[发明专利]涡轮增压器旁通阀及用于其的具有受引导肘节的致动器组件

说明书

一种用于涡轮增压器的旁通阀组件包括旁通阀，旁通阀具有能够绕阀杆轴线旋转的阀杆，以打开和关闭阀。铰接的双杆连杆机构的第一曲柄的端部连接到阀杆。连杆机构的第二曲柄的端部连接到与引导凸轮接合的凸轮从动件。致动器向凸轮从动件提供原动力以沿着引导凸轮前进，该引导凸轮被构造成使凸轮从动件沿着非线性且非圆弧的引导路径前进，从而导致双杆连杆机构使阀杆旋转。可通过改变引导路径的形状而改变阀杆角位移与致动器行程的关系。

技术领域

本申请一般地涉及用于内燃发动机的涡轮增压器，并且更具体地涉及旁通阀，其用于允许来自发动机的排气绕过涡轮机或者用于允许空气在某些操作条件下绕过压缩机。

背景技术

排气驱动的涡轮增压器是一种与内燃发动机结合使用的装置，其用于通过压缩被输送到发动机进气口以与燃料混合并在发动机中燃烧的空气来增加发动机的功率输出。一种涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的轴的一个端部上的压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的轴的另一个端部上的涡轮机叶轮。典型地，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，并且还存在另一个中心壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，以便容纳用于轴的轴承。涡轮机壳体限定了围绕涡轮机叶轮且接收来自发动机的排气的大致环形的腔室。涡轮机组件包括从该腔室通向涡轮机叶轮的喷嘴。排气从腔室通过喷嘴流到涡轮机叶轮，并且涡轮机叶轮由排气驱动。因此，涡轮机从排气提取动力并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口接收环境空气，并且空气被压缩机叶轮压缩，然后被从壳体排出到发动机进气口。

设计涡轮增压器并使其与给定发动机适当匹配通常是在低发动机速度下获得足够的扭矩和在高发动机速度下产生足够的功率之间的折衷。如果设计者选择与发动机尺寸相关的小型涡轮增压器，则涡轮增压器将会能够快速地加速，因为它重量轻且惯性低。因此，涡轮增压器将会能够在低发动机速度下快速地产生扭矩。然而，这种小型涡轮增压器将会迅速达到其最大速度，在此之后，它将不能够提供在高发动机速度下获得最大期望功率所需的增压。

另一方面，如果设计者选择与发动机尺寸相关的大型涡轮增压器，则涡轮增压器将会能够在高发动机速度下产生足够的功率，但是会由于其较大的惯性而加速缓慢，因此将会难以在低发动机速度下提供期望的增压。

鉴于这些考虑，已经开发了致力于在两个领域均具有最佳效果的两级涡轮增压器布置结构。所谓的“串联顺序两级”涡轮增压器布置结构具有以串联顺序方式连接的两个涡轮机以及以串联顺序方式连接的两个压缩机。涡轮增压器中的一个大于另一个，并且通常表示为低压（LP）涡轮增压器。较小的涡轮增压器被称为高压（HP）涡轮增压器。LP涡轮增压器的尺寸被设置成在高发动机速度下提供期望的增压，并且HP涡轮增压器的尺寸被设置成在低发动机速度下辅助LP涡轮增压器。

因此，存在两种不同的操作模式。在低发动机速度下，系统被置于“两级”模式，其中，两个涡轮增压器一起工作，小型（HP）涡轮增压器提供增压的主要部分，而大型（LP）涡轮增压器逐渐地加速。在高发动机速度下，系统在小型（HP）涡轮增压器达到其最大速度之后被置于“单级”（或LP级）模式，于是HP涡轮增压器被绕过并且大型（LP）涡轮增压器单独工作。从两级到单级模式的过渡是通过涡轮机旁通阀（TBV）来实现的，其被布置成使得当该TBV被打开时，来自发动机的排气绕过HP涡轮机并且直接来到LP涡轮机而不是首先穿过HP涡轮机。TBV有许多要求。理想地，它应该是在完全关闭时是完美密封的，并且在完全打开时应该尽可能小地影响整个系统的性能。典型地，涡轮机旁通阀是二态的，即，或者完全关闭或者完全打开。

然而，最近，由于期望改进涡轮增压器性能以及对CO₂、NO_x和SO_x排放的日益严格的限制，消费者要求TBV具有更高的可控性和灵敏度，以便能够以第一开口程度精细地控制TBV，从而更好地管理小型涡轮增压器旁通，并由此实现从两级模式到单级模式的更平滑的过渡。然而，典型的涡轮机旁通阀的设计不适于提供其初始打开阶段的精细控制。