电子节气门和车辆的制作方法

1.本发明涉及一种电子节气门，以及涉及一种包括这种电子节气门的车辆。此外，本发明还涉及一种电子节气门的金属主体和塑料盖件。


背景技术：

2.电子节气门用于调节车辆发动机的进气量，电子节气门的控制效果直接影响燃料的燃烧性能、车辆的动力性能和舒适性。因此，电子节气门是车辆的重要部件。
3.在现有的一些车辆中，电子节气门直接面对涡轮增压器，由涡轮增压器输出的气体在未经冷却的情况下直接输送至电子节气门。在这种情形下，进入电子节气门的气体的温度非常高。在另外一些具有紧凑型发动机的车辆中，发动机中的高温热源件，例如发动机排气侧的汽油颗粒过滤器(gpf，gasoline particulate filter)，邻近电子节气门设置。由于附近高温热源件的热辐射，电子节气门的环境温度非常高。
4.为避免电子节气门中对温度较敏感的电气元件(例如传感器)受到较高的环境温度和进气温度的影响，电子节气门通常采用导热性较差的塑料盖件来安装电气部件。常用的塑料盖件由pps材料制成，以提供对周围较高环境温度以及较高进气温度的有效热屏蔽。通常，诸如传感器的电气元件被安装在塑料盖件上并通过引线框架将引线直接预埋在塑料盖件内，例如中国专利申请第201910736541.3号中所公开的将角度传感器组件放置于塑料盖模具内后，对放置角度传感器的塑料盖模具进行注塑，使塑料盖引脚、角度传感器、角度传感器底座完全包塑在塑料盖模具中。传感器例如为霍尔元件，用于测量电子节气门的阀轴的转动角度。在这种情况下，热量会从塑料盖件和引线框架传递至传感器，这导致传感器处的温度随着环境温度和进气温度的升高而升高。一般来说，传感器可以在160℃以下正常工作。因此，电子节气门所能耐受的长期环境温度以及耐受的长期进气温度不能过高。否则，传感器将无法工作，甚至失效或者被永久损坏，由此造成电子节气门无法在较高环境温度以及进气温度下正常工作，影响电子节气门的使用寿命。
5.因此，提供一种能够在较高环境温度和进气温度下确保电气元件正常工作的电子节气门已经成为本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的在于提供一种用于电子节气门的金属主体和塑料盖件、电子节气门以及包含该电子节气门的车辆，该电子节气门能够在较高环境温度和进气温度下确保电气元件正常工作，具有较长的使用寿命，简单的结构和较低的成本。
7.本发明提供了一种电子节气门，所述电子节气门包括：
8.金属主体，其内设置有气体通道及冷却管道；
9.塑料盖件，安装至所述金属主体上且与所述金属主体形成密闭的电气腔室，电气元件设置于所述塑料盖件上且位于所述电气腔室内，所述塑料盖件的内表面上设置有多个分离的支撑凸起，用于支撑所述电气元件且在所述塑料盖件与所述电气元件之间形成用于
所述电气腔室中的对流气体流通的通道。
10.在一个实施例中，所述塑料盖件的内表面上在所述电气元件的接触件一侧设置有挡墙，在所述电气元件的另一侧敞开。
11.在一个实施例中，所述电子节气门还包括流体引导特征部，其设置为邻近所述电气元件，用于引导所述电气腔室中的对流气体流过所述电气元件。
12.在一个实施例中，所述流体引导特征部包括所述塑料盖件的内表面上设置的多个导流条，相邻导流条之间形成朝着所述电气元件渐缩的导流通道。
13.在一个实施例中，所述流体引导特征部包括所述塑料盖件的内表面上设置的至少一个内凹的导流通道，所述导流通道朝着所述电气元件渐缩。
14.在一个实施例中，所述金属主体上与所述冷却管道对应的位置处设置有朝向所述塑料盖件的至少一个突起。
15.在一个实施例中，所述突起中的至少一个延伸到所述塑料盖件。
16.在一个实施例中，所述塑料盖件包括与其注塑成型为一体的引线框架，所述塑料盖件与所述引线框架对应的部分的外表面凹陷。
17.在一个实施例中，所述塑料盖件由热塑性材料构成，所述热塑性材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚苯硫醚(pps)或两者的结合。
18.在一个实施例中，所述电气元件是传感器，所述传感器设置在与所述电子节气门的阀轴的端部对应的位置处。
19.在一个实施例中，所述金属主体的高度与所述电子节气门的高度的比为至少85％，可选择地，电子节气门的高度为大致122mm，金属主体的高度可以大致为102mm。
20.在一个实施例中，所述电气元件距塑料盖件与电气元件对应部分的内表面的距离为0.5mm至10mm。
21.本发明还涉及一种车辆，该车辆包括如上文所述的电子节气门。
22.本发明还涉及一种用于电子节气门的金属主体，所述金属主体内设置有气体通道及冷却管道，所述金属主体上与所述冷却管道对应的位置处设置有朝向所述电子节气门的塑料盖件的至少一个突起。
23.在一个实施例中，所述突起中的至少一个延伸到所述塑料盖件。
24.在一个实施例中，所述金属主体的高度与所述电子节气门的高度的比为至少85％，可选择地，电子节气门的高度为大致122mm，金属主体的高度可以大致为102mm。
25.本发明还涉及一种用于电子节气门的塑料盖件，所述塑料盖件安装至所述电子节气门的金属主体上且与所述金属主体形成密闭的电气腔室，其中，电气元件设置于所述塑料盖件上且位于所述电气腔室内，所述塑料盖件的内表面上设置有多个分离的支撑凸起，用于支撑所述电气元件且在所述塑料盖件与所述电气元件之间形成用于所述电气腔室中的对流气体流通的通道。
26.在一个实施例中，所述塑料盖件的内表面上在所述电气元件的接触件一侧设置有挡墙，在所述电气元件的另一侧敞开。
27.在一个实施例中，所述电子节气门还包括流体引导特征部，其设置为邻近所述电气元件，用于引导所述电气腔室中的对流气体流过所述电气元件。
28.在一个实施例中，所述流体引导特征部包括所述塑料盖件的内表面上设置的多个
导流条，相邻导流条之间形成朝着所述电气元件渐缩的导流通道。
29.在一个实施例中，所述流体引导特征部包括所述塑料盖件的内表面上设置的至少一个内凹的导流通道，所述导流通道朝着所述电气元件渐缩。
30.在一个实施例中，所述塑料盖件包括与其注塑成型为一体的引线框架，所述塑料盖件与所述引线框架对应的部分的外表面凹陷。
31.在一个实施例中，所述电气元件是传感器。
32.在一个实施例中，所述传感器设置在与所述电子节气门的阀轴的端部对应的位置处。
33.在一个实施例中，所述电气元件距塑料盖件与电气元件对应部分的内表面的距离为0.5mm至10mm。
34.在一个实施例中，所述塑料盖件由热塑性材料构成，所述热塑性材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚苯硫醚(pps)或两者的结合。
附图说明
35.从下面结合附图详细描述的本发明的优选实施方式中，本发明的优点和目的可以得到更好地理解。为了在附图中更好地显示各部件的关系，附图并非按比例绘制。附图中：
36.图1是一种常规的电子节气门的整体示意图；
37.图2是一种常规的电子节气门的塑料盖件的内部示意图；
38.图3是根据本发明的一个实施例的用于车辆的电子节气门的整体示意图；
39.图4是根据本发明的一个实施例的用于车辆的电子节气门的金属主体的示意图；
40.图5是根据本发明的一个实施例的用于车辆的电子节气门的塑料盖件的示意图；
41.图6是根据图5的塑料盖件的局部放大图，其中显示了安装于塑料盖件内侧上的电气元件；以及
42.图7是根据图5的塑料盖件的局部放大图，其中显示了移除电气元件之后的情形。
具体实施方式
43.为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”、“包含”或者“具有”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“连通”等类似的词语并非限定于附图中所示的物理的或者机械的连接或连通，而是可以包括与其等效的连接或连通，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象
的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
45.电子节气门用于调节车辆发动机的进气量，一般包括例如通过卡夹连接在一起的金属主体和塑料盖件。金属主体和塑料盖件一起形成密闭腔室。在金属主体上设置有用于气体流通的气体通道以及用于冷却流体流通的冷却管道。例如，空气通过气体通道流入发动机。例如为水的冷却流体在冷却管道中流通以对电子节气门进行冷却。由于环境温度和进气温度较高，电子节气门的金属主体的温度通常高于塑料盖件的温度，因此在密闭腔室中形成由温度差导致的对流气体。
46.图1显示了一种常规的电子节气门的外观，该电子节气门包括位于图中下方的金属壳体1’以及位于图中上方的塑料盖件2’。图2显示了常规的电子节气门的塑料盖件2’的内部示意图。如图2所示，塑料盖件2’上设置有引线框架13’，用于将塑料盖件2’内的电气元件5’电连接至例如外部电源的装置的引线设置于引线框架内。参见图1，塑料盖件2’的与引线框架13’对应的部分16’的外表面与塑料盖件的其他部分的外表面基本齐平。此外，如图2所示，电气元件5’直接设置于塑料盖件2’的内表面上，并且电气元件5’的周围设置有突出的挡墙10’。电气元件5’的接触件15’(例如，金属引脚)与引线的接触件通过焊接电连接，然后，在挡墙内进行灌胶处理以避免短路。在这种电子节气门中，由于电气元件5’与塑料盖件2’之间的接触面积较大，而用于与密闭腔室内的对流气体进行热交换的传热面积较小，电气元件处的温度受较高环境温度和进气温度影响较大，而无法保持在正常工作温度下。因此，图1和2所示的电子节气门和塑料盖件无法在较高环境温度和进气温度下正常工作，特别是无法在高达200℃的环境温度和在车辆发动机全负荷运转的情况下高达210℃的进气温度下正常工作。
47.图3至7显示了本发明的用于车辆的电子节气门的示例，与图1至2所示的示例相比，本发明的示例具有改进的性能，可将电气元件处的温度维持在正常工作温度以下。
48.如图3所示，本发明的电子节气门包括金属主体1和塑料盖件2。金属主体1可以由铝合金制成。金属主体1内设置有气体通道3和冷却管道4。例如，空气通过气体通道3进入车辆的发动机内。例如为水的冷却流体在冷却管道4中流通以带走金属壳体上的热量。塑料盖件2可以由pps制成，当工作温度相对较低时，也可以由pbt制成。塑料盖件2安装至金属主体1上，例如通过卡夹固定于金属主体上，并且与金属主体1形成密闭的电气腔室。此外，电子节气门还包括设置于其内部的电机、齿轮组件、阀轴和阀板等，这些元件在图3中未示出。齿轮组件可以在电机的驱动下转动，阀轴可以在齿轮组件的驱动下转动，阀板设置在阀轴上且可以跟随阀轴转动，从而可以控制气体通道3的气体横截面，以控制流入发动机内的气体流量。
49.为了测量阀轴的转动角度并进而控制发动机的进气量，在电气腔室内设置有诸如传感器的电气元件5。如图5所示，电气元件5设置于塑料盖件2上。例如，电气元件5为霍尔元件，设置在与电子节气门的阀轴的端部对应的位置处，以便于测量阀轴的转动角度。
50.如图4所示，金属主体1上与冷却管道4对应的位置处设置有朝向塑料盖件2的至少一个突起11、12。所述至少一个突起中的至少一个第一突起12延伸到塑料盖件2，以通过冷却管道4中的冷却流体将塑料盖件2上的热量传递走。一般而言，第一突起12将金属主体1的冷却管道4与塑料盖件2连接以形成有效的传热路径。第一突起12可以由与金属主体1相同的材料制成，例如由铝合金制成。所述至少一个突起中的至少一个第二突起11形成用于引
导电气腔室内的对流气体的通道，以通过冷却管道4中的冷却流体降低对流气体的温度。第二突起11的位置设计为使得电气腔室内形成的对流气体流过电气元件和冷却管道二者。例如，第二突起11位于电气元件5的下方，但不需要与电气元件5在电子节气门的高度方向上严格对准。第二突起11也可以由与金属主体1相同的材料制成，例如由铝合金制成。
51.如图5和7所示，本发明的电子节气门还包括流体引导特征部6，其设置为邻近电气元件5，用于引导电气腔室中的对流气体流过电气元件5。采用这种结构可以实现电气元件处的更有效的散热。
52.例如，如图5所示，流体引导特征部6包括塑料盖件2的内表面上设置的多个导流条7，相邻导流条之间形成朝着电气元件5渐缩的导流通道8。在示出的实施例中，多个导流条7自塑料盖件2邻近金属主体1的部分(例如，在塑料盖件2的与金属主体1接合的部分附近处的相对竖直的部分)处开始朝向电气元件5延伸。具体地，多个导流条7可以朝着电气元件5的同一侧延伸直至塑料盖件2的相对水平的部分。导流条7的材料可以与塑料盖件2的材料相同或不同，且导流条7可以通过多种方式设置在塑料盖件2的内表面上，例如粘接、一体成型等。或者，流体引导特征部6包括塑料盖件2的内表面上设置的至少一个内凹的导流通道，所述导流通道朝着电气元件渐缩。在这种情况下，流体引导特征部6仅包括导流通道，而不包括导流条。
53.上述朝向电气元件渐缩的导流通道利用了文丘里效应，使得电气腔室内的对流气体以更大的流速流过电气元件，从而改善了对电气元件的散热效果。
54.如图5至7所示，本发明的电子节气门中的电气元件通过多个分离的支撑凸起9、14被支撑在塑料盖件2的内侧，所述多个分离的支撑凸起9、14设置在塑料盖件2的内表面上，即，塑料盖件2面向电气腔室的表面。例如，支撑凸起9、14可以由与塑料盖件2相同的材料制成。
55.如图6和7所示，位于电气元件5下方的多个分离的第一支撑凸起9使得电气元件5与塑料盖件2与电气元件对应部分的内表面相距一距离，从而在电气元件5与塑料盖件2之间形成足够大的供电气腔室内的对流气体流通的通道，在一个实施例中，该用于对流气体流通的通道的相对于塑料盖件2与电气元件对应部分的内表面的高度h可以是0.5mm至10mm，也就是说，电气元件5与塑料盖件2与电气元件对应部分的内表面相距大约为0.5mm至10mm的距离。这种结构增强了电气元件5的表面的对流换热效果，同时降低了从塑料盖件2传导到电气元件5的热量。
56.例如，多个分离的第一支撑凸起9的数量为四个，它们位于与电气元件5的四个角部对应的位置处。本发明的第一支撑凸起的数量、形式和位置不限于图7中所示，只要能在电气元件5与塑料盖件2之间形成用于电气腔室内的对流气体流通的通道即可。在其他示例中，第一支撑凸起9的数量可以为两个，例如分别位于图7中上方两个第一支撑凸起处以及图7下方两个第一支撑凸起处。
57.再次参见图6和7，分别位于电气元件5的两侧的两个第二支撑凸起14为限位部，电气元件5通过限位部固定于塑料盖件2上。例如，电气元件5被卡接在两个第二支撑凸起14之间。例如，通过点焊将电气元件5焊接在第二支撑凸起14上。通过第二支撑凸起14与电气元件5之间的点接触，减少了从塑料盖件2传导到电气元件5的热量。本发明的第二支撑凸起的数量、形式和位置不限于图7中所示。
58.如图5至7所示，塑料盖件2的内表面上在电气元件5的接触件15一侧设置有挡墙10，在电气元件5的另一侧敞开。具体来说，挡墙10仅设置在电气元件5的接触件15一侧，在电气元件5邻近流体引导特征部6的一侧不设置挡墙。这样的结构使得由流体引导特征部6引导至电气元件5的气流可以不受阻碍地流通至电气元件5处，并进一步从电气元件5的上表面(背离塑料盖件2的表面)和下表面(面向塑料盖件2的表面)流过，与对流气体接触的面积增大进而增强了换热效果。此外，由于在接触件15一侧的挡墙10，仍可以在挡墙与电气元件之间进行灌胶处理以避免短路。例如，挡墙10围绕接触件15且具有用于接触件15延伸穿过的开口，如图5和7所示，挡墙10例如具有长方形形状且在一长边处敞开。
59.参见图5，塑料盖件2包括与其注塑成型为一体的引线框架13，用于将电气元件5的接触件15电连接至外部电气组件的引线设置于引线框架内。引线框架13在塑料盖件2的内表面上凸出。与图1所示的电子节气门的盖件的外表面相比，由图3可看出，本发明的塑料盖件2与引线框架13对应的部分16的外表面凹陷。通过这种结构，可以减少外界环境到引线框架和引线以及进而到电气元件的热传导，降低环境温度对引线框架和引线以及电气元件的影响。
60.如图3所示，本发明的金属主体1的高度与电子节气门的高度的比为至少85％，特别是为85％。通过提高金属主体的高度比例，不仅可以增加用于传热的金属面积，而且可以增加电子腔室内用于传热的对流气体的体积，这提供了更好的传热效果。在一个实施例中，电子节气门的高度为大致122mm，金属主体的高度可以大致为102mm，可以理解的是，“大致”旨在说明电子节气门和金属主体的高度不必精确至122mm、102mm，即允许存在由于设计需求、加工工艺、材料特性等而造成的合理误差。
61.通过上文所述的各种结构，本发明的电子节气门能够在较高环境温度和进气温度下确保电气元件正常工作，尤其是，在高达200℃的环境温度和在车辆发动机全负荷运转的情况下高达210℃的进气温度下，电子节气门中的电气元件处的温度保持在160℃以下。因此，本发明的电子节气门具有较长的使用寿命，简单的结构和较低的成本。
62.此外，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。