CN104302888A - 具有废气门阀和倒拖旁通阀的废气涡轮增压机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废气涡轮增压机，它具有一废气门阀(2)和一倒拖旁通阀(5)，它们可以由一个唯一的共同的执行机构(8)来进行操作，其中对倒拖旁通阀的操作取决于所述执行器的调节速度。

Description

具有废气门阀和倒拖旁通阀的废气涡轮增压机

本发明涉及一种废气涡轮增压机，它具有一废气门阀和一倒拖旁通阀(Schubumlaufventil)。

由一种废气涡轮增压机进行增压的内燃机通过下述的对于新鲜空气和废气进行引导的布置而出众：

在通常的增压操作中，所述废气从内燃机流入到涡轮机中，并且驱动该涡轮机的涡轮转子转动。由于所述涡轮转子通过一共同的轴而与所述废气涡轮增压机的压缩机转子相连接，所述压缩机转子同样也转动，并且在吸气侧中在进入到内燃机之前对于空气进行压缩。以这种方式，可以在每个气缸行程中混合更多的燃料。由此提高了所述内燃机的转矩。在图1中示出了这种工作状态。其中展示了涡轮1、废气门阀2、轴3、压缩机4、倒拖旁通阀5、节气阀6和内燃机7。可以看出的是，废气门阀2关闭，倒拖旁通阀5关闭，而节气阀6完全开启。对于增压的控制可以如下实现，即通过所述废气门阀使一部分废气质量流从旁边流过所述涡轮转子。

需要指出的是，出于表示清楚的目的在图1中未展示出气流引导部的一些部件。其中包括例如一被布置在压缩机之前的空气滤清器、一被布置在压缩机之前的空气流量计、一被布置在压缩机之后的增压空气冷却器、一被布置在节气阀之后的油箱/曲轴箱通风装置和一被布置在涡轮之后的催化净化器。同样，也省去了可能存在的废气再循环或者二次进气。

当驾驶员不再加油，则内燃机从增压操作过渡到节气操作或者说倒拖操作或者说惯性行驶(Schubbetrieb)。这时开启所述废气门阀2并且关闭所述节气阀6。所述废气涡轮增压机的转子首先由于其惯性而转动，然后由于所述废气门阀的最终很快的开启特性仍然继续以很高的速度转动，从而使所述压缩机继续输送新鲜空气。当压缩机继续输送，但是内燃机接受的新鲜空气比之前的工作状态下少时，则随着空气流量的减小而使得压缩机之后的压力将增大。

图3示出了废气涡轮增压机的压缩机的特性曲线。这里，横坐标表示质量流量MS，沿着纵坐标表示压力系数PQ。PG表示喘振界限，SG表示塞满极限(Stopfgrenze)。TDL涉及Iso转速线。

从图3中可以看出，压缩机在低流量的范围中的稳定运行受到所述喘振界限PG的限制。当超过所述喘振界限时，压缩机不再具有克服高压力水平地进行输送的能力。可能出现：积聚的空气经过所述压缩机而回流，即所谓的喘振(Pumpen)。应该避免这种压缩机喘振，因为所出现的压力波动可能导致强烈的机械载荷。此外，所述喘振会被感觉为不舒适的噪声。

为了避免在所述情况下的压缩机的喘振，可以通过在所述压缩机之后的倒拖旁通阀排出已被压缩的新鲜空气。为了不使得所述空气流量计的测量失真，有利的是，将排出的空气在所述压缩机之前重新导入到所述吸气侧中，从而使所述压缩机在回路中输送空气。如果到节气的发动机运行中的过渡仅仅持续很短的时间，例如在一至两秒的范围之内，正如同在换挡时的情况那样，则当接下来重新对发动机提出很大的转矩需求时，再次关闭所述倒拖旁通阀以及废气门阀。所述废气涡轮增压机的转子在该很短的持续时间内近似地保持其转速，并且在离合器接合之后非常快地重新达到所需要的增压压力水平。

在图2中示出了所述节气的或者说倒拖工况。从那里可以看出，所述废气门阀开启，同样开启所述倒拖旁通阀5，并且关闭所述节气阀6。

为人所知的是，借助于一自身的、附属于所述废气门阀的执行机构来操作所述废气门阀。此外为人所知的是，也借助于一自身的、附属于所述废气门阀的执行机构来操作所述倒拖旁通阀。所述废气门阀的调节机构以及所述倒拖旁通阀的调节机构各自单独地借助于自身的供应管道(它们可以电地或者气动地进行工作)进行操控。这除了很高的成本之外，在对于所述废气涡轮增压机进行封装的方面也同样具有缺点，因为必须将所述执行机构安装在涡轮增压机上，并且因此增大了所述废气涡轮增压机在发动机舱中的所需要的安装空间。

由DE 10 2008 045 871 A1可知一种涡轮增压机，它具有一废气门阀和一倒拖旁通阀，其中所述倒拖旁通阀和所述废气门阀可以借助于唯一一个调节装置来进行操作，并且其中所述废气门阀和所述倒拖旁通阀可以借助于一连接机构机械地相耦合。

本发明的任务在于，提供另一种改进后的废气涡轮增压机。

该任务通过一种具有在权利要求1中所提出的特征的废气涡轮增压机来解决。本发明的有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的废气涡轮增压机具有一废气门阀和一倒拖旁通阀，它们两个都由一个唯一的、共同的执行机构来进行操作，其中对于所述倒拖旁通阀的操作取决于所述执行机构的调节速度。

由此得到如下优点：因为仅需要一个唯一的、具有所属的操控器的调节机构，因此可以得到成本上的优点。通过将两个调节机构联合为一个唯一的调节机构，除了成本优点之外，也可以得到一种减小了的空间需求。为所述唯一的调节机构借助于唯一的一种能量形式、例如电能来进行供应。相对于一种具有电的废气门调节机构和气动地控制的倒拖旁通阀的增压机，就减小了所述操控的复杂性，因为仅仅使用一种供应介质。用于操作所述废气门阀的电的调节机构通常具有一位置传感器。它基于根据本发明的被耦合的运动，也可以被用于对于所述倒拖旁通阀进行位置确定。因此，以有利的方式来实现一种额外的错误诊断可能性。

本发明的其它有利的特性从其下面的说明中借助于其它图示而得到。这里示出：

图4以截面图示出具有一种集成的电的调节机构和一种倒拖旁通阀的废气涡轮增压机的压缩机壳体，

图5示出了在图4中所示出的凸轮盘，处于执行机构的输出轴的三种不同的角度位置中，

图6以图表示意性地示出了在所述执行机构角度和废气门阀的与倒拖旁通阀的开启特性之间的关系，

图7示出了一种借助于减震器与执行机构相耦合的倒拖旁通阀，处于所述执行机构的输出轴的三种不同的角度位置中，

图8以图表示意性地示出了当调节速度很小时在所述执行机构角度和所述废气门阀的与倒拖旁通阀的开启特性之间的关系，

图9以图表示意性地示出了当调节速度很大时在所述执行机构角度和所述废气门阀的与倒拖旁通阀的开启特性之间的关系和

图10以图示示出了借助于离心力离合器来将所述废气门阀和所述倒拖旁通阀的操控耦合起来。

图4展示出一种具有集成的电的调节机构8和倒拖旁通阀5的废气涡轮增压机的压缩机壳体4a的示意性的截面图。所述压缩机壳体4a具有一压缩机转子4b，一被布置在所述压缩机转子之后的出口区域4c和一被布置在压缩机转子之前的进入区域4d。通过所述进入区域4d向所述压缩机转子输入要被压缩的空气。在所述出口区域4c中，存在着借助于所述压缩机转子被压缩的空气，该空气被输送至内燃机。

所述出口区域4c与倒拖旁通阀5相连接。在所述倒拖旁通阀5的开启状态下，将已被压缩了的空气从所述出口区域4c通过所述倒拖旁通阀5和一回流管12而引回到所述压缩机壳体4a的进入区域4d中。

为了封闭所述倒拖旁通阀5，设置一与压力弹簧11相耦联的挺杆10，该挺杆具有一线性的突起10a，该突起通过一缺8f导入到被作为执行机构使用的调节机构8的盖板8e中。在所述缺口8f和线性的突起10a之间设置一密封件。

所述挺杆10通过其线性的突起10a与一块板8c处于有效连接，这里在该板的外壳上设计一凸轮8d。所述板8c与所述电的调节机构8的输出轴8b抗扭转地相连接。所述输出轴8b与所述电的调节机构8的输出杆8a相耦联。

所述电的调节机构8此外与一被设置在所述废气涡轮增压机的涡轮壳体上的废气门阀2的盖板相连接，以便根据需要关闭或者开启所述废气门阀。

下面，在所示出的实施例中所述废气涡轮增压机的废气门阀和倒拖旁通阀可以由一个唯一的、共同的执行机构来操作。

图5展示出在图4中所示出的板8c，处于所述执行机构的输出轴的三种不同的角度位置中。在图5a中，板8c处于45°的角度位置中，而在图5b中处于135°的角度位置中。在45°和135°之间的角度范围内，实现所述废气门阀的开启，其中所述倒拖旁通阀保持在关闭状态下。从135°的角度位置开始，额外地也打开所述倒拖旁通阀，用来开启所述废气门阀。在这种情况下，在图5c中展示出一种155°的角度位置，在该位置中所述被设置在板8c的外壳上的凸轮8d在图中向左挤压所述挺杆10的线性的突起10a，由此也挤压所述挺杆10本身，从而使所述倒拖旁通阀5处于开启状态下。

图6以图表示意性地示出了在所述执行机构角度和所述废气门阀的与倒拖旁通阀的开启特性之间的关系。在这种情况下，在图6a中示出了所述倒拖旁通阀的开启特性，在图6b中示出了所述废气门阀的开启特性，并且在图6c中示出了所述执行机构的调节杆的杆行程，其中横坐标各自表示所述执行机构的输出轴的旋转角度α。可以看出的是，在所述角度位置1(45°)和角度位置2(135°)之间，仅仅改变所述废气门阀的开启位置，而所述倒拖旁通阀保持关闭。只有当所述执行机构的输出轴的旋转角度α大于135°、即在角度位置2(135°)和角度位置3(155°)之间时，才也开启所述倒拖旁通阀。

但是借助于图6所阐述的运动学关系具有的缺点是，只有在完全地开启所述废气门阀之后才可能打开所述倒拖旁通阀。为了消除该缺点，并且在需要的时候可以同时打开所述倒拖旁通阀和所述废气门阀，以有利的方式借助于一减震器或者离心力离合器使所述倒拖旁通阀与所述执行机构相耦联。由此可以根据所述执行机构的调节速度来操作所述倒拖旁通阀。

在图7中展示了一种可能的设计方案。该附图展示了借助于一种减震器13与所述执行机构相耦联的倒拖旁通阀，处于所述执行机构的输出轴的三种不同的角度位置中。在图7a和图7b里所展示的角度位置中，所述倒拖旁通阀各自处于关闭的状态中。在图7c里所示出的角度位置中，所述倒拖旁通阀处于开启的状态下。在图7a、7b和7c中所展示的减震器是一种线性减震器。

图8以图表示意性地示出了，当所述执行机构的调节速度很低时在所述执行机构角度和所述废气门阀的与所述倒拖旁通阀的开启特性之间的关系。在这种情况下，在图8a中展示了所述执行机构的输出轴的旋转速度，在图8b中展示了所述倒拖旁通阀的开启特性，在图8c中展示了所述废气门阀的开启特性，并且在图8d中展示了所述执行机构的调节杆的杆行程，其中沿着横坐标各自表示所述执行机构的输出轴的旋转角度α。

可以看出的是，只有当所述废气门阀从所述关闭位置缓慢地、即以所述输出轴的一种小于该输出轴的极限旋转速度的旋转速度进行开启时，才通过所述减震器13仅仅将小力传递到所述挺杆10上。这个小力不足以使所述倒拖旁通阀开启。

图9以图表示意性地展示了，当所述执行机构的调节速度很大时，在所述执行机构角度和所述废气门阀的与所述倒拖旁通阀的开启特性之间的关系。在这种情况中，在图9a中展示了所述执行机构的输出轴的旋转速度，在图9b中展示了所述倒拖旁通阀的开启特性，在图9c中展示了所述废气门阀的开启特性，并且在图9d中展示了所述执行机构的调节杆的杆行程，其中沿着横坐标各自表示出所述执行机构的输出轴的旋转角度α。

可以看出的是，只有当所述废气门阀从关闭位置快速地、即以所述输出轴的一种大于该输出轴的极限旋转速度的旋转速度开启时，才通过所述减震器13传递一力，该力的大小足够使所述倒拖旁通阀克服弹簧预紧力地开启。由此，可以从所述废气门阀的任意位置出发，同时打开所述废气门阀和所述倒拖旁通阀。在这种情况下，可以以有利的方式，由配备有凸轮的板将所述倒拖旁通阀保持在所述调节机构的终端位置上。

图10示意性地示出了借助于一种离心力离合器来对于所述废气门阀和所述倒拖旁通阀所进行操控的耦联。借助于这样一种离心力离合器，也可以实现一种正如借助于图8和9所阐述的那样的特性，即根据所述执行机构的调节速度来对于所述倒拖旁通阀进行操作。

本发明的其它可选的结构形式可以如此来实现：也就是使用一种线性调节机构来替代旋转调节机构。同样可能的是，使用一种旋转减震器来替代所述线性减震器。

Claims (10)

1.废气涡轮增压机，它具有一废气门阀和一倒拖旁通阀，它们能够由一个唯一的、共同的执行机构(8)来进行操作，其特征在于，对于所述倒拖旁通阀(5)的操作取决于执行机构(8)的调节速度。

2.根据权利要求1所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述倒拖旁通阀(5)借助于一种减震器(13)与所述执行机构(8)相耦联。

3.根据权利要求2所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述减震器是一种线性减震器。

4.根据权利要求2所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述减震器是一种旋转减震器。

5.根据权利要求1所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述倒拖旁通阀(5)借助于一种离心力离合器与所述执行机构(8)相耦联。

6.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压机，其特征在于，对于所述废气门阀和所述倒拖旁通阀的操作同时地进行。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的废气涡轮增压机，其特征在于，对于所述废气门阀和所述倒拖旁通阀的操作不同时地进行。

8.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述执行机构(8)具有一种电的调节装置。

9.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述执行机构(8)具有一与输出杆(8a)相耦联的输出轴(8b)，在该输出轴上设置一板(8c)，并且该板在其径向的外壳上设置一凸轮(8d)。

10.根据权利要求9所述的废气涡轮增压机，其特征在于，所述凸轮(8d)为了开启所述倒拖旁通阀(5)而对一挺杆(10)进行操作。