專利名稱：機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種對機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置的改進。
背景技術(shù)：
隨著汽車自動變速技術(shù)的發(fā)展，以電動機，特別是以步進電機作為驅(qū)動源控制和調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開啟程度的報道相繼出現(xiàn)和增多。
公開號為CN1548708A的中國專利文獻公開了一種“電子節(jié)氣門體”，采用的是將步進電機的轉(zhuǎn)軸與節(jié)氣門轉(zhuǎn)軸固連為一體，通過電機轉(zhuǎn)動直接帶動節(jié)氣門轉(zhuǎn)動。雖然其不失為一種最簡方式，但由步進電機的基本原理可知，作為步進電機固有特性的步距角直接反映出其控制精度。在電子節(jié)氣門領(lǐng)域內(nèi)，對節(jié)氣門的控制必須滿足在速度、角度、分辨度等方面的高精度要求。節(jié)氣門從怠速位置到全開的角度均＜90°，通過步進電機的步距角在節(jié)氣門工作的有限角度內(nèi)進行1∶1的控制，限于目前電機制造業(yè)的機械技術(shù)條件，其角度的分辨度尚遠不能滿足高分辯的角度控制需求，尤其是對節(jié)氣門的小開度控制中，會造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速的不平穩(wěn)；在自動巡航控制中，巡航車速的穩(wěn)定性也會隨之降低。該文獻中雖可以采用電子的方式來細分步進電機的步距角，以提高節(jié)氣門控制的分辨度，但細分后的結(jié)果又直接降低了步進電機的轉(zhuǎn)動頻率和轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動頻率的降低，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速的降低，不符合節(jié)氣門從最大開度能快速返回到怠速位置的安全性控制要求；轉(zhuǎn)矩的降低，步進電機在工作中還可能出現(xiàn)失步的現(xiàn)象。而若增大步進電機的功率，一方面受車載電源條件的限制，另一方面基于步進電機隨發(fā)動機工作而一直處于耗能狀態(tài)，也不符合車輛節(jié)能方面的要求。
更多的與采用步進電機進行控制的相關(guān)文獻中，多采用了一些能增矩和提高節(jié)氣門控制分辨度的機械轉(zhuǎn)換措施。如公告號為CN2591249Y的中國專利文獻提出在電機轉(zhuǎn)軸與節(jié)氣門轉(zhuǎn)軸之間采用一種螺旋傳動機構(gòu)來實現(xiàn)上述目的；CN1563690A的中國專利文獻是通過采用一種齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)上述的目的；CN2103650U的中國專利文獻則通過采用一種蝸桿蝸輪來達到其目的；CN1313461A的中國專利文獻還通過一種雙搖桿機構(gòu)來提高節(jié)氣門小開度時的高分辯控制等。這些公開文獻除共同存在著結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜外，其轉(zhuǎn)換機構(gòu)中不可避免地均存在有機械間隙和機械磨擦，而其各自的磨擦方式又決定了各自的機械間隙和機械壽命等弱點。此外，這些不同機構(gòu)的傳動方式中還存在有各自不同的特殊潤滑和防護要求。
US 6,363,310 B1文獻中報道的一種用于機動車輛速度控制的裝置及方法中，采用將拉索的操縱尾端以偏心結(jié)構(gòu)方式連接于節(jié)氣門，另一端連接驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置，通過電機控制器操縱驅(qū)動步進電機拖動拉索來調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開閉大小。由于在其驅(qū)動電機轉(zhuǎn)輪與偏心結(jié)構(gòu)之間的傳動關(guān)系中，偏心結(jié)構(gòu)的運動關(guān)系是一種曲線，但驅(qū)動電機轉(zhuǎn)輪的運動關(guān)系是一條直線，兩者運動關(guān)系不一致，從而一方面會使人工對節(jié)氣門控制的可預(yù)見性變差，另一方面當節(jié)氣門控制中納入其它控制參數(shù)時，對整個控制過程不利，例如在巡航控制節(jié)氣門的過程中，當節(jié)氣門處在一個較小開度而保持巡航車速后，如遇到整車負荷急劇變化(如進入一個坡道)需節(jié)氣門快速進入一個較大開度，根據(jù)其固有的運動曲線關(guān)系，小開度時這種結(jié)構(gòu)方式會使時間延長，進入大開度后會增大巡航過程固有的車速“搖擺現(xiàn)象”，這些直接影響到巡航過程車速的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本發(fā)明將提供一種改進的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，使其不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且能有效增大步進電機轉(zhuǎn)矩并提高節(jié)氣門控制的精度，在工作過程中無傳遞間隙和傳遞磨擦，達到壽命長和可靠性高的目的。
本發(fā)明機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)，采用的也是使設(shè)置于支承結(jié)構(gòu)上的節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸經(jīng)包括與之固連的傳動輪及相應(yīng)的傳動軟索在內(nèi)的傳動機構(gòu)與驅(qū)動裝置連接的結(jié)構(gòu)形式。其中，該傳動軟索的兩端分別固連于所說的傳動輪和直接驅(qū)動輪的偏心位置處，且傳動輪的有效旋轉(zhuǎn)傳動半徑大于所說該直接驅(qū)動輪的對應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳動半徑。其中，所說的軟索，可以是一種具有柔韌度而能被卷曲或纏繞的金屬或非金屬的繩、帶或鏈等結(jié)構(gòu)形式。這里所說用于驅(qū)動該傳動輪的這一直接驅(qū)動輪的含義，是指經(jīng)相應(yīng)的傳動結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動該傳動輪旋轉(zhuǎn)的這一驅(qū)動輪，該驅(qū)動輪既可以是與步進電機等常用電機的輸出軸直接連接的驅(qū)動輪，根據(jù)需要也可以是在電機等驅(qū)動機構(gòu)與所說該傳動輪之間的傳動系統(tǒng)中與該傳動輪作直接傳動連接的另一傳動輪。其中，一般以采用由步進電機等驅(qū)動機構(gòu)直接驅(qū)動為佳。作為提供驅(qū)動力的該驅(qū)動機構(gòu)，同樣可以采用目前已廣為使用的步進電機，或其它適當形式的電機等能適應(yīng)和滿足需要的驅(qū)動機構(gòu)。
在上述的結(jié)構(gòu)中，當需要操縱節(jié)氣門離開怠速位置而增大開啟角度時，通過如步進電機等目前常用驅(qū)動機構(gòu)和該直接驅(qū)動輪拖動軟索，并進而帶動與節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸連接的該傳動輪，使節(jié)氣門向離開怠速方向的增大開啟度的方向轉(zhuǎn)動。由于其結(jié)構(gòu)中的軟索兩端分別與該傳動輪和其直接驅(qū)動輪固連，因此在傳動過程中該兩帶輪之間不會出現(xiàn)相對磨擦或移動的現(xiàn)象，從而達到無間隙和無磨擦的動力傳遞目的。另一方面，由于該直接驅(qū)動輪的直徑小于傳動輪，根據(jù)機械傳動的一般原理可以理解，其一方面能使節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)矩得到增大，另一方面在步進電機等驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動一個步距角時，在節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸上將得到相應(yīng)縮小了的角度，從而達到了對節(jié)氣門增大轉(zhuǎn)矩和提高控制分辯度的目的。
在上述的節(jié)氣門驅(qū)動裝置中，對所說的該傳動輪和該直接驅(qū)動輪，分別都采用為正圓形的輪，并將所說的該傳動軟索沿其兩輪的外周纏繞，是最簡單的結(jié)構(gòu)形式之一。除此以外，使所說該直接驅(qū)動輪為圓輪，而該傳動輪采用為至少在一個方向上具有長于其它方向旋轉(zhuǎn)傳動半徑的輪——例如在可供參考一個實施例中采用的是在一個方向上具有長于其它方向旋轉(zhuǎn)傳動半徑的常用凸輪，并使所說的傳動軟索沿兩輪的外周纏繞，是另一種同樣簡單的結(jié)構(gòu)形式。此時，由于該傳動輪具有了不等的旋轉(zhuǎn)傳動半徑，因此應(yīng)使該傳動軟索處于傳動輪上最大旋轉(zhuǎn)傳動半徑處的切線傳動位置與節(jié)氣門處于怠速狀態(tài)所需的位置相適應(yīng)。其目的在于當節(jié)氣門位于怠速位置時，該傳動輪的最小半徑位置正處于被傳動的狀態(tài)，因此步進電機等驅(qū)動機構(gòu)的一個驅(qū)動角距離能在節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸上反映出一個更高的分辯度；隨著節(jié)氣門向離開怠速位置方向轉(zhuǎn)動至全開位置，傳動輪的傳動半徑隨之減小，傳動給節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動角速度也相應(yīng)逐漸增加。這一工作方式將更加符合對節(jié)氣門的全工況控制要求。
在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為進一步滿足對節(jié)氣門能實現(xiàn)電子/人工控制之間的切換，以適應(yīng)在特定條件下實際應(yīng)用于車輛的特殊需求，還可以在上述的傳動輪上再設(shè)置一第二控制軟索，將其一端固連于該傳動輪上，第二傳動軟索的另一端與用于控制其與傳動軟索間工作選擇轉(zhuǎn)換的切換結(jié)構(gòu)連接，從而可便于根據(jù)實際需要，通過切換使節(jié)氣門轉(zhuǎn)而實現(xiàn)由如傳統(tǒng)的加速踏板等進行人工控制調(diào)節(jié)。其基本工作過程是由人工方式操縱節(jié)氣門時，該第二傳動軟索將處于鎖止的收緊狀態(tài)，從而使節(jié)氣門能通過傳動輪上連接的該第二傳動軟索進行，此時步進電機等驅(qū)動機構(gòu)則處于斷電狀態(tài)，從而使原軟索處于完全放松的自由狀態(tài)，不對傳動輪構(gòu)成影響；當需要由步進電機等驅(qū)動機構(gòu)對節(jié)氣門進行自動控制時，則與之相反，第二傳動軟索被完全釋放，不會對傳動輪構(gòu)成影響，原軟索則處于收緊狀態(tài)，以使節(jié)氣門由步進電機的驅(qū)動進行控制。實現(xiàn)對上述兩種控制方式切換的具體結(jié)構(gòu)形式，可以參考例如公告號為CN2495502Y的中國專利文獻等已有報道和/或使用的類似方式。
在上述的節(jié)氣門驅(qū)動裝置中，為使節(jié)氣門能快速返回至怠速狀態(tài)位，可以在上述所說的該節(jié)氣門軸上設(shè)一怠速返回機構(gòu)，應(yīng)包括有設(shè)置在節(jié)氣門的轉(zhuǎn)動軸支承結(jié)構(gòu)上的靜擋塊、能與其作限位配合而與節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸連接的動擋塊，以及配合于節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸與節(jié)氣門支承結(jié)構(gòu)之間的彈簧式復(fù)位結(jié)構(gòu)。在一個可供參考的實施例中，該彈簧式復(fù)位結(jié)構(gòu)采用的是常用的扭簧結(jié)構(gòu)，所說的該動擋塊則設(shè)置在固連于節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸的該傳動輪上的適當部位處。
以下通過由附圖所示實施例的具體實施方式
，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明。


圖1是本發(fā)明機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是實現(xiàn)圖1的一種結(jié)構(gòu)原理的示意簡圖。
圖3是實現(xiàn)圖1的另一種結(jié)構(gòu)原理的示意簡圖。
圖4是在圖1結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上能實現(xiàn)電子/人工切換控制的一種結(jié)構(gòu)原理的示意簡圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示。該機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置中，以步進電機1作為驅(qū)動機構(gòu)，并與節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸31的支承殼體50固連于一體。節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸31上固連一傳動輪3，步進電機1的轉(zhuǎn)軸上固連有一個用于直接驅(qū)動傳動輪3轉(zhuǎn)動的主動輪2，該主動輪2與傳動輪3之間由傳動軟索4實現(xiàn)傳動。傳動軟索4的兩端分別固連于傳動輪3和主動輪2的偏心位置處。傳動輪3和主動輪2分別為不同半徑的圓輪，且傳動輪3的半徑大于主動輪2的半徑，傳動軟索4沿兩輪的外周纏繞。
在節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸31上還設(shè)有一個怠速返回機構(gòu)，該機構(gòu)由設(shè)置在支承殼體50上的靜擋塊52、固連在傳動輪3靠近邊緣部位處而能與靜擋塊52作擋卡限位配合的動擋塊51，以及將兩端分別固定在傳動輪3和節(jié)氣門軸支承殼體50而配合于節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸31與支承殼體50之間的復(fù)位扭簧53。需要返回怠速時，步進電機1釋放傳動軟索4，在扭簧53作用下，傳動輪3可以迅速向怠速方向轉(zhuǎn)動。當動擋塊51與靜擋塊52相觸而停止轉(zhuǎn)動時，節(jié)氣門32正好被限位在怠速位置。此外，在出現(xiàn)軟索斷裂、電機斷電等以外情況時，扭簧53通過自身的扭力，也能將節(jié)氣門32返回至怠速位置。當需要節(jié)氣門32離開怠速位置時，步進電機1通過主動輪2和傳動軟索4，帶動傳動輪3及節(jié)氣門32向離開怠速方向作增大開啟度的轉(zhuǎn)動，上述過程中，由于軟索4的兩端分別與主、從動輪固連，運動時不會出現(xiàn)帶輪之間相對磨擦或移動的現(xiàn)象，實現(xiàn)了動力傳遞過程中無間隙和無磨擦的目的。由于主動輪2的直徑小于傳動輪3的直徑，一方面使節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸31的轉(zhuǎn)矩得到了增大，另一方面步進電機1每轉(zhuǎn)動一個步距角角度，在節(jié)氣門軸31上可得到一個相應(yīng)縮小的角度，從而達到了對節(jié)氣門增大轉(zhuǎn)矩和提高控制分辯度的目的。
圖3所示的，是在圖1和圖2基礎(chǔ)上，將傳動輪3設(shè)計成為在一個方向上具有最短旋轉(zhuǎn)傳動半徑的扁形輪，該主動輪2仍為圓輪，傳動軟索4同樣沿其兩輪的外周纏繞，且傳動軟索4是處于傳動輪3上該最小旋轉(zhuǎn)傳動半徑處的切線傳動位置與節(jié)氣門處于怠速狀態(tài)所需的位置相適應(yīng)。其中的圖3A表示的是節(jié)氣門32在怠速位置時主動/傳動輪關(guān)系的示意圖當節(jié)氣門位于怠速位置或其附近時，傳動輪3的處于以最小半徑或急劇減小的半徑部分進行傳動，此時對步進電機1的一個轉(zhuǎn)動步距角，在節(jié)氣門上能獲得更高的分辯度和控制精度；圖3B表示的是節(jié)氣門32在接近全開位置時主動/從動輪關(guān)系的示意圖隨著節(jié)氣門向離開怠速位置方向轉(zhuǎn)動至全開位置，傳動輪3的傳動半徑隨之增大，使傳動輪3在非怠速位置狀態(tài)下能處于以較大傳動半徑的部分進行傳動，因而能獲得一種等比的直線對應(yīng)傳動關(guān)系。這一工作方式能很好地符合節(jié)氣門的全工況控制要求。通過將傳動輪3的結(jié)構(gòu)設(shè)計成為一種能具有符合節(jié)氣門特定工作要求形式的傳動曲線，因而使對節(jié)氣門的傳動控制能克服前述相關(guān)文獻的不足而具有更理想的預(yù)見性。
圖4所示的，是作為電子/人工控制方式并存，能實現(xiàn)對節(jié)氣門進行電子/人工切換兩種控制的一種方案的結(jié)構(gòu)原理。在上述主動輪2和傳動輪3之間設(shè)置有傳動軟索4的基礎(chǔ)上，在傳動輪3上還連接有另一條第二傳動軟索6，并由該第二傳動軟索6的另一端與切換結(jié)構(gòu)61連接，目的在于通過該切換結(jié)構(gòu)61的轉(zhuǎn)換，使節(jié)氣門32也能通過如傳統(tǒng)的加速踏板等進行人工控制調(diào)節(jié)。圖4A是在切換機構(gòu)61處于使節(jié)氣門32通過由第二傳動軟索6帶動傳動輪3進行控制和調(diào)節(jié)的狀態(tài)。此時的步進電機1處于斷電狀態(tài)，當?shù)诙鲃榆浰?處于收緊狀態(tài)下，第一傳動軟索4處于完全放松的自由彎曲狀態(tài)，不對傳動輪3構(gòu)成影響。圖4B是在切換機構(gòu)61使節(jié)氣門32由步進電機1進行控制的情形。此時該第一傳動軟索4處于收緊狀態(tài)時，第二傳動軟索6則處于完全放松的自由彎曲狀態(tài)，也不會對傳動輪3構(gòu)成影響。該節(jié)氣門可應(yīng)用于車輛在特定條件下的特殊要求。
通過上述的實施例可以對本發(fā)明有更清楚的理解，但不應(yīng)將這些實施例理解為是對本發(fā)明主題范圍的限制。在不脫離和改變本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和/或慣用手段，顯然還可以做出多種形式的替換或變更，并均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，設(shè)置于支承結(jié)構(gòu)(50)上的節(jié)氣門(32)轉(zhuǎn)動軸(31)經(jīng)包括與之固連的傳動輪(3)及相應(yīng)的傳動軟索(4)在內(nèi)的傳動機構(gòu)與驅(qū)動裝置連接，其特征是傳動軟索(4)的兩端分別固連于所說的傳動輪(3)和直接驅(qū)動輪(2)的偏心位置處，且傳動輪(3)的有效旋轉(zhuǎn)傳動半徑大于所說該直接驅(qū)動輪(2)的對應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳動半徑。
2.如權(quán)利要求1所述的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，其特征是所說的傳動輪(3)和所說該直接驅(qū)動輪(2)分別均為圓輪，所說的傳動軟索(4)沿兩輪的外周纏繞。
3.如權(quán)利要求1所述的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，其特征是所說的該直接驅(qū)動輪(2)為圓輪，傳動輪(3)為在一個方向上具有最短旋轉(zhuǎn)傳動半徑的輪，所說的傳動軟索(4)沿兩輪的外周纏繞，且傳動軟索(4)處于傳動輪(3)上最小旋轉(zhuǎn)傳動半徑處的切線傳動位置與節(jié)氣門處于怠速狀態(tài)所需的位置相適應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，其特征是所說的傳動輪(3)為凸輪。
5.如權(quán)利要求1所述的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，其特征是所說的傳動輪(3)上還固連有第二傳動軟索(6)的一端，第二傳動軟索(6)的另一端與用于控制其與傳動軟索(3)之間工作選擇轉(zhuǎn)換的切換結(jié)構(gòu)(61)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，其特征是所說的節(jié)氣門軸上有一個怠速返回機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在節(jié)氣門的轉(zhuǎn)動軸支承結(jié)構(gòu)(50)上的靜擋塊(52)、能與其作限位配合而與節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸(31)連接的動擋塊(51)及配合于節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸(31)與節(jié)氣門支承結(jié)構(gòu)(50)之間的彈簧式復(fù)位結(jié)構(gòu)(53)。
7.如權(quán)利要求6所述的機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，其特征是所說的與節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸(31)連接的動擋塊(51)設(shè)置在傳動輪(3)上。
全文摘要
機動車發(fā)動機節(jié)氣門驅(qū)動裝置，設(shè)置于支承結(jié)構(gòu)上的節(jié)氣門轉(zhuǎn)動軸經(jīng)包括與之固連的傳動輪及相應(yīng)的傳動軟索在內(nèi)的傳動機構(gòu)與驅(qū)動裝置連接，其中該傳動軟索的兩端分別固連于所說的傳動輪和直接驅(qū)動輪的偏心位置處，且傳動輪的有效旋轉(zhuǎn)傳動半徑大于所說該直接驅(qū)動輪的對應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳動半徑。該裝置能有效增大步電機轉(zhuǎn)矩并提高節(jié)氣門控制的精度，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作過程無傳遞間隙和傳遞磨擦，壽命長，可靠性高。
文檔編號F01L1/02GK1693680SQ20051002089
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者趙濟威, 袁躍強 申請人:成都依姆特高科技有限責任公司