本發(fā)明涉及一種電控執(zhí)行器，具體是一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的渦輪增壓器存在低轉(zhuǎn)速扭矩不足，瞬態(tài)響應(yīng)性差，加速冒煙，冷啟動(dòng)困難等缺陷。這些問(wèn)題的原因如下:渦輪增壓器和內(nèi)燃機(jī)匹配時(shí)，由于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和葉片式增壓器的氣體流通特性不同，它們只能在一定工作范圍內(nèi)有最佳的匹配性能。這是由于增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系，而是靠進(jìn)氣和排氣聯(lián)系，在變工況時(shí)，壓力波傳遞需要一定時(shí)間，同時(shí)增壓器轉(zhuǎn)子存在時(shí)滯的問(wèn)題，造成發(fā)動(dòng)機(jī)供油量與增壓器所提供的空氣量在瞬間不同步。

可調(diào)變截面渦輪增壓器電控執(zhí)行器能有效改善這一缺陷，電控可調(diào)渦輪增壓能實(shí)時(shí)配合發(fā)動(dòng)機(jī)工況改變渦輪流通截面積大小，實(shí)現(xiàn)全工況范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器的最佳匹配，從而達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)性能的全面優(yōu)化。既能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)有較高的增壓壓力，使燃料燃燒充分，提高有效轉(zhuǎn)矩，降低有害氣體排放，又能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在額定工況點(diǎn)附近增壓壓力不至于過(guò)高，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)高的機(jī)械壓力和渦輪增壓器超速，有效避免爆震，也能增加加速時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)。

通過(guò)采用電控可調(diào)渦輪增壓機(jī)技術(shù)，能使發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高40-50％，油耗降低10-15％，有害廢氣排放降低50-80％。一般來(lái)說(shuō)在渦輪增壓技術(shù)上，有如下要求：歐II標(biāo)準(zhǔn)要匹配良好的渦輪增壓器并帶放氣閥；歐III標(biāo)準(zhǔn)要采用可變噴嘴渦輪增壓器；歐IV及以上標(biāo)準(zhǔn)則要使用電控可調(diào)變截面渦輪增壓器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU采集的角度信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制從而改變渦輪噴嘴流通截面積(噴嘴開度)，實(shí)現(xiàn)增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)最佳匹配，具有實(shí)時(shí)性快、控制精度高以及扭矩大等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器，包括底殼、塑料蓋板、直流電機(jī)、渦輪蝸桿、輸出軸、非接觸高精度位置傳感器以及集成處理電路PCB板,所述直流電機(jī)通過(guò)彈簧壓片固定安裝在底殼內(nèi)，直流電機(jī)的軸末端安裝有小齒輪，小齒輪與渦輪蝸桿嚙合連接；非接觸電感式傳感器轉(zhuǎn)子由特定幾何形狀閉合導(dǎo)線制成的沖壓件導(dǎo)電材料制成，并通過(guò)定位孔固定在輸出軸的頂端，輸出軸的中間位置安裝有斜齒輪，與渦輪蝸桿嚙合，進(jìn)行執(zhí)行輸出；所述集成處理電路PCB板鑲嵌在在塑料蓋板內(nèi)，用于實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送過(guò)來(lái)的目標(biāo)角度信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID控制算法，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，通過(guò)渦輪蝸桿和輸出軸控制外部渦輪增壓可變截面的開度，同時(shí)將控制的角度通過(guò)非接觸高精度位置傳感器進(jìn)行反饋，構(gòu)成角度閉環(huán)控制。

優(yōu)選地，所述底殼、塑料蓋板通過(guò)不少于6個(gè)的卡扣進(jìn)行合蓋封裝。

優(yōu)選地，所述集成處理電路PCB板內(nèi)設(shè)有PWM接口電路、集成處理芯片、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)采集反饋電路，PWM接口電路與外部的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接口連接，采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)來(lái)的角度信號(hào)，通過(guò)集成處理芯片進(jìn)行角度解析計(jì)算，通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度控制，同時(shí)非接觸傳感器實(shí)時(shí)采集輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度值并反饋到集成處理電路板中進(jìn)行信號(hào)反饋，當(dāng)前執(zhí)行機(jī)構(gòu)角度反饋值與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)來(lái)的目標(biāo)角度值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，達(dá)到精確控制角度的最終狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述的殼底材料為壓鑄模，材料型號(hào)為GD AlSi9Cu3；所述的塑料蓋板為注塑塑料，材料型號(hào)為PPA GF-45黑色。

優(yōu)選地，所述的輸出軸外部負(fù)載與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的輸入軸最大扭矩靜態(tài)為5Nm。輸出軸沿軸向內(nèi)的最大受力50N，沿軸向外的最大受力50N。

優(yōu)選地，所述的非接觸高精度位置傳感器是非接觸電感式傳感器，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子由平面激勵(lì)、接收線圈及評(píng)價(jià)電子元件組成，轉(zhuǎn)子由特定幾何形狀閉合導(dǎo)線制成的PCB線圈制成。根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置在定子接收線圈上生成感應(yīng)電壓，并由電子元件進(jìn)行測(cè)定，可以同時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)方向和角度。

優(yōu)選地，所述定子部件的平面激勵(lì)、接收線圈和評(píng)價(jià)電子元件是PCB電路板上制板成型的。

優(yōu)選地，所述集成處理電路PCB板與外界的接口采用在電路板插針形式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

根據(jù)采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)來(lái)的角度目標(biāo)值信號(hào)，通過(guò)直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制噴嘴環(huán)葉片的開度，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減少渦輪噴嘴流通截面積，使得排氣背壓和流速增大，可用排氣能量提高從而提高增壓器的轉(zhuǎn)速，增加進(jìn)氣流量；在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)增大渦輪噴嘴流通截面積，降低排氣背壓和流速，減少進(jìn)氣流量；在發(fā)動(dòng)機(jī)其他轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)也根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)來(lái)的角度信號(hào)改變渦輪噴嘴的流通截面積，從而獲得不同的增壓壓力和進(jìn)氣流量；通過(guò)可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)全工況范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器的最佳匹配，使功率范圍擴(kuò)大，而且高負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍也擴(kuò)大，從而達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的全面優(yōu)化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器的基本原理框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器的外觀結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(去掉塑料蓋板和集成處理電路PCB板)。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器中集成處理電路PCB板的安裝示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器中輸出軸組件示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1-圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可變截面渦輪增壓電控執(zhí)行器，包括底殼1、塑料蓋板2、直流電機(jī)3、渦輪蝸桿4、非接觸高精度位置傳感器6以及集成處理電路PCB板11,所述直流電機(jī)3通過(guò)彈簧壓片8固定安裝在底殼1內(nèi)，直流電機(jī)3的軸末端安裝有小齒輪9，小齒輪9與渦輪蝸桿4嚙合連接；圖5為輸出軸組件示意圖，輸出軸組件包括輸出軸5、斜齒輪10和非接觸電感式傳感器6結(jié)構(gòu)組成。其中非接觸電感式傳感器轉(zhuǎn)子由特定幾何形狀閉合導(dǎo)線制成的沖壓件導(dǎo)電材料制成，并通過(guò)定位孔固定在輸出軸5的頂端，輸出軸5的中間位置安裝有斜齒輪10,與渦輪蝸桿4嚙合進(jìn)行執(zhí)行輸出；所述集成處理電路PCB板11鑲嵌在在塑料蓋板2內(nèi)，通過(guò)接插件與直流電機(jī)和外部發(fā)動(dòng)機(jī)ECU等電氣設(shè)備連接，用于實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送過(guò)來(lái)的目標(biāo)角度信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID控制算法，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)3，通過(guò)渦輪蝸桿4和輸出軸5控制外部渦輪增壓可變截面的開度，同時(shí)將控制的角度通過(guò)非接觸高精度位置傳感器6進(jìn)行反饋，構(gòu)成角度閉環(huán)控制。

所述底殼1、塑料蓋板2通過(guò)不少于6個(gè)的卡扣12進(jìn)行合蓋封裝。

所述集成處理電路PCB板內(nèi)設(shè)有PWM接口電路、集成處理芯片、H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)采集反饋電路，PWM接口電路與外部的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接口連接，采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)來(lái)的角度信號(hào)，通過(guò)集成處理芯片進(jìn)行角度解析計(jì)算，通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度控制，同時(shí)非接觸傳感器實(shí)時(shí)采集輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度值并反饋到集成處理電路板中進(jìn)行信號(hào)反饋，當(dāng)前執(zhí)行機(jī)構(gòu)角度反饋值與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)來(lái)的目標(biāo)角度值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，達(dá)到精確控制角度的最終狀態(tài)。

所述的殼底1材料為壓鑄模，材料型號(hào)為GD AlSi9Cu3；所述的塑料蓋板2為注塑塑料，材料型號(hào)為PPA GF-45黑色。

所述的輸出軸5外部負(fù)載與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的輸入軸最大扭矩靜態(tài)為5Nm。輸出軸沿軸向內(nèi)的最大受力50N，沿軸向外的最大受力50N。

所述的非接觸高精度位置傳感器6是非接觸電感式傳感器，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子由平面激勵(lì)、接收線圈及評(píng)價(jià)電子元件組成，轉(zhuǎn)子由特定幾何形狀閉合導(dǎo)線制成的PCB線圈制成。根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置在定子接收線圈上生成感應(yīng)電壓，并由電子元件進(jìn)行測(cè)定，可以同時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)方向和角度。

所述定子部件的平面激勵(lì)、接收線圈和評(píng)價(jià)電子元件是PCB電路板上制板成型的。

所述集成處理電路PCB板與外界的接口采用在電路板插針形式。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。