专利名称：用于排气涡轮增压器系统的开关阀的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及用于流体的阀，而更具体地涉及用于调
节由内燃机排出的排气流的阀。
背景技术：
涡轮增压器系统经常被用于提升内燃机的性能。简单的涡 轮增压器系统采用单个的排气驱动的涡轮增压器，该涡轮增压器具有 安装于与压缩机叶轮相同的轴上的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮和压缩机 叶轮设置在各自的涡轮机外壳和压缩机外壳内。来自发动机的排气注 入由涡轮机外壳限定的蜗壳，并且，排气流过涡轮机叶轮，该涡轮机 叶轮由此被驱动，以提供用于驱动压缩机叶轮的动力。被压缩机叶轮 压缩的空气注入发动机进气口 。进气的增加的压力增加了发动机能够 形成的动力和扭矩的量。当所要求的增压或升压的量大于单个的涡轮增压器所能够 提供的量时，常常采用两级的涡轮增压器系统。在两级的涡轮增压器 系统中，第一涡轮增压器布置成其涡轮机与第二涡轮增压器的涡轮才儿 串联或并联。在串联的系统中，来自发动机的排气首先流过第一涡轮 增压器的涡轮机，然后流过第二渴轮增压器的涡轮机。在并联的系统 中，两个涡轮机布置为经由并联的排气管路接受排气。在串联的系统和并联的系统中，典型地提供开关阀以选择 性地防止或允许排气流向其中 一个涡轮机。当其中 一个涡轮增压器能 够提供的升压足以提供所期望的升压水平时，阀打开或关闭(取决于系 统结构)，从而充分地防止排气流过另一个涡轮机。相反地，当要求高 水平的升压时，阀关闭或打开，使得排气流向两个涡轮机。
由于两级的涡轮增压器系统能够提供从高的发动机扭矩直 至相对低的发动机速度，并且能够在低速下提供良好的瞬时反应，因 而是有利的。然而，在能够实现这些能力的方面，开关阀的响应和效 率是决定性的因素。阀还必须可靠。
发明内容
本公开涉及为了满足这些需要中的一些或全部而设计的开 关阀。根据本公开的 一个方面， 一种用于排气驱动的涡轮增压器系统 中的开关阀包括阀主体，该阀主体限定沿着第 一轴线延伸的入口通 道、沿着不平行于第一轴线的第二轴线延伸的出口通道、以及包围第 二轴线且经由多个开口与出口通道成流体连通的大致环状的蜗壳，该 多个开口从蜗壳相对于第二轴线大致沿径向向内延伸。入口通道在蜗
壳的第一圓周位置处进入蜗壳。由蜗壳限定的流路具有径向高度。岡主体还限定了大体上为圆柱状的钻孔，该钻孔具有大致 与出口通道的第二轴线对准的钻孔轴线，在圆柱状的钻孔和出口通道 之间设置有岡座。可移动的阀部件设置在钻孔内且在钻孔内能够沿着 钻孔轴线滑动，该钻孔轴线位于从该阀座隔开的打开位置和与阀座接 合的关闭位置之间。在打开位置，流体自由地从蜗壳通过开口流向出 口通道，然而在关闭位置，阀部件充分地防止流体通过开口流向出口 通道。#4居本公开，实际上将蜗壳分为两个大体上为半环状的部 分，每个部分对着围绕第二轴线的大约180。的弧度。更具体而言，在 大体上沿直径与入口通道进入处的第一圆周位置相对的第二圆周位 置处，蜗壳包括在圆周方向上对流动呈现实质上的妨碍或阻碍的"坝"。 在一个实施例中，该坝包括从蜗壳的外壁大致沿径向向内延伸的突 起。在一个实施例中，坝包括沿径向向内凸出的外壁的平滑弯 曲的部分。因此，蜗壳具有沿着垂直于第二轴线的平面的大致心形的截面。在一个实施例中，坝面向其中一个开口，且有利地直^^与
其中一个开口对准。在一个实施例中，开口关于蜗壳的圓周隔开，在开口之间
有多个沿圆周隔开的支撑臂。在一个特定的实施例中，其中一个支撑臂面向入口通道。 有利地面向入口通道的该支撑臂定位成^L通过入口通道进入的流体 撞击，并用于在大致沿圆周相反的方向上使流体转向所述支撑臂的相 反的侧而进入蜗壳。根据一个实施例，阀主体限定了三个开口和三个支撑臂， 开口和支撑臂共同占据蜗壳的整个圆周。备选地，可以提供不同数量 的开口和支撑臂。有利地，各开口具有超过各支撑臂的圆周长度的圓 周长度。在一个实施例中，阀主体至少由阀外壳和单独形成的插入 件或筒体(cartridge)构成。该阀外壳限定入口通道、出口通道以及蜗壳， 插入件限定钻孔、阀座、开口以及支撑臂。插入件可以包括限定阀座、开口以及支撑臂的第 一插入部 分，以及限定钻孔的单独形成的第二插入部分。该第二插入部分可以 包括大致环状或管状的衬套，该衬套安装于由该第一插入部分限定的 大致圆柱状的孔中。备选地，整个插入件可以为单一的一件式部件。相对于具有没有坝的圓形或环状蜗壳的类似的阀而言，在 入口通道和出口通道之间的总压力损耗方面，预计蜗壳具有沿直径与 面向入口通道的支撑臂相对的坝的阀的布置提供了实质性的改进。
已经如此大体上描述了本公开，现在将参考附图，这些附 图不一定按比例绘制，且其中图1是根据本发明的一个实施例的阀的等距视图，显示了部分地切开的阀，以展现内部的细节；图2是图1的阀的截面图；图3是图1的阀的另一个部分切开的等距^L图；图4是沿着图2中的线4-4的截面图；图5是如图2中的线5-5所示向阀的入口通道内观察的以及图6是显示一个备选实施例的类似于图4的截面图。
具体实施例方式以下参考附图将更充分地描述本发明，这些附图中显示了 本发明的一些但不是所有的实施例。事实上，这些发明可以以许多不 同的形式实施且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；相反，提 供这些实施例以便本公开将满足适用的法律要求。在所有附图中相似 的数字代表相似的要件。图1到图5中描绘了根据本发明的一个实施例的开关阀 100。作为与发动机相连的涡轮增压器系统的一部分，该阀可用于调 节流体的流，且尤其可用于调节来自内燃机的排气的流。该阀的主要 构件包括阀外壳110、筒体或插入件120、衬套130、以及可移动的阀 部件140。阀外壳110限定沿着第一轴线Al(图2)延伸至阀外壳内的 入口通道112,以及沿着第二轴线A2从阀外壳伸出的出口通道114。 第一轴线Al不平行于第二轴线A2,并且在所图示的实施例中，这些 轴线彼此垂直。第一轴线Al和第二轴线A2之间的角度可以为约90。 至135°。入口通道112在其径向内部端处("径向"相对于第二轴线A2 而定义)与出口通道114相连，4吏得通过入口通道112进入阅外壳的流 体可以通过出口通道114流出(当阀位于如下所述的打开位置时)。阀外壳110还限定大致圆柱状的孔116,该孔116在与出 口通道114离开阀外壳的侧大致相反的阀外壳的侧面上伸出阀外壳。 孔116具有与出口通道114的第二轴线A2至少大致对准的轴线A3，这些轴线在所图示的实施例中是共线的。插入件120具有大致管状的构造且安装在阀外壳中的孔 116内，插入件的中央轴线大体上与孔的轴线A3对准。插入件限定 邻接由孔116限定的肩部的、沿径向向外突出的环或凸缘121,如图 2中最佳地所见，因而相对于阀外壳沿轴向定位该插入件。插入件的 远端限定阀座122,该阀座具有能够与阀部件140的远端形成密封接 触的表面。插入件的远端有利地与由阀外壳限定的沿轴向相向的表面 117(图2)隔开微小的距离，并且，在插入件的远端和表面117之间沿 轴向压缩能够弹性地压缩的密封环115，如2007年3月1日出版的标 题为"Decoupled Housing Seat"的共同受让的国际专利申请出版物No. WO 2007/024226 Al中所大致描述的，该出版物的公开内容通过引用 而结合到本文中。插入件120还包括沿圆周隔开的多个支撑臂124,该多个 支撑臂连接到阀座122上并从此处在远离出口通道114的方向上大致 沿轴向延伸。在支撑臂124之间限定多个开口 125。除非阀如下所述 关闭，否则通过入口通道112进入阀的流体可以流过开口 125,从而 到达出口通道114。各支撑臂124具有小于，且优选地充分小于各开 口 125的圆周长度的圆周长度。阀外壳110还限定了大致环状的蜗壳118，该蜗壳118包 围插入件120并与其中的开口 125成流体连通。入口通道112在蜗壳 的圆周的一个圆周位置处进入蜗壳118。因此，通过入口通道112向 蜗壳118供给流体且流体填充蜗壳，以便当阀打开时，流体可以通过 所有的开口 125流向出口通道114。支撑臂124与阀座122相反的端部连接到插入件的较远的 部分上，插入件形成为管，该管限定了具有圆柱状的内表面126的中 央通道。凸缘121从插入件的此部分的外表面突出。衬套130为具有 圆柱状外表面132的管状结构。该村套固定地紧固在插入件的中央通 道内。例如，衬套的外表面132可以与插入件的内表面126形成干涉
9配合，并且该衬套可以压配合到该插入件内。村套限定具有平滑的表
面光洁度的圆柱状内表面134,从而能够与可移动的阀部件140形成
密封的界面。阀部件140具有直径略小于衬套130的内表面134的大体 上圆柱状的外表面142,且与衬套和插入件大体上共轴地设置在衬套 和插入件之内。密封环150保留在形成于阀部件的外表面142中的凹 槽内，并抵靠衬套的内表面134密封。因此，在与村^f呆持密封的界 面的情况下，相对于插入件和衬套可以沿轴向移动阀部件140。当阀 部件位于关闭的位置时，阀部件140的远端限定表面144,该表面144 构造成与阀座122形成密封的接合。在该关闭的位置，阀部件140防 止流体通过插入件中的开口 125流向阀外壳的出口通道114。相反地， 当阀部件140从阀座(图2)移开时，流体自由地通过开口 125流向出口 通道114。迄今为止，在阀100的描述中，阀大致类似于先前提及的 WO 2007/024226 Al出版物中所述的阀。然而，阀100在许多方面不 同于那个阀，如现在主要参考图4和图5所描述的。大致环状的蜗壳 118-故外壁119限制在其径向外侧上。外壁119沿着绕着出口通道的 第二轴线A2的大致圆形的通路延伸(虽然不需要具有关于其圆周恒定 的半径)。然而，在大体上沿直径与入口通道112进入蜗壳118的位置 相反的位置处，外壁119具有局限部(localizedportion)119a，该局限部 向内沿径向凸出至小于外壁的剩余部分的半径。这赋予蜗壳在如图4 中所示的截面为大致心形的构造。该部分119a具有在圓周方向上对流 动表现实质性的妨碍或阻碍的足够的径向高度d。因此，该部分119a 用作针对周向流动的"坝"，并因此有效地将蜗壳分为两个大体上为半 环状的部分。优选的是坝119a面向其中一个开口 125。例如，坝119a具有约为蜗壳的流路高度H的70%至100% 的径向高度d。坝119a局限于外壁的整个圓周的相对较小的部分。例 如，在所图示的实施例中，该部分119a占据了约40。的角度e(图4)。更一般而言，坝119a可以占据约5。至约120。的范围内的角度。因此， 坝可以为如所示的外壁的平滑弯曲的部分，或可以为诸如平板等的陡 峭的突起。坝的中心位于大体上沿直径与入口通道112相对的位置处， 虽然稍稍偏离该位置(士5。)是允许的。除了坝119a的存在之外，阀IOO的特征还在于，如图4和 图5中所示，插入件120的其中一个支撑臂124定位成使得该支撑臂 面向阀的入口通道112。在所图示的实施例中，支撑臂124直接与入 口通道的中央轴线Al对准。因此，入口通道112在第一圆周位置处 进入蜗壳118且与支撑臂124对准，并且蜗壳的坝119a位于大体上沿 直径与该第一圆周位置相对的第二圆周位置处。由于支撑臂的定位与 入口通道共线，因而，通过入口通道进入且冲击在支撑臂上的流体转 向支撑臂的两侧，使得与其它情况相比，绕着蜗壳118的流更均匀周根据对通过阀100的流体流的计算流体动力学分析，与其 它的不具有坝的类似的阀相比，预计在蜗壳内包括坝将导致流过阀的 流体的压力损耗的显著降低。理论上坝防止了在阀的中央线附近形成 大的涡流(带来相伴的大的压力损耗)，相反导致具有小的压力损耗的 若干小的涡流的形成。从先前的描述和相关附图中所呈现的教导中受益的与这些 发明相关的技术领域中的技术人员将想到本文中所阐述的本发明的 许多改进和其它实施例。例如，在所图示的实施例中，阀外壳110和 插入件120为共同形成阀主体的分离的部件。然而备选地，也可以使 用单个的整体(单件)的阀。另外，如所指出的，图4中的坝119a为外壁119的平滑弯 曲的部分，但是备选地，坝可以具有其它的构造。例如，图6中显示 了一个备选的实施例。该实施例大致类似于图4的实施例，除了坝119' 的构造。坝119'大致构造成平板。还可以使用各种其它的坝构造。所以，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且，改进和其它实施例意在包含于所附权利要求的范围内。虽然在本 文中采用了特定用语，但是，这些特定用语仅以一般性的和说明性的 意义使用，而不是为了限制的目的。
权利要求
1.一种用于排气驱动的涡轮增压器系统中的开关阀，包括阀主体，其限定沿着第一轴线延伸的入口通道，沿着不平行于所述第一轴线的第二轴线延伸的出口通道，以及包围所述第二轴线且经由多个开口与所述出口通道成流体连通的大致环状的蜗壳，该多个开口从所述蜗壳相对于所述第二轴线大致沿径向向内延伸，所述入口通道在所述蜗壳的第一圆周位置处进入所述蜗壳；所述阀主体还限定大体上圆柱状的钻孔，该钻孔具有大致与所述出口通道的所述第二轴线对准的钻孔轴线，所述钻孔在与流体沿其通过所述出口通道流出所述阀的方向相反的方向上与所述出口通道隔开，并且阀座设置在该圆柱状的钻孔和所述出口通道之间；以及可移动的阀部件，其设置在所述钻孔中且在所述钻孔中能够沿着位于从所述阀座隔开的打开位置和与所述阀座接合的关闭位置之间的所述钻孔轴线滑动，在所述打开位置，流体自由地从所述蜗壳通过所述开口流向所述出口通道，在所述关闭位置，所述阀部件充分地防止流体通过所述开口流向所述出口通道；其中，所述蜗壳包括坝，该坝位于大体上沿直径与所述第一圆周位置相对的第二圆周位置处，所述坝在圆周方向上对流动显示出充分的阻碍。
2. 如权利要求1所述的开关阀，其特征在于，所述坝面向其中 一个所述开口 。
3. 如权利要求1所述的开关阀，其特征在于，所述开口关于所 述蜗壳的圓周隔开，在所述开口之间有沿圓周隔开的多个支撑臂。
4. 如权利要求3所述的开关阀，其特征在于，其中一个所述支 撑臂面向所述入口通道。
5. 如权利要求4所述的开关阀，其特征在于，面向所述入口通 道的所述支撑臂定位成被通过所述入口通道进入的流体撞击，并且用于使流体在大致沿圆周相反的方向上转向所述支撑臂的相对的侧而 进入所述蜗壳。
6. 如权利要求3所述的开关阀，其特征在于，所述阀主体限定 三个开口和三个支撑臂，所述开口和所述支撑臂共同占据所述蜗壳的 整个圆周。
7. 如权利要求3所述的开关阀，其特征在于，各开口具有超过各支撑臂的圆周长度的圆周长度。
8. 如权利要求3所述的开关阀，其特征在于，所述阀主体至少 由阀外壳和单独形成的插入件构成，所述阀外壳限定所述入口通道、 所述出口通道以及所述蜗壳，且所述插入件限定所述钻孔、所述阀座、 所述开口以及所述支撑臂。
9. 如权利要求8所述的开关阀，其特征在于，所述插入件包括 限定所述阀座、所述开口以及所述支撑臂的第一插入部分，以及限定 所述钻孔的单独形成的第二插入部分。
10. 如权利要求9所述的开关阀，其特征在于，所述第二插入部 分包括大致环状的衬套，该村套安装在由所述第一插入部分限定的大 致圆柱状的孔中。
11. 如权利要求1所述的开关阀，其特征在于，所述坝占据围绕 所述第二轴线的约5°至120。的角度。
12. 如权利要求1所述的开关阀，其特征在于，所述坝具有等于 所述蜗壳的除了所述坝的位置之外处的径向高度的约70%至100%的 径向高度。
13. 如权利要求8所述的开关阀，其特征在于，所述插入件具有 限定所述阀座的远端，所述插入件的所述远端沿轴向/人所述阀外壳的 表面隔开，所述开关阔还包括设置在所述插入件的所述远端和所述外 壳的所述表面之间的能够弹性地压缩的密封环。
14. 如权利要求1所述的开关阀，其特征在于，所述坝包括所述 蜗壳的外壁的平滑弯曲的向内凸出的部分。
15.如权利要求1所述的开关阔，其特征在于，所述坝包括从所 述蜗壳的外壁开始的陡峭的突起，该突起从该外壁向内沿径向延伸。
全文摘要
本发明涉及用于排气涡轮增压器系统的开关阀，具体而言，一种用于排气驱动的涡轮增压器系统的开关阀包括阀主体，该阀主体限定了入口通道、出口通道以及经由多个开口与出口通道成流体连通的大致环状的蜗壳，该多个开口从蜗壳向内大致沿径向延伸。阀座靠近出口通道设置。可移动的阀部件在从阀座隔开的打开位置和与阀座接合的关闭位置之间滑动。蜗壳被绕着蜗壳的圆周延伸的外壁限制在径向外侧。入口通道在第一圆周位置处进入蜗壳。在沿直径与该第一圆周位置相对的第二圆周位置处，蜗壳具有对周向的流动显示出充分的阻碍的坝。
文档编号F02C6/00GK101555825SQ20091013277
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月10日 优先权日2008年4月11日
发明者J·殷, P·元, P·雷诺 申请人:霍尼韦尔国际公司