CN107084055A - 一种用于车辆发动机的节流阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆发动机的节流阀装置，涉及一种车辆发动机。车辆发动机为增压发动机，所述发动机配套有EGR系统，所述节流阀装置安装于所述EGR系统的通往所述发动机的燃烧室的管路中；所述节流阀装置配置为：当所述EGR系统关闭状态时，所述节流阀装置的开度设置为完全通路的状态；当所述EGR系统运行时，所述节流阀装置的开度减小，以使得所述节流阀装置两侧的所述管路中产生压强差，进而使所述EGR系统排出的气体进入所述燃烧室中，所述节流阀装置的开度的大小与所述发动机的燃烧室中的EGR率相匹配。通过减小节流阀装置的过流面积，从而增大管路中的EGR系统端处的压强，从而降低了车辆的油耗并且降低废气的排放量。

Description

一种用于车辆发动机的节流阀装置
技术领域
本发明涉及一种车辆发动机，特别是涉及一种用于车辆发动机的节流阀装置。
背景技术
汽车发动机是为汽车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济性和环保性。根据动力来源不同，汽车发动机可分为柴油发动机、汽油发动机、电动汽车电动机以及混合动力等。
排气再循环(Exhaust Gas Recirculation)系统，也就是EGR系统，内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NOx)与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。随着环境污染的加剧，以及国家对于节能减排的要求，排气再循环系统对于汽车发动机起着越来越重要的作用。可以较大幅度的降低汽车发动机在运行过程中的废气排放，以及油耗高。
但是，即便如此，汽车发动机在运行过程中仍然存在废气排放量高，油耗高的问题。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种用于车辆发动机的节流阀装置，以解决汽车发动机在运行过程中仍然存在废气排放量高，油耗高的问题。
本发明一个进一步的目的是要使得车辆的EGR系统排出的废气顺利进入发动机的燃烧室中。
本发明另一个进一步的目的是要实现在降低汽车发动机废气排放量及油耗的同时，减少对现有汽车发动机系统的改动量，以降低对现有发动机系统的改装成本。
特别地，本发明提供了一种用于车辆发动机的节流阀装置，车辆发动机为增压发动机，所述发动机配套有EGR系统，所述节流阀装置安装于所述EGR系统的通往所述发动机的燃烧室的管路中；
所述EGR系统关闭状态时，所述节流阀装置的开度设置为完全通路的状态；所述EGR系统运行时，所述节流阀装置的开度减小，以使得所述节流阀装置两侧的所述管路中产生压强差，进而使所述EGR系统排出的气体进入所述燃烧室中，所述节流阀装置的开度的大小与所述发动机的燃烧室中的EGR率相匹配。
进一步地，所述EGR系统及所述燃烧室与所述车辆的ECU通信连接，以使得所述ECU实时获取所述EGR率，所述节流阀装置的开度大小响应于所述ECU的实时控制。
进一步地，所述车辆处于高速或/和大载荷时，所述EGR系统启动运行。
进一步地，所述节流阀装置的开度的大小随着所述EGR率的增加而减小。
进一步地，所述节流阀装置包括
阀片，安装于所述节流阀装置内，能够相对于所述节流阀装置转动，用于调节所述节流阀装置的开度；
驱动电机，与所述阀片传动连接，用于驱动所述阀片相对于所述节流阀装置转动；以及
单片机，与所述驱动电机控制连接，并响应于所述车辆的ECU控制，用于控制所述驱动电机转动；
优选地，通过调整所述单片机的初始相位，使所述EGR系统关闭状态时，所述节流阀装置的开度设置为完全通路的状态；
优选地，所述单片机为直流单片机。
进一步地，所述发动机具有增压器，所述增压器及所述EGR系统关于所述发动机的燃烧室构成并联回路系统，所述节流阀装置串联设置于所述EGR系统的出气端处；
优选地，所述EGR系统与所述节流阀装置之间安装有
冷却器，用于冷却所述EGR系统分离出并排向所述燃烧室的气体；以及
过滤器，用于过滤所述冷却器排出的气体；
优选地，所述EGR系统安装于所述车辆的三元催化器后端。
进一步地，所述节流阀装置通过一次成型加工工艺制成；
优选地，所述节流阀装置为铝制件；
优选地，所述节流阀装置的出口端与入口端均设置有法兰盘，每个所述法兰盘通过紧固件与所述管路相连接；
优选地，每个所述法兰盘通过四根螺栓与所述管路相连接。
进一步地，所述节流阀装置安装有用于控制所述节流阀装置开度的驱动电机，所述驱动电机响应于所述车辆的ECU，所述ECU根据所述EGR系统及所述燃烧室传输的电压信息输出相应的电流并驱动所述驱动电机，使所述节流阀装置达到指定开度；
优选地，通过变更所述ECU内软件的计算公式，以实现所述节流阀装置的开度的大小与所述发动机的燃烧室中的EGR率相匹配。
进一步地，所述ECU根据所述节流阀装置的开度的大小计算出EGR流量以及EGR率，所述ECU对所述燃烧室的点火信号响应于所述EGR流量以及所述EGR率；
优选地，所述节流阀装置安装有角度传感器，用于检测所述节流阀装置的开度的大小，所述ECU根据所述角度传感器的检测以及从所述EGR系统与所述燃烧室获取的信息计算出EGR流量以及EGR率。
进一步地，所述EGR系统的通往所述发动机的燃烧室的管路中安装有气压传感器，用于检测所述管路中的气压是否高于第二预设值；所述车辆的ECU执行控制所述节流阀装置的开度保持为完全通路状态的动作，响应于所述气压传感器检测到所述管路中的气压高于第二预设值；
优选地，所述ECU执行控制所述节流阀装置的开度减小但并不关闭的动作，响应于所述气压传感器检测到所述管路中的气压低于所述第二预设值。
发明人发现，汽车发动机在运行过程中仍然存在废气排放量高，油耗高的问题，是由于EGR系统在工作过程中，其通往燃烧室管道中的废气出现倒流或者压差波动大，从而使得汽车发动机在运行过程中仍然存在废气排放量高，油耗高。为此，发明人在EGR系统通往燃烧室的管路中安装节流阀装置，通过减小节流阀装置的过流面积，从而增大管路中的EGR系统端处的压强，从而使得节流阀装置两端保持稳定的压差，从而有效阻止了通往燃烧室管道中的废气出现倒流的情况，并且消除了压差波动大的问题。从而使EGR系统的废气顺利的进入燃烧室中，使得废气可以被充分利用，从而降低了车辆的油耗并且降低废气的排放量。发明人充分利用流体力学中的，流量不变条件下，过流面积减小，流速与流体的压强增大的原理，来实现废气顺利进入燃烧室中。
进一步地，节流阀装置通过一次成型加工工艺制成。还可以结合机加流水线生产。优选地，节流阀装置为铝制件。减轻重量，从而降低车辆的总体重量，以进一步的降低油耗。同时发动机运行以后也不会因为该产品的质量增加给发动机带来额外的转动惯量。
进一步地，通过调整单片机的初始相位，使EGR系统关闭状态时，节流阀装置的开度设置为完全通路的状态。通过上述调整，可以大幅图的降低对单片机的改造量，从而降低改造成本。
需要注意的是，所述ECU的英文全称为Electronic Control Unit，也就是，电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。另外，所述EGR系统的英文全称为Exhaust Gas Recirculation，也就是排气再循环系统。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的所述用于车辆发动机的节流阀装置的示意性主视图；
图2是图1所示的所述用于车辆发动机的节流阀装置布置于所述EGR系统中的布局图；
图3是节流阀装置的控制过程流程图。
图中各符号表示如下：
1节流阀装置，11阀片，12法兰盘，13紧固件，14角度传感器；
2EGR系统；
3燃烧室，31气压传感器；
4增压器；
5ECU。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的用于车辆发动机的节流阀装置的示意性主视图；结合图1进行说明，安装有本发明的用于车辆发动机的节流阀装置1的车辆的发动机为增压发动机。发动机配套有EGR系统2(参见图2)。节流阀装置1安装于EGR系统2的通往发动机的燃烧室3(参见图2)的管路中。EGR系统2关闭状态时，节流阀装置1的开度设置为完全通路的状态。EGR系统2运行时，节流阀装置1的开度减小，并且可以减小至关闭或者不关闭，以使得节流阀装置1两侧的管路中产生压强差，进而使EGR系统2排出的气体进入燃烧室3中。节流阀装置1的开度的大小与发动机的燃烧室3中的EGR率相匹配。
继续结合图1进行说明，发明人发现，汽车发动机在运行过程中仍然存在废气排放量高，油耗高的问题，是由于EGR系统2(参见图2)在工作过程中，其通往燃烧室3(参见图2)管道中的废气出现倒流或者压差波动大，从而使得汽车发动机在运行过程中仍然存在废气排放量高，油耗高。
结合图2进行说明，为此，发明人在EGR系统2通往燃烧室3的管路中安装节流阀装置1，通过减小节流阀装置1的过流面积，从而增大管路中的EGR系统端处的压强，从而使得节流阀装置1两端保持稳定的压差，从而有效阻止了通往燃烧室3管道中的废气出现倒流的情况，并且消除了压差波动大的问题。从而使EGR系统2的废气顺利的进入燃烧室3中，使得废气可以被充分利用，从而降低了车辆的油耗并且降低废气的排放量。发明人充分利用流体力学中的，流量不变条件下，过流面积减小，流速与流体的压强增大的原理，来实现废气顺利进入燃烧室3中。
图3是节流阀装置的控制过程流程图，结合图3进行说明，进一步地，EGR系统2及燃烧室3与车辆的ECU5通信连接，以使得ECU5实时获取EGR率，节流阀装置1的开度大小响应于ECU5的实时控制。通过ECU5实时获取EGR率，并且实时控制节流阀装置1的开度大小，使得节流阀装置1的两端长期保持有效的压差，从而通过实时调节，实现节流阀装置1两端的压差稳定。从而使EGR系统2的废气顺利的进入燃烧室3中(参见图2阅读更加清楚)，使得废气可以被充分利用，从而降低了车辆的油耗并且降低废气的排放量。
需要注意的是，EGR率被定义为再循环的废气量与吸入气缸的进气总量之比。
在说明书附图未示出的情况下说明，车辆处于高速或/和大载荷时，EGR系统2(参见图2)启动运行。发明人再次发现，由于车辆在高速或/和大载荷时的油耗大，而此时也是车辆产生废气量最多的时候，通过此时使用EGR系统2对车辆排出的废气进行有效回收再利用，从而进一步降低车辆的使用油耗，以及废气的排放量(参见图2阅读更加清楚)。
需要注意的是，车辆处于高速或/和大载荷时，是指车辆处于高速或大载荷时；或者是指车辆处于高速和大载荷时。
如图1所示，节流阀装置1的开度的大小随着EGR率的增加而减小。也就是说，节流阀装置1的开度越小，EGR率越大；需要注意的是，EGR率是指再循环的废气量与吸入燃烧室3(参见图2)的进气总量之比，EGR率的合理控制对氮氧化物的净化效果和发动机废气排放极其重要，进行标定试验时需要一种方法量化EGR率，以评判废气再循环对发动机性能的影响。
继续结合图1进行说明，需要注意的是，节流阀装置1的开度减小至关闭或者不关闭，可以是由EGR系统2(参见图2)决定的，若EGR系统2的通往燃烧室3(参见图2)的管道中的气压小于第一设定值，而节流阀装置1的开度减小到最小，该管路中仍然出现气体倒流的情况，则节流阀装置1的开度减小至关闭；相反的，若EGR系统2的通往燃烧室3的管道中的气压大于第一设定值，而节流阀装置1的开度减小到最小，该管路中未出现气体倒流的情况，则节流阀装置1的开度减小但不关闭。
继续结合图1进行说明，节流阀装置1包括阀片11、驱动电机(说明书附图未示出)以及单片机(说明书附图未示出)。阀片11安装于节流阀装置1内，能够相对于节流阀装置1转动，用于调节节流阀装置1的开度。驱动电机与阀片11传动连接，用于驱动阀片11相对于节流阀装置1转动。单片机与驱动电机控制连接，并响应于ECU5(参见图3)的控制，用于控制驱动电机转动。
结合图2进行说明，优选地，通过调整单片机(说明书附图未示出)的初始相位，使EGR系统2关闭状态时，节流阀装置1的开度设置为完全通路的状态(参见图1更加清晰)。通过上述调整，可以大幅图的降低对单片机的改造量，从而降低改造成本。需要注意的是，节流阀装置1的开度设置为完全通路的状态时(参见图1更加清晰)，阀片11沿着气体流动方向设置，或者说阀片11与气体过流截面向垂直。
在说明书附图未示出的情况下说明，优选地，单片机为直流单片机。
结合图2进行说明，发动机具有增压器4，增压器4及EGR系统2关于发动机的燃烧室3构成并联回路系统，节流阀装置1串联设置于EGR系统2的出气端处。
在说明书附图未示出的情况下说明，优选地，EGR系统2(参见图2)与节流阀装置1(参见图2)之间安装有冷却器以及过滤器。冷却器用于冷却EGR系统2分离出并排向燃烧室3(参见图2)的气体。过滤器用于过滤冷却器排出的气体。
在说明书附图未示出的情况下说明，优选地，EGR系统2(参见图2)安装于车辆的三元催化器后端。
在说明书附图未示出的情况下说明，进一步地，节流阀装置1(参见图1)通过一次成型加工工艺制成。还可以结合机加流水线生产。
在说明书附图未示出的情况下说明，优选地，节流阀装置1(参见图1)为铝制件。减轻重量，从而降低车辆的总体重量，以进一步的降低油耗。同时发动机运行以后也不会因为该产品的质量增加给发动机带来额外的转动惯量。
继续结合图1进行说明，优选地，节流阀装置1的出口端与入口端均设置有法兰盘12，每个法兰盘12通过紧固件13与管路相连接。工艺生产和装配都相对较容易实现。
继续结合图1进行说明，优选地，每个法兰盘12通过四根螺栓与管路相连接。
在本发明的另一个实施例中，在说明书附图未示出的情况下说明，节流阀装置1(参见图1)安装有用于控制节流阀装置1开度的驱动电机，驱动电机直接响应于ECU5(参见图3)，ECU5根据EGR系统2(参见图2)及燃烧室3(参见图3)传输的电压信息输出相应的电流并驱动驱动电机，使节流阀装置1达到指定开度。从而提高控制节流阀装置1开度的响应速度，同时还降低成本。
在说明书附图未示出的情况下说明，优选地，通过变更ECU5(参见图3)内软件的计算公式，以实现节流阀装置1(参见图1)的开度的大小与发动机的燃烧室3(参见图2)中的EGR率相匹配。上述改装方式具有改装快速，对于节流阀装置1的引入无需对发动机系统的其他部件进行改进，而只需对ECU5的软件的计算公式进行修改，从而减少对已有的发动机的改进幅度，从而大幅度的降低了改进成本。
在说明书附图未示出的情况下说明，进一步地，ECU5(参见图3)根据节流阀装置1(参见图1)的开度的大小计算出EGR流量以及EGR率，ECU5对燃烧室3(参见图2)的点火信号响应于EGR流量以及EGR率。
结合图3进行说明，优选地，节流阀装置1安装有角度传感器14，用于检测节流阀装置1的开度的大小，ECU5根据角度传感器14的检测以及从EGR系统2与燃烧室3获取的信息计算出EGR流量以及EGR率。
结合图3进行说明，进一步地，EGR系统2的通往发动机的燃烧室3的管路中安装有气压传感器31，用于检测管路中的气压是否高于第二预设值；ECU5执行控制节流阀装置1的开度保持为完全通路状态的动作，响应于气压传感器检测到管路中的气压高于第二预设值。
继续结合图3进行说明，优选地，ECU5执行控制节流阀装置1的开度减小但并不关闭的动作，响应于气压传感器检测到管路中的气压低于预设值。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆发动机的节流阀装置，其中，车辆发动机为增压发动机，所述发动机配套有EGR系统，所述节流阀装置安装于所述EGR系统的通往所述发动机的燃烧室的管路中；
所述节流阀装置配置为：当所述EGR系统关闭状态时，所述节流阀装置的开度设置为完全通路的状态；当所述EGR系统运行时，所述节流阀装置的开度减小，以使得所述节流阀装置两侧的管路产生压强差，进而使所述EGR系统排出的气体进入所述燃烧室中，所述节流阀装置的开度的大小与所述发动机的燃烧室中的EGR率相匹配。
2.根据权利要求1所述的节流阀装置，其特征在于，所述EGR系统及所述燃烧室与所述车辆的ECU通信连接，以使得所述ECU实时获取所述EGR率，所述节流阀装置的开度大小响应于所述ECU的实时控制。
3.根据权利要求1或2所述的节流阀装置，其特征在于，所述车辆处于高速或/和大载荷时，所述EGR系统启动运行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的节流阀装置，其特征在于，所述节流阀装置的开度的大小随着所述EGR率的增加而减小。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的节流阀装置，其特征在于，所述节流阀装置包括：
阀片，安装于所述节流阀装置内，能够相对于所述节流阀装置转动，用于调节所述节流阀装置的开度；
驱动电机，与所述阀片传动连接，用于驱动所述阀片相对于所述节流阀装置转动；以及
单片机，与所述驱动电机控制连接，并响应于所述车辆的ECU控制，用于控制所述驱动电机转动；
优选地，通过调整所述单片机的初始相位，使所述EGR系统关闭状态时，所述节流阀装置的开度设置为完全通路的状态；
优选地，所述单片机为直流单片机。
6.根据权利要求5所述的节流阀装置，其特征在于，
所述ECU根据所述EGR系统及所述燃烧室传输的电压信息输出相应的电流并驱动所述驱动电机，使所述节流阀装置达到指定开度；
优选地，通过变更所述ECU内软件的计算公式，以实现所述节流阀装置的开度的大小与所述发动机的燃烧室中的EGR率相匹配。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的节流阀装置，其特征在于，所述发动机具有增压器，所述增压器及所述EGR系统关于所述发动机的燃烧室构成并联回路系统，所述节流阀装置串联设置于所述EGR系统的出气端处；
优选地，所述EGR系统与所述节流阀装置之间安装有：
冷却器，用于冷却所述EGR系统分离出并排向所述燃烧室的气体；以及
过滤器，用于过滤所述冷却器排出的气体；
优选地，所述EGR系统安装于所述车辆的三元催化器后端。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的节流阀装置，其特征在于，所述节流阀装置通过一次成型加工工艺制成；
优选地，所述节流阀装置为铝制件；
优选地，所述节流阀装置的出口端与入口端均设置有法兰盘，每个所述法兰盘通过紧固件与所述管路相连接；
优选地，每个所述法兰盘通过四根螺栓与所述管路相连接。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的节流阀装置，其特征在于，所述ECU根据所述节流阀装置的开度的大小计算出EGR流量以及EGR率，所述ECU对所述燃烧室的点火信号响应于所述EGR流量以及所述EGR率；
优选地，所述节流阀装置安装有角度传感器，用于检测所述节流阀装置的开度的大小，所述ECU根据所述角度传感器的检测以及从所述EGR系统与所述燃烧室获取的信息计算出EGR流量以及EGR率。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的节流阀装置，其特征在于，所述EGR系统的通往所述发动机的燃烧室的管路中安装有气压传感器，用于检测所述管路中的气压是否高于第二预设值；所述车辆的ECU执行控制所述节流阀装置的开度保持为完全通路状态的动作，响应于所述气压传感器检测到所述管路中的气压高于第二预设值；
优选地，所述ECU执行控制所述节流阀装置的开度减小但并不关闭的动作，响应于所述气压传感器检测到所述管路中的气压低于所述第二预设值。
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