的一个转动步距角，在节气门上能获得更高的分辩度和控制精度；图3B表示的是节气门32在接近全开位置时主动/从动轮关系的示意图随着节气门向离开怠速位置方向转动至全开位置，传动轮3的传动半径随之增大，使传动轮3在非怠速位置状态下能处于以较大传动半径的部分进行传动，因而能获得一种等比的直线对应传动关系。这一工作方式能很好地符合节气门的全工况控制要求。通过将传动轮3的结构设计成为一种能具有符合节气门特定工作要求形式的传动曲线，因而使对节气门的传动控制能克服前述相关文献的不足而具有更理想的预见性。
图4所示的，是作为电子/人工控制方式并存，能实现对节气门进行电子/人工切换两种控制的一种方案的结构原理。在上述主动轮2和传动轮3之间设置有传动软索4的基础上，在传动轮3上还连接有另一条第二传动软索6，并由该第二传动软索6的另一端与切换结构61连接，目的在于通过该切换结构61的转换，使节气门32也能通过如传统的加速踏板等进行人工控制调节。图4A是在切换机构61处于使节气门32通过由第二传动软索6带动传动轮3进行控制和调节的状态。此时的步进电机1处于断电状态，当第二传动软索6处于收紧状态下，第一传动软索4处于完全放松的自由弯曲状态，不对传动轮3构成影响。图4B是在切换机构61使节气门32由步进电机1进行控制的情形。此时该第一传动软索4处于收紧状态时，第二传动软索6则处于完全放松的自由弯曲状态，也不会对传动轮3构成影响。该节气门可应用于车辆在特定条件下的特殊要求。
通过上述的实施例可以对本发明有更清楚的理解，但不应将这些实施例理解为是对本发明主题范围的限制。在不脱离和改变本发明上述技术思想情况下，根据本领域的普通技术知识和/或惯用手段，显然还可以做出多种形式的替换或变更，并均应包括在本发明的范围之内。
权利要求
1.机动车发动机节气门驱动装置，设置于支承结构(50)上的节气门(32)转动轴(31)经包括与之固连的传动轮(3)及相应的传动软索(4)在内的传动机构与驱动装置连接，其特征是传动软索(4)的两端分别固连于所说的传动轮(3)和直接驱动轮(2)的偏心位置处，且传动轮(3)的有效旋转传动半径大于所说该直接驱动轮(2)的对应旋转传动半径。
2.如权利要求1所述的机动车发动机节气门驱动装置，其特征是所说的传动轮(3)和所说该直接驱动轮(2)分别均为圆轮，所说的传动软索(4)沿两轮的外周缠绕。
3.如权利要求1所述的机动车发动机节气门驱动装置，其特征是所说的该直接驱动轮(2)为圆轮，传动轮(3)为在一个方向上具有最短旋转传动半径的轮，所说的传动软索(4)沿两轮的外周缠绕，且传动软索(4)处于传动轮(3)上最小旋转传动半径处的切线传动位置与节气门处于怠速状态所需的位置相适应。
4.如权利要求3所述的机动车发动机节气门驱动装置，其特征是所说的传动轮(3)为凸轮。
5.如权利要求1所述的机动车发动机节气门驱动装置，其特征是所说的传动轮(3)上还固连有第二传动软索(6)的一端，第二传动软索(6)的另一端与用于控制其与传动软索(3)之间工作选择转换的切换结构(61)连接。
6.如权利要求1所述的机动车发动机节气门驱动装置，其特征是所说的节气门轴上有一个怠速返回机构，其结构包括设置在节气门的转动轴支承结构(50)上的静挡块(52)、能与其作限位配合而与节气门转动轴(31)连接的动挡块(51)及配合于节气门转动轴(31)与节气门支承结构(50)之间的弹簧式复位结构(53)。
7.如权利要求6所述的机动车发动机节气门驱动装置，其特征是所说的与节气门转动轴(31)连接的动挡块(51)设置在传动轮(3)上。
全文摘要
机动车发动机节气门驱动装置，设置于支承结构上的节气门转动轴经包括与之固连的传动轮及相应的传动软索在内的传动机构与驱动装置连接，其中该传动软索的两端分别固连于所说的传动轮和直接驱动轮的偏心位置处，且传动轮的有效旋转传动半径大于所说该直接驱动轮的对应旋转传动半径。该装置能有效增大步电机转矩并提高节气门控制的精度，且结构简单，成本低，工作过程无传递间隙和传递磨擦，寿命长，可靠性高。
文档编号F01L1/02GK1693680SQ20051002089
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月16日 优先权日2005年5月16日
发明者赵济威, 袁跃强 申请人:成都依姆特高科技有限责任公司