CN107060993B - 一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，配合进气增压通道的气体压力调节流向涡轮增压器的排气气流，包括壳体；壳体内设有若干分隔板，将壳体内部空间分为两位三通气动阀、致动器、可调节流装置和气囊式压力补偿装置四个子部分；两位三通气动阀和致动器均与进气增压通道连通；两位三通气动阀控制流经致动器的气流运动方向；可调节流装置改变流经致动器的气体压力大小；气囊式压力补偿装置控制可调节流装置的开度。本发明的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，结构简单，无需外部能源，进气压力的实时变化对涡轮增压器放气阀开启压力的精确控制影响作用小。

Description

一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀

技术领域

本发明属于发动机涡轮增压器技术领域，尤其是涉及一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，用于控制流向涡轮增压器的排气气流。

背景技术

内燃机性能受到限制的一个因素是进气不足，在内燃机上采用涡轮增压器来增加进气量改善内燃机性能已经获得广泛的研究并成功的应用于工程，然而在某些条件下，涡轮增压器进气增压能力过高，导致缸内爆发压力过高，发动机可靠性下降，除此之外，涡轮增压器的超速运转也会导致涡轮增压器的损坏。已经公知的是，在流向涡轮增压器的排气气流中使用放气阀，可以调节流向涡轮增压器的排气气流，从而控制涡轮机叶轮的转速以及缸内的最大爆发压力。

相比自然吸气发动机，带有放气阀的涡轮增压发动机在高海拔工作时更有优势。然而一个难以解决的问题是，随着海拔升高，减小的大气环境压力会导致放气阀提前开启，从而难以兼顾高低海拔工况。例如，随着海拔升高，大气压力降低，同样进气压力的条件下，高海拔进气流量下降，同样存在进气不足，性能变差问题，因此高海拔需要更高的进气压力来保持动力性，但由于高海拔大气压力较低，克服放气阀阻力也降低，放气阀开启压力反而减小，导致发动机在高海拔地区难以发挥涡轮增压应有的巨大优势。

已经公知的是，通过采用带电子或液压控制放气阀门的增压器，可以根据不同海拔工况实时调节流向涡轮增压器的排气气流，然而上述控制***存在布置困难、造价高、可靠性较低等问题。通过采用带气囊式气压自补偿功能的放气阀，如发明名称“涡轮增压器排气门的海拔高度补偿”的中国专利ZL2006101263921，可具有结构简单以及费用低的优点，但由于该发明采用气囊通过杠杆直接改变弹簧的安装弹簧原理来控制放气阀开启压力，一方面导致气囊需克服较高的反作用力，加大了气囊的体积以提高必要的致动力，另一方面弹簧在运动时对气囊产生了一定干扰，这导致对放气阀的精确控制变得困难。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，以实现根据不同海拔高度的不同大气压对涡轮增压器放气阀气流的适应性调节。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，配合进气增压通道的气体压力调节流向涡轮增压器的排气气流，包括壳体；

壳体内设有若干分隔板，将壳体内部空间分为两位三通气动阀、致动器、可调节流装置和气囊式压力补偿装置四个子部分；

两位三通气动阀和致动器均与进气增压通道连通；

两位三通气动阀控制流经致动器的气流运动方向；

可调节流装置改变流经致动器的气体压力大小；

气囊式压力补偿装置控制可调节流装置的开度。

进一步的，致动器包括单杆活塞、第一预紧弹簧和放气阀门；

单杆活塞的活塞与分隔板及壳体的内壁滑动密封配合，活塞杆位于活塞的下端，且活塞杆的下端穿过壳体并伸至外界；

放气阀门固定在活塞杆的下端，控制调节流向涡轮增压器的排气气流；

单杆活塞的无杆端一侧通过第一通道与进气增压通道连通，另一侧通过节流开口与可调节流装置连通；

单杆活塞的活塞下端连接有第一预紧弹簧。

进一步的，两位三通气动阀包括阀芯和第二预紧弹簧；

阀芯上表面与进气增压通道连通，阀芯下表面通过阀腔开口与外界大气环境连通，两位三通气动阀和可调节流装置之间的分隔板上设有第二通道；

阀芯与分隔板及壳体的内壁滑动密封配合，该阀芯的下端连接有第二预紧弹簧；

阀芯内设有第三通道和第四通道，环绕阀芯的外回转侧表面分别设有第一环形凹槽和第二环形凹槽，第三通道的两端分别与进气增压通道和第二环形凹槽连通，第四通道的两端分别与阀腔开口和第一环形凹槽连通；

当第二环形凹槽与第二通道相通时，两位三通气动阀处于A位状态，当第一环形凹槽与第二通道相通时，两位三通气动阀处于B位状态；

且第二预紧弹簧的弹簧力小于第一预紧弹簧的弹簧力。

进一步的，可调节流装置包括固定螺栓和带帽螺母；

固定螺栓的一端固定在壳体的内壁上，另一端与带帽螺母螺纹配合；

带帽螺母的顶端呈锥形，并与节流开口相对配合形成锥形节流通道；

带帽螺母的中部环绕该带帽螺母的旋转外侧面设有齿轮状结构。

进一步的，带帽螺母的无帽端为锯齿型螺纹，并与固定螺栓互相旋转配合且自锁，其内部形成螺母密闭空间，螺母密闭空间的侧壁上开设有一与带帽螺母外表面连通的第五通道。

进一步的，气囊式压力补偿控制装置包括气囊和控制杆；

气囊内部充有气体，该气囊的上端固定在壳体上，下端与控制杆的上端固定连接；

气囊外表面通过压力补偿开口与外界大气环境相同；

控制杆的下端穿过隔板并伸至可调节流装置，该控制杆上设有沿控制杆中心轴线方向的齿条结构，齿条结构与齿轮状结构啮合。

进一步的，两位三通气动阀还包括一挡圈，挡圈固定在阀芯及第二通道的下方。

进一步的，控制杆的下端伸出壳体，并与壳体滑动密封配合。

相对于现有技术，本发明的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀具有以下优势：

(1)本发明的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，结构简单，无需外部能源，进气压力的实时变化对涡轮增压器放气阀开启压力的精确控制影响作用小。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀中的两位三通气动阀处于A位机能状态下的装配图；

图2为本发明实施例的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀中的两位三通气动阀处于B位机能状态下的装配图；

图3为本发明实施例的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀中的两位三通气动阀的阀芯放大示意图。

附图标记说明：

1-壳体；2-进气增压通道；3-两位三通气动阀；4-阀芯；5-第一通道；6-第二预紧弹簧；7-挡圈；8-致动器；9-单杆活塞；10-第一预紧弹簧；11-放气阀门；12-节流开口；13-第五通道；14-可调节流装置；15-固定螺栓；16-带帽螺母；17控制杆；18-气囊；19-气囊式压力补偿控制装置；20-第二通道；21-阀腔开口；22-分隔板；25-压力补偿开口；42-第三通道；43-第四通道；44-第一环形凹槽；45-第二环形凹槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至3所示，本发明配合进气增压通道的气体压力调节流向涡轮增压器的排气气流，包括壳体1；

壳体1内设有若干分隔板22，将壳体1内部空间分为两位三通气动阀3、致动器8、可调节流装置14和气囊式压力补偿装置19四个子部分；

两位三通气动阀3和致动器8均与进气增压通道2连通；

两位三通气动阀3控制流经致动器8的气流运动方向；

可调节流装置14改变流经致动器8的气体压力大小；

气囊式压力补偿装置19控制可调节流装置14的开度。

致动器8包括单杆活塞9、第一预紧弹簧10和放气阀门11；

单杆活塞9的活塞与分隔板22及壳体1的内壁滑动密封配合，活塞杆位于活塞的下端，且活塞杆的下端穿过壳体1并伸至外界；

放气阀门11固定在活塞杆的下端，控制调节流向涡轮增压器的排气气流；

单杆活塞9的无杆端一侧通过第一通道5与进气增压通道2连通，另一侧通过节流开口12与可调节流装置14连通；

单杆活塞9的活塞下端连接有第一预紧弹簧10。

两位三通气动阀3包括阀芯4和第二预紧弹簧6；

阀芯4上表面与进气增压通道连通，阀芯4下表面通过阀腔开口21与外界大气环境连通，两位三通气动阀3和可调节流装置14之间的分隔板22上设有第二通道20；

阀芯4与分隔板22及壳体1的内壁滑动密封配合，该阀芯4的下端连接有第二预紧弹簧6；

阀芯4内设有第三通道42和第四通道43，环绕阀芯4的外回转侧表面分别设有第一环形凹槽44和第二环形凹槽45，第三通道42的两端分别与进气增压通道2和第二环形凹槽45连通，第四通道43的两端分别与阀腔开口21和第一环形凹槽44连通；

当第二环形凹槽45与第二通道20相通时，两位三通气动阀3处于A位状态，当第一环形凹槽44与第二通道20相通时，两位三通气动阀3处于B位状态；

且第二预紧弹簧6的弹簧力小于第一预紧弹簧10的弹簧力。

可调节流装置14包括固定螺栓15和带帽螺母16；

固定螺栓15的一端固定在壳体1的内壁上，另一端与带帽螺母16螺纹配合；

带帽螺母16的顶端呈锥形，并与节流开口12相对配合形成锥形节流通道；

带帽螺母16的中部环绕该带帽螺母16的旋转外侧面设有齿轮状结构。

带帽螺母16的无帽端为锯齿型螺纹，并与固定螺栓15互相旋转配合且自锁，其内部形成螺母密闭空间，螺母密闭空间的侧壁上开设有一与带帽螺母16外表面连通的第五通道13

气囊式压力补偿控制装置19包括气囊18和控制杆17；

气囊18内部充有气体，该气囊18的上端固定在壳体上，下端与控制杆17的上端固定连接；

气囊外表面通过压力补偿开口25与外界大气环境相同；

控制杆17的下端穿过隔板并伸至可调节流装置14，该控制杆17上设有沿控制杆中心轴线方向的齿条结构，齿条结构与齿轮状结构啮合。

两位三通气动阀3还包括一挡圈7，挡圈7固定在阀芯4及第二通道20的下方。

控制杆17的下端伸出壳体1，并与壳体1滑动密封配合。

压力补偿开口25与外界大气环境相通，故气囊18外表面与外界大气环境相通，当海拔高度及大气压力变化时，气囊18大小随之变化，从而带动控制杆17伸长或缩短，进而通过控制杆17上的齿条结构带动带帽螺母16上的齿轮状结构转动，实现带帽螺母16的锥形顶端相对于节流开口12的靠近及远离；

当海拔高度增大即大气压力降低时，控制杆17伸长，带帽螺母16绕固定螺栓15旋转并远离节流开口12，可调节流装置14配合节流开口12形成的锥形节流通道开度趋向增大；

当海拔高度降低即大气压力升高时，控制杆17缩短，带帽螺母16绕固定螺栓15旋转并接近节流开口12，可调节流装置14配合节流开口12形成的锥形节流通道开度趋向减小。

当进气增压通道内的相对压力小于等于第二预紧弹簧6的预紧力时即进气增压通道内的绝对压力小于等于外界大气压力和第二预紧弹簧6的预紧力之和)，两位三通气动阀3处于A位机能，此时进气增压通道一方面分别经过第三通道42、第二环形凹槽45、第二通道20和可调节流装置14一端相通，另一方面分别经过第一通道5、单杆活塞9无杆端、锥形节流通道12和可调节流装置14另一端相通；

当进气增压通道内的相对压力大于第二预紧弹簧6的预紧力时即进气增压通道内的绝对压力大于外界大气压力和第二预紧弹簧6的预紧力之和)，阀芯4下移，两位三通气动阀3逐渐由A位机能切换到B位机能，此时进气增压通道分别经过第一通道5、单杆活塞9无杆端、可调节流装置14、第二通道20、第一环形凹槽44、第四通道43和大气环境相通。其中，在阀芯4的移动过程中，两位三通气动阀3只能实现A位机能或B位机能，即A位机能与B位机能不交叉。

本发明工作过程如下：

当海拔高度增大即大气压力降低时，控制杆17伸长，控制杆17带动带帽螺母16绕固定螺栓15旋转并远离锥形节流通道12，可调节流装置14开度趋向增大；

当海拔高度降低即大气压力升高时，控制杆17缩短，带帽螺母16绕固定螺栓15旋转并接近锥形节流通道12，可调节流装置14开度趋向减小。

当进气增压通道内的相对压力小于等于第二预紧弹簧6的预紧力时，如图1所示，两位三通气动阀3处于A位机能状态，可调节流装置14一端分别经过第二通道20、第二环形凹槽45、第三通道42和进气增压通道2相通，可调节流装置14另一端分别经过单杆活塞9无杆端、第一通道5和进气增压通道2相通，可调节流装置14两端压力差较小，近似为零，且由于第二预紧弹簧6的弹簧力小于第一预紧弹簧10的弹簧力，而进气增压通道内的相对压力小于等于第二预紧弹簧6的预紧力，故单杆活塞不会下降，放气阀门没有开度，即本发明的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀不会减小流向涡轮增压器的排气气流。

在此过程中，由于带帽螺母16和固定螺栓15配合形成的内部封闭空间通过第五通道13连通至带帽螺母16外表面，最终导致带帽螺母16内外压力相差不大，可调节流装置14内的气压变化对带帽螺母16的影响作用很小，因此带帽螺母16可在控制杆17的带动下自由旋转。

除此之外，由于控制杆17两端都不在可调节流装置14的内部空间，因此可调节流装置14内的气压变化对控制杆17的外表面的影响作用互相抵消，从而有效减小了进气相对压力的变化对压力补偿控制装置的干扰。

当进气增压通道内的相对压力大于第二预紧弹簧6的预紧力时，阀芯4下移，两位三通气动阀3逐渐由A位机能切换到B位机能，如图2所示，此时进气增压通道2分别经过第一通道5、单杆活塞9无杆端、可调节流装置14、第二通道20、第一环形凹槽44、第四通道43和大气环境相通，可调节流装置14两端出现明显的压力差。

带帽螺母16受到气流压力对固定螺栓15进行压紧，由于带帽螺母16为锯齿螺纹，具有较好的自锁功能，因此带帽螺母16并不会在压力差的变化下相对固定螺栓15进行旋转滑动，这有效提高了气囊式压力补偿控制装置19对可调节流装置14的控制精度。

与此同时，由于可调节流装置14两端具有较大的压力差以及可调节流装置14具有自锁功能，此时气囊式压力补偿控制装置19保持进气增压通道内的相对压力大于第二预紧弹簧6的预紧力前对可调节流装置14的调节效果，气囊式压力补偿控制装置19对可调节流装置14的调节不再起作用。

在高海拔地区，由于可调节流装置14开度相对较大，导致单杆活塞9无杆端气流的相对压力下降较快，难以克服第一预紧弹簧10的预紧力推动放气阀门11，从而有效提高了涡轮增压器放气阀的开启压力，降低了放气阀门对流向涡轮增压器的排气气流的减小效果，在大气压力较低的情况下，保证了涡轮机的转速，即保证了涡轮增压器的充分增压，进而保证了发动机进气量；

在低海拔地区，由于可调节流装置14开度相对较小，导致单杆活塞9无杆端气流的相对压力下降较慢，从而保持较高的气流相对压力，容易克服第一预紧弹簧10的预紧力推动放气阀门11，从而有效降低了涡轮增压器放气阀的开启压力，增大了放气阀门对流向涡轮增压器的排气气流的减小效果，在大气压力较高的情况下，有效降低了涡轮机的转速，即避免了涡轮增压器的增压过高情况，降低了涡轮增压器的损耗。

值得注意的是，第二预紧弹簧6的预紧力要小于第一预紧弹簧10的预紧力，否者放气阀门11刚打开时，两位三通气动阀3仍然处于A位机能，导致可调节流装置14不能对涡轮增压器的开启压力进行调节；在阀芯4的移动过程中，两位三通气动阀3只能实现A位机能或B位机能，即A位机能与B位机能不交叉，否则进气增压通道将经过第三通道42-第二环形凹槽45-第二通道20-第一环形凹槽44-第四通道43与大气环境相通，导致单杆活塞9无杆端表面气体压力过低，放气阀门11失效。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，配合进气增压通道的气体压力调节流向涡轮增压器的排气气流，其特征在于：包括壳体(1)；

壳体(1)内设有若干分隔板(22)，将壳体(1)内部空间分为两位三通气动阀(3)、致动器(8)、可调节流装置(14)和气囊式压力补偿装置(19)四个子部分；

两位三通气动阀(3)和致动器(8)均与进气增压通道(2)连通；

两位三通气动阀(3)控制流经致动器(8)的气流运动方向；

可调节流装置(14)改变流经致动器(8)的气体压力大小；

气囊式压力补偿装置(19)控制可调节流装置(14)的开度；

致动器(8)包括单杆活塞(9)、第一预紧弹簧(10)和放气阀门(11)；

单杆活塞(9)的活塞与分隔板(22)及壳体(1)的内壁滑动密封配合，活塞杆位于活塞的下端，且活塞杆的下端穿过壳体(1)并伸至外界；

放气阀门(11)固定在活塞杆的下端，控制调节流向涡轮增压器的排气气流；

单杆活塞(9)的无杆端一侧通过第一通道(5)与进气增压通道(2)连通，另一侧通过节流开口(12)与可调节流装置(14)连通；

单杆活塞(9)的活塞下端连接有第一预紧弹簧(10)。

2.根据权利要求1的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，其特征在于：两位三通气动阀(3)包括阀芯(4)和第二预紧弹簧(6)；

阀芯(4)上表面与进气增压通道连通，阀芯(4)下表面通过阀腔开口(21)与外界大气环境连通，两位三通气动阀(3)和可调节流装置(14)之间的分隔板(22)上设有第二通道(20)；

阀芯(4)与分隔板(22)及壳体(1)的内壁滑动密封配合，该阀芯(4)的下端连接有第二预紧弹簧(6)；

阀芯(4)内设有第三通道(42)和第四通道(43)，环绕阀芯(4)的外回转侧表面分别设有第一环形凹槽(44)和第二环形凹槽(45)，第三通道(42)的两端分别与进气增压通道(2)和第二环形凹槽(45)连通，第四通道(43)的两端分别与阀腔开口(21)和第一环形凹槽(44)连通；

当第二环形凹槽(45)与第二通道(20)相通时，两位三通气动阀(3)处于A位状态，当第一环形凹槽(44)与第二通道(20)相通时，两位三通气动阀(3)处于B位状态；

且第二预紧弹簧(6)的弹簧力小于第一预紧弹簧(10)的弹簧力。

3.根据权利要求1的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，其特征在于：可调节流装置(14)包括固定螺栓(15)和带帽螺母(16)；

固定螺栓(15)的一端固定在壳体(1)的内壁上，另一端与带帽螺母(16)螺纹配合；

带帽螺母(16)的顶端呈锥形，并与节流开口(12)相对配合形成锥形节流通道；

带帽螺母(16)的中部环绕该带帽螺母(16)的旋转外侧面设有齿轮状结构。

4.根据权利要求3的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，其特征在于：带帽螺母(16)的无帽端为锯齿型螺纹，并与固定螺栓(15)互相旋转配合且自锁，其内部形成螺母密闭空间，螺母密闭空间的侧壁上开设有一与带帽螺母(16)外表面连通的第五通道(13)。

5.根据权利要求3的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，其特征在于：气囊式压力补偿控制装置(19)包括气囊(18)和控制杆(17)；

气囊(18)内部充有气体，该气囊(18)的上端固定在壳体上，下端与控制杆(17)的上端固定连接；

气囊外表面通过压力补偿开口(25)与外界大气环境相同；

控制杆(17)的下端穿过隔板并伸至可调节流装置(14)，该控制杆(17)上设有沿控制杆中心轴线方向的齿条结构，齿条结构与齿轮状结构啮合。

6.根据权利要求2的自适应海拔高度的涡轮增压器放气阀，其特征在于：两位三通气动阀(3)还包括一挡圈(7)，挡圈(7)固定在阀芯(4)及第二通道(20)的下方。