CN101198773A - 排气阀致动的速度控制 - Google Patents

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Abstract

一种排气阀组件，包括支撑于轴杆上以在排气部件内旋转的阀体。轴杆通过连杆组件耦联到螺线管。控制器控制螺线管以便借助连杆组件使轴杆旋转。螺线管包括在致动位置和释放位置之间运动的柱塞。控制器采用脉冲宽度调制来控制柱塞的致动和释放。这显著减少了当螺线管在致动位置和释放位置之间运动时所产生的操作噪声。

Description

排气阀致动的速度控制
技术领域
本发明涉及用于控制排气阀的致动运动以减少噪声并改善耐久性的方法和装置。
背景技术
噪声衰减阀经常用于车辆排气***以减小车辆运行过程中产生的噪声。噪声衰减阀通常包括安装在轴杆上的瓣阀，轴杆使瓣阀在形成于诸如***之类的排气部件内的进气管内枢转。瓣阀具有盘状本体，该盘状本体在进气管内旋转以改变排气流面积。轴杆耦联到具有连杆组件的螺线管。控制器控制螺线管以便借助连杆组件使轴杆旋转。当轴杆旋转时，瓣阀根据需要改变排气流面积以衰减噪声。
这种传统构造的缺点是，噪声衰减阀和螺线管中的部件产生操作噪声。例如，由于部件之间的松动以及间隙，连杆组件的运动和轴杆的旋转会产生噪声。
另外，螺线管的操作运动产生非期望的噪声。螺线管包括耦联到连杆组件的柱塞。当电致动螺线管时，电压用于产生磁力，磁力沿第一方向拉动柱塞从而将瓣阀定位在预期位置。柱塞能够运动，直至到达行程限制挡块。柱塞运动的速度以及与行程限制挡块相接触的力能够产生非期望的噪声。此外，当电压被切断时，弹簧沿与第一方向相反的第二方向迫压柱塞从而使瓣阀回复到初始位置。柱塞的这种快速释放也产生非期望的噪声并增加相关排气阀部件的磨损率。
因此，期望提供用于控制排气阀的致动器的运动以减少操作噪声并减小磨损率的方法和装置。
发明内容
本发明提供一种受控制的排气阀组件，所述控制通过采用脉冲宽度调制(PWM)来改变致动动力水平以减小操作噪声。该排气阀组件包括支撑在轴杆上、用于在排气部件内旋转的阀体。轴杆耦联到在致动位置和释放位置之间运动的致动器。控制器控制致动器从而使轴杆旋转以便移动阀体。控制器用PWM针对致动动作或释放动作中至少一个来改变柱塞的速度以减少致动器运动过程中产生的噪声。
在一个示例中，控制器提供受控制的释放。控制器在释放致动器时产生初始能量水平并在使致动器运动到完全释放位置时产生不同于初始能量水平的后续能量水平。通过控制释放速度，当致动器从致动位置运动到释放位置时，操作噪声显著减少。
在另一示例中，控制器提供受控制的致动。在致动的初始运动过程中，控制器产生低能量水平，然后在主要致动过程中增加能量，之后当致动器到达行程结束位置——即最大致动位置时减小能量。控制器也可以在致动和释放过程中、当致动器在致动位置和释放位置之间来回移动时改变能量。
在一个示例中，致动器包括具有柱塞的螺线管。控制器致动螺线管从而使柱塞沿第一方向运动以便使螺线管运动到致动位置。螺线管包括弹性复位构件，在使螺线管运动到释放位置时弹性复位构件沿与第一方向相反的第二方向移动柱塞。在致动和/或释放过程中，控制器至少给螺线管提供第一电压，从而生成第一磁力水平，并给螺线管提供第二电压，从而生成不同于第一磁力水平的第二磁力水平。在致动过程中利用可变磁力来减小所产生的噪声。此外，在结合弹性复位构件的情况下利用可变磁力来控制柱塞朝向完全释放位置的运动以减小操作噪声。
通过阅读下列说明书和附图将能更好地理解本发明的这些以及其他特征，下面是对附图的简要描述。
附图说明
图1是具有包含本发明的阀致动控制组件的排气***的示意图。
图2是包含本发明的阀致动器和控制器的立体图。
图3是示出用于致动器释放的力的水平相对于时间的图表。
图4是示出释放动作过程中的速度相对于时间的图表。
图5是示出受控制的致动动作的图表。
具体实施方式
图1示出排气***10。排气***10包括诸如用于***的进气管之类的排气部件12，排气部件12将废气流从发动机(未图示)导出。噪声衰减阀14定位在排气部件12内以减小车辆运行过程中产生的噪声。噪声衰减阀14能够构造成电动或真空型阀。
在所示例子中，噪声衰减阀14包括安装在轴杆18上的瓣阀本体16，轴杆18使瓣阀本体16在排气部件12内绕轴线20枢转。瓣阀本体16通常是盘状本体并且在排气部件12内旋转以改变排气流面积，然而，也可以采用其他阀构造。
轴杆18支撑在衬套组件22上，当轴杆18相对于壳体24旋转时，衬套组件22提供支承表面。轴杆18通过连杆组件26耦联到致动器28，致动器28控制轴杆18的运动。当轴杆18旋转时，瓣阀本体16根据需要改变排气流面积以减少噪声。控制器30控制致动器28的运动。在所示例子中，致动器28是包括柱塞34的螺线管32，柱塞34通过连杆组件26耦联到轴杆18(见图2)。
致动器28通常借助连杆组件26使轴杆18在行程限制挡块36之间来回旋转或枢转。当给螺线管32施加电压时，磁力便施加给柱塞34，如图2所示，该磁力朝右侧在轴向上沿轴线A拉动柱塞34。这使连杆组件26沿顺时针方向旋转直至到达最右侧的行程限制挡块36。在图2中示出图2中的螺线管32处于“关闭”或“致动”位置。
当从螺线管32去掉电压时，弹性复位弹簧38迫使柱塞34运动到左侧，如图2所示。这使连杆组件26沿逆时针方向旋转并将螺线管置于“释放”或“非致动”位置。连杆组件26旋转直至到达最左侧的行程限制挡块36。
螺线管32发生致动的速度会产生非期望的噪声。此外，复位弹簧38释放螺线管从而使柱塞34回复到初始或非致动位置的速度也会产生噪声。另外，部件撞击行程限制挡块36的速度会影响部件的耐久性并进一步产生噪声。
为了减小这些部件的操作噪声并改善部件的耐久性，控制器30在致动和释放的至少一个过程中改变例如电压/电流之类的能量从而细微地控制柱塞34的运动。控制器30施加致动柱塞34的第一电压水平，并在释放柱塞34时施加第二电压水平。在释放和致动过程中，控制器30可以产生多个电压变化。通过在螺线管32的释放过程中控制电压水平，复位弹簧38仍使柱塞34回复到释放位置，但是该动作所发生的时间期间长于单独使用复位弹簧38时的时间期间。此外，发生释放时的力也比单独使用复位弹簧38时小很多。
图3示出用于致动器释放的力的水平相对于时间的示例，比较了单独使用复位弹簧38和与减小的操作电压相结合使用复位弹簧38的情况。线50表示单独使用复位弹簧38的力的水平。在该示例中，力的水平在所需最大电流的100％持续1秒钟，然后骤降到0％的力的水平。线52表示与减小的操作电压相结合的复位弹簧38的力的水平。在所示示例中，力的水平在所需最大电流的100％处持续了不到1秒钟，然后降至大约50％又持续了1.5秒钟，之后力的水平便降至0％。
图4示出用于致动器释放的速度相对于时间的示例。线60表示单独使用复位弹簧38时速度随时间的变化。在该示例中，速度从0开始并在0速度下持续了1秒多钟，并且在大约1.7秒时达到表示为20的最大速度水平，然后骤降到0。线62表示与减小的操作电压相结合来使用复位弹簧38时速度随时间的变化。在该示例中，速度从0开始并在0速度下持续了1秒多钟，然后达到表示为10的最大速度水平，直到从开始释放刚好经过了2秒钟，然后降至0。
图3和4示出释放过程中的力和速度水平，应当理解的是，控制器30也可以在致动过程中改变能量以便正好在到达行程限制挡块36之前减缓柱塞34的运动，如图5中70所示。
如图5所示，在致动的初始运动过程中，控制器30产生低能量水平，然后在主要致动过程中增加能量，并且当致动器28到达行程结束位置——即最大致动位置时——减小能量。在所示例子中，电流最初在最大力的30％处，然后在中间致动过程中增加到100％，之后从100％降至致动结束时的10％。这进一步帮助减小阀致动过程中的操作噪声。应当理解的是，图5所示电流水平和时间期间仅仅是一种示例性配置，也能够根据需要采用其他电流和时间期间的组合。
并且，图3和4所示的用于与减小的电压结合使用的复位弹簧38的示例也只是一种示例性配置。应当理解的是，力的水平、时间间隔、以及速度可以改变为其它水平，另外，在完全施加位置和完全释放位置之间可以有多种变化，或者反之亦然。
控制器30通过采用脉冲宽度调制(PWM)来控制柱塞34的运动。电压以由开启和关闭动作生成的一系列脉冲来提供。在关闭时不施加电压，在开启时根据需要施加一个电压水平。通常，该电压水平能够高达12伏。这些脉冲或激励电压能够针对不同的时间百分比开启或关闭从而根据需要获得不同的占空因数。在所述占空因数的开启和关闭动作之间切换的频率也根据需要被调制。频率的上限能够高达100,000赫兹。频率的下限由***响应要求决定。通常，该下限不低于100赫兹。
在本发明中，PWM用于控制螺线管32的运动。在螺线管32中，磁力与流过螺线管32的能量成比例。通过改变电压，用于柱塞34的运动的速度和力的水平能够被容易地控制从而获得非常精确的运动。这减小了操作噪声并改善了部件的耐久性。
控制器30能够在致动过程中用PWM仅控制柱塞运动或在释放过程中用PWM仅控制柱塞运动。控制器30还可以在致动和释放过程中、当柱塞在致动位置和释放位置之间运动时改变能量。
对于不同的车辆应用来说，控制器30移动柱塞34的力和速度的水平能够被调节或改变。此外，能够在具体车辆上响应诸如公路行驶速度、发动机速度、节气门位置、制动、立体声音量等车辆输入参数来调节或改变该力和速度水平。
最后，应当理解的是，尽管本控制***示出为应用在定位于***的进气管中的噪声衰减阀14中，该控制***也可用于定位在其他排气部件中的阀。
虽然已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将会认识到，某些改型将落入本发明的范围内。为此，应当研究所附权利要求以确定本发明的真实范围和内容。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种排气阀组件，包括：
阀体；
支撑轴杆，其耦联到所述阀体以定位所述阀体用于在排气部件内运动以改变排气流面积；
致动器，其耦联到所述支撑轴杆，所述致动器提供致动和释放动作以使所述阀体旋转，其中所述致动器包括螺线管；以及
控制器，其在致动和释放动作中至少一个的过程中改变提供给所述致动器的能量以减少由所述致动器的运动产生的噪声，其中，所述控制器在同一致动或释放动作过程中利用脉冲宽度调制、通过产生至少第一能量水平和不同于所述第一能量水平的第二能量水平来改变提供给所述螺线管的能量。
2.根据权利要求1所述的排气阀组件，其中，所述第一能量水平和第二能量水平包括第一磁力水平和第二磁力水平，并且所述控制器给所述螺线管提供第一电压以产生所述第一磁力水平并且给所述螺线管提供第二电压以产生所述第二磁力水平，所述第二电压不同于所述第一电压。
3.根据权利要求1所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括耦联到所述致动器以使所述致动器从致动位置运动到释放位置的弹性构件，其中，当所述致动器开始从所述致动位置朝向所述释放位置运动时产生所述第一能量水平，并且当所述致动器靠近完全释放位置时产生所述第二能量水平。
4.根据权利要求1所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括耦联到所述致动器以使所述致动器从致动位置运动到释放位置的弹性构件，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括如下释放动作：在不给所述螺线管提供能量时，所述弹性构件使所述致动器在第一时间期间中从所述致动位置回复到完全释放位置，并且在给所述螺线管提供能量时，所述弹性构件使所述致动器在第二时间期间中从所述致动位置回复到所述完全释放位置，所述第二时间期间大于所述第一时间期间。
5.根据权利要求1所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括耦联到所述致动器以使所述致动器从致动位置运动到释放位置的弹性构件，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括如下释放动作：在不给所述螺线管提供能量时，所述弹性构件使所述致动器以第一速度从所述致动位置运动到完全释放位置，并且在给所述螺线管提供能量时所述弹性构件使所述致动器以第二速度从所述致动位置运动到所述完全释放位置，所述第二速度小于所述第一速度。
6.根据权利要求1所述的排气阀组件，其中，所述螺线管包括沿轴线运动的柱塞和将所述柱塞连接到所述支撑轴杆的连杆，当所述致动器在致动位置和释放位置之间运动时所述柱塞借助所述连杆使所述支撑轴杆枢转。
7.根据权利要求1所述的排气阀组件，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括致动动作，并且所述致动器具有位于最大致动位置处的行程极限，并且所述第一能量水平至少包括用于主要致动的第一致动力，所述第二能量水平至少包括当所述致动器靠近所述行程极限时产生的第二致动力，所述第二致动力小于所述第一致动力。
8.根据权利要求7所述的排气阀组件，其中，所述第一和第二致致动力包括第一和第二磁力水平，并且所述控制器给所述螺线管提供第一电压以产生所述第一磁力水平，并给所述螺线管提供第二电压以产生所述第二磁力水平，所述第二电压小于所述第一电压。
9.根据权利要求7所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括用于所述主要致动之前的初始致动的第三致动力，所述第三致动力小于所述第一致动力。
10.根据权利要求1所述的排气阀组件，其中，所述螺线管包括柱塞，并且所述阀体包括被固定从而与所述支撑轴杆一起旋转的瓣阀，所述支撑轴杆借助能够在一对行程限制挡块之间运动的连杆组件耦联到所述柱塞。
11.根据权利要求10所述的排气阀组件，其中，所述第一能量水平包括当所述连杆组件最初从所述一对行程限制挡块中的一个挡块移开时被施加的低能量水平，所述第二能量水平包括高于所述第一能量水平的较高能量水平，所述第二能量水平在所述瓣阀的运动的主要致动范围内被施加，并且所述排气阀组件包括第三能量水平，所述第三能量水平包括低于所述第二能量水平的较低能量水平，当所述连杆组件朝向所述一对行程限制挡块中另一个挡块运动时，所述第三能量水平被施加。
12.一种用于控制排气阀组件的致动的方法，包括：
(a)将致动器耦联到排气阀组件以在致动动作过程中的致动位置和释放动作过程中的释放位置之间移动所述排气阀组件；以及
(b)在所述致动动作和所述释放动作中至少一个的过程中通过下列步骤改变能量以减少由致动器运动产生的噪声：
(b1)当在所述致动和释放动作中所述至少一个的过程中当移
动所述致动器运动时产生第一能量水平；以及
(b2)在同一致动和释放动作的过程中于步骤(b1)之后产生
不同于所述第一能量水平的第二能量水平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括致动动作，并且所述第一能量水平至少包括第一致动力，所述第二能量水平至少包括小于所述第一致动力的第二致动力，所述步骤(b1)进一步包括产生用于所述排气阀组件的主要致动的所述第一致动力，所述步骤(b2)进一步包括当所述致动器靠近行程结束位置时产生所述第二致动力。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括在所述排气阀组件的所述主要致动之前的初始致动时、于步骤(b1)之前产生第三致动力，所述第三致动力小于所述第一致动力。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动器包括螺线管，并且所述第一和第二能量水平包括第一和第二磁力水平，并且步骤(b1)包括给所述螺线管提供第一电压以产生所述第一磁力水平，步骤(b2)包括给所述螺线管提供第二电压以产生所述第二磁力水平，所述第二电压不同于所述第一电压。
16.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括通过采用脉冲宽度调制来执行步骤(b1)和(b2)。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动和释放动作中所述至少一个包括释放动作，并且所述第一能量水平至少包括第一释放力，所述第二能量水平至少包括第二释放力，所述步骤(b1)进一步包括产生用于所述排气阀组件的主要释放的所述第一释放力，所述步骤(b2)进一步包括当所述致动器靠近行程结束位置时产生所述第二释放力。
18.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括在致动和释放动作过程中执行步骤(b1)和(b2)。
19.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括仅在释放动作过程中执行步骤(b1)和(b2)。
20.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括仅在致动动作过程中执行步骤(b1)和(b2)。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动器包括具有柱塞的螺线管，并且所述排气阀组件包括被固定从而与所述支撑轴杆一起旋转的瓣阀，并且所述方法包括通过能够在一对行程限制挡块之间运动的连杆组件将所述支撑轴杆耦联到所述柱塞。
22.根据权利要求21所述的方法，所述方法包括：将所述第一能量水平限定为当所述连杆组件最初从所述一对行程限制挡块中的一个挡块移开时被施加的低能量水平；将所述第二能量水平限定为高于所述第一能量水平的较高能量水平，所述第二动水平在所述瓣阀的运动的主要致动范围内被施加；以及当所述连杆组件朝向所述一对行程限制挡块中另一个挡块运动时施加第三能量水平，所述第三能量水平包括低于所述第二能量水平的较低能量水平。

Claims (20)

1.一种排气阀组件，包括：
阀体；
支撑轴杆，其耦联到所述阀体以定位所述阀体用于在排气部件内运动以改变排气流面积；
致动器，其耦联到所述支撑轴杆，所述致动器提供致动和释放动作以使所述阀体旋转；以及
控制器，其在致动和释放动作中至少一个的过程中改变提供给所述致动器的能量以减少由所述致动器的运动产生的噪声。
2.根据权利要求1所述的排气阀组件，其中，所述致动器包括螺线管，并且所述控制器在同一致动或释放动作过程中利用脉冲宽度调制、通过至少产生第一能量水平和不同于所述第一能量水平的第二能量水平来改变提供给所述螺线管的能量。
3.根据权利要求2所述的排气阀组件，其中，所述第一能量水平和第二能量水平包括第一磁力水平和第二磁力水平，并且所述控制器给所述螺线管提供第一电压以产生所述第一磁力水平并且给所述螺线管提供第二电压以产生所述第二磁力水平，所述第二电压不同于所述第一电压。
4.根据权利要求2所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括耦联到所述致动器以使所述致动器从致动位置运动到释放位置的弹性构件，其中，当所述致动器开始从所述致动位置朝向所述释放位置运动时产生所述第一能量水平，并且当所述致动器靠近完全释放位置时产生所述第二能量水平。
5.根据权利要求2所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括耦联到所述致动器以使所述致动器从致动位置运动到释放位置的弹性构件，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括如下释放动作：在不给所述螺线管提供能量时，所述弹性构件使所述致动器在第一时间期间从所述致动位置回复到完全释放位置，并且在给所述螺线管提供能量时所述弹性构件使所述致动器在第二时间期间从所述致动位置回复到所述完全释放位置，所述第二时间期间大于所述第一时间期间。
6.根据权利要求2所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括耦联到所述致动器以使所述致动器从致动位置运动到释放位置的弹性构件，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括如下释放动作：在不给所述螺线管提供能量时所述弹性构件使所述致动器以第一速度从所述致动位置运动到完全释放位置，并且在给所述螺线管提供能量时，所述弹性构件使所述致动器以第二速度从所述致动位置运动到所述完全释放位置，所述第二速度小于所述第一速度。
7.根据权利要求2所述的排气阀组件，其中，所述螺线管包括沿轴线运动的柱塞和将所述柱塞连接到所述支撑轴杆的连杆，当所述致动器在致动位置和释放位置之间运动时所述柱塞借助所述连杆使所述支撑轴杆枢转。
8.根据权利要求2所述的排气阀组件，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括致动动作，并且所述致动器具有位于最大致动位置处的行程极限，并且所述第一能量水平至少包括用于主要致动的第一致动力，所述第二能量水平至少包括当所述致动器靠近所述行程极限时产生的第二致动力，所述第二致动力小于所述第一致动力。
9.根据权利要求8所述的排气阀组件，其中，所述第一和第二致致动力包括第一和第二磁力水平，并且所述控制器给所述螺线管提供第一电压以产生所述第一磁力水平，并给所述螺线管提供第二电压以产生所述第二磁力水平，所述第二电压小于所述第一电压。
10.根据权利要求8所述的排气阀组件，所述排气阀组件包括用于所述主要致动之前的初始致动的第三致动力，所述第三致动力小于所述第一致动力。
11.一种用于控制排气阀组件的致动的方法，包括：
(a)将致动器耦联到排气阀组件以在致动动作过程中的致动位置和释放动作过程中的释放位置之间移动所述排气阀组件；以及
(b)在所述致动动作和所述释放动作中至少一个的过程中改变能量以减少由致动器运动产生的噪声。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(b)至少包括下列步骤：
(b1)当在所述致动和释放动作中至少一个的过程中移动所述致动器时产生第一能量水平；以及
(b2)在同一致动和释放动作的过程中于步骤(b1)之后产生不同于所述第一能量水平的第二能量水平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动和释放动作中至少一个包括致动动作，并且所述第一能量水平至少包括第一致动力，所述第二能量水平至少包括小于所述第一致动力的第二致动力，所述步骤(b1)进一步包括产生用于所述排气阀组件的主要致动的所述第一致动力，所述步骤(b2)进一步包括当所述致动器靠近行程结束位置时产生所述第二致动力。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括在所述排气阀组件的所述主要致动之前的初始致动时、于步骤(b1)之前产生第三致动力，所述第三致动力小于所述第一致动力。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动器包括螺线管，并且所述第一和第二能量水平包括第一和第二磁力水平，并且步骤(b1)包括给所述螺线管提供第一电压以产生所述第一磁力水平，步骤(b2)包括给所述螺线管提供第二电压以产生所述第二磁力水平，所述第二电压不同于所述第一电压。
16.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括通过采用脉冲宽度调制来执行步骤(b1)和(b2)。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动和释放动作中所述至少一个包括释放动作，并且所述第一能量水平至少包括第一释放力，所述第二能量水平至少包括第二释放力，所述步骤(b1)进一步包括产生用于所述排气阀组件的主要释放的所述第一释放力，所述步骤(b2)进一步包括当所述致动器靠近行程结束位置时产生所述第二释放力。
18.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括在致动和释放动作过程中执行步骤(b1)和(b2)。
19.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括仅在释放动作过程中执行步骤(b1)和(b2)。
20.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括仅在致动动作过程中执行步骤(b1)和(b2)。
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