一种废气门组件、装置、涡轮增压器和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及汽车技术领域，特别是涉及一种废气门组件、装置、涡轮增压器和车辆。


背景技术：

2.涡轮增压器是一种能提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩的设备。
3.通常车用涡轮增压器为了保证低速扭矩会在低速进行匹配，而这样匹配的结果会导致高速大负荷下涡轮功率过大，发生超速，因此其涡轮机需要设计废气放气阀让一部分发动机排气绕过涡轮叶轮以降低过大的涡轮功率。这样，废气放气阀能起到调节涡轮功率的作用，可以让涡轮增压器有更大的自由度来满足汽车的各种使用工况。
4.废气门装置通常由废气门阀、废气门轴、衬套、驱动废气门轴旋转的曲柄连杆机构以及驱动器组成。由于发动机排气的不连续性，导致发动机排气存在脉冲，同时由于发动机排温通常很高，在这种脉冲与高温的复合作用下废气门装置容易产生磨损、卡滞、噪声甚至损坏等问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种废气门组件、装置、涡轮增压器和车辆，以降低废气门装置磨损、卡滞、噪声甚至损坏风险。
6.本实用新型提供一种废气门组件，包括废气门、废气门轴和衬套，所述废气门轴插入所述衬套中，所述衬套设置有限位环。
7.进一步地，所述废气门轴外表面的中间部分向下凹陷形成有凹槽，所述废气门轴的纵截面呈阶梯型。
8.本实用新型还提供一种废气门装置，包括废气门、与所述废气门连接的废气门轴、套设于所述废气门轴外表面上的衬套，以及驱动废气门轴旋转的曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构包括涡端摇臂和连杆，所述涡端摇臂与所述废气门轴连接，所述连杆推动所述涡端摇臂，所述废气门轴插入所述衬套并与所述涡端摇臂连接，所述衬套与所述涡端摇臂连接之处设置有限位环。
9.进一步地，所述涡端摇臂和所述连杆之间设置有弹垫。
10.进一步地，所述弹垫为多层螺旋翘曲环状。
11.进一步地，所述废气门轴外表面的中间部分向下凹陷形成有凹槽，所述废气门轴的纵截面呈阶梯型。
12.本实用新型再提供一种涡轮增压器，包括涡轮机壳体和废气门装置，所述废气门装置包括废气门、与所述废气门轴连接的废气门轴、套设于所述废气门轴外表面上的衬套，以及驱动废气门轴旋转的曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构包括涡端摇臂和连杆，所述涡端摇臂与所述废气门轴连接，所述连杆推动所述涡端摇臂，所述废气门呈塞状，所述废气门轴插入所述衬套并与所述涡端摇臂连接，所述衬套与所述涡端摇臂连接之处设置有限位
环。
13.进一步地，所述废气门被设置为用于控制流量特性的多种塞状，所述塞状包括单层圆台状、双层圆台状，和半球台状。
14.进一步地，所述涡端摇臂和所述连杆通过销连接，所述涡端摇臂和所述连杆之间设置有弹垫。
15.本实用新型最后提供一种车辆，所述车辆具有上述任意一种涡轮增压器。
16.本实用新型在衬套上焊接限位环控制涡端摇臂与衬套之间的自由间隙，可以将间隙控制在很小的程度，减小涡端摇臂与衬套之间的撞击噪音。此外，限位环还可以控制废气门轴的轴向窜动量，便于废气门准确塞入泄气通道，避免废气门在关闭过程中被卡住。
附图说明
17.图1是本实用新型较佳实施例提供的涡轮增压器的示意图；
18.图2显示图1涡轮增压器的第一气流通道和第二气流通道；
19.图3显示图1涡轮增压器中的废气门轴和衬套；
20.图4是废气门轴的剖面示意图；
21.图5是废气门和废气门轴的剖面示意图；
22.图6是具有废气门轴的涡轮增压器的剖面示意图；
23.图7是具有废气门轴的涡轮增压器的另一剖面示意图；
24.图8是图1涡轮增压器中的弹垫的放大示意图；
25.图9是图1涡轮增压器中的一体式设计的废气门和废气门轴的放大示意图；
26.图10显示本实用新型废气门的各种形状；
27.图11显示本实用新型废气门上设置的能引导气流流向的结构；
28.图12显示非一体式设计的废气门和一体式设计的废气门的流量特性曲线；
29.图13显示非一体式设计的废气门和一体式设计的废气门在小开度附近所受的气体力。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
31.本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
32.请参阅图1，本实用新型提供的技术方案关于涡轮增压器，如图1所示，本实用新型较佳实施例提供的涡轮增压器100主要包括以下6个元件：涡轮机壳体1、废气门2、衬套3、限位环4、涡端摇臂5、弹垫6、连杆7和驱动器8。废气门2连接有废气门轴21，涡轮机壳体1包括用于支撑涡端摇臂5 的孔，该孔中装有与废气门轴21相配合的衬套3。驱动器8与连杆7相连，通过连杆7推动涡端摇臂5旋转，其中连杆7和涡端摇臂5之间装有弹垫6，涡端摇臂5与废气门轴21相连，使废气门2进行相应的旋转，废气门塞入涡轮轮机泄气流道，即图2中所示的第二气流通道13，内进行密封，其中，废气门轴21插入衬套中，衬套3安装于涡轮接壳体1上，限位环焊接在衬套上。请参阅图2，涡轮机壳体1具有两个气流通道，第一气流通道11和第二
气流通道12，第一气流通道11将气流导向涡轮叶轮，第二气流通道13引导气流绕过涡轮叶轮。
33.参阅图1和图3，上述涡轮增压器100中的废气门2、废气门轴21和衬套3，可以称为废气门组件20。在本实用新型较佳实施例中，废气门轴21插入衬套3中，衬套3设置有用于焊接在衬套3上的限位环4。限位环4与衬套3过盈配合，并卡紧和焊接于衬套3，限位环4优选为圆环状。限位环4 安装于废气门轴21与衬套3之间。可以接着参阅图4，废气门轴21外表面的中间部分向下凹陷形成有凹槽211，使废气门轴21的纵截面呈阶梯型。
34.废气门轴21的阶梯型设计既能弥补此位置因膨胀变形导致的间隙小而带来的卡滞风险，可以参阅图5，这种阶梯形状的好处是能够缩小废气门轴 21与衬套3的配合间隙δy1。若不具有阶梯形状结构，则废气门轴21与衬套 3中间配合的部分，会在高温下膨胀变形，导致磨损增大而发生卡滞，而阶梯型设计可以增大废气门轴21与衬套3中间配合部分的间隙δy2，从而达到缩小配合间隙的目的。而间隙的减小可以改善废气门轴径向晃动及轴向的窜动幅度，有利于噪声的减小。此外，可以参阅图6，当上述废气门组件应用于下文所述的废气门装置时，这种阶梯型设计可以让蜗壳内部高温高压气体经过的废气门轴21与衬套4的间隙时进行减速稳流，可以进一步减小废气门轴21的轴向窜动而减小涡端摇臂5与衬套3的撞击噪声。
35.优选地，废气门轴21与废气门2一体式成型，以避免分体式设计易发生的震颤噪音。
36.可以再次参阅图1，上述涡轮增压器100中的废气门2、与废气门连接的废气门轴21、套设于废气门轴21外表面上的衬套3，以及驱动废气门轴21 旋转的曲柄连杆机构41，可以称为废气门装置40。如图1所示，曲柄连杆机构41包括涡端摇臂5和连杆7，涡端摇臂5与废气门轴21连接，连杆7推动涡端摇臂5。在本实用新型较佳实施例中，废气门轴21插入衬套3并与涡端摇臂5连接，衬套3与涡端摇臂5连接之处设置有限位环4。限位环4焊接在衬套3上。
37.可以同时参阅图7，涡端摇臂5与废气门轴21焊接连接，涡端摇臂5与衬套3之间会形成多个自由间隙，包括图7中所示的第一自由间隙δx1和第二自由间隙δx2，在衬套3上焊接限位环4，可以实时在线控制每一个涡轮增压器的涡端摇臂5与衬套3间的间隙，并且可以将涡端摇臂5与衬套3之间的间隙控制到非常小，达到δx1＝0.1mm，而在这个量级的间隙已经不会引起能够感知的撞击噪声，此时需要控制δx2＞0。限位环4在图7中所示的位置 p处，与废气门轴21焊接。
38.承前所述，在本实用新型较佳实施例中，涡端摇臂5和连杆7可以通过销连接。涡端摇臂5和连杆7之间设置有弹垫6，弹垫6为多层螺旋翘曲环状，优选为4层螺旋翘曲环状。弹垫6可以由呈螺旋翘曲环状的4层弹簧叠加而成，如图8所示。可以同时参阅图1，废气门装置40工作时，涡端摇臂 5与连杆7通过销连接，驱动器8驱动连杆7运动，涡端摇臂5与连杆7连接时，由于尺寸链公差累积以及曲柄连杆7运动，需要存在自由间隙。为确保此处相互撞击产生的噪声较小，因此在它们之间设计弹垫来消除自由间隙。如上所述，弹垫为6可以为多层螺旋翘曲环状，这种设计的好处是弹垫自由高度较高可达4mm以上，可压缩性较大，能够消除较大的自由间隙，同时接触面积较小，因此能使得摩擦力不至于太大，不易造成卡滞与严重磨损。
39.废气门轴21外表面的中间部分向下凹陷形成有凹槽211，使废气门轴21 的纵截面
呈阶梯型。一方面，如上文所述，废气门轴21呈阶梯状的能够缩小废气门轴21与衬套3的配合间隙δy1，从而改善废气门轴径向晃动及轴向的窜动幅度。另一方面在本实施例中，废气门轴21呈阶梯状还可以在废气通过废气门轴21与衬套3的间隙时起稳流作用，减小废气门轴21的轴向窜动。因此，废气门轴21呈阶梯状能够通过减小废气门轴21的移动幅度，降低涡端摇臂5与衬套3之间的撞击噪音。
40.本技术还提供一种涡轮增压器100，包括涡轮机壳体1和废气门装置40。废气门装置40包括废气门2、与废气门2连接的废气门轴21、套设于废气门轴21外表面上的衬套3，以及驱动废气门轴21旋转的曲柄连杆机构41。曲柄连杆机构41包括涡端摇臂5和连杆7，涡端摇臂5与废气门轴21连接，连杆7推动涡端摇臂5。在本实施例中，废气门2呈塞状，废气门轴21插入衬套3并与涡端摇臂5连接，衬套3与涡端摇臂5连接之处设置有的限位环 4。在本实施例中，废气门2与废气门轴21可以一体成型，限位环4可以焊接在衬套3上。本实施例提供的塞型废气门2，不仅能降低废气门2受力，进而减小废气门2及废气门轴21的晃动，而且还可以降低废气门轴21与衬套3的摩擦力，从而减小废气门轴21与衬套3之间的磨损。
41.在本实施例中，废气门2与废气门轴21一体式设计，如图9所示，可以使废气门2有多种形状可选，使废气门2可以被设置为具有不同控制流量特性的多种塞状。废气门2可以通过塞入涡轮机壳体1泄气流道起密封作用，其密封作用为线密封，而这也是将废气门轴21与废气门2做成一体式的基础。涡轮机壳体1泄气流道例如可以是图1所示的第二气流通道12。
42.详细而言，废气门2用于密封涡轮机壳体泄气流道的一端为曲面几何形状，可以塞入泄气流道内部，另一端为圆柱形，插入衬套3，并与涡端摇臂5 连接。衬套3可以为圆桶型，用于支撑废气门轴21。
43.废气门2的形状设计的自由度很大，例如图10中a所示的单层圆台状、 b所示的双层圆台状，和c所示的半球台状等。不同的形状可以实现不同泄气流量特性，如图11所示，可以在废气门2上设计能引导气流流向的结构23，以引导高温气流流向催化器中心改善催化器的起燃，并避免涡轮机壳体或催化器筒体局部壁面过高的热负荷。图12显示了非一体式设计的废气门流量特性曲线，以及一体式设计的废气门废气门流量特性曲线。如图12所示，一体式设计的废气门2，在形状不同时，其流量特性也不同，可以根据需要的不同，选择不同形状的废气门2。
44.相比于非一体式平面密封方式，本实施例提供的一体式设计的废气门2 可以减小废气门2在小开度附近所受的气体力。可以参阅图13，图13中，f 代表非一体式设计的废气门2在关闭状态和小开度状态下所受的气体力，f1 代表一体式设计的废气门2在全关闭状态下的所受的气体力，f2代表一体式设计的废气门2在小开度状态下的所受的气体力。如图13所示f＝f1＜f2，这是重要的，因为通常在废气门运动过程中，废气门轴与衬套的最大作用力发生与小开度附近，尤其是全关闭状态时，废气门2受力减小将会改善废气门轴21与衬套3的磨损以及传递给摇臂5和连杆机构的振动。
45.此外，限位环4可以控制废气门轴21的轴向窜动量，在装配时使废气门轴21被准确塞到衬套3中，从而便于废气门2准确塞入泄气通道，避免废气门2关不上或废气门2在关闭过程中被卡住。
46.涡端摇臂5和连杆7通过销连接，为避免一体式阀门组件间隙带来的震颤噪音，涡
端摇臂5和连杆7之间设置有弹垫6。连杆7连接驱动器8与涡端摇臂5。驱动器可以是直线型电机、也可以是旋转型电机，还可以是气动式驱动器。连杆7优选为为圆柱状或者扁平状，其他形状也可以。涡端摇臂 5将驱动器8产生的推力输出给废气门2，涡端摇臂5优选为片状。
47.涡轮增压器100工作时，涡轮机壳体1入口过来的气体可以分别经过两个通道排出涡轮机，其一是通过第一气流流道12推动涡轮做功，其二是通过第二气流通道13绕过涡轮直接排出涡轮机，而通过控制通过第二气流通道 13的流量可以控制涡轮机的输出功率。废气门装置即是用来控制泄气流道流量的机构，可以参阅图1，驱动器8通过连杆7推动涡端摇臂5旋转，而摇臂与废气门轴21相连接，废气门轴21也因此在衬套3中旋转，废气门轴21 转动时废气门2相应跟着转动，废气门2与涡轮机壳体1相配合，通过不同配合角度来控制泄气的流量，其流量曲线如图12所示。在废气门2旋转过程中由于第二气流通道13脉冲气流，会造成废气门轴2轴向窜动，此时限位环 4可以起到限制废气门2轴向窜动的作用，避免噪声问题，此外涡端摇臂5 与连杆7之间的弹垫6可以避免摇臂5与连杆7运动时的相互碰撞，从而避免引起噪声。
48.本实用新型最后提供一种车辆，所述车辆具有上述任一种涡轮增压器。
49.综上所述，本实用新型提供一种涡轮增压器的废气门装置，其废气门与废气门轴一体式成型，废气门与蜗轮机壳体通过呈密封塞状的废气门配合，为保证废气门轴21的定位准确性，通过在废气门轴21上焊接限位环4确保轴向尺寸，废气门轴21与涡端摇臂5相连，涡端摇臂5通过连杆7与驱动器 8相连、涡端摇臂5与连杆7之间装有弹垫6消除涡端摇臂5与连杆7间的自由间隙。涡端摇臂5与连杆7之间的螺旋翘曲环状弹垫6能够消除此处的较大的自由间隙，同时这种弹垫6的结构造成的摩擦力很小，不易造成卡滞与严重磨损。本实用新型提供的废气门装置，低噪声低磨损，能够显著的降低噪音和磨损。此外，本实用新型提出的废气门的各种设计形式，可以实现废气门2的不同控制特性。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。