CN105283646B - 气动压缩机再循环阀系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机系统，具有：压缩机，其与发动机耦合的且向进气歧管供给空气；节流阀，其控制从压缩机向进气歧管供给空气；真空储器；抽吸装置，其原动段与所述压缩机上游的进气系统流体连通，且其排放段与压缩机下游流体连通，吸入口与真空储器流体连通；压缩机再循环阀，其具有与来自压缩机的下游空气流体连通且与真空储器流体连通的气动控制室；闸阀，其控制压缩机再循环阀的气动控制室与、下游空气和真空储器流体连通；以及泄放线路，其具有与真空储器和压缩机再循环阀的气动控制室流体连通的泄放阀。

Description

气动压缩机再循环阀系统

相关申请

本申请要求递交于2013年6月13日的美国临时申请No.61/834,539的权益，该申请的全文通过引用方式合并于此。

技术领域

本申请涉及压缩机再循环阀(“CRV”)，尤其涉及在控制涡轮增压器压缩机出口空气围绕压缩机再循环且返回压缩机入口从而最小化湍振的系统中的这种阀。

背景技术

普及型天然气的出现已经为路上车辆发动机的制造者采纳，他们正在使之前的柴油燃料发动机适于用天然气来运转。这需要一些改变，包括在进气流中添加节流阀。当节流阀快速闭合时，会引起一种称为湍振的状态。当涡轮增压器处于湍振状态时，它不再能够有效地压缩进气，但是仍从排气流中吸收动力。在节流阀闭合瞬间，这种压缩损耗导致涡轮增压器加速，同时降低了进入发动机的气流速度。在极短的时间内，可供涡轮增压器使用的排气动力急剧减少，使得涡轮增压器回降放缓，依次使得增加压缩压力。

这种不稳定的运转会多次振荡发生，导致车辆振动，并且导致发动机输出的扭矩变化。因此，对于在天然气动力式发动机中控制暂态节流阀闭合期间内涡轮增压器运转的改进的设计存在需求。

发明概述

在一个方面中，公开了一种发动机系统，其使得升压期间的湍振最小 化，而无需外部控制系统来监控和启动CRV和闸阀，两个阀纯粹因系统内的压力变化而操作，从而形成自身复位的环。该发动机系统包括：压缩机，其与发动机耦合且向进气歧管供给空气；节流阀，其控制从压缩机向进气歧管供给空气；真空储器；抽吸装置，其原动段与压缩机下游流体连通且其排放段与压缩机上游流体连通，其中抽吸装置的吸入口与真空储器流体连通；压缩机再循环阀，其具有与来自压缩机的下游空气流体连通且与真空储器流体连通的气动控制室；闸阀，其控制压缩机再循环阀的气动控制室与下游空气和真空储器流体连通；以及泄放线路，其具有与真空储器和压缩机再循环阀的气动控制室流体连通的泄放阀。

在节流阀打开而升压下的发动机系统运转如下：抽吸装置排空真空储器，闸阀移动到第一打开位置，将压缩机再循环旁通阀的气动控制室置于与来自压缩机的下游空气流体连通，从而闭合压缩机再循环阀。然后，当节流阀闭合时，闸阀从第一打开位置切换到第二打开位置，将压缩机再循环旁通阀的气动控制室置于与真空储器流体连通，从而响应于真空储器压力而打开压缩机再循环阀。在第二打开位置上，真空储器与泄放线路流体连通，通过泄放阀抽取流体，从而消散真空储器压力，这使得压缩机再循环阀能够返回闭合位置。

在另一方面中，公开了一种自动地最小化发动机系统中升压期间的湍振的方法，其实现了本文所述的发动机系统。该方法包括：提供这种发动机系统；以及使发动机在升压状态下运转，这使得抽吸装置排空真空储器且闸阀移动到第一打开位置，将压缩机再循环旁通阀的气动控制室置于与来自压缩机的下游空气流体连通，从而闭合压缩机再循环阀。

附图说明

图1是包括升压感测压缩机再循环阀(CRV)的系统构造的示意图。

图2是横向于通过闸构件的导管的纵轴线截取的弹扣式执行器闸阀的剖视图，阀处于与第一导管对准的第一打开位置。

图3是图2的弹扣式执行器闸阀的剖视图，阀处于与第二导管对准的第二打开位置。

发明详述

下面的详细描述将图示说明本发明的一般原理，其示例另外在附图中进行了图示。在附图中，相似的附图标记指示相同或功能上相似的元件。

如本文所使用的，“流体”表示任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或其组合。

图1图示出发动机系统的至少一部分，一般指示为附图标记10，例如，天然气发动机系统，具有由发动机系统内的独特的部件组件来控制的CRV12。发动机系统包括与发动机歧管22流体连通的压缩机20，压缩机20具有节流阀控件24，节流阀控件24布置在歧管22与压缩机20之间的流体流中。在升压装置为涡轮增压器的实施例中，压缩机20可以与发动机系统10的发动机排气装置中的涡轮机(未示出)耦合且由该涡轮机来驱动。操作CRV 12的组件包括抽吸装置14、真空储器16、真空限制阀18以及控制压缩机20与CRV 12之间的流体连通以及真空储器16与CRV 12和联合到压缩机20上游的系统中的泄放线路52之间的流体连通的闸阀19。系统10包括导管36，在歧管22与节流阀控件24之间的位置处，导管36将闸阀19内的控制室与靠近歧管22的流体流连接。这可描述为与在节流阀24下游的歧管22流体连通地连接。系统10还可以包括一个或多个阀，诸如但不限于止回阀30、32。导管不应解释为是指任何特定类型的材料或连接，而是应当理解成包含管道、软管、管子等，无论是刚性的还是柔性的。

抽吸装置14是一种产生真空压力且以如下方式在压缩机20的第一的端26与第二端28之间流体连通地连接：当压缩机20正在产生升压时，抽吸装置14正在产生真空。如图1所示，抽吸装置14与压缩机20的第二端28的下游流体连通地连接，使得离开压缩机的压缩空气经由导管56来将原动流M提供到抽吸装置14中，并且经由导管54从压缩机20的第一端26的上游排出排放流D。抽吸装置14可以是但不限于2014年6月3日递交的共同转让的美国专利申请14/294,727中公开的构造，该美国专利申请的全文通过引用方式合并于此。抽吸装置14的吸入口15与真空储器16流体连通，并且可以包括在抽吸装置14的吸入口15与真空储器16之间的流体流中的第一止回阀30以对由于原动流经过抽吸装置14而排空真 空储器16进行控制。真空储器16包括限制所产生的储器真空压力量的真空限制阀18并且连接到闸阀19，尤其是通过导管60连接到其第二入口40。

CRV 12具有气动控制室以及构造类似于图2和图3中的弹簧(未示出)，但是可以包括闸阀、提升阀、蝶形阀或用来打开和关闭旁路66的其他已知的阀构造。在图1中，CRV 12包括入口62和出口64，当CRV 12的阀部分处于打开位置时，入口62和出口64彼此流体连通，这允许压缩空气流经旁路66返回压缩机20的上游侧。通过弹簧和从气动控制室引入或去除的压力来控制CRV 12的阀部分的移动。气动控制室的控制口13与来自压缩机的下游空气流体连通且与真空储器16流体连通。然而，这两个由闸阀19来控制。

闸阀19包括气动控制室103(参见图2和图3)，其具有通过导管36连接到节流阀下游的进气歧管压力的控制口42(图1)。导管36可以称为压力“感测”线路，因为当导管36中的压力下降时，尤其是一旦节流阀关闭，压力下降被“感测”，闸阀19自动地从第一打开位置140(图2)切换到第二打开位置142(图3)。

再次参考图1，闸阀19的闸部分19’包括从其延伸出的第一入口46以及从其延伸出的第一出口48，第一入口46和第一出口48沿相反的方向且对准以便彼此流体连通。它们之间的流体连通是通过闸阀19来控制的。闸阀19包括能够移动以允许流体从第一入口46流到第二出口48的闸机构。这可以包括：将闸机构中的图2所示的通道129与第一入口46对准，或者移动闸机构，使得其不阻挡或阻碍第一入口46。闸部分19’还包括从其延伸出的第二入口40和从其延伸出的第二出口50，第二入口40和第二出口50沿相反的方向且对准以便彼此流体连通。它们之间的流体连通是由闸阀19来控制的，方式类似于刚刚针对第一入口46所描述的。

闸阀19还包括闭合机构或执行器104(参见图2和图3)，以控制从第一入口46到第一出口48的流体流以及控制从第二入口40到第二出口50的流体流。在图1中，第一出口48与CRV 12的气动控制室的控制口13流体连通。因此，当闸机构120处于图2所描绘的第一打开位置140时，压缩空气与CRV 12的气动控制室流体连通。如图1所示，第二出口50也 与CRV12的气动控制室的控制口13流体连通。因此，当阀机构120处于图3所示的第二打开位置142时，真空罐与CRV 12的气动控制室的控制口13流体连通且能够降低气动控制室中的压力。因此，第一出口48和第二出口50均与控制口13连接且因此CRV 12的气动控制室用于与其流体连通以实现其阀部分的打开和闭合。

参考图1，具有泄放阀34的泄放线路52具有与从闸阀19的第一出口48和第二出口50流到CRV 12的控制口13的流体流的第一接头以及与进气系统38的第二接头。泄放线路52包括布置在第一接头与泄放阀34之间的第二止回阀32。

现在参考图2和图3，在一个实施例中，闸阀19可以是弹扣式执行器闸阀100。弹扣式执行器闸阀100包括容器部分130以及罩132，罩132密封地连接到容器部分130且限定内室103以及具有与室103流体连通的控制口42(图1)。执行器104容纳在室103内，执行器104包括活塞110，活塞110具有杆114，杆114能够连接到阀机构120。杆114具有靠近阀机构120的近侧端152(在本文中可称为耦合端)以及从阀机构120中去除的远侧端154(标示在图2中)。在该实施例中，阀机构120包括包围闸构件128的袋状件126，其具有贯通其中的通道129。袋状件126通过第一入口46连接到第一导管58且通过第二入口40连接到第二导管60，并且与第一导管58相对地连接到CRV 12的控制口13，与第二导管60相对地连接到泄放线路52和CRV 12的控制口13。

仍参考图2-3，闸构件128通过轨道系统160连接到活塞110，提供沿流体流的方向且响应于流体流的闸构件128的滑动运动，从而相对于袋状件126形成密封。轨道系统160包括靠近杆114的近侧端152的导轨162。导轨162包括在其相对侧的滚道槽164。闸构件128包括滑动器166，其定形且构造为适配在导轨162上且与滚道槽164相符。

执行器104通过活塞110的运动来控制阀机构120的打开和闭合，特别是控制闸构件128的打开和闭合。如图2和图3所示，活塞110能够在第一打开位置140(图2)与第二打开位置142(图3)之间移动，在第一打开位置上，闸与第一导管58对准，在第二打开位置上，闸闭合第一导管58且打开第二导管60。阀机构120可以在任意位置上开始或者可以为 细长的，并且第一导管58和第二导管60相对于彼此进一步间隔开，从而同时为第一导管58和第二导管60提供闭合位置。

活塞110至少部分地包括可磁吸引材料111(或者由这种材料制成)，使得活塞110能够吸引到第一磁体116和第二磁体118。弹簧112抵靠活塞110安置以将活塞110大致偏置到第一打开位置140(图2)，第一磁体116定位成辅助弹簧112将活塞110保持在第一打开位置140。第二磁体118定位成，当活塞110向其移动时，将活塞110保持在第二打开位置142(图3)。活塞110还可以包括作为抵靠室103的内表面的唇缘密封件的围绕其外周的密封构件134。活塞110的外周可以包括环形槽136，密封构件134安置在环形槽136中。在一个实施例中，密封构件134可以是O形圈、V形圈或X形圈。可替代地，密封构件134可以是由密封材料制成用于与另一构件密封接合的任何其他环形密封件。

活塞的杆114还可以与阀机构相对地从活塞中延伸出，如图2-3所示，能够被接纳在罩132内的引导通道146中。罩132还可以包括用于弹簧112的底座148。罩132的这些特征提供了与执行器的对准且防止弹簧和活塞的扭曲和/或屈曲。

执行器104可以包括第一缓冲器138和第二缓冲器139，第一缓冲器138定位成当到达第一起始位置140时减小活塞110与壳体102之间的噪声，第二缓冲器139定位成当到达第二位置142时减小活塞110与壳体102之间的噪声。第一缓冲器138还可以定位成密封壳体102与阀机构120之间的开口150(参见图2和图3)。在一个实施例中，开口150可以由大致截头锥形表面限定。第一缓冲器138和第二缓冲器139可以安置在壳体102内的环形槽中或者安置在活塞110的诸如杆114的部件上。

在操作时，执行器104通过经由控制口42以及经由磁体116、118和弹簧112的辅助将流体引入室103或者从室103去除流体来移动活塞110。活塞110安置在第一打开位置140(图2)且通过弹力和第一磁体116的磁力在该位置上保持固定，直到克服弹力和第一磁体的磁力的阈值力施加到活塞110上。一旦达到该阈值力，活塞110将在第二磁体的磁力的辅助下移动其行程全长而到达其第二打开位置142(图3)，此后，第二磁体将活塞110保持在第二位置142上。活塞110贯穿其行程全长的运动是快速的、 几乎瞬时的运动，基本上其间没有暂停，即，在起始位置140与第二位置142之间活塞没有迟滞或浮动，这可描述为活塞的“弹扣式”运动。该“弹扣式”在没有缓冲器的情况下是可听的声音，是第二磁体118对活塞110的磁吸引的结果，其起作用以快速地移动活塞到第二打开位置142。第二磁体118此后保持并维持活塞110处于第二打开位置142，直到达到下限阈值力，在该点，活塞通过再次移动其行程全长作为弹扣式运动而移回到第一打开位置140。弹扣式执行器闸阀100还可以包括递交于2014年1月1日的共同转让的美国专利申请14/154,268中公开的其他特征，该美国申请全文通过引用方式合并于此。

在操作中，考虑三种状态：(1)具有升压的稳态，(2)节流阀闭合状态，以及(3)不具有升压的稳态。当发动机处于升压下时，升压压力使得发生两个事件：(a)闸阀19将阀移动到允许第一入口46与第一出口48之间流体连通的位置，从而提供压缩机20的第二端28与控制口13和CRV12的气动控制室之间的流体连通；以及(b)抽吸装置14产生排空真空储器16的真空。事件(a)使得离开压缩机20的压缩机出口压力作用于CRV12的执行器内侧，从而将执行器移动到闭合阀位置，保持在该位置，直到气动控制室内的该压力去除或被克服。

在节流阀闭合状态下(即，当节流阀24闭合时)，进气歧管压力降低并且减小压力“感测”线路即导管36中的压力。这种压力的减小依次使得闸阀19移动，将其流体连通从第一出口48切换到第二出口50。如上所述，第二入口40连接到真空储器16，以便在它们之间实现流体连通。这从CRV 12的气动控制室排出压力，这样依次地打开CRV 12的阀部分以使得通过旁路66从其第二端28(出口)流回到其第一端26(入口)的压缩机流短路。一旦真空储器16与CRV 12流体连通开放，流体开始通过第二止回阀32从泄放阀34以及从进气系统抽取(流动)(包括远离压缩机20的第一端26(入口)抽取)，使得罐真空消散且因此使得执行器随着CRV 12移动到闭合位置，这样将CRV 12已经形成的旁路切断。

在状态“(3)”下，即不具有升压状态的稳态，由于空气通过泄放线路52泄漏而填充真空储器16，CRV返回闭合位置。此处，闸阀19保持在第一第二打开位置142。

上述的发动机系统自动最小化升压期间的湍振。此处，无需外部控制系统来监控和启动CRV或闸阀，从而纯粹地根据系统内的压力变化而运转，从而形成了自复位的环。

已经详细描述了本发明，且参考了本发明的优选实施例，显然，可以在不偏离随附权利要求限定的本发明范围的情况下得到改进例和变型例。

Claims (15)

1.一种发动机系统，包括：

压缩机，其与发动机耦合且向进气歧管供给空气；

节流阀，其控制从所述压缩机向所述进气歧管供给空气；

真空储器；

抽吸装置，其原动段与所述压缩机的下游流体连通且其排放段与所述压缩机的上游流体连通，其中所述抽吸装置的吸入口与所述真空储器流体连通；

压缩机再循环阀，其具有气动控制室，所述气动控制室与来自所述压缩机的下游空气流体连通且与所述真空储器流体连通；

闸阀，其控制所述压缩机再循环阀的所述气动控制室与所述下游空气和所述真空储器的流体连通；以及

泄放线路，从所述真空储器延伸至所述压缩机的上游位置，所述泄放线路具有泄放阀，所述泄放阀与所述真空储器和所述压缩机再循环阀的所述气动控制室流体连通。

2.如权利要求1所述的发动机系统，其中所述压缩机是涡轮增压器的与所述发动机耦合的部分。

3.如权利要求1所述的发动机系统，其中所述真空储器包括真空限制阀。

4.如权利要求1所述的发动机系统，进一步包括位于所述抽吸装置的所述吸入口与所述真空储器之间的止回阀。

5.如权利要求1所述的发动机系统，其中所述闸阀包括与进入所述节流阀上游的进气歧管的空气流体连通的气动控制室。

6.如权利要求1所述的发动机系统，还包括位于所述泄放阀与所述闸阀之间的止回阀；其中所述泄放线路与所述压缩机上游的进气系统流体连通。

7.如权利要求1所述的发动机系统，其中在所述节流阀打开而升压下，所述抽吸装置排空所述真空储器，所述闸阀移动到第一打开位置，将所述压缩机再循环阀的所述气动控制室置于与来自所述压缩机的下游空气流体连通，从而闭合所述压缩机再循环阀。

8.如权利要求7所述的发动机系统，其中当所述节流阀闭合时，所述闸阀从所述第一打开位置切换到第二打开位置，将所述压缩机再循环阀的所述气动控制室置于与所述真空储器流体连通，从而响应于真空储器压力而打开所述压缩机再循环阀。

9.如权利要求8所述的发动机系统，其中在所述第二打开位置上，所述真空储器与所述泄放线路流体连通，通过所述泄放阀抽取流体，从而消散所述真空储器压力，这使所述压缩机再循环阀能够返回闭合位置。

10.如权利要求9所述的发动机系统，其中所述泄放线路与所述压缩机上游的进气系统流体连通，在通过所述泄放阀抽取流体的同时，从所述压缩机的第一端抽取流体。

11.如权利要求1所述的发动机系统，其中所述发动机是天然气发动机。

12.用于在发动机系统中升压期间自动最小化湍振的方法，所述系统包括：

提供权利要求1所述的发动机系统；

使所述发动机在升压状态下运转；

其中所述抽吸装置排空所述真空储器，且所述闸阀移动到第一打开位置，将所述压缩机再循环阀的气动控制室置于与来自所述压缩机的下游空气流体连通，从而闭合所述压缩机再循环阀。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：闭合所述节流阀；其中所述闸阀从所述第一打开位置切换到第二打开位置，将所述压缩机再循环阀的气动控制室置于与所述真空储器流体连通，从而响应于真空储器压力而打开所述压缩机再循环阀。

14.如权利要求13所述的方法，其中，在所述闸阀处于所述第二打开位置的情况下，所述真空储器与所述泄放线路流体连通，通过所述泄放阀抽取流体，从而消散真空储器压力，这使压缩机再循环阀能够返回闭合位置。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述泄放线路与所述压缩机上游的进气系统流体连通，在通过所述泄放阀抽取流体的同时，从所述压缩机的第一端抽取流体。