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专利名称：一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111563263.X

专利申请（专利权）人：湖南天雁机械有限责任公司
权利人地址：湖南省衡阳市石鼓区合江套路195号

专利发明（设计）人：杨涵钦,江智生,张建鹏,孟湋淇,陈少林,周晓芳,刘妮斯,李灿

专利摘要：本发明提供一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，包括涡轮箱、固定于涡轮箱的端盖、内置于涡轮箱的旁通机构，旁通机构包括阀门底座、动铁芯以及放气阀门，阀门底座上开设有供动铁芯贯穿的第一贯通孔，动铁芯包括相对设置的导杆部和连接部，导杆部套设有电磁铁环，动铁芯沿第一贯通孔的轴线方向可移动地设置，放气阀门包括相对设置的接触部和导向部，连接部与阀门底座之间设置有压缩弹簧。本发明通过将旁通机构内置于涡轮箱内，利用电磁铁环、动铁芯和压缩弹簧的配合控制放气阀门的开启与关闭，随着发动机工况变换，由于电磁铁的磁力与电流成正比，从而实现通过控制牵引电磁铁电流控制放气阀门的开启行程和废气旁通量。

主权利要求：
1.一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，包括涡轮箱、设置于所述涡轮箱内的涡轮；其特征在于，还包括固定于所述涡轮箱的安装端面上的端盖、内置于所述涡轮箱的旁通机构，所述旁通机构用于调整废气旁通量；其中，所述涡轮箱上形成有第一废气旁通通道以及供所述旁通机构安装的第一安装腔室，所述第一废气旁通通道的进口与所述涡轮箱的废气进气流道连通，所述第一废气旁通通道的出口与所述第一安装腔室的底部连通；
所述旁通机构包括设置于所述第一安装腔室内的阀门底座、动铁芯以及设置于所述第一安装腔室底部的放气阀门；其中，所述阀门底座上开设有供所述动铁芯贯穿的第一贯通孔，所述第一贯通孔与所述第一安装腔室连通；
所述动铁芯包括相对设置的导杆部和连接部，所述导杆部的外侧同轴设有与外置控制单元电连接的电磁铁环；所述导杆部的外径与所述第一贯通孔、所述电磁铁环的内径相匹配，所述连接部的外径大于所述第一贯通孔的孔径，以使所述动铁芯沿所述第一贯通孔的轴线方向可移动地设置；所述连接部与所述阀门底座之间设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于所述导杆部的外表面，所述压缩弹簧的两端分别与所述连接部、所述阀门底座相抵接；
所述放气阀门包括相对设置的接触部和导向部，所述接触部的外表面与所述第一废气旁通通道的出口形状相匹配；其中，所述压缩弹簧在初始状态下，所述接触部抵持于所述第一废气旁通通道的出口；
所述端盖上形成有供所述电磁铁环安装且与所述第一安装腔室连通的第二安装腔室，所述端盖的中部开设有与所述涡轮箱的废气排气流道连通的第二贯通孔；
所述阀门底座包括与所述电磁铁环同轴设置的第一管体和封堵于所述第一管体顶部开口且具有预设厚度的顶板；其中，所述顶板的中部开设有所述第一贯通孔，所述第一贯通孔的两端分别与所述第一管体的内部以及所述电磁铁环的内部连通；所述第一管体的底部与所述第一废气旁通通道的出口之间具有预设间隔距离，所述第一管体的内径大于所述连接部的外径，所述第一管体的内径与所述接触部的尺寸相匹配地设置；
所述第一管体内部还形成有与所述第一管体同轴设置的第二管体，所述第二管体的顶部与所述顶板的底面连接，所述第二管体的内径大于所述压缩弹簧、所述连接部的外径，所述第二管体的内径小于接触部的外径，以对所述放气阀门沿所述第一安装腔室向上的移动行程进行限位。
2.根据权利要求1所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述电磁铁环的底面与所述阀门底座的顶面相抵接。
3.根据权利要求1所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述放气阀门的所述接触部呈半球状，所述导向部呈圆柱状；其中，所述导向部的直径小于所述接触部的直径。
4.根据权利要求3所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述接触部和/或所述导向部的内部中空。
5.根据权利要求1所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述电磁铁环的内径大于所述第一贯通孔的内径。
6.根据权利要求4所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮箱还形成有第二废气旁通通道，所述第一安装腔室通过所述第二废气旁通通道与所述涡轮箱的废气排气流道连通。
7.根据权利要求4所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述连接部的底部向上凹陷于预设深度且与所述导向部相配合的凹槽，所述导向部通过焊接/接触的方式与所述连接部连接。
8.根据权利要求1?7任意一项所述的可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，其特征在于，所述端盖上开设有多个供螺栓贯穿的连接孔，所述端盖通过所述螺栓贯穿所述连接孔与所述涡轮箱连接。 说明书 : 一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器技术领域[0001] 本发明涉及涡轮增压技术领域，尤其涉及一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器。背景技术[0002] 涡轮增压器是利用发动机排出的废气能量进行进一步增压的一种机械装置，它利用发动机的废气能量驱动涡轮箱内的涡轮旋转，涡轮带动同轴的压气机叶轮工作，新鲜空气经空气滤清器进入压气机，压气机叶轮旋转压缩新鲜空气达到增压的效果。因此，涡轮增压器可以有效地回收利用废气能量，增加同排量下缸内空气量，优化燃烧过程，提高内燃机工作效率。涡轮增压器是现代发动机提高功率、节油降耗和改善排放必不可少的零部件。[0003] 随着内燃机强化程度的不断提高以及排放标准的日益严格，采用涡轮增压技术成为提高发动机经济性、动力性以及排放标准最为关键的措施之一。涡轮增压器可分为普通、有废气旁通以及可变截面三种类型，现阶段市面上绝大部分涡轮增压器均为带有废气旁通，该种技术路线涡轮增压器较普通涡轮增压器可选择小流通能力的涡轮机，主要为了提高发动机低速性能，当发动机高速时，通过废气旁通技术防止涡轮增压器超速，和保持原有性能。[0004] 然而现阶段市面上的带有废气旁通的涡轮增压器通常采用外置式废气旁通装置，受限于外置式废气旁通装置体积和尺寸的影响，涡轮增压器难以小型化、轻量化和通用化，同时增压器空间布置受限。此外，由于外置式废气旁通机械传动较多较复杂，在发动机复杂工况下，容易产生噪音、振动磨损和零部件失效的风险。[0005] 鉴于此，有必要提出一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器以解决或至少缓解上述缺陷。发明内容[0006] 本发明的主要目的在于提供一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，以解决现阶段市面上的带有废气旁通的涡轮增压器采用外置式废气旁通难以小型化、轻量化和通用化、增压器空间布置受限、容易产生噪音、振动磨损和零部件失效的风险的问题。[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，包括涡轮箱、设置于所述涡轮箱内的涡轮；还包括固定于所述涡轮箱的安装端面上的端盖、内置于所述涡轮箱的旁通机构，所述旁通机构用于调整废气旁通量；其中，[0008] 所述涡轮箱上形成有第一废气旁通通道以及供所述旁通机构安装的第一安装腔室，所述第一废气旁通通道的进口与所述涡轮箱的废气进气流道连通，所述第一废气旁通通道的出口与所述第一安装腔室的底部连通；[0009] 所述旁通机构包括设置于所述第一安装腔室内的阀门底座、动铁芯以及设置于所述第一安装腔室底部的放气阀门；其中，所述阀门底座上开设有供所述动铁芯贯穿的第一贯通孔，所述第一贯通孔与所述第一安装腔室连通；[0010] 所述动铁芯包括相对设置的导杆部和连接部，所述导杆部的外侧同轴设有与外置控制单元电连接的电磁铁环；所述导杆部的外径与所述第一贯通孔、所述电磁铁环的内径相匹配，所述连接部的外径大于所述第一贯通孔的孔径，以使所述动铁芯沿所述第一贯通孔的轴线方向可移动地设置；所述连接部与所述阀门底座之间设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于所述导杆部的外表面，所述压缩弹簧的两端分别与所述连接部、所述阀门底座相抵接；[0011] 所述放气阀门包括相对设置的接触部和导向部，所述接触部的外表面与所述第一废气旁通通道的出口形状相匹配；其中，所述压缩弹簧在初始状态下，所述接触部抵持于所述第一废气旁通通道的出口；[0012] 所述端盖上形成有供所述电磁铁环安装且与所述第一安装腔室连通的第二安装腔室，所述端盖的中部开设有与所述涡轮箱的废气排气流道连通的第二贯通孔。[0013] 优选地，所述电磁铁环的底面与所述阀门底座的顶面相抵接。[0014] 优选地，所述阀门底座包括与所述电磁铁环同轴设置的第一管体和封堵于所述第一管体顶部开口且具有预设厚度的顶板；其中，所述顶板的中部开设有所述第一贯通孔，所述第一贯通孔的两端分别与所述第一管体的内部以及所述电磁铁环的内部连通；所述第一管体的底部与所述第一废气旁通通道的出口之间具有预设间隔距离，所述第一管体的内径大于所述连接部的外径，所述第一管体的内径与所述接触部的尺寸相匹配地设置。[0015] 优选地，所述第一管体内部还形成有与所述第一管体同轴设置的第二管体，所述第二管体的顶部与所述顶板的底面连接，所述第二管体的内径大于所述压缩弹簧、所述连接部的外径，所述第二管体的内径小于接触部的外径，以对所述放气阀门沿所述第一安装腔室向上的移动行程进行限位。[0016] 优选地，所述放气阀门的所述接触部呈半球状，所述导向部呈圆柱状；其中，所述导向部的直径小于所述接触部的直径。[0017] 优选地，所述接触部和/或所述导向部的内部中空。[0018] 优选地，所述电磁铁环的内径大于所述第一贯通孔的内径。[0019] 优选地，所述涡轮箱还形成有第二废气旁通通道，所述第一安装腔室通过所述第二废气旁通通道与所述涡轮箱的废气排气流道连通。[0020] 优选地，所述连接部的底部向上凹陷于预设深度且与所述导向部相配合的凹槽，所述导向部通过焊接/接触的方式与所述连接部连接。[0021] 优选地，所述端盖上开设有多个供螺栓贯穿的连接孔，所述端盖通过所述螺栓贯穿所述连接孔与所述涡轮箱连接。[0022] 与现有技术相比，本发明所提供的具有如下的有益效果：[0023] (1)采用内置式的旁通机构，整个涡轮增压器尺寸空间大幅度减。鲅蛊鞲有⌒突崃炕，发动机空间布置无须重新设计废气旁通结构；[0024] (2)采用电磁铁环、动铁芯与压缩弹簧相配合的方式控制放气阀门，电磁铁环电连接外置控制单元，通过控制电流实现快速精准控制放气阀门的开启行程和涡轮增压器的废气旁通量，并且可随发动机万有特性实现全工况的按需控制。[0025] (3)采用电磁式废气旁通后，在发动机处于低速时，放气阀门在压缩弹簧的作用下，能够抵持于第一废气旁通通道的出口保证废气不易泄露，提高了涡轮增压器的低速性能。[0026] (4)采用内置式旁通结构，涡轮箱与外界完全隔绝，废气不再通过传统的轴孔泄露至外界，而通过废气排气流道和第二贯通孔排出，提高了发动机排放性能和可靠性；[0027] (5)采用全新设计的电磁式旁通结构，完全规避了原先传统机械传动的振动磨损情况，同时可实现原有废气旁通功能不变；[0028] (6)本发明的放气阀门与第一废气旁通通道的出口球型接触，相比较原先传统的结构减少了脉冲气体造成的接触磨损和噪声问题；[0029] (7)采用内置电磁式旁通机构简单紧凑，零部件较少，装配工艺和工序显著减少，产品较传统设计通用性强。附图说明[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。[0031] 图1为本发明一个实施例中的整体结构的剖面示意图；[0032] 图2为本发明一个实施例中的端盖的结构示意图；[0033] 图3为本发明一个实施例中的另一视角下的端盖结构示意图；[0034] 图4为本发明一个实施例中的旁通机构的结构示意图；[0035] 图5为本发明一个实施例中的阀门底座和动铁芯的组合结构示意图；[0036] 图6为本发明一个实施例中的阀门底座的结构示意图；[0037] 图7为本发明一个实施例中的动铁芯的结构示意图。[0038] 本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。[0039] 附图标号说明：[0040] 10、涡轮箱；110、废气进气流道；120、废气排气流道；130、第一废气旁通通道；140、第二废气旁通通道；150、第一安装腔室；20、涡轮；30、旁通机构；310、阀门底座；311、第一管体；312、顶板；313、第一贯通孔；314、第二管体；320、动铁芯；321、导杆部；322、连接部；323、凹槽；330、电磁铁环；340、放气阀门；341、接触部；342、导向部；350、压缩弹簧；40、端盖；410、第二安装腔室；420、第二贯通孔；430、螺栓；440、连接孔。具体实施方式[0041] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0043] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。[0044] 另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基。奔际醴桨傅慕岷铣鱿窒嗷ッ芑蛭薹ㄊ迪质庇Φ比衔庵旨际醴桨傅慕岷喜淮嬖，也不在本发明要求的保护范围之内。[0045] 请参阅附图1?7，本发明提供的一实施例中的一种可控内置电磁式废气旁通涡轮增压器，包括涡轮箱10、设置于所述涡轮箱10内的涡轮20；还包括固定于所述涡轮箱10的安装端面上的端盖40、内置于所述涡轮箱10的旁通机构30，所述旁通机构30用于调整废气旁通量；其中，[0046] 所述涡轮箱10上形成有第一废气旁通通道130以及供所述旁通机构30安装的第一安装腔室150，所述第一废气旁通通道130的进口与所述涡轮箱10的废气进气流道110连通，所述第一废气旁通通道130的出口与所述第一安装腔室150的底部连通；[0047] 所述旁通机构30包括设置于所述第一安装腔室150内的阀门底座310、动铁芯320以及设置于所述第一安装腔室150底部的放气阀门340；其中，所述阀门底座310上开设有供所述动铁芯320贯穿的第一贯通孔313，所述第一贯通孔313与所述第一安装腔室150连通；[0048] 所述动铁芯320包括相对设置的导杆部321和连接部322，所述导杆部321的外侧同轴设有与外置控制单元(图未示出)电连接的电磁铁环330；所述导杆部321的外径与所述第一贯通孔313、所述电磁铁环330的内径相匹配，所述连接部322的外径大于所述第一贯通孔313的孔径，以使所述动铁芯320沿所述第一贯通孔313的轴线方向可移动地设置；所述连接部322与所述阀门底座310之间设置有压缩弹簧350，所述压缩弹簧350套设于所述导杆部321的外表面，所述压缩弹簧350的两端分别与所述连接部322、所述阀门底座310相抵接；[0049] 所述放气阀门340包括相对设置的接触部341和导向部342，所述接触部341的外表面与所述第一废气旁通通道130的出口形状相匹配；其中，所述压缩弹簧350在初始状态下，所述接触部341抵持于所述第一废气旁通通道130的出口；[0050] 所述端盖40上形成有供所述电磁铁环330安装且与所述第一安装腔室150连通的第二安装腔室410，所述端盖40的中部开设有与所述涡轮箱10的废气排气流道120连通的第二贯通孔420。[0051] 工作原理：在发动机与涡轮增压器联合工作中，当发动机处于低速或者低负荷时，电磁铁环330不通电不工作，动铁芯320在压缩弹簧350的预紧力的作用下，放气阀门340的接触部341抵持于第一废气旁通通道130的出口处于关闭状态，该状态下涡轮箱10的废气进气流道110的废气完全经过涡轮20进行做功。[0052] 在发动机处于中高速或中高负荷时，电磁铁环330通电工作，当电磁力大于压缩弹簧350的预紧力时，动铁芯320在磁力的作用下开始向电磁铁环330的方向移动，放气阀门340的接触部341与所述第一废气旁通通道130的出口分离，该状态下涡轮箱10的废气进气流道110的部分废气通过第一废气旁通通道130进入废气排气流道120后不对涡轮20做功。[0053] 在发动机处于全工况标定时，当发动机性能未达到要求时，ECU发送电控信号给旁通机构30的外置控制单元，计算出放气阀门340的开启行程的电流值，增压器和发动机性能随之发生变化，ECU判断发动机是否达到要求，如否，则继续以上控制循环，直至达到性能要求；如是，将维持目前旁通机构30状态。[0054] 需要注意的是，废气旁通量与放气阀门340开启面积成正比，与压缩弹簧350的预紧力、电磁铁环330的电磁力之和成正比，与电流值成正比。[0055] 作为本发明一可选的实施方式，所述电磁铁环330的底面与所述阀门底座310的顶面相抵接。[0056] 作为本发明一优选的实施方式，所述阀门底座310包括与所述电磁铁环330同轴设置的第一管体311和封堵于所述第一管体311顶部开口且具有预设厚度的顶板312；其中，所述顶板312的中部开设有所述第一贯通孔313，所述第一贯通孔313的两端分别与所述第一管体311的内部以及所述电磁铁环330的内部连通；所述第一管体311的底部与所述第一废气旁通通道130的出口之间具有预设间隔距离，所述第一管体311的内径大于所述连接部322的外径，所述第一管体311的内径与所述接触部341的尺寸相匹配地设置。值得注意的是，本实施例中的阀门底座310采用包括第一管体311和顶板312的形式，通过在顶板312上开设有所述第一贯通孔313，在发动机处于不同的工作状态下时，通过导杆部321沿所述第一贯通孔313的轴线方向移动实现所述旁通机构30的旁通量的调整。通过设置管体的形式，能够使得放气阀门340、压缩弹簧350以及连接部322沿第一管体311的内部轴向移动，以实现更为可靠、精准的控制。[0057] 作为本发明一较佳的实施方式，所述第一管体311内部还形成有与所述第一管体311同轴设置的第二管体314，所述第二管体314的顶部与所述顶板312的底面连接，所述第二管体314的内径大于所述压缩弹簧350、所述连接部322的外径，所述第二管体314的内径小于接触部341的外径，以对所述放气阀门340沿所述第一安装腔室150向上的移动行程进行限位。需要注意的是，为控制放气阀门340的开口高度，实现更稳定、精准的控制，进一步地，本实施例中通过在第一管体311内部还形成有与所述第一管体311同轴设置的第二管体314，利用第一管体311和第二管体314的高度差，能够对放气阀门340沿所述第一安装腔室150的移动行程进行限位。当放气阀门340的开度达到一定值时，此时所述接触部341的顶面将抵持住第二管体314的底部，如此设置也避免了放气阀门340做非必要的行程做功。[0058] 进一步地，所述放气阀门340的所述接触部341呈半球状，所述导向部342呈圆柱状；其中，所述导向部342的直径小于所述接触部341的直径。本实施例采用全新的放气阀门340与第一废气旁通通道130的出口进行球型接触，相比于传统的结构减少了脉冲气体造成的接触磨损和噪声问题。[0059] 作为本发明优选的实施方式，所述接触部341和/或所述导向部342的内部中空。本实施例中通过将接触部341和/或导线部的内部设置为中空形式，能够减轻整体结构重量，实现轻量化设计。[0060] 进一步地，所述电磁铁环330的内径大于所述第一贯通孔313的内径。可以理解的是，在其他实施例中，本领域技术人员还可以根据实际需要将电磁铁环330的内径设置为小于或等于第一贯通孔313的内径，但需要保证导杆部321能够沿所述第一贯通孔313以及电磁铁环330的内部顺畅的移动。[0061] 进一步地，所述涡轮箱10还形成有第二废气旁通通道140，所述第一安装腔室150通过所述第二废气旁通通道140与所述涡轮箱10的废气排气流道120连通。换而言之，第二废气旁通通道140的出口与所述废气排气流道120连通，第二废气旁通通道140的进口与所述第一安装腔室150连通。[0062] 作为本发明另一较佳的实施方式，所述连接部322的底部向上凹陷于预设深度且与所述导向部342相配合的凹槽323，所述导向部342通过焊接/接触的方式与所述连接部322连接。通过在连接部322的底部形成所述凹槽323，利用凹槽323的预设深度对导向部342进行限位连接，连接的方式可以是通过焊接固定，也可以是直接接触连接，具体可以视实际情况而定，从而能够进一步地提高动铁芯320与放气阀门340之间的连接稳定性。[0063] 进一步地，所述端盖40上开设有多个供螺栓430贯穿的连接孔440，所述端盖40通过所述螺栓430贯穿所述连接孔440与所述涡轮箱10连接。具体的，连接孔440的位置和/或数量均可以根据实际需要设定，同时端盖40与涡轮箱10之间的固定连接方式还可以是其他形式，例如可以将所述端盖40与涡轮箱10设置为一体成型形式，或者通过焊接的形成进行连接。[0064] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

专利地区：湖南

专利申请日期：2021-12-20

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114320577B