一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的製作方法

2023-04-30 10:13:42 1

本發明涉及汽車技術領域，尤其涉及一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器。

背景技術：

隨著世界各國對汽車尾氣排放要求的越來越高，降油耗、降排放成為各大整車廠目前最重要的目標。新能源汽車無疑是降油耗、降排放最有效的方式，但是受限於技術能力、生產成本以及顧客的接受程度，短時間內無法滿足未來幾年法律法規對各整車廠的排放要求。因此在現有燃油發動機上進行技術升級仍是目前最主要的手段，其中，使用渦輪增壓器降低發動機排量，提高功率、扭矩密度是目前最容易實現、效果最明顯，且成本也在可接受範圍的方法，也因此，渦輪增壓器在發動機上的應用越來越普遍。

為了提高顧客滿意度，降低渦輪增壓器的渦輪遲滯，提高汽車的低速扭矩及加速性能，增壓器渦端一般採用低轉動慣量的小直徑渦輪，但為保證渦輪增壓器在發動機高負荷時安全工作，必須將增壓器承受能力之外的廢氣旁通掉，避免葉輪超速。因此，目前市場上在售的大多數車用渦輪增壓器，尤其是汽油機增壓器，在渦殼上都會集成設計廢氣旁通閥孔，並通過控制機構(電控執行器/氣動執行器)和執行機構(拉杆、)來控制廢氣旁通的比例；但不管氣動執行器還是電控執行器，目前都是通過與執行器相連的連杆直線運動，驅動設置在渦殼外部的與渦殼內部閥蓋搖臂相連接的曲柄，曲柄通過旋轉運動驅動閥蓋搖臂轉動，從而控制閥蓋的開啟角度。

現有技術中，將拉杆的直線運動轉換為閥蓋的旋轉運動，通過閥蓋轉動角度的大小來控制廢氣放氣量，在該種設計方案中，拉杆運動行程與放氣面積不是線性關係，即增壓器放氣量控制不夠線性，體現在實際工況中，就是發動機在廢氣閥門小開度時會出現扭矩波動，標定困難；

另外，現有技術方案中，閥蓋搖臂兩端受力不均勻，易導致閥蓋搖臂與襯套產生不均勻磨損，後期存在襯套漏氣量增大、閥蓋搖臂轉動卡滯等失效風險。

再有，現有技術閥蓋搖臂在襯套旋轉運動，曲柄銷在拉桿頭中旋轉運動，兩個摩擦副產生的摩擦力會增加執行器的負載。

其次，現有技術方案生產及裝配工藝複雜，成本較高：閥蓋搖臂與襯套需進行焊接，曲柄與曲柄銷之間也需要進行焊接或者鉚接，閥蓋搖臂需要先鑄造再進行機加工。

因此，本領域的技術人員致力於開發一種直線往復驅動的廢氣旁通系統及渦輪增壓器，提高增壓器廢氣旁通控制的線性度，進而降低增壓器標定難度；同時降低襯套的失效風險，並降低執行器的負載；降低增壓器零部件生產及裝配工藝難度，節省成本，提高產品競爭力。

技術實現要素：

有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是開發一種直線往復驅動的廢氣旁通系統及渦輪增壓器，提高增壓器廢氣旁通控制的線性度，進而降低增壓器標定難度；同時降低襯套的失效風險，並降低執行器的負載；降低增壓器零部件生產及裝配工藝難度，節省成本，提高產品競爭力。

為實現上述目的，本發明提供了一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器，包括渦輪機、中間體軸承系統和壓氣機，渦輪機還包括廢氣旁通系統；其中廢氣旁通系統包括旁通孔、臺階通孔、襯套、閥蓋組件，臺階通孔被設置為與旁通孔同軸，並被設置在旁通孔出氣方向的反向位置，該臺階通孔應該在保證不破壞渦殼流道幾何形狀的前提下，滿足渦殼強度要求，可以通過增加該處臺階的高度來保證壁厚；襯套被設置為通過過盈配合安裝在臺階通孔中，閥蓋組件包括閥蓋、閥蓋驅動軸與閥蓋定位墊片，閥蓋的中心和閥蓋定位墊片的中心設有通孔，閥蓋驅動軸與閥蓋、閥蓋定位墊片連接的一端設計兩級凸臺，內側凸臺被設置為用來對閥蓋進行限位，外側凸臺被設置為用來對閥蓋定位墊片進行限位；閥蓋驅動軸與閥蓋中心的通孔的孔徑向被設置為具有間隙，內側凸臺和外側凸臺之間的距離被設置為大於閥蓋的厚度0.2～0.4mm，以保證閥蓋可以小範圍活動，以避免襯套與放氣閥孔因同軸度誤差產生剛性接觸，從而保證閥蓋的密封效果。

進一步地，閥蓋驅動軸的第一端部被設置為具有螺紋，並穿過襯套延伸到渦殼外，螺紋的大徑尺寸被設置為小於未加工螺紋的閥蓋驅動軸軸徑，以保證不與襯套幹涉。

進一步地，閥蓋驅動軸的第一端部被設置為與C型套的一端通過兩個螺栓固定在一起，C型套的另一端被設置為通過鉚接與氣動執行器的拉杆末端相連接。

進一步地，氣動執行器被設置為安裝在與壓殼鑄造在一起的執行器支架上，氣動執行器被設置為往復式氣動執行器，代替市場上的旋轉開閉式廢氣閥門執行機構，以提高廢氣放氣控制的線性度。

進一步地，氣動執行器被設置為可採用正壓驅動的氣動執行器、負壓驅動的氣動執行器、直線驅動的電控執行器中的一種，但不能採用旋轉驅動的電控執行器。

進一步地，閥蓋驅動軸的第一端下側的緊固螺栓被設置為調節緊固螺栓的位置來調整閥蓋的預緊力和開啟壓力。

進一步地，閥蓋驅動軸與C型套連接處的兩個螺栓被設置為調節螺栓來調整閥蓋的開啟壓力。

進一步地，閥蓋驅動軸與鉚接後的C型套在拉杆軸向被設置有0.1～0.3mm間隙。

進一步地，閥蓋驅動軸的第一端下側的緊固螺栓與襯套外平面的距離、C型套上側平面與執行器支架下側平面之間的距離被設置為大於氣動執行器的最大工作行程，以避免在運動過程中產生幹涉。

進一步地，閥蓋驅動軸與閥蓋中心的通孔的孔徑向之間的間隙被設置為0.1～0.3mm。

技術效果

1、本申請採用直線往復式廢氣閥門控制機構，相對於現有的旋轉開閉式控制機構，省掉了外部曲柄，同時省掉了曲柄與閥蓋搖臂、曲柄與曲柄銷的焊接工藝，結構更簡單，零部件加工、裝配成本更低，提高了產品競爭力；

2、本申請對廢氣旁通量的控制更線性，增壓器標定更簡單，標定效率提升，標定成本降低；

3、本申請相對於現有技術方案減少了襯套與閥蓋搖臂、拉桿頭與曲柄銷之間的轉動摩擦副，減少了摩擦損失，對氣動執行器的負荷要求降低，同時減少了對襯套的磨損，提升了襯套的使用壽命。

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。

附圖說明

圖1是本發明的一個較佳實施例的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的總成圖。

圖2是本發明的一個較佳實施例的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的總成剖面圖。

圖3是本發明的一個較佳實施例的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的襯套局部放大圖。

圖4是本發明的一個較佳實施例的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的閥蓋組件放大圖。

圖5是本發明的一個較佳實施例的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的C型套局部放大圖。

圖6是本發明的一個較佳實施例的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器的閥蓋驅動軸兩級凸臺放大圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的一較佳實施例提供了一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器，渦輪增壓器包括吸收高溫廢氣能量的渦輪機100(包括渦輪、渦殼及流道、及附屬機構)，傳遞能量的中間體軸承系統200(包括轉軸、軸承及冷卻潤滑連接機構)和壓縮新鮮空氣的壓氣機300(包括壓輪、壓殼流道、及附屬機構)。

如圖2的剖面總成圖所示，本發明將從A、B、C三個剖面放大圖詳細說明。

如圖3所示，本發明的一較佳實施例中的一種具有直線往復驅動的廢氣旁通系統的渦輪增壓器在渦殼廢氣旁通孔的背面設有一個與旁通孔同軸的臺階通孔108，臺階通孔108在保證不破壞渦殼流道幾何形狀的前提下，滿足渦殼強度要求，通過增加該處臺階的高度來保證壁厚；襯套104通過過盈配合安裝在臺階通孔108中，通過控制與閥蓋驅動軸107之間的間隙，來控制該處的漏氣量，同時通過材料的選擇，來保證生命周期內閥蓋驅動軸107對襯套104的的磨損量在可接受範圍內；

如圖4所示，閥蓋組件由閥蓋103、閥蓋驅動軸107、閥蓋定位墊片106組成，閥蓋103、閥蓋定位墊片106的中心設有通孔，閥蓋驅動軸107與閥蓋103、閥蓋定位墊片106連接的一端設計兩級凸臺109(如圖6所示)，其中，內側凸臺用來對閥蓋103進行限位，外側凸臺用來對閥蓋定位墊片106進行限位；閥蓋驅動軸107與閥蓋103中心孔徑向設有0.1～0.3mm的間隙，同時兩級凸臺之間的距離設置為大於閥蓋103厚度0.2～0.4mm，以保證閥蓋103可以小範圍活動，以避免襯套104與放氣閥孔因同軸度誤差產生剛性接觸，從而保證閥蓋103的密封效果；閥蓋驅動軸107的第一端設計有螺紋，並穿過襯套104延伸到渦殼外，螺紋的大徑尺寸要小於未加工螺紋的閥蓋驅動軸軸徑，以保證不與襯套幹涉；其中，閥蓋驅動軸107第一端與C型套304通過兩個螺栓固定在一起，C型套304的另一端通過鉚接與氣動執行器301的拉杆302末端連結在一起，如圖5所示，C型套304與拉杆302鉚接要留有0.1～0.3mm的軸向餘量，以避免執行器拉杆302與閥蓋驅動軸107的同軸誤差產生剛性折彎力，提高C型套304的使用壽命，同時降低閥蓋驅動軸107與襯套104之間的磨損。

閥蓋驅動軸107螺紋端下側的緊固螺栓與襯套104外平面的距離、C型套304上側平面與執行器支架301下側平面之間的距離(負壓控制，正壓無要求)要大於執行器的最大工作行程，以避免在運動過程中產生幹涉；可以通過調節閥蓋驅動軸107螺紋端的緊固螺栓的位置，來調整閥蓋組件的預緊力及開啟壓力，靈活性與市場現有設計方案相同；在設計放氣閥孔的直徑時，要考慮閥蓋驅動軸佔用的放氣面積；可以通過調整閥蓋驅動軸107與C型套304連接處兩個螺栓的位置，來調整閥蓋的開啟壓力，從而提高批量生產的產品的一致性。

如圖1所示，氣動執行器301安裝在與壓殼鑄造在一起的執行器支架305上，氣動執行器301可採用正壓驅動，也可以採用負壓驅動，該執行器也可以採用直線驅動的電控執行器，但不能採用旋轉驅動的電控執行器；本發明採用直線往復式廢氣閥門執行機構，來代替市場上的旋轉開閉式廢氣閥門執行機構，以提高廢氣放氣控制的線性度。

本申請採用直線往復式廢氣閥門控制機構，相對於現有的旋轉開閉式控制機構，省掉了外部曲柄，同時省掉了曲柄與閥蓋搖臂、曲柄與曲柄銷的焊接工藝，結構更簡單，零部件加工、裝配成本更低，提高了產品競爭力；本申請對廢氣旁通量的控制更線性，增壓器標定更簡單，標定效率提升，標定成本降低；本申請相對於現有技術方案減少了襯套與閥蓋搖臂、拉桿頭與曲柄銷之間的轉動摩擦副，減少了摩擦損失，對氣動執行器的負荷要求降低，同時減少了對襯套的磨損，提升了襯套的使用壽命。

以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。