CN105317538A - 具有远程多阀门排气门的排气系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有远程多阀门排气门的排气系统。具体地，公开一种与排气系统中涡轮增压器一起使用的排气门。排气门可具有外壳，所述外壳至少部分地限定细长入口通道和相对于细长入口通道成平行定向布置的细长出口通道。排气门还可具有第一阀口和第一阀门部件，其中第一阀口连接细长入口通道和细长出口通道，第一阀门部件设置在第一阀口中并且能够以大致垂直于细长入口通道和细长出口通道的长度方向的方向运动。排气门可附加地具有第二阀口和第二阀门部件，其中第二阀口连接细长入口通道和细长出口通道，第二阀门部件设置在第二阀口中。

Description

具有远程多阀门排气门的排气系统

技术领域

本发明整体涉及排气系统，并且更具体地，涉及具有远程安装的多阀门排气门的排气系统。

背景技术

涡轮增压发动机经常使用旁路装置，通常称为排气门，以调节涡轮增压器速度和由此得到的输送到发动机进口的空气的增压压力。典型的排气门直接地安装到涡轮增压器或相关排气歧管，并且包括设置在发动机排气系统内的单个阀门和用来运动阀门的气动执行器。气动执行器选择性地运动阀门以改变引入或绕过涡轮增压器的涡轮机的排气的量。涡轮增压器的压缩机将增压空气压力供应至气动执行器以控制连接阀门的运动。随着增压空气压力增加，气动执行器的力逐渐地推动阀门打开，从而使较大量的排气绕过涡轮机并降低涡轮增压器速度和增压空气压力。随着增压空气压力降低，气动执行器使阀门朝关闭位置返回使得更多的排气通过涡轮机，从而增加涡轮增压器速度和增压空气压力。

在一些应用中，可能需要比单个排气门所能提供的更多的排气绕过涡轮机。在这些情况下，利用多个排气门来控制增加的气体量。虽然有效，但使用多个排气门会产生封装问题和控制问题。

在的于2013年8月22日公开的WO专利公开文献No.2013/121111(“’111公开文献”)中公开了一种改进排气门封装的尝试。具体地，’111公开文献描述一种系统，其具有用于控制涡轮增压内燃活塞发动机中气体流动的阀门布置。阀门布置包括连接到涡轮增压器的旁路通道的两个或更多个平行阀门单元。每个阀门单元包括蝶阀部件，所有单元的阀门部件设置在公共主体中。分叉连接部件引导排气从旁路通道轴向地通过每个阀门单元来到汇聚连接部件。在这种紧凑构造中，可使用较多数量的阀门来控制绕过涡轮增压器的涡轮机的大流量排气。

虽然’111公开文献的系统可帮助减少被多个排气门占用的空间量，但是其仍然不是最优。特别是，系统利用的蝶阀部件会不完全密封。此外，该设计要求阀门单元轴向地定位在涡轮增压器的旁路通道内，这会限制封装选择。

本发明针对克服上述一个或多个缺点和/或现有技术的其他问题。

发明内容

一方面，本发明针对用于与涡轮增压器一起使用的排气门。排气门可包括外壳，所述外壳至少部分地限定细长入口通道和相对于细长入口通道成大致平行定向的细长出口通道。排气门还可具有第一阀口和第一阀门部件，其中第一阀口连接细长入口通道和细长出口通道，第一阀门部件设置在第一阀口中并且能够以大致垂直于细长入口通道和细长出口通道的长度方向的方向运动。排气门可附加地具有第二阀口和第二阀门部件，其中第二阀口连接细长入口通道和细长出口通道，第二阀门部件设置在第二阀口中。

另一方面，本发明针对另一种排气门。该排气门可包括外壳，所述外壳至少部分地限定具有开口端和封闭端的细长入口通道和相对于细长入口通道成大致平行定向并具有开口端和封闭端的细长出口通道。排气门还可包括第一阀口、第一阀座和第一提升阀，其中第一阀口连接细长入口通道和细长出口通道，第一阀座定位在第一阀口处，第一提升阀设置在第一阀口中并被偏压以接合第一阀座。排气门还可包括第二阀口、第二阀座和第二提升阀，其中第二阀口连接细长入口通道和细长出口通道，第二阀座定位在第二阀口处，第二提升阀被偏压以接合第二阀座。排气门可附加地包括第一气动执行器和第二气动执行器，其中第一气动执行器能够使第一提升阀运动远离第一阀座，并且第二气动执行器能够使第二提升阀运动远离第二阀座。

另一方面，本发明针对一种排气系统。该排气系统可包括能够接收来自发动机的排气的排气歧管、能够将排气引导至大气的排气管、以及流体地连接在排气歧管与排气管之间的涡轮增压器。排气系统还可包括排气门，所述排气门能够选择性地引导来自排气歧管的排气绕过涡轮增压器并流入排气管中。排气门可包括外壳，所述外壳能够至少部分地限定入口通道和出口通道，其中入口通道具有与排气通道流体连通的开口端和封闭端，出口通道具有与排气管流体连通的开口端和封闭端。排气门还可包括连接入口通道和出口通道的第一阀口、设置在第一阀口中的第一提升阀、连接入口通道和出口通道的第二阀口、以及设置在第二阀口中的第二提升阀。第一提升阀和第二提升阀完全地穿过出口通道以封闭第一阀口和第二阀口。

附图说明

图1是具有示例性公开的排气系统的发动机的示意图；

图2是可与图1的排气系统一起使用的示例性公开的排气门的轴测图；以及

图3是图2的排气门的截面视图。

具体实施方式

图1示出示例性发动机10。出于本发明的目的，发动机10被示出和描述为柴油内燃发动机。但是，可以预见发动机10可具体为任何其他类型的燃烧发动机，例如汽油发动机或燃烧压缩或液化天然气、丙烷或甲烷的气体燃料发动机。发动机10可包括至少部分地限定多个缸14的机体12、以及设置在缸14内以形成多个燃烧室(未示出)的多个活塞组件(未示出)。可以预见，发动机10可包括任意数量的燃烧室并且燃烧室可以设置成直列式构造(未示出)、“V”型构造、对置活塞构造、或任何其它传统构造。

多个单独的子系统可在发动机10内相关联并协同促进产生动力。例如，发动机10可包括进气系统16和排气系统18。进气系统16能够将空气或空气与燃料的混合物引入发动机10中用于后续燃烧。排气系统18可将燃烧的副产物排出至大气中。

进气系统16可包括能够调节压缩空气并将其引入缸14中的多个组件。例如，进气系统16可包括位于一个或多个压缩机24下游的空气冷却器22。一个或多个压缩机24可连接到冷却器22(例如经由通道20)，并且能够加压被引导通过冷却器22并进入发动机10的缸14的进入空气。可以预见，如果需要的话进气系统16可包括与以上描述不同的或附加的组件，例如，节流阀、与每个缸14联结的可变阀门执行器、过滤组件、压缩机旁路组件、以及可被选择性地控制以影响发动机10的空气燃料比的其他已知组件。还可以预见，如果需要的话可省略冷却器22。

排气系统18可包括调节来自缸14的排气并将其引导至大气的多个组件。例如，排气系统18可包括排气通道26(例如排气歧管)、由流过通道26的排气驱动的一个或多个涡轮机28、以及连接到一个或多个涡轮机28的出口的排气管30。可以预见，如果需要的话排气系统18可包括与以上描述不同的或附加的组件，例如后处理组件、排气压缩或限制制动器、衰减装置、以及其他已知组件。

可定位一个或多个涡轮机28以接收离开发动机10的排气，并且可借助公共轴32将其连接到进气系统16的一个或多个压缩机24以形成涡轮增压器34。随着离开发动机10的热排气运动通过一个或多个涡轮机28并推动其叶片(未示出)膨胀，一个或多个涡轮机28可旋转并驱动连接的一个或多个压缩机24以压缩进气。

在一些应用中，从发动机10的缸14排出的排气量可能多于应该通过一个或多个涡轮机28的理想量。也就是说，在这些情况下，如果所有排气被引导通过一个或多个涡轮机28，则排气可能引起涡轮增压器34超速、过度增压压力、喘振、和/或其他相关问题。由于该原因，排气系统18还可包括流体地连接在排气通道26与排气管30之间(例如，与一个或多个涡轮机28平行)的排气门36。排气门36可形成旁通回路的部分，所述旁通回路选择性地允许控制量的排气绕过一个或多个涡轮机28并直接从排气通道26流至排气管30。绕过一个或多个涡轮机28的排气的量可根据涡轮增压器速度、进气歧管增压压力(即，通道20的压力)、温度(例如，排气或进入空气温度)、发动机10的燃料控制值、或者根据本领域已知的任何其他参数进行控制。

图2和3示出一种示例性排气门36。如在这些附图中可见，排气门36可包括外壳38、可运动地设置在外壳38内的多个阀门元件40(仅在图3中示出)、以及与每个阀门元件40联结的执行器42。执行器42能够选择性地使阀门元件40在阻挡流动位置与通行流动位置之间运动，以从而流体地连通排气通道26与排气管30并使理想量的排气绕过一个或多个涡轮机28。

外壳38可至少部分地限定细长入口通道44和细长出口通道46，每个通道具有开口端48和封闭端50。公共法兰52可定位在开口端48处，并帮助入口通道44和出口通道46分别与排气通道26和排气管30连接。多个阀口54可在外壳38的长度方向上在开口端48与封闭端50之间隔开，并且能够流体地连接入口通道44与出口通道46。尽管图3中示出两个这种开口54，但是可以预见，如果需要的话也可包括多于两个开口。入口通道44和出口通道46的中心轴线56可大致彼此平行(例如，在约0-5°内)，并且每个开口54的中心轴线58可定向成大致垂直于轴线56(例如，在约0-5°内)。在该构造中，流过入口通道44的排气在经由出口通道46离开退出外壳38之前需要转向约180°。

阀口54可分别包括能够被阀门元件40中的相应一个接合的环形阀座60。特别是，阀门元件40可具体为提升式阀，所述提升式阀具有能够接合阀座60并从而封闭开口54的倾斜环形表面62。如下面将要详细解释的，阀门元件40可在阻挡流动位置(元件40接合阀座60阻挡它们之间的流动的位置)与通行流动位置(元件40离开阀座60允许它们之间的流动的位置)之间运动。阀门元件40可以被弹簧偏压与阀座60接合并被执行器42选择性地运动离开阀座60。

执行器42能够安装到外壳38的外壁上，例如安装到出口通道46的外壁。在该构造中，阀门元件40可与轴线58大致对齐，并从阀座60完全穿过出口通道46至执行器42。因此，阀门元件40的运动可在与轴线58对齐的方向上。执行器42可分别接合执行器安装部64，执行器安装部64与外壳38整体形成在出口通道46的外壁处(例如，从外壳38凸出)。在所公开的实施例中，执行器安装部64可具有与公共法兰52的接合面大致垂直定向的接合面。

执行器42可以是气动型执行器。特别是，每个致动器42可包括能够接收压缩空气(或其他气体)流的入口66(仅在图2中示出)。当空气压力超出阀门元件40的打开压力时，阀门元件40会运动远离开口60。随着空气压力下落低于打开压力，阀门元件40会被偏压回与阀座60接合。本领域已知的很多传统气动执行器可用于该目的。

可以预见，执行器42可按需要被独立且单独地、或依赖且同时地操作。例如，单个歧管(未示出)可将高压气源流体地结合至平行的两个入口66，使得两个执行器42可同时暴露于相同气压。假设两个执行器42具有相同的偏压动作以推动关闭的阀门元件40，相同的控制压力会使执行器42的阀门元件40在相同时刻打开相同量。但是在该相同构造中，如果不同的偏压施加在两个不同执行器42的阀门元件40上，则阀门元件40可在不同时刻运动并且/或者运动不同的量。替代地，每个执行器42可按需要连接至其自己的气源(未示出)并被完全单独地控制。

排气门36可配置用于从涡轮增压器34远程安装。特别地，一个或多个安装特征部68可与外壳38整体形成，允许排气门36以任何定向安装在发动机10上或附近的任何位置。例如，所公开的排气门36被示出具有四个安装凸出部68，在排气门36的每个角处(例如，在入口通道44和出口通道46的每端处)定位有一个。这可允许排气门36被螺栓固定到发动机10的远离涡轮增压器34的一侧、以及排气通道26和/或排气管30，接着延伸至公共法兰52。可以预见，如果需要的话可使用附加的导管、管子、和/或软管(未示出)来将排气通道26和/或排气管30连接到排气门36。

工业实用性

本发明所公开的排气系统和排气门可应用于在紧凑空间中需要涡轮增压器排气旁路的任何发动机应用中。所公开的排气门通过利用公共外壳内的多个阀门元件提供用于紧凑构造中的排气旁路。

许多优点与公开的排气系统和排气门相关。例如，因为公开的排气门可使用提升式阀，所以可以实现对旁路排气进行更好的流动控制。也就是说与通常用于排气门应用中的其它类型阀门相比，提升式阀可更好地密封。此外，因为所公开的排气门可安装在排气系统内的任何位置，所以可改进封装灵活性。另外，与所公开阀门元件的位置和操作方向相结合的入口通道和出口通道的独特构造可进一步改进封装而不会牺牲性能。

对于本领域的技术人员来说，可对本发明的排气系统和排气门进行各种修改和变化而不脱离本发明的范围是显而易见的。通过研究本发明公开的排气系统和排气门的说明书和实践，其他实施方式对于本领域的技术人员来说是显而易见的。应将说明书和示例视为仅是示例性的，本发明的真正范围应由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种与涡轮增压器一起使用的排气门，包括：

外壳，其至少部分地限定细长入口通道、和相对于细长入口通道成平行定向布置的细长出口通道；

第一阀口，其连接细长入口通道和细长出口通道；

第一阀门部件，其设置在第一阀口中并且能够以大致垂直于细长入口通道和细长出口通道的长度方向的方向运动；

第二阀口，其连接细长入口通道和细长出口通道；以及

第二阀门部件，其设置在第二阀口中。

2.根据权利要求1所述的排气门，其中，每个第一阀门部件和第二阀门部件是提升式阀。

3.根据权利要求2所述的排气门，还包括阀座，其位于第一阀口和第二阀口处并且能够被第一阀门部件和第二阀门部件接合。

4.根据权利要求3所述的排气门，还包括：

第一气动执行器，其能够运动第一阀门部件；以及

第二气动执行器，其能够运动第二阀门部件。

5.根据权利要求4所述的排气门，其中：

第一气动执行器和第二气动执行器能够使第一阀门部件和第二阀门部件运动远离第一阀口和第二阀口处的阀座；并且

第一阀门部件和第二阀门部件被弹簧偏压朝向第一阀口和第二阀口处的阀座。

6.根据权利要求1所述的排气门，其中，细长入口通道和细长出口通道中的每个包括开口端和封闭端，第一阀口和第二阀口设置在开口端与封闭端之间。

7.根据权利要求6所述的排气门，还包括位于细长入口通道和细长出口通道的开口端的公共法兰，公共法兰能够适应连接到与涡轮增压器联结的排气通道。

8.根据权利要求7所述的排气门，还包括位于细长入口通道和细长出口通道的开口端和封闭端的安装特征部。

9.根据权利要求8所述的排气门，其中，安装特征部包括凸出部。

10.根据权利要求7所述的排气门，还包括从细长出口通道的壁凸出的执行器安装部，其中：

每个执行器安装部包括大致垂直于公共法兰定向的接合面；并且

第一阀门部件和第二阀门部件完全穿过细长出口通道以封闭第一阀口和第二阀口。