CN103225549B - 一种节气门装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节气门装置，包括节气门本体以及其内部设置的进气管道，在进气管道中设有能量转化装置、能量利用装置以及控制装置；其中能量转化装置开有作为阀门调节进气管道中气流流量，再将气流的动能进行转化并传递到能量利用装置中进行利用；并且能量转化装置可以通过控制装置进行控制，从而对气流流量大小进行调节。本发明的节气门装置除了具有控制进气管道气流流量的作用外，还能有效地将流过节气门气流的能量加以利用，达到节能环保的作用。

Description

一种节气门装置

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种节气门装置。

背景技术

节气门装置是发动机***的重要部件，其一端连接空气滤清器，另一端连接发动机缸体，节气门装置的主要作用是根据发动机的负载和转速变化相应地调节开度，控制发动机的进气量，以满足发动机的工作性能要求。目前节气门的形式比较单一，主要是由直流电机驱动的电子节气门和步进电机驱动的电子节气门。其中直流电机驱动的电子节气门由于结构简单，响应迅速，易于控制等优点使得运用更广。但是不足之处在于，节气门对气流的节流作用会使大量的动能损失掉，而这部分能量又得不到合理的利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种节气门装置，其中包括的能量转化装置除了具有控制进气管道气流流量的作用外，还能把节流过程中气流的动能传递到对应的能量利用装置上，解决了流过节气门气流的能量得不到利用的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种节气门装置，包括节气门本体以及其内部设置的进气管道，所述进气管道中设有：

能量转化装置，作为阀门调节所述进气管道中气流流量，并将所述气流的动能进行转化和传递；

能量利用装置，将所述能量转化装置转化和传递的能量进行利用；

控制装置，用于控制所述能量转化装置，从而对气流流量大小进行调节。

可选地，上述的装置中，所述能量转化装置为可变叶轮，所述可变叶轮包括：

叶轮轴，轴线方向与所述进气管道的轴线方向相同，并与所述能量利用装置连接；

安装部，与所述叶轮轴连接并以叶轮轴的轴线作为旋转轴线；

多根叶片轴，均匀安装在所述安装部上，所述多根叶片轴的轴线均与所述叶轮轴的轴线垂直且均相交于所述叶轮轴的轴线上同一点；

转动叶片，均安装在所述叶片轴上，并以所述叶片轴作为旋转轴；

所述多个转动叶片的面积与所述安装部径向截面的面积之和不小于所述进气管道的径向截面面积。

可选地，上述的装置中，所述安装部内部设有空腔，所述空腔内设有一个主动齿轮，所述多根叶片轴的端部均设有被动齿轮并伸入所述空腔内与所述主动齿轮配合；

所述叶轮轴包括叶轮外轴以及嵌套在内部的叶轮内轴；

所述叶轮外轴的第一端与所述安装部连接，所述叶轮内轴的第一端与所述主动齿轮连接；

所述叶轮外轴的第二端与所述能量利用装置连接，所述叶轮内轴的第二端与所述控制装置连接。

可选地，上述的装置中，所述能量利用装置和控制装置为复合电机，所述复合电机包括发电机和电动机；

所述发电机包括由内到外安装的发电机转子和发电机定子，所述发电机转子与所述叶轮外轴的第二端连接；

所述发电机转子同时作为电动机定子，内部设有电动机转子，所述电动机转子与所述叶轮内轴的第二端连接。

可选地，上述的装置中，所述能量利用装置为发电机。

可选地，上述的装置中，所述控制装置为电动机。

可选地，上述的装置中，当所述多个叶片轴同步旋转时，所述多个转动叶片所在平面与所述进气管道的径向截面存在夹角，气流流通所述进气管道。

可选地，上述的装置中，当所述夹角不为0°或90°时，所述可变叶轮在气流的作用下沿所述叶轮轴旋转。

可选地，上述的装置中，所述安装部呈环状。

可选地，上述的装置中，所述转动叶片呈扇形。

本发明至少存在以下有益技术效果：

1）、本发明的能量转化装置除了具有控制进气管道气流流量的作用外，还能把气流的动能转化其他形式的机械能并传递到对应的能量利用装置上，有效地将流过节气门气流的能量加以利用，达到节能环保的作用；

2）、本发明的可变叶轮结构巧妙、易实现，可变叶轮作为能量转化装置，通过控制可变叶轮的多个转动叶片绕自身轴线同步旋转，使得相邻的两个转动叶片之间存在让气流流通的空隙，并且空隙的大小随着转动叶片的旋转而改变，从而达到控制气流流量的目的；另外，可变叶轮还可以在气流作用下带动叶轮轴一起旋转，叶轮轴再将旋转机械能转传递到与对应的能量利用装置上，达到能量回收利用的目的；

3）、本发明转动叶片的叶片轴是通过端部以及安装部内部的齿轮组进行驱动，驱动方便快捷，并且使用一个主动齿轮同时驱动多个叶片轴的被动齿轮，一方面是使得整体结构更紧密，传动部件少从而减小故障率，另外，这样的结构还使得所有转动叶片的转动同步，能更好地控制气流的流量；

4）、本发明的能量利用装置和控制装置可以分别采用发电机和电动机，提高运行效率，节约成本；另外能量利用装置和控制装置还可以采用设计一体的复合电机，既能同时实现各自功能，又使得整体结构满足更紧密，满足在气流通道内有限空间的布置要求，也节约了成本；

5）、本发明的安装部呈环状，绕圆周均匀布置多个转动叶片时更简便，也很容易满足不让气流通过状态下的密封要求，适用性强，同时也使得后期安装和维修更方便；

6）、本发明的转动叶片呈扇形，一方面是使得转动叶片能够更好的利用气流的动力，另外，扇形转动叶片在旋转过程中不容易产生相互干预，稳定性强。

附图说明

图1为本发明节气门装置实施例的结构示意图；

图2为本发明节气门装置实施例的立体图；

图3为图2的后视图；

图4为本发明实施例的可变叶轮其中一个状态的示意图；

图5为本发明实施例的可变叶轮另一个状态的示意图；

图6为本发明实施例的安装部结构示意图；

图7为图2中安装部部分的截面示意图；

图8为本发明实施例的叶轮轴的截面示意图；

图9为本发明实施例的复合电机部分的截面示意图；

其中：

1-进气管道，2-可变叶轮，201-叶轮轴，202-安装部，203-叶片轴，204-转动叶片，205-叶轮外轴，206-叶轮内轴，3-主动齿轮，4-被动齿轮，5-复合电机，501-发电机转子，502-发电机定子，503-电动机定子，504-电动机转子。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种节气门装置，包括节气门本体以及其内部设置的进气管道1，在进气管道中设有：

能量转化装置，作为阀门调节进气管道1中气流流量，并将气流的动能进行转化和传递。

能量利用装置，将上述能量转化装置转化和传递的能量进行利用。

控制装置，用于控制能量转化装置，从而对气流流量大小进行调节。

本发明的能量转化装置除了具备类似节气门控制进气管道1气流流量的作用外，还能把气流的能量传递到对应的能量利用装置上，有效地将流过节气门气流的能量加以利用，其中气流的能量可以是气流流动时产生的动能。

本发明的一个实施例中，能量转化装置作为阀门，可以设计为一个风扇状，具体可以参照如图2至图9中关于能量转化装置即后续的可变叶轮2部分的图示。当阀门关闭时气流不能通过，当阀门开启时气流通过并且阀门自身可以在气流作用下旋转。当然，除了上述实施例的结构外，能量转化装置还可以为其他多种形式，例如，能量转化装置包括阀门与风扇，设计为阀门与风扇的组合，阀门在风扇之前，阀门开启后气流通过并吹动风扇旋转，风扇再将旋转的能量传递到相连的能量利用装置，同样能达到本发明的目。

本发明的一个实施例中，优选能量转化装置为可变叶轮2，包括：

叶轮轴201，轴线方向与进气管道1的轴线方向相同，并与上述能量利用装置连接。

安装部202，与叶轮轴201连接并以叶轮轴201的轴线作为旋转轴线。

多根叶片轴203，均匀安装在所述安装部202上。多根叶片轴203的轴线均与叶轮轴201的轴线垂直且均相交于叶轮轴201的轴线上同一点。其中每根叶片轴203上均安装有一个转动叶片204，转动叶片204还以叶片轴203作为旋转轴，也就是说，每根转动叶片204除了随着叶片轴203绕叶轮轴201转动以外，还能绕自身的叶片轴203转动。上述多个转动叶片204的面积与安装部202径向截面的面积之和不小于进气管道1的径向截面面积，要确保当多个转动叶片204所在平面与进气管道1的径向截面平行时，阻断进气管道1内气流的流通。此处需要说明的是，当上述多个转动叶片204与安装部202的面积之和即使是大于进气管道1的径向截面面积也没有关系，只要多个转动叶片204之间的转动不存在相互干预，能够正常转动即可，不影响本发明的功能。当然，为了节约成本，安装方便等考虑，本例优选多个转动叶片204的面积与所述进气管道1径向方向所述安装部202的面积之和刚好等于进气管道1的径向截面面积。

本发明的可变叶轮1结构巧妙、易实现，多个转动叶片204轴绕自身叶片轴203同时旋转时，使得相邻的两个转动叶片204之间可以存在让气流流通的空隙，并且空隙的大小随着转动叶片204的旋转改变，从而控制气流流量。当然，随着上述多个转动叶片204的同步旋转，相邻的转动叶片204之间也能够相互接触，使得它们之间不存在空隙，此时，气流不能流过可变叶轮2。另外，当上述多个转动叶片204所在平面与进气管道1的径向截面存在夹角不为0°或90°时，可以使得整个可变叶轮2在气流的作用下随着叶轮轴201旋转，并最终将叶轮轴201的旋转机械能转传递到与其相连的能量利用装置上，达到能量回收利用的目的。

各转动叶片204之间空隙大小能够随着多个转动叶片204绕着叶片轴203的同步转动而变化，所以汽车发动机全负荷、部分负荷或者怠速时都能通过改变空隙大小从而使进气管道1内的压力达到要求的值。例如在发动机全负荷状态下，此时需要调节气流流量到最大，也就是调节转动叶片204所在平面与上述进气管道1的轴向平行，转动叶片204对气流的阻力最小，当然此时整个可变叶轮1将不会旋转。例如在发动机部分负荷状态下，转动叶片204所在平面与进气管道1的轴向存在一定夹角，可以参照图5，此时气流流量相应减小，但是转动叶片204对气流的阻力将增大，使得整个可变叶轮1随之旋转。最后是怠速状态时，需要的气流流量很小，可以参照图4，相邻的转动叶片204之间几乎不存在空隙，可变叶轮1也不会旋转。因此，本发明对气流动能的利用实际上是阶段性的，但是由于实际操作过程中各种负荷状态是时刻变化的，所以本发明也是时刻在对能量进行回收利用。

本发明的安装部202内部可以设有空腔，特别如图6和图7所示，空腔内设有一个主动齿轮3，主动齿轮3是与上述叶轮轴201连接并跟随叶轮轴201一起转动。并且上述多根叶片轴203的端部均设有被动齿轮4并伸入空腔内与主动齿轮3配合。其中可以采用多种齿轮组形式，比如直齿圆锥齿轮，斜齿圆锥齿轮等，齿数比也可根据实际需要进行选择。使用齿轮组进行驱动的方式方便快捷，并且使用一个主动齿轮3同时驱动多个叶片轴203的被动齿轮4，一方面是使得整体结构更紧密，传动部件少也减小故障率，另外，这样的结构使得所有转动叶片204的转动同步，旋转的角度相同，能更好地控制气流的流量。

如图8所示，本发明的叶轮轴201可以包括叶轮外轴205以及嵌套在叶轮外轴205内部的叶轮内轴206，两者中间有一定的间隙和润滑剂。其中叶轮外轴205的两端分别叫第一端和第二端，同样，叶轮内轴206的两端分别叫第一端和第二端。叶轮外轴205的第一端与安装部202的外壳连接，叶轮内轴206的第一端与主动齿轮3连接。叶轮外轴205的第二端与能量利用装置连接，叶轮内轴206的第二端与控制装置连接。

本发明的能量利用装置可以为发电机，控制装置可以为电动机，可分开设计，也可以采用复合电机的形式。特别如图9所示，本例中优选能量利用装置和控制装置为复合电机5。总体来看，复合电机5的外部是一个发动机。复合电机的内部是一个电动机，也可称为叶轮开度调节电机。外部发电机包括由内到外安装的发电机转子501和发电机定子502，是通过发电机转子501与叶轮外轴205的第二端连接实现能量的传递。与此同时，发电机转子501又作为电动机定子503，在内部设有电动机转子504，电动机转子504与叶轮内轴206的第二端连接，实现对转动叶片204转动的控制。电动机的外面绕有线圈，该线圈可以切割发电机定子502的磁场产生电动势从而发电。另外，电动机定子503上有两个电刷分别连接电源的正负极。本发明的复合电机既能同时实现各自功能，又使得整体结构满足更紧密，满足在进气管道内有限空间的布置要求，也节约了成本。

本发明的一个实施例中，安装部202可以为多种规则的形状，例如三角形、四边形等等，但是本例中优选安装部202呈环状，可以使得绕圆周均匀布置多个转动叶片204时更简便，也很容易满足不让气流通过状态下的密封要求，适用性强，同时也使得后期安装和维修更方便。

同样，转动叶片204可以为多种规则或不规则的形状，但是最终转动叶片204在同一平面时组成的面积再加上同一个平面内安装部202截面面积之和一定要刚好与气流通道1的径向截面面积相同。特别如图4和图5本例中转动叶片204呈扇形，一方面是使得转动叶片204能够更好的利用气流的动力，另外，扇形转动叶片204在旋转过程中不容易产生相互干预，稳定性强。

本发明的一个实施例中，优选扇形转动叶片204为六个，对应的叶片轴203为六根，每片转动叶片204所对的圆心角为60°。

本发明中节气门装置允许气流通过或者不允许气流通过时的具体调节方法如下：

首先是对复合电机5中的电动机部分通电，控制电动机转子504转动，从而带动叶轮内轴206以及叶轮内轴206上的主动齿轮3转动，主动齿轮3又同时带动六个叶片轴203端部的被动齿轮4转动，从而使得六个转动叶片204分别绕自身叶片轴203同时转动。

当允许气流通过时，是使得六个转动叶片204转动到相邻两个转动叶片204之间具有一定空隙，此时能够气流从空隙中流过。并且随着转动角度的改变，空隙大小改变，气流流量的大小也随之改变。

不允许气流通过时，前面的调节方法相同，只是需要调节转动叶片204转动使得相邻两个转动叶片204之间不存在空隙即可，此时气流则无法从通过。当然，此时整个可变叶轮2也无法转动。

另外，由于本发明可变叶轮2上转动叶片204的布置方式，气流流通状态时可变叶轮2呈类似风扇的形状，特别当多个转动叶片204所在平面与气流通道1的径向截面存在的夹角不为0°或90°时，气流流通会对转动叶片204形成压力，使整个可变叶轮2转动，后续再通过可变叶轮2的叶轮外轴205将能量传递至复合电机5的发电机部分，实现对这部分能量的利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种节气门装置，包括节气门本体以及其内部设置的进气管道(1)，其特征在于，所述进气管道中设有：

能量转化装置，作为阀门调节所述进气管道中气流流量，并将所述气流的动能进行转化和传递；

能量利用装置，将所述能量转化装置转化和传递的能量进行利用；

控制装置，用于控制所述能量转化装置，从而对气流流量大小进行调节；

其中，所述能量转化装置为可变叶轮(2)，所述可变叶轮(2)包括：

叶轮轴(201)，轴线方向与所述进气管道(1)的轴线方向相同，并与所述能量利用装置连接；

安装部(202)，与所述叶轮轴(201)连接并以叶轮轴(201)的轴线作为旋转轴线；

多根叶片轴(203)，均匀安装在所述安装部(202)上；

转动叶片(204)，均安装在所述叶片轴(203)上，并以所述叶片轴(203)作为旋转轴；

其中，所述安装部(202)内部设有空腔，所述空腔内设有一个主动齿轮(3)，所述多根叶片轴(203)的端部均设有被动齿轮(4)并伸入所述空腔内与所述主动齿轮(3)配合；

所述叶轮轴(201)包括叶轮外轴(205)以及嵌套在内部的叶轮内轴(206)；

所述叶轮外轴(205)的第一端与所述安装部(202)连接，所述叶轮内轴(206)的第一端与所述主动齿轮(3)连接；

所述叶轮外轴(205)的第二端与所述能量利用装置连接，所述叶轮内轴(206)的第二端与所述控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，所述多根叶片轴(203)的轴线均与所述叶轮轴(201)的轴线垂直且均相交于所述叶轮轴(201)的轴线上同一点；

所述多个转动叶片(204)的面积与所述安装部(202)径向截面的面积之和不小于所述进气管道(1)的径向截面面积。

3.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，所述能量利用装置和控制装置为复合电机(5)，所述复合电机(5)包括发电机和电动机；

所述发电机包括由内到外安装的发电机转子(501)和发电机定子(502)，所述发电机转子(501)与所述叶轮外轴(205)的第二端连接；

所述发电机转子(501)同时作为电动机定子(503)，内部设有电动机转子(504)，所述电动机转子(504)与所述叶轮内轴(206)的第二端连接。

4.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，所述能量利用装置为发电机。

5.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，所述控制装置为电动机。

6.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，当所述多根叶片轴(203)同步旋转时，所述多个转动叶片(204)所在平面与所述进气管道(1)的径向截面存在夹角，气流流通所述进气管道(1)。

7.根据权利要求6所述的节气门装置，其特征在于，当所述夹角不为0°或90°时，所述可变叶轮(2)在气流的作用下沿所述叶轮轴(201)旋转。

8.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，所述安装部(202)呈环状。

9.根据权利要求1所述的节气门装置，其特征在于，所述转动叶片(204)呈扇形。