一种汽车排气阀门执行器及执行方法与流程

1.本发明涉及内燃机汽车排气系统领域，尤其涉及一种汽车排气阀门执行器及执行方法。


背景技术：

2.汽车排气阀门执行器通常安装于内燃机的排气系统中，通常安装于内燃机egr(exhaust gas recirculation，排气再循环)系统中或者消音包前方，用于接收汽车ecu(electronic control unit，电子控制器单元，又称行车电脑)的控制指令，驱动排气阀门打开和关闭，从而调节排气背压，提高排气效率，并获得运动的排气声浪。现有的汽车排气阀门执行器，通常仅能实现阀门的完全打开和完全关闭两种状态，无法精确驱动打开一定角度，多范围的调节排气背压。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种汽车排气阀门执行器及执行方法，可以根据汽车ecu的控制指令，精确驱动汽车排气阀门的打开角度，多范围的调节排气背压，控制汽车排气效率，调节汽车排气声浪大小和音色。
4.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
5.一种汽车排气阀门执行器，用于执行汽车ecu的控制指令，控制汽车排气阀门开合相应的角度，包括：
6.壳体，内部中空，与汽车车体固定；
7.控制模块，设置于所述壳体内部，与所述汽车ecu电连接，用于接收所述汽车ecu的控制指令，输出相应的动力控制信号；
8.动力机构，设置于所述壳体内部，与所述控制模块电连接，用于接收所述动力控制信号，输出相应的执行动力；
9.传动机构，设置于所述壳体内部，与所述动力机构机械连接，用于将所述执行动力传动输出至汽车排气阀门，以驱动所述汽车排气阀门动作。
10.优选地，所述壳体开设有通信电源孔，用于使所述壳体外的汽车ecu与所述控制模块的电连接线可以通过所述通信电源孔实现电连接；
11.优选地，所述壳体开设有动力输出孔，用于使所述传动机构可以穿过所述动力输出孔与所述壳体外的汽车排气阀门的机械装置连接；
12.优选地，所述壳体设置有车体固定装置，用于将所述壳体固定于车体。
13.优选地，所述控制模块包括：
14.控制板，与所述汽车ecu电连接获得驱动电源，接收并处理所述汽车ecu的控制指令，并向所述汽车ecu反馈排气阀门开合角度数据和故障码；该控制板与所述动力机构电连接，将汽车ecu的控制指令处理后生成的相应的控制信号发送到所述动力机构；
15.开合角度传感器，与所述控制板电连接或无线通信信号连接，用于感应所述汽车
排气阀门的开合角度。
16.优选地，所述动力机构为电动机，包括：
17.接线端子，与所述控制模块电连接，用于获得所述控制模块输出的所述动力控制信号；
18.转轴，按照所述动力控制信号的控制进行旋转，用于将电能转化为机械能，产生所述执行动力。
19.优选地，所述开合角度传感器为开关型霍尔传感器，包括：
20.霍尔磁环，固定套设在所述转轴上，随所述转轴同步旋转；
21.霍尔元件，固定在相对霍尔磁环的有效安装位置，与所述控制板电连接，将所述转轴的旋转数据转换为相应的脉冲信号输出到所述控制板。
22.优选地，所述传动机构包括：
23.蜗杆，为圆柱蜗杆，杆体中空套设在所述转轴上，并与所述转轴过盈配合固定，随所述转轴同步旋转，环绕所述蜗杆杆体的表面设有一条连续、均匀的螺旋齿；
24.斜齿轮，呈圆柱体，柱体侧壁一周设有与所述蜗杆的螺旋齿可适配啮合的短线状倾斜齿；所述斜齿轮的顶面和底面分别设有第一定位装置，所述壳体内部的顶面和底面分别设有与所述第一定位装置相适配的第二定位装置，所述第一定位装置与所述第二定位装置配合使所述斜齿轮定位，并与所述蜗杆齿廓啮合，可在所述蜗杆的啮合带动下顺时针或逆时针旋转；
25.动力输出头，固定在所述斜齿轮的底部，随所述斜齿轮同步旋转，所述动力输出头自所述动力输出孔探出所述壳体，用于与控制汽车排气阀门动作的机械装置连接，从而将动力输出到汽车排气阀门。
26.优选地，所述壳体为耐高温材质，耐高温极值大于650℃。
27.优选地，其特征在于，所述蜗杆是金属材质，所述斜齿轮是工程塑料材质。
28.优选地，所述壳体为全封闭防水结构，所述通信电源孔和动力输出孔处设置有防水密封装置，所述动力输出孔处设置的防水密封装置是星形密封圈。
29.一种汽车排气阀门执行器的执行方法，包含步骤：
30.s1、所述汽车排气阀门执行器初始化自检，包含步骤：
31.s11、汽车发动后，所述汽车排气阀门执行器接收汽车ecu输出的驱动电源和自检控制指令；
32.s12、所述汽车排气阀门执行器控制所述汽车排气阀门动作至完全打开的极限位置，所述控制模块记录保存该极限位置；
33.s13、按照汽车ecu自检控制指令内包含的汽车排气阀门初始位置参数，从所述完全打开的极限位置出发，所述汽车排气阀门执行器控制汽车排气阀门动作至相应的开合角度位置，所述控制模块存储该位置作为初始位置，向所述汽车ecu反馈自检完毕信号，完成自检；
34.s2、所述汽车排气阀门执行器进入正常工作状态，包含步骤：
35.s21、所述控制模块接收汽车ecu输出的排气阀门开合角度控制指令，处理后输出相应的动力控制信号至所述电动机，所述电动机按照所述动力控制信号的控制执行相应的正向旋转/反向旋转/停止旋转的动作；
36.s22、所述动力机构带动固定套设在所述转轴上的所述蜗杆同步旋转，所述蜗杆通过相啮合的齿轮将动力输送给所述斜齿轮，带动所述斜齿轮及所述斜齿轮底部的所述动力输出头旋转，所述动力输出头控制所述汽车排气阀门顺时针、逆时针旋转开合；
37.s23、所述控制模块实时计算所述汽车排气阀门的开合角度反馈给所述汽车ecu，并比较该开合角度与所述汽车ecu控制指令中的开合角度是否符合，如果不符合则生成故障码一并反馈给所述汽车ecu。
38.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的汽车排气阀门执行器，具有如下有益效果：
39.1、结构紧凑，传动比大，可以在很小的空间内实现较大的扭矩输出；
40.2、具有双向输出扭矩，并且既可360
°
连续旋转，也可以在指定的角度内往复运动；
41.3、采用斜齿轮
‑
蜗杆的传动结构，通过设置在电动机转轴上的霍尔磁环的位置反馈，汽车排气阀门执行器可以在任何需要的角度自锁，驱动阀门打开指定的角度；
42.4、主要结构件特别是斜齿轮，采用工程塑料材质，加工成本低，生产制造快，具有较好的实用性和经济性；
43.5、壳体材料由耐高温工程塑料制成，可以有效耐受汽车排气管附近的高温。
附图说明
44.图1为本发明的汽车排气阀门执行器的外观图；
45.图2为本发明的汽车排气阀门执行器的上斜视角内部结构图；
46.图3为本发明的汽车排气阀门执行器的下斜视角内部结构图；
47.图4为本发明的汽车排气阀门执行器上壳体的结构示意图；
48.图5为本发明的汽车排气阀门执行器的电动机、霍尔磁环与蜗杆的结构示意图。
具体实施方式
49.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的汽车排气阀门执行器及执行方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
50.需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
51.结合附图1～5所示，本实施例提供一种汽车排气阀门执行器及执行方法，用于执行汽车ecu的控制指令，控制汽车排气阀门开合相应的角度。汽车排气阀门执行器包括：壳体1、控制模块2、动力机构3和传动机构4。具体结构为：
52.1、如附图1～4所示，壳体1的材质为耐高温材料，出于加工难度、生产成本、导热性等方面因素考虑，一般采用耐高温工程塑料注塑而成，耐高温极值大于650℃，通常为pps(聚苯硫醚)或者pa(聚酰胺)材料，以玻璃纤维加强；本实施例选用了pps结合玻璃纤维加强的材质。
53.壳体1包括可上下扣合的上壳体11和下壳体12，上壳体11的下缘设置了一周凸形齿111，下壳体12的上缘设置了一周凹型胶水槽121，凸形齿111可适配容纳于凹型胶水槽121中，用于互相配合实现上壳体11和下壳体12的上下扣合。封装时，在下壳体12的凹型胶水槽121中灌入适量的适用于壳体1材质的胶水，本实施例采用环氧胶水，再将上壳体11的凸形齿111插入凹型胶水槽121中，待胶水风干后即可完成壳体1的密封封装。
54.壳体1外部设置有车体固定装置，本实施例的车体固定装置为设置在上壳体11外部侧壁的3个相同的车体固定脚112，3个车体固定脚112分布在均匀受力方向，与上壳体11一体成型；车体固定脚112中开设有通孔，在车体的汽车排气阀门执行器安装位置处设置有数量、位置、内径相对应的螺纹盲孔，通过通孔、螺纹盲孔和固定螺栓的配合，将汽车排气阀门执行器与车体连接固定。
55.壳体1上开设有通信电源孔113，本实施例在上壳体11上设置有外凸的柱状的通信电源孔113，通信电源孔113与上壳体11一体成型，在通信电源孔113内设置有接插件1131，接插件1131与汽车ecu数据线的接插头相适配，用于与ecu数据线的接插头连接；接插件1131与通信电源孔113的缝隙填充有密封胶。
56.2、如附图2、3所示，控制模块2设置于壳体1内部，包括控制板21和开合角度传感器。
57.控制板21通过热铆固定在上壳体11的壳体内部上表面，控制板21上设置有电路输入端211、处理器和电路输出端，其中，电路输入端211与通信电源孔113内部的接插件1131锡焊焊接，从而通过接插件1131连接ecu，从而使控制板21自ecu获得驱动电源，接收排气阀门开合角度信号，以及向ecu反馈排气阀门开合角度及故障码信号；电路输入端211的另一端连接处理器，对ecu发送的排气阀门开合角度信号进行处理，转换为动力控制信号发送给电路输出端；电路输出端与动力机构3电连接，通过动力控制信号控制动力机构3正向旋转/反向旋转/停止旋转。
58.开合角度传感器采用霍尔传感器，包括霍尔磁环221和霍尔元件。霍尔传感器被广泛应用于转速的测量，其工作原理是根据霍尔效应，将磁性物体固定在旋转轴上随轴旋转，在磁性物体感应距离内安装一个霍尔元件，霍尔元件感应磁性物体随轴旋转时产生的磁场变化，产生和旋转轴转速相对应的脉冲信号，从而实现对旋转轴转速的测量。本实施例中，霍尔磁环221为一个带有磁极的塑料材质的环状体，固定在动力机构3的动力输出轴上，并随动力输出轴同步旋转；霍尔元件，固定在控制板21上并与控制板21电连接，与霍尔磁环221在有效磁感应距离范围内，用于将动力机构3的动力输出轴的转动信息转换为脉冲信号输出给控制板21的处理器。
59.3、如附图2、3所示，动力机构3设置于壳体1内部，与控制板21电连接，用于接收动力控制信号，输出相应的执行动力；动力机构3包括电动机31、电动机屏蔽片32和导电卡针33：
60.其中，电动机31是直流有刷电机，包括：机壳311，金属材质；芯体，设置于机壳311
内部，包括定子、转子、电刷和换向器，用于将电能转换为机械能，带动转子转动；转轴312，为电动机31的动力输出轴，与转子固定并随转子同步旋转，用于输出执行动力；电动机接线端子，包括两个接线端子，分别与电刷两极电连接，并分别与控制板21电路输出端的两极电连接，将控制板21输出的电压信号传导至两个电动机接线端子上，通过输出电压的方向控制电动机的转动方向。在下壳体12上设置有电动机安装卡扣，电动机31通过电动机安装卡扣压装固定在下壳体12上。
61.电动机屏蔽片32为一个曲面金属片，其中一侧边上设置有弧形凸起部，该电动机屏蔽片32的曲面离心侧与上壳体11内部的底面固定，且弧形凸起部与控制板21的地线电连接，壳体1封装后，电动机屏蔽片32的曲面向心侧贴合压紧电动机31的机壳311，使得电动机可靠接地。
62.导电卡针33包括两个同样的金属材质卡针，两个导电卡针的一端分别通过锡焊焊接在控制板21电路输出端的两极上；另一端开钳形槽，槽体内侧与电动机31的其中一个接线端子过盈配合而导电，从而使得电动机31与控制板21的电路输出端电连接。
63.4、如附图1、2、3、5所示，传动机构4设置在壳体1内部，包括：蜗杆41、斜齿轮42、动力输出头43。其中，
64.如附图5所示，蜗杆41为金属材质的圆柱蜗杆，杆体中空套设在转轴312上，并与转轴312过盈配合固定，随转轴312同步旋转，环绕杆体的表面设有一条连续、均匀的螺旋齿；
65.斜齿轮42为工程塑料材质，本实施例采取pa材料，以玻璃纤维加强，并加入特氟龙材料进行润滑；斜齿轮42呈近似扁圆柱体，柱体侧壁一周设有与蜗杆41的螺旋齿可适配啮合的短线状倾斜齿，柱体上下底面的轴心处各一体成型的设有一个凸出的圆柱状的定位轴：上定位轴421和下定位轴422；
66.动力输出头43为金属材质，固定在下定位轴422的底部，随斜齿轮42同步旋转，用于与控制排气阀门动作的机械装置连接，从而将动力输出到排气阀门。
67.在壳体1内部还设有传动机构定位装置，包括：上定位槽114，为设置在上壳体11内部顶面的圆柱状槽体，与上定位轴421相适配，用于容纳上定位轴421；下定位槽123，为设置在下壳体12内部底面的圆柱状槽体，槽体底部开孔形成动力输出孔122，槽体与下定位轴422相适配，用于容纳下定位轴422；密封圈槽，设置在下定位槽123顶部并环绕下定位轴422的环状槽体，环状槽体的顶面和内侧壁贴合斜齿轮42，底面和外侧壁贴合下壳体12，密封圈槽内设置有橡胶材质的密封圈124，用于下壳体12的动力输出孔122处的密封；壳体1封装后，下定位轴422及动力输出头43由动力输出孔122探出下壳体12，斜齿轮42被上定位槽114和下定位槽123夹持定位，与蜗杆41正确齿廓啮合，并可在蜗杆41的啮合带动下顺时针或逆时针旋转。本实施例中，密封圈124采用星形密封圈，可以有效降低对两侧零件的尺寸精度要求，安装简易并且阻力较小，在润滑油的帮助下可有效提高执行器的传动效率。
68.本实施例的汽车排气阀门执行器的安装步骤、工作原理和执行方法为：
69.安装步骤：
70.1、将汽车排气阀门执行器的上壳体11的顶面贴合车体底部的安装位置，将各车体固定脚112的通孔与车体上的螺纹盲孔对正，使用固定螺栓经通孔旋入螺纹盲孔并拧紧，从而将汽车排气阀门执行器与车体连接固定；
71.2、将汽车ecu的接插头插入接插件1131，实现汽车排气阀门执行器与ecu间的电源
及数据通信线连接。
72.工作原理及执行方法：
73.汽车排气阀门执行器能够感应汽车排气阀门的开合角度的原理为：汽车排气阀门的完全打开状态和完全关闭状态设有机械限位，两个极限位置会导致电动机31堵转，控制板21的处理器通过电动机31的电流变化能够识别到两个极限位置，并记录保存；然后，自某一极限位置出发，霍尔磁环221随电动机31的转轴312同步转动，因感应磁场的变化，霍尔磁环221每转一圈会导致霍尔元件产生固定数量的脉冲信号提供给处理器，通过计数脉冲信号，处理器可以计算出转轴312的旋转数据，并通过传动机构4的有关传动参数，就可以计算出汽车排气阀门当前的开合角度。
74.1、汽车排气阀门执行器初始化自检过程：
75.(1)汽车发动后，经过汽车ecu数据线、汽车ecu数据线接插头、汽车排气阀门执行器接插件1131至控制板21的电路输入端211的电连接通路，汽车排气阀门执行器接收到汽车ecu输出的驱动电源和自检控制指令。
76.(2)汽车排气阀门执行器控制汽车排气阀门动作至完全打开的极限位置，控制板21记录保存该极限位置；
77.(3)按照汽车ecu自检控制指令内包含的汽车排气阀门初始位置参数，从这一极限位置出发，汽车排气阀门执行器控制汽车排气阀门动作至相应的开合角度，控制板21存储该位置作为初始位置，向汽车ecu反馈自检完毕信号，完成自检；
78.2、汽车排气阀门执行器正常工作状态：
79.(1)初始化自检后，汽车排气阀门执行器的处理器接收汽车ecu排气阀门开合角度控制指令，处理后输出相应的动力控制信号，经过控制板21的电路输出端、导电卡针33至电动机31的接线端子的电连接通路传输到电动机31，电动机31按照动力控制信号的控制执行正向旋转/反向旋转/停止旋转的动作；
80.(2)电动机31带动套设在转轴312上的蜗杆41同步旋转，蜗杆41通过相啮合的齿轮将动力输送给斜齿轮42，带动斜齿轮42及斜齿轮42底部的动力输出头43旋转，动力输出头43通过一个旋转弹簧与汽车排气阀门连接，从而实现控制汽车排气阀门顺时针、逆时针旋转开合。
81.(3)控制板21实时计算汽车排气阀门的开合角度反馈给汽车ecu，同时比较该开合角度与汽车ecu控制指令中的开合角度是否符合，如果不符合则生成故障码一并反馈给汽车ecu。
82.(4)由于本发明采用斜齿轮
‑
蜗杆的传动结构，其具有类似涡轮
‑
蜗杆的传动特点，汽车排气阀门执行器的动力输出头43可以360
°
连续旋转并可以在指定角度停止并自锁。随汽车排气阀门开合角度的不同，控制汽车的排气通畅程度和排气背压，并改变排气声浪的大小和音色。
83.综上所述，本发明提供的汽车排气阀门执行器，结构紧凑，传动比大，可以在很小的空间内实现较大的扭矩输出；具有双向输出扭矩，并且既可360
°
连续旋转，也可以在指定的角度内往复运动；采用斜齿轮
‑
蜗杆的传动结构，通过设置在电动机转轴上的霍尔磁环的位置反馈，汽车排气阀门执行器可以在任何需要的角度自锁，驱动阀门打开指定的角度；主要结构件特别是斜齿轮，采用工程塑料材质，加工成本低，生产制造快，具有较好的实用性
和经济性；壳体材料由耐高温工程塑料制成，可以有效耐受汽车排气管附近的高温。
84.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。