一種帶海拔高度補償的發動機渦輪增壓器放氣閥的製作方法

2023-04-30 10:14:09 6

本發明總體上涉及一種發動機渦輪增壓器，更具體地說，涉及具有放氣閥的渦輪增壓器，該放氣閥用於控制流向渦輪增壓器的排氣氣流。

背景技術：

內燃機性能受到限制的一個因素是進氣不足，在內燃機上採用渦輪增壓器來增加進氣量改善內燃機性能已經獲得廣泛的研究並成功的應用於工程。然而在某些條件下，渦輪增壓器進氣增壓能力過高，導致缸內爆發壓力過高，發動機可靠性下降；除此之外，渦輪增壓器的超速運轉也會導致渦輪增壓器的損壞。已經公知的是，在流向渦輪增壓器的排氣氣流中使用放氣閥，可以調節流向渦輪增壓器的排氣氣流，從而控制渦輪機葉輪的轉速以及缸內的最大爆發壓力。

相比自然吸氣發動機，帶有放氣閥的渦輪增壓發動機在高海拔工作時更有優勢。然而一個難以解決的問題是，隨著海拔升高，減小的大氣環境壓力會導致放氣閥提前開啟，從而難以兼顧高低海拔工況。例如，隨著海拔升高，大氣壓力降低，同樣進氣壓力的條件下，高海拔進氣流量降低，存在進氣不足，性能變差問題，因此高海拔需要更高的進氣壓力來保持動力性，但由於高海拔大氣壓力較低，克服放氣閥阻力也降低，放氣閥開啟壓力反而減小，導致發動機在高海拔地區難以發揮渦輪增壓應有的巨大優勢。

已經公知的是，通過採用帶電子或液壓控制放氣閥門的增壓器，可以根據不同海拔工況實時調節流向渦輪增壓器的排氣氣流，然而上述控制系統存在布置困難、造價高、可靠性較低等問題。通過採用帶氣囊式氣壓自補償功能的放氣閥，如發明名稱「渦輪增壓器排氣門的海拔高度補償」的中國專利ZL2006101263921，可具有結構簡單以及費用低的優點。但由於該發明採用氣囊通過槓桿直接改變彈簧的安裝彈簧高度原理來控制放氣閥開啟壓力，一方面導致氣囊需克服較高的反作用力，加大了氣囊的體積以提高必要的致動力，另一方面彈簧在運動時氣囊也需跟著一起變化，這導致對放氣閥的精確控制變得困難。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明旨在提出一種帶海拔高度補償的發動機渦輪增壓器放氣閥，具有不同海拔條件下自適應調節放氣閥開啟壓力的功能。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種帶海拔高度補償的發動機渦輪增壓器放氣閥，包括：

閥殼體，一端設有用於連通發動機進氣管的進氣通道，另一端設有通孔，內部設有帶孔擋板，將閥殼體內部空間分隔為第一閥室和第二閥室；

第一活塞機構，設置在第一閥室，包括單杆活塞和其一端活塞杆上套設的第一預緊彈簧，所述單杆活塞的活塞杆的端部經過所述帶孔擋板的孔進入第二閥室，所述第一預緊彈簧的另一端與帶孔擋的一面接觸；

第二活塞機構，設置在第二閥室，包括雙杆活塞、第二預緊彈簧和圓柱齒輪，所述雙杆活塞朝向第一閥室一端的第一活塞杆的端部旋接所述圓柱齒輪；所述雙杆活塞朝向另一端的第二活塞杆上套設第二預緊彈簧，且第二活塞杆的端部穿過閥殼體的通孔與放氣閥門相連，且所述第一活塞杆所處的內部空間通過閥殼體側面的通道與外界環境相通；

致動器罐，設置在閥殼體的外側面，內部通過致動器隔膜分隔為第一致動器室和第二致動器室，所述第一致動器室通過致動器罐側面的通道與外界環境相通，所述第二致動器室內密封一定質量的氣體，所述致動器隔膜朝向第一致動器的一側固定連接控制杆的一端，所述控制杆的另一端與圓柱齒輪配合，將直線運動轉化為圓柱齒輪的旋轉運動，改變所述圓柱齒輪與單杆活塞之間的距離。

進一步的，所述第一活塞杆的端部設有梯形螺紋，通過梯形螺紋與圓柱齒輪中心的內螺紋孔配合旋接。

進一步的，所述控制杆的一端的側面設置有齒條，通過齒條與所述圓柱齒輪嚙合。

進一步的，所述控制杆與閥殼體為間隙滑動配合，且控制杆與閥殼體滑動配合部位的截面為非圓形結構。

相對於現有技術，本發明具有以下優勢：

當大氣壓力降低時，圓柱齒輪與單杆活塞沿軸向的距離增大；當大氣壓力升高時，圓柱齒輪與單杆活塞沿軸向的距離減小；本發明無需電控，結構簡單；致動器隔膜形成的氣囊體積小，制動器承受外界反作用力小，控制精度高。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明實施例所述渦輪增壓器放氣閥的示意圖；

圖2是本發明實施例所述致動器罐與圓柱齒輪配合的截面俯視圖。

附圖標記說明：

1-閥殼體，2-單杆活塞，3-第一預緊彈簧，4-第二閥室，5-第一致動器室，6-致動器罐，7-第二致動器室，8-致動器隔膜，9-雙杆活塞，10-第二預緊彈簧，11-放氣閥門，12-圓柱齒輪，13-控制杆，14-第一通道，15-帶孔擋板，16-第二通道，17-第一閥室，18-進氣通道。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

本發明實施例所述帶海拔高度補償的發動機渦輪增壓器放氣閥，如圖1、2所示，包括閥殼體1；所述閥殼體1內有一帶孔擋板15，該帶孔擋板15把閥殼體1內部空間分隔為第一閥室17和第二閥室4，帶孔擋板15與閥殼體1為一體成型結構；

所述第一閥室17內設有第一活塞機構，包括單杆活塞2和第一預緊彈簧3，該單杆活塞2沿閥殼體1軸向移動，該單杆活塞2的無杆端與閥殼體1形成的內部空間經過進氣通道18與發動機進氣管相通，該單杆活塞2無杆端所受壓力為進氣增壓壓力，該單杆活塞2有杆端與帶孔擋板15形成的內部空間通過第二通道16與外界環境相通，該單杆活塞2的活塞杆經過帶孔擋板15的孔進入第二閥室4，該單杆活塞2的活塞杆套設第一預緊彈簧3，該第一預緊彈簧3對單杆活塞2有杆端施加彈簧力；

所述第二閥室4內有第二活塞機構，包括雙杆活塞9、第二預緊彈簧10和圓柱齒輪12，該雙杆活塞9沿閥殼體軸向移動，該雙杆活塞9靠近第一閥室17一端的第一活塞杆上具有梯形螺紋，該雙杆活塞9靠近第一閥室17一端的空間經過第一通道14與外界環境相通；該雙杆活塞9遠離第一閥室17一端的第二活塞杆穿過閥殼體1一端的孔與放氣閥門11相連，並使該雙杆活塞9遠離第一閥室17一端的空間與外界環境相通；該雙杆活塞9遠離第一閥室17一端的第二活塞杆套設所述第二預緊彈簧10，該第二預緊彈簧10介於雙杆活塞9與閥殼體1之間；所述圓柱齒輪12可活動旋轉，該圓柱齒輪12與雙杆活塞9靠近第一閥室17一端的第一活塞杆沿軸向螺紋連接；

所述閥殼體1外部還固定有一個致動器罐6，該致動器罐6內部包括一致動器隔膜8，該致動器隔膜8把致動器罐6內部空間分割為第一致動器室5和第二致動器室7，第一致動器室5與外界環境相通，第二致動器室7被致動器隔膜8封閉，所述第二致動器室7內密封一定質量的氣體，第二致動器室7內部壓力為一控制壓力；所述致動器隔膜8朝向第一致動器5的致動器隔膜8還固定連接一控制杆13，該控制杆13另一端穿過閥殼體1與圓柱齒輪12配合，該控制杆13與閥殼體1為間隙滑動配合；

當大氣壓力降低時，圓柱齒輪12與單杆活塞2沿軸向的距離增大；當大氣壓力升高時，圓柱齒輪12與單杆活塞2沿軸向的距離減小。

通過採用圓柱齒輪12與雙杆活塞9的第一活塞杆端部的梯形螺紋相連，可以使圓柱齒輪12具有一定的防松能力，防止圓柱齒輪12受單杆活塞2的作用力時輕易移位；

通過採用圓柱齒輪12與控制杆13一側的齒條配合，一方面有利於把控制杆的直線運動轉變為圓柱齒輪12的旋轉運動，另一方面在圓柱齒輪12隨雙杆活塞9沿沿閥殼體1軸向移動時，對控制杆的影響作用較小；

通過對第一預緊彈簧3採用一定的預緊力，一方面可以減少進氣壓力較低時的氣壓波動對單杆活塞2的影響，另一方面降低了單杆活塞2的活塞杆對圓柱齒輪12的衝擊，有效延長系統壽命；

所述控制杆13與閥殼體1滑動配合的部位的截面為非圓形結構設計，可以避免因圓柱齒輪12隨雙杆活塞9沿沿閥殼體1軸向移動時導致控制杆13的發生偏轉，有利於圓柱齒輪12旋轉角度的精確控制。

進氣通道18使發動機進氣管與單杆活塞2無杆端相通，第二通道16使外界大氣環境與單杆活塞2有杆端相通；發動機進氣壓力升高時，單杆活塞2無杆端表面壓力增大，當單杆活塞2無杆端表面壓力大於預緊彈簧3的預緊力以及大氣壓力對單杆活塞2有杆端表面作用力的合力後，單杆活塞2向下移動，逐漸接近圓柱齒輪12並最終與圓柱齒輪12互相作用；當發動機進氣壓力繼續升高至渦輪增壓器放氣閥開啟壓力時，單杆活塞2無杆端壓力克服第一預緊彈簧3的彈簧力、大氣壓力對單杆活塞2有杆端表面作用力、第二預緊彈簧10的預緊力和排氣管壓力對放氣閥門11的作用力(由於雙杆活塞9兩端均與大氣環境相通，運動過程中大氣壓力對兩端的合力接近於0，此處忽略不計)，推動單杆活塞2、圓柱齒輪12、雙杆活塞9以及放氣閥門11向下運動，從而實現對流向渦輪增壓器的排氣氣流進行控制。

當海拔高度升高時，大氣壓力降低，現在參見附圖1和附圖2，致動器罐6中第一致動器室5與外界環境相通，第一致動器室5中的壓力下降，第二致動器7內部壓力對致動器隔膜8的作用力逐漸大於第一致動器室5內部壓力對致動器隔膜8的作用力，致動器隔膜8帶動與之相連的控制杆13左移，圓柱齒輪12逆時針旋轉(圖2所示)，圓柱齒輪12與單杆活塞2的距離增大，單杆活塞2與圓柱齒輪12互相作用時需要克服更多第一預緊彈簧3的彈簧力，從而整體提升渦輪增壓排氣閥的開啟壓力，可以實現更高的增壓壓力。

當海拔高度降低時，大氣壓力增加，現在參見附圖1和附圖2，致動器罐中第一致動器室5與外界環境相通，第一致動器室5中的壓力增加，第一致動器室5內部壓力對致動器隔膜8的作用力逐漸大於第二致動器7內部壓力對致動器隔膜8的作用力，致動器隔膜8帶動與之相連的控制杆13右移，圓柱齒輪12順時針旋轉(圖2所示)，圓柱齒輪12與單杆活塞2的距離減小，單杆活塞2與圓柱齒輪12互相作用時需克服第一預緊彈簧3的彈簧力減小，從而整體降低了渦輪增壓排氣閥的開啟壓力，最高進氣壓力隨之減小，有效降低了缸內最大爆發壓力。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。