CN106677893B - 一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，包括废气旁通系统；其中废气旁通系统包括旁通孔、台阶通孔、衬套、阀盖组件，台阶通孔被设置为与旁通孔同轴，并被设置在旁通孔出气方向的反向位置；衬套被设置为通过过盈配合安装在台阶通孔中，阀盖组件包括阀盖、阀盖驱动轴与阀盖定位垫片，阀盖的中心和阀盖定位垫片的中心设有通孔，阀盖驱动轴与阀盖、阀盖定位垫片连接的一端设计两级凸台，内侧凸台被设置为用来对阀盖进行限位，外侧凸台被设置为用来对阀盖定位垫片进行限位。本发明的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器结构简单，节省成本，放气控制更线性，产品竞争力更高。

Description

一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器。

背景技术

随着世界各国对汽车尾气排放要求的越来越高，降油耗、降排放成为各大整车厂目前最重要的目标。新能源汽车无疑是降油耗、降排放最有效的方式，但是受限于技术能力、生产成本以及顾客的接受程度，短时间内无法满足未来几年法律法规对各整车厂的排放要求。因此在现有燃油发动机上进行技术升级仍是目前最主要的手段，其中，使用涡轮增压器降低发动机排量，提高功率、扭矩密度是目前最容易实现、效果最明显，且成本也在可接受范围的方法，也因此，涡轮增压器在发动机上的应用越来越普遍。

为了提高顾客满意度，降低涡轮增压器的涡轮迟滞，提高汽车的低速扭矩及加速性能，增压器涡端一般采用低转动惯量的小直径涡轮，但为保证涡轮增压器在发动机高负荷时安全工作，必须将增压器承受能力之外的废气旁通掉，避免叶轮超速。因此，目前市场上在售的大多数车用涡轮增压器，尤其是汽油机增压器，在涡壳上都会集成设计废气旁通阀孔，并通过控制机构(电控执行器/气动执行器)和执行机构(拉杆、)来控制废气旁通的比例；但不管气动执行器还是电控执行器，目前都是通过与执行器相连的连杆直线运动，驱动设置在涡壳外部的与涡壳内部阀盖摇臂相连接的曲柄，曲柄通过旋转运动驱动阀盖摇臂转动，从而控制阀盖的开启角度。

现有技术中，将拉杆的直线运动转换为阀盖的旋转运动，通过阀盖转动角度的大小来控制废气放气量，在该种设计方案中，拉杆运动行程与放气面积不是线性关系，即增压器放气量控制不够线性，体现在实际工况中，就是发动机在废气阀门小开度时会出现扭矩波动，标定困难；

另外，现有技术方案中，阀盖摇臂两端受力不均匀，易导致阀盖摇臂与衬套产生不均匀磨损，后期存在衬套漏气量增大、阀盖摇臂转动卡滞等失效风险。

再有，现有技术阀盖摇臂在衬套旋转运动，曲柄销在拉杆头中旋转运动，两个摩擦副产生的摩擦力会增加执行器的负载。

其次，现有技术方案生产及装配工艺复杂，成本较高：阀盖摇臂与衬套需进行焊接，曲柄与曲柄销之间也需要进行焊接或者铆接，阀盖摇臂需要先铸造再进行机加工。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种直线往复驱动的废气旁通系统及涡轮增压器，提高增压器废气旁通控制的线性度，进而降低增压器标定难度；同时降低衬套的失效风险，并降低执行器的负载；降低增压器零部件生产及装配工艺难度，节省成本，提高产品竞争力。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种直线往复驱动的废气旁通系统及涡轮增压器，提高增压器废气旁通控制的线性度，进而降低增压器标定难度；同时降低衬套的失效风险，并降低执行器的负载；降低增压器零部件生产及装配工艺难度，节省成本，提高产品竞争力。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，包括涡轮机、中间体轴承系统和压气机，涡轮机还包括废气旁通系统；其中废气旁通系统包括旁通孔、台阶通孔、衬套、阀盖组件，台阶通孔被设置为与旁通孔同轴，并被设置在旁通孔出气方向的反向位置，该台阶通孔应该在保证不破坏涡壳流道几何形状的前提下，满足涡壳强度要求，可以通过增加该处台阶的高度来保证壁厚；衬套被设置为通过过盈配合安装在台阶通孔中，阀盖组件包括阀盖、阀盖驱动轴与阀盖定位垫片，阀盖的中心和阀盖定位垫片的中心设有通孔，阀盖驱动轴与阀盖、阀盖定位垫片连接的一端设计两级凸台，内侧凸台被设置为用来对阀盖进行限位，外侧凸台被设置为用来对阀盖定位垫片进行限位；阀盖驱动轴与阀盖中心的通孔的孔径向被设置为具有间隙，内侧凸台和外侧凸台之间的距离被设置为大于阀盖的厚度0.2～0.4mm，以保证阀盖可以小范围活动，以避免衬套与放气阀孔因同轴度误差产生刚性接触，从而保证阀盖的密封效果。

进一步地，阀盖驱动轴的第一端部被设置为具有螺纹，并穿过衬套延伸到涡壳外，螺纹的大径尺寸被设置为小于未加工螺纹的阀盖驱动轴轴径，以保证不与衬套干涉。

进一步地，阀盖驱动轴的第一端部被设置为与C型套的一端通过两个螺栓固定在一起，C型套的另一端被设置为通过铆接与气动执行器的拉杆末端相连接。

进一步地，气动执行器被设置为安装在与压壳铸造在一起的执行器支架上，气动执行器被设置为往复式气动执行器，代替市场上的旋转开闭式废气阀门执行机构，以提高废气放气控制的线性度。

进一步地，气动执行器被设置为可采用正压驱动的气动执行器、负压驱动的气动执行器、直线驱动的电控执行器中的一种，但不能采用旋转驱动的电控执行器。

进一步地，阀盖驱动轴的第一端下侧的紧固螺栓被设置为调节紧固螺栓的位置来调整阀盖的预紧力和开启压力。

进一步地，阀盖驱动轴与C型套连接处的两个螺栓被设置为调节螺栓来调整阀盖的开启压力。

进一步地，阀盖驱动轴与铆接后的C型套在拉杆轴向被设置有0.1～0.3mm间隙。

进一步地，阀盖驱动轴的第一端下侧的紧固螺栓与衬套外平面的距离、C型套上侧平面与执行器支架下侧平面之间的距离被设置为大于气动执行器的最大工作行程，以避免在运动过程中产生干涉。

进一步地，阀盖驱动轴与阀盖中心的通孔的孔径向之间的间隙被设置为0.1～0.3mm。

技术效果

1、本申请采用直线往复式废气阀门控制机构，相对于现有的旋转开闭式控制机构，省掉了外部曲柄，同时省掉了曲柄与阀盖摇臂、曲柄与曲柄销的焊接工艺，结构更简单，零部件加工、装配成本更低，提高了产品竞争力；

2、本申请对废气旁通量的控制更线性，增压器标定更简单，标定效率提升，标定成本降低；

3、本申请相对于现有技术方案减少了衬套与阀盖摇臂、拉杆头与曲柄销之间的转动摩擦副，减少了摩擦损失，对气动执行器的负荷要求降低，同时减少了对衬套的磨损，提升了衬套的使用寿命。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器的总成图。

图2是本发明的一个较佳实施例的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器的总成剖面图。

图3是本发明的一个较佳实施例的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器的衬套局部放大图。

图4是本发明的一个较佳实施例的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器的阀盖组件放大图。

图5是本发明的一个较佳实施例的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器的C型套局部放大图。

图6是本发明的一个较佳实施例的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器的阀盖驱动轴两级凸台放大图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一较佳实施例提供了一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，涡轮增压器包括吸收高温废气能量的涡轮机100(包括涡轮、涡壳及流道、及附属机构)，传递能量的中间体轴承系统200(包括转轴、轴承及冷却润滑连接机构)和压缩新鲜空气的压气机300(包括压轮、压壳流道、及附属机构)。

如图2的剖面总成图所示，本发明将从A、B、C三个剖面放大图详细说明。

如图3所示，本发明的一较佳实施例中的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器在涡壳废气旁通孔的背面设有一个与旁通孔同轴的台阶通孔108，台阶通孔108在保证不破坏涡壳流道几何形状的前提下，满足涡壳强度要求，通过增加该处台阶的高度来保证壁厚；衬套104通过过盈配合安装在台阶通孔108中，通过控制与阀盖驱动轴107之间的间隙，来控制该处的漏气量，同时通过材料的选择，来保证生命周期内阀盖驱动轴107对衬套104的的磨损量在可接受范围内；

如图4所示，阀盖组件由阀盖103、阀盖驱动轴107、阀盖定位垫片106组成，阀盖103、阀盖定位垫片106的中心设有通孔，阀盖驱动轴107与阀盖103、阀盖定位垫片106连接的一端设计两级凸台109(如图6所示)，其中，内侧凸台用来对阀盖103进行限位，外侧凸台用来对阀盖定位垫片106进行限位；阀盖驱动轴107与阀盖103中心孔径向设有0.1～0.3mm的间隙，同时两级凸台之间的距离设置为大于阀盖103厚度0.2～0.4mm，以保证阀盖103可以小范围活动，以避免衬套104与放气阀孔因同轴度误差产生刚性接触，从而保证阀盖103的密封效果；阀盖驱动轴107的第一端设计有螺纹，并穿过衬套104延伸到涡壳外，螺纹的大径尺寸要小于未加工螺纹的阀盖驱动轴轴径，以保证不与衬套干涉；其中，阀盖驱动轴107第一端与C型套304通过两个螺栓固定在一起，C型套304的另一端通过铆接与气动执行器301的拉杆302末端链接在一起，如图5所示，C型套304与拉杆302铆接要留有0.1～0.3mm的轴向余量，以避免执行器拉杆302与阀盖驱动轴107的同轴误差产生刚性折弯力，提高C型套304的使用寿命，同时降低阀盖驱动轴107与衬套104之间的磨损。

阀盖驱动轴107螺纹端下侧的紧固螺栓与衬套104外平面的距离、C型套304上侧平面与执行器支架301下侧平面之间的距离(负压控制，正压无要求)要大于执行器的最大工作行程，以避免在运动过程中产生干涉；可以通过调节阀盖驱动轴107螺纹端的紧固螺栓的位置，来调整阀盖组件的预紧力及开启压力，灵活性与市场现有设计方案相同；在设计放气阀孔的直径时，要考虑阀盖驱动轴占用的放气面积；可以通过调整阀盖驱动轴107与C型套304连接处两个螺栓的位置，来调整阀盖的开启压力，从而提高批量生产的产品的一致性。

如图1所示，气动执行器301安装在与压壳铸造在一起的执行器支架305上，气动执行器301可采用正压驱动，也可以采用负压驱动，该执行器也可以采用直线驱动的电控执行器，但不能采用旋转驱动的电控执行器；本发明采用直线往复式废气阀门执行机构，来代替市场上的旋转开闭式废气阀门执行机构，以提高废气放气控制的线性度。

本申请采用直线往复式废气阀门控制机构，相对于现有的旋转开闭式控制机构，省掉了外部曲柄，同时省掉了曲柄与阀盖摇臂、曲柄与曲柄销的焊接工艺，结构更简单，零部件加工、装配成本更低，提高了产品竞争力；本申请对废气旁通量的控制更线性，增压器标定更简单，标定效率提升，标定成本降低；本申请相对于现有技术方案减少了衬套与阀盖摇臂、拉杆头与曲柄销之间的转动摩擦副，减少了摩擦损失，对气动执行器的负荷要求降低，同时减少了对衬套的磨损，提升了衬套的使用寿命。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，包括涡轮机、中间体轴承系统和压气机，其特征在于，所述涡轮机包括废气旁通系统；其中所述废气旁通系统包括旁通孔、台阶通孔、衬套、阀盖组件，所述台阶通孔被设置为与所述旁通孔同轴，并被设置在所述旁通孔出气方向的反向位置，所述衬套被设置为通过过盈配合安装在所述台阶通孔中，所述阀盖组件包括阀盖、阀盖驱动轴与阀盖定位垫片，所述阀盖的中心和所述阀盖定位垫片的中心设有通孔，所述阀盖驱动轴与所述阀盖、所述阀盖定位垫片连接的一端设计两级凸台，内侧凸台被设置为用来对所述阀盖进行限位，外侧凸台被设置为用来对阀盖定位垫片进行限位；所述阀盖驱动轴与所述阀盖中心的所述通孔的径向被设置为具有间隙，所述内侧凸台和所述外侧凸台之间的距离被设置为大于所述阀盖的厚度0.2～0.4mm；

所述阀盖驱动轴的第一端部被设置为与C型套的一端通过两个螺栓固定在一起，所述C型套的另一端被设置为通过铆接与气动执行器的拉杆末端相连接，所述阀盖驱动轴的第一端下侧的紧固螺栓被设置为调节所述紧固螺栓的位置来调整所述阀盖的预紧力和开启压力；所述气动执行器被设置为采用正压驱动的气动执行器、负压驱动的气动执行器、直线驱动的电控执行器中的一种。

2.如权利要求1所述的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，其特征在于，所述阀盖驱动轴的第一端部被设置为具有螺纹，并穿过所述衬套延伸到涡壳外，所述螺纹的大径尺寸被设置为小于未加工螺纹的所述阀盖驱动轴轴径。

3.如权利要求2所述的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，其特征在于，所述气动执行器被设置为安装在与压壳铸造在一起的执行器支架上，所述气动执行器被设置为往复式气动执行器。

4.如权利要求2所述的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，其特征在于，所述阀盖驱动轴与所述C型套连接处的两个螺栓被设置为调节所述螺栓来调整所述阀盖的开启压力。

5.如权利要求2所述的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，其特征在于，所述阀盖驱动轴与铆接后的所述C型套在拉杆轴向被设置有0.1～0.3mm间隙。

6.如权利要求2所述的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，其特征在于，所述阀盖驱动轴的第一端下侧的紧固螺栓与所述衬套外平面的距离、所述C型套上侧平面与所述执行器支架下侧平面之间的距离被设置为大于所述气动执行器的最大工作行程。

7.如权利要求2所述的一种具有直线往复驱动的废气旁通系统的涡轮增压器，其特征在于，所述阀盖驱动轴与所述阀盖中心的所述通孔的孔径向之间的间隙被设置为0.1～0.3mm。

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