CN102182545B - 一种发动机及其增压控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机增压控制阀，包括进气控制阀，所述进气控制阀包括阀座以及设于所述阀座中的阀体，所述阀座与阀体之间形成空腔，所述阀座上设有与所述空腔连通的第一进气口、第二进气口以及出气口，所述阀体设有由高压气体控制的第一阀芯和第二阀芯，其中所述第一阀芯为常开阀芯，对应于所述第一进气口，所述第二阀芯为常闭阀芯，对应于所述第二进气口。该控制阀能够显著提高发动机低转速、低负荷运转时的起动性能、加速性能和经济性能。本发明还公开了设有上述增压控制阀的发动机。

Description

一种发动机及其增压控制阀

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及发动机增加系统的增压控制阀。本发明还涉及设有所述增压控制阀的发动机。

背景技术

现代发动机上越来越多地使用了涡轮增压器，涡轮增压器能提高发动机功率和经济性能。

涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来加大发动机进气量的一种发动机，涡轮增压器相当于空气压缩机。它利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮(位于进气道内)，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加，从而达到增加发动机输出功率的目的。

发动机在使用涡轮增压器后发动机具有输出功率高、油耗率低、排污较少等优点，指示功率和有效功率都得到了提高，即提高了机械效率。

涡轮增压器不仅使发动机的功率范围增大，而且扩大了发动机高负荷的经济运行范围，，可以明显改善高负荷区运行的经济性能。这一特点，对于经常满负荷高速运转的重型柴油机汽车十分有利，由于滞燃期短，压力升高率低，可以使燃烧噪音降低，对于中、轻型载货柴油机汽车及经常处于中等负荷或部分负荷运转的柴油机汽车也是有利的。

虽然涡轮增压能够提升发动机的动力，改善大负荷工况的性能，但是在低负荷区，涡轮增压器对经济性并没有明显的改善，且存在动力输出反应滞后的问题。例如，对于公交客车用柴油机来说，经常会处于低转速、低负荷工况，此时若依然采用涡轮增压，由于过量空气系数太大，不利于燃烧，再加上泵气损失功增加，效率降低，导致经济性能比较差，同时由于增压器的阻力和反应滞后，也导致起动性能和加速性能变差。

因此，如何提高发动机低转速、低负荷运转时的起动性能、加速性能和经济性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种发动机增压控制阀。该控制阀能够显著提高发动机低转速、低负荷运转时的起动性能、加速性能和经济性能。

本发明的第二目的是提供一种设有上述增压控制阀的发动机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种发动机增压控制阀，包括进气控制阀，所述进气控制阀包括阀座以及设于所述阀座中的阀体，所述阀座与阀体之间形成空腔，所述阀座上设有与所述空腔连通的第一进气口、第二进气口以及出气口，所述阀体设有由高压气体控制的第一阀芯和第二阀芯，其中所述第一阀芯为常开阀芯，对应于所述第一进气口，所述第二阀芯为常闭阀芯，对应于所述第二进气口。

优选地，所述第一阀芯和第二阀芯均包括位于所述阀体中的活塞、弹簧以及密封组件；所述密封组件安装于所述活塞的活塞杆外端；所述弹簧套设于所述活塞的活塞杆上，其一端支撑在所述活塞上，另一端支撑在所述阀体端部的弹簧座上；所述第一阀芯的活塞与第二阀芯的活塞之间形成压力室，所述阀座上设有与所述压力室连通的高压气体进气接管。

优选地，所述密封组件包括依次穿装于所述活塞杆上的前挡板、密封垫以及后挡板；所述第一阀芯的前挡板和密封垫的直径大于所述第一进气口的环形限位台阶的内径并位于其内侧，其后挡板的直径小于所述第一进气口的环形限位台阶的内径；所述第二阀芯的后挡板和密封垫的直径大于所述第二进气口的环形限位台阶的内径并位于其外侧，其前挡板的直径小于所述第二进气口的环形限位台阶的内径。

优选地，所述第一进气口与第二进气口的开口方向相反且位于同一轴线上，相应地，所述第一阀芯与第二阀芯也位于同一轴线上。

优选地，所述出气口设于与所述阀座通过螺钉连接的盖板上，其开口方向垂直于所述第一进气口和第二进气口的轴线。

优选地，进一步包括与所述进气控制阀同时动作的排气控制阀；所述排气控制阀包括阀座、阀体以及分别对应于增压器和排气管的第一阀芯和第二阀芯；所述阀体中设有活塞和弹簧，所述弹簧套设于所述活塞的活塞杆上，其一端支撑在所述活塞上，另一端支撑在阀体端部的弹簧座上；所述活塞与阀体之间形成压力室，所述阀座上设有与所述压力室连通的进气接管；所述活塞的活塞杆与所述第一阀芯和第二阀芯传动连接，所述第一阀芯和第二阀芯的启闭位置相反。

优选地，所述排气控制阀的第一阀芯和第二阀芯分别通过转轴可转动地安装于所述阀座上，其位于阀座内部的转轴上分别设有齿轮；所述活塞杆上带有双面齿条，与所述转轴上的齿轮相啮合。

优选地，所述排气控制阀的第一阀芯和第二阀芯均为蝶阀阀芯。

为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种发动机，包括设有控制阀的涡轮增压系统，所述控制阀具体为上述任一项所述的发动机增压控制阀。

优选地，具体为涡轮增压柴油机。

本发明提供的发动机增压控制阀具有第一进气口和第二进气口，其中第一进气口用于输入经过空滤器的气体，第二进气口用于输入经过增压中冷后的气体。当发动机处于低转速、低负荷工况时，可控制第一进气口处于开启状态、第二进气口处于关闭状态，此时，经过空滤器的气体从第一进气口进入阀座与阀体之间的空腔，然后从出气口进入发动机气缸的进气管，即发动机的进气不经过增压器，而是由旁通管路直接进入气缸，相当于自然吸气，从而显著提高发动机低转速、低负荷运转时的起动性能、加速性能和经济性能；当发动机处于中等以上负荷工况时，可控制第一进气口处于关闭状态，而第二进气口处于开启状态，此时，增压器介入工作，使发动机获得增压性能。

在一种具体实施方式中，进一步包括排气控制阀，同时控制进气控制阀和排气控制阀，能够在发动机自然吸气时，将废气直接排入总排气管内，而在发动机需要涡轮增压时，又能够使废气进入增压器的涡轮端，使增压器正常工作，控制发动机的进气过程，两者协调工作，能够使发动机在自然吸气和涡轮增压状态之间来回切换，从而满足发动机不同工况的使用要求。

本发明所提供的发动机设有上述增压控制阀，由于上述增压控制阀具有上述技术效果，具有该增压控制阀的发动机也应具备相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明所提供进气控制阀的外部结构示意图；

图2为图1所示进气控制阀的左视图；

图3为图1所示进气控制阀的A-A视图；

图4为本发明所提供排气控制阀的外部结构示意图；

图5为图4所示排气控制阀的左视图；

图6为图4所示排气控制阀的B-B视图。

图1至图3中：

1.进气控制阀    2.阀座    3.阀体    4.螺栓    5.第一进气口    6.第二进气口    7.出气口    8.螺钉    9.盖板    10.垫片    11.第一阀芯    12.第二阀芯    13.活塞    14.弹簧    15.密封组件    16.弹簧座    17.进气接管15-1.前挡板    15-2.密封垫    15-3后挡板

图4至图6中：

30.排气控制阀    31.阀座    32.阀体    33.第一阀芯    34.第二阀芯35.盖板    36.螺栓    37.活塞    38.弹簧    39.弹簧座    40.进气接管    41.齿轮轴    42.齿轮    43.齿条

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种能够显著提高发动机低转速、低负荷运转时的起动性能、加速性能和经济性能的发动机增压控制阀。

本发明的另一核心是提供一种设有上述增压控制阀的发动机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的“第一、第二”等用语仅是为了便于描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的发动机增压控制阀主要由两部分组成，一部分是进气控制阀，用于控制压气机，另一部分是排气控制阀，用于控制涡轮机，这两部分由ECU(电子控制单元)同时控制，协调工作。

请参考图1、图2、图3，图1为本发明所提供进气控制阀的外部结构示意图；图2为图1所示进气控制阀的左视图；图3为图1所示进气控制阀的A-A视图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的进气控制阀1整体上呈“T”字形，包括阀座2以及设于阀座中的阀体3，阀体3由螺栓4固定在阀座2上，阀座2与阀体3之间形成空腔，阀座2上设有与空腔连通的第一进气口5、第二进气口6以及出气口7，出气口7设于与阀座2通过螺钉8连接的盖板9上，其开口方向垂直于第一进气口5和第二进气口6的轴线，盖板9与阀座2之间通过垫片10密封。

阀体3设有由高压气体控制的第一阀芯11和第二阀芯12，第一阀芯11和第二阀芯12对称设计，其中第一阀芯11处于常开状态，用于控制第一进气口5(即空滤器后的气体入口)，第二阀芯12处于常闭状态，用于控制第二进气口6(即增压中冷后的气体入口)。

第一阀芯11和第二阀芯12均包括位于阀体中的活塞13、弹簧14以及密封组件15；密封组件15安装于活塞13的活塞杆外端；弹簧14套设于活塞13的活塞杆上，其一端支撑在活塞13上，另一端支撑在阀体端部的弹簧座16上。

第一阀芯11的活塞与第二阀芯12的活塞之间形成压力室，压力室内可以通入高压气体，阀座2上设有与压力室连通的高压气体进气接管17，通过电磁阀控制的高压气体由进气接管17进入压力室。

密封组件15包括依次穿装于活塞杆上并由固定螺母压紧在弹簧座16上的前挡板15-1、密封垫15-2以及后挡板15-3。

第一阀芯11的前挡板15-1和密封垫15-2的直径大于第一进气口5的环形限位台阶的内径并位于其内侧，其后挡板15-3的直径小于第一进气口5的环形限位台阶的内径，工作时，由前挡板15-1支撑密封垫15-2压紧在环形限位台阶的内端面上进行密封。

第二阀芯12的后挡板15-3和密封垫15-2的直径大于第二进气口6的环形限位台阶的内径并位于其外侧，其前挡板15-1的直径小于第二进气口6的环形限位台阶的内径，工作时，由后挡板15-3支撑密封垫15-2压紧在环形限位台阶的外端面上进行密封。

第一进气口5与第二进气口6的开口方向相反且位于同一轴线上，相应地，第一阀芯11与第二阀芯12也位于同一轴线上。

上述进气控制阀的结构形式仅是一种优选方案，其具体结构并不局限于此，在此基础上可根据实际情况作出具有针对性的调整，从而得到不同的进气控制阀。例如第一进气口与第二进气口不在同一轴线上而是在空间上相互错开、出气口的方位并不垂直于第一进气口和第二进气口的轴线、或者密封组件改用其它结构等等。由于可能实现的方式较多，为节约篇幅，本文就不再一一举例说明。

请参考图4、图5、图6，图4为本发明所提供排气控制阀的外部结构示意图；图5为图4所示排气控制阀的左视图；图6为图4所示排气控制阀的B-B视图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的排气控制阀30包括阀座31、阀体32以及分别对应于增压器和排气管的第一阀芯33和第二阀芯34，整个控制阀由盖板35密封。

阀体32通过螺栓36固定在阀座上，阀体32中设有活塞37和弹簧38，弹簧38套设于活塞37的活塞杆上，其一端支撑在活塞37上，另一端支撑在阀体端部的弹簧座39上；活塞37与阀体32之间形成压力室，压力室内可以通入高压气体，阀座31的侧面上设有与压力室连通的进气接管40，通过电磁阀控制的高压气体由进气接管40进入压力室。

第一阀芯33为蝶阀阀芯，用于控制从排气歧管出来的气体是否进入增压器的涡轮端，处于常闭状态，第一阀芯33固定在齿轮轴41上，齿轮轴41通过轴承可转动地安装在阀座31上，其位于阀座内的部分装有齿轮42；活塞杆上带有双面齿条43，其一面与齿轮42啮合传动，通过齿条43的拉动，齿轮42可以进行转动，从而带动第一阀芯13开启或关闭。

第二阀芯34用于控制从排气歧管出来的气体是否进入排气总管，其结构与第一阀芯33相同，但启闭位置相反，处于常开状态。

这里需要说明的是，上述排气控制阀的第一阀芯和第二阀芯并不局限于蝶阀阀芯，还可以是其它类型的阀芯，如闸阀、塞阀、球阀等阀门的阀芯，同样能够实现本发明目的。根据所使用阀芯的不同，活塞杆与阀芯的传动连接方式可随之改变，以获得开启或关闭阀门所需的动作，由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

下面对本发明所提供发动机增压控制阀的工作原理进行说明：

当发动机起动或低负荷运转时，此时进气控制阀1的压力室内不通入高压气体，其阀体3内的两个活塞处于静止状态，此时增压器中冷后气体入口封闭，增压器的压气机端不工作，新鲜空气由空滤器气体入口进入控制阀，并由盖板9上的出气口进入进气管，于此同时排气控制阀中的第一阀芯13处于常闭状态，排气歧管排出的气体不经过增压器的涡轮机，直接排到总排气管内，这样就实现了进气和排气都不经过增压器的目的，相当于自然吸气发动机。从而显著提高发动机低转速、低负荷运转时的起动性能、加速性能和经济性能。

当负荷增加到需要使用增压器时，ECU控制的电磁阀打开高压气体由进气接管进入进气控制阀1中的压力室内，气体压力使得两个活塞向两边运动，使得增压器中冷后气体入口打开，空滤后气体入口关闭，同时ECU控制的电磁阀打开高压气体通过排气控制阀30的进气接管40进入压力室内，气体的压力使得活塞向外运动，齿条43带动两个齿轮42转动90度，第一阀芯33打开，第二阀芯34关闭，使得新鲜空气进入增压器的压气机，排气歧管排出的气体进入增压器的涡轮端，增压器起作用，控制发动机的进气过程。

除了上述发动机增压控制阀，本发明还提供了一种发动机，包括设有控制阀的涡轮增压系统，控制阀具体为上文所述的发动机增压控制阀，其余结构请参阅现有技术，本文不再赘述。

上述发动机具体可以为涡轮增压柴油机。

以上对本发明所提供的发动机及其增压控制阀进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机增压控制阀，包括进气控制阀，其特征在于，所述进气控制阀包括阀座以及设于所述阀座中的阀体，所述阀座与阀体之间形成空腔，所述阀座上设有与所述空腔连通的第一进气口、第二进气口以及出气口，所述阀体设有由高压气体控制的第一阀芯和第二阀芯，其中所述第一阀芯为常开阀芯，对应于所述第一进气口，所述第二阀芯为常闭阀芯，对应于所述第二进气口。

2.根据权利要求1所述的发动机增压控制阀，其特征在于，所述第一阀芯和第二阀芯均包括位于所述阀体中的活塞、弹簧以及密封组件；所述密封组件安装于所述活塞的活塞杆外端；所述弹簧套设于所述活塞的活塞杆上，其一端支撑在所述活塞上，另一端支撑在所述阀体端部的弹簧座上；所述第一阀芯的活塞与第二阀芯的活塞之间形成压力室，所述阀座上设有与所述压力室连通的高压气体进气接管。

3.根据权利要求2所述的发动机增压控制阀，其特征在于，所述密封组件包括依次穿装于所述活塞杆上的前挡板、密封垫以及后挡板；所述第一阀芯的前挡板和密封垫的直径大于所述第一进气口的环形限位台阶的内径并位于其内侧，其后挡板的直径小于所述第一进气口的环形限位台阶的内径；所述第二阀芯的后挡板和密封垫的直径大于所述第二进气口的环形限位台阶的内径并位于其外侧，其前挡板的直径小于所述第二进气口的环形限位台阶的内径。

4.根据权利要求3所述的发动机增压控制阀，其特征在于，所述第一进气口与第二进气口的开口方向相反且位于同一轴线上，相应地，所述第一阀芯与第二阀芯也位于同一轴线上。

5.根据权利要求4所述的发动机增压控制阀，其特征在于，所述出气口设于与所述阀座通过螺钉连接的盖板上，其开口方向垂直于所述第一进气口和第二进气口的轴线。

6.根据权利要求1至5任一项所述的发动机增压控制阀，其特征在于，进一步包括与所述进气控制阀同时动作的排气控制阀；所述排气控制阀包括阀座、阀体以及分别对应于增压器和排气管的第一阀芯和第二阀芯；所述阀体中设有活塞和弹簧，所述弹簧套设于所述活塞的活塞杆上，其一端支撑在所述活塞上，另一端支撑在阀体端部的弹簧座上；所述活塞与阀体之间形成压力室，所述阀座上设有与所述压力室连通的进气接管；所述活塞的活塞杆与所述第一阀芯和第二阀芯传动连接，所述第一阀芯和第二阀芯的启闭位置相反。

7.根据权利要求6所述的发动机增压控制阀，其特征在于，所述排气控制阀的第一阀芯和第二阀芯分别通过转轴可转动地安装于所述阀座上，其位于阀座内部的转轴上分别设有齿轮；所述活塞杆上带有双面齿条，与所述转轴上的齿轮相啮合。

8.根据权利要求7所述的发动机增压控制阀，其特征在于，所述排气控制阀的第一阀芯和第二阀芯均为蝶阀阀芯。

9.一种发动机，包括设有控制阀的涡轮增压系统，其特征在于，所述控制阀具体为上述权利要求1至8任一项所述的发动机增压控制阀。

10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，具体为涡轮增压柴油机。

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