CN112855496B - 真空系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种真空系统和车辆，所述真空系统包括连接在发动机的排气端的真空装置，以及连接在所述真空装置的第一进气口的待抽真空设备，所述真空装置包括壳体、设置于所述壳体的第一空腔内的叶片主体、以及与所述叶片主体相连接设置于所述壳体的第二空腔内的涡轮叶片，所述第一进气口和所述第一空腔相连通，所述发动机的排气驱动所述涡轮叶片转动，所述涡轮叶片带动所述叶片主体转动，以抽取所述待抽真空设备内的气体，使所述待抽真空设备形成真空。本公开提供的真空系统能够实现发动机废气，尤其是汽油发动机废气的有效利用，节约能耗，同时不需要对发动机舱进行重新布置设计，便于现有机型的改造升级。

Description

真空系统和车辆
技术领域
本公开涉及真空助力系统，具体地，涉及一种真空系统和车辆。
背景技术
车辆的真空刹车助力系统、空调风门执行机构的真空伺服系统、燃油箱燃油蒸汽收集系统等，都需要稳定的真空源。相关技术中，利用发动机排气为动力的真空系统能够有效利用发动机的尾气作为动力源抽取并存储真空，节约能耗。但是，针对汽油发动机，真空系统中转轴的转速可达到18万转，是柴油发动机的2.25倍，现有的真空系统中散热片结构不能满足高转速下转轴的散热需求；并且真空系统中对排气进入量无法调节和控制，无法实现按需调节真空度；此外，现有的真空系统中，在低转速情况下，叶片端头不能与壳体内壁很好的贴合，导致抽取真空的能力较弱。
发明内容
本公开的第一个目的是提供一种真空系统，该真空系统能够产生较大的真空度，将待抽真空设备抽成真空。
本公开的第二个目的是提供一种车辆，该车辆包括本公开提供的真空系统。
为了实现上述目的，本公开提供一种真空系统，包括连接在发动机的排气端的真空装置，以及连接在所述真空装置的第一进气口的待抽真空设备，所述真空装置包括壳体、设置于所述壳体的第一空腔内的叶片主体、以及与所述叶片主体相连接设置在所述壳体的第二空腔内的涡轮叶片，所述第一进气口和所述第一空腔相连通，所述发动机的排气驱动所述涡轮叶片转动，所述涡轮叶片带动所述叶片主体转动，以抽取所述待抽真空设备内的气体，使所述待抽真空设备形成真空。
可选地，所述涡轮叶片包括叶片本体和与所述叶片本体一体成型的转轴，所述壳体内还设置有与所述叶片主体相连接的支座，所述转轴通过支座与所述叶片主体相连接，所述支座位于所述第一空腔内，所述叶片本体位于所述第二空腔内，所述转轴位于连通所述第一空腔和所述第二空腔的第三空腔内且所述支座固定连接。
可选地，所述转轴位于所述第三空腔的部分上套设有浮动轴承，所述壳体上形成有与所述第三空腔相连通的进油道和出油道。
可选地，所述真空装置还包括设置于所述支座上方的封油盖以及将所述封油盖固定在所述壳体上的紧固件，所述封油盖和所述转轴之间设置有密封套。
可选地，连接所述发动机的排气端和所述真空装置的第一管路上设置有控制阀。
可选地，所述真空系统还包括连接所述真空装置的第一出气口和所述发动机的进气端的第二管路，所述第二管路上设置有单向阀。
可选地，所述支座在所述壳体内靠近所述第一出气口设置。
可选地，所述支座构造为圆筒形结构，所述支座上形成有供所述叶片主体沿径向穿过的固定槽，所述叶片主体包括相互插接的第一叶片和第二叶片，以及连接所述第一叶片和所述第二叶片的弹性件，在所述弹性件的作用力下，所述第一叶片和所述第二叶片的端部分别抵顶在所述壳体的内壁上。
可选地，所述第二叶片上形成有多个间隔设置且沿上下延伸的减重孔。
根据本公开的第二个方面，还提供一种车辆，该车辆包括上述的真空系统。
通过上述技术方案，发动机的排出的废气经排气歧管、三元催化器处理后，可进入真空装置内，推动涡轮叶片旋转，涡轮叶片带动叶片主体在壳体的密封腔中运动，通过进气口抽取待抽真空设备内的气体，使待抽真空设备产生真空，实现发动机废气，尤其是汽油发动机废气的有效利用，节约能耗，同时不需要对发动机舱进行重新布置设计，便于现有机型的改造升级。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一示例性实施方式提供的利用发动机排气为动力的真空系统的结构示意图；
图2是本公开一示例性实施方式提供的利用发动机排气为动力的真空系统中真空装置的结构示意图；
图3是本公开一示例性实施方式提供的利用发动机排气为动力的真空系统中真空装置内部结构的局部放大图；
图4是本公开一示例性实施方式提供的利用发动机排气为动力的真空系统中叶片主体安装的结构示意图；
图5是本公开一示例性实施方式提供的利用发动机排气为动力的真空系统中叶片主体安装的俯视图；
图6是本公开一示例性实施方式提供的利用发动机排气为动力的真空系统中叶片主体的结构示意图；
图7是图6中A-A截面的剖视图。
附图标记说明
1 发动机 2 真空装置
20 壳体 201 进油道
202 出油道 203 第一壳体
204 第二壳体 205 壳体固定螺栓
206 盖板 207 盖板固定螺栓
211 第一进气口 212 第一出气口
213 第二进气口 214 第二出气口
11 水冷中冷器 12 水泵
22 叶片主体 221 第一叶片
222 第二叶片 223 弹性件
2220 减重孔 2230 限位槽
23 涡轮叶片 231 叶片本体
232 转轴 24 支座
25 锁紧件 26 浮动轴承
27 封油盖 28 紧固件
29 密封套 200 密封环
3 待抽真空设备 41 第一管路
42 第二管路 43 排气管路
44 旁通管路 45 循环管路
5 控制阀 6 单向阀
7 三元催化器 8 排气歧管
9 空气过滤器 10 EGR阀
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”通常是指以相同附图的图面为基准定义的，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，“轴向”、“径向”是指以相对于转轴的中心轴线而言的，此外，本公开中使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
如图1和图2所示，本公开提供一种利用发动机排气为动力的真空系统，该真空系统包括连接在发动机1的排气端的真空装置2，以及连接在真空装置2的第一进气口211的待抽真空设备3，其中，发动机1可以为汽油发动机，也可以为柴油发动机，待抽真空设备3可以是制动器或其他需要真空的设备，可以增设多个进气口211，连接多个待抽真空设备3，将其抽成真空，将抽真空产生助力提供给转向系统、制动系统等。真空装置2包括壳体20、设置于壳体20的第一空腔内的叶片主体22、以及与叶片主体22相连接设置于壳体20的第二空腔内的涡轮叶片23，第一进气口211和第一空腔相连通，发动机1的排气驱动涡轮叶片23转动，涡轮叶片23带动叶片主体22转动，以抽取待抽真空设备3内的气体，使待抽真空设备3形成真空。具体地，在本公开中，发动机排气在第二空腔内，抽取的待抽真空设备3的气体在第一空腔内，两者相隔开，壳体20上形成有与第一空腔相连通的第一进气口211和第一出气口212，形成有与第二空腔相连通的第二进气口213和第二出气口214，第一进气口211与待抽真空设备3相连接，第二进气口213与发动机排气端相连接，第一出气口212可以与下文介绍的第二管路42相连接，第二出气口214可以与图1中所示的排气管路43相连接，将第二空腔中的废气直接排出至大气，涡轮叶片23转动带动叶片主体22转动完成抽真空动作，将待抽真空设备3的气体由第一进气口211抽气向第一出气口212排气。
通过上述技术方案，发动机1的排出的废气经排气歧管8、三元催化器7处理后，可进入真空装置2内，推动涡轮叶片23旋转，涡轮叶片23带动叶片主体22在壳体20的密封腔中运动，通过进气口211抽取待抽真空设备3内的气体，使待抽真空设备3产生真空，实现发动机废气，尤其是汽油发动机废气的有效利用，节约能耗，同时不需要对发动机舱进行重新布置设计，便于现有机型的改造升级。
涡轮叶片23可带动叶片主体22转动，涡轮叶片23和叶片主体22的连接方式可以为多种。在本公开中，如图2所示，涡轮叶片23包括叶片本体231和与叶片本体231一体成型的转轴232，转轴232通过支座24和叶片主体22相连接，支座24位于第一空腔内，叶片本体231位于第二空腔内，转轴232位于连通第一空腔和第二空腔的第三空腔内且与支座24固定连接，这样，便可实现涡轮叶片23轴向上和径向上的固定，涡轮叶片23转动带动支座24转动，进而支座24带动叶片主体22转动。在其他实施方式中，支座24可以不伸入叶片主体22的内部，直接与叶片主体22的顶面固定连接，壳体20还包括用于容纳支座24的第四空腔，第四空腔与第一空腔部分连通，同样能够将发动机排气和抽取的待抽真空设备3的气体相隔开，转轴232可以穿过支座24上的安装孔并通过锁紧件25，例如螺母与支座24固定连接，便于安装和维修。
在本公开中，如图3所示，转轴232位于第三空腔的部分上套设有浮动轴承26，壳体20上形成有与第三空腔相连通的进油道201和出油道202，真空装置2还包括设置于支座24上方的封油盖27以及将封油盖27固定在壳体20上的紧固件28，封油盖27和转轴232之间设置有密封套29。浮动轴承26和转轴232之间为间隙配合，间隙内充满润滑油，即在转轴232的周围形成润滑油膜，转轴232与周围结构没有直接接触，保证涡轮叶片23在高速旋转情况下的散热，防止烧蚀，使转轴232能够承受高达18万的转速，产生更大的真空度，额外给更多设备提供真空。进油道201可以与发动机的主油道相通，出油道202与油底壳相连通，来自发动机主油道的润滑油充满浮动轴承26和转轴232的间隙中，并经出油道202在重力作用下回到油底壳进行回收。封油盖27通过紧固件28，例如螺栓固定在壳体20上，为实现密封，封油盖27和转轴232之间还设置有密封套29，封油盖27和壳体20之间设置有O型密封圈，密封套29和封油盖27之间设置有密封环200，以防止润滑油流入支座24和叶片主体22上。
进一步地，为了方便描述，壳体20内涡轮叶片23所在的一端为废气端，叶片主体22所在的一端为真空端，为了将润滑油密封在废气端和真空端之间，转轴232靠近叶片本体231的一端和壳体20之间还设置有密封环200，另外，由于废气端的压力大于机油压力，润滑油不会流至叶片本体231处，实现润滑油的密封。
为了实现对进入真空装置2内的废气量进行有效控制，在本公开中，如图1所示，连接发动机1的排气端和真空装置2的第一管路41上设置有控制阀5，控制阀5可以为三通电磁阀，该真空系统还包括连接控制阀5和发动机排气管路43的旁通管路44，控制阀5可以控制第一管路41和旁通管路44的通断，当需要排气时，发动机排气经第一管路41、控制阀5、旁通管路44、排气管路43向外排气；当需要真空助力时，发动机排气经第一管路41、控制阀5进入真空装置2；当需要排气和真空助力时，第一管路41和旁通管路44均处于导通状态，通过控制阀5可以实现按需调节真空度。
进一步地，如图1所示，该真空系统还包括连接在发动机的排气管路43和发动机进气端之间的循环管路45，循环管路45上设置有废气再循环阀10，简称EGR阀和中冷器11，中冷器11分别与发动机冷却水套的进水管和出水管连通，连接中冷器11和发动机1的管路上还设置有水泵12，这样，经真空装置2排出的废气一部分直接排放至大气，还有一部分可以回收至发动机进气通道内循环利用，废气经真空装置2后温度可降低100-150℃，可减少水冷中冷器11的冷却载荷，降低水冷中冷器11的选型难度和成本。在其他实施方式中，真空装置2和发动机排气端之间的第一管路41上也可以设置中冷器，中冷器分别与发动机冷却水套的进水管和出水管连通。
真空装置2从待抽真空设备3中抽取的气体可以直接排放至大气中，也可以输送至发动机进气管道中，具体地，如图1所示，该真空系统还包括连接真空装置2的第一出气口212和发动机1的进气端的第二管路42，第二管路42上设置有单向阀6，单向阀6允许真空装置2抽取的气体输送至发动机进气通道，防止发动机进气端气体回流至真空装置2。
支座24和叶片主体22的连接方式可以有多种。如图4至图6所示，支座24可以构造为圆筒形结构，支座24上形成有供叶片主体22沿径向穿过的固定槽，叶片主体22包括相互插接的第一叶片221和第二叶片222，以及连接第一叶片221和第二叶片222的弹性件223，例如压缩弹簧，在弹性件223的作用力下，第一叶片221和第二叶片222的端部分别抵顶在壳体20的内壁上。叶片主体22安装在支座24的固定槽中并且可在固定槽中自由滑动，弹性件223在任何工况下均处于压缩状态，施加向外的推力至第一叶片221和第二叶片222，这样，叶片主体22在旋转过程中，可以沿着径向自由拉伸，保证叶片主体22的两端与壳体20的内壁始终相接触，进而保证叶片主体22在任何转速下具有良好的密封性。另外，第一叶片221和第二叶片222在弹性件223的作用下，可以很好的补偿叶片主体22端部的磨损，增加了叶片主体22的使用寿命。
在本公开的另一示例性实施方式中，如图5所示，支座24在壳体20中靠近第一出气口212设置，以形成偏心抽取空气，这样，叶片主体22将第一空腔分成两个腔室，与第一出气口212相连通的腔室体积较小，压力大，气体更容易从第一出气口212排出；与第一进气口211相连通的腔室体积较大，压力小，待抽真空设备3的气体更容易从第一进气口211进入，从而使得从第一进气口211抽取的气体更容易从第一出气口212排出。
在本公开的实施方式中，如图4所示，第一叶片221可以构造为U形结构，第二叶片222可以构造为可插入U形结构的凹槽内的T形结构，U形结构和T形结构用于与壳体20内壁相抵接的端部形成为圆弧过渡，在保证与壳体20内壁相抵接的情况下，不会影响叶片主体22在壳体22密封腔中转动，在本公开中，第二叶片222插入U形结构的一端与第二叶片的凹槽之间设有提供预紧力的弹性件223，弹性件223与第一叶片221和第二叶片222可以是连接或压接，均属于本公开所保护的范围。
如图6所示，第一叶片221和第二叶片222上分别形成有限位槽2230，弹性件223安装在限位槽2230内，可防止弹性件223在运动过程中松动偏移，如图4和图5所示，第二叶片222上形成有多个间隔设置且沿上下延伸的减重孔2220，多个减重孔2220均衡布置在第二叶片222的中心线上，可降低叶片主体22的自重，涡轮叶片23更容易驱动叶片主体22转动。
另外，在本公开中，如图2所示，壳体20包括用于封闭涡轮叶片23的第一壳体203和用于与转轴232相连接的第二壳体204，第一壳体203和第二壳体204通过壳体固定螺栓205相连接，该真空装置2还包括与第二壳体204相连接用于封闭叶片主体22的盖板206，盖板206通过盖板固定螺栓207固定在第二壳体204上，第一壳体203的空腔形成为上述第二空腔，第二壳体204和盖板206之间形成上述第一空腔，第三空腔形成于第二壳体204的内部。
根据本公开的第二个方面，还提供一种车辆，该车辆包括上文介绍的利用发动机排气为动力的真空系统。该车辆具有上述真空系统的所有有益效果，此处不做过多赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (7)

1.一种真空系统，包括连接在发动机(1)的排气端的真空装置(2)，以及连接在所述真空装置(2)的第一进气口(211)的待抽真空设备(3)，其特征在于，所述真空装置(2)包括壳体(20)、设置于所述壳体(20)的第一空腔内的叶片主体(22)、以及与所述叶片主体(22)相连接设置于所述壳体(20)的第二空腔内的涡轮叶片(23)，所述真空装置(2)还连接有第一出气口(212)，所述第一进气口(211)和所述第一出气口(212)分别与所述第一空腔相连通，所述发动机(1)的排气驱动所述涡轮叶片(23)转动，所述涡轮叶片(23)带动所述叶片主体(22)转动，以抽取所述待抽真空设备(3)内的气体，使所述待抽真空设备(3)形成真空；
所述涡轮叶片(23)包括叶片本体(231)和与所述叶片本体(231)一体成型的转轴(232)，所述转轴(232)通过支座(24)与所述叶片主体(22)相连接，所述转轴(232)穿过所述支座(24)上的安装孔并通过锁紧件(25)与所述支座(24)固定连接，所述支座(24)构造为圆筒形结构，所述壳体(20)还包括有用于容纳所述支座(24)的第四空腔，所述第四空腔与所述第一空腔部分连通，所述支座(24)上形成有供所述叶片主体(22)沿径向穿过的固定槽，
所述叶片主体(22)将所述第一空腔分成两个腔室，与所述第一出气口(212)相连通的腔室的体积小于与所述第一进气口(211)相连通的腔室的体积，所述支座(24)在所述壳体(20)内靠近所述第一出气口(212)设置；
连接所述发动机(1)的排气端和所述真空装置(2)的第一管路(41)上设置有控制阀(5)，所述真空装置(2)还连通有发动机排气管路(43)，所述控制阀(5)还连接有连通所述发动机排气管路(43)的旁通管路(44)；
所述真空系统还包括连接所述第一出气口(212)和所述发动机(1)的进气端的第二管路(42)，所述第二管路(42)上设置有单向阀(6)。
2.根据权利要求1所述的真空系统，其特征在于，所述支座(24)位于所述第一空腔内，所述叶片本体(231)位于所述第二空腔内，所述转轴(232)位于连通所述第一空腔和所述第二空腔的第三空腔内且与所述支座(24)固定连接。
3.根据权利要求2所述的真空系统，其特征在于，所述转轴(232)位于所述第三空腔的部分上套设有浮动轴承(26)，所述壳体(20)上形成有与所述第三空腔相连通的进油道(201)和出油道(202)。
4.根据权利要求3所述的真空系统，所述真空装置(2)还包括设置于所述支座(24)上方的封油盖(27)以及将所述封油盖(27)固定在所述壳体(20)上的紧固件(28)，所述封油盖(27)和所述转轴(232)之间设置有密封套(29)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的真空系统，其特征在于，所述叶片主体(22)包括相互插接的第一叶片(221)和第二叶片(222)，以及连接所述第一叶片(221)和所述第二叶片(222)的弹性件(223)，在所述弹性件(223)的作用力下，所述第一叶片(221)和所述第二叶片(222)的端部分别抵顶在所述壳体(20)的内壁上。
6.根据权利要求5所述的真空系统，其特征在于，所述第二叶片(222)上形成有多个间隔设置且沿上下延伸的减重孔(2220)。
7.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任一项所述的真空系统。
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