带有具有通孔的气缸的阀组件的制作方法
【专利说明】带有具有通孔的气缸的阀组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2012年11月14日提交的并且题为“带有具有通孔的气缸的阀组件”的美国临时申请号61/726，174的优先权及所有权益。
[0003]背景
[0004]披露的领域
[0005]本披露涉及用于排气驱动的涡轮增压器的部件。更具体地，本披露涉及在涡轮机壳体中使用的圆筒或活塞式废气门阀设计，其中气缸具有一个通孔。
[0006]相关技术的说明
[0007]涡轮增压的优点包括功率输出增大、燃料消耗小以及污染物排放减少。不再主要从高功率性能方面来看发动机的涡轮增压，而是视作一种基于较低二氧化碳(CO2)排放的减少燃料消耗和环境污染的手段。当前，涡轮增压的一个主要原因是使用排气能量来减少燃料消耗和排放。在涡轮增压的发动机中，燃烧空气在被供给到发动机之前被预先压缩。该发动机与一个自然吸气发动机相比吸入了相同体积的空气燃料混合物，但由于较高的压力，因此较高的密度的更多的空气和燃料质量以一种受控的方式被供给到燃烧室中。因此可以燃烧更多的燃料，从而发动机的功率输出相对于速度和工作容积增大。
[0008]在排气涡轮增压中，普通情况下被浪费掉的排气能量中的一些能量被用来驱动涡轮机。该涡轮机包括一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮安装在一个轴上并且通过排气流而旋转地驱动。涡轮增压器将一些通常被浪费掉的排气能量中的一些能量返回到发动机，从而有助于发动机效率和节省燃料。被该涡轮机驱动的压缩机吸取过滤的周围空气，将其压缩，并且然后将它供给到发动机。该压缩机包括一个压缩机叶轮，该压缩机叶轮安装在该同一轴上而使得该涡轮机叶轮的旋转致使该压缩机叶轮旋转。
[0009]涡轮增压器典型地包括连接至发动机的排气歧管上的一个涡轮机壳体、连接至发动机的进气歧管上的一个压缩机壳体、以及将该祸轮机壳体和压缩机壳体联接在一起的一个中央轴承壳体。涡轮机壳体内的涡轮机叶轮是由从排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。
[0010]本披露聚焦于布置在涡轮增压器的涡轮机壳体中的一个废气门阀。废气门(WG)阀组件包括能够引导显著部分(实例中为约30% )的排气围绕(即，绕过)涡轮增压器涡轮机的一个阀、通气孔和/或旁道，以用于限制/控制涡轮机工作，因此在适当时仅利用可用排气能量的一部分。由此，WG阀组件调节排气流并且确保涡轮机叶轮不以不希望的速度回转。
[0011]对于固定几何形状的涡轮增压器(即，没有WG)而言，涡轮机必须被选择成使得，在额定条件(高的发动机速度、最大功率)下，涡轮机叶轮速度不过分大。然而，这通常意味着，在峰值转矩条件下(中间发动机速度、最大转矩)，涡轮机壳体是不希望大，从而对瞬时响应和发动机转矩产生负面影响。为了在峰值转矩与额定条件之间获得更好的折中，通常使用废气门。废气门选择性地允许一部分排气流绕过涡轮增压器，确切地讲是绕过涡轮机，从而管理从可用排气流中提取的能量的量。
[0012]减小废气门阀的打开量就减小了允许绕过该涡轮机的排气流的量，这将增大进入进气歧管的空气的压力。用于该阀的致动器可以调整排气是否穿过该废气门而绕过涡轮机。
[0013]废气门阀可以按常规方式例如由气动致动器或电动致动器来操作以允许一些排气流绕过涡轮机。由于更高的要求和增大的荷载，排气温度、压力条件以及废气门阀和致动器上的应力增大。
[0014]常规的废气门阀可能具有大量零件从而是复杂的。此类废气门阀基本上执行打开/关闭功能。
[0015]概述
[0016]本披露提供了具有废气门阀的废气门阀组件，例如带有通孔的可移动气缸。气缸可以被适配成用于旋转形式的滚轮圆筒阀或往复运动形式的活塞阀。该滚轮圆筒阀具有在管状腔室内旋转的一个横向通孔。该活塞阀在带有多个不同特征的管状腔室内线性地往复运动以控制排气流。在活塞阀的一个实施例中，气缸也可以包括一个横向通孔，该横向通孔包括外部径向凹槽，以用于控制排气流。
[0017]布置在涡轮机壳体中的废气门阀是使显著部分的发动机排气流排出或围绕该涡轮机绕行以限制/控制涡轮机工作的一个阀。通过选择性地允许排气流绕过涡轮机，该涡轮增压器在适当时仅使用一部分的可用排气能量。由此，该废气门阀还确保了涡轮机叶轮不以不希望的速度回转。
[0018]包括该滚轮圆筒阀在内的废气门阀可以具有多个横向通孔，例如圆筒中的泪滴形孔，用于调制或精确移动。这些孔提供了用于排气流的可调通路。完全通孔的一个关键优点是精确地控制抬离点时的阀行为。
[0019]该圆筒本身可以是实心的而带有这些通孔作为通路，而不是其中气体径向地进入并轴向地离开的空心圆柱形设计。
[0020]在旋转或往复运动圆筒中的这些通孔可以降低成本。由于这些通孔，该圆筒上的净反作用荷载低。这意味着可以使用更小并且同样更价廉的致动器。另外，可以增强致动器耐用性，因为运行荷载都被减小。还预期有通孔的圆筒概念有助于抵抗滞后，尤其在用于常规气动致动器时。
[0021]该活塞阀是基本上实心的气缸、相对于废气门端口以线性移动方式滑动以便精确控制排气流。通孔可以与该气缸的中心轴线对齐，其中在气缸阻挡排气流并且该气缸的远端允许排气流穿过的实施例中活塞杆可以固定该气缸。替代地或另外，该活塞阀可以包括一个横向通孔，用于排气流穿过。
[0022]具有通孔的基本上实心的气缸优于常规阀组件的优点包括:
[0023]可以调整尤其具有成形(S卩，泪滴形)的孔的圆筒设计、以及具有可变往复运动长度的活塞设计，而常规阀是基本上打开或关闭的；
[0024]排气压力对该圆筒阀或活塞阀施加最小的净转矩/荷载，这意味着可以使用小得多且廉价的电子致动器。通过常规的气动致动器，更低的荷载意味着大大减小的磨损性和改善的耐用性/寿命；
[0025]减小的致动荷载可以使得不需要常规致动器联杆以及朝向“阀关闭”位置所提供的相关联的机械优点；
[0026]该圆筒阀或活塞阀具有与常规废气门阀组件相比更低的复杂性和更少的零件；
[0027]与常规的废气门阀组件相比，圆筒式或活塞式废气门阀组件的制造是更廉价的且组装更容易的；并且
[0028]该圆筒阀不需要经由涡轮机壳体废气门空腔或端口来操作/装配，这意味着该空腔的大小可以被显著减小并且废气门盖板和相关联的机加工/成本是多余的。
[0029]附图的简要说明
[0030]本披露的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中:
[0031]图1是被配置成具有通孔的气缸的一个废气门阀的透视图；
[0032]图2是包括圆筒式废气门阀组件的涡轮机壳体的一部分的截面视图，其中滚轮圆筒阀处于打开位置中；
[0033]图3是包括圆筒式废气门阀组件的涡轮机壳体的一部分的截面视图，其中滚轮圆筒阀处于关闭位置中；
[0034]图4是包括圆筒式废气门阀组件的涡轮机壳体的一部分的截面视图，其中滚轮圆筒阀处于中间位置中；
[0035]图5是被配置成具有轴向通孔的气缸的一个废气门阀的透视图；
[0036]图6是包括活塞式废气门阀组件的涡轮机壳体的一部分的截面视图，其中活塞阀处于打开位置中；
[0037]图7是包括活塞式废气门阀组件的涡轮机壳体的一部分的截面视图，其中另一个活塞阀处于部分打开的位置中；
[0038]图8是包括活塞式废气门阀组件的涡轮机壳体的一部分的截面视图，其中该活塞阀处于关闭位置中；并且
[0039]图9是涡轮机壳体的一部分的截面视图，以虚线示出了部分隐藏的活塞阀，该阀具有一个横向通孔，作为废气门端口内的外部径向凹槽。
[0040]实施方式的详细说明
[0041]涡轮增压器10是总体上已知的，其中压缩机叶轮是经由轴被涡轮机壳体20中的涡轮机叶轮12可旋转地驱动的。在使用排气流来驱动涡轮机叶轮12时，通常可以允许一些排气流绕过涡轮机叶轮12以控制涡轮机工作。
[0042]涡轮机壳体20可以包括一个管状腔室22和一个废气门端口 24，用于绕过该涡轮机叶轮12的排气流。废气门阀组件26、126可以包括在涡轮机壳体20的管状腔室22内可移动的一个阀28、128，该阀选择性地阻挡废气门端口 24以控制穿过废气门端口 24的排气流。阀28、128是相对于废气门端口 24可移动的以便阻挡和露出该废气门端口 24，从而控制排气流，其中一些排气流可以绕过涡轮机叶轮12以控制涡轮机工作，其中涡轮机叶轮12以受控速度进行旋转。
[0043]使用废气阀组件26、126来控制绕过涡轮机叶轮12的排气流。布置在该涡轮机壳体20中的废气门阀28、128是使显著部分的排气流排出或围绕该涡轮机叶轮12绕过以限制/控制涡轮机工作的一个阀。通过选择性地允许排气流绕过涡轮机叶轮12，该涡轮增压器10在适当时仅使用一部分的可用排气能量。由此，使过量的排气流绕过的废气门阀28、128还确保涡轮机叶轮12不以不希望的速度回转。
[0044]可以将废气门阀28、128配置成用于选择性地允许排气流绕过涡轮机叶轮12。废气门阀28、128包括具有通孔32、132的一个气缸30、130。气缸30、130优选地是实心的，除了通孔32、132之外。废气门阀28、128通过改变用于排气流的量或路径的大小来控制该排气流。
[0045]致动器36、136可操作地连接至废气门阀28、128上并且被构造和安排成用于相对于废气门端口 24来移动废气门阀28、128以控制穿过其中的排气流。该致动器36、136可操作地控制气缸30、130的移动。
[0046]如图1至图4所示，圆筒式废气门阀组件26包括气缸30，该气缸是具有横向地延伸贯穿其中的通孔32的一个滚轮圆筒阀28。如图1和图2所示，该通孔32直接横向