CN102562332A

CN102562332A - 一种发动机燃料量及节气门开度控制装置

Info

Publication number: CN102562332A
Application number: CN2012100631758A
Authority: CN
Inventors: 周文华; 梁恒; 赵俊鹏; 黄啸; 臧润涛; 简辉; 沈成宇; 密刚刚
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种发动机燃料量及节气门开度控制装置，现有装置较难实现力的放大，且行程比较小。本发明包括步进电机、步进电机齿轮、不等半径扇形齿轮、控制器、控制机构和连接装置。步进电机通过步进电机输出轴带动步进电机齿轮，步进电机齿轮与不等半径扇形齿轮长半径处啮合，控制器通过线束分别与转速传感器、步进电机相连接；控制机构与不等半径扇形齿轮相连接，连接装置与控制机构相连接。本发明能满足各种应用场合大力矩，大行程的要求，可以合理调节传动齿轮的传动比，实现对控制机构的快速，精确控制，同时，结构简单，成本低廉，有利于大批量生产推广。

Description

一种发动机燃料量及节气门开度控制装置

技术领域

本发明属于机电设备技术领域，尤其涉及一种发动机燃料量及节气门开度控制装置。

背景技术

在发动机燃料控制中通常采用比例电磁铁或旋转电磁铁作为执行器，驱动燃料控制装置，该执行器输出扭矩比较大，采用位置和转速双反馈的原理控制被控对象，执行器和传感器的成本都比较高，主要用于功率较大的发动机。而采用步进电机进行位置控制的发动机燃料控制装置，取消了位置传感器，执行器输出电流不随位置开度变化，不易发热损坏，而且执行器和传感器的成本都较低。

但采用步进电机进行发动机燃料控制需要解决控制装置的精度、行程和响应速度：精度指该发动机燃料量控制过程中，燃料量的最小变化量要达到一定标准，这就要求该发动机燃料控制装置中驱动输出部件的位置最小变化量足够小；行程指该发动机燃料控制装置中驱动输出部件的位置应覆盖发动机燃料供给装置所供给的燃料量从零到最大燃料量的全范围，使发动机能达到标定功率及停机，并留有一定的余量。响应速度是指发动机工况发生变化时，通过该发动机燃料控制装置的控制，使发动机的转速稳定到目标转速的时间要足够短，同时还应满足超调量的要求。

在解决上述问题的同时，还要求控制***能够使控制对象断电复位。在被控对象的工作与步进电机的绝对位置有关的位置控制中，步进电机断电不回位将导致不能对被控对象进行准确的控制。在发动机燃料控制场合，步进电机不回位可能还会造成不能停机，飞车等严重问题。

专利号为200810059540.1的控制***已经基本解决上述问题，但是仍然存在些不足。由于它是直接传动，力传动比为1:1，不能实现力的放大，难以传动力矩要求比较大的场合：比如P型直列泵的齿条控制，流量比较大的燃气机节气门控制等；由于专利号为200810059540.1控制***受传动方式的影响，摇杆在转动角度较大时所能传递扭矩降低，最大行程也受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种发动机燃料量及节气门开度控制装置。

本发明通过如下方案实现：

本发明包括步进电机、步进电机齿轮、不等半径扇形齿轮、控制器、控制机构和连接装置。步进电机通过步进电机输出轴带动步进电机齿轮，步进电机齿轮与不等半径扇形齿轮长半径处啮合，控制器通过线束分别与转速传感器、步进电机相连接；控制机构与不等半径扇形齿轮相连接，连接装置与控制机构相连接。

所述的控制装置为直列泵齿条时，本发明还包括停油手柄；所述的连接装置包括挡块、定位螺钉、定位挡板、回位弹簧；停油手柄设置在机体***，直列泵齿条的齿条与不等半径扇形齿轮短半径处啮合；挡块、定位挡板都与直列泵齿条固定连接；回位弹簧一端固定于机体，另一端与直列泵齿条固定连接；定位螺钉设置在机体上；步进电机通过步进电机输出轴带动步进电机齿轮，步进电机齿轮与不等半径扇形齿轮长半径处啮合，直列泵齿条与不等半径扇形齿轮短半径处啮合。

所述的控制装置为节气门旋转阀，所述的连接装置包括定位挡板、传动轴、扭簧、摇臂；大齿轮与传动轴相连接，扭簧一端固定于机体，另一端与摇臂相连，定位挡板固定于机体上，节气门旋转阀通过螺钉固定在传动轴上；步进电机通过步进电机输出轴带动步进电机齿轮，步进电机齿轮与大齿轮啮合。

所述的节气门旋转阀为椭圆形，在其闭合时，节气门旋转阀在气道内与气道轴线成45

60°。

本发明有益效果如下：

本发明属于数字电子控制式装置，数字电子式装置相比机械装置控制式和模拟电子装置控制式具有控制精度高，调节简单，适应能力强等特点；对传动机构的改进，使得本发明具有输出力矩和行程大的特点，能满足在各种应用场合大力矩，大行程的要求，而且可以合理调节步进电机参数和传动齿轮的传动比，实现对控制机构的快速，精确控制，能实现对各种发动机燃料量控制应用场合所提出的要求；本发明采用断电复位功能，在断电或故障后，步进电机在外力作用下回到某个预定的位置，更好地实现了对控制装置的控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的发动机燃料量控制装置示意图，

图2为本发明实施例2的发动机燃料量控制装置示意图，

图3为图2视图的A向视图。

图中；停油手柄1、挡块2、直列泵齿条3、不等半径扇形齿轮4、步进电机5、步进电机齿轮6、步进电机输出轴7、转速传感器8、控制器9、凸轮轴齿轮10、凸轮轴11、定位挡板12、定位螺钉13、回位弹簧14、摇臂15、轴承16、扭簧17、大齿轮18、节气门旋转阀19、传动轴20、螺钉21。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明包括步进电机5、步进电机齿轮6、扇形齿轮4、控制器9、控制机构和连接装置。步进电机5通过步进电机输出轴7带动步进电机齿轮6，步进电机齿轮6与不等半径扇形齿轮4长半径处啮合，控制器9通过线束分别与转速传感器8、步进电机5相连接；控制机构与不等半径扇形齿轮4相连接，连接装置与控制机构相连接；

本发明控制方式如下：

在步进电机5满足具有一定的额定转速和输出扭矩下，控制器根据输入信息，判断发动机当前的工况，经过一定的控制算法得到步进电机的步进量，然后控制器经过一定的激励模式驱动步进电机转到预定角度，步进电机5经过传动机构带动发动机燃料量控制机构运动，实现对发动机工况的控制。

本发明在下电时，步进电机在回位弹簧预紧力的作用下，通过定位挡板定位于某确定位置；上电后，控制器根据各传感器信号确定当前发动机工况，通过一定的算法得到当前发动机应该供给的油量，然后转换成步进电机的目标位置，最后由控制器的输出驱动模块用控制器给出的驱动方式驱动步进电机到目标位置。

实施例1

如图1所示，以直列泵齿条3作为控制装置的发动机燃料量控制装置包括停油手柄1，连接装置包括挡块2、定位螺钉13、定位挡板12、回位弹簧14；停油手柄1设置在机体***，直列泵齿条3的齿条与不等半径扇形齿轮4短半径处啮合；挡块2、定位挡板12都与直列泵齿条3固定连接；回位弹簧14一端固定于机体，另一端与直列泵齿条3固定连接；定位螺钉13设置在机体上；步进电机5通过步进电机输出轴7带动步进电机齿轮6，步进电机齿轮6与不等半径扇形齿轮4长半径处啮合，直列泵齿条3与不等半径扇形齿轮4短半径处啮合。

步进电机5在控制器9的控制下，根据不同的工况输出一定的步进量，通过步进电机输出轴7传递到步进电机齿轮6，再由步进电机齿轮6传递到不等半径扇形齿轮4长半径处，从而增加扭矩降低转速，不等半径扇形齿轮4短半径处齿轮带动直列泵齿条3左右移动，控制喷油量地增减。转速传感器8通过测量凸轮轴11上凸轮轴齿轮10的转速检测发动机转速。

在发动机燃料控制装置下电，或控制器9切断步进电机5的电流，或出现异常情况步进电机5断电时，在回位弹簧14的作用下，回位弹簧14带动直列泵齿条3、不等半径扇形齿轮4、步进电机齿轮6和步进电机输出轴7回位，供油量为零。在定位螺钉13和定位挡板12的作用下，上述部件定位于如图1所示位置。

实施例2

如图2、图3所示，以节气门旋转阀17作为控制装置的发动机燃料量控制装置包。所述连接装置包括定位挡板12、传动轴20、扭簧17、摇臂15；大齿轮18与传动轴20相连接，扭簧17一端固定于机体，另一端与摇臂15相连，定位挡板12固定于机体上，传动轴20通过轴承16固定于机体上，节气门旋转阀19通过螺钉21固定在传动轴20上；步进电机5通过步进电机输出轴7带动步进电机齿轮6，步进电机齿轮6与大齿轮18啮合。

步进电机5在控制器9的控制下，根据不同的工况输出一定的步进量，通过步进电机输出轴7传递到步进电机齿轮6，再由步进电机齿轮6传递到大齿轮18，从而增加扭矩降低转速，大齿轮18带动传动轴20转动，控制节气门旋转阀19的开度。

在发动机燃料控制装置下电，或控制器9切断步进电机5电流，或出现异常情况步进电机5断电时，在回位弹簧17作用下，回位弹簧17带动传动轴20、大齿轮18、步进电机齿轮6和步进电机输出轴7回位，此时节气门旋转阀17关闭。其复位位置由定位挡板12和固定于传动轴20上的摇臂15相互作用决定。

如图3所示，为节气门旋转阀19在节气门通道中的安装方式。为了能对节气门流量形成快速控制，节气门旋转阀19为椭圆形，在其闭合时，节气门旋转阀19在气道内与气道轴线成45

60°。

Claims

1. 一种发动机燃料量及节气门开度控制装置，其特征在于：包括步进电机（5）、步进电机齿轮（6）、不等半径扇形齿轮（4）、控制器（9）、控制机构和连接装置；步进电机（5）通过步进电机输出轴（7）带动步进电机齿轮（6），步进电机齿轮（6）与不等半径扇形齿轮（4）长半径处啮合，控制器（9）通过线束分别与转速传感器（8）、步进电机（5）相连接；控制机构与不等半径扇形齿轮（4）相连接，连接装置与控制机构相连接；

所述控制机构为直列泵齿条（3），所述的发动机燃料量及节气门开度控制装置还包括停油手柄（1）；所述的连接装置包括挡块（2）、定位螺钉（13）、定位挡板（12）、回位弹簧（14）；停油手柄（1）设置在机体***，直列泵齿条（3）的齿条与不等半径扇形齿轮（4）短半径处啮合；挡块（2）、定位挡板（12）都与直列泵齿条（3）固定连接；回位弹簧（14）一端固定于机体，另一端与直列泵齿条（3）固定连接；定位螺钉（13）设置在机体上；步进电机（5）通过步进电机输出轴（7）带动步进电机齿轮（6），步进电机齿轮（6）与不等半径扇形齿轮（4）长半径处啮合，直列泵齿条（3）与不等半径扇形齿轮（4）短半径处啮合；

所述的控制机构为节气门旋转阀（19），所述的连接装置包括定位挡板（12）、传动轴（20）、扭簧（17）、摇臂（15）；大齿轮（18）与传动轴（20）相连接，扭簧（17）一端固定于机体，另一端与摇臂（15）相连，定位挡板（12）固定于机体上，节气门旋转阀（19）通过螺钉固定在传动轴（20）上；步进电机（5）通过步进电机输出轴（7）带动步进电机齿轮（6），步进电机齿轮（6）与大齿轮（18）啮合。

2.根据权利要求1所述的发动机燃料量及节气门开度控制装置，其特征在于：节气门旋转阀（19）为椭圆形，在其闭合时，节气门旋转阀（19）在气道内与气道轴线成45

60°。