用于渦輪增壓器的可變流量閥的制作方法
【專利摘要】本文公開了一種具有位置反饋的可變流量閥?？勺兞髁块y包括殼體，該殼體有進口和排出口以及一個或多個控制口，該可變流量閥還包括活塞，該活塞與主閥連接，以便打開和關(guān)閉在殼體的進口和排出口之間的流體連通。殼體和活塞相互嚙合，以便確定內(nèi)部腔室和外部腔室，該內(nèi)部腔室和外部腔室各自與其自身的控制口流體連通?？刂瓶陂y打開和關(guān)閉至少一個控制口，以便控制通向壓力變化源。位置傳感器是位置反饋的部件，并向控制器發(fā)送主閥相對于排出口的位置，該控制器操縱所述控制口閥，以便將主閥保持在使得排出口局部打開的位置。
【專利說明】用于渦輪增壓器的可變流量閥
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求美國臨時專利申請N0.61/662255的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請N0.61/662255的申請日為2012年6月20日。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請涉及可變流量閥，更特別是涉及這樣一種閥，該閥具有位置控制和流過該閥的流體流量的計量控制，包括例如壓縮機再循環(huán)閥之類的閥。
【背景技術(shù)】
[0004]內(nèi)燃機、它的機構(gòu)、改進和改型用于多種運動和非運動車輛或建筑中。目前，例如內(nèi)燃機用于陸地乘客和工業(yè)車輛、船舶、固定和航空航天用途中。通常有兩種主要的點火循環(huán)，通常稱為汽油和柴油，或者更早地分別稱為電火花點火(SI)和壓縮點火。更近來，排氣驅(qū)動的渦輪增壓器已經(jīng)包含在與內(nèi)燃機連接的系統(tǒng)中，以便提高發(fā)動機的動力輸出和總效率。
[0005]當前在內(nèi)燃機的渦輪增壓器系統(tǒng)中可以使用的閥(例如壓縮機旁路閥)操作成這樣:它們響應(yīng)于系統(tǒng)內(nèi)的變化而打開或關(guān)閉。這些閥并不提供閥的位置的主動控制。
[0006]這里公開了壓縮機再循環(huán)閥，該壓縮機再循環(huán)閥使得原始設(shè)備制造商(“OEM”)或使用渦輪增壓器的任何人都能夠主動控制該閥的位置，并有以前無法設(shè)想的精度。這種控制水平是渦輪速度的更精確控制的目標，這使得OEM或其他人能夠使得渦輪速度保持更高，從而降低渦輪響應(yīng)時間和渦輪滯后，并提高車輛的燃料效率和可驅(qū)動性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]在一個方面，公開了具有排氣驅(qū)動的渦輪增壓器系統(tǒng)的內(nèi)燃機，其包括可變流量閥。在一個實施例中，可變流量閥可以是壓縮機旁路閥，但是并不局限于此。在系統(tǒng)中，可變流量閥幫助控制所述排氣驅(qū)動的渦輪增壓系統(tǒng)。渦輪增壓器的壓縮機出口與可變流量閥流體連通地連接，還與發(fā)動機的空氣進口連接?？勺兞髁块y包括位置傳感器，該位置傳感器檢測其中的主閥的位置，并將該位置發(fā)送給控制器，以便控制可變流量閥的打開和關(guān)閉。特別是，主閥可以保持在這樣的位置，其中，排出口局部打開，從而影響空氣流入發(fā)動機的空氣進口內(nèi)的流量。
[0008]可變流量閥包括殼體，該殼體有進口和排出口以及一個或多個控制口，可變流量閥還包括活塞，該活塞與主閥連接，以便打開和關(guān)閉在殼體的進口和排出口之間的流體連通，以便能夠進行可變的控制。這里，殼體和活塞相互嚙合，以便確定內(nèi)部腔室和外部腔室，該內(nèi)部腔室和外部腔室各自與其自身的控制口流體連通。控制口閥打開和關(guān)閉至少一個所述控制口，以便控制通向壓力變化源的通路。位置傳感器也是可變流量閥的部件，以便向控制器發(fā)送主閥相對于排出口的位置，該控制器操縱所述控制口閥，以便將主閥保持在局部打開位置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是包括內(nèi)燃機渦輪系統(tǒng)的一個實施例的流動通路和流動方向的視圖，該內(nèi)燃機渦輪系統(tǒng)包括壓縮機再循環(huán)閥(“CRV”)。
[0010]圖2是壓縮機再循環(huán)閥的一個實施例在打開位置中的剖視圖。
[0011]圖3是圖2的壓縮機再循環(huán)閥在關(guān)閉位置中的剖視圖。
【具體實施方式】
[0012]下面的詳細說明將示例說明本發(fā)明的總體原理，本發(fā)明的實例在附圖中附加表示。在附圖中，相同參考標號表示相同或功能類似的元件。
[0013]圖1表不了內(nèi)燃機潤輪系統(tǒng)的一個實施例，總體表不為100。潤輪系統(tǒng)100包括以下部件來控制渦輪增壓器的操作參數(shù):排氣驅(qū)動的渦輪增壓器(“EDT”)2，該排氣驅(qū)動的渦輪增壓器(“EDT”)2有渦輪部分22和壓縮機部分24 ;渦輪旁路閥，通常稱為廢氣門13 ;以及壓縮機再循環(huán)閥6 (在圖2和3中詳細表示)。EDT包括容納渦輪26的排氣殼體17、18，該渦輪26利用排氣能量轉(zhuǎn)變成機械功，該機械功通過公共軸來轉(zhuǎn)動壓縮機葉輪28，該壓縮機葉輪28吸入空氣、壓縮它，并將它以更高的操作壓力供給至內(nèi)燃機10的進口 11內(nèi)。
[0014]還參考圖1，廢氣門13是控制閥，用于計量來自內(nèi)燃機10的排氣歧管12的排氣容積16和可用于向EDT渦輪26提供動力的能量。廢氣門13通過打開通向旁路19的閥(未示出)來工作，這樣，廢氣流動離開渦輪26，從而直接控制EDT 2的速度和ICE進氣歧管的合成的操作壓力。廢氣門13可以有任意多種實施例，包括在 申請人:的美國專利申請N0.12/717130中公開的實施例，該文獻整個被本文參引。
[0015]在任何EDT系統(tǒng)中，都有在壓縮機進口 3、進氣歧管5、11 (頂)、排氣歧管12、16 (EM)和排氣部18、21中的操作壓力。對于圖1，EDT壓縮機進口定義為從進氣系統(tǒng)I至EDT壓縮機部分24的進口 3的通道，在單級EDT系統(tǒng)中通常在環(huán)境壓力下操作。發(fā)動機的進氣歧管定義為在EDT壓縮機排出口 4和ICE進氣閥11之間的通道。發(fā)動機的排氣歧管定義為在ICE排氣閥12和EDT渦輪進口 17之間的通道。排氣部廣義地定義為在EDT渦輪排出口 18后面的任意通道。為了實現(xiàn)有效的排氣再循環(huán)(EGR)，在排氣歧管中的壓力應(yīng)當明顯高于在進氣歧管中的壓力，以便使得排氣能夠沿該方向流動。EDT和變化組合的設(shè)計(有壓縮機和排氣部尺寸)很廣。概括的說，更小的EDT排氣部型面產(chǎn)生更高的所需的排氣歧管壓力，代價是效率更低。人們能夠知道，本領(lǐng)域的工程師將在獲得效率和EGR效果之間進行精細平衡。
[0016]根據(jù)定義，壓縮機再循環(huán)閥6是布置在EDT 2 (它由排氣驅(qū)動或機械驅(qū)動)的壓縮機部分24的排出口 4(也稱為廢氣出口 )和ICE進口 11之間的通道5中的調(diào)節(jié)閥。在圖2和3的放大圖中，CRV 6包括排出口 8。排出口 8可以是(但不局限于)通向大氣或再循環(huán)回壓縮機的環(huán)境進口 3中的口(如圖1中所示)。
[0017]CRV可以用于具有節(jié)流板9的電火花點火的ICE，如在圖1中所示。在任意給定的ICE操作范圍中，EDT能夠旋轉(zhuǎn)高達200000轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)。節(jié)流板9的突然關(guān)閉不會突然降低EDT 2的RPM。因此，這導致在關(guān)閉的節(jié)流板和EDT壓縮機部分24之間的通道(例如通道5)中的壓力的突然增加。CRV 6通過使得該壓力釋放或使得該壓力旁通回到在進氣系統(tǒng)I和壓縮機部分24之間的流動通路而起作用。
[0018]在圖2-3中的CRV 6是多腔室閥，能夠用于任意EDT激活的ICE (包括柴油機)中，并能夠響應(yīng)于來自位置傳感器92 (該位置傳感器92為閥的部件)的信號來控制閥的打開和/或關(guān)閉，甚至到多個局部打開位置。CRV 6包括殼體50，該殼體50有:進口 7和排出口8 ;一個或多個控制口 38，該控制口 38穿過殼體50，該控制口 38與控制口閥72連接，以便打開和關(guān)閉所述控制口，以便通向壓力變化源(在圖2-3中，具有電樞的整體螺線管70表示為控制口閥，但是本發(fā)明并不局限于此)；以及活塞36，該活塞36與位于殼體內(nèi)的閥30連接。殼體50可以是單件或兩件式結(jié)構(gòu)。在兩件式結(jié)構(gòu)中，殼體可以包括蓋80和主體82。螺線管70可以直接安裝在蓋80上，且電樞72在流體流動通路90 (由雙頭箭頭表示)中，該流動通路90使得所述一個或多個控制口 38通過螺線管70而與通路76連接并連接真空78 (壓力變化源的一個實例)。螺線管70的直接安裝不需要連接軟管，縮短了通路，用于更快速的反應(yīng)時間，總體是更緊湊的結(jié)構(gòu)，將來可能出現(xiàn)故障的部件更少。壓力變化源的另一實例是任意類型的泵，用于使得流體沿正方向、負方向運動或者在它們之間交替，例如但不局限于:空氣泵、液壓泵、流體注射器、真空泵。
[0019]活塞36包括中心桿40，該中心桿40有第一端41和第二端42。第一端41包括密封部件52，例如但不局限于O形環(huán)，用于與殼體50的第一部分密封接合。凸緣44從第二端42延伸，該凸緣44朝著第一端41延伸，但是與活塞36的中心桿40間隔開一定距離。凸緣44終止于增厚的緣45，該緣45具有用于第二密封部件56 (例如但不局限于O形環(huán))的座54。第二密封部件56也提供與殼體50的第二部分的密封接合。凸緣44限定了在中心桿40和它自身之間的總體杯形的腔室46 (最好見圖3)，且當裝入殼體50內(nèi)部時限定了多個腔室58’ (最內(nèi)側(cè))和58” (最外側(cè))。活塞36可通過偏壓彈簧32、通過由流體流動通路90提供的正或負驅(qū)動壓力(例如由真空提供)或者它們的組合而在打開位置(圖2中所示)和關(guān)閉位置(圖3中所示)之間運動。
[0020]密封部件是用于密封往復運動部件的任意合適的密封件或墊片，包括唇緣密封件。在至少一個密封部件52、56是O形環(huán)的實施例中，O形環(huán)可以有以下多種截面型面中的一種，這些截面型面包括圓形型面、X形型面、正方形型面、大致V形型面、大致U形型面和其它適用于密封往復運動部件的型面。
[0021]還參考圖2和3，位置傳感器92可以是能夠進行位置測量的任意裝置。在一個實施例中，它是基于閥30相對于開口(它置于該開口中，進口 7或排出口 8)的運動的相對位置傳感器(位移傳感器)。位置傳感器92可以是電容式傳感器、渦電流傳感器、光柵傳感器、霍爾(Hall)效應(yīng)傳感器、感應(yīng)非接觸位置傳感器、激光多普勒振動計(光學)、線性可變差動變壓器(LVDT)、多軸線位移傳感器、光電二極管陣列、壓電傳感器(壓電元件)、電位計、近程傳感器(光學)、振動位移拾取器、弦線電位計(也稱為弦線電勢、弦線編碼器、電纜位置傳感器)或者它們的組合。
[0022]在圖2和3所示的實施例中，位置傳感器92是霍爾效應(yīng)傳感器，包括芯片/霍爾效應(yīng)位置傳感器96,該芯片/霍爾效應(yīng)位置傳感器96檢測磁體94的位移,該磁體94與閥30連接，用于與它一起平移。磁體94可以安裝在活塞36或閥30上或內(nèi)部，例如，磁體94可以凹入閥30或活塞36內(nèi)(未示出)。在圖2和3中，磁體94裝入與活塞36連接的托架98內(nèi)。托架98使得磁體94懸在限定于活塞36和殼體50之間的最內(nèi)側(cè)腔室58’(圖3中標記)內(nèi)。托架98中包括一個或多個孔102，該孔102通過閥30而導入通道104中，與排出口 8流體連通。在托架98中的孔還使得進口 7(或排出口 8，取決于主閥30在殼體50內(nèi)的安裝方位和CRV在系統(tǒng)中的方位)通過通路104而與最內(nèi)側(cè)腔室58’流體連通。芯片/霍爾效應(yīng)位置傳感器96可以充分接近地定位在促動器結(jié)構(gòu)中，以便檢測磁體94的運動。在圖2和3的實施例中，芯片/霍爾效應(yīng)位置傳感器96在磁體94 (該磁體94作為蓋80的部件)上方的位置中水平地定向，即相對于磁體94為軸向。在另一實施例中，芯片/霍爾效應(yīng)位置傳感器96可以在沿徑向向外側(cè)離開磁體94的位置中垂直地定向。最內(nèi)側(cè)腔室也裝有偏壓部件32，這樣，磁體94不會與它干涉。
[0023]圖2中，通路104沿軸向穿過閥30。
[0024]如上所述，控制口閥72可以是螺線管70和它的電樞72，該電樞72可響應(yīng)來自CPU106的指令來操作，以便接通螺線管70而使得電樞72運動，從而打開在最外側(cè)腔室58”和壓力變化源78之間的流體流動通路90 (圖2)。
[0025]本發(fā)明使得ICE工程師能夠通過命令來控制排氣歧管12、16的操作壓力。通過相對于開口(CRV在處于關(guān)閉位置時置于該開口內(nèi))選擇性地打開CRV 6(見圖3)至合適位移(包括多個局部打開位置)，能夠控制操作壓力而產(chǎn)生合適效果。在一個實施例中，操作人員通過利用CRV 6來有效控制發(fā)動機的進氣歧管5、11的操作壓力。有多種方法來用于控制CRV 6實施例的打開和關(guān)閉，該CRV 6能夠產(chǎn)生效果。在一個實施例中，CRV 6能夠制成為自然地克服偏壓彈簧32而打開，其中，當操作壓力超過彈簧的預負載力時，CRV 6克服預負載力打開和進行調(diào)節(jié)，以便保持在進氣歧管5、11(圖1)處的給定操作壓力。一旦發(fā)出打開信號，CRV 6與前面實例類似地操作。另外，CRV 6 (直接作用或氣動)可以通過電路施加具有給定工作循環(huán)的控制頻率而發(fā)信號打開，以便在進氣歧管5、11中產(chǎn)生目標操作壓力(相對于該目標操作壓力來調(diào)節(jié))，或者可能確定在CRV 6中的閥30的升高和位置。
[0026]這里，由圖2和3中可見，利用CPU 106和該CPU 106從位置傳感器2接收的信號來完成選擇計量(閥局部打開至多個位置)。通過閥座I1和閥30的幾何形狀而改進選擇計量。特別是，閥座110和閥30成形為這樣:閥的輕微位移能夠局部打開排出口。
[0027]多種控制方法是已知的或者可以以后發(fā)展，這些控制方法能夠檢測系統(tǒng)操作壓力，或者參考相對于閥的機械操作的系統(tǒng)操作壓力，然后產(chǎn)生輸出以便獲得效果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理能夠是將在系統(tǒng)中產(chǎn)生的壓力信號氣動傳送給克服彈簧偏壓作用的機械促動器表面區(qū)域。當系統(tǒng)狀態(tài)變化時，促動器的性能將以簡單閉環(huán)邏輯而相應(yīng)變化?？刂葡到y(tǒng)還能夠增加復雜性，以便包括壓力傳感器，該壓力傳感器向電子處理單元發(fā)送信號，該電子處理單元將這些信號進行電子結(jié)合，或者根據(jù)比較值表，然后向螺線管輸出控制信號，該螺線管將氣動地控制促動器的驅(qū)動。如在美國專利申請13/369971中所述，該文獻整個被本文參引，在圖1的CRV 6的位置中閥的控制可以與廢氣門13的打開和關(guān)閉協(xié)調(diào)，以便控制在進氣歧管5、11處的升壓。
[0028]已經(jīng)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)當知道，在不脫離由附加權(quán)利要求確定的本發(fā)明范圍的情況下能夠進行變化和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種具有位置反饋的可變流量閥，包括: 殼體，該殼體有進口和排出口以及一個或多個控制口，該控制口與殼體的內(nèi)部流體連通； 活塞，該活塞與主閥連接，該活塞和主閥都置于殼體內(nèi)，以便打開和關(guān)閉在進口和排出口之間的流體連通； 其中，殼體和活塞相互嚙合，以便限定內(nèi)部腔室和外部腔室，該內(nèi)部腔室與所述控制口中的一個流體連通，該外部腔室與所述控制口中的另一個流體連通； 控制口閥，該控制口閥布置成用于打開和關(guān)閉通向壓力變化源的至少一個所述控制口 ；以及 位置傳感器，該位置傳感器有與主閥連接的至少一個部件，以便確定主閥相對于排出口的位置； 其中，主閥的位置用于與控制口閥連通，以便將主閥保持在使得排出口局部打開的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流量閥，還包括: 沿軸向穿過主閥形成的通路，用于使得進口與內(nèi)部腔室連接，以用于在它們之間流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流量閥，其中:控制口閥打開和關(guān)閉在與內(nèi)部腔室流體連通的控制口和與外部腔室流體連通的控制口之間的流體連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可變流量閥，其中:當主閥處于關(guān)閉位置時，控制口閥打開，從而提供在內(nèi)部腔室和外部腔室之間的流體連通，且當主閥處于完全打開位置時，控制口閥關(guān)閉，從而提供在外部腔室和壓力變化源之間的流體連通，而在內(nèi)部腔室和外部腔室之間并不流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流量閥，其中:排出口具有調(diào)節(jié)的幾何形狀，這樣，主閥朝向完全打開位置的輕微位移將部分地打開該排出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流量閥，其中:位置傳感器與CPU信號連通，該CPU控制該控制口閥的打開和關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流量閥，其中:位置傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器，該霍爾效應(yīng)傳感器包括與主閥連接的定位磁體和在定位磁體近側(cè)的傳感器芯片，以便檢測該定位磁體位置的任何變化。
8.一種用于控制排氣驅(qū)動的渦輪增壓系統(tǒng)的系統(tǒng)，包括: 渦輪增壓器，該渦輪增壓器的壓縮機出口與可變流量閥和發(fā)動機的進氣口流體連通，該可變流量閥包括: 活塞，該活塞與主閥連接，該主閥控制在殼體的進口和排出口之間的流體連通，主閥置于該殼體內(nèi)，其中，殼體和活塞相互嚙合，以便限定內(nèi)部腔室和外部腔室，該內(nèi)部腔室與第一控制口流體連通，該外部腔室與第二控制口流體連通； 控制口閥，該控制口閥布置成用于打開和關(guān)閉通向壓力變化源的第一控制口和第二控制口中的至少一個；以及 位置傳感器，該位置傳感器有與主閥連接的至少一個部件，以便確定主閥相對于排出口的位置；其中，主閥的位置控制該控制口閥的打開和關(guān)閉； 其中，主閥的位置用于與控制口閥連通，以便將主閥保持在使得排出口局部打開的位置，從而影響空氣流入發(fā)動機進口的流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，可變流量閥還包括: 沿軸向穿過主閥形成的通路，以便使得進口與內(nèi)部腔室連接，以用于在它們之間流體連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中:控制口閥打開和關(guān)閉在與內(nèi)部腔室流體連通的控制口和與外部腔室流體連通的控制口之間的流體連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中:當主閥處于關(guān)閉位置時，控制口閥打開，從而提供在內(nèi)部腔室和外部腔室之間的流體連通，且當主閥處于完全打開位置時，控制口閥關(guān)閉，從而提供在外部腔室和壓力變化源之間的流體連通，而在內(nèi)部腔室和外部腔室之間并不流體連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中:排出口具有調(diào)節(jié)的幾何形狀，這樣，主閥朝向完全打開位置的輕微位移將部分地打開該排出口。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中:位置傳感器與CPU信號連通，該CPU控制該控制口閥的打開和關(guān)閉。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中:位置傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器，該霍爾效應(yīng)傳感器包括與主閥連接的定位磁體和在定位磁體近側(cè)的傳感器芯片，以便檢測該定位磁體位置的任何變化。
【文檔編號】F15B13/04GK104334892SQ201380029071
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】B·格雷琴, D·弗萊徹, C·馬基維克 申請人:戴科知識產(chǎn)權(quán)控股有限責任公司