CN201786446U - 一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器 - Google Patents

一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种应用于发动机涡轮增压技术领域的带泄压装置的汽油机涡轮增压器，所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器包括压壳进气口(8)，压壳出气口(13)，连通压壳进气口(8)和压壳出气口(13)的旁通流道(9)，所述的旁通流道(9)上设置能够控制旁通流道(9)开通与关闭的泄压装置(11)，泄压装置(11)与控制泄压装置(11)开通和关闭旁通流道(9)的ECU(36)连接。采用本实用新型的结构，在节气门急速关闭或接近完全关闭时，泄压阀可以确保压气机出口的高压空气从旁路释放，防止了汽油机涡轮增压器的喘振，减小了节气门处的气动噪声，既保护了涡轮增压器不受损坏，又提高了乘客的乘坐舒适性。

Description

一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器
技术领域
本实用新型涉及发动机涡轮增压技术领域，更具体地说，是涉及一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器工作原理为：发动机废气驱动增压器转子转动，将空气压缩送至发动机气缸与燃油混合燃烧，提高发动机输出功率。
汽油发动机排气能量很高，所以汽油机涡轮增压器的转速也非常高(可高达每分钟20万转)。当节气门急速关闭或接近全部关闭时，增压器转子在惯性作用下依然高速运转进行泵气，使节气门前压力瞬间增大，压壳出口压力瞬间上升，短时间内增压器发生喘振；此外，由于节气门前后压差瞬间增大，将产生明显的气动噪声。在驾车过程中，由于路况复杂，有时候会频繁进行急减速和急加速。对于带涡轮增压器的汽油机乘用车来说，频繁地急减速导致增压器频繁发生喘振，增压器寿命大大降低，而气动噪声也影响了乘坐舒适性。为了避免汽油发动机节气门急速关闭时涡轮增压器发生喘振以及产生明显的气动噪声，专利ZL 200820035749.X公开了一种带有泄压保护的汽油轿车用涡轮增压器。但该专利涉及的泄压阀有以下不足：1.泄压阀零件多，结构复杂，导致泄压阀发生故障的因素多，并且增加了设计、制造等各项成本。2.依靠硬度较高的外支撑对阀门底座进行密封，密封效果不好，气体容易泄漏。3.膜片内支撑沿径向不能有效定位，当膜片内支撑径向移动过大时膜片受拉扯容易损坏。4.阀盖与气嘴通过螺纹连接，气体容易泄漏。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种防止汽油机涡轮增压器在工作时发生喘振，从而保护涡轮增压器不受损坏的带泄压装置的汽油机涡轮增压器。
要解决以上所述的技术问题，本实用新型采取的技术方案为：
本实用新型为一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器，包括压壳进气口，压壳出气口，所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器还包括连通压壳进气口和压壳出气口的旁通流道，所述的旁通流道上设置能够控制旁通流道开通与关闭的泄压装置，所述的泄压装置与控制泄压装置开通和关闭旁通流道的ECU连接。
所述的旁通流道包括出气口旁通流道和进气口旁通流道，所述的泄压装置安装在出气口旁通流道和进气口旁通流道连接的位置，泄压装置的一端面抵靠在出气口旁通流道内的流道台阶面上，所述的泄压装置包括阀盖，膜片，膜内支撑块，所述的膜片套装在膜内支撑块外侧，膜片与膜内支撑块整体连接，膜片材质较软，膜片与阀盖之间构成压力控制腔，阀盖上的泄压阀气嘴一端与压力控制腔连通，另一端与三通电磁阀连接，三通电磁阀与ECU连接。
所述的泄压阀气嘴是阀盖的一个组成部分。
所述的泄压装置还包括泄压装置弹簧，泄压装置的膜内支撑块设置为“T”型结构，阀盖内腔设置与膜内支撑块上的导向柱沿径向小间隙配合的中心孔，泄压装置弹簧套装在弹簧定位柱外侧，两者沿径向小间隙配合。泄压装置弹簧一端置于膜内支撑块内侧端面上的弹簧定位槽内，弹簧定位槽的外径略大于泄压装置弹簧的外径，弹簧定位槽的内径略小于泄压装置弹簧的内径，另一端抵靠在阀盖内腔上，膜片的边沿位置卡装在阀盖与压壳法兰接触的面上。
所述的膜片边沿位置设置沿膜片边沿一周的周边突起，所述的阀盖法兰与压壳法兰上分别设置沿其表面一周的压壳法兰凹槽和阀盖法兰凹槽，所述的膜片的周边突起嵌装在压壳法兰凹槽和阀盖法兰凹槽形成的环形空腔内。
所述的膜内支撑块为小密度的聚苯硫醚(简称PPS)材料。
采用本实用新型的技术方案，能得到以下的有益效果：
1.将泄压阀气嘴与阀盖设计成为一个整体，在不影响泄压功能的前提下，消除了两者连接时可能存在的泄漏问题。
2.较软的膜片能有效密封流道台阶面和阀盖端面，消除了气体在流道台阶面及阀盖端面产生泄漏的问题，阀盖端面还能因此不必使用泄压阀垫片。
3.取消了膜片外支撑及泄压阀垫片，使整个泄压装置更加紧凑，也减少了设计、制造、采购、仓储、运输和装配等各项成本。
4.膜内支撑块加工好后，放入膜片铸造型腔中，脱模后两者形成整体连接，牢固耐用。
5.膜内支撑块沿径向已被准确定位，只能沿轴向动作，保证了膜片与流道台阶面的同心度，防止了膜片沿径向受拉扯，有利于泄压装置稳定可靠地工作。
6.泄压装置弹簧两端都能有效地进行径向定位，保证了弹簧轴向压缩过程中不倾斜。
7.膜片内支撑选用密度较小的PPS，惯性小响应快，强度高，在0-250℃温度范围内尺寸稳定性好。此外，PPS易于注塑成型，适合批量生产。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本实用新型所述的涡轮增压器的结构示意图；
图2为泄压装置结构示意图；
图3为压壳的结构示意图；
图4为阀盖的结构示意图；
图5是膜片与膜内支撑块的结构示意图；
图6为三通电磁阀的外部连接结构示意图；
图中标记为：1、涡壳；2、涡壳出气口；3、涡轮；4、主轴；5、轴承系统；6、压壳；7、压叶轮；8、压壳进气口；9、旁通流道；10、进气口旁通流道；11、泄压装置；12、出气口旁通流道；13、压壳出气口；14、涡壳进气口；15、压力控制腔；16、泄压装置弹簧；17、连接螺栓；18、阀盖；19、膜片；20、膜内支撑块；21、压壳法兰；22、压壳法兰孔；23、流道台阶面；24、压壳法兰凹槽；25、压壳法兰螺栓孔；26、泄压阀气嘴；27、阀盖螺栓孔；28、阀盖法兰凹槽；29、泄压阀中心孔；30、弹簧定位柱；31、阀盖法兰；32、周边突起；33、弹簧定位槽；34、导向柱；35、I1端；36、ECU；37、I2端；38、三通电磁阀；39、O端。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1所示，本实用新型为一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器，包括压壳进气口8，压壳出气口13，所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器还包括连通压壳进气口8和压壳出气口13的旁通流道9，所述的旁通流道9上设置能够控制旁通流道9开通与关闭的泄压装置11，所述的泄压装置11与控制泄压装置11开通和关闭旁通流道9的ECU36连接。
所述的泄压阀气嘴26是阀盖18的一个组成部分。
所述的旁通流道9包括出气口旁通流道12和进气口旁通流道10，所述的泄压装置11安装在出气口旁通流道12和进气口旁通流道10连接的位置，泄压装置11的一端面抵靠在出气口旁通流道12内的流道台阶面23上，所述的泄压装置11包括阀盖18，膜片19，膜内支撑块20，所述的膜片19套装在膜内支撑块20外侧，膜片19与膜内支撑块20整体连接，膜片19材质较软，膜片19与阀盖18之间构成压力控制腔15，阀盖18上的泄压阀气嘴26一端与压力控制腔15连通，另一端与三通电磁阀38连接，三通电磁阀38与ECU36连接。
所述的泄压装置11还包括泄压装置弹簧16，泄压装置11的膜内支撑块20设置为“T”型结构，阀盖18内腔设置与膜内支撑块20上的导向柱34沿径向小间隙配合的中心孔27，泄压装置弹簧16套装在阀盖18的弹簧定位柱30外侧，两者沿径向小间隙配合。泄压装置弹簧16一端置于膜内支撑块20内侧端面上的弹簧定位槽33内，弹簧定位槽33的外径略大于泄压装置弹簧16的外径，弹簧定位槽33的内径略小于泄压装置弹簧16的内径，另一端抵靠在阀盖18内腔上，膜片19的边沿位置卡装在阀盖18与压壳法兰21接触的面上。
所述的膜片19边沿位置设置沿膜片19边沿一周的周边突起32，所述的阀盖法兰31与压壳法兰21接触的面上分别设置沿其表面一周的压壳法兰凹槽24和阀盖法兰凹槽28，所述的膜片19的周边突起32嵌装在压壳法兰凹槽24和阀盖法兰凹槽28形成的环形空腔内。
所述的膜内支撑块20为小密度的聚苯硫醚(简称PPS)材料。
图1是带泄压装置的涡轮增压器的结构示意图。
发动机排出的废气通过涡壳进气口14进入涡壳1，驱动涡轮3旋转，涡轮3通过主轴4带动压壳6内的压叶轮7旋转。空气从压壳进气口8进入压壳6，经过增压后从压壳出气口13排出。在压壳进气口8和出气口11处分别有一个出气口旁通流道12和进气口旁通流道10，这两个流道由泄压装置11隔开。
当需要泄压时，泄压装置11打开，压壳进气口8和压壳出气口13通过出气口旁通流道12和进气口旁通流道10直接相通，出气口11处的高压空气通过出气口旁通流道12和进气口旁通流道10进入压壳进气口，使压力得到释放。
泄压装置结构如图2所示。阀盖18通过连接螺栓17被固定在压壳法兰21上，泄压阀气嘴26连接三通电磁阀38(三通电磁阀38外部接口示意图如图6所示)，装配后泄压阀气嘴26与阀盖18内表面始终连通。膜片19为柔软的碗形结构，膜片整周边沿位置卡在阀盖法兰31与压壳法兰21之间，膜片19及膜内支撑块20的内表面与阀盖18的内表面之间形成压力控制腔15。膜内支撑块20位于阀盖18和膜片19之间，为T形结构，既可支撑柔软的膜片19，又能通过导向柱34与卸压阀中心孔27的小间隙配合实现自身的径向定位。泄压装置弹簧16的两端分别抵靠在阀盖18及膜内支撑块20的内侧端面上，泄压装置装配后，泄压装置弹簧16将膜片19压靠在流道台阶面32上，将出气口旁通流道12和进气口旁通流道10隔开。
压壳上与泄压阀相关的结构如图3所示。压壳6的进气口7内壁开进气口旁通流道10，出气口内壁开出气口旁通流道12，两个旁通流道相互连通。出气口旁通流道12的出口端面为流道台阶面23。压壳法兰21与流道台阶面23平行，中间开压壳法兰孔22。压壳法兰21上设置沿表面一周的压壳法兰凹槽24，在压壳法兰21上还有若干压壳法兰螺栓孔25以安装连接螺栓17。
阀盖结构如图4所示。
阀盖18为壳形结构，泄压阀气嘴26为阀盖18的一个组成部分。泄压阀气嘴26延伸出阀盖外部，泄压阀气嘴26与阀盖内腔之间相互连通。弹簧定位柱30位于阀盖内侧端面上，直径略小于泄压装置弹簧16的内径，轴线与阀盖端面垂直。弹簧定位柱30的内部，过定位柱端面开了一个泄压阀中心孔29，泄压阀中心孔29与弹簧定位柱30同轴。阀盖法兰凹槽28位于阀盖法兰31上，与泄压阀中心孔29同轴，阀盖法兰凹槽28中圈直径与压壳法兰凹槽24中圈直径相同。阀盖法兰31上有若干阀盖螺栓孔27，阀盖螺栓孔27的孔位与压壳法兰螺栓孔25一一对应。阀盖18与压壳法兰21通过连接螺栓17连接后，阀盖法兰凹槽28与压壳法兰凹槽24同轴，两凹槽之间形成一个环形空腔。
膜片19与膜内支撑块20的结构如图5所示。膜片19为柔软的碗形结构，膜片19整周边沿位置有一圈突起结构，称之为周边突起32，安装膜片19时，将周边突起32卡在由压壳法兰凹槽24与阀盖法兰凹槽28形成的空腔内，膜片19及膜内支撑块20的内表面与阀盖18的内表面之间形成了压力控制腔15。膜片内侧部分表面与膜内支撑块20整体连接。膜内支撑块20的内部中心位置有一个导向柱34，其直径略小于泄压阀中心孔29的直径。导向柱34的外围有一圈弹簧定位槽33，弹簧定位槽33为环形槽，其内径略小于泄压装置弹簧16的内径，其外径略大于泄压装置弹簧16的外径，弹簧定位槽33与导向柱34同轴。泄压装置11装配后，导向柱34始终位于泄压阀中心孔29内，弹簧定位槽33与弹簧定位柱30同轴，泄压装置弹簧16套装在弹簧定位柱30外侧，且与弹簧定位柱30形成小间隙配合，一端置于弹簧定位槽33内，另一端抵靠在阀盖18内侧端面上，实现对泄压装置弹簧16的径向定位。
为了提高泄压装置的响应速度，从结构设计出发，应减小膜内支撑块20的质量，以减小惯性。本实用新型所使用的膜内支撑块20材料选用密度较小的聚苯硫醚(简称PPS)，这种材料惯性小响应快，强度高，在0-250℃温度范围内尺寸稳定性好，且易于注塑成型，适合批量生产。本实用新型所述的泄压装置的工作原理如下：
三通电磁阀38的I1端接正压源，I2端接负压源，O端作为压力输出端接在泄压阀气嘴26上。一般情况下，O端和I1端连通，控制腔内为正压，膜片在泄压装置弹簧16的弹力作用下顶在流道台阶面23上，压壳进气口8与出气口11不连通。当需要泄压时，在ECU控制下，O端与I2端连通，压力控制腔15中的压力急剧减小，膜片19克服泄压装置弹簧16的弹力迅速脱离流道台阶面23，压壳的进气口旁通流道10与出气口旁通流道12连通，气流通过旁通流道9释放，防止了增压器的喘振，减小了节气门处的气动噪声，对增压器起到保护作用，还提高了乘坐舒适性。三通电磁阀的外部接口示意图见图6。
为了解决发动机节气门急速关闭工况下涡轮增压器的喘振问题，本实用新型提供了一种带泄压装置的带泄压装置的汽油机涡轮增压器。在节气门急速关闭或接近完全关闭时，泄压阀可以确保压气机出口的高压空气从旁路释放，防止了汽油机涡轮增压器的喘振，减小了节气门处的气动噪声，既保护了涡轮增压器不受损坏，又提高了乘客的乘坐舒适性。
另外，本实用新型解决了专利ZL 200820035749.X涉及的气体泄漏问题及机构可靠性问题，并且减少了各项成本。具体来说，一是将泄压阀气嘴与阀盖设计成为一个整体，在不影响泄压功能的前提下，消除了两者连接时可能存在的泄漏问题。二是采用较软的膜片对阀门底座及阀盖端面进行有效密封，避免了气体在这两处泄漏，阀盖端面还能因此不必使用泄压阀垫片。三是取消了膜片外支撑及泄压阀垫片，使整个泄压装置更加紧凑，也减少了设计、制造等各项成本。四是使较软的膜片与较硬的膜片内支撑整体紧密连接，结构比较牢靠。五是限制了膜片内支撑的径向位移，使膜片只能沿轴向动作，确保了膜片稳定可靠地工作。六是泄压装置弹簧两端都能有效地径向定位，确保弹簧不发生倾斜。七是为了使泄压阀响应快，膜片内支撑选用密度较小的聚苯硫醚(简称PPS)注塑而成，减小了运动组件的惯性。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带泄压装置的汽油机涡轮增压器，包括压壳进气口(8)，压壳出气口(13)，其特征在于：所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器还包括连通压壳进气口(8)和压壳出气口(13)的旁通流道(9)，所述的旁通流道(9)上设置能够控制旁通流道(9)开通与关闭的泄压装置(11)，所述的泄压装置(11)与控制泄压装置(11)开通和关闭旁通流道(9)的ECU(36)连接。
2.根据权利要求1所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器，其特征在于：所述的旁通流道(9)包括出气口旁通流道(12)和进气口旁通流道(10)，所述的泄压装置(11)安装在出气口旁通流道(12)和进气口旁通流道(10)连接的位置，泄压装置(11)的一端面抵靠在出气口旁通流道(12)内的流道台阶面(23)上，所述的泄压装置(11)包括阀盖(18)，膜片(19)，膜内支撑块(20)，所述的膜片(19)套装在膜内支撑块(20)外侧，膜片(19)与阀盖(18)之间构成压力控制腔(15)，阀盖(18)上的泄压阀气嘴(26)一端与压力控制腔(15)连通，另一端与三通电磁阀(38)连接，三通电磁阀(38)与ECU(36)连接。
3.根据权利要求1或2所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器，其特征在于：所述的泄压装置(11)还包括泄压装置弹簧(16)，泄压装置(11)的膜内支撑块(20)设置为“T”型结构，阀盖(18)内腔设置与膜内支撑块(20)上的导向柱(34)间隙配合的中心孔(27)，泄压装置弹簧(16)套装在阀盖(18)的弹簧定位柱(30)外侧，泄压装置弹簧(16)一端置于膜内支撑块(20)内侧端面上的弹簧定位槽(33)内，弹簧定位槽(33)的外径大于泄压装置弹簧(16)的外径，弹簧定位槽(33)的内径小于泄压装置弹簧(16)的内径，泄压装置弹簧(16)另一端抵靠在阀盖(18)内腔上，膜片(19)的边沿位置卡装在阀盖(18)与压壳法兰(21)接触的面上。
4.根据权利要求3所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器，其特征在于：所述的膜片(19)边沿位置设置沿膜片(19)边沿一周的周边突起(32)，所述的阀盖(18)与压壳法兰(21)接触的面上分别设置沿其表面一周的压壳法兰凹槽(24)和阀盖法兰凹槽(28)，所述的膜片(19)的周边突起(32)嵌装在压壳法兰凹槽(24)和阀盖法兰凹槽(28)形成的环形空腔内。
5.根据权利要求4所述的带泄压装置的汽油机涡轮增压器，其特征在于：所述的膜内支撑块(20)为小密度的聚苯硫醚(简称PPS)材料。
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