通過臂和固持環連接到旋轉閥軸的渦輪增壓器廢氣門提升閥的製作方法

2024-04-12 10:43:05 1

1.本技術總體上涉及用於內燃機的渦輪增壓器，並且更具體地涉及用於連接在致動器和例如廢氣門閥之類的可調整部件之間的曲柄和連杆組件。


背景技術：

2.排氣驅動的渦輪增壓器是與內燃機結合使用的裝置，以用於通過壓縮輸送到發動機的進氣口的空氣以與燃料混合併在發動機中燃燒來增加發動機的功率輸出。渦輪增壓器包括安裝在壓縮機殼體中的軸的一端上的壓縮機葉輪和安裝在渦輪機殼體中的該軸的另一端上的渦輪機葉輪。渦輪機殼體限定了大致環形的腔室，該腔室圍繞渦輪機葉輪並且接收來自發動機的排氣。渦輪機組件包括從該腔室通向渦輪機葉輪的噴嘴。排氣從該腔室通過該噴嘴流動到該渦輪機葉輪，並且該渦輪機葉輪由排氣驅動，該排氣隨後被排放到排氣導管中，該排氣導管可被連接到進一步的處理裝置，例如催化裝置和/或聲音衰減消聲器。因此，渦輪機從該排氣中提取動力並驅動壓縮機。壓縮機通過壓縮機殼體的入口接收環境空氣，並且空氣被壓縮機葉輪壓縮，並隨後從殼體排放到發動機進氣口。
3.渦輪增壓器的渦輪機通常包括布置在渦輪機殼體中的如下位置的閥（通常稱為廢氣門閥（waste gate valve）），即：使得打開該閥使來自發動機的大部分排氣繞過渦輪機葉輪並直接進入到排氣導管中。該廢氣門閥使得能夠控制渦輪機的功率提取，從而控制由壓縮機提供的增壓量。因此，該廢氣門閥可關閉、部分打開至不同程度或完全打開，這取決於發動機的操作狀況和期望的來自渦輪增壓器的增壓量。
4.該廢氣門閥通常由旋轉致動器致動，該旋轉致動器的輸出軸被連接到曲柄。致動器曲柄被可旋轉地耦接到連杆的一端，並且連杆的相對端被可旋轉地耦接到固定到該廢氣門閥的閥軸的曲柄。該閥軸的遠端上的臂被連接到該閥的提升閥（poppet），這通常是通過從該提升閥突出並穿過該臂中的孔接收的銷。盤墊圈被鉚接到該銷的遠端，其中彈簧墊圈設置在該盤墊圈和該臂之間。這種常規的連杆組件存在缺點，例如難以控制提升閥和臂之間的連接的質量。


技術實現要素：

5.本公開描述了一種用於渦輪增壓器的廢氣門組件，該廢氣門組件可減輕或消除上述缺點，並實現本文所述的進一步的優點。特別地，所公開的組件可簡化組裝過程，這是通過促進閥構件臂和提升閥的銷之間的推動連接過程。
6.根據本文公開的一個實施例，一種廢氣門組件包括：閥構件，其包括提升閥，所述提升閥具有銷，所述銷沿銷軸線從所述提升閥延伸並終止於所述銷的遠端處，所述銷的外表面在其中限定至少部分地環繞所述銷軸線的銷槽，所述銷槽沿所述銷軸線與所述提升閥隔開；沿軸軸線延伸的閥軸；臂，其固定到所述閥軸的一端並且從那裡相對於所述軸軸線以傾斜的角度延伸並
終止於遠端處，所述遠端限定與所述遠端相鄰的通孔，所述通孔的內表面在其中限定臂槽，所述銷的縱向部分被設置在所述臂的所述通孔內，使得所述臂槽與所述銷槽對準；以及固持環，其包括形成大致多邊形的非閉合構造的可彈性變形的絲材，使得所述固持環限定多個頂點和多個邊以及兩端，其中，所述多個頂點中的每一個處於所述臂槽內，並且所述多個邊中的至少兩個具有接合在所述銷槽中的部分，從而限制所述臂沿所述銷軸線的移動，並且還包括防止所述提升閥相對於所述臂繞所述銷軸線旋轉移動的防旋轉特徵部，由此所述閥軸繞所述軸軸線的旋轉使所述臂沿著繞所述閥軸線的弧移動所述提升閥。
7.所述固持環不僅以簡單且可重複的方式實現臂和提升閥之間的連接，而且所述固持環還在提升閥上提供偏壓力（即，預加載力），從而在閥關閉時遠離臂並朝向閥座促動提升閥。另外，所述固持環允許提升閥在通孔的軸線的方向上相對於臂的少量移動。這些特性允許提升閥抵靠閥座形成牢固的密封。
8.在一個實施例中，所述防旋轉特徵部通過具有非圓形剖面形狀的銷和所述臂中的具有相對應的非圓形剖面形狀的所述通孔之間的形狀鎖定形成。
9.在另一個實施例中，所述防旋轉特徵部包括限定在所述臂中的凹部和形成在所述提升閥上的突起或鍵，所述鍵被接收到所述凹部中，以防止所述提升閥的旋轉。
10.在一些實施例中，所述固持環的所述兩端延伸到限定在所述臂中的所述凹部中。
11.在其他實施例中，所述臂限定從所述臂的外表面延伸至所述通孔的槽口，並且所述固持環的所述兩端延伸穿過所述槽口。
附圖說明
12.已經概括地描述了本公開，現在將參考附圖，這些附圖不一定按比例繪製，並且其中：圖1是根據本發明的實施例的渦輪增壓器的等距視圖；圖2是該渦輪增壓器的另一等距視圖，其總體上觀察渦輪機殼體中的孔；圖3是圖2的渦輪增壓器的分解圖，其示出了從渦輪機殼體分解開來的提升閥、旋轉閥構件和廢氣門閥的固持環；圖4是沿垂直於閥提升閥（valve poppet）的銷的平面的圖2的渦輪增壓器的剖視圖；圖5是旋轉閥構件的平面圖；圖6是沿圖5中的線6-6的閥構件的剖視圖；圖7是旋轉閥構件的側視圖；圖8是沿圖7中的線8-8的剖視圖；圖9是去掉了提升閥的旋轉閥構件和固持環的分解圖；圖9a是固持環的平面圖；圖9b是旋轉閥軸和臂的平面圖；圖10是示出了旋轉閥構件的分解圖，該旋轉閥構件具有預安裝在其中的固持環，該固持環準備被推到提升閥的銷上；圖11類似於圖10，但臂的一部分已被移除，以使得能夠看到固持環預安裝在臂槽中；
圖12圖示了將臂連接到提升閥的推動連接過程的啟動，其中銷的錐形端開始使固持環徑向向外擴張；圖13圖示了當臂被進一步推到銷上以使固持環進一步擴張時的該推動連接過程中的稍後時間；圖14圖示了該推動連接過程中的更後的時間，此時臂槽已與銷槽對準，並且固持環已徑向向內收縮，使得其側面的一部分處於銷槽內，從而將提升閥捕獲性地連接到臂；圖15是示出了旋轉閥構件和固持環的替代實施例的分解圖；圖15a是該替代實施例的固持環的平面圖；圖16是旋轉閥構件的分解圖，其中固持環預安裝在其通孔中，並且提升閥準備用於連接到閥構件的臂；圖17是一分解圖，其示出了替代實施例的旋轉閥構件，該旋轉閥構件具有預安裝在其中的固持環，臂的一部分已被移除，以使得能夠看到固持環預安裝在臂槽中，準備被推到提升閥的銷上；圖18圖示了將臂連接到提升閥的推動連接過程的啟動，其中銷的錐形端開始使固持環徑向向外擴張；圖19圖示了當臂被進一步推到銷上以使固持環進一步擴張時的該推動連接過程中的稍後時間；圖20圖示了該推動連接過程中的更後的時間，此時臂槽已與銷槽對準，並且固持環已徑向向內收縮，使得其側面的一部分處於銷槽內，從而將提升閥捕獲性地連接到臂；圖21a至21c相應地是根據本發明的一個實施例的固持環的頂視圖、側視圖和等距視圖；以及圖22a至22c相應地是根據本發明的另一實施例的固持環的頂視圖、側視圖和等距視圖。
具體實施方式
13.現在將參照上述附圖更詳細地描述本公開，這些附圖描繪了本公開所屬的本發明的一些但不是全部實施例。這些發明可按照各種形式實施，包括本文未明確描述的形式，並且不應被解釋為限於本文描述的特定的示例性實施例。在下面的描述中，相同的附圖標記自始至終指代相同的元件。
14.圖1圖示了根據本發明的實施例的渦輪增壓器10。該渦輪增壓器包括：壓縮機12，其具有安裝在壓縮機殼體16內的壓縮機葉輪（不可見），該壓縮機殼體16限定用於該壓縮機的空氣入口17；以及渦輪機22，其包括渦輪機葉輪25（圖3），該渦輪機葉輪25安裝在渦輪機殼體24內並連接到也與壓縮機葉輪連接的軸（不可見）。中央殼體20被設置在壓縮機殼體和渦輪機殼體之間並固定到這兩者，並且包含用於該軸的軸承。
15.渦輪機殼體24限定了圍繞渦輪機葉輪25的環形腔室，以用於接收來自內燃機（未示出）的排氣。排氣經由渦輪機噴嘴從該腔室被引導到渦輪機葉輪上。在某些操作狀況下，期望使一些排氣繞過渦輪機葉輪並直接進入到下遊的排氣導管中，並且為此，渦輪增壓器通常包括廢氣門閥30（圖2-4），該廢氣門閥30布置成用於打開和關閉由渦輪機殼體限定的旁路通道29（圖3）。該旁路通道連接在排氣腔室和渦輪機葉輪下遊的渦輪機殼體的排放孔
之間。因此，當廢氣門閥打開時，一些排氣通過該閥並由此繞過渦輪機葉輪。
16.參考圖1，該廢氣門閥的調節由致動器40實現，該致動器40經由包括第一曲柄c1、連杆l和第二曲柄c2的運動連杆裝置來連接到該閥。閥30具有旋轉閥軸32，並且第一曲柄c1的一端被剛性地固定到該閥軸。致動器40具有旋轉輸出軸42，並且第二曲柄c2的一端被剛性地固定到該輸出軸。連杆l的第一端被可旋轉地耦接到第一曲柄c1，並且該連杆的相對的第二端被可旋轉地耦接到第二曲柄c2。因此，致動器軸42的旋轉使得兩個曲柄和連杆將旋轉賦予閥軸32。
17.如圖3和圖4中最佳地看到的，渦輪機殼體限定了軸承孔27，在該軸承孔27中安裝襯套23，並且廢氣門閥的閥軸32延伸穿過該襯套，這允許該軸繞其軸線旋轉，並且由此使該閥打開或關閉旁路通道29。為此，渦輪機殼體限定了閥座21，其圍繞該旁路通道的開口端。該廢氣門閥包括提升閥38，其具有盤形形狀，並且尺寸設定和構造成鄰接閥座21，使得該提升閥關閉該旁路通道。該提升閥包括整體的銷p，其垂直於該盤的平面從提升閥的中心突出。該銷被接收到在固定到閥軸32的端部的臂34的遠端處形成的通孔35中，該臂相對閥軸軸線以傾斜的角度延伸。該銷與該臂的連接通過固持環40以下述方式來實現。
18.固持環40由可彈性變形的絲材通過任何合適的工藝形成，例如，如通常用於卷簧（rolling spring）等的軋制工藝，使得固持環具有非閉合的大致多邊形形狀，即，在絲材的相對端之間保留有間隙。如圖9a中所示，該環形成為具有多個頂點v和多個邊s，這些邊s中的每一個在兩個所述頂點之間延伸。在圖9a的實施例中，固持環為大致u形，從而具有兩個頂點v和三個邊s。術語「頂點（vertex）」和「頂點（vertices）」不要求或暗示它們必須為尖角，這在實踐中將是不可能的，始終需要在每個頂點處具有絲材的非零的曲率半徑。此外，術語「邊」不要求或暗示這些邊必須是線性的，儘管可如附圖中所示使用線性邊。
19.如所述，臂34限定了通孔35。該孔的內表面限定了至少部分地環繞該孔的中心軸線的臂槽ag。該臂槽的徑向深度和軸向長度相對於絲材的直徑設定尺寸，使得絲材的一部分可被接收到該臂槽中。
20.為該固持環提供頂點和邊使得該環的頂點v能夠接合在臂槽ag中，同時邊s保持在該臂槽的徑向外壁的徑向內部，如圖8中最佳地看到的。有利地，如圖10中所示，固持環40在連接到提升閥的銷之前被預安裝在臂34中。為了便於將該固持環安裝到該臂中，該臂包括從該臂的外部面延伸到通孔35中的槽口36。該固持環被推過該槽口，直到該固持環的頂點被安置到該臂槽中。該固持環絲材的兩端以超過槽口36的寬度的間距遠離彼此張開。當該固持環被完全安裝到臂中時，絲材的兩端從該槽口伸出並被該槽口的側壁壓向彼此（比較圖8和圖9a）。
21.關於圖9b，閥構件的臂34中的通孔35是非圓形的。在所示實施例中，該孔的形狀包括在一側上具有平面部的圓形。如圖10中所示，提升閥38上的銷p相對應地具有非圓形的剖面形狀，該非圓形的剖面形狀由在一側上具有平面部f的圓形組成，從而與臂中的非圓形孔35互補。因此，在這些互補形狀之間發生形狀鎖定，使得防止提升閥相對於臂繞銷軸線旋轉，從而包括用於閥裝置的非旋轉特徵部。
22.現在關於圖11-14，描述了用於將提升閥連接到閥構件的臂的推動連接過程。在這些圖中，臂34的一部分已被移除，使得可看到固持環40。圖11示出了在推動連接過程之前的未連接組件。提升閥38的銷p沿銷軸線延伸並終止於遠端處。該銷的大致圓柱形的外表面在
其中限定了銷槽pg。該銷槽的徑向深度和軸向長度相對於形成固持環40的絲材的直徑來選擇。在銷槽的遠側，該銷限定了錐形端te。具有預安裝的固持環40的臂34與提升閥的銷的連接是簡單的推動連接過程，其中該銷的錐形端接觸該固持環並促使其徑向擴張。更具體而言，是該環的邊s徑向向外彈性變形（參見圖12和圖13）。
23.然後，將該臂進一步推到銷上將使臂槽ag與銷槽pg對準，如圖14中最佳地看到的。一旦這些槽對準，固持環40就在絲材的恢復力的作用下彈性地朝向其鬆弛狀態返回，並且作為結果，該環的邊s接合在銷的銷槽pg中。同時，固持環的頂點v接合在臂槽ag中，如圖8中所描繪的。因此，該固持環捕獲地（captively）保持臂與銷連接，以限制臂沿銷軸線的軸向移動。如前所述，通過銷和臂孔之間的形狀鎖定，來防止臂相對於銷旋轉。該固持環允許提升閥38沿通孔35的軸向方向相對於臂34的少量移動。此外，當固持環具有非平面的自由形狀時（例如，如圖21和圖22的實施例中那樣），當閥關閉時，其還在提升閥上施加偏壓力，從而趨於將提升閥推靠閥座。
24.圖15-20圖示了本發明的第二實施例，其中固持環40'具有不同的構造，並且防旋轉特徵部也不同於第一實施例的防旋轉特徵部。如圖15中所見，修改的臂34'具有通孔35'，該通孔35'為大致圓形的，但與臂中的另一凹部r連接以形成鑰匙孔形狀。提升閥38'包括鍵k，其包括處於銷p'的一側上並平行於銷p'延伸的短柱或突起。當提升閥被連接到臂34'時，該鍵裝配到凹部r的底側中，並且由此防止提升閥繞銷旋轉。固持環40'（圖15a）為大致ω形，從而具有四個頂點v和三個邊s。圖16示出了預安裝在臂34'的臂槽ag中的固持環（並且在該狀態下是鬆弛的，或者僅被槽的外壁略微徑向向內壓縮）。絲材的兩端延伸到凹部r中。固持環40'的功能基本上類似於第一實施例的固持環40。當臂被推到銷上時（圖18和圖19），銷的錐形端te使固持環的邊徑向向外擴張，並且一旦臂槽ag與銷槽pg對準，這些邊就朝向其原始構造返回，並且環的頂點v接合在臂槽中，同時邊s接合在銷槽中（圖20）。
25.本發明不限於固持環的任何特定構造。上述實施例包括平面固持環，但本發明不限於平面環。圖21a至21c描繪了為大致u形且非平面的固持環140的替代實施例。圖22a至22c圖示了為大致ω形且非平面的固持環240的又一實施例。也可使用其他構造（矩形、三角形、五邊形等）。雖然所示的固持環具有遠離彼此向外張開的絲材的兩端，但這兩端也可朝向彼此延伸，或者平行於彼此。
26.基於本公開，本領域技術人員將認識到，在不脫離本文描述的發明構思的情況下，可作出本文描述的發明的修改和其他實施例。本文所用的特定術語用於解釋的目的，而非限制的目的。因此，本發明不限於所公開的具體實施例，並且這些修改和其他實施例旨在包括在所附權利要求的範圍內。