增压器应用的平衡阀阀体结构的制作方法

本发明属于涡轮增压器技术领域，涉及一种增压器应用的平衡阀阀体结构。

背景技术：

众所周知，涡轮增压器是利用来自发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮壳内的涡轮高速旋转，从而带动同轴的压叶轮，压叶轮迫使更多的空气进入发动机燃烧室和燃料混合燃烧来提高发动机产生的动力。通常为使燃烧过程产生的动力最大化，发动机配备有与涡轮增压进气系统连通的分支排气歧管。该分支排气歧管系统除了帮助保留发动机气缸产生的废气能量来提高发动机动力外，还需要使得发动机排气的排放最小。

随着空气污染和全球变暖的日益严重，汽车排放的立法也越来越严格，尤其是在氮氧化物(nox)、颗粒物(pm)和一氧化碳(co)及二氧化碳等的控制方面。现有技术有采用废弃再循环（egr）系统的发动机，包括柴油发动机，天然气发动机及甲醇发动机等都需要匹配相应的增压器。

采用egr系统的发动机是将发动机燃烧后产生的废气的一部分重新再循环往返至发动机缸内参与燃烧。通过降低发动机燃烧室内氧气的含量，降低燃烧温度，从而降低发动机排出气体中的氮氧化物（nox），一氧化碳等有害物。

为实现egr驱动，都必须满足：涡壳进口压力要大于发动机进气歧管中的增压压力，从而可以驱动涡前部分高压废气自动进入进气侧，实现egr驱动。现有技术有可变涡轮截面技术、固定截面对称流道的技术、非对称双流道流道的技术等；其中可变涡轮截面技术成本较高且可靠性差。固定截面对称流道的技术为满足egr驱动需要两个流道的压力同时大于进气歧管压力，这样往往导致发动机产生很高的泵气损失，恶化发动机中、高速运行时的油耗、功率及排放。而非对称双流道平衡阀式的增压器由于具备两个不同的流道，其中小流道同egr回路相连，其小流道内的高压力可以有效驱动egr，而大流道内具有较小流道更低的废气压力，可有效降低发动机的泵气损失。在发动机中、高速运行区域，小流道中的压力用于驱动egr往往是过剩的，这时可以通过平衡阀装置开启来让部分小流道中的废气进入大流道，从而使得两个流道中的废气压力更加接近，这样可有效降低发动机中高速的泵气损失。在满足排放的基础上，可以大大提高发动机的燃油及经济性。

在发明专利公开号200880022691.8及实用新型专利201721524025.7中，这两个专利均描述了非对称双流道对应的壳体结构，实用新型专利201820861464.5描述了非对称双流道应用的平衡阀装置，他们采用的阀片方案均为普通的旁通阀结构。普通旁通阀结构（如图1、2所示）由摇臂1、销轴2、轴3、垫片4和阀片5组成，由于阀片5通过销轴2与摇臂的1内孔相连，存在轴向和径向间隙，阀片5在受到外力的作用能够绕销轴2旋转和自身偏摆。非对称双流道平衡阀式的增压器具有大、小流道，其大、小流道汇合于平衡腔内。平衡腔内废气压力是来自发动机排气歧管中的高频脉冲变化的高压气体，阀片受到该高频脉冲压力后，阀片正反面会产生高频交变的压力差，从而驱动阀片加速旋转和抖动。这样使得阀片上垫片端面与摇臂端面、摇臂端面与销轴端面、销轴外径与摇臂内孔之间产生较大的磨损。尽管有的旁通阀阀片（如图3、4所示）上采用防转特征6使阀片自身旋转角度较小，在脉冲力作用下，阀片仍然能够小角度范围内转动导致防转结构来回碰撞，致使防转特征6疲劳断裂，另外阀片5仍然能够频繁偏摆，阀片端面与摇臂端面、摇臂端面与垫片端面、阀片的销轴外径与摇臂内孔之间产生较大的磨损；平衡阀各零件磨损或防转特征断裂导致阀系统有效寿命大大缩短，无法满足实际应用的需求。

同理，对于对称双流道或者非对称双流道流道带旁通阀的涡轮机，同样存在高频脉动的高压涡前废气使得旁通阀片两面的压力差很大，从而导致垫片端面与摇臂端面、摇臂端面与销轴端面、销轴外径与摇臂内孔之间产生较大的磨损。

在非对称双流道平衡阀应用中，平衡腔内废气压力和温度都较高，轴的一端与外界空气接触，一端受到腔体内较大的压力，轴上产生较大的轴向力使摇臂与衬套接触，当平衡阀频繁打开和关闭或受到脉冲冲击阀片抖动过程中带动轴高频次微动产生较大轴向磨损。尽管专利201820861464.5提出采用双衬套来平衡轴向力的装置（如附图5所示），平衡阀摇臂1布置在第一衬套8和第二衬套10之间，平衡阀轴3两端与外界空气相连，轴端两侧压力、面积相等使得平衡阀轴3上没有因为平衡腔内、外较大的压力差而产生轴向力。但仍然不能消除由于发动机某些布置中使得轴垂直向下受到自身零件重力的影响，当阀片频繁打开和关闭的过程中而产生的摇臂轴向磨损。

通常阀片摇臂1与轴3在9槽处采用焊接的方式连接，在焊接过程中存在摇臂与轴的融合区产生焊接热裂纹、未熔合等缺陷。这些缺陷使平衡阀或旁通阀在使用过程中受到较大脉冲力，由于初始缺陷的存在，大大降低了焊接连接部位的寿命。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种增压器应用的平衡阀阀体结构，该阀体结构有效消除了由于发动机排气脉冲所引起的阀片自身的旋转或阀片抖动导致的阀体连接件磨损或断裂。

按照本发明的技术方案：一种增压器应用的平衡阀阀体结构，包括涡壳，涡壳的流道内设有平衡腔，其特征在于：所述平衡腔内壁轴向两侧分别固定第一衬套、第二衬套，轴转动配合设置于所述第一衬套、第二衬套中，一体阀设置于所述平衡腔内，并与轴固定连接；

所述轴的两端伸出涡壳外侧，并在轴伸出涡壳的一端连接连杆组件，轴伸出涡壳的另一端套设挡圈；

所述一体阀在工作时，整体动作。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀为整体件，一体阀通过设置的内孔与轴固定连接，一体阀上远离设置内孔部分的阀体上形成圆形的阀体部，在竖直投影面上，阀体部位于内孔部的径向外侧。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀上设置通槽，一体阀与轴在通槽处焊接连接。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀上对应于通槽的两侧分别设置筋。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀上设置一个通槽或在一体阀表面径向两侧分别设置一个通槽。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀的轴向一侧端面的径向一端设置坡口。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀的轴向一侧端面的径向两端分别设置坡口。

作为本发明的进一步改进，所述一体阀采用整体动作的阀体结构，包括摇臂、阀片、垫片，摇臂的内孔与轴在通槽处焊接，所述摇臂两侧端面分别与阀片和垫片紧配合；阀片上形成一体连接的阀片轴，阀片轴穿过摇臂与垫片上的孔，垫片设置于摇臂内孔的上部。

作为本发明的进一步改进，所述阀片轴与垫片之间焊接连接或铆接固定。

本发明的技术效果在于：本发明结构简单，紧凑合理，一体阀结构能够消除由于发动机排气脉冲所引起的阀片自身的旋转或阀片抖动导致的阀体连接件磨损或断裂。由于一体阀与轴轴向移动时，一体阀始终不能与第一衬套和第二衬套轴向相接触，即使在某些特殊布置轴竖直向下的布置中，也能有效消除阀腔体内阀片轴向端部的磨损。轴外部挡圈或连杆组件承载阀体系统的自身重力，由于设在阀腔的外部，工作温度较低从而有效减少自身的磨损。一体阀槽的坡口使焊接热量更集中于阀片内孔槽底部与轴的部位，有利于材料融合和减少热影响区，槽旁边的筋有能够有效防止过焊或焊透。有效提高焊接的质量和一致性，从而提供焊接部位的强度，提高平衡阀或旁通阀系统的寿命。

附图说明

图1为普通旁通阀结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为带防转特征旁通阀结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为带双衬套的平衡阀装置示意图。

图6为本发明的第一种实施方式的结构示意图。

图7为本发明的一体阀单侧焊接示意图。

图8为图7的右视图。

图9为本发明的一体阀双侧焊接示意图。

图10为图9的右视图。

图11为本发明的第二种实施方式的结构示意图。

图12为本发明中一体阀的焊接结构示意图。

图13为本发明中一体阀的铆接结构示意图。

图14为本发明中一体阀过盈配合焊接示意图。

图15为本发明中一体阀过盈配合铆接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1~15中，包括摇臂1、销轴2、轴3、垫片4、阀片5、防转特征6、连杆组件7、第一衬套8、通槽9、第二衬套10、涡壳11、平衡阀腔12、一体阀13、挡圈14、坡口15、筋16、整体动作的阀体结构17、阀片轴18等。

如图6所示，本发明是一种增压器应用的平衡阀阀体结构，包括涡壳11，涡壳11的流道内设有平衡腔12，所述平衡腔12内壁轴向两侧分别固定第一衬套8、第二衬套10，轴3转动配合设置于所述第一衬套8、第二衬套10中，一体阀13设置于所述平衡腔12内，并与轴3固定连接；

轴3的两端伸出涡壳11外侧，与大气接触，并在轴3伸出涡壳11的一端连接连杆组件7，轴3伸出涡壳11的另一端套设挡圈14；一体阀13往挡圈14侧轴向游动时依靠连杆组件7限位，一体阀13往连杆组件7侧轴向游动时依靠挡圈14限位。

所述一体阀13在工作时，整体动作。

由于一体阀13的两侧与第一衬套8和第二衬套10的间隙大于一体阀13往两测轴向游动时的游动量，故一体阀13不能与第一衬套8或第二衬套10相接触，故即使在发动机某些特殊布置中轴3垂直向下时，一体阀13也不能与第一衬套8或第二衬套10相接触。因此轴3、一体阀13、挡圈14和连杆组件7上的重力全部落在挡圈14与第二衬套10相接触的端面上或连杆组件7与第一衬套8相接触的端面上。这样可以使一体阀的两端不能产生轴向磨损，原有的轴向磨损也转移到了挡圈14或连杆组件7上，由于挡圈14和连杆组件7在涡壳11的外部，零件上的温度要大大低于平衡腔12内的温度，故在相同的转动位移内，磨损量大大降低。

如图7、8所示，一体阀13与普通旁通阀或带有防转特征的旁通阀（如图1，图2所示）相比：一体阀13为整体件，一体阀13通过设置的内孔与轴3固定连接，一体阀13上远离设置内孔部分的阀体上形成圆形的阀体部，在竖直投影面上，阀体部位于内孔部的径向外侧。一体阀13成瀑布流线型，瀑布高处一端具有摇臂1相同的圆形孔用于与轴3相连，在孔的侧壁上具有一个用于焊接的通槽9，轴3与一体阀13在该处焊接固定，瀑布低处一端具有与阀片5相同的圆形特征，即阀体部。

一体阀13上设置通槽9，一体阀13与轴3在通槽9处焊接连接。

一体阀13上对应于通槽9的两侧分别设置筋16，该筋16能够有效防止槽两端部的材料焊透。

如图7、8所示，一体阀13上设置一个通槽9，一体阀13的轴向一侧端面的径向一端设置坡口15，该坡口15可由直线或由直线与斜线组成或由斜线组成，该坡口设置可使焊接热量更集中于阀体部与轴3的部位，有利于阀材料和轴材料融合，并减少热影响区。

如图9、10所示，在一体阀13表面径向两侧分别设置一个通槽9，一体阀13的另一种实施方式，与图7、8示出的一体阀13的区别在于：一体阀13的轴向一侧端面的径向两端分别设置坡口15。一体阀13只由一个零件构成，成瀑布流线型，瀑布高处一端具有摇臂1相同的圆形孔用于与轴3相连，在孔的侧壁上具有两个用于焊接的通槽9，轴3与一体阀13在该处焊接固定；瀑布低处一端具有与阀片5相同的圆形特征，具有阀的功能。

如图11所示，实现一体阀整体动作的阀体结构17包括摇臂1、阀片5、垫片4，摇臂1、阀片5、垫片4构成整体件，在使用时，整体动作；摇臂1的内孔与轴3在通槽9处焊接，所述摇臂1两侧端面分别与阀片5和垫片4紧配合；阀片5上形成一体连接的阀片轴18，阀片轴18穿过摇臂1与垫片4上的孔，垫片4设置于摇臂1内孔的上部。

如图12、13所示，阀片轴18与垫片4之间焊接连接或铆接固定，使得阀片5失去转动和摆动功能。

如图14、15所示，阀片轴18穿过摇臂1和垫片4上的孔，垫片4在摇臂1的上部，阀片轴18与摇臂1的孔过盈连接，垫片4通过焊接或铆接方式与阀片轴18固定成一个整体，因此阀片5同样也失去转动和摆动功能。