CN109763893B - 涡轮增压器废气门致动器组件 - Google Patents

Abstract

废气门致动器组件包括调节杆、臂和轴。调节杆包括近端区域和远端区域，其中调节杆的近端区域可以连接到致动器。臂包括第一端部区域和第二端部区域。第一端部区域通过曲柄销、第一杯形弹簧和第二杯形弹簧可枢转地联接到调节杆的远端区域，其中第一和第二杯形弹簧基本上围绕曲柄销保持固体润滑剂。调节杆可以以线性方式移动，使得臂和轴旋转，以将连接到轴的废气门盖从闭合的废气门管道位置(朝向废气门管道)移动到打开的废气门管道位置(远离废气门管道)。

Description

涡轮增压器废气门致动器组件

技术领域

本公开总体上涉及车辆发动机，并且具体地涉及涡轮增压器废气门致动器组件。

背景技术

“充压”设备用于内燃机中，以增加发动机比功率输出，其与空气流速成正比。除了利用吸入的空气动力学的动态增压之外，在某些情况下还使用机械充压设计，其中增压设备由发动机直接驱动。在其他充压设备设计中，涡轮增压器通常包括用于增压吸入发动机的空气的压缩机叶轮和由发动机排气驱动的涡轮机叶轮。在涡轮增压器设计中，由于排气温度高达1050摄氏度，相关部件需要承受可能超过500摄氏度的温度。在排气涡轮机驱动压缩机以增压进入内燃机的入口压力的情况下(例如，如在涡轮增压器中)，涡轮机叶轮壳体处的废气门提供控制增压压力的方法。涡轮机废气门允许一些排气绕过涡轮机并将这种排气输送到大气中。

内部废气门可以至少部分地集成到涡轮机壳体中。内部废气门通常包括挡板阀(例如，塞子)、曲柄臂、轴或杆、以及致动器。废气门的塞子通常包括平坦的圆盘形表面，该平坦的圆盘形表面可以抵靠设置在涡轮机叶轮壳体中限定的排气旁通开口周围的平座(例如，阀座或废气门座)。然而，尽管各种塞子设计可包括延伸到排气旁通开口中的突出部分(例如，经过废气门座的平面)。

在闭合的废气门管道位置中，废气门塞子应该以足够的力抵靠废气门座(例如，座表面)安置，以有效地密封排气旁通开口(例如，以防止排气泄漏从高压排气供应中到较低压力区域)。通常，内部废气门被配置成将力从臂传递到塞子(例如，作为两个单独但连接的部件)。在发动机运行期间，废气门的负载要求随压差而变化。高负载要求可在废气门的运动部件中产生高机械应力，这在某些情况下导致显著超大的部件设计以满足可靠性水平(例如，如发动机制造商所要求的)。在操作温度和排气脉动水平非常高的情况下，用于汽油发动机应用的废气门部件的可靠性尤其重要。

因此，需要开发一种废气门致动器组件，其可以在延长的时间段内承受高排气温度和高排气脉动水平。

发明内容

本公开提供了一种废气门致动器组件，其具有调节杆、臂和轴。调节杆包括近端区域和远端区域，其中调节杆的近端区域可以连接到致动器。臂包括第一端部区域和第二端部区域。第一端部区域通过曲柄销、第一杯形弹簧和第二杯形弹簧可枢转地联接到调节杆的远端区域，其中第一杯形弹簧和第二杯形弹簧基本上围绕曲柄销保持固体润滑剂。具有轴线的轴可以旋转地固定到臂的第二端部区域。调节杆可以相对于致动器以线性方式移动，使得臂和轴绕轴线旋转，以使连接到轴的废气门盖移向和远离管道22。

曲柄销、第一和第二杯形弹簧以及臂可以限定腔室，该腔室配置成保持固体润滑剂。应当理解，腔室可以基本上闭合或完全闭合，以将固体润滑剂保持在接头处的适当位置。曲柄销可以在曲柄销的基部处与臂的第一端部区域成一体。曲柄销可设置在限定在调节杆中的孔中，第一杯形弹簧围绕曲柄销的上部区域设置，邻近调节杆的上部外表面，而第二杯形弹簧围绕曲柄销的下部区域设置，邻近调节杆的下部外表面。

在本公开的又一个实施例中，提供了一种具有坚固的致动器组件的改进的涡轮增压器。涡轮增压器包括涡轮增压器壳体、压缩机和通过转子轴连接的涡轮机叶轮、致动器、调节杆、臂和废气门盖。如图1所示，涡轮增压器壳体限定废气门管道22。此外，压缩机叶轮、涡轮机叶轮和转子轴设置在涡轮机壳体内。致动器可以附着到涡轮增压器壳体，并且具有近端区域和远端区域的调节杆在近端区域处连接到致动器。臂包括第一端部区域和第二端部区域，其中第一端部区域可通过曲柄销、第一杯形弹簧和第二杯形弹簧可枢转地联接到调节杆的远端区域，第一杯形弹簧和第二杯形弹簧基本上围绕曲柄销保持固体润滑剂。轴可以被配置成围绕设置在涡轮机壳体中的轴线旋转并且旋转地固定到臂的第二端部区域，使得轴和臂的第二端部区域围绕轴线一起旋转。

根据参考附图的以下详细描述，本公开及其特定特征和优点将变得更加明显。

附图说明

根据以下详细描述、最佳模式、权利要求和附图，本公开的这些和其他特征和优点将显而易见，其中：

图1示出了具有根据本公开的致动组件的涡轮增压器。

图2示出了示例性传统致动组件的横截面视图。

图3示出了沿图1中的线3-3的横截面视图。

图4A示出了图1和图3中使用的杯形弹簧(或弹簧垫圈)的侧视图。

图4B示出了图5中的杯形弹簧沿线4B-4B的横截面视图。

图5示出了图4A和图4B的杯形弹簧的平面图。

在这些附图的若干视图的描述中，相同的附图标记指代相同的部件。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的目前优选的组合物、实施方案和方法，其构成实施本发明人目前已知的本公开的最佳模式。这些数字不一定按比例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，其可以以各种替代的形式实施。因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而仅仅作为本公开的任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。

除了在实施例中或另外明确指出之外，本说明书中表示材料量或反应和/或用途的条件的所有数值应当理解为在描述本公开最广泛的范围时由“约”修饰。通常优选在所述数值范围内的实践。此外，除非有相反的明确说明：百分比、“份数”和比值是按重量计；对于与本公开相关的给定目的而言适合或优选的一组或一类材料的描述意味着该组或类别中的任何两个或更多个成员的混合物同样适合或优选；首字母缩写词或其他缩写词的第一个定义适用于此处相同缩写的所有后续用法，并经必要的变更适用于最初定义的缩写词的正常语法变体；并且，除非另有明确说明，否则性能的测量是通过与之前或之后针对同一性能引用的相同技术确定的。

还应当理解，本发明不限于下文描述的具体实施方案和方法，因为具体的部件和/或条件当然可以变化。此外，这里使用的术语仅用于描述本公开的特定实施例的目的，并不旨在以任何方式进行限制。

还必须注意，如说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确说明。例如，以单数形式对部件的引用旨在包括多个部件。

术语“包括”与“包含”，“具有”，“含有”或“其特征是”同义。这些术语是包含性的和开放式的，并且不排除另外的、未列举的元素或方法步骤。

短语“由......组成”排除了权利要求中未指定的任何元件、步骤或成分。当这一短语出现在权利要求正文的一个条款中，而不是紧跟在序言之后，它只限制该条款中规定的元件；其他元件不作为整体排除在权利要求之外。

短语“基本上由......组成”将权利要求的范围限制于指定的材料或步骤，以及不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新颖特征的那些材料或步骤。

可以替代地使用术语“包括”、“由......组成”和“基本上由......组成”。在使用这三个术语之一的情况下，当前公开和要求保护的主题可包括使用其他两个术语中的任一个。

在整个本申请中，在引用出版物的情况下，这些出版物的公开内容通过引用整体并入本申请，以更全面地描述本公开所属领域的现有技术。

以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开或本公开的应用和使用。此外，无意受前述背景技术或以下详细描述中提出的任何理论的约束。

参考图1，提供了本公开的示例性排气涡轮增压器1的透视图。涡轮增压器1包括压缩机叶轮2和压缩机壳体3以及涡轮机壳体5中的涡轮机叶轮4。涡轮机壳体区域和压缩机壳体区域3形成整个涡轮增压器壳体的一部分。涡轮机壳体区域和压缩机壳体区域3通过轴承壳体区域18以常规方式彼此连接，在轴承壳体区域18中安装有转子轴17，转子轴17在其两个自由端处分别承载有压缩机叶轮2和涡轮叶轮4。

在涡轮机壳体5中，设置废气门盖装置6(由废气门杠杆8、盖7和轴9形成)，用于打开和闭合废气门管道22，由于图1中选择的图示，废气门管道22不可见。废气门盖装置6被偏置以通过致动器11闭合废气门管道22和盖7。虽然图1的示例性致动器11被示出为气动致动器，但是应当理解，致动器11也可以是电动致动器。然而，当增压压力超过预定值时，致动器11使盖7通过致动器组件10打开。废气门管道22的开口(通过将盖7移离废气门管道22)允许排气绕过涡轮机叶轮由此调节涡轮机叶轮的速度。

废气门盖装置6包括盖7，盖7安装在废气门杠杆8上。废气门杠杆8设置有(或附着到)轴9，轴9被引导出涡轮机壳体5并且在轴9的端部(即示例中的顶端)连接到致动器组件10的臂16。致动器组件10的臂16通过曲柄销15可枢转地联接到调节杆12。

因此，在其近端区域13处，调节杆12连接到致动器11，并且在远端区域14处，调节杆12经由曲柄销15连接到臂16。所述布置结果是，调节杆12的线性运动B通过致动力传递设备转换成臂16的旋转运动和因此轴9绕旋转轴线D的旋转运动，使得盖7可以枢转远离废气门导管22并且可以朝向废气门导管22枢转以将其闭合。如上所述，上述致动器组件10可能经受可能超过500摄氏度的高温以及发动机燃烧脉冲对废气门阀面的和从发动机全局惯性反应到燃烧事件的高机械负载。因此，本公开的致动组件10因此配置成保持干燥润滑剂，干燥润滑剂在上述严苛操作条件下不会分解，从而增加组件10的寿命。如图3所示，关于本公开中的所有实施例，固体润滑剂38可以应用于臂16和调节杆12之间的接头作为销外径或调节杆内径上的涂层，但是在使用时，固体润滑剂38可以破碎并分散在腔室23内。一些固体润滑剂38可保持粘结到曲柄销15和调节杆孔表面，但是在使用开始后不久，大量固体润滑剂38将在腔室23内呈片状粉末形式。

参考图2，示出了示例性传统废气门致动器组件110，其中臂116和调节杆131可枢转地与曲柄销115联接。如图所示，在调节杆112的孔内，卡环117维持臂116的曲柄销115。在曲柄销115与调节杆112的孔119相遇的地方实施湿润滑剂。然而，湿润滑剂(未示出)在如此高工作温度和高脉冲水平下会迅速降解和分解。

因此，如图1和图3所示，本公开还提供了废气门致动器组件10，其在调节杆12和臂16之间具有坚固的润滑接头。尽管高工作温度且高脉冲水平，本公开的废气门致动器组件10能够在臂16和调节杆12之间的接头处保持或者容纳固体润滑剂38，从而增加了致动器组件的寿命。因此，如所指出的，废气门致动器组件10包括但不限于调节杆12、臂16和轴9。调节杆12包括近端区域13和远端区域14，其中调节杆12的近端区域13可以连接到致动器11。臂16包括第一端部区域和第二端部区域21。第一端部区域通过曲柄销15、第一杯形弹簧32和第二杯形弹簧34可枢转地联接到调节杆12的远端区域14，其中第一和第二杯形弹簧32、34在腔室23中基本上围绕曲柄销15保持固体润滑剂38。具有轴线D的轴9可以旋转地固定到臂16的第二端部区域21。因此，如上所述，调节杆12可以相对于致动器11以线性方式B(参见图1)移动，从而导致臂16和轴9绕轴线D旋转，以连接到轴9的废气门盖7移向和远离废气门管道。

如图3所示，曲柄销15，第一和第二杯形弹簧32、34和臂16限定腔室23，腔室23配置成保持固体润滑剂。应当理解，腔室23可以基本上闭合或完全闭合，以在臂16和调节杆12之间的接头处保持固体润滑剂38。曲柄销15可以与曲柄销15的基部62处的臂16的第一端部区域成一体，使得曲柄销15可以在曲柄销15的基部62处焊接或以其他方式永久地附着到臂16的第一端部区域上，或曲柄销和臂16可以由一块材料形成。

参考图1和图3，曲柄销15可设置在限定在调节杆12中的孔60(图3)中，第一杯形弹簧32围绕曲柄销15的上部区域50(图3)设置，邻近调节杆12的上部外表面54，第二杯形弹簧34围绕曲柄销15的下部区域52(图3)设置，邻近调节杆12的下部外表面56。应当理解，图3中所示的固体润滑剂38被配置成承受超过500摄氏度的操作温度。因此，假定固体润滑剂38在高温和高脉冲水平下不会分解，致动器组件10磨损减少。

参考图4A-4B和图5，示出了示例性非限制性杯形弹簧32、34。第一和第二杯形弹簧32、34可以具有有些弹性的结构，该结构可以承受调节杆12和臂16之间的接头处的一些膨胀和收缩。还可以理解，第一和第二杯形弹簧也可以被作为弹簧垫圈等。如图3所示，虽然不是必需的，但是在本公开的所有实施例中的第一和第二杯形弹簧32、34可以包括上部水平表面40，其可以邻接邻近的部件-即，用于第一杯形弹簧32的卡扣夹36和用于第二杯形弹簧的臂16。应当理解，当卡扣夹36附接到曲柄销15时，臂16、调节杆12以及第一和第二杯形弹簧32、34被预加载压缩。第一和第二杯形弹簧32、34中的每一个可以包括开口46，开口46可以配置成接收曲柄销15。此外，如图4A和图4B所示，当壁43以一定角度设置时，第一和第二杯形弹簧中的每一个可以包括由壁43限定的开放室42(图4B)。如图3所示，当第一和第二杯形弹簧组装到曲柄销15和调节杆15上时，开放室42可以进一步保持固体润滑剂38。还应当理解，第一杯形弹簧32的杯形弹簧室42可以通过曲柄销15和孔60之间的间隙35与第二杯形弹簧34的杯形弹簧室42流体连通。如图3所示，无论壁43角度如何，应当理解，腔室23(其保持固体润滑剂38)由第一和第二杯形弹簧32、34，曲柄销15和调节杆12限定。

在本公开的又一个实施例中，提供了一种改进的涡轮增压器1，其具有坚固的致动器组件10。涡轮增压器1包括涡轮增压器壳体58，通过转子轴9连接的压缩机和涡轮机叶轮2、4，致动器11，调节杆12，臂16和废气门盖7。如图1所示，涡轮增压器壳体限定废气门管道22。此外，压缩机叶轮2、涡轮机叶轮4和转子轴9设置在涡轮机壳体内。致动器11可以附着到涡轮增压器壳体和调节杆12上，具有近端区域13和远端区域14，在近端区域13处连接到致动器11。臂16包括第一端部区域和第二端部区域21，其中第一端部区域通过曲柄销15、第一杯形弹簧32和第二杯形弹簧34可枢转地联接到调节杆12的远端区域14，第一杯形弹簧32和第二杯形弹簧34基本上围绕曲柄销15的保持固体润滑剂38。轴9可配置成绕轴线D旋转，轴线D设置在涡轮增压器壳体58内并且旋转地固定到臂16的第二端部区域21，使得轴9和臂16的第二端部区域21围绕轴线D一起旋转。可以理解，在这种布置下，调节杆12配置成相对于致动器11以线性方式B移动，使得臂16和轴9绕轴线D旋转，靠近臂16的第二端部区域21，以使连接到轴9的废气门盖7移向和远离废气门管道22。

参考图3，曲柄销15，第一和第二杯形弹簧32、34和臂16限定腔室23，腔室23配置成保持固体润滑剂。应当理解，腔室23可以基本上闭合(由于杯形弹簧32、34和调节杆12之间的一些空间)，或者完全闭合(如图3所示，使得杯形弹簧32、34邻接调节杆12)以在接头处的位置保持固体润滑剂38。再次参考图3，曲柄销15可以在曲柄销15的基部62处与臂16的第一端部区域成一体。曲柄销15可以在曲柄销15的基部62处焊接到臂16的第一端部区域，或者曲柄销15和臂16可以由一件材料形成。

如图1和图3所示，曲柄销15可设置在限定在调节杆12中的孔中，第一杯形弹簧32围绕曲柄销15的上部区域50(图3)设置，邻近于调节杆12的上部外表面54，而第二杯形弹簧34围绕曲柄销15的下部区域52(图3)设置，邻近调节杆12的下部外表面56。可以理解，图3中所示的固体润滑剂38配置成承受超过500摄氏度的操作温度。因此，假定固体润滑剂38在高温和高脉冲水平下不会分解，致动器组件10的磨损减小。

尽管在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解存在大量的变型。还应当理解，示例性实施例仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种废气门致动器组件，包括：

调节杆，其具有近端区域和远端区域，所述调节杆的所述近端区域连接到致动器；以及

臂，其具有第一端部区域和第二端部区域，所述第一端部区域通过曲柄销、第一杯形弹簧和第二杯形弹簧可枢转地联接到所述调节杆的所述远端区域，所述第一杯形弹簧和所述第二杯形弹簧将固体润滑剂大体地保持在所述曲柄销的周围；以及

轴，其配置成围绕设置在涡轮机壳体中的轴线旋转并且旋转地固定到所述臂的所述第二端部区域；

其中，所述调节杆配置成相对于所述致动器以线性方式移动，使得所述臂和所述轴绕靠近所述臂的所述第二端部区域的所述轴线旋转，以将连接到所述轴的废气门盖移向和远离废气门管道。

2.如权利要求1所述的废气门致动器组件，其中，所述曲柄销、所述第一杯形弹簧和第二杯形弹簧和所述臂限定配置成保持所述固体润滑剂的腔室。

3.如权利要求2所述的废气门致动器组件，其中，所述腔室不完全闭合。

4.如权利要求2所述的废气门致动器组件，其中，所述腔室完全闭合。

5.如权利要求2所述的废气门致动器组件，其中，所述曲柄销在所述曲柄销的基部处与所述臂的所述第一端部区域成一体，并且所述曲柄销设置在限定在所述调节杆中的孔中，所述第一杯形弹簧围绕所述曲柄销的上部区域设置，邻近所述调节杆的上部外表面，所述第二杯形弹簧围绕所述曲柄销的下部区域设置，邻近所述调节杆的下部外表面。

6.如权利要求5所述的废气门致动器组件，其中，所述曲柄销在所述曲柄销的基部焊接到所述臂的所述第一端部区域。

7.如权利要求5所述的废气门致动器组件，其中，所述固体润滑剂配置成承受超过500摄氏度的操作温度。

8.一种涡轮增压器，包括：

涡轮增压器壳体，其限定废气门管道；

压缩机叶轮，其通过转子轴轴向连接到涡轮机叶轮，所述压缩机叶轮、所述涡轮机叶轮和所述转子轴设置在涡轮机壳体内；

致动器，其附着在所述涡轮增压器壳体；

调节杆，其具有近端区域和远端区域，所述调节杆的所述近端区域连接到所述致动器；以及

臂，其具有第一端部区域和第二端部区域，所述第一端部区域通过曲柄销、第一杯形弹簧和第二杯形弹簧可枢转地联接到所述调节杆的所述远端区域，第一杯形弹簧和第二杯形弹簧将固体润滑剂大体地保持在所述曲柄销周围；以及

轴，其配置成围绕设置在所述涡轮机壳体中的轴线旋转并且旋转地固定到所述臂的所述第二端部区域；

其中，所述调节杆配置成相对于所述致动器以线性方式移动，使得所述臂和所述轴绕靠近所述臂的所述第二端部区域的所述轴线旋转，以将连接到所述轴的废气门盖移向和远离所述废气门管道。

9.如权利要求8所述的涡轮增压器，其中，所述曲柄销、所述第一杯形弹簧和第二杯形弹簧和所述臂限定腔室，所述腔室配置成保持所述固体润滑剂。

10.如权利要求9所述的涡轮增压器，其中，所述腔室不完全闭合。

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