[发明专利]具有涡轮的分开涡轮壳体和环形旋转旁通阀的涡轮增压器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与2009年11月3日提交的美国专利申请序列号12/611,816和2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/711,434有关，所述两个申请的全部内容在此通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及排气驱动涡轮增压器，其具有用于供给到涡轮的两个独立的排气流的分开涡轮壳体。本公开更特别地涉及在某些发动机操作条件下允许排气绕过涡轮的旁通装置。

背景技术

在传统的涡轮增压器中，涡轮壳体限定旁通管道，旁通管道通常位于贯通壳体的主孔一侧，且旁通管道经由旁通阀连接到排气入口或壳体的蜗壳。旁通阀通常是回转或提升类型的阀门，其包括被推动抵靠环绕旁通通道开口的阀座的圆形阀构件。所述阀通常布置成使得排气压力在趋于打开所述阀的方向上作用于阀构件。与此布置相关的一个缺点是：由于气压趋于打开阀，所以难以将所述阀完全密封在关闭位置。经过关闭的旁通阀的泄漏是涡轮并因此是涡轮增压器及其关联的发动机性能下降的原因。对于泄漏问题的典型解决方案是预加载旁通阀构件抵靠阀座，但是这常常不能完全消除泄漏，并且在任何情况下其导致额外的问题，例如用于打开阀所需的致动力的增加。

此外，回转阀或提升阀往往在可控性方面差，尤其在缝隙打开(crack-open)位置，并且通常而言，旁通流率与阀位置是高度非线性的，这使得适当地调节旁通流率非常困难。这导致例如涡轮增压器和发动机系统的瞬态响应差的问题。

上述申请12/611,816和12/711,434描述了本申请的受让人之前所作出的发展，其涉及涡轮增压器涡轮部件中改进的旁通阀装置。本申请给出了特别适于具有分开涡轮壳体/蜗壳构造的涡轮增压器的更进一步的发展。

发明内容

本公开描述了寻求解决例如上面所指问题的具有分开涡轮壳体并具有新型旁通装置的涡轮增压器的各种实施例。在一个实施例中，涡轮增压器包括安装在压缩机壳体内的压缩机叶轮以及安装在涡轮壳体内且通过轴连接到压缩机叶轮的涡轮叶轮。涡轮壳体限定连接到围绕涡轮叶轮的蜗壳的排气入口。蜗壳是分开蜗壳，其限定两个(即，第一和第二)独立的空间，分别接收来自内燃发动机的两个独立排气流。涡轮壳体进一步限定轴向孔，已经通过涡轮叶轮的排气通过该轴向孔从涡轮壳体排出。

涡轮壳体另外限定一对(即第一和第二，或外部和内部)同心环形旁通通道，其围绕所述孔且布置成允许分开蜗壳的第一和第二独立空间的每一个中的排气作为独立的旁通流绕过涡轮叶轮。第一或外部旁通通道径向地在第二或内部旁通通道的外部且同心地围绕第二或内部旁通通道。环形旁通阀布置成与旁通通道连通。旁通阀包括环形形状的固定阀座和环形形状的旋转阀构件，旋转阀构件相对于轴线与所述阀座共轴地布置。阀构件布置成抵靠阀座且能够绕轴线旋转以便选择性地改变阀座和阀构件中的各自孔口之间的对准度，从限定旁通阀关闭条件的不对准到限定旁通阀打开条件的至少部分对准。

该旁通装置的优点在于相对于上述的回转和提升类型旁通阀装置，排气压力在趋向于改进而不是阻碍、密封的方向上作用在阀上。

进一步的优点在于相比回转或提升阀所通常可能实现的可控性，所述阀可实现更好地可控性，特别是在缝隙打开位置。

在一个具体实施例中，阀构件限定多个第一或外部阀构件孔口和多个第二或内部阀构件孔口。外部阀构件孔口绕轴线周向地间隔开并且位于距轴线相对较大的径向距离处，而内部阀构件孔口绕轴线周向地间隔开并且位于距轴线相对较小的径向距离处。也就是说，外部阀构件孔口布置成圆环，其在内部阀构件孔口的圆环的径向外部且同心地围绕内部阀构件孔口的圆环。相应地，阀座限定多个外部阀座孔口和多个内部阀座孔口。所述外部和内部阀座孔口基本上像阀构件的孔口一样布置成同心圆环，使得外部阀构件孔口和外部阀座孔口位于距所述轴线基本上相同的径向距离处，并且所述内部阀构件孔口和内部阀座孔口位于距所述轴线基本上相同的径向距离处(小于外部孔口的径向距离)。

在一个实施例中，阀构件是大致平的环形盘并且外部和内部阀构件孔口绕阀构件的圆周周向地间隔开。类似地，阀座是大致平的环形盘，其具有与所述外部和内部阀构件孔口分别对应的周向地间隔开的外部和内部阀座孔口。在相邻的阀座孔口之间有足够的周向距离以在旁通阀的关闭条件下容纳它们之间的各自的阀构件孔口。换句话说，在关闭条件下，在阀构件孔口和对应的阀座孔口之间没有重叠。