CN105308303B - 湍振升压下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；压缩机再循环阀(CRV)，其具有气动控制室；以及节流阀抽吸装置，其原动段与节流阀的入口流体连通且其排放段与节流阀的出口流体连通，其吸入口与CRV的气动控制室流体连通。这种发动机系统在没有控制系统致动CRV的情况下自动地最小化升压期间的湍振。此处，CRV纯粹地根据系统内的压力变化而运转，形成自复位的环。在另一实施例中，可以包括闸阀和真空罐，而不是具有直接连接到CRV的气动控制室的节流阀抽吸装置。

Description

湍振升压下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.61/834,750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，其不通过外部控制系统来监控和启动如图4所示的CRV和/或如图1所示的CRV和闸阀就能够使得升压期间的湍振最小化。在公开的发动机系统中，CRV和/或闸阀纯粹地根据系统内的压力变化来运转，从而形成自复位的环。

在一个方面中，公开了一种发动机系统，其具有与CRV的气动控制室直接连接的节流阀抽吸装置。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；压缩机再循环阀(CRV)，其具有气动控制室；以及节流阀抽吸装置，其原动段与节流阀入口流体连通且其排放段与节流阀出口流体连通，其吸入口与CRV的气动控制室流体连通。发动机可以是天然气式发动机。

在操作中，在节流阀闭合时的升压下，通过节流阀抽吸装置产生增加的流，从而比不具有升压的稳态期间产生更大的吸入真空，这将压缩机再循环阀的气动控制室排空，从而打开压缩机再循环阀以允许压缩空气流经旁路。然后，当节流阀打开到预定的部分打开位置且通过节流阀抽吸装置的流减小到阈值时，压缩机再循环阀在其中的弹簧的力作用下而闭合。在具有升压的稳态下，空气流经节流阀，产生了压降，但几乎不产生吸入真空，这使CRV能够保持其阀部分处于闭合位置。

在另一方面中，公开了发动机系统，其可以包括：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；第一抽吸装置，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，吸入口与真空储器流体连通；压缩机再循环阀，其具有气动控制室；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的流体连通；以及第二抽吸装置，其原动段与节流阀入口流体连通，其排放段与节流阀出口流体连通。第二抽吸装置的吸入口与闸阀的气动控制室流体连通。

在节流阀打开时的升压下，第一抽吸装置将真空储器排空，通过第二抽吸装置的流最少，从而允许来自压缩机的压缩空气流经吸入口而进入闸阀的气动控制室，这将闸阀移动或保持在第一打开位置，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压缩空气流体连通，由此闭合压缩机再循环阀或者保持压缩机再循环阀的闭合位置。然后，当节流阀在升压下闭合时，第二抽吸装置排空闸阀的气动控制室，这将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。

附图说明

图1是包括升压感测的压缩机再循环阀(CRV)的系统配置示意图。

图2是横向于通过闸构件的导管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。

图4是包括升压感测CRV的系统配置的另一实施例的示意图。

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，相同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，发动机系统整体指示为附图标记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CRV 12。发动机系统10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的组件包括第一抽吸装置14、真空储器16、真空限制阀18、闸阀19以及第二抽吸装置74，其中闸阀19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之间的流体连通。系统10包括导管76，导管76将闸阀19内的控制室与靠近第二抽吸装置74的吸入口75的流体流连接。任选地，系统10还可以包括与闸阀19的执行器部分流体连通的流体线路52。系统10还可以包括一个或多个阀，诸如但不限于止回阀30。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。

CRV可以为但不限于在通过引用方式以其全文合并于此、递交于2013年6月19日、共同转让的美国专利申请No.13/921,473中公开的构造，但是可能不需要位置感测或螺线管，仅能够操作以便打开或闭合。在一个实施例中，CRV 12可以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，这两个流体连通由闸阀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76连接到第二抽吸装置74的吸入口75以便实现它们之间的流体连通的控制口42(图1)。第二抽吸装置74连接到该系统中，使得其原动口(M)与通到节流阀控件24的入口上游的流体流流体连通、且其排气口(D)与节流阀控件24的通往歧管22的出口下游的流体流流体连通。导管76可以称为节流阀位置“感测”线路，因为由第二抽吸装置74产生的真空随着流体流经节流阀24，尤其是当节流阀闭合且流体通过第二抽吸装置74转向时，响应于压降而变化。压降和节流阀闭合由第二抽吸装置来“感测”且自动地作用于闸阀19，使其从第一打开位置140(图2)切换到第二打开位置142(图3)。当通过第二抽吸装置的气流充足时，真空压力通过吸入口抽入流体。此处，所产生的真空压力取决于节流阀的压降。

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CRV 12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16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。

第一抽吸装置14是一种产生真空压力的抽吸装置，以如下方式与压缩机20的第一端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，第一抽吸装置14正在产生真空。如图1所示，第一抽吸装置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将原动流M经由导管56提供给第一抽吸装置14，经由导管54在压缩机20的第一端26的上游排出排气流D。第一抽吸装置14可以为但不限于其全文通过引用方式合并于此的、递交于2014年6月3日、共同转让的美国专利申请No.14/294,727中公开的构造。第一抽吸装置14的吸入口15与真空储器16流体连通且可以包括在第一抽吸装置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第一抽吸装置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。

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，并且包括活塞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CRV12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，其中在第一打开位置上，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至少部分地包括磁性吸引材料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还可以包括密封构件134，其作为抵靠室103的内表面的唇缘密封件围绕活塞110的外周。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，其中第一缓冲器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4)。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将流体引入室103或者从室103去除流体、以及经由磁体116、118和弹簧112的辅助来移动活塞110。活塞110安置在第一打开位置140(图2)且通过弹簧力和第一磁体116的磁力在该位置上保持固定，直到克服弹簧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穿过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”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此后保持或维持活塞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。

流体线路52从闸阀19的执行器部分引向进气系统38，如图1所示，进气系统38在压缩机20的上游，特别是在其第一端26的上游。

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将其阀部分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CRV 12的气动控制室之间的流体连通；以及(b)第一抽吸装置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CRV 12内侧的执行器，从而将执行器移动到闭合阀位置，并且保持在该位置，直到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)，在节流阀中经历压降，更多的流体可供流经第二抽吸装置74，这产生了真空。由于通过节流阀位置“感测”线路78在第二抽吸装置74与闸阀的气动控制室之间提供的流体连通，所产生的真空作用于闸阀19上。所述真空致使闸阀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，第二出口50连接到真空储器16，以便实现它们之间的流体连通。这样排空了来自CRV 12的气动控制室的压力，进而打开CRV的阀部分以使从其第二端28(出口)回到其第一端26(入口)的压缩机流通过旁路66短路。

一旦达到不具有升压的稳态，节流阀24的入口82与出口88之间的压差保持，因此抽吸装置74继续产生足以将闸阀19保持在第二打开位置142的水平的真空。这样，CRV 12保持闭合。

现在参考图4所公开的实施例。发动机系统整体由附图标记100指示，在图4中图示为仅具有处于图1中所述位置的第二抽吸装置74、以及具有与其吸入口75流体连通的控制室的CRV 12。因此，图4中的抽吸装置也由附图标记74来标识，但是因为在该系统中不存在第一抽吸装置，将称为节流阀抽吸装置74。节流阀抽吸装置74的原动口(M)与节流阀24的入口82流体连通，其出口(D)与节流阀24的出口84流体连通，节流阀24的出口84通往歧管22。节流阀抽吸装置74与CRV 12之间的流体连通通过导管78来实现。CRV 12连接到发动机系统100，如上文中对于图1所描述的。因此，CRV也由附图标记12来标识并且具有入口62和出口64，箭头指示当其阀部分处于打开位置而利于流体流经旁路66时的流方向。

仍参考图4，在操作时，具体地，当发动机运行时，空气流经节流阀24，即，节流阀24打开，产生了取决于经过节流阀的流速的压降。此处，在具有升压的稳态期间，节流阀打开，但几乎不产生吸入真空，这使CRV 12能够使其阀部分处于闭合位置。然而，当节流阀24闭合时，节流阀24闭合压缩机20的第二端28与歧管22之间的主流体连通通道，这使得通过节流阀抽吸装置74的增加的流产生更大的吸入真空(吸入压力相对于0kPa为低数值，节流阀的入口82与出口84之间的压差高)。所产生的真空排空来自CRV 12的控制室的压力，从而使得其中的执行器移动而将阀部分移到打开位置，进而使得从其第二端28(出口)回到其第一端26(入口)的压缩机流短路(打开通过CRV 12的旁路66)。

在操作中，当节流阀开度增大到某点，即，0度与90度之间的部分打开位置时，其入口82与出口84之间的压差降低到使得吸入压力增大到相对于0kPa而言高的数值的值，即，与节流阀闭合时相比，通过抽吸装置74的吸入口75有较少的空气抽入。当吸入压力的数值达到某阈值时，CRV 12在其中的弹簧力作用下闭合，压缩机不再被旁路。

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和/或闸阀。相反，CRV和/或闸阀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 (16)

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；

压缩机再循环阀，其具有气动控制室；

节流阀抽吸装置，其原动段与所述节流阀的入口流体连通且其排放段与所述节流阀的出口流体连通，以及

所述节流阀抽吸装置的吸入口，其与所述压缩机再循环阀的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，其中所述发动机是天然气式发动机。

4.如权利要求1所述的发动机系统，其中在具有升压的稳态下，所述节流阀打开，空气流经所述节流阀，产生压降，但几乎不产生吸入真空，这使得所述压缩机再循环阀能够使其阀部分处于闭合位置。

5.如权利要求4所述的发动机系统，其中当所述节流阀闭合时，通过所述节流阀抽吸装置产生了增加的气流，从而比不具有升压的稳态期间产生了更大的吸入真空，这将所述压缩机再循环阀的气动控制室排空，由此打开所述压缩机再循环阀，从而允许压缩空气流经旁路。

6.如权利要求5所述的发动机系统，其中当所述节流阀打开到预定的部分打开位置且通过所述节流阀抽吸装置的气流减少到阈值时，所述压缩机再循环阀在其中弹簧的力作用下闭合。

7.一种在发动机系统中升压期间自动地最小化湍振的方法，所述方法包括：

提供权利要求1所述的发动机系统；

在所述节流阀打开的情况下使所述发动机在升压状态下运转，其中空气流经所述节流阀，产生压降，但几乎不产生吸入真空，这使得所述压缩机再循环阀能够使其阀部分在其中的弹簧的力作用下处于闭合位置；以及

使所述节流阀在所述升压状态下闭合，其中所述节流阀抽吸装置排空所述压缩机再循环阀的所述气动控制室，这将所述压缩机再循环阀打开，从而允许压缩空气流经所述压缩机再循环阀。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：将所述节流阀打开到预定的部分打开位置，从而减少通过所述节流阀抽吸装置的气流，直到满足或超过阈值，这使得所述压缩机再循环阀在其中的弹簧的力作用下闭合。

9.一种发动机系统，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；

第一抽吸装置，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；

所述第一抽吸装置的吸入口，其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，所述闸阀具有气动控制室；

第二抽吸装置，其原动段与所述节流阀的入口流体连通，且其排放段与所述节流阀的出口流体连通；以及

所述第二抽吸装置的吸入口，其与所述闸阀的所述气动控制室流体连通。

10.如权利要求9所述的发动机系统，其中所述真空储器包括真空限制阀。

11.如权利要求9所述的发动机系统，进一步包括位于所述第一抽吸装置的吸入口与所述真空储器之间的止回阀。

12.如权利要求9所述的发动机系统，进一步包括将所述闸阀的所述气动控制室与进气系统连接的流体线路。

13.如权利要求9所述的发动机系统，其中所述发动机是天然气式发动机。

14.如权利要求9所述的发动机系统，其中在所述节流阀打开的情况下升压时，所述第一抽吸装置排空所述真空储器，通过所述第二抽吸装置的气流最小，从而允许来自所述压缩机的压缩空气流经所述第二抽吸装置的吸入口而进入所述闸阀的气动控制室，这将所述闸阀移动或保持在第一打开位置，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压缩空气流体连通，从而闭合所述压缩机再循环阀或者保持所述压缩机再循环阀的闭合位置。

15.如权利要求9所述的发动机系统，进一步包括与进气系统和所述闸阀的所述气动控制室流体连通的流体线路。

16.如权利要求15所述的发动机系统，其中当所述节流阀在升压下闭合时，所述第二抽吸装置排空所述闸阀的所述气动控制室，这将所述闸阀从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。