阀门组件和涡轮增压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及车辆发动机领域，提供了一种阀门组件和涡轮增压器，阀门组件包括摇臂机构和阀盖，摇臂机构套接在阀盖的阀盖中心轴上，摇臂机构和阀盖中的一者中形成有止动凹槽，另一者中形成有相应的限位块，该限位块伸入止动凹槽中以抑制阀盖围绕阀盖中心轴的中心轴线的自旋转。本实用新型的阀门组件通过止动凹槽和限位块的配合以限定阀盖在不稳定气流冲击下的自旋转，从而减少长期运行下的转动磨损。通过开设止动凹槽，还可最大程度地降低阀门组件的重量，进而降低阀门组件成本。此外还通过增设减振垫片给摇臂机构施加朝向阀盖的预压力，可抵抗气流冲击带来的噪音，同时保障了阀盖的密封性能。
【专利说明】
阀门组件和涡轮増压器
技术领域
[0001]本实用新型涉及车辆发动机技术领域，特别地，涉及一种带有涡轮增压器的增压发动机及其配件。
【背景技术】
[0002]为改善燃油经济性，各大整机厂必须对发动机技术进行不断创新以满足当前及未来的排放法规。从降油耗角度来讲，混合动力替代传统内燃机的技术路线为当前最有效降低油耗及排放的方式，但其成本增加会在未来很长一段时间内限制其市场比例，当前最现实的技术手段仍为发动机小型化技术，而发动机匹配增压器是实现小型化必要手段。目前小排量增压发动机凭借良好的低速扭矩、瞬态响应效果，逐渐成为各大整车厂应对越来越严格排放法规最主要的方法;伴随增压发动机应用占比越来越高的同时，增压器带来的成本增加及噪声问题也越来越引起人们的重视。
[0003]为改善涡轮增压器低速迟滞的问题，涡轮增压器厂家多采用减小涡轮转动惯量的方法实现，最直接的方法是采用更小的涡轮，但这种弊端是在高速工况下涡轮会超负荷运转。为此，需在高负荷时旁通掉多余的废气，降低涡轮负荷，这也就是增压器废气阀门组件的作用。
[0004]如图1所示，常规的涡轮增压器废气阀门组件包括摇臂轴1、摇臂本体2和阀盖3，摇臂轴I由气动驱动或电控驱动而产生旋转，经由摇臂本体2带动阀盖3打开或闭合，通过调节阀盖3的开度大小来调节废气旁通量。其中，为保证阀门密封效果，阀盖3与摇臂本体2之间多采用间隙配合，其结果是在阀盖3被不稳定气流冲击时，会与摇臂本体2之间产生不断的金属敲击噪声，从而降低整车噪声品质，导致顾客抱怨。另外，高温下的阀盖3被气流冲击而产生自旋转，久而久之产生磨损较大，甚至产生密封失效甚至强度不足断裂的风险。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术中的上述不足或缺陷，本实用新型旨在提出一种阀门组件以及具有该阀门组件的涡轮增压器，以有效减小阀门组件的噪声及磨损。
[0006]为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种阀门组件，包括摇臂机构和阀盖，所述摇臂机构套接在所述阀盖的阀盖中心轴上，所述摇臂机构和所述阀盖中的一者中形成有止动凹槽，另一者中形成有相应的限位块，该限位块伸入所述止动凹槽中以抑制所述阀盖围绕所述阀盖中心轴的中心轴线的自旋转。
[0007]优选地，所述摇臂机构包括摇臂本体和摇臂轴，所述摇臂本体的一端与所述摇臂轴连接以跟随该摇臂轴旋转，所述摇臂本体的另一端沿所述阀盖中心轴的径向延伸并套接于该阀盖中心轴上，所述限位块与所述阀盖中心轴径向间隔且均从所述阀盖的盖面同向伸出，所述止动凹槽贯通形成在所述摇臂本体上。
[0008]优选地，所述止动凹槽形成为相对于所述阀盖中心轴的中心轴线的扇环形，该扇环形止动凹槽的扇形圆心角不小于20°。
[0009]优选地，所述限位块形成为相对于所述阀盖中心轴的中心轴线的扇环形，该扇环形限位块的扇形圆心角不大于15°。
[0010]优选地，沿所述阀盖的自旋转方向上，所述止动凹槽的两个端面和所述限位块的两个端面均为平面且分别与所述阀盖中心轴的中心轴线共面。
[0011]优选地，所述摇臂本体为高温合金材质。
[0012]更优选地，所述阀盖中心轴从所述阀盖的盖面伸出且伸出端安装有定位垫片，所述摇臂机构套设在所述盖面与所述定位垫片之间的所述阀盖中心轴上且形成轴向间隙安装。
[0013]优选地，所述阀门组件还包括减振垫片，该减振垫片套设在所述定位垫片与所述摇臂机构之间的所述阀盖中心轴上。
[0014]优选地，所述定位垫片的面向所述摇臂机构的端面和所述阀盖的所述盖面均包括内环面和外圆锥斜面，所述内环面为平面，所述外圆锥斜面从所述内环面边缘倾斜向外延伸。
[0015]根据本实用新型的另一方面，还提供了一种涡轮增压器，包括涡壳，该涡壳上设有废气通孔，所述涡轮增压器还设有上述的阀门组件，所述摇臂机构驱动所述阀盖从所述涡壳的内侧打开或封盖所述废气通孔。
[0016]在本实用新型的阀门组件和涡轮增压器中，通过设计相互匹配的止动凹槽和限位块，以构成易于加工实现的限位结构，限定阀盖在不稳定气流冲击下的自旋转，从而减少长期运行下的转动磨损。通过开设止动凹槽，还可最大程度地降低阀门组件的重量，进而使阀门组件的成本降低。此外还通过增设减振垫片，给摇臂机构施加朝向阀盖的预压力，以抵抗气流冲击，避免间隙配合的摇臂机构与阀盖之间在气流冲击下产生反复冲击噪音，同时通过阀盖与摇臂组件的间隙安装和减振垫片的预压力保障了阀盖的密封性能。
[0017]本实用新型的其它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】
[0018]构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0019]图1为常规的涡轮增压器废气阀门组件的立体结构示意图；
[0020]图2为现有技术中改进的一种涡轮增压器废气阀门组件的立体结构示意图，其中增设了侧挡块；
[0021]图3为现有技术中改进的另一种涡轮增压器废气阀门组件的平面示意图，其中增设了旋转挡块；
[0022]图4为根据本实用新型的优选实施方式的阀门组件的主视图；
[0023]图5为图4中的阀盖部分的剖视图，其剖切面沿阀盖中心轴的中心轴线并经过限位块；
[0024]图6为图5中圈起的A部分的局部放大示意图。
[0025]附图标记说明:
[0026]I摇臂轴2摇臂本体
[0027]3阀盖4定位垫片
[0028]5减振垫片6侧挡块
[0029]7旋转挡块201止动凹槽
[0030]301限位块302阀盖中心轴
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本实用新型的【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实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词；“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心(或中心轴线)而言的径向内外。上述方位词是为了便于理解本实用新型而定义的，因而不构成对本实用新型保护范围的限制。
[0034]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0035]承前所述，为解决常规涡轮增压器中的废气阀门组件在不稳定气流冲击下带来的噪声及磨损的问题，现有技术中已进行了一定的相关改进研究。如图2所示，在阀盖3上增加两个侧挡块6，其分别位于摇臂本体2的两侧，此设计可以防止阀盖3的自旋转，但两个侧挡块6的铸造高度高、厚度大，较大程度上增加了阀盖3的重量，而在高温环境下的阀门组件需要采用耐高温材料(例如本实施方式中的摇臂本体2为高温合金材质)，因而重量增加导致成本增加，同时也增加了铸造及加工难度。如图3所示，则是在阀盖3上增设旋转挡块7，当阀盖3旋转时，旋转挡块7与摇臂本体2的侧部产生接触阻挡。此种设计在一定程度上会限制阀盖3的连续转动，但仍然会产生一定角度的转动而导致磨损，同时也会增加阀盖3的重量及加工难度。
[0036]有鉴于此，本实用新型针对性地提供了一种新型阀门组件，如图4和图5所示，该阀门组件包括摇臂机构和阀盖3，摇臂机构套接在阀盖3的阀盖中心轴302上，摇臂机构和阀盖3中的一者中形成有止动凹槽201，另一者中形成有相应的限位块301，该限位块301伸入止动凹槽201中以抑制阀盖3围绕阀盖中心轴302的中心轴线的自旋转。
[0037]可见，本实用新型采用了限位结构以限定阀盖3的转动，从而减少其磨损。同时，不同于图2和图3所示的在阀盖3上铸造挡块，以通过挡块与摇臂本体2之间的机械干涉达到阻挡旋转的目的，本实用新型中通过开槽(即设置止动凹槽201)并结合伸入槽内限位块301的方式达到限位目的，基本不增加(甚至减小)组件重量，限位块301与止动凹槽201之间的限位效果也优于图2、图3所示的限位结构，阀盖3的可动范围更小，长期转动磨损量更低。
[0038]具体地，在图4中，摇臂机构包括摇臂本体2和摇臂轴I，摇臂本体2的一端与摇臂轴I连接以跟随该摇臂轴I旋转，摇臂本体2的另一端沿阀盖中心轴302的径向延伸并套接于该阀盖中心轴302上，因而在废气气流冲击下，阀盖3容易围绕阀盖中心轴302的中心轴线旋转，导致长期磨损。
[0039]在本实施方式中，限位块301与阀盖中心轴302径向间隔且均从阀盖3的同一盖面同向伸出，止动凹槽201则贯通形成在摇臂本体2上。限位块301可以与阀盖3—体铸造，由于限位块301较小，在难以一体铸造时，也可单独焊接于阀盖3上。由于限位块301的尺寸小于止动凹槽201，因而增设限位块301不仅不会给阀门组件带来整体质量增加，在扩大止动凹槽201的体积的情况下还能在很大程度上减小组件重量，从而降低组件成本。因此在通过止动凹槽201和限位块301的限位结构限定阀盖3旋转，以降低阀盖转动磨损的同时，还降低了阀门组件的重量和成本。
[0040]为降低阀门组件重量，在确保摇臂本体2的刚性、抗疲劳性能等以及阀盖3的可旋转角度均符合设计要求的情况下，止动凹槽201应尺寸最大化。
[0041 ]在本实施方式中，止动凹槽201形成为相对于阀盖中心轴302的中心轴线的扇环形，限位块301也可形成为相对于阀盖中心轴302的中心轴线的扇环形，这样便于设计并计算阀盖3的可旋转角度。在本实施方式中，作为示例，扇环形止动凹槽201的扇形圆心角优选为不小于20°，而扇环形限位块301的扇形圆心角相应地不大于15°。限位块301的厚度应大于1.5mm且高于止动凹槽201的高度，能够从中向上穿出。
[0042]当气流等外力带动阀盖3自旋转时，限位块301在止动凹槽201内跟随转动，从而止动凹槽201的沿阀盖3的自旋转方向上的两个端面在正反转情况下可分别接触限位块301的相应的两个端面。其中，限位块301与摇臂本体2之间的限位接触优选为限位块301的端面与止动凹槽201的端面之间的平面接触限位，相较于尖锐部之间的冲击接触的限位，平面接触限位带来的冲击小、磨损小、噪音低且限位位置精确，因此沿阀盖3的自旋转方向上，止动凹槽201的两个端面和限位块301的两个端面均为平面，该平面为通过阀盖中心轴302的中心轴线的平面，即与阀盖中心轴302的中心轴线共面。
[0043]参见图5，阀盖中心轴302从阀盖3的盖面伸出且伸出端安装有定位垫片4，摇臂机构套设在盖面与定位垫片4之间的阀盖中心轴302上且形成轴向间隙安装。定位垫片4用于在阀盖中心轴302上对摇臂本体2进行轴向限位。但套装在阀盖中心轴302上的摇臂本体2与阀盖3之间应形成轴向间隙安装，以避免二者之间形成刚性连接，从而使阀盖3的密封效果更好，摇臂机构的些许振动等均不影响阀盖3的闭合性。
[0044]由于摇臂本体2与阀盖3之间的轴向间隙安装，在气流的冲击下，二者不可避免地会产生金属敲击噪音。为此，参见图5和图6，本实用新型的阀门组件还特别包括减振垫片5，该减振垫片5套设在定位垫片4与摇臂机构之间的阀盖中心轴302上。减振垫片5优选采用耐高温弹性材料，通过减振垫片5对摇臂本体2施加朝向阀盖3的一定的弹性预压力，以抵抗气流冲击。在本实施方式中，减振垫片5的垫片结构采用单层环形设计，参见图6，在减振垫片5两端与摇臂本体2及定位垫片4的接触配合处优选地设计为配合平面，减振垫片5的初始压缩量大于0.2_。
[0045]此外，定位垫片4的面向摇臂机构的端面和阀盖3的盖面均优选地包括内环面和外圆锥斜面，内环面为平面，外圆锥斜面从内环面边缘倾斜向外延伸。在图6中，阀盖3的顶盖面中的内环面与摇臂本体2的底端面形成环面接触，盖面的外圆锥斜面则向外且倾斜向下延伸。定位垫片4的底端面同样如此，定位垫片4的底端面中的内环面与减振垫片5弹性接触，其外圆锥斜面则向外且倾斜向上延伸。这样，在阀盖3与摇臂本体2之间相同的轴向间隙的情况下，可以提高阀盖3的摆动幅度，降低阀盖3与其它结构部件(例如涡壳)因刚性接触而导致阀盖关闭不严的风险，提高密封效果。在本实施方式中，为保证定位垫片4及阀盖3的结构强度，外圆锥斜面的斜度应控制在8°?12°之间。
[0046]在以上基础上，本实用新型还提供了一种涡轮增压器，其包括涡壳(未显示)，涡壳上设有废气通孔，涡轮增压器中还设有上述的阀门组件，摇臂机构驱动阀盖3设置在涡壳内并从涡壳的内侧打开或封盖废气通孔。显然，采用了本实用新的阀门组件后，可具有良好的阀门密封效果，可一定程度上降低阀门组件重量及成本，减小阀盖转动磨损，提高增压器及发动机的噪声品质。
[0047]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，例如限位块301设置在摇臂本体2上，止动凹槽201为形成在阀盖3上的盲槽，止动凹槽201改用矩形槽等，这些均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种阀门组件，包括摇臂机构和阀盖(3)，所述摇臂机构套接在所述阀盖(3)的阀盖中心轴(302)上，其特征在于，所述摇臂机构和所述阀盖(3)中的一者中形成有止动凹槽(201)，另一者中形成有相应的限位块(301)，该限位块(301)伸入所述止动凹槽(201)中以抑制所述阀盖(3)围绕所述阀盖中心轴(302)的中心轴线的自旋转。2.根据权利要求1的阀门组件，其特征在于，所述摇臂机构包括摇臂本体(2)和摇臂轴(I)，所述摇臂本体(2)的一端与所述摇臂轴(I)连接以跟随该摇臂轴(I)旋转，所述摇臂本体(2)的另一端沿所述阀盖中心轴(302)的径向延伸并套接于该阀盖中心轴(302)上，所述限位块(301)与所述阀盖中心轴(302)径向间隔且均从所述阀盖(3)的盖面同向伸出，所述止动凹槽(201)贯通形成在所述摇臂本体(2)中。3.根据权利要求2的阀门组件，其特征在于，所述止动凹槽(201)形成为相对于所述阀盖中心轴(302)的中心轴线的扇环形，该扇环形止动凹槽(201)的扇形圆心角不小于20°。4.根据权利要求3的阀门组件，其特征在于，所述限位块(301)形成为相对于所述阀盖中心轴(302)的中心轴线的扇环形，该扇环形限位块(301)的扇形圆心角不大于15°。5.根据权利要求4的阀门组件，其特征在于，沿所述阀盖(3)的自旋转方向上，所述止动凹槽(201)的两个端面和所述限位块(301)的两个端面均为平面且分别与所述阀盖中心轴(302)的中心轴线共面。6.根据权利要求2的阀门组件，其特征在于，所述摇臂本体(2)为高温合金材质。7.根据权利要求1?6中任意一项的阀门组件，其特征在于，所述阀盖中心轴(302)从所述阀盖(3)的盖面伸出且伸出端安装有定位垫片(4)，所述摇臂机构套设在所述盖面与所述定位垫片(4)之间的所述阀盖中心轴(302)上且形成轴向间隙安装。8.根据权利要求7的阀门组件，其特征在于，所述阀门组件还包括减振垫片(5)，该减振垫片(5)套设在所述定位垫片(4)与所述摇臂机构之间的所述阀盖中心轴(302)上。9.根据权利要求7的阀门组件，其特征在于，所述定位垫片(4)的面向所述摇臂机构的端面和所述阀盖(3)的所述盖面均包括内环面和外圆锥斜面，所述内环面为平面，所述外圆锥斜面从所述内环面边缘倾斜向外延伸。10.一种涡轮增压器，包括涡壳，该涡壳上设有废气通孔，其特征在于，所述涡轮增压器还设有根据权利要求1?9中任意一项所述的阀门组件，所述摇臂机构驱动所述阀盖(3)从所述涡壳的内侧打开或封盖所述废气通孔。
【文档编号】F01D17/10GK205638577SQ201620496932
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】朱明明, 辛宇, 李国营, 张江澎
【申请人】长城汽车股份有限公司