CN102251861A - 发动机用可控排气背压阀 - Google Patents

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胡春明
董亮亮
侯圣智
詹樟松
刘斌
于勇
张巍
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Tianjin University
Chongqing Changan Automobile Co Ltd
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Chongqing Changan Automobile Co Ltd
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Abstract

一种发动机用可控排气背压阀，上述排气背压阀与发动机的排气总管相连接，并且串联在发动机的排气管路中，包括：本体、排气通道、门轴，由本体的一端插入并垂直穿过上述排气通道的侧壁，进入到排气通道内部；门板，与门轴相固定，并随门轴同时旋转，门板的形状和大小与排气通道的横截面的形状和大小相对应，通过改变门板的旋转角度调整排气通道的废气流通面积。通过改变门轴与门板的旋转角度能够控制废气的压力，提高发动机的排气背压，将内部残余废气强制驻留于缸内，可以直接控制内部残余废气量，进而控制CAI燃烧的负荷，通过废气重吸加热缸内的混合气体，提高混合气体温度，从而促进发动机CAI燃烧的实现。

Description

发动机用可控排气背压阀
技术领域
本发明属于发动机的技术领域，具体涉及一种连接在发动机排气管路中，通过改变排气背压控制发动机气缸内的混合气热状态，从而实现CAI燃烧的发动机用可控排气背压阀。
背景技术
汽油机可控自燃(Controlled Auto Ignition, CAI) 是通过压缩空气、燃料（包括再循环的废气）的混合物直到着火的一种新的燃烧方式，其实质是柴油机和汽油机两种燃烧方式的综合，属于对燃烧方式的改进，具有很高的理论研究价值，是近年来的研究热点，也是一种日趋成熟的燃烧方式。
目前，国内外实现CAI燃烧的主要方法有：直接进气加热、采用高压缩比、使用更容易自燃着火的燃料、利用内部残余废气加热等，而内部废气再循环（EGR）策略被认为是四冲程汽油机上实现CAI燃烧的最为可行的方法之一。内部废气再循环控制汽油机CAI燃烧过程的基本思想是通过改变气门定时捕捉一部分热残余废气在缸内，用其加热进气，完成压缩自燃着火。
根据气门控制策略以及废气供给方式的不同，内部废气再循环的实现CAI燃烧的方法主要有两种：一种是废气在压缩策略，另一种是废气重吸策略。废气再压缩策略是利用负的气门重叠角（排气门早关和进气门晚开），将上个循环热的残余废气留在缸内以加热冷的新鲜充量，使混合气在压缩上止点附近达到自燃着火温度，实现CAI燃烧。废气重吸策略是将排出去的废气再重新吸入缸内，主要有两种实现方法：一种是在进气过程中打开排气门，将排出去的废气重新吸入缸内；另一种是进气门在排气过程中打开，一部分废气进入进气道，在进气过程中再吸入缸内。
针对内部废气再循环（i-EGR）的控制策略，长安汽车公司现有直喷发动机技术平台中VVT采用进、排气门正重叠角度的气门控制策略，但其内部EGR率最大为29%，不能满足实现CAI燃烧所需要的40%左右最低内部EGR率的要求，无法实现CAI燃烧。另外，对于该直喷发动机来说，通过增大进排气门的重叠角度，虽然可以获得一定量的内部残余废气，但受凸轮型线及VVT变化角度的限制（30oCA的VVT相位调整范围），单纯依靠进排气门相位的变化，还不能获得足够比例的内部残余废气，因而无法达到实现CAI燃烧所需的条件。而在现有技术的内部废气再循环系统中，发动机的废气排出压力和废气排出量是固定的定值，无法根据实际的燃烧需求进行改变，因而对燃烧效果的提升也相对较小。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的技术问题而提供一种连接在发动机排气管路中，通过改变排气背压控制发动机气缸内的混合气热状态，从而实现CAI燃烧的发动机用可控排气背压阀。
本发明为解决现有技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明的发动机用可控排气背压阀，上述排气背压阀与发动机的排气总管相连接，并且串联在发动机的排气管路中，包括：本体，构成排气背压阀的主体部分，承载排气背压阀的其他部件；排气通道，贯通排气背压阀的本体，构成发动机排气管路中的一部分，废气由排气通道中流过排气背压阀；门轴，由本体的一端插入并垂直穿过上述排气通道的侧壁，进入到排气通道内部，且门轴与排气通道的中轴线相互垂直；门板，与门轴相固定，并随门轴同时旋转，门板的形状和大小与排气通道的横截面的形状和大小相对应，通过改变门板的旋转角度调整排气通道的废气流通面积。
本发明还可以采用如下技术措施:
上述门轴为空心结构，在门轴内部形成冷却液导管，在门轴位于排气通道外部的一端设置冷却液接口，冷却液接口与门轴内的冷却液导管相连通，通过冷却液接口和冷却液导管将冷却液导入到门轴对应于排气通道中的位置。
贯穿排气通道内的门轴设置安装位置，将门轴与门板彼此固定。
在门轴与本体之间设置扭簧，扭簧的一端与排气背压阀的本体固定，而另一端与门轴相固定。
门轴及门板的旋转驱动可以采用拉线式驱动方式，也可采用步进电机或伺服电机驱动方式。
位于排气通道外部的门轴上固定设置扭板，扭板的外围设置绕线槽，扭板与门轴为同轴结构。
在本体上设置拉线支架，拉线支架的位置与扭板的位置相对应。
在本体的外部平行设置多个散热片。
排气通道的内壁上设置圆形凹槽，门轴插入后与凹槽相配合。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的发动机用可控排气背压阀，安装在发动机的排气管路中，从发动机排气总管出来的废气首先要流经排气背压阀，通过改变门轴与门板的旋转角度能够控制废气的压力，提高发动机的排气背压，将内部残余废气强制驻留于缸内，可以直接控制内部残余废气量，进而控制CAI燃烧的负荷，通过废气重吸加热缸内的混合气体，提高混合气体温度，从而促进发动机CAI燃烧的实现。通过将冷却液导入到排气通道内的门板处来降低门板的温度，从而避免发动机工作过程中由于温度过高导致门板与排气通道“抱死”。
附图说明
图1是本发明的发动机用可控排气背压阀的结构示意图；
图2是本发明的发动机用可控排气背压阀的俯视图；
图3是本发明的发动机用可控排气背压阀的纵向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
图1是本发明的发动机用可控排气背压阀的结构示意图；图2是本发明的发动机用可控排气背压阀的俯视图；图3是本发明的发动机用可控排气背压阀的纵向剖视图。
如图1所示，本发明的发动机用可控排气背压阀1，上述排气背压阀1与发动机的排气总管相连接，并且串联在发动机的排气管路中，包括：本体2，构成排气背压阀的主体部分，承载排气背压阀的其他部件；排气通道3，贯通排气背压阀的本体，构成发动机排气管路中的一部分，废气由排气通道中流过排气背压阀；门轴4，由本体的一端插入并垂直穿过上述排气通道的侧壁，进入到排气通道内部，且门轴与排气通道的中轴线相互垂直；门板5，与门轴相固定，并随门轴同时旋转，门板的形状和大小与排气通道的横截面的形状和大小相对应，通过改变门板的旋转角度调整排气通道的废气流通面积。本实施例中采用截面为圆形的排气通道，所以门板也为圆形。
上述门轴4为空心结构，在门轴内部形成冷却液导管6，冷却液导管6与门轴4同轴，在门轴位于排气通道外部的一端设置冷却液接口7，冷却液接口7与门轴内的冷却液导管6相连通，通过冷却液接口和冷却液导管将冷却液导入到门轴4对应于排气通道3中的位置。
贯穿排气通道内的门轴4设置门板安装位置，门板5为圆形的金属片，沿门轴的中轴线方向依次设置两个同时穿过门轴和门板的螺钉或铆钉，将门轴与门板彼此固定。
在门轴4与本体2之间设置扭簧8，扭簧8的一端与排气背压阀的本体2固定，而另一端与门轴4相固定，当门轴上未施加外力时，扭簧拉动门轴使门板总保持在一个固定的角度。
门轴及门板的旋转驱动可以采用拉线式驱动方式，也可采用步进电机或伺服电机驱动方式。
位于排气通道外部的门轴4上固定设置扭板9，扭板的外围设置绕线槽10，扭板与门轴为同轴结构。在扭板的绕线槽内连接拉线，拉动拉线使门轴随扭板一同转动，从而使门板根据需求在外力作用下改变打开的角度。
在本体上设置拉线支架11，拉线支架的位置与扭板9的位置相对应，拉线支架限制引导拉线的固定位置和活动范围，使之能够正常运转。
在本体的外部平行设置多个散热片12，通过散热片及时与外界的空气进行热量交换。
排气通道的内壁上设置圆形凹槽，门轴插入后与凹槽相配合，从而使门轴能够在水平和竖直位置固定的情况下自由转动。
本发明的发动机用可控排气背压阀，安装在发动机的排气管路中，从发动机排气总管出来的废气首先要流经排气背压阀，通过改变门轴与门板的旋转角度能够控制废气的压力，提高发动机的排气背压，将内部残余废气强制驻留于缸内，可以直接控制内部残余废气量，进而控制CAI燃烧的负荷，通过废气重吸加热缸内的混合气体，提高混合气体温度，从而促进发动机CAI燃烧的实现。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种发动机用可控排气背压阀，其特征在于：上述排气背压阀与发动机的排气总管相连接，并且串联在发动机的排气管路中，包括：本体，构成排气背压阀的主体部分，承载排气背压阀的其他部件；排气通道，贯通排气背压阀的本体，构成发动机排气管路中的一部分，废气由排气通道中流过排气背压阀；门轴，由本体的一端插入并垂直穿过上述排气通道的侧壁，进入到排气通道内部，且门轴与排气通道的中轴线相互垂直；门板，与门轴相固定，并随门轴同时旋转，门板的形状和大小与排气通道的横截面的形状和大小相对应，通过改变门板的旋转角度调整排气通道的废气流通面积。
2.根据权利要求1所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：上述门轴为空心结构，在门轴内部形成冷却液导管，在门轴位于排气通道外部的一端设置冷却液接口，冷却液接口与门轴内的冷却液导管相连通，通过冷却液接口和冷却液导管将冷却液导入到门轴对应于排气通道中的位置。
3.根据权利要求1所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：在门轴与本体之间设置扭簧，扭簧的一端与排气背压阀的本体固定，而另一端与门轴相固定。
4.根据权利要求1或3所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：门轴及门板的旋转驱动采用拉线式驱动方式。
5.根据权利要求1或3所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：门轴及门板的旋转驱动采用步进电机或伺服电机驱动方式。
6.根据权利要求1、4或5所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：位于排气通道外部的门轴上固定设置扭板，扭板的外围设置绕线槽，扭板与门轴为同轴结构。
7.根据权利要求5所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：在本体上设置拉线支架，拉线支架的位置与扭板的位置相对应。
8.根据权利要求1所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：在本体的外部平行设置多个散热片。
9.根据权利要求1所述的发动机用可控排气背压阀，其特征在于：排气通道的内壁上设置圆形凹槽，门轴插入后与凹槽相配合。
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