CN105026723B - 废气门阀以及具有该废气门阀的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

描述了废气门组件以及包括废气门组件的涡轮增压器组件。废气门组件包括壳体，其封装致动器和阀。阀被可操作地联接至致动器，并且壳体以挤压密封件结束。壳体还包括安装构件，安装构件可连接至涡轮增压器，以将挤压密封件放置为与涡轮增压器中的废气门开口密封接合。涡轮增压器组件包括壳体，其封装涡轮机和压缩机叶轮，涡轮机和压缩机叶轮共同被可操作地联接在共用轴上，共用轴限定旋转轴，并且使废气门组件可移除地安装至壳体的出口端部临近涡轮机，并且以远离涡轮机和压缩机叶轮的方向从其延伸。在此，废气门组件具有平行于旋转轴的纵轴。

Description

废气门阀以及具有该废气门阀的涡轮增压器

技术领域

本申请涉及废气门阀，尤其涉及涡轮增压器的可替换、自校准废气门阀。

背景技术

涡轮增压器是公知用于在超过大气的压力(增压)下向内燃机的进气管供气的装置。传统的涡轮增压器(大致设计为图1中的参考标记10)基本上包括废气驱动的涡轮机叶轮5，其位于安装在涡轮机壳体4内的可旋转轴上的涡轮机段2内。例如，在向心式涡轮机中，涡轮机壳体4限定围绕涡轮机叶轮的环形入口通路以及从涡轮机叶轮延伸的大致圆柱形轴向出口通路11。涡轮机叶轮的旋转使安装在压缩机段2的压缩机壳体6内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气递送至发动机的进气歧管，由此增大发动机功率。

包含废气门的涡轮增压器也是公知的，如图1中所示。废气门涡轮增压器具有在涡轮机壳体的废气入口和废气出口部分之间的旁通路，以能够控制涡轮增压器增压。废气门阀组件13被定位在该通路中，并且被控制，以在增压空气的压力水平增大至预定水平时打开该通路，由此容许废气中的一些绕开涡轮机叶轮，从而防止增压进一步升高。废气门阀13大致由气动致动器22致动，该气动致动器22由压缩机叶轮递送的增压空气压力操作。气动致动器22可以包括封装在罐24(被称为致动器封装)内的弹簧加载式隔膜或滑动密封件，其被安装至压缩机壳体6。隔膜密封件作用于致动废气门阀组件13的连接杆26上。致动器封装24通过软管被连接至压缩机出口，以将增压空气递送至该封装，其作用于隔膜(或滑动密封件)上以抵抗弹簧偏压。弹簧被选择并且致动器和废气门阀初始设置，从而使得在低增压条件下，废气门阀13a保持关闭。然而，当增压达到预定最大值时，隔膜密封件被移动抵抗弹簧的作用并且操作以打开废气门阀13a(通过连接致动器杆)，由此容许一些废气绕开涡轮机叶轮。

在这些类型的传统废气门阀中，废气门阀开始打开处的压力(“起动(lift off)压力”)对于其操作是关键的。因此，在气动致动器22和废气门阀组件13被装配至涡轮增压器时，废气门阀必须被非常小心地设置。在隔膜开始移动处的精密的致动器封装24压力取决于所使用弹簧的预加载。遗憾的是，弹簧装置的制造公差(tolerance)变化使得一个又一个的弹簧的弹性系数很可能发生变化，并且有必要单独校准每个涡轮增压器，以确定起动压力。

进行如上所述传统致动器组件的初始设置的一个方法是已知为“焊接设置(weldto set)”的方法。致动器封装24、致动杆26和致动器控制杆28被预先装配，并且被安装至涡轮增压器10。废气门阀13a之后从涡轮机壳体4内被夹紧关闭，并且致动器封装24被加压至期望的起动压力。由于隔膜的存在，致动器杆26和阀13a由此在起动之前立即固定在其各自相对位置，致动器控制杆的端部被焊接至阀杆。因此，任何供应至致动器的压力增大至超过预定起动压力将导致阀13a打开。

已知的以上的替换为使用长度可调节的致动器杆，其通常包括螺纹杆和杆端。设定点通过调节杆的长度或者通过转动杆端或捕获在杆端组件中的螺母而获得。即使使用这种方法，仍然有必要单独校准每个涡轮增压器，以确定起动压力。

装配过程和组合的校准过程是非常耗时的。而且，一旦装配好，很难替换有缺陷的气动致动器22和/或废气门阀组件13。传统的实践是替换整个涡轮增压器组件，因为它们对安装的废气门致动器20和废气门阀组件13进行了预先校准。这是一种昂贵的替换。

发明内容

本文公开了一种耐用(即，可替换)、自校准的废气门阀，其可以直接安装至涡轮增压器的涡轮机涡壳。

在一个方面，公开了废气门组件，其包括壳体，壳体封装被连接至阀的致动器，以挤压密封件(crush seal)结束，并且具有可连接至涡轮增压器的安装构件，以将挤压密封件放置为与涡轮增压器中的废气门开口密封接合。挤压密封件校正至少安装构件和安装构件被安装至其上的涡轮增压器的表面之间的公差变化。挤压密封件还可以校正组件中堆放在限定废气门开口的表面和废气门组件的安装构件之间的其他组件之间的公差变化。

在另一方面，公开了涡轮增压器组件，其包括壳体，该壳体封装涡轮机和压缩机叶轮，其共同被可操作地联接在限定旋转轴并在封装涡轮机的部分中限定废气门开口的共用轴上；一次性废气门组件，其被可移除地直接安装至废气门开口，并且具有用于控制来自废气门开口的废气流的阀，以绕开涡轮机。

在又一方面，公开了涡轮增压器组件，其包括安装板；涡轮增压器，安装板连接至涡轮机段的出口端部；以及废气门组件，其中具有安装至安装板的阀。安装板具有第一开口和第二开口，并且在安装至涡轮增压器时，第一开口与涡轮机段的轴向出口通道对齐，并且第二开口与废气门开口对齐。在这一安装位置的安装板限定将废气门开口连接至其第二开口的通道。废气门组件被安装至其上，从而使得阀被布置在这一通道中，以打开和关闭该通道，从而控制废气流通过废气门开口绕开涡轮机。

附图说明

图1是具有传统的隔膜操作的废气门阀的传统的涡轮增压器的一个实施例的侧视立体图。

图2是压力平衡废气门组件的立体图。

图3是安装至涡轮增压器的涡轮机段的出口通道端部的图2的压力平衡废气门组件的纵截面。

图4处于关闭位置的图2的压力平衡废气门组件的下部的纵截面。

图5是处于部分打开位置的图2的压力平衡废气门组件的下部的纵截面。

具体实施方式

以下具体描述将示出本发明的一般原理，其示例在附图中额外示出。在附图中，类似的参考数字指示相同或功能类似的元件。

内燃机涡轮增压系统通常包括控制涡轮增压器(具有涡轮机段和压缩机段以及一般称为废气门的涡轮机旁路阀的废气驱动的涡轮增压器)的操作参数的以下组件。废气驱动的涡轮增压器通常包括废气壳体，其包含涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮利用废气能量并通过共用轴将废气能量转化成机械功，从而转动压缩机叶轮，压缩机叶轮吸入空气、将其压缩并在更高操作压力下将其供应进入内燃机入口。废气门是用于计量来自内燃机的废气歧管的废气量以及为废气驱动的涡轮增压器涡轮机叶轮供能的可用能量的控制阀。废气门通过将阀打开至旁路而工作，从而使得废气流远离涡轮机叶轮，由此直接控制废气驱动的涡轮增压器的速度以及内燃机进气歧管的结果操作压力。

现参考图2，废气门组件(大致指代160)包括壳体162，该壳体162包括分成两段(致动器段165和阀段166)的管壳主体164，致动器段165和阀段166由热绝缘体168分离，热绝缘体168还可以用作两段之间的密封件。壳体162还包括帽170，帽170具有包含在其中的电连接器172，并覆盖致动器段165的一部分。致动器段165内封装的是致动器174(图3)，其可操作地连接至容纳在阀段166内的阀176。阀段166包括安装构件179，其用于将废气门组件160连接至涡轮增压器100并以挤压密封件178结束。挤压密封件的重要性在于其为可挤压的，容许安装表面(例如安装构件179和安装板230，以及由此和壳体104的出口端部118)之间的公差变化。安装构件179被布置，以将挤压密封件178放置为与涡轮增压器100中的废气门开口116密封接合(参见图3)。挤压密封件178可以具有任意尺寸、形状和配置，只要其为可挤压的。在所示的实施例中，挤压密封件178具有S形截面，但不限于此。

如图3中可见，废气门组件160的壳体162(尤其是阀段166)限定布置为与阀176具有可操作关系的窗口180。在关闭位置(图4)，阀176关闭窗口180，并且在打开位置(图5)，无论部分或全部，窗口180与壳体162的阀段166中的入口182流体连通。

废气门组件160的致动器174包括螺线管202；衔铁204；连接器206，其将衔铁204连接至阀176的杆197；弹簧208，其就座于连接器206上，以将阀176朝向关闭位置偏压(例如图4中所示)；以及电连接器172，其可电连接至外部电装置，以操作螺线管202。致动器174还可以包括位置传感器210，以感应致动器174的一部分(例如图3中显示的连接器206)相对于阀176的位置的位置。可操作地电连接至螺线管202的电连接器172还可以电连接至位置传感器210。电连接器172可以是能够接受电缆(未显示)以将电连接器172连接至外部装置的插头或插座。

位置传感器210可以是允许位置测量的任意装置。位置传感器210可以是电容换能器、涡流传感器、光栅传感器、霍尔效应传感器、感应非接触位置传感器、激光多普勒测振仪(光学)、线性可变差动变压器(LVDT)、多轴位移换能器、光电二极管阵列、压电换能器(压电的)、电位计、接近度传感器(光学)、地震位移传感器、弦线电位计(还称为弦线电位器、弦线编码器、电缆位置换能器)或其组合。在图3-5的实施例中，位置传感器210是基于致动器174的一部分(例如连接器206)的移动的相对位置传感器(例如位移传感器)。在一个实施例中，相对位置传感器是霍尔效应传感器，其包括磁体212，其可以随致动器174移动；以及传感器芯片214，用以感应磁体的位置以及由此感应磁体212的位移。磁体212(如图3-5中可见)就座于连接器206中用于与之一起平移，并且可以是环形的材料环。替换地，磁体212可以被安装在连接器206或衔铁204上。芯片214可以电连接至电连接器172，以将由芯片214收集的数据通信至外部电装置(例如包含在内燃机中或联接至其上的计算机处理单元)。

参考图3-5，废气门组件160的阀176包括细长圆柱形套筒190，其具有部分闭合的第一端部192以及开口的第二端部194。部分闭合的端部192被连接至杆197，该杆197将阀176可操作地连接至致动器174。部分闭合的端部192包括网格196，该网格196具有多个开口，以在套筒190在关闭位置和打开位置之间移动时平衡阀内的压力。

如图4和5中所标记的，阀176还可以包括定位在套筒190和壳体162的阀段166的内壁167之间的密封构件220。密封构件220可以被布置为邻近阀段166内的中央位置，但在阀176处于关闭位置时，其大致被定位为邻近套筒190的部分闭合的端部192(图4中显示)，从而使得在套筒190从关闭位置移动至打开位置时，细长套筒190接触密封构件220。密封构件220可以是O型环、V型环或其他环形密封件，其由密封材料制成，用于抵靠阀176的另一构件密封接合。

现转到图3的连接至废气门160的涡轮增压器100，涡轮增压器100的基本组件包括涡轮机段101，其通过中央轴承壳体103结合到压缩机段102。涡轮机段101包括涡轮机壳体104，其容纳涡轮机叶轮105。类似地，压缩机102包括压缩机壳体106，其容纳压缩机叶轮107。涡轮机叶轮105和压缩机叶轮107被安装在共用轴109的相对两端上，该共用轴109被支撑在轴承壳体103内的轴承上。

涡轮机壳体104被提供有废气入口110以及废气出口111。入口110将进来的废气引导至环形入口腔室112(通常称为涡壳)，其形成围绕涡轮机叶轮105的涡壳。废气流经涡轮机叶轮105并经出口开口115进入废气出口111，该出口开口115与涡轮机叶轮105共轴。

涡轮机壳体104被提供有旁通路114，其在废气入口110和废气门开口116之间连通，其可以被可控地流体连接至废气出口111，用于与之流体连通，并且由此绕开涡轮机叶轮105。旁通路114的可控流体连接由上述废气门组件160的阀176控制，以打开和关闭阀。如图3中可见，阀160的打开位置通过使用旁通路114而将废气入口110放置为与废气出口111流体连通。

如图2-5中可见，废气门组件160是细长大致圆柱形装置，其具有纵轴C。在图3的所示装配状态中，废气门组件160的纵轴C与废气门开口116大致共轴。在另一实施例中，废气门组件160的至少一部分与废气门开口116大致共轴。在图3的装配状态中，基于废气门开口116的位置和壳体104的配置，废气门组件160被可移除地安装至壳体104出口端部118邻近涡轮机105，并且以远离涡轮机105并远离压缩机叶轮107的方向从其延伸。而且，废气门组件160具有与涡轮增压器100的共用轴109限定的旋转轴B平行的其纵轴C。这些实施例中的每一个共用通用配置，其中，一次性废气门组件160被可移除地直接安装至废气门开口116，从而使得容纳在废气门组件160内的阀176被定位，以控制来自废气门开口116的废气流。

如上所述，废气门组件160(尤其是其阀段166的入口端部)以挤压密封件178结束。在图3的组件中，挤压密封件178抵靠涡轮增压器100的废气门开口116永久变形(即“挤压”)，以形成废气门组件160和涡轮增压器100之间的密封接合。

为了便于废气门160连接至涡轮增压器100(尤其是以能够使废气门组件160可移除地连接至其上的方式)而在不替换涡轮增压器的情况下替换废气门，涡轮增压器100包括安装板230，其通过一个或多个紧固件240被可移除地连接至涡轮段101的出口端部118。紧固件240可以是螺钉、螺栓、铆钉、焊接件或其他已知的紧固件。安装板230具有通过其中的第一开口232和第二开口234，并且当安装至涡轮增压器100时，在其之间限定与第一和第二开口232,234流体连通并与废气门开口116和废气出口111流体连通的腔室。在安装好时，安装板230的第一开口232与涡轮机段104的废气出口111对齐，并且第二开口234与废气门开口116对齐。

在安装板230被连接至涡轮增压器100之后，废气门组件160通过被接受在其第二开口234中的阀段166以及被永久变形而与废气门开口116具有密封关系的挤压密封件178被可移除地安装至安装板230。替换地，废气门组件160可以被安装至安装板230，并且之后一起作为一个单元，它们被安装至涡轮增压器100。在这种组件中，阀段166的阀176被布置在腔室236内，以控制废气门开口116以及由此废气入口110与安装板230中第一开口232之间的流体连通。废气门组件160可以通过具有一个或多个紧固件242的安装构件179被可移除地安装至安装板230(图3中所示)。紧固件242可以是螺钉、螺栓、铆钉、焊接件或其他已知的紧固件。

废气门阀176的致动通过将电信号发送至螺线管202以将衔铁204吸引进入螺线管202从而将阀176移动进入打开位置而实现(图3和5)。之后，在电信号从螺线管202被移除时，弹簧208将阀176偏压返回进入关闭位置(图4)。螺线管202可以被联接至从内燃机的其他组件接收其他数据和/或电信号的外部电装置(未显示)，以确定何时激活和/或去激活螺线管。在一个示例中，外部电装置可以在检测到低增压条件时去激活螺线管，从而使得旁通路114通过弹簧208在阀176上的作用而被关闭。然而，一旦压缩机出口中的压力达到预定极限，外部电装置激活螺线管，由此打开阀176，从而容许入口废气绕开涡轮机105。通过这种方式，由涡轮增压器产生的最大增压能够被控制和限制。

在此，废气门组件160相对传统的废气门是一个显著的改进，因为其可以在不需要整个涡轮增压器替换的情况下替换，并且因为其是自校准的。废气门组件的致动器内的位置传感器的包括提供了自校准特征。自校准能够在废气门组件安装之后在安装之后的任意时间执行。这消除了在安装时工厂校准的需要。而且，这种设计不需要利用传统的挡板阀，这种挡板阀在涡壳内部并且如果其中发生错误、磨损或故障时不能够接近。这种问题通过所公开的废气门组件和涡轮增压器而消除。

废气门组件中呈现的另一优点在于阀是压力平衡阀，其致动需要更少的力。这一优点通过阀176的细长套筒190的部分开口的端部192而提供(在图4和5中最佳可见)。在此，开口的端部192的两侧的表面区域大致相等，由此，经过入口182流入废气门组件160的废气在打开的端部192的两侧上施加相等的力。由此，废气产生作用，以在开口的端部192的下侧向上推动活塞(面对入口182的一侧)，并且以相等的力产生作用，以在开口的端部的上侧向下推动活塞，其由此抵消力。由此，废气既不会使活塞保持向下也不会将其向上推动，由此容许致动器174自身控制阀的移动。

已经参考优选实施例详细介绍了本发明，但是应当知道，在不脱离由附加权利要求限定的本发明范围的情况下能够进行变化和改进。

Claims (18)

1.一种用于涡轮增压器的废气门组件，其包括：

壳体，其封装可操作地连接至废气门阀的致动器，所述壳体在所述壳体的一端处以挤压密封件结束；以及

可连接至涡轮增压器的安装表面的至少一个安装构件，以将所述挤压密封件放置为与所述涡轮增压器的限定所述涡轮增压器中的废气门开口的表面密封接合；并且

其中所述废气门阀包括细长圆柱形套筒，其具有远离所述废气门开口的、部分闭合的第一端部以及靠近所述废气门开口的、开口的第二端部；

其中所述挤压密封件通过所述密封接合永久变形，并且校正至少所述至少一个安装构件和所述涡轮增压器的安装表面之间的公差变化。

2.如权利要求1所述的废气门组件，其中所述壳体限定窗口，所述窗口被布置为与所述废气门阀具有可操作关系；其中在关闭位置，所述废气门阀关闭所述窗口，在打开位置，无论是部分或全部，所述窗口与所述壳体的入口流体连通。

3.如权利要求1所述的废气门组件，其中所述部分闭合的第一端部被连接至杆，所述杆被可操作地连接至所述致动器。

4.如权利要求1所述的废气门组件，其中所述部分闭合的第一端部包括网格，所述网格具有多个开口。

5.如权利要求2所述的废气门组件，其中所述致动器包括螺线管和衔铁并且所述致动器进一步包括电连接器，所述电连接器可与外部电装置电连接。

6.如权利要求5所述的废气门组件，其中所述致动器进一步包括弹簧，所述弹簧具有偏压力，以将所述废气门阀朝向所述关闭位置偏压。

7.如权利要求5所述的废气门组件，其进一步包括位置传感器，以感测所述致动器的一部分相对于所述废气门阀的所述关闭位置的位置。

8.如权利要求7所述的废气门组件，其中所述电连接器被电连接至所述位置传感器。

9.如权利要求1所述的废气门组件，其中所述壳体包括热绝缘体，其被布置在所述致动器和所述废气门阀之间。

10.如权利要求1所述的废气门组件，其中所述废气门开口与封装所述废气门阀的所述壳体的部分连续流体连通。

11.一种涡轮增压器组件，其包括：

壳体，其封装涡轮机和压缩机叶轮，所述涡轮机和压缩机叶轮共同被可操作地联接在共用轴上，所述共用轴限定旋转轴并在容纳所述涡轮机的部分中限定废气门开口；以及

一次性废气门组件，其被可移除地直接安装至所述废气门开口，所述一次性废气门组件包括：

废气门阀，其用于控制来自所述废气门开口的废气流；

其中所述废气门阀限定位于所述废气门开口附近的开口端部以及其相反的部分开口端部，以及

其中所述一次性废气门组件以挤压密封件结束，所述挤压密封件通过所述一次性废气门组件抵靠所述废气门开口永久且固定地变形，以形成密封接合。

12.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中所述挤压密封件包括S形截面。

13.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中所述废气门组件进一步包括致动器和自校准传感器。

14.如权利要求13所述的涡轮增压器组件，其中所述自校准传感器包括位置传感器，以感测所述致动器的一部分相对于所述废气门阀的关闭位置的位置。

15.一种涡轮增压器组件，其包括：

安装板，其具有通过其中的第一开口以及第二开口；

涡轮增压器，其具有连接至涡轮机的出口端部的安装板，所述第一开口与所述涡轮机的轴向出口通道对齐，所述第二开口与所述涡轮机的出口端部的废气门开口对齐；

其中所述安装板和所述涡轮增压器限定将所述废气门开口连接至所述第二开口的通道；以及

废气门组件，其封装废气门阀并以挤压密封件结束；

其中所述废气门组件被安装至所述安装板，所述废气门阀被布置在将所述废气门开口连接至所述第二开口的通道中，以打开和关闭将所述废气门开口连接至所述第二开口的所述通道，并且所述挤压密封件抵靠所述涡轮机永久变形并且围绕所述废气门开口以形成密封接合。

16.如权利要求15所述的涡轮增压器组件，其中所述安装板被可移除地安装至所述涡轮增压器，并且所述废气门组件被可移除地安装至所述安装板。

17.如权利要求15所述的涡轮增压器组件，其中所述废气门组件包括致动器，所述致动器包括螺纹管和衔铁，并且所述废气门组件进一步包括电连接器，所述电连接器可电连接至外部电装置。

18.如权利要求17所述的涡轮增压器组件，其进一步包括位置传感器，以感应所述致动器的一部分相对于所述废气门阀的关闭位置的位置。