具有EGR系统的高效率涡轮增压器的制作方法

本披露总体上涉及一种用于内燃发动机的涡轮增压器系统，更具体地涉及排气驱动式涡轮增压器系统。

背景技术：

排气再循环(egr)用来减少nox的产生。需要压力差来将气流从发动机的排气驱动到进气道。这种压力差要求可能会对发动机产生不利的泵送回路，要求发动机提供额外的功来驱动egr流，这导致较低的系统效率。

mchenry等人的美国专利申请公开号2018/0003133a描述了一种发动机进气系统，该发动机进气系统具有设置在轴上的压缩机叶轮。与轴承壳体连接的压缩机罩盖形成压缩机主体，以限定压缩机叶轮在其内旋转的腔室。压缩机主体包括用于接收排气的入口。egr流从egr分配腔经由egr通道提供至扩散器。然而，为了支持降低温室气体排放，期望更高效率的涡轮增压器。

技术实现要素：

根据实施例，一种涡轮增压器包括具有压缩机叶轮的压缩机、设置在壳体内的涡轮机、以及排气再循环(egr)流动路径。egr流动路径包括：第一流体连接部，所述第一流体连接部在所述壳体中并且位于所述涡轮机附近；第二流体连接部，所述第二流体连接部位于所述压缩机叶轮的尾部边缘附近；egr控制阀，所述egr控制阀设置在所述第一流体连接部与所述第二流体连接部之间。egr控制阀被配置成选择性地改变egr率。在一些实施例中，egr率基于涡轮增压器的运行模式在0％与50％之间变化。

根据本披露的另一实施例，一种用于涡轮机蜗壳的egr控制阀包括密封翻板，所述密封翻板在近端操作性地连接到旋转驱动机构，所述密封翻板具有带有倒圆边缘的密封表面。egr控制阀进一步包括：所述旋转驱动机构与涡轮机蜗壳开口的倒角边缘之间的竖直偏移；egr出口管道，所述egr出口管道被配置成与蜗壳开口配合并且提供egr流动路径。旋转驱动机构被配置成在第一位置与第二位置之间操作所述密封翻板。在所述第一位置，所述涡轮机蜗壳开口由与所述涡轮机蜗壳开口的倒角边缘配合的所述倒圆边缘密封。在所述第二位置，所述egr流动路径被提供为从所述涡轮机蜗壳穿过所述涡轮机蜗壳开口到所述egr出口管道。在中间位置，允许流动到egr流动路径和涡轮机排气路径两者。

又一实施例提供了一种组装egr控制阀的方法。所述方法包括：在涡轮机壳体的蜗壳中提供开口；经由所述开口对所述蜗壳的内部密封表面进行机加工；安装操作性地连接到旋转驱动机构的密封翻板，所述旋转驱动机构设置在所述涡轮机壳体中并且位于与所述开口的落座表面竖直偏移处；以及将egr管道附接到所述开口。

在另一实施例中，一种涡轮增压器压缩机egr蜗壳包括：egr入口，所述egr入口被配置成接收egr流；egr出口，所述egr出口设置在提供新鲜空气流的压缩机叶轮的尾部边缘附近；以及线性截面积渐进部，所述线性截面积渐进部围绕所述涡轮增压器压缩机egr蜗壳、在所述egr入口与所述egr出口之间。

当结合附图阅读时，将更容易理解本披露的这些方面和特征以及其他方面和特征。

附图说明

图1描绘了根据本披露的实施例的第一发动机空气系统的系统概览。

图2描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机的截面视图。

图3a描绘了根据本披露的实施例的第一egr控制阀的截面视图。

图3b描绘了根据本披露的实施例的第一egr控制阀的截面视图。

图4a描绘了根据本披露的实施例的第二egr控制阀的截面视图。

图4b描绘了根据本披露的实施例的第二egr控制阀的截面视图。

图5a描绘了根据本披露的实施例的第三egr控制阀的截面视图。

图5b描绘了根据本披露的实施例的安装在涡轮增压器系统中的第三egr控制阀的透视图。

图6描绘了根据本披露的实施例的第三egr控制阀的密封翻板的透视图。

图7描绘了根据本披露的实施例的图6的密封翻板沿着线a-a的截面视图。

图8描绘了根据本披露的实施例的egr控制阀密封翻板的透视图。

图9描绘了根据本披露的实施例的处于中间位置的egr控制阀密封翻板的透视图。

图10描述了根据本披露的实施例的组装egr控制阀的方法。

图11a描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的截面视图。

图11b描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的透视图。

图11c描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的相互重叠的多个截面的视图。

图11d描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的面积渐进部的图表。

图12描绘了根据本披露的实施例的具有背板的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的多个视图。

图13描绘了根据本披露的实施例的egr流和新鲜空气流的接合区域的截面视图。

图14描绘了根据本披露的实施例的扩散器中的流动。

图15描绘了根据本披露的实施例的不同流率的新鲜空气流动角度的图表。

图16描绘了根据本披露的实施例的接合区域的第二截面视图。

图17描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器系统的截面视图。

图18描绘了根据本披露的实施例的第二发动机空气系统的系统概览。

具体实施方式

现在参考附图，图1描绘了根据本披露的实施例的发动机空气系统的第一系统概述。发动机空气系统100可以包括涡轮增压器102。涡轮增压器102包括具有压缩机叶轮106的压缩机104和具有涡轮机叶轮110的涡轮机108。压缩机104和涡轮108通过共用轴112而相连接。压缩机接收入口新鲜空气并且压缩新鲜空气以便引入到发动机140中，该发动机可以具有多个气缸用于燃料的受控燃烧以产生动力。压缩机接收到的新鲜空气可以包括来自除环境空气以外的其他来源的空气。例如，进入压缩机104的空气可以包括来自曲轴箱强制通风(pcv)系统、低压egr的空气、或空气流中存在的其他流体。燃烧期间产生的排气经由排气歧管134离开发动机140。排气可以在涡轮机108中膨胀，这释放能量以驱动涡轮机叶轮110。

一些或所有排气可以被提供到egr流动路径114、返回到压缩机104。egr流动路径114可以包括在壳体中位于涡轮机108附近的第一流体连接部116和位于压缩机叶轮106尾部边缘附近的第二流体连接部118。egr流动路径114还可以包括穿过egr冷却器124的egr冷却器流动路径122、以及egr冷却器旁路126，该egr冷却器旁路提供egr冷却器流动路径122的并联流动路径128。

提供给egr流动路径114的排气的量至少部分地由egr控制阀120的位置确定。egr控制阀120设置在第一流体连接部116与第二流体连接部118之间。在一些实施例中，涡轮增压器102以低热模式运行，其中egr控制阀所提供的egr率大于正常(例如，基于温度的(at-temperature))运行参数下的标称egr率。在一些实施例中，当以低热模式运行时，egr率超过40％，并且在一些实施例中，egr率最高达50％。在涡轮增压器102的正常运行模式(例如，基于温度的运行模式)下，egr控制阀120提供标称egr率，典型地小于35％，然而这可以基于运行状况而变化。基于发动机系统的运行参数来确定期望的egr率，并且至少部分地通过将egr控制阀重新定位到确定的位置来获得所述egr率。与提供给涡轮机排气路径136的部分相比，egr率基于提供给egr流动路径114的排气的百分比。例如，被定位成将发动机歧管流135的一半引导至egr流动路径114并将另一半引导至涡轮机排气路径136的egr控制阀120可以被称为具有50％的egr率。进一步地，被定位成将所有发动机歧管流135引导至涡轮机排气路径136的egr控制阀120可以被称为具有0％的egr率。

压缩机104压缩新鲜空气以便引入到发动机140中。因此，新鲜空气的总压力增大。然而，并非所有静态压力上升都发生在压缩机叶轮106上。离开压缩机叶轮106的空气在大致相等的总压力下比压缩机出口处的空气具有更高的速度。因为静态压力随着流体速度的增大而降低，所以在压缩机叶轮106的尾部边缘附近(例如，在第二流体连接部118处)实现压缩机叶轮106之后的最低动态压力。新鲜空气离开压缩机叶轮106后，它可以穿过扩散器径向向外膨胀。随着气体行进穿过扩散器，截面积增大并且流体的速度降低，从而导致静态压力的增大。

为了驱动egr流(例如，经由egr流动路径114)，在第一流体连接部116(例如，发动机排气的高压力)与第二流体连接部118(例如，由于在新鲜空气在扩散器中膨胀之前在压缩机叶轮106的尾部边缘处快速移动的新鲜空气而导致的低静态压力)之间需要压力差。将第二流体连接部118定位在新鲜空气静态压力低的点处允许提高发动机空气系统100的效率。这减少了在典型egr系统中驱动egr流的负泵送回路。在一些实施例中，将第二流体连接部118定位在压缩机叶轮106的尾部边缘处为发动机系统提供了正泵送回路和提高的效率。基于不同的运行状况，典型的egr系统可能并不总是具有足够的压力差来驱动egr。当在低端转矩(lowendtorque)状况下运行时，这可能会发生。典型的egr系统可以采用排气限制或进气减压来实现所期望的压力差以驱动egr。在本披露的一些实施例中，使用egr控制阀120来提供足够的压力差以驱动egr流。

进一步地，在压缩机叶轮106的尾部边缘处引入egr流消除了由于在压缩机入口之前(例如，在压缩机上游和具有低的静态压力的位置)供给egr流时液滴损坏压缩机叶轮106而可能发生的潜在损坏。如果添加到压缩机叶轮106的上游，未燃烧的碳氢化合物(也称为柴油碳烟)可能会导致叶轮结垢等。

在本文描述的各种实施例中，egr流可以与新鲜空气流对准，以使由混合流引起的损失和扰动最小化。这种对准实现了新鲜空气流与egr流之间的均匀流场。可以使用涡轮增压器压缩机egr蜗壳(将在下面更全面地讨论)来实现新鲜空气流与egr流之间的对准且均匀的流动。

egr控制阀120通过控制egr流动路径114与涡轮机排气路径136之间的面积比来调制egr率。现有技术的成对涡壳壳体或双涡壳壳体应当理想地支持0％与50％之间的egr率，其中一个蜗壳中设置有egr阀。然而，这些系统的泄漏将上端限制在37％与45％之间。egr控制阀120被配置成提供egr流动路径和涡轮机排气路径的改进的密封(将在下面更全面地讨论)，因此允许控制egr率是接近0％、接近50％的egr流、以及在0％与50％之间的任何比率。

在本文的各种实施例中，egr控制阀120的位置可以基于由发动机控制单元(ecu)接收到的控制信号来控制。典型的ecu通过与各种传感器的信号连接来监测发动机状况，所述传感器诸如质量空气流量传感器、节气门位置传感器、排气温度和压力传感器等。ecu可以以编程方式实施，或者通过集成电路由直接电连接实施，或者通过本领域技术人员已知的方法的任意组合实施。

egr控制阀120可以进一步包括阀位置指示系统，所述阀位置指示系统被配置成确定egr控制阀的阀位置，可以使用所述阀位置来确定egr率。发动机空气系统100可以进一步包括egr压力传感器130，所述egr压力传感器被配置成检测和输出排气压力。在一些实施例中，涡轮增压器102的各种运行特性(例如，转速)可以基于egr控制阀120的位置和排气的压力来控制。

在低热状况(例如冷启动和怠速)期间，排气后处理系统138可能没有足够的热量来消除在发动机140中燃烧期间产生的nox气体的排放。驱动egr提供了通过替换来自提供给发动机140的入口空气的氧气来减少nox形成的方法。egr控制阀120允许通过阻塞或阻断通向涡轮机108的流动路径的一部分(例如，经由涡轮机排气路径136)并将排气的一部分转向至压缩机104(例如，egr流动路径114)来驱动egr。氧气的替换对燃烧期间nox的形成有显著影响。例如，在氧浓度低于18％时，可以实现减少所产生的四分之三以上的nox，而在氧浓度高于19％时，实现减少少于一半的nox。因此，与理想的无泄漏状况相比，即使少量泄漏也可能阻碍氧气替换，并显著提升所产生的nox量。

在正常运行状况期间，当选择性催化剂还原系统处于运行温度时，排气后处理系统138通过各种高温相关化学反应从排气中有效地去除nox。因此，在这些状况下，因为排气后处理系统138能够去除所产生的气体，所以egr率可以降低。

所设想的是，在一些实施例中，响应于检测到排气后处理系统138的失效或故障(例如尿素耗尽，从排气中去除nox失败的指示)，egr控制阀120甚至在正常运行状况下也可以运行以提高egr率。egr率的增大导致降低发动机140中nox气体的形成，然而整个系统的效率降低。因此，增大的egr率允许发动机空气系统100即使在排气后处理系统138失效的情况下也能在对环境输出nox时保持其较低水平。

在一些实施例中，egr流动路径114包括egr控制阀120与第二流体连接部118之间的egr冷却器124。当排气空气流过egr冷却器流动路径122时，egr冷却器124在egr流动路径114中的排气重新引入发动机140之前降低所述排气的温度。在一些实施例中，egr流动路径114包括egr冷却器旁路126，所述egr冷却器旁路提供egr冷却器流动路径122的并联流动路径128。对通过egr冷却器流动路径122或并联流动路径128的排气的控制可以通过egr冷却器控制阀142来实现。

在一些实施例中，排气系统进一步包括废气门132。废气门132提供围绕涡轮机108的并联流动路径。废气门132提供了从排气中排放能量的手段，作为向涡轮机叶轮108的涡轮110提供能量的替代方案。通过废气门132的排气流典型地被引入涡轮机108的下游和排气后处理系统138的上游。这用于限制涡轮增压器102的速度、进气歧管压力、以及空气质量流量。对涡轮增压器102的速度的控制可以至少部分基于废气门132的阀位置。

图2描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机的截面视图。特别地，图2描绘了示出进入压缩机104的新鲜空气流202的截面视图200。压缩机叶轮106压缩沿着压缩机叶轮106的叶片的新鲜空气流。新鲜空气流在压缩机叶轮106的靠近第二流体连接部118的尾部边缘处离开所述压缩机叶轮。同时，从发动机140排气经由egr流动路径114将egr流204在第二流体连接部118处提供给压缩机104。新鲜空气流202在第二流体连接部118处与egr流204组合。组合流206通过扩散器210行进到发动机140。

作为贯穿本文使用的惯例，对于egr控制阀120的位置，第一位置指的是当排气歧管134与egr流动路径114之间的路径关闭时。第二位置指的是当排气歧管134与涡轮机排气路径136之间的路径关闭时。中间位置指的是当egr控制阀120定位成提供从排气歧管134到egr流动路径114和涡轮机排气路径136两者的双路径时。

根据本披露的实施例，图3a描绘了处于第一位置的第一egr控制阀的截面视图，并且图3b描绘了处于中间位置的第一egr控制阀的截面视图。特别地，图3a描绘了可以用作图1的egr控制阀120的铲形阀(scoopvalve)320的截面视图300。图3b描绘了处于中间位置的铲形阀320的截面视图350。视图300描绘了位于涡轮机蜗壳308中的铲形阀320。从左侧的排气歧管134接收来自发动机140的发动机歧管流135。在第一流体连接部116处，基于铲形阀320的位置，发动机歧管流135被引向egr流动路径114、涡轮机排气路径136或两者。

铲形阀320包括第一表面304，所述第一表面具有被配置成当处于密封egr流动路径114的第一位置时与涡轮机蜗壳308的壳体壁310对准的主要平坦表面，如视图300所描绘的那样。在一些实施例中，涡轮机蜗壳308整合到涡轮机108的壳体中。

铲形阀320进一步包括凹形表面306，所述凹形表面被配置成当处于中间位置(如视图350所描绘的那样)或第二位置(未描绘)时将发动机歧管流135引导至egr流动路径114。凹形表面306弯曲以将发动机歧管流135引导至egr流动路径114，同时使扰动和熵产生最小化。凹形表面306的斜率可以被配置成最初与发动机歧管流135对准，并略微弯曲以提供与egr流动路径114的对准。

虽然视图300和350描绘了处于第一位置(例如，完全被提升且egr流动路径114被密封)和中间位置(例如，被部分降低且可获得到涡轮机排气路径136和egr流动路径114两者的流动)的铲形阀320，但应理解的是，铲形阀320的位置可以处于密封涡轮机排气路径136的完全降低的位置。在该第二位置，第一表面304邻近涡轮机蜗壳308的底表面322。铲形阀320由线性致动器302定位。铲形阀320的位置可以由线性致动器302获得，以用于确定egr率并且监测和控制涡轮增压器性能。

根据本披露的实施例，图4a描绘了处于第一位置的第二egr控制阀的截面视图，图4b描绘了处于中间位置的第二egr控制阀的截面视图。特别地，图4a描绘了可以用作图1的egr控制阀120的翻板阀420的截面视图400。图4b描绘了处于中间位置的翻板阀420的截面视图450。类似于铲形阀320，翻板阀420设置在涡轮机蜗壳308中。来自排气歧管134的发动机歧管流135在左侧进入。在第一流体连接部116处，基于翻板阀420的位置，允许发动机歧管流135流动到egr流动路径114、涡轮机排气路径136或两者。

在视图400中，翻板阀420处于密封egr流动路径114的第一位置。翻板阀包括近端410处的旋转致动器404。翻板阀420的远端408被配置成当处于阻断egr流动路径114的密封位置时与涡轮机蜗壳308中的凹部406配合。视图450描绘了处于中间位置的翻板阀420，所述中间位置允许来自排气歧管134的排气的一部分流动到egr流动路径114，并且其余部分流动到涡轮机排气路径136。翻板阀420还可以定位到第二位置，所述第二位置阻断到涡轮机排气路径136的流动。在这样的第二位置，旋转翻板阀420使得远端408可以抵靠涡轮机蜗壳308的底表面322。翻板阀420由旋转致动器404定位，旋转致动器还可以提供翻板阀420的位置指示，以用于确定egr率并且监测和控制涡轮增压器性能。

图5a描绘了根据本披露的实施例的第三egr控制阀的截面视图。特别地，图5a描绘了egr控制阀520的截面视图500。图5b描绘了根据本披露的实施例的安装在涡轮增压器系统中的第三egr控制阀的透视图。特别地，图5b描绘了透视图550，其描绘了截面视图500的许多方面。如图5b所示，egr控制阀520设置在涡轮机蜗壳504上。视图550描绘了没有附接排气歧管134的情况下的egr控制阀520。所描绘的涡轮增压器是成对蜗壳涡轮增压器，其中第二蜗壳504-2定位成邻近并平行于涡轮机蜗壳504。第二蜗壳504-2为涡轮机提供了与涡轮机蜗壳504的流动路径并联的流动路径。egr出口管道528可在涡轮机蜗壳开口522上与涡轮机蜗壳504配合(例如，螺栓、螺钉、粘合剂)。操作器552操作性地联接到旋转驱动机构508。

虽然本讨论涉及egr率的在0％与50％之间的全部范围，但这是基于一个涡轮机蜗壳中设置有单一egr控制阀的成对蜗壳设计。其他egr率可以利用其他设计来实现，如具有单一egr控制阀的单一涡轮机蜗壳、具有两个egr控制阀的双涡轮机蜗壳等。

回到对图5a的讨论，egr控制阀520可以用作发动机空气系统100中的egr控制阀120。类似于egr控制阀220和320，egr控制阀520在egr流动路径114与涡轮机排气路径136之间划分发动机歧管流135。这里，egr控制阀520设置在涡轮机蜗壳504的涡轮机蜗壳开口522之上。密封翻板506在近端510处操作性地连接到旋转驱动机构508。旋转驱动机构508使密封翻板506扫过涡轮机蜗壳504。如视图500所描绘的，egr控制阀520可以被称为处于第一位置，其中egr流动路径114被密封。密封翻板506的虚线表示描绘了处于第二位置的egr控制阀。

作为参考，egr控制阀520可以通过密封涡轮机蜗壳开口522提供0％或接近0％的egr率，如视图500所描绘的那样。在该第一位置，密封翻板506可以被称为处于零度的阀位置，并且与发动机歧管流135平行。为了实现50％的egr率，安装在成对涡壳壳体或双涡壳壳体中的egr控制阀520可以处于第二位置(如由密封翻板506的虚线表示所描绘的位置)，所述第二位置阻断到涡轮机排气路径136的流动。在该第二位置，密封翻板506可以使其远端512定位成抵靠底表面322，并且具有如角度θ所指示的约50度的阀位置。然而，所设想的是，当处于第二位置时，涡轮机蜗壳开口522的不同尺寸和涡轮机蜗壳504的高度可以导致其他阀位置角度。

进一步设想的是，egr控制阀520可以定位在中间位置，以在egr流动路径114与涡轮机排气路径136之间划分流动，从而实现各种中间egr率。在这样的位置，密封翻板506可以位于第一位置与第二位置之间的任何中间位置。

密封翻板506包括具有倒圆边缘526的密封表面514。密封翻板506在下面的图6和图7的视图600和700中分别进行详细描述。倒圆边缘526被配置成与涡轮机蜗壳开口522的倒角边缘518抵靠密封(例如，配合)。旋转驱动机构508的中心位于与倒角边缘518的位置竖直偏移516处。

进一步地，涡轮机蜗壳504的侧壁可以包括经机加工的壁524。在一个实施例中，涡轮机蜗壳504是铸件或锻件。可以对涡轮机蜗壳504的内部密封表面(例如对侧壁)进行额外的机加工，以提供更平滑的表面和更精确的尺寸来更精确地配合密封翻板506的宽度w。涡轮机排气路径136的密封可以通过在密封翻板506的侧面540与涡轮机蜗壳504的经机加工的壁524之间提供更紧密的密封来改善。当egr出口管道528没有附接到涡轮机蜗壳504时，侧壁的机加工可以通过从涡轮机蜗壳开口522触及来完成。

竖直偏移516至少部分地由于位于旋转驱动机构508与密封表面514之间的凹部530而实现。密封翻板506上的倒圆边缘526和涡轮机蜗壳开口522的倒角边缘518的组合允许在各种温度和热膨胀状况下密封，并且根据各种部件的公差叠加来提供对涡轮机蜗壳开口522的密封。提供竖直偏移516的附加益处是从封闭位置(例如零度位置)更均匀的初始提升。

根据本披露的实施例，图6描绘了第三egr控制阀的密封翻板的透视图，并且图7描绘了图6的密封翻板沿着线a-a的截面视图。特别地，图6描绘了密封翻板506的透视图600，并且图7描绘了密封翻板506沿着图6的线a-a的截面视图700。

旋转驱动机构508被配置成在近端510处附接到密封翻板506。密封表面514的边缘包括倒圆边缘526，当egr控制阀处于第一位置(例如，0度)时，所述倒圆边缘用于与涡轮机蜗壳开口522的倒角边缘518配合并抵靠其密封。

在远端512处，密封表面的角部可以包括倒圆角部534。倒圆角部534可以被配置成当处于第二位置(例如，50度)时与涡轮机蜗壳504中的圆角536(在图8中描绘出)配合。倒圆角部534可以被确定尺寸为具有刚好低于圆角536的半径测量值的半径。例如，倒圆角部534的半径可以被确定尺寸为在圆角536半径之下的50微米至2500微米之间。密封翻板506的侧面540在近端510与远端512之间延伸。

根据本披露的实施例，图8描绘了处于第二位置的egr控制阀密封翻板的透视图，并且图9描绘了处于中间位置的egr控制阀密封翻板的透视图。特别地，图8描绘了egr控制阀520的视图800，其中涡轮机蜗壳504被部分剖切。图9描绘了类似于视图800的视图900，但是其中egr控制阀520处于中间位置。如视图800和视图900所描绘的，密封翻板506可以进一步包括在密封翻板506的密封表面514侧的气体端口804。气体端口804通过流体连接部806流体连接到侧面密封件802。侧面密封件802被定位在密封翻板506中的空腔808内，并且允许朝向和背离涡轮机蜗壳侧壁平移进和平移出空腔808。气体端口804可以优先位于密封翻板506的密封表面514上，以便在侧面密封件802上获得期望的压力。

当处于第二位置(例如，阀位置50度)时，来自排气歧管134内的排气的压力作用在气体端口804上。因为气体端口804流体连接到侧面密封件802，所以侧面密封件802被向外并朝向涡轮机蜗壳504侧壁推动，所述涡轮机蜗壳侧壁可以是经机加工的壁524。因此，侧面密封件802与侧壁相互作用以提供涡轮机排气路径136的提高的密封和更少的泄漏。改进的密封允许通过减少泄漏来增大egr率，从而减少摩擦同时保持最小的空气间隙。

在视图900中，密封翻板506处于中间位置(例如，约25度的阀位置)，因此与视图800中描绘的第二阀位置相比，气体端口804上感觉到的压力降低。由此，侧面密封件802不会以同样大的力压向侧壁。

图10描述了根据本披露的实施例的组装egr控制阀的方法。特别地，图10描绘了用于组装egr控制阀(如egr控制阀520)的方法1000。所述方法包括：在框1002处在蜗壳中提供开口；在框1004处对内部密封表面进行机加工；在框1006处安装密封翻板；以及在框1008处将egr管道附接到所述开口。

本文利用以上讨论的egr控制阀520来描述方法1000。在框1002处，为涡轮机蜗壳504提供涡轮机蜗壳开口522。涡轮机蜗壳504包括内部密封表面，如侧壁。这些侧壁可以被机加工成提供更精确的公差和更光滑的表面，以与密封翻板506的侧面抵靠密封。

经机加工的壁524被配置成与密封翻板506的侧面540密封。在框1004处，涡轮机蜗壳504的侧壁被机加工。通过涡轮机蜗壳开口522提供通向涡轮机蜗壳504内部以便对侧壁进行机加工的通路。

在一些实施例中，对涡轮机蜗壳504的内部密封表面进行机加工包括对圆角536进行机加工。圆角536被配置成与密封翻板506的倒圆角部534密封。

在框1006处，密封翻板506操作性地连接到旋转驱动机构508。旋转驱动机构508设置在涡轮机壳体中，并且位于与落座表面(例如，涡轮机蜗壳开口522的倒角边缘518)竖直偏移516处。在一些实施例中，密封翻板506可以提供有与密封翻板506的密封表面514侧上的气体端口804处于流体连接的侧面密封件802。在这样的实施例中，安装了具有侧面密封件802的密封翻板506。

在框1008处，将egr出口管道528附接到涡轮机蜗壳开口522。附接可以通过紧固件、粘合剂等进行。附接还可以补充有垫圈，以在涡轮机蜗壳504的外部与egr出口管道528之间提供改进的密封。

根据本披露的实施例，图11a描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳的截面视图，并且图11b描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳的透视图。特别地，图11a描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳的截面视图1100，并且图11b描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的透视图1140。涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102可以用于提供来自egr控制阀120的egr流，以与来自压缩机104的新鲜空气混合以便引入到发动机140。例如，涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102可以在图1的靠近压缩机叶轮106的尾部边缘的第二流体连接部118处提供egr流。

涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102包括egr入口1104和egr出口1106。穿过涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的流动路径可以实现截面积减小的渐进部1108。在一些实施例中，截面积减小的渐进部1108在从egr入口1104到egr出口1106的螺旋形流动路径1110的大部分上呈现线性或近似线性的截面积减小的渐进部1108。因此，在egr流行进穿过涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102时，它实现了如视图1100中描绘的区域1108-1和1108-2所指示的减小的面积。

视图1100底部处的区域1108-1描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102在egr入口1104附近(例如，在沿着螺旋形流动路径1110的位置1110-1附近)的代表性截面。视图1100顶部处的区域1108-2描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102在从egr入口1104进一步沿着螺旋形流动路径1110的位置(例如，靠近位置1110-4)处的代表性截面，并且呈现比区域1108-1更小的截面积。随着气流沿着螺旋流动路径从egr入口1104朝向egr出口1106行进(例如，1110-1、1110-2、…1110-n)，由于一部分气流以每个增量部分离开涡轮增压器压缩机egr蜗壳，因此在气流离开egr出口1106时，气流经历较小的截面积。egr出口1106沿着压缩机叶轮106的圆周对压缩机叶轮的尾部边缘提供了egr流的引入。

图11c描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的相互重叠的多个截面的视图。特别地，图11c描绘了具有截面区域1108-3、1108-4、1108-5的视图1150，所述截面区域各自具有几何中心1109-3、1109-4和1109-5。按照沿着螺旋形流动路径1110渐进的顺序，区域1108-3表示初始代表性截面积，区域1108-4表示随后的代表性截面积，并且区域1108-5表示进一步随后的代表性截面积，每个区域的截面积小于前一截面积。

视图1150还描绘了相应的截面区域1108-3、1108-4和1108-5中的每一个截面区域的几何中心1109-3、1109-4和1109-5。每个几何中心或形心代表截面区域的所有点的算术平均位置。进一步地，egr出口1106的总体位置在图11c中描绘出。

图11d描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的面积渐进部的图表。特别地，图11d描绘了具有沿x轴1162的截面角度、沿y轴1164的面积与半径比(a/r)的图表1160。截面角度指示沿着螺旋形流动路径1110的度数。a/r指示截面(例如1108-1)的截面积的值与压缩机叶轮的中心(例如压缩机叶轮106的中心)和截面的相应几何中心之间测量到的半径的比率。对于a/r的单位，将面积测量值(长度平方)除以半径(长度)会产生长度测量值。

图表1160描绘了三个示例性面积渐进部1166、1168和1170。第一面积渐进部1166最初以1mm的a/r开始，所述a/r沿着螺旋形流动路径1110从0度到360度的截面角度朝着0mma/r的值减小。类似地，面积渐进部1168和1170最初分别开始于0度的截面角度下的2mm和3mm，并且朝向360度的截面角度下的0mma/r减小。

在一些实施例中，在螺旋形流动路径1110的大部分上，a/r在其沿着截面角度渐进时的减小率是线性的或接近线性的。例如，对于给定的截面角度变化，在1172处描绘的面积渐进部1170的截面显示出a/r的线性减小。

渐进部a/r的比率可以变化，以便改变在压缩机叶轮106的尾部边缘处引入的egr流的角度，从而匹配离开压缩机叶轮106的新鲜空气流的角度，如以下更全面描述的那样。

图12描绘了根据本披露的实施例的具有背板的涡轮增压器压缩机egr蜗壳的多个视图。特别地，图12描绘了涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的透视图1200，并且透视图1250描绘了具有背板1202的涡轮增压器压缩机egr蜗壳。背板提供了涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102到涡轮增压器壳体的附接，并且包括用于共用轴112的开口1204。将具有背板1202的涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102附接到涡轮增压器壳体的示例性方法包括螺栓、螺钉、卡扣、夹具等。

图13描绘了根据本披露的实施例的egr流和新鲜空气流的接合区域的截面视图。特别地，图13描绘了接合区域1306的截面视图1300。接合区域1306是egr流1304与新鲜空气流1302相遇的地方，并且还可以用作结合图1的发动机空气系统100讨论的第二流体连接部118的位置。如以上所讨论的，术语新鲜空气用于指代引入到压缩机104入口的所有流体的组合，其可以包括低压egr流、pcv流、环境空气流等。

egr流1304是经由涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的egr出口1106来提供的。新鲜空气流1302是经由压缩机叶轮106的旋转叶片来提供的。新鲜空气流1302与egr流1304组合，并且行进穿过扩散器1310以被引入到发动机140用于燃烧。虽然大多数egr流1304被提供给接合区域1306，但是egr流1304的一部分可以被egr出口1106引导朝向压缩机叶轮106的后表面1308。被引导朝向压缩机叶轮106的后表面1308的这一部分的egr流提供朝向压缩机叶轮凹座1312的压力，并且可以沿共用轴112提供密封。这种密封有助于防止可能泄漏通过轴承密封件的发动机油经由压缩机叶轮凹座1312被引入到进气道。与egr流1304的提供给接合区域1306的部分相比，被引导朝向后表面1308的流量可以至少部分地基于由egr出口1106提供的朝向后表面1308的重叠程度来调节。

图14描绘了根据本披露的实施例的扩散器中的流动。特别地，图14描绘了穿过扩散器1310的egr流1304和新鲜空气流1302的视图1400。egr流1304通过egr出口1106而围绕压缩机叶轮106沿周向分布。在一些实施例中，egr流1304围绕压缩机叶轮106的圆周均等分布。新鲜空气在其被压缩机叶轮106的叶片压缩时沿旋转方向(u2)和径向方向(w2)接收动量。向量w2被提供为沿着从每个压缩机叶轮叶片尖端延伸的轴线1402。随着空气质量流率的增大，向量w2的大小增大。向量u2与每个压缩机叶轮边缘相切。随着压缩机叶轮106的转速增大，向量u2的大小增大。向量c2和c’2分别指示新鲜空气流和egr流的组合流体流速度分布。这些向量是通过对相应流的向量u2和w2求和来获得的。向量c2和c’2各自以流动角度(α)延伸。所述流可以通过egr流1304与新鲜空气流1302之间的相对压力而轴向(例如，进出视图1400)对准。

在各种实施例中，假设叶轮几何形状和涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的几何形状是固定的。因此，压缩机叶轮106的转速和新鲜空气的质量流率将决定压缩机叶轮106的尾部边缘处的新鲜空气流1302的速度分布。如视图1400中所描绘的，新鲜空气流1302与egr流1304对准，如几乎彼此重叠的流速分布所指示的那样。

图15描绘了根据本披露的实施例的不同流率的新鲜空气流动角度的图表。特别地，图15描绘了包括沿竖直轴线1502的新鲜空气流动角度α和沿水平轴线1504的质量流率的图表1500。对于三个不同的速度，结果以三个组1506、1508和1510呈现。组1506表示涡轮增压器的低速运行，组1510表示额定功率下的运行，并且组1508表示中间功率下的运行。

每个组包括关于三个不同egr率的数据点。不同egr率数据的紧密分组指明egr率对egr出口流动角度具有最小的影响。在这三个组中的每一组中，对于组1506的质量流率的范围而言，新鲜空气流动角度α的变化约为20度，对于组1508而言约为17度，并且对于组1510的质量流率范围而言约为15度。

虽然新鲜空气流动角度α随着运行参数的改变而变化，但对于不同的运行参数，egr流动角度α是相对恒定的。这是因为涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102具有由其形状确定的固定截面积渐进部1108。由此，涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的几何形状(例如，形状)可以被设计成获得将与用于发动机140和涡轮增压器102的预期运行状况的新鲜空气流动角度α对准的egr流动角度α。涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的形状可以改变，以变更截面积渐进部1108的比率，从而获得期望的egr流动角度α。例如，涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102的形状可以被设计成提供将与来自典型地在巡航运行状况下运行的发动机空气系统(如用于卡车的发动机空气系统)的典型新鲜空气流对准的egr流动角度。不同形状几何图形的示例可以包括改变渐进部a/r的比率，如上面关于图表1160所讨论的那样。

图16描绘了根据本披露的实施例的接合区域的第二截面视图。特别地，图16描绘了类似于图13的视图1300的截面视图1600。在视图1600中，压缩机叶轮106包括后表面1308，该后表面产生具有扇形边缘1602的压缩机叶轮凹座1312。扇形边缘-将egr流1304的一部分引导朝向接合区域1306，以使egr流1304与新鲜空气流1302对准。

工业实用性

一般而言，本披露的传授内容可以在许多行业中找到广泛的适用性，包括但不限于汽车行业、单轨车辆行业、船舶行业、电子行业、固定式动力行业、以及运输行业。特别地，本披露可以在使用以排气再循环运行的发动机的任何工业中找到适用性。

利用本披露的传授内容可以实现效率的显著提高。可以驱动大于400mbar的压力优势，并允许在更多运行状况下驱动egr流。这些改进可以对应于巡航运行状况下(例如，在卡车中)bsfc(制动比燃料消耗率)降低2.5％至3.5％、以及峰值转矩状况下bsfc降低1.5％至2.5％。

图17描绘了根据本披露的实施例的涡轮增压器系统的截面视图。特别地，图17描绘了涡轮增压器102的截面视图1700。涡轮机108描绘在左侧部分，并且压缩机104描绘在右侧部分。涡轮108和压缩机104通过共用轴112而连接，并且由共用轴112支撑。轴承系统1702由轴承油系统1704供油。压缩机叶轮凹座1312的位置被描绘在压缩机叶轮106与压缩机的壳体之间。涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102附连到压缩机104，以在压缩机叶轮106的尾部边缘附近提供egr出口1106。egr控制阀520被描绘为安装到涡轮机蜗壳504。如视图1700所见，egr控制阀520和涡轮增压器压缩机egr蜗壳1102两者集成到涡轮增压器102的壳体1706中。

图18描绘了根据本披露的实施例的第二发动机空气系统的系统概述。特别地，图18描绘了发动机空气系统1800。发动机空气系统1800类似于图1的发动机空气系统100，然而，发动机空气系统1800不包括废气门(例如，132)或egr冷却器旁路(例如，126)。在典型的发动机空气系统中，发动机空气系统的运行状况至少部分地由废气门流动路径中获得的系统测量值来确定。在没有废气门的系统(例如，发动机空气系统1800)中，涡轮增压器性能和运行参数可以由egr控制阀120的位置和排气压力来确定。可以对照给定egr控制阀120位置的校准表来检查所测量的运行参数。这种检查可以提供对egr控制阀120的进一步调节，或者提供发动机空气系统内潜在的超出规范状况的指示。可以利用这些运行参数来实施涡轮增压器的速度控制策略，并且废气门的附加部件及其相关传感器可以从发动机空气系统中除去。

如在发动机空气系统1800中所描绘的那样，将控制阀和涡轮增压器压缩机egr蜗壳结合到涡轮增压器中能够减小动力系平台的包装尺寸、成本和重量。

虽然已经针对某些特定实施例提供了前述详细描述，应当理解，本披露的范围不应当受限于这些实施例。本披露的广度和精神比具体披露的实施例更宽并且涵括在以下权利要求内。

此外，虽然结合某些特定实施例描述了一些特征，但是这些特征不限于仅与描述它们的实施例一起使用。相反，特定实施例的各方面可以与结合替代性实施例披露的其他特征结合或被其替代。