CN108979871A - 基于fsae赛车的节气门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FSAE赛车的节气门，其包括节气门轴、节气门体、线轮、碟片、节气门位置传感器、喇叭口和限流阀，节气门轴固定在节气门体上并贯穿节气门体，节气门体的内径为30mm；线轮、碟片和节气门位置传感器为同轴布置，线轮固定在节气门轴的位于节气门体外部的第一端，碟片固定在节气门轴的中部且位于节气门体的内部，节气门位置传感器固定在节气门轴的位于节气门体外部的第二端；线轮上设置怠速调节螺栓；限流阀与节气门体为一体式结构，限流阀前收缩角度为43度，限流阀后的扩张角为11度，限流阀的最小内径为20mm，限流阀的圆角半径为16mm，节气门轴的轴线距离限流阀圆角圆心的距离为45mm，喇叭口固定在节气门体的远离限流阀的一端。

Description

基于FSAE赛车的节气门

技术领域

本发明属于SAE动力总成进气部分技术领域，涉及一种基于FSAE赛车的节气门。

背景技术

FSAE是由国际汽车工程学会主办的，向所有大学生团队征集设计制造一辆小型的方程式赛车，要求赛车在加速、制动、操控性方面都有优异表现并且足够稳定耐久。

FSAE在中国已经发展近九年，但碟片式节气门始终没有得到很好的发展，基于碟片式节气门的特性，ABS工程塑料加工的节气门存在刚度不足易变形，且回火时易发生不可修复形变等问题，从而影响发动机响应。在设计上比赛规则限制的20mm限流阀对气流的阻碍作用较大，传统限流阀处的结构设计不能很好的降低气流流过过程中的局部阻力。气流从大气流入进气总管部分时传统的空气滤清器产生较大的局部阻力。现有节气门口径存在过小影响发动机冲量，过大导致节气门尺寸过大而不便安装等问题。为使比赛用节气门刚度更大，限流阀处及空气进入进气部分的局部阻力更小，节气门口径尺寸满足流量需求前提下足够紧凑等要求，对现有节气门进行改进，使之更符合FSAE比赛的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于FSAE赛车的节气门，其刚度大，流动阻力相对更小，响应更迅速，从而提高动态比赛中发动机的响应特性。

本发明是这样实现的：

一种基于FSAE赛车的节气门，其包括节气门轴、节气门体、线轮、碟片、节气门位置传感器、喇叭口和限流阀，所述节气门轴固定在所述节气门体上并贯穿所述节气门体，所述节气门体的内径为30mm；所述线轮、碟片和节气门位置传感器为同轴布置，所述线轮固定在所述节气门轴的位于所述节气门体外部的第一端，所述碟片固定在所述节气门轴的中部且位于所述节气门体的内部，所述节气门位置传感器固定在所述节气门轴的位于所述节气门体外部的第二端；所述线轮上设置怠速调节螺栓，通过调节所述怠速调节螺栓从而控制节气门的初始开度，以控制发动机的怠速转速；所述限流阀与节气门体为一体式结构，所述限流阀前收缩角度为43度，限流阀的后扩张角为11度，限流阀的最小内径为20mm，限流阀的圆角半径为16mm，所述节气门轴的轴线距离限流阀圆角圆心的距离为45mm，所述喇叭口固定在所述节气门体的远离所述限流阀的一端。

优选的，所述节气门轴的两端通过两个轴承固定于节气门体上，两个所述轴承分别为滚针轴承和深沟球轴承。

优选的，所述节气门体的材料为7075铝合金材质，且所述气门体的内表面进行精加工抛光处理。

优选的，所述线轮与节气门体之间设置有复位弹簧。

优选的，所述喇叭口为空气进入发动机过程中的起始部件，所述喇叭口与所述节气门体通过胶进行粘结。

优选的，所述喇叭口上设有一圈深1mm的槽，通过铁丝将网状聚酯纤维固定于所述槽内以实现对进入气体的过滤，为发动机提供洁净的空气。

优选的，所述喇叭口轮廓线的长轴为50mm，短轴为16.95mm。

优选的，所述节气门体的靠近所述限流阀的一端设有固定法兰螺栓孔，所述节气门体通过法兰和所述固定法兰螺栓孔与进气主体相连接，并通过O型圈进行密封。

优选的，所述节气门位置传感器通过节气门位置传感器固定螺母和节气门位置传感器固定螺栓固定在所述节气门体上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的节气门满足了FSAE对动力总成进气部分在20mm限流阀限制下动力强劲和响应迅速的要求：

(1)节气门体的材料为7075铝合金材质，可有效降低线轮受力后节气门体的变形量，从而提高发动机的响应特性，内表面进行精加工抛光处理，有效降低气流通过过程中的沿程阻力；

(2)喇叭口上设有一圈深1mm的槽，通过铁丝将网状聚酯纤维固定于槽内以实现对进入气体的过滤，为发动机提供洁净的空气；喇叭口轮廓线的长轴为50mm短轴为16.95mm，可有效降低空气从大气进入进气部分的局部阻力，从而提高发动机的动力输出；

(3)碟片、线轮、传感器内转子为同轴布置且固定于节气门轴上，在线轮受力条件下以相同角速度转动，即通过改变碟片角度以改变发动机的动力输出；

(4)节气门轴两端通过两个轴承固定于节气门体上，两轴承分别为滚针轴承和深沟球轴承，滚针轴承可承受较大弯矩以减少轴的变形，从而提高响应；

(5)限流阀前收缩角度为43度，限流阀处最小内径为20mm，限流阀处圆角半径为16mm，可有效降低通过限流阀处的流动阻力；限流阀后的扩张角为11度，可提高发动机在中高转速下的动力输出；

(6)节气门的内径为30mm，在限流阀不变的条件下内径在30mm，进出口压差5KPa条件下，出口流量达到最大值，可有效减小节气门的径向尺寸；

(7)节气门轴的轴线距离限流阀圆角圆心的距离是45mm可使流过节气门的气流充分发展，以减少气流通过碟片后在限流阀处产生的扰动，且不过分增加节气门的轴线上的尺寸。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明节气门体装配轴承示意图；

图5为喇叭口剖面图。

附图标记：1 为怠速调节螺栓、2 为线轮、3 为节气门轴、4 为复位弹簧、5 为滚针轴承、6 为节气门体、7 为喇叭口、8 为碟片、9 为节气门位置传感器固定螺母、10 为深沟球轴承、11 为节气门位置传感器固定螺栓、12 为节气门位置传感器、13 为限流阀、14 为固定法兰螺栓孔、15 为槽。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，一种基于FSAE赛车的节气门，其包括节气门轴3、节气门体6、线轮2、碟片8、节气门位置传感器12、喇叭口7和限流阀13，节气门轴3的两端通过两个轴承固定于节气门体6上，两个轴承分别为滚针轴承5和深沟球轴承10。节气门轴3贯穿节气门体6，节气门体的内径为30mm；线轮2、碟片8和节气门位置传感器12为同轴布置，线轮2固定在节气门轴3的位于节气门体外部的第一端，碟片8固定在节气门轴3的中部且位于节气门体6的内部，节气门位置传感器12固定在节气门轴3的位于节气门体外部的第二端；线轮2上设置怠速调节螺栓1，通过调节怠速调节螺栓1从而控制节气门的初始开度，以控制发动机的怠速转速；限流阀13与节气门体6为一体式结构，限流阀13的前收缩角度为43度，限流阀13的后扩张角为11度，限流阀13的最小内径为20mm，限流阀13的圆角半径为16mm，节气门轴3的轴线距离限流阀圆角圆心的距离为45mm，喇叭口7固定在节气门体6的远离限流阀13的一端，节气门体的靠近限流阀13的一端设有固定法兰螺栓孔，所述节气门体通过法兰和所述固定法兰螺栓孔与进气主体相连接，并通过O型圈进行密封。

根据FSAE比赛规则第4章第1节1.6.1的要求空气的流通顺序为大气-喇叭口-节气门体-限流阀-发动机；将节气门体6和限流阀13设计成一体化结构，因限流阀处规则最大直径20mm要求要求，为防止发动机不稳定工作发生回火使限流阀尺寸发生改变影响比赛的正常进行，限流阀13选择为金属材料，采用较轻的且高强度的7075铝合金；节气门体的材料为7075铝合金材质，可有效降低线轮受力后节气门体的变形量，从而提高发动机的响应特性，内表面进行精加工抛光处理，有效降低气流通过过程中的沿程阻力；为防止节气门与限流阀之间缝隙对气流的干扰，采用节气门体-限流阀一体式结构，并对其内表面进行精加工降低其表面粗糙度，以降低节气门到限流阀之间的流动阻力。

如图2所示，碟片、线轮和传感器内转子为同轴布置且固定于节气门轴上，在线轮受力条件下以相同角速度转动，即通过改变碟片角度以改变发动机的动力输出；线轮2转动过程中带动节气门轴3、碟片8和节气门位置传感器12内转子的转动，从而改变进入发动机的进气量。通过调节怠速调节螺栓1的旋入深度，调节节气门的初始开度，进而调节节气门的初始进气量以控制怠速转速。

如图4所示，节气门体6采用7075铝合金加工而成，节气门轴3两端分别固定于轴承上，节气门轴3两端的轴承使用两种类型轴承，分别为滚针轴承和深沟球轴承，其目的为减少节气门轴3转动过程中的阻力并通过滚针轴承5承受弯矩以防止节气门轴3的变形从而提高发动机的响应。限流阀13处采用43度的前收缩角度和11度的后扩张角度以及16mm限流阀处圆角半径以降低限流阀处的局部阻力；采用内径为30mm的节气门，在不增加节气门尺寸的前提下，提高发动机的进气量；节气门轴3的轴线距离限流阀圆角圆心的距离是45mm可使流过节气门的气流充分发展，以减少气流通过碟片后在限流阀处产生的扰动，且不会过分增大节气门的尺寸。

如图5所示，在喇叭口7上有一圈深1mm的槽15，通过铁丝将网状聚酯纤维固定于槽内以实现对进入气体的过滤，为发动机提供洁净的空气。经由CFD仿真分析后喇叭口轮廓线的长轴为50mm短轴为16.95mm，在此情况下可有效降低空气从大气进入进气部分的局部阻力，从而提高发动机的进气量，在限流阀的限制下，最大程度的提高发动机的动力，因喇叭口受力较小，因此采用ABS工程塑料3D打印加工并进行内表面打磨的后处理加工而成，节约成本且质量较轻，喇叭口与节气门体之间通过高强度胶水进行固定即可满足受力需求。

当赛车处于运行状态时，车手根据赛道等情况踩下油门踏板，踏板拉动拉线，进而通过拉线带动线轮2发生转动，线轮2及碟片8同轴固定，从而使碟片8发生绕轴转动，节气门内流通面积发生变化，改变了通过节气门进入发动机的空气流量，ECU根据节气门位置传感器12数据，并结合、水温、机油温度、空气压力和温度等信号在喷油和点火map图中确定喷油脉宽和点火提前角，实现发动机的变工况运转。

综上，根据FSAE比赛规则第4章第1节1.6.1的要求空气的流通顺序为大气-喇叭口-节气门体-限流阀-发动机，本发明的节气门满足了FSAE对动力总成进气部分在20mm限流阀限制下动力强劲和响应迅速的要求，而且效果更佳。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：其包括节气门轴、节气门体、线轮、碟片、节气门位置传感器、喇叭口和限流阀，所述节气门轴固定在所述节气门体上并贯穿所述节气门体，所述节气门体的内径为30mm；所述线轮、碟片和节气门位置传感器为同轴布置，所述线轮固定在所述节气门轴的位于所述节气门体外部的第一端，所述碟片固定在所述节气门轴的中部且位于所述节气门体的内部，所述节气门位置传感器固定在所述节气门轴的位于所述节气门体外部的第二端；所述线轮上设置怠速调节螺栓，通过调节所述怠速调节螺栓从而控制节气门的初始开度，以控制发动机的怠速转速；所述限流阀与节气门体为一体式结构，所述限流阀前收缩角度为43度，限流阀的后扩张角为11度，限流阀的最小内径为20mm，限流阀的圆角半径为16mm，所述节气门轴的轴线距离限流阀圆角圆心的距离为45mm，所述喇叭口固定在所述节气门体的远离所述限流阀的一端。

2.如权利要求1所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述节气门轴的两端通过两个轴承固定于节气门体上，两个所述轴承分别为滚针轴承和深沟球轴承。

3.如权利要求1所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述节气门体的材料为7075铝合金材质，且所述气门体的内表面进行精加工抛光处理。

4.如权利要求1所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述线轮与节气门体之间设置有复位弹簧。

5.如权利要求1所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述喇叭口为空气进入发动机过程中的起始部件，所述喇叭口与所述节气门体通过胶进行粘结。

6.如权利要求5所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述喇叭口上设有一圈深1mm的槽，通过铁丝将网状聚酯纤维固定于所述槽内以实现对进入气体的过滤，为发动机提供洁净的空气。

7.如权利要求5所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述喇叭口轮廓线的长轴为50mm，短轴为16.95mm。

8.如权利要求1所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述节气门体的靠近所述限流阀的一端设有固定法兰螺栓孔，所述节气门体通过法兰和所述固定法兰螺栓孔与进气主体相连接，并通过O型圈进行密封。

9.如权利要求1所述的基于FSAE赛车的节气门，其特征在于：所述节气门位置传感器通过节气门位置传感器固定螺母和节气门位置传感器固定螺栓固定在所述节气门体上。