发动机的非对称涡轮增压器的制作方法

本实用新型涉及一种发动机，更具体地涉及一种发动机中的涡轮增压器组件。

背景技术：

通常，涡轮增压器设置成与内燃机（以下称为发动机）的排气歧管流体连通，以从废气中获得动力。涡轮增压器包括涡轮机部分和压缩机部分。为了使功率输出最大化，发动机通常配备有分开的排气歧管，其与涡轮机部分的入口流体连通。分开的排气歧管通过帮助保持由发动机的燃烧室产生的废气脉冲能量来增大发动机功率。保持废气脉冲能量改善了涡轮增压器工作，这实现了对燃料的更有效使用。

此外，为了提高燃料效率，来自分开的排气歧管的废气再循环到发动机，并且这个过程被称为废气再循环（EGR）。这些EGR系统通常需要一定水平的背压来促使期望要求废气量回到发动机。出于在分开的排气歧管中产生背压的目的，采用非对称涡轮增压器。非对称涡轮增压器的每个涡壳具有沿着涡壳的长度线性变化的横截面。此外，一个涡壳的横截面与另一个涡壳的不同。然而，为了提高发动机的效率，可能需要控制流过涡壳并冲击在涡轮机的叶片上的废气。传统地，非对称涡轮增压器配备有平衡阀，以控制并允许在涡壳中流动的废气的混合。

美国专利第8,196,403B2号（以下称为’403专利）描述了一种具有平衡阀、废气门和公共致动器的涡轮增压器。’403专利的涡轮增压器包括具有第一涡壳、第二涡壳和公共出口的涡轮机壳体。涡轮增压器还具有设置在公共出口与第一涡壳和第二涡壳之间的涡轮机叶轮。涡轮增压器还包括配置成使第一涡壳与涡轮机叶轮上游的第二涡壳选择性地流体连通的第一阀、配置成使第二涡壳与公共出口选择性地流体连通以绕过涡轮机叶轮的第二阀、以及配置成使第一阀和第二阀移动的公共致动器。公共致动器包括设置在压力室内并且固定地连接到活塞杆的弹簧偏压活塞构件。这样，’403专利中公开的公共致动器机械地进行致动。然而，公共致动器不能将平衡阀的控制与其它阀分离。

技术实现要素：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种发动机的非对称涡轮增压器。非对称涡轮增压器包括压缩机和涡轮机。涡轮机连接到压缩机并且适于接收来自发动机的废气。涡轮机包括具有第一横截面的第一涡壳和具有第二横截面的第二涡壳，其中第二横截面小于第一横截面。涡轮机还包括阀组件。第二涡壳包括开口。此外，阀组件包括可移动地设置在阀组件内的隔膜。隔膜连接到阀组件的内表面以限定第一室和第二室。第一室与压缩机的出口流体连通，以接收来自压缩机的压缩气体的一部分，其中压缩气体的该部分与第一压力相关联。此外，第二室与在第一涡壳中流动的废气流体连通。阀组件还包括设置在第二室中以覆盖第二涡壳的开口的阀构件。阀构件依靠弹簧力抵靠在开口上，以限制第二涡壳的废气进入到第二室中。此外，当第二涡壳中的废气的压力大于第一压力和弹簧力的合力时，阀构件克服弹簧力而移位。在第二涡壳中流动的废气在阀构件的移位状态下进入第二室，以与在第一涡壳中流动的废气相混合。

本实用新型通过废气压力移位开启阀构件，阀构件无需依靠其它电气和电子装置来移位开启。因此，阀组件使得阀构件在工作中发生故障的可能性最小化。另外，阀组件因无需其它附加装置进行其操作和控制，从而将成本降至最低。

本实用新型的其它特征和方面将从以下描述和附图中显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的示例性动力系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的配备有阀组件的涡轮增压器组件的涡轮机的局部截面图；以及

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的图2的阀组件的横截面。

具体实施方式

现在将详细地参考具体实施例或特征，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相应或相似的附图标记来指代相同或相应的部分。此外，当可能存在不止一个相同类型的元件时，集体地或单独地参考本文所描述的各元件。然而，这样的参考在本质上仅仅是示例性的。可以注意到，除非在所附权利要求书中明确阐述，否则对单数元件的任何引用也可以解释为涉及复数，反之亦然，而不将本实用新型的范围限制为这样的元件的确切数量或类型。

图1示出了具有动力源12和排气系统14的动力系统10。出于本公开的目的，动力源12被描绘和描述为四冲程柴油发动机。然而，本领域普通技术人员将理解，动力源12可以是任何其它类型的内燃机，诸如例如汽油或气体燃料动力的发动机。动力源12包括发动机16。发动机16包括多个汽缸18，其中每个汽缸18连接到用于接收燃料和空气的混合物的加料的入口歧管20。在一个示例中，汽缸18可以以“直列”构型、“V”构型或任何其它合适的构型进行设置。

此外，排气系统14包括配置成将废气从动力源12引导到大气的部件。具体地，排气系统14包括与汽缸18流体连通的分开的排气歧管。换句话说，排气系统14包括与汽缸18流体连通的第一排气歧管22和第二排气歧管24。在汽缸18内的燃烧过程期间产生的废气经由第一排气歧管22或第二排气歧管24排出动力源12。

排气系统14还包括与分开的排气歧管流体连通的非对称涡轮增压器26。非对称涡轮增压器26包括经由轴32操作性地连接到压缩机30的涡轮机28。涡轮机28将废气的动能转换成机械能以经由轴32驱动压缩机30。压缩机30可以是离心式压缩机，其可以包括压缩机叶轮、扩散器和压缩机壳体。基于压缩机叶轮的转速，压缩机30适于从大气接收空气，将接收的空气压缩成高压，然后将与高压相关的空气供给到混合器34。空气沿轴向方向抽吸并沿径向方向排出。此外，涡轮机28由通过分开的排气歧管从发动机16排出的废气进行驱动。根据本实用新型的实施例，涡轮机28包括连接到分开的排气歧管以接收来自发动机12的废气的第一涡壳36和第二涡壳38。第一排气歧管22将第一组汽缸18（例如左侧的前两个汽缸18，如图1所示）流体地连接到涡轮机28的第一涡壳36。第二排气歧管24将动力源12的第二组汽缸18（例如左侧的最后两个燃烧室，如图1所示）流体地连接到第二涡壳38。

排气系统14还包括与第二排气歧管24流体连通的废气再循环（EGR）装置40。排气系统14包括位于连接涡轮机28的第二涡壳38的通道44上游的入口端口42。进入入口端口42的废气流过通道46以到达EGR装置40。此后，废气通过EGR装置40再循环到混合器34。此外，涡轮机28还包括可操作地连接到第二涡壳38的阀组件48。阀组件48通过连接管50连接到压缩机30。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的配备有阀组件48的非对称涡轮增压器26的涡轮机28的局部截面图。如前所述，涡轮机28经由轴32机械地连接到压缩机30，以形成非对称涡轮增压器26。涡轮机28包括在其中限定有第一涡壳36和第二涡壳38的壳体52。壁构件54将第一涡壳36与第二涡壳38分开。第一涡壳36具有第一横截面且第二涡壳38具有第二横截面，其中第二横截面小于第一横截面。第二涡壳38的较小横截面面积导致对通过第二排气歧管24的废气流的限制，从而产生足以将来自第二排气歧管24的废气的至少一部分引导通过EGR装置40的背压。此外，壳体52适于在其中至少部分地包围涡轮机叶轮56，并引导废气通过第一涡壳36和第二涡壳38分别冲击在涡轮机叶轮56上。当冲击在叶片58上的废气发生膨胀时，涡轮机叶轮56旋转并驱动压缩机30。此外，在图3中所描述的阀组件48一体地安装在涡轮机28内。阀组件48包括在涡轮机28的第二涡壳38的开口（未示出）处的阀构件74，如图3所示。

图3示出了图2的阀组件48的横截面。阀组件48配置成通过选择性地允许在第二涡壳38中流动的废气与第一涡壳36的废气混合来调节流过第二排气歧管24的废气的压力。阀组件48包括可移动地设置在阀组件48内的隔膜62。隔膜62的周边可以附接到阀组件48的内表面64，以在其中限定第一室66和第二室68。换句话说，隔膜62将阀组件48的容积分成第一室66和第二室68。根据本实用新型的一个方面，第一室66经由连接管50与压缩机30的出口流体连通，以接收来自压缩机30的压缩气体的一部分。压缩气体被认为与第一压力相关联。

此外，如图3所示，第一涡壳36包括开口70，并且第二涡壳38包括开口72。由于开口70的存在，在第一涡壳36中流动的废气与第二室68流体连通。为了平衡在第一涡壳36和第二涡壳38中流动的废气的压力，阀组件48还包括可操作地设置在第二室68中以覆盖第二涡壳38的开口72的阀构件74。在一个示例中，阀构件74可以是提升阀。阀构件74经由杆构件78连接到轮毂76。隔膜62可以包括用于杆构件78穿过的开口，并且开口的周边设置有邻接杆构件78的表面的密封件80。这样，隔膜62和密封件80防止压缩气体与第一涡壳36的废气混合。

此外，柱塞82在接近轮毂76的距离处附接到杆构件78。此外，弹簧84同轴地设置在杆构件78上的轮毂76和柱塞82之间。弹簧84的预加载的弹簧力可以通过调节轮毂76相对于柱塞82的位置来调节。利用这种结构，阀构件74可以从第一位置86移动到第二位置88。在第一位置86，阀构件74依靠弹簧84的力而抵靠在第二涡壳38的开口72上。这样，阀构件74覆盖开口72并且限制第二涡壳38的废气进入到第二室68中。此外，在第二位置88，阀构件74克服弹簧84力而在朝着轮毂76的方向上移位。

本文所公开的各种实施例应在说明和解释的意义上理解，并且绝不应被解释为限制本实用新型。

工业实用性

本实用新型描述了容纳阀组件48的非对称涡轮增压器组件26。在选定位置，阀构件74朝向第一位置86偏压，以关闭第二涡壳38和第二室68之间的流体连通。在工作中，当流过第二涡壳38的废气的压力大于压缩气体的第一压力和弹簧84力之和时，阀构件74从第一位置86移位到第二位置88。换句话说，当废气的压力大于第一压力和弹簧84力的合力时，在第二涡壳38中流动的废气克服弹簧84的弹力而将阀构件74移位到第二位置88。

由于阀构件74的移位，第二涡壳38的开口72被打开。因此，流过第二涡壳38的废气在阀构件74的移位状态下进入第二室68。此外，由于第二室68与第一涡壳36流体连通，因此，从第二涡壳38进入第二室68的废气与流过第一涡壳36的废气混合。因此，可以使第一涡壳36和第二涡壳38之间的压力差最小化，从而使得压力差可能对非对称涡轮增压器26的效率所产生的影响最小化。此外，废气冲击在涡轮机叶轮56的叶片58上的力由于混合的缘故而减小，从而消减了涡轮机28的过高速度。

正如从上面的描述将会理解的，废气的压力有助于移位阀构件74，否则阀构件74依靠电气和电子装置来移位。因此，本实用新型的阀组件48使得阀构件74的工作中发生任何故障的可能性最小化。另外，本实用新型的阀组件48消除了对其操作使用任何附加装置，从而将任何额外成本降至最低。

尽管已经参考上述实施例具体示出和描述了本实用新型的各方面，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所公开内容的精神和保护范围的情况下，可以通过修改所公开的机器、系统和方法来设想各种其它实施例。这样的实施例应当理解为落入根据权利要求书及其任何等同物确定的本实用新型的保护范围内。