專利名稱：具有帶導(dǎo)引閥的氣動致動器的渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，它在發(fā)動機(jī)處于低速時(shí)可提高其增壓壓力。一個(gè)由廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器利用發(fā)動機(jī)的廢氣，向一發(fā)動機(jī)供給增壓空氣，以轉(zhuǎn)動安裝在一軸上的渦輪，從而轉(zhuǎn)動安裝在同一個(gè)軸另一端上的壓縮器輪。壓縮器輪對空氣進(jìn)行壓縮，并將增壓空氣輸供給發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管，以此提高發(fā)動機(jī)的功率。若增壓空氣的壓力值過高，則發(fā)動機(jī)有可能超增壓而受損；因此，通常的做法是配置一個(gè)廢氣閘閥來控制渦輪增壓器。當(dāng)增壓空氣的壓力值增高到預(yù)定水平時(shí)，該廢氣閘閥便打開渦輪周圍的旁路通道。廢氣閘閥通常由一氣動致動器來起動，該致動器是壓縮器輪提供的增壓空氣壓力值來操縱的。
一般地說，在發(fā)動機(jī)處于低速時(shí)，最好盡快提高增壓壓力值，以提高發(fā)動機(jī)的效能。然而，在以前技術(shù)的渦輪增壓器上，在發(fā)動機(jī)處于低速時(shí)的增壓壓力值由于過早打開廢氣閘閥而喪失掉了。這是由于下述情況所致控制廢氣閘閥的氣動致動器遇到逐漸增大的增壓壓力，從而在達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的打開廢氣閘閥的壓力值之前，便逐漸打開了廢氣閘閥；另一個(gè)原因是，作用在渦輪增壓器渦輪區(qū)段中的廢氣閘閥上的廢氣壓力亦有強(qiáng)迫廢氣閘閥打開的傾向。后一因素由于下述事實(shí)而增強(qiáng)在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，廢氣的壓力值產(chǎn)生脈動。由于增壓空氣的利用率減小，使得發(fā)動機(jī)在其處于低速時(shí)的效率降低了。
本發(fā)明采取下述措施來解決上述問題配用一個(gè)導(dǎo)引閥，以防止增壓空氣進(jìn)入氣動致動器中，直到達(dá)到增壓空氣的預(yù)定壓力值，即廢氣閘閥應(yīng)打開時(shí)的壓力值。因此，增壓空氣受阻，在發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能操縱氣動致動器，從而使得在氣動致動器中基本上保持大氣壓力，直到增壓壓力達(dá)到預(yù)定水平，即廢氣閘閥應(yīng)打開時(shí)的水平。在這個(gè)壓力值上，導(dǎo)引閥打開，使增壓空氣進(jìn)入氣動致動器。在這里，增壓空氣作用于常規(guī)的致動活塞，以操縱廢氣閘閥的致動連桿機(jī)構(gòu)。由于在達(dá)到預(yù)定的壓力值之前，廢氣閘閥一直保持關(guān)閉狀態(tài)，所以在發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可實(shí)質(zhì)上提高發(fā)動機(jī)的效能。
本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)及其它優(yōu)點(diǎn)，參照附圖詳細(xì)說明如下，圖示

圖1是按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)制造的渦輪增壓器的部分?jǐn)嗝鎮(zhèn)纫晥D；圖2是圖1所示渦輪增壓器的效能曲線圖，與以前技術(shù)的相似渦輪增壓器的效能相比；圖3是基本上沿圖1中3-3線所取的斷面視圖，示明氣動致動器各部所處的位置，即它們的增壓壓力值達(dá)到廢氣閘閥打開所需預(yù)定壓力值之前所處的位置；圖4是基本上沿圖3中4-4線所取斷面圖；圖5和6所示與圖3相似，但示明氣動致動器各部所處的位置是在起動廢氣閘閥時(shí)的位置；圖7和8所示與圖3相似，但示明本發(fā)明的供選擇的實(shí)施例。
現(xiàn)在參照附圖，渦輪增壓器均以數(shù)字10表示，它包含一個(gè)中心外殼12；一個(gè)渦輪外殼14，安裝在中心外殼12的一個(gè)端上；一個(gè)壓縮器外殼16，安裝在外殼12的另一端上。主軸18利用一對依軸向隔離開的軸承可以旋轉(zhuǎn)地安裝在中心外殼12之中，其中一個(gè)軸承以20表示。主軸18的一端伸入渦輪外殼14中，并將一常規(guī)的渦輪22支承在渦輪外殼14中。渦輪外殼14還有一個(gè)入口(未示出)，該入口可讓廢氣進(jìn)入一個(gè)圓周地延伸的蝸形室26中。該蝸形室環(huán)繞著渦輪22，并將高能量廢氣導(dǎo)入渦輪22中。廢氣在通過渦輪22之后，便經(jīng)過出口28被排入發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中。一個(gè)旁通通道30繞過渦輪22，將蝸形室26與出口28直接連接起來。一個(gè)廢氣閘閥32包括一個(gè)杠桿致動器34，該杠桿致動器以樞軸形式安裝在渦輪外殼14上，以36表示。依此，如圖1所示，廢氣閘閥可以在連通旁通通道30的開位和閉位之間移動。渦輪22固定在主軸18上，使得由經(jīng)過蝸形室26的廢氣會驅(qū)動渦輪的旋轉(zhuǎn)，這也能使主軸18旋轉(zhuǎn)。
壓縮器輪38安裝在主軸18的另一端，此端伸入壓縮器外殼16中。旋轉(zhuǎn)壓縮器輪38時(shí)，空氣經(jīng)過入口40被吸入，并被排入出口蝸形室42，該出口蝸形室與連接在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管(未示出)上的出口(未示出)相溝通。壓縮器輪38屬于常規(guī)設(shè)計(jì)，它固定在主軸18上，使得由渦輪22驅(qū)動的主軸18的旋轉(zhuǎn)亦能帶動壓縮器輪38旋轉(zhuǎn)。依此，壓縮器輪38的旋轉(zhuǎn)將從入口40吸入的空氣加以壓縮，并將增壓空氣輸供至出口。
一個(gè)壓力操縱的致動器此后以數(shù)字46表示，它安裝在壓縮器外殼16上，包括一個(gè)輸出連桿機(jī)構(gòu)48，該連桿與操縱廢氣閘閥32的杠桿34相連。增壓空氣被排入出口蝸形室42中，并通過軟管52被輸往致動器46的入口突出部50。致動器46包含一個(gè)外殼，通以數(shù)字54表示。該外殼由一個(gè)環(huán)形伸展的壁56和一對橫向端壁58、60組成。外殼54由兩個(gè)半部構(gòu)成，這兩個(gè)半部通過一環(huán)形延伸的卷邊62而被聯(lián)結(jié)成一體。入口突出部50安置在端壁58上；連桿48伸過端壁60。一個(gè)致動器彈簧64將一個(gè)沖壓成型的金屬致動器活塞66向上推，見圖3?；钊?6包括一個(gè)環(huán)向延伸的外裙68；一個(gè)內(nèi)裙70，它與外裙68相結(jié)合而定界出一個(gè)空腔，用之以承接致動器彈簧64的一端；一個(gè)橫向延伸部72。橫向延伸部72通過一個(gè)連接件74被固定在致動連桿48上。
活塞66還包括三個(gè)沿環(huán)向間隔開的、徑向地朝里突出的部分76，它們引導(dǎo)一個(gè)導(dǎo)引活塞78，該導(dǎo)引活塞可以滑動地承接在凹口80中。凹口80由橫向延伸部分72和致動器活塞66的內(nèi)裙70加以定界。導(dǎo)引活塞78包括一個(gè)橫向延伸的部分81和一個(gè)軸向伸出的環(huán)向延伸的裙部82，裙部82從部份81上延伸出來。裙部82是突出部分76引導(dǎo)的導(dǎo)引活塞78的一部分。致動器活塞66的橫向延伸部分72還包括一個(gè)環(huán)向延伸的表面84，它與裙部82的下端相接合，以限制導(dǎo)引活塞78對于致動器活塞66的相對運(yùn)動。導(dǎo)向活塞78是被導(dǎo)向彈簧85向上推動的，參看有關(guān)的圖，該導(dǎo)向彈簧85伸延在致動器活塞66的橫向延伸部分72和導(dǎo)引活塞78的橫向延伸部分81之間。一個(gè)柔性隔板通以數(shù)字86表示，它包含一個(gè)外圍部分88。該外圍部分在卷邊62范圍中卷在壁56中，并延伸越過致動器活塞66的一個(gè)橫向延伸部分90(該部分聯(lián)結(jié)裙部68和70)，進(jìn)而延伸越過導(dǎo)引活塞78的橫向延伸部分81。隔板86配有一個(gè)與之成一體的柱銷91，該柱銷插在導(dǎo)引活塞78的橫向延伸部分81的一個(gè)孔眼中，與裙部82共軸，以確定隔板與活塞66和78的相應(yīng)位置，并防止隔板相對于導(dǎo)引活塞78滑動。導(dǎo)引活塞彈簧85將導(dǎo)引活塞78壓入，使之與閥座94密封地接合，后者定界在端壁58上形成的向里突出的唇部96上。閥座94外接入口突出部50。端壁58上有一個(gè)放氣孔95。在導(dǎo)引活塞78與閥座94密封地接合之后，該放氣孔將剩余壓力從外殼54放出。放氣孔95是足夠大的，可以在合理的時(shí)間內(nèi)放出剩余壓力，這個(gè)時(shí)間是與保持外殼54中的壓力足以在導(dǎo)引活塞78從閥座94移開之后起動活塞66相當(dāng)?shù)摹?br> 圖2是表示發(fā)動機(jī)輸入增壓壓力和發(fā)動機(jī)速度之間的關(guān)系曲線圖。參照圖2，所要求的發(fā)動機(jī)速度和增壓壓力之間的關(guān)系在圖中以實(shí)線ABC表示。依此，如圖所示，增壓壓力沿AB線隨著發(fā)動機(jī)速度增高而增大，直到達(dá)到B點(diǎn)，這是合乎需要的。B點(diǎn)表示對發(fā)動機(jī)的最大允許增壓。在B點(diǎn)，合乎需要的做法是廢氣閘閥打開，依照BC線限制增壓以適應(yīng)發(fā)動機(jī)速度的任何進(jìn)一步增高。以往技術(shù)的裝有廢氣閘的渦輪增壓器依從的是虛線曲線XY；因?yàn)槿缟厦嫠摷暗?，廢氣閘閥在速度超過圖2中以點(diǎn)X表示的發(fā)動機(jī)速度時(shí)，有過早打開的傾向。因此，發(fā)動機(jī)相當(dāng)一部分增壓喪失在發(fā)動機(jī)的臨界速度范圍內(nèi)，在這個(gè)范圍內(nèi)的增壓是最符合需要的。如將看到的，按照本發(fā)明的導(dǎo)引活塞能防止增壓空氣在壓力達(dá)到B點(diǎn)所示預(yù)定壓力之前進(jìn)入致動器46。依此，按照本發(fā)明的指導(dǎo)制造的渦輪增壓器基本上遵從曲線ABC；雖然此裝置視導(dǎo)向彈簧85的預(yù)負(fù)荷校準(zhǔn)而定，可以超過所要求的壓力，如曲線Q所示，也可以略低于所要求的壓力，如曲線R所示。
參照圖3，致動器46的各部分按其所處位置加以示明此時(shí)，正被輸供給發(fā)動機(jī)的增壓壓力低于打開廢氣閘閥所需要的壓力，見圖2中B點(diǎn)所示。在此條件下，彈簧85可屈服地將導(dǎo)引活塞78推入，使之與閥座94密封地接合。依此，彈簧64保持致動器活塞66處于圖中所示的向上位置，從而廢氣閘連桿機(jī)構(gòu)48使廢氣閘閥保持在關(guān)閉位置。須注意一點(diǎn)導(dǎo)引活塞78的有效面積在圖3中是以面積A1表示的。
現(xiàn)在參照圖5，致動器46的各部分按其所處位置加以示明這時(shí)正好達(dá)到圖2中的B點(diǎn)，它表示所需的最大允許增壓壓力。在這一條件下，增壓壓力通過入口突出部50傳輸并作用于整個(gè)面積A1，它足以克服導(dǎo)向彈簧85，使之屈服，并驅(qū)動導(dǎo)引活塞78向下行，參看有關(guān)的圖，直到裙部82的端部與表面84相嚙合。此處須指出在導(dǎo)引活塞離開閥座94之后，活塞的有效面積便成為后者的整個(gè)橫向面積，在圖5中以面積A2表示。由于面積A2比面積A1大得多，所以與導(dǎo)引活塞78重新關(guān)閉所處的壓力相比，需要更高的壓力才能開始打開導(dǎo)引活塞78。依此，閥的“自激振動”得以減小到最小限度，這種“自激振動”是由于導(dǎo)引活塞78受瞬時(shí)壓力波動的影響而快速開閉所致。
在導(dǎo)引活塞78以閥座94上移開之后，致動器活塞66的有效面積就成為裙部68所表示的整個(gè)外徑。依此，彈簧64的力被克服，從而驅(qū)動活塞78和66向下行，朝向圖6所示位置，參看圖3，5和6。隨著上述兩個(gè)活塞向下移動，致動器活塞66的運(yùn)動通過連桿機(jī)構(gòu)48被傳遞到廢氣閘閥，并打開該閘閥。
雖然圖2中所示低于定額值的R在大多數(shù)應(yīng)用中是可容許的，但圖2中由曲線Q表示的任何超定額值則是不能容許的。因此，在某些應(yīng)用中最好能調(diào)節(jié)由導(dǎo)向彈簧85所施加的力，使彈簧得到調(diào)節(jié)，從而將任超定額的值或低于定額的值減至最小?，F(xiàn)在參照圖7，一個(gè)帶有螺紋的部件98被固定在致動器活塞66的橫向表面72上。部件98的螺紋與致動連桿48上的螺紋100相嚙合。于是，可以轉(zhuǎn)動致動連桿(在渦輪增壓器組裝時(shí)將連桿固定在廢氣閘閥上之前)，以調(diào)節(jié)導(dǎo)向彈簧85的長度。參照圖8，一個(gè)調(diào)節(jié)用的杯形件102配有螺紋104，這些螺紋與入口突出部50的內(nèi)徑上的相應(yīng)螺紋相嚙合。依此，可將一改錐或類似工具插過入口突出部開著的一端，以旋動杯形件102，借以調(diào)節(jié)由彈簧85所施加的力。在此情況下，杯形件102的橫向表面106就成了與圖3所示實(shí)施例中閥座94相當(dāng)?shù)拈y座，導(dǎo)引活塞78就是密封地接合在此閥座94上的。由于重要的是要對外殼54的任何泄漏嚴(yán)加限制，所以杯形件102上的螺紋最好是尺寸稍大的尼龍螺紋，這樣的尼龍螺紋能實(shí)現(xiàn)與入口突出部50上的螺紋密封。另一個(gè)辦法是，可將一O型密封墊圈(圖中未示出)安裝在杯形件102上的凹槽內(nèi)(未示出)，以此實(shí)現(xiàn)與入口突出部50的密封接合。
有些渦輪增壓器，如專利US-A-4,643,640所公開的那種，都配有一種可調(diào)節(jié)的幾何結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)作為渦輪外殼14的一部分?？烧{(diào)變的幾何結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)由一氣動致動器操縱，在以前技術(shù)的渦輪增壓器上，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低速時(shí)，該氣動致動器被置于逐漸增大的增壓壓力之下。因此，可調(diào)變的幾何結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)是以氣動方式操作的。致動器46，通過一個(gè)常用的連桿機(jī)構(gòu)，便可用來操縱可調(diào)變的幾何結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)，從而避免可調(diào)變幾何結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的過早運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，含有一個(gè)壓縮器外殼(16)、一個(gè)渦輪外殼(14)、一個(gè)中心外殼(12)和一根軸(18)，中心外殼一端上支承著渦輪外殼(14)，另一端上支承著壓縮器外殼(16)，軸(18)被支承著可在所述中心外殼(12)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，軸(18)的一端伸入所述壓縮器外殼(16)中并支承著一壓縮器輪(38)以實(shí)現(xiàn)相對于壓縮器外殼(16)的旋轉(zhuǎn)，軸(18)的另一端伸入所述渦輪外殼(14)中并支承著一渦輪(22)，以實(shí)現(xiàn)相對于渦輪外殼(14)的旋轉(zhuǎn)，所述渦輪外殼(14)包含一個(gè)裝置，用來引導(dǎo)發(fā)動機(jī)廢氣經(jīng)過渦輪(22)使軸(18)轉(zhuǎn)動，所述壓縮器外殼包含一個(gè)裝置，用來將空氣引過壓縮器入口(40)，然后引向壓縮器輪(38)以實(shí)現(xiàn)空氣的壓縮，從而產(chǎn)生增壓空氣，并引導(dǎo)增壓空氣再通過出口(26)從壓縮器外殼(16)出來，所述渦輪外殼(14)包含一個(gè)機(jī)械致動的裝置(32)，可用來限制增壓空氣的壓力，渦輪外殼還包括一個(gè)壓力操縱的致動器(46)，它可以響應(yīng)增壓空氣的壓力值對所述機(jī)械致動的裝置(32)進(jìn)行操縱，所述致動器(46)包含一個(gè)致動器外殼(54)、一個(gè)致動器活塞(66)、連桿件(48)和控制件(78)；致動器外殼(54)配有一致動器入口(50)，用以連通增壓空氣，致動器活塞(66)可響應(yīng)通過致動器入口(50)通入致動器外殼(54)中的壓力的值，連桿件(48)用來連接致動器活塞(66)和機(jī)械致動的裝置(32)，控制件(78)裝在致動器外殼(54)中，用來關(guān)閉致動器入口(50)，直到增壓空氣的壓力值達(dá)到預(yù)定的水平。
2.按照權(quán)利要求1所述的以廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述控制件(78)是一個(gè)導(dǎo)引活塞(78)，它可以滑動地安置在所述致動器外殼(54)中，一個(gè)導(dǎo)向控制彈簧(85)可以屈服地推動所述導(dǎo)引活塞(78)，使之與閥座(94)密封接合，以控制通過致動器入口(50)進(jìn)入致動器外殼(54)的通路。
3.按照權(quán)利要求2所述的由廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述導(dǎo)引活塞(78)與所述致動器活塞(66)共軸，所述致動器活塞(66)被一致動器彈簧(64)推向所述致動器入口(50)。
4.按照權(quán)利要求3所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于致動器外殼(54)包含一個(gè)環(huán)向延伸的唇部(94)，環(huán)繞著所述致動器入口(50)，所述唇部(94)限定的閥座(94)與所述導(dǎo)引活塞(78)相嚙合，以控制通過所述致動器入口(50)的通路。
5.按照權(quán)利要求3所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于致動器外殼(54)有一環(huán)向延伸的壁(56)，環(huán)繞一軸線；還有一對與該軸線相垂直地延伸的端壁(58，60)，所述兩活塞(66，78)中的每一個(gè)都能沿上述軸線移動，所述致動器入口(50)由所述端壁(58，60)之一承載著，而且與所述活塞(66，78)共軸。所述連桿機(jī)構(gòu)(48)伸過另一端壁。
6.按照權(quán)利要求5所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述活塞(66，78)中的每一個(gè)包含一個(gè)流體壓力響應(yīng)表面、一個(gè)隔板(86)和一部件(91)，隔板(86)具有一外圍部分(88)，固定在所述環(huán)向延伸的壁(56)上，并橫越兩個(gè)活塞(66，78)的流體壓力響應(yīng)表面，部件(91)將隔板(86)固定在所述導(dǎo)引活塞(78)上。
7.按照權(quán)利要求3所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述活塞(66，78)的每一個(gè)都可以沿一軸線移動，所述導(dǎo)引活塞(78)具有一軸向突出部環(huán)向延伸的裙部(82)，裙部(82)的端緣可以與所述致動器活塞(66)的環(huán)向延伸的表面相嚙合，以限制所述導(dǎo)引活塞(78)相對于所述致動器活塞(66)的相對軸向運(yùn)動。
8.按照權(quán)利要求3所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述活塞(66，78)中的每一個(gè)都可以沿一軸線移動，與之協(xié)動的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)(76，82)由所述活塞(66，78)承載，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引活塞(78)相對于致動器活塞(66)的定中心和導(dǎo)引。
9.按照權(quán)利要求3所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于配備了校準(zhǔn)裝置(104)，用來控制導(dǎo)引活塞(78)從所述閥座(94)移開時(shí)所處的壓力值。
10.按照權(quán)利要求9所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述校準(zhǔn)裝置包括一個(gè)處于連桿件(48)和致動器活塞(66)之間的可調(diào)連接件。
11.按照權(quán)利要求10所述的廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器，其特征在于所述校準(zhǔn)裝置(104)包括一個(gè)杯形件，它以螺紋與致動器入口(50)相嚙合，而且可與所述導(dǎo)引活塞(78)相嚙合，所述杯形件可以相對于所述致動器外殼(54)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制所述導(dǎo)向控制彈簧(85)的力。
全文摘要
一種氣動致動器，用來控制一種以廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器的廢氣閘閥。它包含一個(gè)導(dǎo)引活塞，該活塞只在達(dá)到所要求的增壓壓力時(shí)才響應(yīng)增壓壓力而打開。依此，避免了廢氣閘閥的過早打開，這是因?yàn)橹髦聞踊钊恢北３衷诖髿鈮毫ο?，直到獲得所要求的致動壓力。
文檔編號F02B37/18GK1133627SQ94193894
公開日1996年10月16日 申請日期1994年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月13日
發(fā)明者D·G·艾帕恩, J·E·T·布萊克 申請人:聯(lián)合訊號公司