多渦輪增壓器裝置及其排氣流量控制閥的製作方法

2023-06-18 02:20:56

專利名稱：多渦輪增壓器裝置及其排氣流量控制閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的多渦輪增壓器裝置中用於控制渦輪增壓器的排氣流量 的閥。
背景技術：
在內燃機的多渦輪增壓器裝置中，例如在WO2004/067932中公開的雙渦輪 增壓器裝置中，整個文件在此引入作為參考，經常需要或希望能夠選擇性地阻 止或允許排氣通過裝置中指定渦輪增壓器的渦輪，這樣，在一些運行條件下排 氣通過所有渦輪增壓器的渦輪，並且在其他運行^j牛下排氣僅僅通過一個渦輪 增壓器中的渦輪。
已提出多種排氣流量控制閥的設計。本發明針對這樣一種多渦輪增壓,置 的閥，所述閥具有獨特構造和工作特性以增強多渦輪增壓器裝置的可操作性。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種閥，所述閥具有總是允許排氣流ilil的 能力，即使當閥"關附'的時候也是如此，從而使得只要發動機在運行，貝鵬一氣"關 附'的渦輪增壓器的渦輪仍然接收少量的排氣流以保持渦輪增壓器低速旋轉。這 有助於減少油密封問題，當油循環通過其支承面積時可能會由於渦輪增壓器被 完全停下來而導致產生油密封問題。
根據本發明的一個實施例，所述閥包括殼體，所述殼體具有進口、出口以
及與進口和出口流體連通的腔室；布置在腔室內的閥座；閥元件，所述閥元件
布置在腔室內且相對於閥座在(a)關閉位置和(b)開啟位置之間肖嫩進行移 動，其中在所述關閉位置與閥座接合以阻止從進口、在閥元件和閥座之間、再 到出口的流動，在所述開啟位置允許從進口、在閥元件和閥座之間、再到出口 的流動；以及從進口在閥座和殼體之間再到出口延伸的洩流路徑，從而使得即 便是當閥元件處於關閉位置時，排氣仍皿口ffl31洩流路徑流向出口。
根據一個具體實施例的閥座與殼體分幵形成並安裝到殼體的腔室內。閥座大 致為管狀的結構，具有徑向外表面和徑向內表面，洩流路徑的一部分被限定在
閥座的徑向外表面和殼體的內表面之間。另外，洩流路徑的一部分可被限定在 閥座的端面和殼體的相對面之間。閥元件能夠在平行於管狀閥座的軸線方向上 進行移動，以在開啟位置和關閉位置之間移動，而且閥座的端面和殼體的相對 面可大致垂直於軸線。
在一個實施例中，所述閥元件具有與閥座的徑向內表面相對的徑向外表面， 在閥元件的徑向外表面和閥座的徑向內表面之間布置有密封件。這些相對的表 面大致為圓柱形，從而使得所述閥元件能夠相對於閥座軸向滑動，所述密封件 阻止在閥元件的徑向夕卜表面和閥座的徑向內表面之間的流動。所述閥座包括至
少一個 L，所述孔從徑向外表面延伸通到閥座的徑向內表面，用於當閥元件處 於開啟位置時排氣流動。
有利地，所述閥座和閥元件能形成筒，並且所述殼體內的腔室可以被設計成 為使得所述筒能夠軸向地從殼體一端插入到腔室內，直到所述筒的軸向立面與 殼體的相對的軸向立面鄰接。
本發明還涉及用於內燃機的多渦輪增壓器裝置，所述多渦輪增壓器裝置包
括
第一渦輪增壓器，所述第一渦輪增壓器包括被第一渦輪驅動的第一壓縮機， 所述第一渦輪可操作地受到來自內燃機的排氣的驅動；
第二渦輪增壓器，所述第二渦輪增壓器包括被第二渦輪驅動的第二壓縮機， 所述第二渦輪可操作地受到來自內燃機的排氣的驅動；
布置用於將來自內燃機的排氣供應給第一渦輪的第一導管，以及布置用於 將來自內燃機的排氣供應給第二渦輪的第二導管；以及
連接至第二導管並且在開啟狀態和關閉狀態之間可切換的閥，其中在開啟 狀態允許來自第二導管的排氣流到第二渦輪，在關閉狀態基本上阻止排氣從第 二導管流向第二渦輪，但是允許有足以保持第二渦輪旋轉的洩流流到第二渦輪。


已經這樣概括性地描述本發明，現在將以相應的附圖作參考，所述附圖不是 按照比例糹賴lj的，其中
圖1是本發明一個實施例中多渦輪增壓 置的略圖；以及
圖2是本發明一個實施例中閥的截面剖視圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖更加充分地描述本發明，附圖中示出了本發明的一些但並不 是全部的實施例。實P示上，本發明可以以許多不同的形式實施，而且不應該被
視為局限於在此所述的實施例；相反地，提供這些實施例是為了滿足相應的法 律要求。在所有附圖中iOT相同的附圖標號表示相同的部件。
圖1中示出了根據本發明的一個具體實施例的渦輪增壓發動機裝置。內燃機 E的氣缸C經由進氣歧管IM接收燃燒空氣。如果需要，燃燒空氣能在進氣歧管
之前的中間冷卻器ic中被y似卩。氣缸也接收燃料，或是在進氣歧管之前與燃燒
空氣混合或是fflil燃料噴射器(未示出)被單獨噴入氣缸中，所 料空氣混 合物在氣缸中燃燒，生成從氣缸排出iSA到一個或多個排氣歧管EM中的排氣。 來自發動機的排氣流驅動第一渦輪增壓器100和第二渦輪增壓器200。第一 渦l&增壓器包括第一渦輪120和第一壓縮機130，兩者M第一軸140相互連接， 這樣第一渦輪120的旋轉引起第一鄰140旋轉，接著引起第一壓縮機130旋轉 並壓縮供給它的空氣流，用於傳避撥動機的進氣歧管IM。同樣，第二渦輪增 壓器包括第二渦輪220和第二壓縮機230，兩者M第二軸240相互連接，這樣 第二渦輪220的旋轉弓l起第二軸240旋轉，接著弓l起第二壓縮機230旋轉並壓 縮供給它的空氣流，用於傳遞到發動機的進氣歧管M。圖l僅示出了渦輪增壓 裝置的排氣側，但應該理解，還存在用於輸送空氣至每個壓縮機、以及用於傳 送被壓縮機壓縮的空氣至進氣歧管(或者可選擇地至中間冷卻器IC，然後空氣
Ay隉輸送至進氣歧管)的空氣導管系統。
裝置的渦輪側包括雖來自排氣歧管EM的排氣的主排氣管路10，以及從 主排氣管路10分支並將排氣供給第一渦輪120的第一導管12。已經通過第一渦 輪的排氣經過第一渦輪排出管路14排出。在第一渦輪120上遊的第一導管12 禾口第一渦輪下遊的排出管路14之間連接有旁通管路16，只要布置在旁通通道上 的旁通閥VT1打開，所述管路16就用於導引排氣繞過第一渦輪。
在主排氣管路10中並沒有通過第一導管12的排氣通過主氣管路經由流體控 制閥VT2 iii^至第二導管22，所述第二導管22將排氣供應給第二渦輪220。 已經ilil第二渦輪的排氣經過第二渦輪排出管路24排出。在第二渦輪220上遊 的第二導管22和第二渦輪下遊的排出管路24之間連接有旁通管路26，只要布 置在旁M道上的旁通閥VT3打開，所述管路26就用於導引排氣^i第二渦 輪。
根據本發明，這樣設計閥VT2，以使得即使閥處於為了基本上阻止排氣流 向第二渦輪220的關閉位置時，也有少量的"洩流"ffi51所述閥直到第二渦輪。 所述洩流通過適當地設計閥 行校準，從而使得所述流量能夠足以保持第二 渦輪以較低的速率旋轉，即便是第二渦輪事實上在驅動第二壓縮機230以提供 增壓給發動機方面不起作用。在這些情況下，增壓完全由第一壓縮機130提供， 所述壓縮機130穀悌一渦輪120的驅動。因此，當閥VT2關閉以j蝶二渦輪 增壓器200不起作用時，幾乎來自主排氣管路10的所有排氣穿過第一導管10 和第一渦輪120，或穿過旁通管路16到達排放管路14，除了少量洩流穿過第二 渦輪到達排放管路24。
圖2中示出了根據本發明一個實施例的閥VT2。該閥包括殼體300，該殼體 具有進口310、出口312、和與進口以及出口連通的腔室314。腔室314形成為 大體上呈圓柱形的孔316,所述孔316具有圓柱形第一孔部分316a，直徑大於 第一孔部分並在軸向上與之間隔開的圓柱形第二孔部分316b，以皿徑大於第 二孔部分並在軸向上與之間隔開的圓柱形第三孔部分316c。
該閥還包括安裝在孔316內的一個筒320。所述筒包括普通的管狀閥座322。 所述閥座包括存在於第一孔部分316a的第一部分322a,所述第一部分322a的 外徑小於殼體的第一孔部分316a的直徑，這樣在兩者之間存在徑向間隙324。 所述閥座還包括存在於第二、第三孔部分316b,c的第二部分322b，所述第二部 分322b的外徑大於第一部分322a的夕階但是小於第二和第三孔部分的直徑， 這樣在它們之間存在間隙。所述閥座還包括一個徑向向外突出的肩部或者環帶 326，其從第二部分322b延伸，被設計成與殼體310的一^由向垂直面鄰接， 所述軸向垂直面由第二部分322b和第三部分322c之間的臺階建成。環帶326 和殼體之間的所述鄰接限制了所述閥座在殼體內延伸駄孔316內的距離有多 遠，這樣在殼體內，軸向間隙328存在於閥座尾部和腔的相對內表面之間。
筒320進一步包括閥元件330，所述閥元件330容納在管狀閥座320的開口 內部。閥元件具有大致成管狀的部分332，所述管狀部分332的末端限定出一個 大致錐形的外表面334，所述外表面334的直徑大小適於密封接觸閥座的第一部 分322a的一^f形內表面323。 一個管狀的襯套340固定(例如壓合)至,座 的第二部分322b內。所述襯套具有小於除了錐形內表面323的大部分閥座322 的內徑，閥元件的管狀部分332的近端具有稍微小於襯套340內徑的夕卜徑。密
封環336保留在管狀部分332的近端外表面的一個凹槽內並密封地與襯套340 的內表面接合，這樣閥元件330就肖灘沿著閥座320的軸線相對於其移動，密 封環336在閥元件和閥座之間保持有密封，所以阻止排氣在兩者之間流動。襯 套有助於將閥元件330和它的密封環336從閥座320熱分離，這樣有助於保證 密封環的可靠性。襯套可用不同於閥座的材料製成，特別可以是低摩擦材料。 將襯套與閥座分離幵還有助於最小化閥元件外表面相對的表面的熱變形，這樣 的熱變形最小化又允許這些表面之間的間隙被減小到最小，這樣密封環336必 須留住的洩流能 小到最少。
閥元件330相對於閥座320在封閉位置(如圖2所示)和開啟位置之間是可 移動的,所述閥元件的封閉位置接合閥座以阻止在閥元件和閥座之間從進口 310 到出口 312的流動，開啟位置允許在閥元件和閥座之間從進口到出口的流動。 當閥元件處於開啟位置時，這樣的排氣的流動是可以的，因為閥座320具有一 個或多個穿過其偵蝰的孔325，這樣排氣能織口 310 閥座的內部並艦出 口312。當闊元件移動到關閉位置時，蓋住了孔325,錐形表面323、 334之間 的接合基本上阻止了排氣的這種流動。
閥元件330包括一個連接到管狀部分332的近端的盤狀部分338,以及連接 到盤狀部分並從那軸向延伸的杆部分339。閥包括殼體罩302，其具有大致環狀 或圓柱形的部分304，其緊緊地安裝到殼體300的第三孔部分316c內並與閥座 322的環帶326鄰接。殼體罩302以合適的方法固定到殼體300，這樣閥座就固 定到殼體的內部。殼體罩302限定一個容納管狀襯套350的孔306，闊元件330 的杆部分339穿過襯套350延伸。密封環352布置在杆部分339的外表面和襯 套350的內表面之間。在殼體罩302內，杆部分339的端部延伸穿過孔308，這 樣所述杆部分能夠被連接到合適的致動器以在閥元件的開啟和關閉位置之間移 動閥元件。
根據本發明，洩流路徑從進口 310延伸經過閥座322和殼體300之間的間隙 324、 328到達出口312。因此，即便閥元件處於關閉位置，排氣/AiS口經過洩 流路徑流至出口。
itaig當地設計閥並M擇間隙324、 328的尺寸，閥能夠M"校準"，這樣 在預先確定的工作狀態下，存在通過閥的預定洩流量。所希望的是洩流足以保 持第二渦輪220以^ilia行旋轉，這樣會,阻止第二渦，壓器200中產生油
密封問題，如果當來自發動機油路系統的油循環SM它的支承面(bearingarea) 時渦輪增壓器是靜止的，就會產生所述油密封問題。
因此，根據本發明，當發動機以低皿行運行時，第二渦輪增壓器200不需 要用於提供給發動機所要求的增壓量時，閥VT2關閉，這樣有效地使得第二渦 輪增壓器不運轉。儘管如此，經過閥到達渦輪220的洩流保持第二渦輪增壓器 旋轉足以阻止密封在第二渦輪增壓器中的油洩漏或減少。
在這裡陳述的本發明的多種變型和其它實施例是本領域的技術人員易於想 到的，對本領域的技術人員來說，這些發明存在於前面說明和相應附圖的啟示。 因此，應該認為本發明不被限制為前面公幵的具體實施例，那些改變和其它實 施例被確定為包含在所附權利要求書的範圍內。雖然專用名詞被用於本發明中， 但是他們僅僅以非特殊性的描述性質的方式被應用，並不是旨在用於限制性目 的。
權利要求
1、一種用於調節多渦輪增壓器裝置中到渦輪增壓器的流動的閥，該閥包括殼體，所述殼體具有進口，出口和與進口和出口流體連通的腔室；布置在腔室內的閥座；閥元件，所述閥元件布置在腔室內且相對於閥座在(a)關閉位置和(b)開啟位置之間能夠進行移動，其中在所述關閉位置與閥座接合以阻止從進口、在閥元件和閥座之間、再到出口的流動，在所述開啟位置允許從進口、在閥元件和閥座之間、再到出口的流動；以及從進口在閥座和殼體之間再到出口延伸的洩流路徑，從而使得即便是當閥元件處於關閉位置時，排氣仍從進口通過洩流路徑流向出口。
2、 如權利要求l所述的閥，其中閥座與殼體分開形成並安裝到腔室內，閥座大致為管狀的結構，具有徑向外表面和徑向內表面，洩流路徑的一部分被限定在閥座的徑向外表面和殼體的內表面之間。
3、 如權利要求2所述的閥，其中洩流路徑的一部分被限定在閥座的端面禾口殼體的相對面之間。
4、 如權利要求3所述的閥，其中閥元件倉嫩在平行於管狀閥座的軸線方向上進行移動，以在開啟位置和關閉位置之間移動，而且閥座的端面和殼體的相對面大致垂直於軸線。
5、 如權利要求2所述的閥，其中所述閥元件具有徑向外表面，在閥元件的徑向外表面和閥座的徑向內表面之間布置有密封件，從而使得所述閥元件能夠相對於閥座軸向滑動，所述密封件阻止在閥元件的徑向外表面和閥座的徑向內表面之間的流動，所述閥座包括至少一個孔，所述孔從徑向外表面延伸通到閥座的徑向內表面，用於當閥元件處於開啟位置時排氣流動。
6、 如權利要求5所述的閥，其中所述閥元{袍括大鵬管狀的部分，所述大致呈管狀的部分具有徑向外表面和徑向內表面。
7、 如權利要求2所述的閥，其中閥座和閥元件形成筒，並且殼體內的腔室 被設計成為使得筒能夠軸向地從殼體的一端插入到腔室內，直到筒的軸向立面與殼體的相對的軸向立面鄰接。
8、 一種用於內燃機的渦輪增壓器裝置，包括第一渦輪增壓器，所述第一渦輪增壓器包括被第一渦輪驅動的第一壓縮機, 所述第一渦輪可操作地受到來自內燃機的排氣的驅動；第二渦輪增壓器，所述第二渦輪增壓器包括被第二渦輪驅動的第二壓縮機， 所述第二渦輪可操作地穀睞自內燃機的排氣的驅動；布置用於將來自內燃機的排氣供應給第一渦輪的第一導管，以及布置用於 將來自內燃機的排氣供應給第二渦輪的第二導管以及連接至第二導管並且在開啟狀態和關閉狀態之間可切換的閥，其中在開啟 狀態允許來自第二導管的排氣流到第二渦輪，在關閉狀態基本上阻止排氣從第 二導管流向第二渦輪，但是允許有足以保持第二渦輪旋轉的洩流流到第二渦輪， 其中所述閥包括殼體，所述殼體具有進口、出口以及與進口和出口流體連通的腔室； 布置在腔室內的閥座；閥元^K所述閥元件布置在腔室內且相對於閥座在(a)關閉位置和(b) 開啟位置之間能夠進行移動，其中在所述關閉位置與閥座接合以阻止從進 口、在閥元件和閥座之間、再到出口的流動，在所述開啟位置允許從進口、在閥元件和閥座之間、再到出口的流動；以及從進口在閥座和殼體之間再到出口延伸的洩流路徑，從而使得即便是 當閥元件處於關閉位置時，排氣仍流動M洩流路徑。
9、 如權利要求8所述的渦輪增壓器裝置，其中閥座與殼體分開形成並安裝 到腔室內，閥座大致為管狀的結構，具有徑向外表面和徑向內表面，洩流路徑 的一部分被限定在閥座的徑向外表面和殼體的內表面之間。
10、 如權利要求9所述的渦輪增壓器裝置，其中洩流路徑的一部分被限定 在閥座的端面和殼體的相對面之間。
11、 如權利要求10所述的渦輪增壓器裝置，其中閥元件肖嫩在平行於軸線 的方向上進行移動，以在開啟位置和關閉位置之間移動，而且閥座的端面和殼 體的相對面大致垂直於軸線。
12、 如權利要求9所述的渦輪增壓器裝置，其中所述閥元件具有徑向夕卜表 面，在閥元件的徑向夕卜表面和閥座的徑向內表面之間布置有密封件，從而使得 所述閥元件能夠相對於闊座軸向滑動，所述密封件阻止在閥元件的徑向夕卜表面 和閥座的徑向內表面之間的流動。
13、 如權利要求12所述的渦輪增壓器裝置，其中所述閥元件包括大致呈管 狀的部分，所述大致呈管狀的部分具有徑向夕卜表面和徑向內表面。
14、 如權利要求9所述的渦輪增壓器裝置，其中閥座和閥元件形成筒，並 且殼體內的腔室被設計成為使得筒能夠軸向地從殼體的二端插入到腔室內，直 到筒的軸向立面與殼體的相對的軸向立面鄰接。
全文摘要
一種用於內燃機的多渦輪增壓器裝置包括第一渦輪增壓器，所述第一渦輪增壓器包括被第一渦輪驅動的第一壓縮機，所述第一渦輪可操作地受到來自內燃機的排氣的驅動；第二渦輪增壓器，所述第二渦輪增壓器包括被第二渦輪驅動的第二壓縮機，所述第二渦輪可操作地受到來自內燃機的排氣的驅動；布置用於將來自內燃機的排氣供應給第一渦輪的第一導管，以及布置用於將來自內燃機的排氣供應給第二渦輪的第二導管；以及連接至第二導管並且在開啟狀態和關閉狀態之間可切換的閥，其中在開啟狀態允許來自第二導管的排氣流到第二渦輪，在關閉狀態基本上阻止排氣從第二導管流向第二渦輪，但是允許有足以保持第二渦輪旋轉的洩流流到第二渦輪。
文檔編號F02B37/007GK101387221SQ200810171428
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月9日 優先權日2007年9月10日
發明者J·-L·佩林, P·雷諾, Y·普雷波斯特 申請人:霍尼韋爾國際公司