[发明专利]差压式气动执行器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器气动执行器装置，尤其涉及一种涡轮增压器的差压式气动执行器装置，属于内燃机领域。

背景技术

随着国家排放法规和用户需求的不断发展，发动机尤其是柴油发动机的增压技术也有了长足的进步，废气涡轮增压器的结构从传统的固定截面发展到了能够兼顾发动机低速扭矩的废气旁通结构增压器，到了国Ⅳ排放法规实施以后，人们对于能够兼顾发动机高低速性能的发动机增压器的需求越来越强烈，可变截面涡轮增压器成为了国内外研发的重点。

在可变截面涡轮增压器的实际配试中，其控制一直是一个大问题，常见的控制机构有三种：

第一种是气动执行器，价格便宜、可靠性好、控制精度差；

第二种是气动执行器+脉宽调节阀+TCU控制，价格较贵、可靠性适中、控制精度适中；

第三种是执行电机+TCU控制，价格最贵、可靠性最差、控制精度最高。

为了控制成本，国内应用最多的是前两种方式，这两种方式都需要采用气动执行器。对单纯气动执行器方案，完全依赖执行器弹簧的行程特性，但很多可变截面增压器匹配特性是在低速多个转速点保持在最小开度，然后又以很快的开启速度开至最大，在这种匹配特性下，由于开始时，在多个转速点都要保持在最小开度，执行器开启压力较高，则需要弹簧较硬、弹性系数较大，而开启后快速开至最大，则需要弹簧较软、弹性系数较小，两者存在矛盾，无法实现有机统一，执行器无法加工。

对“气动执行器+脉宽调节阀+TCU控制”方案，通过TCU控制脉宽调节阀的占空比达到所需的压力，弹簧的行程特性影响较小，但脉宽调节阀是通过通断阀的不断开闭实现对占空比的调节，气体压力越低、脉宽调节阀的可靠性也就越好。

对于可变截面增压器，特别是通过可变流道实现变截面的增压器，由于需驱动调节阀门，气体压力一般较高，可靠性一直是困扰生产厂家的大问题。研发一种差压式执行器，通过两个取气点的压差驱动，既能解决单纯气动执动器开启压力高与开启后伸缩快的矛盾，又能只控制低压端的压力，实现脉宽调节阀对压差的控制，增强脉宽调节阀的可靠性。

目前，增压器气动执行器结构如图1所示，一般包括上壳体8、橡胶膜片6、膜片座7、弹簧2、下壳体1、芯杆3、气嘴10，上壳体8与下壳体1通过螺栓5与橡胶膜片6连在一起，膜片座7与芯杆3通过螺母9连接在一起，整个气动执行器通过连接螺纹孔4安装在增压器上。

工作时，带有压力的气体从气嘴10进入上壳体8与橡胶膜片6形成的密闭空腔，推动橡胶膜片6与膜片座7向下壳体8方向移动，膜片座7带动与其组装在一起的芯杆3一起移动，实现对增压器的调节。

这种气动执行器由于只靠单个弹簧来决定最终的行程特性，行程特性由弹簧的弹性系数决定，当出现开启压力很高、开启后伸缩又过快的矛盾时，是无法解决的。

“气动执行器+脉宽调节阀+TCU控制”方案的控制如图3所示，TCU会收集执行器膜片室压力、发动机转速、发动机扭矩、发动机进气流量、发动机功率、油耗率、油门开度等信号，汇总计算后输出占空比信号至脉宽调节阀，通过对脉宽调节阀的占空比控制，来调节膜片室压力至需求值。膜片室压力决定了脉宽调节阀通断阀承受的压力，压力越高，通断阀越容易失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统增压器气动执行器结构的以上缺陷，提供一种涡轮增压器的差压式气动执行器装置，通过两个取气点的压差驱动，既能解决单纯气动执行器开启压力高与开启后伸缩快的矛盾，又能通过只控制低压端的压力，实现脉宽调节阀对压差的控制，增强脉宽调节阀的可靠性。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种差压式气动执行器装置，包括壳体, 壳体内设置有密闭且相邻的两个膜片室, 其中一个膜片室内安装有可轴向移动的芯杆，两个膜片室的容积可在分别进入具有压差的气体的作用下收缩或增大用以驱动芯杆轴向移动。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：

两个膜片室的容积在各自变化的情况时，其中任一个膜片室能够抵消或增补另一个膜片室增大或收缩的容积。

进一步优化：壳体包括筒状结构的下壳体，下壳体的上端固定连接有上壳体、下壳体的下端固定连接下端盖。

进一步优化：下壳体的上端与上壳体之间还连接有橡胶膜片，橡胶膜片与上壳体之间形成一个封闭空间即两个膜片室其中的一个，为上膜片室。

进一步优化：芯杆的其中一端部设置在下膜片室内靠近橡胶膜片的位置，该端部通过螺母固定连接有一截面为U形的膜片座。