渦輪增壓器的廢氣門閥組件的磨損降低的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于渦輪增壓器的減小磨損的廢氣門(wast-gate)閥組件。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)通常被用于以可靠的基礎(chǔ)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的大水平的動(dòng)力。許多這樣的ICE組件使用增壓裝置，例如排氣渦輪驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器，以讓氣流在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總管之前壓縮氣流，以便增加功率和效率。
[0003]具體說(shuō)，渦輪增壓器是離心的氣體壓縮機(jī)，其與通過(guò)周圍大氣壓力所獲得的情況相比使得更多空氣和更多氧氣進(jìn)入ICE的燃燒室。被迫進(jìn)入ICE的額外質(zhì)量的含有氧氣的空氣改善發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，允許在給定循環(huán)中燃燒更多燃料，且由此產(chǎn)生更多功率。通常，這種蝸輪增壓器通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的排出氣體驅(qū)動(dòng)。
[0004]典型的排氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器包括中心軸，所述中心軸被一個(gè)或多個(gè)軸承支撐且在渦輪和空氣壓縮機(jī)輪之間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。渦輪和壓縮機(jī)輪被固定到軸，上述軸與各種軸承部件組合構(gòu)成渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)組件。蝸輪增壓器通常使用廢氣門閥以限制旋轉(zhuǎn)組件的運(yùn)行速度，以便將渦輪增壓器的增壓保持在預(yù)定極限內(nèi)且防止旋轉(zhuǎn)組件過(guò)速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及用于將輸送到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流增壓，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有汽缸，其配置為接收空氣-燃料混合物以用于在其中燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，設(shè)置在汽缸中且配置為從汽缸將燃燒后氣體排出。渦輪增壓器包括渦輪殼體和壓縮機(jī)覆蓋件，旋轉(zhuǎn)組件具有設(shè)置在渦輪殼體內(nèi)部的渦輪和設(shè)置在壓縮機(jī)覆蓋件內(nèi)部的壓縮機(jī)輪。壓縮機(jī)輪配置為通過(guò)燃燒后氣體繞軸線旋轉(zhuǎn)。
[0006]渦輪增壓器還包括廢氣門組件，其配置為選擇性地將燃燒后氣體的至少一部分從渦輪重新引導(dǎo)離開(kāi)，且由此限制旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)速度和從周圍環(huán)境接收的氣流的壓力。廢氣門組件包括閥、連接到所述閥的可旋轉(zhuǎn)軸、和軸襯，所述軸襯相對(duì)于渦輪殼體固定且繞軸同中心地設(shè)置，從而軸在軸襯內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉閥。軸通過(guò)與軸襯接觸的外表面限定。外表面包括陶瓷基材料構(gòu)成的涂層。
[0007]軸襯可以通過(guò)與軸的接觸內(nèi)表面限定。內(nèi)表面可以至少部分地涂有陶瓷基材料。涂層可以經(jīng)由物理沉積或熱噴涂處理施加。
[0008]軸襯可以通過(guò)與軸的接觸內(nèi)表面限定。內(nèi)表面可以包括一個(gè)或多個(gè)插入件，其至少部分地用陶瓷基材料構(gòu)造。每一個(gè)插入件可配置為連續(xù)套筒或離散部分。
[0009]廢氣門組件也可以包括固定到軸的臂。廢氣門組件可以另外包括促動(dòng)器，所述促動(dòng)器具有經(jīng)由桿端部操作性地連接到臂的桿且配置為讓臂移位或旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉閥。桿端部可以包括用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。另外，桿端部可以限定孔且臂可以包括與孔接合的銷。因而，銷與孔的接合提供且固定桿端部和銷之間的接合部。插入件可以設(shè)置在接合部中。
[0010]無(wú)機(jī)晶體或陶瓷基材料可以具有基質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括陶瓷和非陶瓷材料。例如，陶瓷基材料可以是碳化硅、氮化硅、碳化鉻、氧化誥、碳-碳復(fù)合物和金屬-陶瓷復(fù)合物中之一。
[0011 ] 陶瓷基材料也可以具有基本上同質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及具有如上所述的渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0013]具體說(shuō)，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括:汽缸，配置為接收空氣-燃料混合物，以用于在其中燃燒；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，設(shè)置在汽缸中且配置為從汽缸將燃燒后氣體排出；和渦輪增壓器，與活塞流體連通且配置為使得從周圍環(huán)境接收的氣流增壓和將增壓的氣流輸送到汽缸，渦輪增壓器包括:渦輪殼體和壓縮機(jī)覆蓋件；旋轉(zhuǎn)組件，具有設(shè)置在渦輪殼體內(nèi)部的渦輪和設(shè)置在壓縮機(jī)覆蓋件內(nèi)部的壓縮機(jī)輪，其中旋轉(zhuǎn)組件通過(guò)燃燒后氣體繞軸線旋轉(zhuǎn)；和廢氣門組件，配置為選擇性地將燃燒后氣體的至少一部分從渦輪重新引導(dǎo)離開(kāi)和由此現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)速度和從周圍環(huán)境接收的氣流的壓力，廢氣門組件具有:閥、連接到所述閥的可旋轉(zhuǎn)軸、和軸襯，所述軸襯相對(duì)于渦輪殼體固定且繞軸同中心地設(shè)置，從而軸在軸襯內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉閥，其中軸通過(guò)與軸襯接觸的外表面限定，且其中所述外表面包括陶瓷基材料構(gòu)成的涂層。
[0014]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，軸襯通過(guò)與軸接觸的內(nèi)表面限定，且其中所述內(nèi)表面至少部分地涂有陶瓷基材料。
[0015]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，涂層經(jīng)由物理沉積過(guò)程和熱噴涂中之一施加。
[0016]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，軸襯通過(guò)與軸接觸的內(nèi)表面限定，且其中所述內(nèi)表面包括至少部分地用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。
[0017]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，插入件構(gòu)造為連續(xù)套筒。
[0018]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪增壓器進(jìn)一步包括促動(dòng)器和固定到軸的臂，所述促動(dòng)器具有經(jīng)由桿端部操作性地連接到臂的桿且配置為使得臂移位，以由此選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉閥，其中桿端部包括用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。
[0019]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，桿端部限定孔，且臂包括與孔接合的銷，由此提供桿端部和銷之間的接合部，且其中插入件設(shè)置在接合部處。
[0020]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，陶瓷基材料為陶瓷和非陶瓷材料的基質(zhì)復(fù)合物。
[0021]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，陶瓷基材料為碳化硅、氮化硅、碳化鉻、氧化誥、碳-碳復(fù)合物和金屬-陶瓷復(fù)合物中之一。
[0022]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，陶瓷基材料具有同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。
[0023]本發(fā)明還提供一種用于使得輸送到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流增壓的渦輪增壓器，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生燃燒后氣體，渦輪增壓器組件包括:渦輪殼體和壓縮機(jī)覆蓋件；旋轉(zhuǎn)組件，具有設(shè)置在渦輪殼體內(nèi)部的渦輪和設(shè)置在壓縮機(jī)覆蓋件內(nèi)部的壓縮機(jī)輪，其中旋轉(zhuǎn)組件通過(guò)燃燒后氣體而繞一軸線旋轉(zhuǎn)；和廢氣門組件，配置為選擇性地將燃燒后氣體的至少一部分從渦輪重新引導(dǎo)離開(kāi)和由此限制旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)速度和氣流的壓力，廢氣門組件具有:閥、連接到所述閥的可旋轉(zhuǎn)軸、和軸襯，所述軸襯相對(duì)于渦輪殼體固定且繞軸同中心地設(shè)置，從而軸在軸襯內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉閥，其中軸通過(guò)與軸襯接觸的外表面限定，且其中所述外表面包括陶瓷基材料構(gòu)成的涂層。
[0024]在所述的渦輪增壓器中，軸襯通過(guò)與軸接觸的內(nèi)表面限定，且其中所述內(nèi)表面至少部分地涂有陶瓷基材料。
[0025]在所述的渦輪增壓器中，涂層經(jīng)由物理沉積過(guò)程和熱噴涂中之一施加。
[0026]在所述的渦輪增壓器中，軸襯通過(guò)與軸接觸的內(nèi)表面限定，且其中所述內(nèi)表面包括至少部分地用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。
[0027]在所述的渦輪增壓器中，插入件為連續(xù)套筒。
[0028]所述的渦輪增壓器，進(jìn)一步包括促動(dòng)器和固定到軸的臂，所述促動(dòng)器具有經(jīng)由桿端部操作性地連接到臂的桿且配置為使得臂移位，以由此選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉閥，其中桿端部包括用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。
[0029]在所述的渦輪增壓器中，桿端部限定孔，且臂包括與孔接合的銷，由此提供桿端部和銷之間的接合部，且其中插入件設(shè)置在接合部處。
[0030]在所述的渦輪增壓器中，陶瓷基材料為陶瓷和非陶瓷材料的基質(zhì)復(fù)合物。
[0031]在所述的渦輪增壓器中，陶瓷基材料為碳化硅、氮化硅、碳化鉻、氧化誥、碳-碳復(fù)合物和金屬-陶瓷復(fù)合物中之一。
[0032]在所述的渦輪增壓器中，陶瓷基材料具有同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。
[0033]在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式(一個(gè)或多個(gè))和實(shí)施例(一個(gè)或多個(gè))做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖。
[0035]圖2是如圖1所示的渦輪增壓器的透視部分截面圖，顯示了廢氣門組件，所述廢氣門組件包括閥、連接到閥的可旋轉(zhuǎn)軸、軸襯、固定到軸的臂和具有桿的促動(dòng)器。
[0036]圖3是圖1和2所示的渦輪增壓器的示意性部分截面圖。
[0037]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的如圖2所示的軸和軸襯子組件的近距橫截面?zhèn)纫晥D。
[0038]圖5是根據(jù)替換實(shí)施例的如圖2所示的軸和軸襯子組件的近距橫截面?zhèn)纫晥D。
[0039]圖6是根據(jù)另一替換實(shí)施例的如圖2所示的軸和軸襯子組件的近距橫截面?zhèn)纫晥D。
[0040]圖7是如圖2所示的桿和臂子組件的近距橫截面?zhèn)纫晥D。
【具體實(shí)施方式】
[0041]參見(jiàn)附圖，其中幾幅圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或類似的部件，圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括氣缸體12，所述氣缸體12具有布置在其中的多個(gè)汽缸14。如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)10也可以包括安裝在氣缸體12上的汽缸蓋16。每一個(gè)汽缸14包括配置為在其中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞18。
[0042]燃燒室20形成在汽缸14中且在汽缸蓋16的底部表面和活塞18的頂部之間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，每一個(gè)燃燒室20從汽缸蓋16接收空氣和燃料，其形成燃料-空氣混合物，用于在目標(biāo)燃燒室中的隨后燃燒。汽缸蓋16還配置為將燃燒后氣體從燃燒室20排出。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括配置為在氣缸體12中旋轉(zhuǎn)的曲軸22。由于適當(dāng)比例的燃料-空氣混合物在燃燒室20中燃燒，曲軸22被活塞18旋轉(zhuǎn)。在空氣-燃料混合物在具體燃燒室20內(nèi)部燃燒之后，具體活塞18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)用于將燃燒后的氣體24從相應(yīng)汽缸14排出。
[0043]發(fā)動(dòng)機(jī)10另外包括吸氣系統(tǒng)30，所述吸氣系統(tǒng)配置為將氣流32從周圍環(huán)境導(dǎo)通到汽缸14。吸氣系統(tǒng)30包括進(jìn)入空氣管道34、渦輪增壓器36和進(jìn)氣總管(未示出)。雖然未示出，但是吸氣系統(tǒng)30可以另外包括在渦輪增壓器36上游的空氣過(guò)濾器，用于去除來(lái)自氣流32的外來(lái)顆粒和其他空氣攜帶的碎片。進(jìn)入空氣導(dǎo)管34配置為將氣流32從周圍環(huán)境引導(dǎo)到渦輪增壓器36，而渦輪增壓器配置為對(duì)接收的氣流增壓，和將增壓的氣流排放到進(jìn)氣總管。進(jìn)氣總管又將之前增壓的氣流32分配到汽缸14，用于與適當(dāng)量的燃料混合和隨后燃燒混合的燃料空氣混合物。
[0044]如圖2-3所示，渦輪增壓器36包括旋轉(zhuǎn)組件37。旋轉(zhuǎn)組件37包括軸38，所述軸具有第一端40和第二端42。旋轉(zhuǎn)組件37還包括渦輪46，所述渦輪在第一端40附近安裝在軸38上且配置為通過(guò)從汽缸14排出的燃燒后氣體24繞軸線43與軸38 —起旋轉(zhuǎn)。渦輪46通常用耐高溫和耐氧化材料形成，例如鎳鉻基的“因科(inconel) ”超合金，以可靠地抵抗燃燒后氣體24的溫度，在一些發(fā)動(dòng)機(jī)中該溫度接近2000華氏度。渦輪46設(shè)置在渦輪殼體48中，所述殼體包括渦輪渦螺或渦道50。渦輪渦道50接收燃燒后排出氣體24且將排出氣體引導(dǎo)到渦輪46。渦輪渦道50配置為實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器36的具體的性能特點(diǎn)，例如效率和響應(yīng)性。
[0045]進(jìn)一步如圖3所示，旋轉(zhuǎn)組件37還包括安裝在第一和第二端部40、42