专利名称：多涡轮增压器装置及其排气流量控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的多涡轮增压器装置中用于控制涡轮增压器的排气流量 的阀。
背景技术：
在内燃机的多涡轮增压器装置中，例如在WO2004/067932中公开的双涡轮 增压器装置中，整个文件在此引入作为参考，经常需要或希望能够选择性地阻 止或允许排气通过装置中指定涡轮增压器的涡轮，这样，在一些运行条件下排 气通过所有涡轮增压器的涡轮，并且在其他运行^j牛下排气仅仅通过一个涡轮 增压器中的涡轮。
已提出多种排气流量控制阀的设计。本发明针对这样一种多涡轮增压,置 的阀，所述阀具有独特构造和工作特性以增强多涡轮增压器装置的可操作性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种阀，所述阀具有总是允许排气流ilil的 能力，即使当阀"关附'的时候也是如此，从而使得只要发动机在运行，贝鹏一气"关 附'的涡轮增压器的涡轮仍然接收少量的排气流以保持涡轮增压器低速旋转。这 有助于减少油密封问题，当油循环通过其支承面积时可能会由于涡轮增压器被 完全停下来而导致产生油密封问题。
根据本发明的一个实施例，所述阀包括壳体，所述壳体具有进口、出口以
及与进口和出口流体连通的腔室；布置在腔室内的阀座；阀元件，所述阀元件
布置在腔室内且相对于阀座在(a)关闭位置和(b)开启位置之间肖嫩进行移 动，其中在所述关闭位置与阀座接合以阻止从进口、在阀元件和阀座之间、再 到出口的流动，在所述开启位置允许从进口、在阀元件和阀座之间、再到出口 的流动；以及从进口在阀座和壳体之间再到出口延伸的泄流路径，从而使得即 便是当阀元件处于关闭位置时，排气仍皿口ffl31泄流路径流向出口。
根据一个具体实施例的阀座与壳体分幵形成并安装到壳体的腔室内。阀座大 致为管状的结构，具有径向外表面和径向内表面，泄流路径的一部分被限定在
阀座的径向外表面和壳体的内表面之间。另外，泄流路径的一部分可被限定在 阀座的端面和壳体的相对面之间。阀元件能够在平行于管状阀座的轴线方向上 进行移动，以在开启位置和关闭位置之间移动，而且阀座的端面和壳体的相对 面可大致垂直于轴线。
在一个实施例中，所述阀元件具有与阀座的径向内表面相对的径向外表面， 在阀元件的径向外表面和阀座的径向内表面之间布置有密封件。这些相对的表 面大致为圆柱形，从而使得所述阀元件能够相对于阀座轴向滑动，所述密封件 阻止在阀元件的径向夕卜表面和阀座的径向内表面之间的流动。所述阀座包括至
少一个 L，所述孔从径向外表面延伸通到阀座的径向内表面，用于当阀元件处 于开启位置时排气流动。
有利地，所述阀座和阀元件能形成筒，并且所述壳体内的腔室可以被设计成 为使得所述筒能够轴向地从壳体一端插入到腔室内，直到所述筒的轴向立面与 壳体的相对的轴向立面邻接。
本发明还涉及用于内燃机的多涡轮增压器装置，所述多涡轮增压器装置包
括
第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括被第一涡轮驱动的第一压缩机， 所述第一涡轮可操作地受到来自内燃机的排气的驱动；
第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括被第二涡轮驱动的第二压缩机， 所述第二涡轮可操作地受到来自内燃机的排气的驱动；
布置用于将来自内燃机的排气供应给第一涡轮的第一导管，以及布置用于 将来自内燃机的排气供应给第二涡轮的第二导管；以及
连接至第二导管并且在开启状态和关闭状态之间可切换的阀，其中在开启 状态允许来自第二导管的排气流到第二涡轮，在关闭状态基本上阻止排气从第 二导管流向第二涡轮，但是允许有足以保持第二涡轮旋转的泄流流到第二涡轮。
已经这样概括性地描述本发明，现在将以相应的附图作参考，所述附图不是 按照比例纟賴lj的，其中
图1是本发明一个实施例中多涡轮增压 置的略图；以及
图2是本发明一个实施例中阀的截面剖视图。
具体实施例方式
下面将参考附图更加充分地描述本发明，附图中示出了本发明的一些但并不 是全部的实施例。实P示上，本发明可以以许多不同的形式实施，而且不应该被
视为局限于在此所述的实施例；相反地，提供这些实施例是为了满足相应的法 律要求。在所有附图中iOT相同的附图标号表示相同的部件。
图1中示出了根据本发明的一个具体实施例的涡轮增压发动机装置。内燃机 E的气缸C经由进气歧管IM接收燃烧空气。如果需要，燃烧空气能在进气歧管
之前的中间冷却器ic中被y似卩。气缸也接收燃料，或是在进气歧管之前与燃烧
空气混合或是fflil燃料喷射器(未示出)被单独喷入气缸中，所 料空气混 合物在气缸中燃烧，生成从气缸排出iSA到一个或多个排气歧管EM中的排气。 来自发动机的排气流驱动第一涡轮增压器100和第二涡轮增压器200。第一 涡l&增压器包括第一涡轮120和第一压縮机130，两者M第一轴140相互连接， 这样第一涡轮120的旋转引起第一邻140旋转，接着引起第一压縮机130旋转 并压缩供给它的空气流，用于传避拨动机的进气歧管IM。同样，第二涡轮增 压器包括第二涡轮220和第二压縮机230，两者M第二轴240相互连接，这样 第二涡轮220的旋转弓l起第二轴240旋转，接着弓l起第二压縮机230旋转并压 縮供给它的空气流，用于传递到发动机的进气歧管M。图l仅示出了涡轮增压 装置的排气侧，但应该理解，还存在用于输送空气至每个压缩机、以及用于传 送被压缩机压縮的空气至进气歧管(或者可选择地至中间冷却器IC，然后空气
Ay陧输送至进气歧管)的空气导管系统。
装置的涡轮侧包括雖来自排气歧管EM的排气的主排气管路10，以及从 主排气管路10分支并将排气供给第一涡轮120的第一导管12。已经通过第一涡 轮的排气经过第一涡轮排出管路14排出。在第一涡轮120上游的第一导管12 禾口第一涡轮下游的排出管路14之间连接有旁通管路16，只要布置在旁通通道上 的旁通阀VT1打开，所述管路16就用于导引排气绕过第一涡轮。
在主排气管路10中并没有通过第一导管12的排气通过主气管路经由流体控 制阀VT2 iii^至第二导管22，所述第二导管22将排气供应给第二涡轮220。 已经ilil第二涡轮的排气经过第二涡轮排出管路24排出。在第二涡轮220上游 的第二导管22和第二涡轮下游的排出管路24之间连接有旁通管路26，只要布 置在旁M道上的旁通阀VT3打开，所述管路26就用于导引排气^i第二涡 轮。
根据本发明，这样设计阀VT2，以使得即使阀处于为了基本上阻止排气流 向第二涡轮220的关闭位置时，也有少量的"泄流"ffi51所述阀直到第二涡轮。 所述泄流通过适当地设计阀 行校准，从而使得所述流量能够足以保持第二 涡轮以较低的速率旋转，即便是第二涡轮事实上在驱动第二压縮机230以提供 增压给发动机方面不起作用。在这些情况下，增压完全由第一压缩机130提供， 所述压缩机130穀悌一涡轮120的驱动。因此，当阀VT2关闭以j蝶二涡轮 增压器200不起作用时，几乎来自主排气管路10的所有排气穿过第一导管10 和第一涡轮120，或穿过旁通管路16到达排放管路14，除了少量泄流穿过第二 涡轮到达排放管路24。
图2中示出了根据本发明一个实施例的阀VT2。该阀包括壳体300，该壳体 具有进口310、出口312、和与进口以及出口连通的腔室314。腔室314形成为 大体上呈圆柱形的孔316,所述孔316具有圆柱形第一孔部分316a，直径大于 第一孔部分并在轴向上与之间隔开的圆柱形第二孔部分316b，以皿径大于第 二孔部分并在轴向上与之间隔开的圆柱形第三孔部分316c。
该阀还包括安装在孔316内的一个筒320。所述筒包括普通的管状阀座322。 所述阀座包括存在于第一孔部分316a的第一部分322a,所述第一部分322a的 外径小于壳体的第一孔部分316a的直径，这样在两者之间存在径向间隙324。 所述阀座还包括存在于第二、第三孔部分316b,c的第二部分322b，所述第二部 分322b的外径大于第一部分322a的夕階但是小于第二和第三孔部分的直径， 这样在它们之间存在间隙。所述阀座还包括一个径向向外突出的肩部或者环带 326，其从第二部分322b延伸，被设计成与壳体310的一^由向垂直面邻接， 所述轴向垂直面由第二部分322b和第三部分322c之间的台阶建成。环带326 和壳体之间的所述邻接限制了所述阀座在壳体内延伸駄孔316内的距离有多 远，这样在壳体内，轴向间隙328存在于阀座尾部和腔的相对内表面之间。
筒320进一步包括阀元件330，所述阀元件330容纳在管状阀座320的开口 内部。阀元件具有大致成管状的部分332，所述管状部分332的末端限定出一个 大致锥形的外表面334，所述外表面334的直径大小适于密封接触阀座的第一部 分322a的一^f形内表面323。 一个管状的衬套340固定(例如压合)至,座 的第二部分322b内。所述衬套具有小于除了锥形内表面323的大部分阀座322 的内径，阀元件的管状部分332的近端具有稍微小于衬套340内径的夕卜径。密
封环336保留在管状部分332的近端外表面的一个凹槽内并密封地与衬套340 的内表面接合，这样阀元件330就肖滩沿着阀座320的轴线相对于其移动，密 封环336在阀元件和阀座之间保持有密封，所以阻止排气在两者之间流动。衬 套有助于将阀元件330和它的密封环336从阀座320热分离，这样有助于保证 密封环的可靠性。衬套可用不同于阀座的材料制成，特别可以是低摩擦材料。 将衬套与阀座分离幵还有助于最小化阀元件外表面相对的表面的热变形，这样 的热变形最小化又允许这些表面之间的间隙被减小到最小，这样密封环336必 须留住的泄流能 小到最少。
阀元件330相对于阀座320在封闭位置(如图2所示)和开启位置之间是可 移动的,所述阀元件的封闭位置接合阀座以阻止在阀元件和阀座之间从进口 310 到出口 312的流动，开启位置允许在阀元件和阀座之间从进口到出口的流动。 当阀元件处于开启位置时，这样的排气的流动是可以的，因为阀座320具有一 个或多个穿过其侦蝰的孔325，这样排气能織口 310 阀座的内部并舰出 口312。当阔元件移动到关闭位置时，盖住了孔325,锥形表面323、 334之间 的接合基本上阻止了排气的这种流动。
阀元件330包括一个连接到管状部分332的近端的盘状部分338,以及连接 到盘状部分并从那轴向延伸的杆部分339。阀包括壳体罩302，其具有大致环状 或圆柱形的部分304，其紧紧地安装到壳体300的第三孔部分316c内并与阀座 322的环带326邻接。壳体罩302以合适的方法固定到壳体300，这样阀座就固 定到壳体的内部。壳体罩302限定一个容纳管状衬套350的孔306，阔元件330 的杆部分339穿过衬套350延伸。密封环352布置在杆部分339的外表面和衬 套350的内表面之间。在壳体罩302内，杆部分339的端部延伸穿过孔308，这 样所述杆部分能够被连接到合适的致动器以在阀元件的开启和关闭位置之间移 动阀元件。
根据本发明，泄流路径从进口 310延伸经过阀座322和壳体300之间的间隙 324、 328到达出口312。因此，即便阀元件处于关闭位置，排气/AiS口经过泄 流路径流至出口。
itaig当地设计阀并M择间隙324、 328的尺寸，阀能够M"校准"，这样 在预先确定的工作状态下，存在通过阀的预定泄流量。所希望的是泄流足以保 持第二涡轮220以^ilia行旋转，这样會,阻止第二涡，压器200中产生油
密封问题，如果当来自发动机油路系统的油循环SM它的支承面(bearingarea) 时涡轮增压器是静止的，就会产生所述油密封问题。
因此，根据本发明，当发动机以低皿行运行时，第二涡轮增压器200不需 要用于提供给发动机所要求的增压量时，阀VT2关闭，这样有效地使得第二涡 轮增压器不运转。尽管如此，经过阀到达涡轮220的泄流保持第二涡轮增压器 旋转足以阻止密封在第二涡轮增压器中的油泄漏或减少。
在这里陈述的本发明的多种变型和其它实施例是本领域的技术人员易于想 到的，对本领域的技术人员来说，这些发明存在于前面说明和相应附图的启示。 因此，应该认为本发明不被限制为前面公幵的具体实施例，那些改变和其它实 施例被确定为包含在所附权利要求书的范围内。虽然专用名词被用于本发明中， 但是他们仅仅以非特殊性的描述性质的方式被应用，并不是旨在用于限制性目 的。
权利要求
1、一种用于调节多涡轮增压器装置中到涡轮增压器的流动的阀，该阀包括壳体，所述壳体具有进口，出口和与进口和出口流体连通的腔室；布置在腔室内的阀座；阀元件，所述阀元件布置在腔室内且相对于阀座在(a)关闭位置和(b)开启位置之间能够进行移动，其中在所述关闭位置与阀座接合以阻止从进口、在阀元件和阀座之间、再到出口的流动，在所述开启位置允许从进口、在阀元件和阀座之间、再到出口的流动；以及从进口在阀座和壳体之间再到出口延伸的泄流路径，从而使得即便是当阀元件处于关闭位置时，排气仍从进口通过泄流路径流向出口。
2、 如权利要求l所述的阀，其中阀座与壳体分开形成并安装到腔室内，阀座大致为管状的结构，具有径向外表面和径向内表面，泄流路径的一部分被限定在阀座的径向外表面和壳体的内表面之间。
3、 如权利要求2所述的阀，其中泄流路径的一部分被限定在阀座的端面禾口壳体的相对面之间。
4、 如权利要求3所述的阀，其中阀元件倉嫩在平行于管状阀座的轴线方向上进行移动，以在开启位置和关闭位置之间移动，而且阀座的端面和壳体的相对面大致垂直于轴线。
5、 如权利要求2所述的阀，其中所述阀元件具有径向外表面，在阀元件的径向外表面和阀座的径向内表面之间布置有密封件，从而使得所述阀元件能够相对于阀座轴向滑动，所述密封件阻止在阀元件的径向外表面和阀座的径向内表面之间的流动，所述阀座包括至少一个孔，所述孔从径向外表面延伸通到阀座的径向内表面，用于当阀元件处于开启位置时排气流动。
6、 如权利要求5所述的阀，其中所述阀元{袍括大鹏管状的部分，所述大致呈管状的部分具有径向外表面和径向内表面。
7、 如权利要求2所述的阀，其中阀座和阀元件形成筒，并且壳体内的腔室 被设计成为使得筒能够轴向地从壳体的一端插入到腔室内，直到筒的轴向立面与壳体的相对的轴向立面邻接。
8、 一种用于内燃机的涡轮增压器装置，包括第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括被第一涡轮驱动的第一压缩机, 所述第一涡轮可操作地受到来自内燃机的排气的驱动；第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括被第二涡轮驱动的第二压缩机， 所述第二涡轮可操作地穀睐自内燃机的排气的驱动；布置用于将来自内燃机的排气供应给第一涡轮的第一导管，以及布置用于 将来自内燃机的排气供应给第二涡轮的第二导管以及连接至第二导管并且在开启状态和关闭状态之间可切换的阀，其中在开启 状态允许来自第二导管的排气流到第二涡轮，在关闭状态基本上阻止排气从第 二导管流向第二涡轮，但是允许有足以保持第二涡轮旋转的泄流流到第二涡轮， 其中所述阀包括壳体，所述壳体具有进口、出口以及与进口和出口流体连通的腔室； 布置在腔室内的阀座；阀元^K所述阀元件布置在腔室内且相对于阀座在(a)关闭位置和(b) 开启位置之间能够进行移动，其中在所述关闭位置与阀座接合以阻止从进 口、在阀元件和阀座之间、再到出口的流动，在所述开启位置允许从进口、在阀元件和阀座之间、再到出口的流动；以及从进口在阀座和壳体之间再到出口延伸的泄流路径，从而使得即便是 当阀元件处于关闭位置时，排气仍流动M泄流路径。
9、 如权利要求8所述的涡轮增压器装置，其中阀座与壳体分开形成并安装 到腔室内，阀座大致为管状的结构，具有径向外表面和径向内表面，泄流路径 的一部分被限定在阀座的径向外表面和壳体的内表面之间。
10、 如权利要求9所述的涡轮增压器装置，其中泄流路径的一部分被限定 在阀座的端面和壳体的相对面之间。
11、 如权利要求10所述的涡轮增压器装置，其中阀元件肖嫩在平行于轴线 的方向上进行移动，以在开启位置和关闭位置之间移动，而且阀座的端面和壳 体的相对面大致垂直于轴线。
12、 如权利要求9所述的涡轮增压器装置，其中所述阀元件具有径向夕卜表 面，在阀元件的径向夕卜表面和阀座的径向内表面之间布置有密封件，从而使得 所述阀元件能够相对于阔座轴向滑动，所述密封件阻止在阀元件的径向夕卜表面 和阀座的径向内表面之间的流动。
13、 如权利要求12所述的涡轮增压器装置，其中所述阀元件包括大致呈管 状的部分，所述大致呈管状的部分具有径向夕卜表面和径向内表面。
14、 如权利要求9所述的涡轮增压器装置，其中阀座和阀元件形成筒，并 且壳体内的腔室被设计成为使得筒能够轴向地从壳体的二端插入到腔室内，直 到筒的轴向立面与壳体的相对的轴向立面邻接。
全文摘要
一种用于内燃机的多涡轮增压器装置包括第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括被第一涡轮驱动的第一压缩机，所述第一涡轮可操作地受到来自内燃机的排气的驱动；第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括被第二涡轮驱动的第二压缩机，所述第二涡轮可操作地受到来自内燃机的排气的驱动；布置用于将来自内燃机的排气供应给第一涡轮的第一导管，以及布置用于将来自内燃机的排气供应给第二涡轮的第二导管；以及连接至第二导管并且在开启状态和关闭状态之间可切换的阀，其中在开启状态允许来自第二导管的排气流到第二涡轮，在关闭状态基本上阻止排气从第二导管流向第二涡轮，但是允许有足以保持第二涡轮旋转的泄流流到第二涡轮。
文档编号F02B37/007GK101387221SQ200810171428
公开日2009年3月18日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年9月10日
发明者J·-L·佩林, P·雷诺, Y·普雷波斯特 申请人:霍尼韦尔国际公司