一种可变截面涡轮增压电控执行器技术领域
本发明涉及一种电控执行器，具体是一种可变截面涡轮增压电控执行器。
背景技术
传统的涡轮增压器存在低转速扭矩不足，瞬态响应性差，加速冒烟，冷启动困难等
缺陷。这些问题的原因如下:涡轮增压器和内燃机匹配时，由于活塞式发动机和叶片式增压
器的气体流通特性不同，它们只能在一定工作范围内有最佳的匹配性能。这是由于增压器
与发动机没有机械联系，而是靠进气和排气联系，在变工况时，压力波传递需要一定时间，
同时增压器转子存在时滞的问题，造成发动机供油量与增压器所提供的空气量在瞬间不同
步。
可调变截面涡轮增压器电控执行器能有效改善这一缺陷，电控可调涡轮增压能实
时配合发动机工况改变涡轮流通截面积大小，实现全工况范围内发动机与增压器的最佳匹
配，从而达到发动机性能的全面优化。既能保证发动机在低速时有较高的增压压力，使燃料
燃烧充分，提高有效转矩，降低有害气体排放，又能保证发动机在额定工况点附近增压压力
不至于过高，以避免发动机过高的机械压力和涡轮增压器超速，有效避免爆震，也能增加加
速时的瞬态响应。
通过采用电控可调涡轮增压机技术，能使发动机功率提高40-50％，油耗降低10-
15％，有害废气排放降低50-80％。一般来说在涡轮增压技术上，有如下要求：欧II标准要匹
配良好的涡轮增压器并带放气阀；欧III标准要采用可变喷嘴涡轮增压器；欧IV及以上标准
则要使用电控可调变截面涡轮增压器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变截面涡轮增压电控执行器，可以根据发动机ECU
采集的角度信号驱动电机控制从而改变涡轮喷嘴流通截面积(喷嘴开度)，实现增压器与发
动机最佳匹配，具有实时性快、控制精度高以及扭矩大等优点。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种可变截面涡轮增压电控执行器，包
括底壳、塑料盖板、直流电机、涡轮蜗杆、输出轴、非接触高精度位置传感器以及集成处理电
路PCB板,所述直流电机通过弹簧压片固定安装在底壳内，直流电机的轴末端安装有小齿
轮，小齿轮与涡轮蜗杆啮合连接；非接触电感式传感器转子由特定几何形状闭合导线制成
的冲压件导电材料制成，并通过定位孔固定在输出轴的顶端，输出轴的中间位置安装有斜
齿轮，与涡轮蜗杆啮合，进行执行输出；所述集成处理电路PCB板镶嵌在在塑料盖板内，用于
实时采集发动机ECU发送过来的目标角度信号，经过PID控制算法，驱动直流电机，通过涡轮
蜗杆和输出轴控制外部涡轮增压可变截面的开度，同时将控制的角度通过非接触高精度位
置传感器进行反馈，构成角度闭环控制。
优选地，所述底壳、塑料盖板通过不少于6个的卡扣进行合盖封装。
优选地，所述集成处理电路PCB板内设有PWM接口电路、集成处理芯片、H桥电机驱
动电路和信号采集反馈电路，PWM接口电路与外部的发动机ECU接口连接，采集发动机ECU发
来的角度信号，通过集成处理芯片进行角度解析计算，通过H桥驱动电路驱动直流电机进行
输出执行机构的角度控制，同时非接触传感器实时采集输出执行机构的角度值并反馈到集
成处理电路板中进行信号反馈，当前执行机构角度反馈值与发动机ECU发来的目标角度值
进行比较，形成闭环控制，达到精确控制角度的最终状态。
优选地，所述的壳底材料为压铸模，材料型号为GD AlSi9Cu3；所述的塑料盖板为
注塑塑料，材料型号为PPA GF-45黑色。
优选地，所述的输出轴外部负载与驱动电机连接的输入轴最大扭矩静态为5Nm。输
出轴沿轴向内的最大受力50N，沿轴向外的最大受力50N。
优选地，所述的非接触高精度位置传感器是非接触电感式传感器，包括定子和转
子，定子由平面激励、接收线圈及评价电子元件组成，转子由特定几何形状闭合导线制成的
PCB线圈制成。根据转子的位置在定子接收线圈上生成感应电压，并由电子元件进行测定，
可以同时测量旋转方向和角度。
优选地，所述定子部件的平面激励、接收线圈和评价电子元件是PCB电路板上制板
成型的。
优选地，所述集成处理电路PCB板与外界的接口采用在电路板插针形式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
根据采集到的发动机ECU发来的角度目标值信号，通过直流电机的运转控制喷嘴
环叶片的开度，在发动机低速运转时减少涡轮喷嘴流通截面积，使得排气背压和流速增大，
可用排气能量提高从而提高增压器的转速，增加进气流量；在发动机高速运转时增大涡轮
喷嘴流通截面积，降低排气背压和流速，减少进气流量；在发动机其他转速范围内，电控执
行机构也根据发动机ECU发来的角度信号改变涡轮喷嘴的流通截面积，从而获得不同的增
压压力和进气流量；通过可变截面涡轮增压电控执行器的驱动执行动作，实现全工况范围
内发动机与增压器的最佳匹配，使功率范围扩大，而且高负荷的经济运行范围也扩大，从而
达到发动机经济性能的全面优化。
附图说明
图1为本发明实施例一种可变截面涡轮增压电控执行器的基本原理框图。
图2为本发明实施例一种可变截面涡轮增压电控执行器的外观结构图。
图3为本发明实施例一种可变截面涡轮增压电控执行器的内部结构图(去掉塑料
盖板和集成处理电路PCB板)。
图4为本发明实施例一种可变截面涡轮增压电控执行器中集成处理电路PCB板的
安装示意图。
图5为本发明实施例一种可变截面涡轮增压电控执行器中输出轴组件示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护范围。
如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种可变截面涡轮增压电控执行器，包括底
壳1、塑料盖板2、直流电机3、涡轮蜗杆4、非接触高精度位置传感器6以及集成处理电路PCB
板11,所述直流电机3通过弹簧压片8固定安装在底壳1内，直流电机3的轴末端安装有小齿
轮9，小齿轮9与涡轮蜗杆4啮合连接；图5为输出轴组件示意图，输出轴组件包括输出轴5、斜
齿轮10和非接触电感式传感器6结构组成。其中非接触电感式传感器转子由特定几何形状
闭合导线制成的冲压件导电材料制成，并通过定位孔固定在输出轴5的顶端，输出轴5的中
间位置安装有斜齿轮10,与涡轮蜗杆4啮合进行执行输出；所述集成处理电路PCB板11镶嵌
在在塑料盖板2内，通过接插件与直流电机和外部发动机ECU等电气设备连接，用于实时采
集发动机ECU发送过来的目标角度信号，经过PID控制算法，驱动直流电机3，通过涡轮蜗杆4
和输出轴5控制外部涡轮增压可变截面的开度，同时将控制的角度通过非接触高精度位置
传感器6进行反馈，构成角度闭环控制。
所述底壳1、塑料盖板2通过不少于6个的卡扣12进行合盖封装。
所述集成处理电路PCB板内设有PWM接口电路、集成处理芯片、H桥电机驱动电路和
信号采集反馈电路，PWM接口电路与外部的发动机ECU接口连接，采集发动机ECU发来的角度
信号，通过集成处理芯片进行角度解析计算，通过H桥驱动电路驱动直流电机进行输出执行
机构的角度控制，同时非接触传感器实时采集输出执行机构的角度值并反馈到集成处理电
路板中进行信号反馈，当前执行机构角度反馈值与发动机ECU发来的目标角度值进行比较，
形成闭环控制，达到精确控制角度的最终状态。
所述的壳底1材料为压铸模，材料型号为GD AlSi9Cu3；所述的塑料盖板2为注塑塑
料，材料型号为PPA GF-45黑色。
所述的输出轴5外部负载与驱动电机连接的输入轴最大扭矩静态为5Nm。输出轴沿
轴向内的最大受力50N，沿轴向外的最大受力50N。
所述的非接触高精度位置传感器6是非接触电感式传感器，包括定子和转子，定子
由平面激励、接收线圈及评价电子元件组成，转子由特定几何形状闭合导线制成的PCB线圈
制成。根据转子的位置在定子接收线圈上生成感应电压，并由电子元件进行测定，可以同时
测量旋转方向和角度。
所述定子部件的平面激励、接收线圈和评价电子元件是PCB电路板上制板成型的。
所述集成处理电路PCB板与外界的接口采用在电路板插针形式。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述
特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影
响本发明的实质内容。