CN110741146A - 具有改善的空气辅助的双弹簧排气阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于内燃发动机的排气阀。更具体地，本发明提供一种双弹簧排气阀，以在节气门被升起或关闭时改善涡轮增压车辆的进气系统中的气压管理。本发明的主要目的是提供一种双弹簧排气阀，以在节气门被升起或关闭时改善涡轮增压车辆的进气系统中的气压管理。

Description

具有改善的空气辅助的双弹簧排气阀

技术领域

本发明提供一种用于内燃发动机的排气阀组件。更具体地，本发明提供一种双弹簧排气阀，以在节气门升起或关闭时改善涡轮增压车辆的进气系统中的气压管理。

背景技术

机械增压器用于内燃机中以增加发动机的容积效率，并且从而增强发动机的性能。当这种发动机的节气门在操作期间关闭时，可能产生某些不利影响。这些影响包括：节气门下游压力积聚，导致不期望的热增加；机械增压器压缩机的快速减速，导致压缩机的损坏可能增加或磨损力增加；过度和讨厌的噪声影响；以及供应给发动机的燃料/空气混合物中燃料的比值增加，导致发动机运转时燃料富裕。

为了克服这些缺点，可以在机械增压器压缩机出口的下游设置排气阀。排气阀是存在于大多数涡轮增压发动机中的压力释放系统，其用于防止压缩机喘振并减少涡轮增压器系统和发动机的磨损。排气阀通过使压缩空气排到大气中或再循环到压缩机入口上游的进气口中，而减轻压缩机“喘振载荷”的损坏性影响。在大多数情况下，排气阀打开排气端口，以周围环境中的压力释放空气，从而防止损坏压缩机部件。

通常，排气阀是涡轮上的安全机构，其用于“管理”由涡轮产生的增压。排气阀由隔膜致动，隔膜经由螺线管控制。螺线管本身由具有电子控制单元(ECU)的发动机管理系统控制。当螺线管接收来自ECU的信号时，打开所述阀以绕过涡轮中排气涡轮周围的气体，使得压力维持在安全范围内。由于排气阀是用于机器安全的关键部件，因此必须高度可靠。此外，排气阀应能够在几乎零时间内引起压降，以避免较长持续时间的危险状况。因此，排气阀应优选设计为简单且强健。由于排气阀应能够立即引起压降，因此排气阀在打开位置必须能够具有非常高的流量，并且因此通常尺寸较大。大的自由活塞在阀体内的快速致动需要非常强劲的阀致动，同时还必须非常可靠，需要不浪费入口处建立的必要压力。极端操作条件下的所有这些要求产生高成本，尤其是排气阀的致动。

随着越来越强劲的发动机和高性能涡轮增压系统的出现，对排气阀的需求呈指数增长。在现有的排气阀中，在大多数情况下，打开时间较长或打开/致动压力需要较高的电压。因此，正如可以从现有技术推出的，需要排气阀以便通过施加最小电压更快地打开以打开和/或致动压力减小。

发明目的

本发明的主要目的是提供一种双弹簧排气阀组件，以在节气门被升起或关闭时改善涡轮增压车辆的进气系统中的气压管理。

本发明的又一目的是通过改善性能参数(如致动电压的改善、高输入压力下打开响应以及操作或管理的改善)来改善排气阀的工作。

发明内容

本发明提供一种用于内燃发动机的排气阀。更具体地，本发明提供一种双弹簧排气阀，以通过在节气门被升起或关闭时在涡轮增压车辆的进气系统中提供空气路径间隙来改善气压管理。

在本发明的实施例中，提供的双弹簧排气阀包括：可调螺钉，柱塞主体，弹簧座，高负载弹簧，动芯，低负载弹簧，磁性弹簧引导件，定芯，线轴，线圈，线圈壳体，柱塞壳体和用于为线圈通电的端子。排气阀具有用于进入空气的入口和用于释放空气的出口。可调螺钉拧入动芯中，以改变入口处的空气路径间隙。可调螺钉由诸如但不限于不锈钢、碳钢等材料制成。包括低负载弹簧的双弹簧布置通过动芯和调节销的主运动的帮助来帮助尽早阻塞空气路径间隙；高负载弹簧帮助防止通过阀密封区域的泄漏。

在本发明的另一实施例中，提供包覆成型的线圈组件，其包括具有轴向延伸的孔的线轴。此外，然后围绕线轴缠绕或卷绕金属线圈或导电材料，在通电时金属线圈或导电材料建立磁场。在线轴的远端，附接定芯以组装用于低负载弹簧的磁性弹簧引导件。此外，低负载弹簧在另一端同轴地插入到动芯中。在一端处，端子销连接在线轴内，线圈的端部连接到线轴以接收电输入。

在本发明的另一实施例中，提供一种柱塞主体，并且弹簧座通过高负载弹簧固定到柱塞主体内，并固定在柱塞壳体内。此外，将线圈壳体和柱塞壳体进行压入配合并密封以形成功能完备的双弹簧排气阀。当线圈通电时，定芯提供磁路径，以抵抗高负载弹簧和低负载弹簧的弹簧力向上吸引动芯。当线圈断电时，动芯在弹簧的作用下与定芯分离，从而使弹簧座沿相反方向返回。

在本发明的另一实施例中，所提供的双弹簧排气阀通过改善性能参数(如致动电压、打开响应时间和高输入压力)而具有改善的排气阀工作。所提供的双弹簧排气阀具有更快的打开时间，并且具有打开和/或致动压力减小所需的最小电压，这是因为低负载弹簧通过调节销的帮助而帮助阻塞空气进入阀。因此，所提供的双弹簧排气阀提供了阀打开时间相对于压力的一致性。

在本发明的另一实施例中，双弹簧排气阀包括以下步骤：在不施加电压的情况下完全关闭双弹簧排气阀，并保持3mm的空气路径间隙；完全关闭排气阀中的空气路径间隙而没有空气间隙，因为低负载弹簧用于关闭空气路径间隙；向阀施加电压以完全打开阀。

附图说明

通过参照在附图中示出的本发明的某些实施例，将披露上文发明内容部分总结的本发明的更多细节和更具体的描述，本发明的目的将更易于理解，这些附图构成本说明书的一部分。然而，应注意，附图示出了本发明的优选实施例，并且因此不应视为限制本发明范围，这是因为本发明可以允许其他等同效果的等效实施例。

图1为根据本发明实施例的双弹簧排气阀的截面视图。

图2为根据本发明的实施例的双弹簧排气阀的截面视图，其表示完全关闭的操作。

图3为根据本发明的实施例的双弹簧排气阀的截面视图，其表示空气路径间隙阻塞操作。

图4为根据本发明的实施例的双弹簧排气阀的截面视图，其表示完全打开操作。

图5为根据本发明实施例的双弹簧排气阀的时间响应图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供实施例使得本发明公开将是透彻的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。

在本发明的实施例中，提供的双弹簧排气阀包括：可调螺钉，柱塞主体，弹簧座，高负载弹簧，动芯，低负载弹簧，磁性弹簧引导件，定芯，线轴，线圈，线圈壳体，柱塞壳体和用于为线圈通电的端子。排气阀具有用于进入空气的入口和用于释放空气的出口。可调螺钉拧入动芯中，以改变入口处的空气路径间隙。可调螺钉由诸如但不限于不锈钢、碳钢等材料制成。

在本发明的另一实施例中，提供包覆成型的线圈组件，其包括由诸如热塑性塑料、尼龙等电绝缘材料形成的线轴，该线轴具有轴向延伸的孔。此外，然后围绕线轴缠绕或卷绕金属线圈或导电材料(诸如铜)，在通电时金属线圈或导电材料建立磁场。在线轴的远端，附接定芯以组装用于低负载弹簧的磁性弹簧引导件。磁性弹簧引导件由诸如但不限于如AISI430F等材料制成，以增加磁性力。此外，低负载弹簧在另一端同轴地插入到动芯中。在一端处，端子销连接在线轴内，线圈的端部连接到线轴以接收电输入。

在本发明的另一实施例中，提供一种柱塞主体，其由诸如但不限于如热塑性塑料等材料制成，并且由诸如但不限于如有机硅、NBR等材料制成的弹簧座等通过高负载弹簧固定到柱塞主体内，并固定在柱塞壳体内。此外，将线圈壳体和柱塞壳体进行压入配合并密封以形成功能完备的双弹簧排气阀。当线圈通电时，定芯提供磁路径，以抵抗高负载弹簧和低负载弹簧的弹簧力向上吸引动芯。当线圈断电时，动芯在弹簧的作用下与定芯分离，从而使弹簧座沿相反方向返回。

在本发明的另一实施例中，所提供的双弹簧排气阀通过改善性能参数(如致动电压、打开响应时间和高输入压力)而具有改善的排气阀工作。所提供的双弹簧排气阀具有更快的打开时间，并且具有打开和/或致动压力减小所需的最小电压，这是因为低负载弹簧通过调节销的帮助而帮助阻塞空气进入阀。因此，所提供的双弹簧排气阀提供了阀打开时间相对于压力的一致性。

在本发明的另一实施例中，设置在双弹簧排气阀中的弹簧布置包括低负载弹簧，该低负载弹簧通过动芯和调节销的主运动的帮助来帮助尽早阻塞空气路径间隙；高负载弹簧帮助防止通过阀密封区域的泄漏。

在本发明的另一实施例中，双弹簧排气阀包括以下步骤：在不施加电压的情况下完全关闭双弹簧排气阀，并保持空气路径间隙；完全关闭排气阀中的空气路径间隙而没有空气路径间隙，因为低负载弹簧用于通过动芯和调节销的主运动的帮助来帮助尽早阻塞空气路径间隙；向阀施加电压以完全打开阀。

图1示出了双弹簧排气阀10的截面视图，其包括调节螺钉12，该调节螺钉拧入动芯20中以改变入口处的空气路径间隙37。排气阀10具有用于进入空气的入口38和用于释放空气的出口39。可调螺钉12由例如但不限于如不锈钢、碳钢等材料制成。柱塞主体14由例如但不限于如热塑性塑料等材料制成，并且由例如但不限于如有机硅、NBR等材料制成的弹簧座16通过高负载弹簧18固定到柱塞主体14中并固定在柱塞壳体34内。提供包覆成型的线圈组件32，其包括由诸如热塑性塑料、尼龙等电绝缘材料形成的线轴28，该线轴具有轴向延伸的孔。此外，然后围绕线轴28缠绕或卷绕金属线圈30或导电材料(诸如铜)，在通电时金属线圈或导电材料建立磁场。在线轴28的远端，附接定芯26以组装用于低负载弹簧22的磁性弹簧引导件24。磁性弹簧引导件24由诸如但不限于如AISI 430F等材料制成，以增加磁性力。此外，低负载弹簧22在另一端同轴地插入到动芯20中。在一端处，端子销36连接在线轴内，线圈的端部连接到线轴以接收电输入。此外，将线圈壳体32和柱塞壳体34进行压入配合并密封以形成功能完备的双弹簧排气阀10。当线圈通电时，设置的定芯26提供磁路径，以抵抗高负载弹簧18和低负载弹簧22的弹簧力向上吸引动芯20。当线圈断电时，动芯20在弹簧的作用下与定芯26分离，从而使弹簧座16沿相反方向返回。

图2示出了双弹簧排气阀10的截面视图，其表示完全关闭的操作，其中双弹簧排气阀10入口38处的压力(p⁺)等于双弹簧排气阀10内部的压力(p)。在这种情况下，不施加电压，并保持标称的3mm空气路径间隙37。排气阀10通过保持空气路径间隙37来防止其来自空气的灰尘颗粒阻塞，而入口38处的压力等于所述阀10内的压力。空气路径间隙37的任何变化都会影响性能参数，如响应时间、致动电压、内部泄漏等。

图3示出了双弹簧排气阀10的截面视图，其表示空气路径间隙37阻塞操作，其中双弹簧排气阀10的入口38处的压力(p+)大于双弹簧排气阀10内部的压力(p)和大气压力(p^atm)。在这种情况下，双弹簧排气阀10保持关闭，并且将不存在可用的空气路径间隙37，因此防止了增压发动机的压力泄漏。在入口38处的压力(p+)大于阀10内部的压力(p)和大气压力(p^atm)，排气阀10通过关闭空气路径间隙37来防止压力的泄漏。通过低负载弹簧22来实现这种泄漏防止，该低负载弹簧抵抗入口38处的压力(p⁺)并使空气路径间隙37保持在关闭状况。

图4示出了双弹簧排气阀10的截面视图，其表示完全打开操作，其中双弹簧排气阀10的入口38处的压力(p+)大于双弹簧排气阀10内部的压力(p)并避免增压器发生意外，通过向双弹簧排气阀10施加电压，朝向定芯26拉动动芯20。在这种情况下，多余空气排出到双弹簧排气阀10外部，并且允许压力达到大气压力(p^atm)。在此，双弹簧排气阀10在其等于大气压力(p^atm)并且入口38处的压力(p+)大于阀10内部的压力(p)并朝向定芯26拉动动芯20的同时从出口39将多余空气去除到阀10外部。

图5示出了在180kPa的压力下双弹簧排气阀10和传统排气阀的时间响应图。从打开响应时间图可以确定，打开响应时间实现了总体降低37％。

在本发明的另一实施例中，测试双弹簧排气阀的各种参数，如阀泄漏量、打开时间、关闭时间、打开操作响应、关闭操作响应、阀升起量、线圈电阻和电感。确定的是，双弹簧排气阀的所有这些参数在规格内，如表1所示。

表1

双弹簧排气阀参数

此外，下表2示出了与具有1mm空气间隙的传统排气阀相比，双弹簧排气阀的改进特性。

表2

排气阀与传统排气阀的参数比较

出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明实施例的前述描述。其不旨在为穷举性的或将本发明限制为所公开的精确形式，并且鉴于以上教导，修改和变型是可能的或者可以从本发明的实践中获得。选择和描述实施例以解释本发明的原理及其实践应用，以使本领域技术人员能够在各种实施例中并且通过适于预期的特定用途的各种修改来利用本发明。

Claims (8)

1.一种用于改善气压管理的双弹簧排气阀(10)组件，包括：

调节螺钉(12)，柱塞主体(14)，弹簧座(16)，高负载弹簧(18)，动芯(20)，低负载弹簧(22)，磁性弹簧引导件(24)，定芯(26)，线轴(28)，线圈(30)，线圈壳体(32)，柱塞壳体(34)和多个端子销(36)，

其中，

所述双弹簧排气阀(10)具有用于进入空气的入口(38)和用于释放空气的出口(39)；

所述调节螺钉(12)拧入动芯(20)中，以调节进入双弹簧排气阀的空气路径间隙(37)，以进行气压管理；

所述低负载弹簧(22)通过在所述动芯(20)和所述调节螺钉(12)中移动而阻塞空气路径间隙(37)，而所述高负载弹簧(18)防止空气通过双弹簧排气阀的泄漏；并且

所述双弹簧排气阀展现了低操作电压、减少的打开和关闭响应时间。

2.根据权利要求1所述的双弹簧排气阀(10)，其中，所述双弹簧排气阀(10)显示了在180kPa的气压下打开响应时间减少37％。

3.根据权利要求1所述的双弹簧排气阀(10)，其中，所述双弹簧排气阀(10)显示了在3mm的空气路径间隙(37)下操作电压为8V、打开响应时间为26ms、关闭响应时间为30ms。

4.根据权利要求1所述的双弹簧排气阀(10)，其中，所述双弹簧排气阀(10)通过在入口(38)处的压力等于所述阀(10)内部的压力时保持空气路径间隙(37)来防止其被灰尘颗粒阻塞。

5.根据权利要求1所述的双弹簧排气阀(10)，其中，所述双弹簧排气阀(10)通过在入口(38)处的压力大于阀(10)内部的压力和大气压力时关闭空气路径间隙(37)来防止压力泄漏。

6.根据权利要求1所述的双弹簧排气阀(10)，其中，所述双弹簧排气阀(10)在其等于大气压力并且入口(38)处的压力大于阀(10)内部的压力并朝向定芯(26)拉动动芯(20)时从出口(39)将多余空气去除到阀(10)外部。

7.根据权利要求5所述的双弹簧排气阀(10)，其中，通过低负载弹簧(22)防止压力的泄漏，该低负载弹簧抵抗入口(38)处的压力并且保持空气路径关闭。

8.根据权利要求5所述的双弹簧排气阀(10)，其中，磁性弹簧引导件(24)由包括但不限于如AISI 430F的材料制成。

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