本发明涉及发动机的进气控制领域，更具体地说，涉及一种能够对发动机进气温度进行控制的控温节气门装置。
背景技术：
一般而言，点燃式发动机(至少包括点燃式汽油发动机和点燃式天然气发动机)使用节气门控制发动机进气量，从而控制发动机负荷。
图1是示出现有的点燃式发动机节气门以及进气管路的示意图。如图1所示，发动机进气从空气滤清器100进入，通过管路101连接到节气门103，从节气门入口102进入节气门103。根据发动机的负荷要求，节气门阀体104转动，从而调节通过节气门103进入发动机的空气流量。进气通过节气门出口105与节气门下游的进气管路106连接，进入发动机107，燃烧做功。燃烧后的气体通过排气管路108，经由三元催化器(或其它催化器)109、消音器110排出。
从图1可以看出，现有的节气门实现方案可以控制发动机的进气量，但是在不同的进气量下，进气的换热条件是固定的(一般接近环境温度)。因此，在低温小负荷的情况下，燃油经济性和发动机排放都无法得到有效的保证。
技术实现要素：
从点燃式发动机工作原理看，在小负荷时，发动机的爆震倾向极其轻微，因此，适当提高发动机进气温度不会引发爆震，却可以降低泵气损失、改善油气预混合、加速燃烧速度。而在大负荷时，进气温度应该较低，以便抑制爆震，保证燃烧正常。
因此，本发明的一方面旨在解决如何可靠而低成本地控制发动机在不同负荷时的进气温度的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种控温节气门装置，装置包括：至少一个节气门；第一管路和第二管路，其中，所述第一管路和所述第二管路并联连接到所述至少一个节气门的空气流动方向的同侧，其中，所述第二管路设置有换热器，所述换热器以发动机冷却液、发动机机油或发动机排气为热源对流过所述第二管路的空气进行加热。
所述至少一个节气门包括第一节气门，其中，所述第一管路和所述第二管路位于所述第一节气门的上游，其中，所述第一节气门具有连接到所述第一管路的第一入口、连接到所述第二管路的第二入口、连接到发动机进气总管的出口。
所述至少一个节气门包括第一节气门，其中，所述第一管路和所述第二管路位于所述第一节气门的下游，并且均连接到发动机进气总管，其中，所述第一节气门具有进气入口、连接到所述第一管路的第一出口、连接到所述第二管路的第二出口。
所述第二管路中设置有用于改变流阻特性的控制装置。
所述至少一个节气门包括第一节气门和第二节气门，其中，所述第一管路连接到所述第一节气门和所述第二节气门中的一个，所述第二管路连接到所述第一节气门和所述第二节气门中的另一个。
所述第一节气门的阀体和所述第二节气门的阀体具有固定的运动关系，并且所述第一节气门的阀体和所述第二节气门的阀体由一个执行器驱动或者由两个执行器分别驱动。
当所述换热器以发动机冷却液为热源对流过所述第二管路的空气进行加热时，所述换热器设置在发动机缸体内或设置在发动机缸盖的水套内，或者作为独立的换热器设置在发动机缸体之外；当所述换热器以发动机机油为热源对流过所述第二管路的空气进行加热时，所述换热器设置在机油底壳内或者设置在机油旁通管路内；当所述换热器以发动机排气为热源对流过所述第二管路的空气进行加热时，所述换热器设置在主催化器之后或者设置在预催化器和主催化器之间。
所述第一节气门的阀体的两端分别设置有第一阻塞构件和第二阻塞构件，其中，当所述阀体处于水平状态时，所述第一阻塞构件和所述第二阻塞构件与所述第一节气门的两个侧壁构成密封关系，从而阻止空气通过所述第一节气门，并且所述第一阻塞构件还阻塞所述第二入口，其中，随着所述阀体转动，所述第一阻塞构件对所述第二入口的阻塞程度逐渐下降，并且当所述阀体转动超过预定阈值角度时，所述第一阻塞构件和所述第二阻塞构件与所述第一节气门的两个侧壁的密封关系解除。
所述阀体还包括：可选的、从所述阀体的中心沿着与所述阀体呈预定角度的方向延长的延伸构件以及设置在所述延伸构件的末端的第三阻塞构件，其中，当所述阀体转动90度时，所述第三阻塞构件阻塞所述第二入口。
所述第一管路连接到所述第一节气门，所述第二管路连接到所述第二节气门，其中，当所述第二节气门的阀体从水平状态转动到90度时，所述第一节气门的阀体保持不动；当所述第二节气门的阀体从90度转动到180度时，所述第一节气门的阀体从水平状态转动到90度。
附图说明
通过下面参照以下附图的描述，本领域的普通技术人员将更好地理解本发明构思，其中，除非另有说明，否则贯穿各个附图，相同的参考标号表示相同的部件，其中：
图1是示出现有的点燃式发动机节气门以及进气管路的示意图；
图2是示出根据本发明的实施例的控温节气门装置的示意图；
图3是示出根据本发明的另一实施例的控温节气门装置的示意图；
图4是示出根据本发明的实施例的控温节气门装置的工作状态的示意图；
图5是示出根据本发明的另一实施例的控温节气门装置的工作状态的示意图；
图6示出根据本发明的实施例的控温节气门装置的改变流阻特性的示例的示意图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
根据本发明的实施例，可应用本发明的控温节气门装置的发动机包括，但不限于：自然进气形式的发动机、涡轮增压或其它形式的增压发动机、点燃式发动机、压燃式发动机等
图2是示出根据本发明的实施例的控温节气门装置的示意图。
参照图2，控温节气门装置包括节气门203、第一管路201和第二管路211，其中，第一管路201和第二管路211并联连接到节气门203的空气流动方向的同侧。在图2中，第一管路201和第二管路211并联地位于节气门203的上游。第二管路211设置有换热器212。换热器212可以以发动机冷却液、发动机机油或发动机排气为热源对流过第二管路211的空气进行加热。此外，节气门203具有连接到第一管路201的第一入口202、连接到第二管路211的第二入口213、连接到发动机进气总管206的出口205。可选地，第二管路211中可设置有用于改变流阻特性的控制装置，稍后将对此进行详细描述。
这里，当换热器212以发动机冷却液为热源对流过第二管路211的空气进行加热时，换热器212可设置在发动机缸体内或设置在发动机缸盖的水套内，从而节省成本。然而，换热器212也可设置在发动机缸体之外，以独立的换热器形式存在。当换热器212以发动机机油为热源对流过第二管路211的空气进行加热时，换热器212可设置在机油底壳内或者设置在机油旁通管路内。当换热器212以发动机排气为热源对流过第二管路211的空气进行加热时，换热器212可设置在主催化器之后或者设置在预催化器和主催化器之间。
在工作时，发动机进气首先通过空气滤清器200。此后，进气分为两路，分别通过第一管路(又称为传统管路)201和第二管路(又称为加热管路)211。在传统管路201中，进气不会被专门加热；而在加热管路211，可通过加热器212对进气进行加热。传统管路201的进气通过节气门203的第一入口(又称为第一进气口)202进入节气门203，而加热管路211的进气通过节气门的第二入口(又称为进气口)213进入节气门203。通过节气门阀体204的位置控制，从第一入口202进入的常温进气和从第二入口213进入的加热的进气有选择地从节气门的出口205排出，然后通过节气门203的下游管路(例如，发动机进气总管206)接入发动机207，燃烧做功。燃烧后的气体通过排气管路208，经由三元催化器(或其它催化器)209、消音器210排出。这样，即可实现发动机进气的温度控制。
图3是示出根据本发明的另一实施例的控温节气门装置的示意图。
参照图3，控温节气门装置包括节气门303、第一管路314和第二管路312，其中，第一管路305和第二管路312并联连接到节气门303的空气流动方向的同侧。在图3中，第一管路314和第二管路312并联地位于节气门303的下游，并且均连接到发动机进气总管306。第二管路312设置有换热器313。换热器313可以以发动机冷却液、发动机机油或发动机排气为热源对流过第二管路312的空气进行加热。此外，节气门303具有进气入口302、连接到第一管路314的第一出口305、连接到第二管路312的第二出口311。
在工作时，发动机进气从空气滤清器300进入，通过进气管路301连接到节气门303，从进气入口302进入节气门303。通过节气门阀体304的转动，使得进入节气门303的气体选择性地通过第一出口305进入第一管路314或者通过第二出口306进入第二管路312(即，加热管路)，从而实现进气的温度控制。第一管路314的进气和第二管路312的进气汇入进气总管(例如，发动机进气总管206)，从而接入发动机307，燃烧做功。燃烧后的气体通过排气管路308，经由三元催化器(或其它催化器)309、消音器310排出。
图4是示出根据本发明的实施例的控温节气门装置的工作状态的示意图。
参照图4，节气门400包括连接传统管路的第一入口401、连接加热管路的第二入口402以及出口403。此外，节气门400的阀体404的两端分别设置有第一阻塞构件(又称为第一阀体小翅)405和第二阻塞构件。可选择地，阀体404还可设置有可选的、从阀体的中心沿着与阀体呈预定角度的方向(例如但不限于垂直于阀体的方向)延长的延伸构件以及设置在所述延伸构件的末端的第三阻塞构件(又称为第二阀体小翅)406。
图4中的(a)、(b)、(c)、(d)分别示出了对应于发动机的不同负荷，控温节气门装置的工作状态。图4中的(a)示出发动机怠速时节气门的工作状态，图4中的(b)示出发动机小负荷时节气门的工作状态，图4中的(c)示出发动机大负荷时节气门的工作状态，图4中的(d)示出发动机全负荷时节气门的工作状态。首先，当发动机不工作时，阀体404处于水平状态，第一阻塞构件405和第二阻塞构件与节气门400的两个侧壁构成密封关系，从而阻止空气通过节气门400。同时，第一阻塞构件405还阻塞第二入口402。其后，当如图4中的(a)所示，发动机进入怠速状态时，阀体404开始转动。随着阀体404转动，第一阻塞构件405对第二入口402的阻塞程度逐渐下降，加热的进气开始通过打开的第二入口402进入节气门400，并通过出口403进入发动机进气总管。与此同时，第一阻塞构件405和第二阻塞构件与节气门400的两个侧壁构成的密封关系被保持，这样，通过第一入口401的进气仍然被阀体404阻挡。当如图4中的(b)所示，发动机进入小负荷状态时，阀体404继续转动。随着阀体404转动，第一阻塞构件405对第二入口402的阻塞程度进一步下降，越来越多的加热的进气通过打开程度越来越大的第二入口402进入节气门400。也就是说，第一阻塞构件405可以用来控制从加热管路通过第二入口402进入的气流量。
另一方面，当阀体404转动超过预定阈值角度时，第一阻塞构件405和第二阻塞构件与节气门400的两个侧壁的密封关系解除，未加热的进气可以通过第一入口401进入节气门400，进气温度开始下降。当如图4中的(c)所示，发动机进入大负荷状态时，阀体404继续转动。随着阀体404转动，越来越多的未加热的进气通过第一入口401进入节气门400。特别地，由于第一入口401远大于第二入口402，因此未加热的进气在通过出口403的进气中所占的比率越来越大。当如如图4中的(d)所示，发动机进入全负荷状态时，阀体404转动90度，未加热的进气毫无阻挡地通过出口403。此时，加热的进气在通过出口403的进气中所占的比率可以忽略不计。另一方面，在设置有第三阻塞构件406的情况下，当阀体404转动90度时，第三阻塞构件406可阻塞第二入口402，加热的进气不会通过第二入口402进入节气门400，从而保证此时发动机进气温度与传统状态相同，不会有额外的爆震负担。
图5是示出根据本发明的另一实施例的控温节气门装置的工作状态的示意图。
参照图5，控温节气门装置可包括第一节气门和第二节气门。第一管路(传统管路)511和第二管路(加热管路)512并联连接到第一节气门和第二节气门的空气流动方向的同侧(图5中示出为第一节气门和第二节气门的上游)，第二管路512设置有换热器(未示出)。第一节气门的阀体503和第二节气门的阀体504可具有固定的运动关系。也就是说，阀体503和阀体504可具有明确的机械关联关系，从而可以由一个执行器驱动。可选择地，阀体503和阀体504也可由两个执行器分别驱动。以下参照图5对此进行具体描述。
类似于图4，图5中的(a)、(b)、(c)、(d)分别示出了对应于发动机的不同负荷，控温节气门装置的工作状态。图5中的(a)示出发动机怠速时节气门的工作状态，图5中的(b)示出发动机小负荷时节气门的工作状态，图5中的(c)示出发动机大负荷时节气门的工作状态，图5中的(d)示出发动机全负荷时节气门的工作状态。当如图5中的(a)所示，发动机进入怠速时，阀体504首先转动，而阀体503保持不动。加热的进气通过第二入口502进入第二节气门，并通过第二节气门发动机进气总管505，而未加热的空气被阀体503阻挡不能通过第一节气门。当如图4中的(b)所示，发动机进入小负荷状态时，阀体504继续转动直到90度，越来越多的加热的进气通过第二节气门。此后，随着阀体504转动超过90度，阀体503开始转动。当如图4中的(c)所示，发动机进入大负荷状态时，随着阀体504转动超过90度，阀体503开始转动，从而未加热的进气通过第一入口503进入第一节气门，并通过第一节气门进入发动机进气总管505，而越来越少的加热的进气通过第二节气门。当如如图5中的(d)所示，发动机进入全负荷状态时，阀体504转动到180度，完全阻塞第二节气门，从而第二节气门关闭，加热的空气被阀体504阻挡不再通过第二节气门。同时，阀体503转动达到90度，第一节气门完全打开，未加热的进气毫无阻挡地通过第一节气门进入发动机进气总管505。这样，保证了在发动机全负荷时完全不会从加热管路进气，进而保证发动机进气温度与传统状态相同，不会有额外的爆震负担。通过设置两个节气门，两个阀体的位置关系显然可以实现最大程度的灵活性，从而实现温度控制的最大灵活性。
图6示出根据本发明的实施例的控温节气门装置的改变流阻特性的示例的示意图。
图6中所示的改变流阻特性的示例基于图4中示出的控温节气门装置。当如图6中的(a)所示从aa方向观察时，加热管路连接到的第二入口(进气口)602如图6中的(b)所示，其中，粗实线形成的矩形为第二入口602。由于此时节气门的阀体对进气形成部分遮挡，所以进气口的一部分面积可以有效进气，即，图6中的(b)中示出的未被阴影覆盖的空白区域是可以有效进气的区域，而阴影区域是被阀体(例如，阀体上的第二阻塞构件)遮挡的区域。605指示一个可以在加热管路中左右滑动的滑块。根据本发明的实施例，滑块605可以由不锈钢或者其他耐磨材质制成，但不限于此。通过控制滑块605滑动，即使如图6中的(c)所示，节气门的阀体处于与图6中的(a)所示的位置相同的位置，当如图6中的(c)所示从aa方向观察时，图6中的(d)所示的有效进气面积也会与图6中的(b)所示的有效进气面积不同，从而进入节气门的气体所受的流动阻力也会不同。换言之，通过在加热管路中设置滑块并控制滑块滑动，可以改变加热管路的流阻特性。
通过应用根据本发明的实施例的控温节气门装置，可以实现发动机的温度控制；可以在发动机小负荷时提供进气加热，减小发动机泵气功，改善油气混合，从而改善油耗、降低排放；同时，在发动机全负荷时，可以保持原来的进气温度，从而保证发动机全负荷燃烧特性和性能不受影响。此外，由于温度控制是通过直接控制空气实现，因此温度变化几乎没有延迟，不存在热惯性，并且降低了控制的复杂性。
虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。