CN109072768A - 用于废气涡轮增压器的带双蜗壳涡轮机壳体和用于蜗壳连接和废气门控制的线性阀的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于废气涡轮增压器的涡轮机（3），其具有涡轮机壳体（9），该涡轮机壳体（9）具有两个蜗壳（22,23），废气可以流动通过这些蜗壳，这些蜗壳由分隔壁（21）分开，并且仅具有用于这两个蜗壳（22,23）的一个废气门阀（32），其被设计为线性阀（35），该废气门阀具有线性阀元件（35a），其中，线性阀元件（35a）容纳在分隔壁（21）中并且在分隔壁（21）中沿其轴向方向可移动地被引导。

Description

用于废气涡轮增压器的带双蜗壳涡轮机壳体和用于蜗壳连接 和废气门控制的线性阀的涡轮机

技术领域

本发明涉及一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机带有双蜗壳涡轮机壳体并且带有用于蜗壳连接和废气门控制的线性阀。

背景技术

由废气涡轮增压器2增压的内燃机1的特征在于如图1所示的新鲜空气和废气的引导装置。在增压运行期间，废气从内燃机1经由涡轮机3流动，涡轮机3通过公共轴5在发动机1入口的上游的进气道中驱动压缩机4。由于进气的压缩，每个气缸行程可以混合更多的燃料，并且发动机1的扭矩增加。

为了清楚起见，空气引导装置的一些元件在图1中未示出。这些元件例如是布置在压缩机上游的空气过滤器、布置在压缩机上游的空气流量传感器、布置在压缩机下游的增压空气冷却器、储罐、设置在节流阀下游的曲轴箱通风装置，以及布置在涡轮机下游的催化转化器。同样未示出的是可以提供的废气再循环装置或二次空气喷射装置。

在增压操作期间，节流阀8完全打开。可以例如通过废气质量流的一部分通过废气门系统7吹出来实现增压的闭环控制。

此外，在压缩机侧，布置有所谓的超载空气再循环系统6，通过该系统可以吹出过量的压缩进气并将其再循环到进气道中。

图2示出了根据现有技术的废气涡轮增压器2的可能实施例。该图示包括废气门系统区域中的一部分。所述废气门系统7布置在涡轮机壳体9中。废气门系统7借助于废气门致动器10致动，废气门致动器10使用保持器固定到压缩机壳体11。在涡轮机壳体9和压缩机壳体11之间设置有主体组件12，涡轮机叶轮和压缩机叶轮的共用电动机轴容纳在该主体组件中。

图3以平面图和侧视图的剖视图示出了废气门系统。该图示出了涡轮机壳体9中的废气门开口13，其可以通过废气门挡板盘14被打开或关闭。因此，一部分废气质量流可以根据需要被传到通过涡轮机叶轮。挡板14的打开和关闭致动通过控制杆15的线性运动来执行，控制杆15由气动或电动致动器10控制。该线性运动通过连接板16传递到外废气门杆17。安装在衬套18中的废气门轴19将旋转运动传递到挡板盘14。由于线性引导的控制杆15，在该运动装置中另外需要补偿接头20，以确保补偿偏移。

上述实施例涉及具有单蜗壳涡轮机壳体的废气涡轮增压器。这些也称为单涡流涡轮机。该技术的缺点在于，在充气交换期间，内燃机的单个气缸会不利地相互影响。这对废气背压和发动机的气体交换有不利影响，由此又损害了其消耗、响应行为和额定功率。

为了消除这个问题，使用双蜗壳涡轮机壳体。这里，做出了分段涡流涡轮机和双涡流涡轮机之间的区别，如图4所示。

这两种涡轮机都包括分隔壁21，分隔壁21设置在两个废气蜗壳22,23之间。在分段涡流涡轮机壳体的情况下（左图），分隔壁布置成使得涡轮机叶轮在整个叶轮入口宽度上从两个废气蜗壳以各180°的方式受到冲击。在双涡流涡轮机壳体的情况下（右图），分隔壁相对于涡轮机叶轮沿径向布置，由此使得所述涡轮机叶轮在叶轮入口宽度的一部分从两个废气蜗壳（例如各50％）以360°的方式受到冲击。在这两种涡轮机结构类型中，如图5所示，使用废气歧管24，其中，在四缸发动机的情况下，在每种情况下两个气缸，并且在六缸发动机的情况下，在每种情况下三个气缸，被组合以形成管道。每个管道又连接到双蜗壳涡轮机壳体的一个蜗壳。以这种方式确保了各个气缸的废气脉冲具有最小可能的不利影响。图5示出了四缸发动机的废气歧管，在四缸发动机的情况下，在每种情况下，两个气缸组合以形成管道。因此，第一和第四气缸的废气管线26和29组合以形成管道。此外，第二和第三气缸的废气管线27和28组合以形成管道。废气质量流25由相应的箭头指示。

与单涡流涡轮机的情况一样，在具有双蜗壳涡轮机的废气涡轮增压器的情况下因为过量的废气通过废气门系统被吹走而实现闭环充气压力控制。为了进一步降低具有双蜗壳涡轮机壳体的废气涡轮增压器的充气交换损失，可切换的蜗壳连接是有利的。如在废气门阀的情况下，这涉及一种阀，其允许废气在蜗壳与蜗壳之间根据需要进行传输流动。然而，使用第二阀对废气涡轮增压器的成本和结构空间有不利影响。

为了避免这些缺点，已知的是废气门和蜗壳连接的功能使用单个阀装置来实现。

在图6中示出了用于双蜗壳涡轮机的所述类型的废气门阀的一个可能的实施例。所述图示出了涡轮机壳体9的两个蜗壳22,23和两个废气门出口30。蜗壳和废气门出口都通过分隔壁21彼此分开。因此可以通过共同的废气门阀32来致动这两个蜗壳22,23，其中，当废气门阀打开时，这两个蜗壳22和23通过废气门出口30彼此流体连接。为了使废气门阀移位，提供了位移臂33，其被旋转致动。该实施例的主要功能是使用一个阀对两个蜗壳的废气门质量流量进行调节。

DE 10 2013 002 894 A1和DE 10 2010 008 411A1都公开了一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机具有涡轮机壳体，在该涡轮机壳体中设置有废气可以流过的两个蜗壳，该涡轮机壳体还具有旁路通道。此外，在每种情况中，都提供了一种阀，其在关闭状态下关闭蜗壳连接和旁路通道，并且在打开状态下打开蜗壳连接和旁路通道。这些阀可以平移或旋转的方式移动。在旋转致动的情况下，该阀具有枢转臂，该枢转臂可绕旋转中心枢转，并且在其端部区域上固定有挡板盘，并且，在DE 10 2013 002 894 A1中，该挡板盘由球形段状阀体补充。

在使用这种可旋转枢转的枢转臂的情况下，对于可能提供的伸入废气门开口中的阀体36的设计存在有限的自由度。这将基于图7和图8进行论述，图7和图8示出了阀体36的运动。从这些图中可以清楚地看出，阀体36的运动受到圆圈的限制（由虚线表示）。因此，必须选择阀体36的外轮廓，使得阀体36在该运动期间不会朝向外侧穿过该圆形线。这具有缺点，例如，阀体36的形状不能是圆柱形。

在DE 10 2010 008 411 A1中，在一个示例性实施例中，在蜗壳和旁路之间设置平移可调整阀，该阀具有轴、盖和挡板盘。在该阀的第一位置，蜗壳彼此流体分离，并且旁路关闭。在该阀的第二位置，蜗壳彼此流体连通，并且旁路关闭。在该阀的第三位置，蜗壳彼此流体连通，并且旁路打开。已知的以平移方式被致动的废气门阀具有的缺点是，所需的致动轴必须在壳体内被引导经过一定长度，这通常需要庞大的构造。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机具有双蜗壳壳体并且具有线性阀，该阀的操作方式得到改善并且其空间需求得以降低。

该目的通过具有权利要求1中所述特征的涡轮机来实现。本发明的有利实施例和改进在从属权利要求中给出。

因此，提出了一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，其具有涡轮机壳体，该涡轮机壳体具有两个蜗壳，废气可以流动通过所述蜗壳并且在所述蜗壳之间设置有分隔壁。涡轮机具有用于这两个蜗壳的设计为线性阀的单个废气门阀，该废气门阀具有用于在布置在蜗壳外部的共用出口腔的方向上打开和关闭这两个蜗壳的废气门开口的线性阀元件，其中，线性阀元件连接到用于致动该线性阀元件的位移轴，该位移轴具有轴纵向轴线。该涡轮机的特征在于，位移轴在分隔壁跨越的分隔壁平面的方向上穿过分隔壁而被引导出涡轮机壳体，并且布置成在分隔壁（21）中沿其轴纵向轴线的方向可移动地被引导，其中，为了关闭废气门出口，线性阀元件从出口通路（funnel）朝向阀座的方向被引导，并且为了打开废气门出口，该线性阀元件能够利用位移轴朝着轴向方向（也就是说，以沿着轴纵向轴线的直线运动）从阀座被提升进入出口腔。通常，出口腔直接连到废气系统，用于排出废气。

具有权利要求1所述特征的涡轮机的优点尤其在于，在涡轮机运行期间，由于线性阀元件在分隔壁中在两个蜗壳之间的引导，确保了线性阀元件的精确导向，同时确保了非常省空间的布置。通过阀的位移臂在分隔壁内在两个蜗壳之间的精确导向，确保了阀盘在第一阀位置时精确地位于其阀座上，使得蜗壳彼此之间可靠且完全流体分离，并且，在第二位置时，阀完全打开。通过线性阀元件至少部分地在涡轮机壳体的分隔壁内被引导，实现了极大降低的空间需求，分隔壁在任何情况下都设置在双蜗壳涡轮机中。具有根据权利要求1限定的发明的、根据从属权利要求的特征的涡轮机的其他有利的实施例和改进将从以下基于图9至图27对本发明示例性实施例的描述中变得清楚。在附图中：

图9示出了剖视图，用于说明本发明的第一示例性实施例，

图10示出了剖视图，用于说明本发明的第二示例性实施例，

图11示出了沿图10所示的B-B线截取的第二示例性实施例的另一剖视图，

图12示出了图，用于说明废气门开口截面和蜗壳连接截面的优选截面区域轮廓的第一示例，

图13示出了图，用于说明废气门开口截面蜗壳连接截面的优选截面区域轮廓和的第二示例，

图14示出了按照图10和图11的线性阀元件的透视图，

图15示出了线性阀元件的阀体的不同几何形状的示例，

图16示出了线性阀元件的阀体的示例，它们的外轮廓有改变，

图17示出了剖视图，用于说明本发明的第三示例性实施例，

图18示出了剖视图，用于说明示例性实施例的整体构造，具有设计为线性阀废气门阀，

图19示出了剖视图，用于说明本发明的第四示例性实施例，

图20示出了沿图19所示B-B线截取的第四示例性实施例的另一剖视图，

图21示出了另一线性阀元件的透视图，

图22示出了视图，用于说明取决于线性阀元件的阀打开行程的蜗壳连接截面的截面区域轮廓，

图23示出了剖视图，用于说明本发明的第五示例性实施例，

图24示出了剖视图，用于说明本发明的第六示例性实施例，

图25示出了剖视图，用于说明线性阀被进一步打开的第六示例性实施例，

图26示出了视图，用于说明废气门阀的出口通路区域的不同轮廓，以及

图27示出了废气门阀的出口通路区域中的涡轮机壳体的改型轮廓的示例。

在所有附图中，相同功能和名称的部件由相同的附图标记表示。所示主题应被理解为本发明的各种实施例和改进的示例，并且不旨在排除根据权利要求的限定的另外的替代设计。

具体实施方式

本发明提供一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机具有涡轮机壳体，该涡轮机壳体包括两个蜗壳，废气可以流动通过这两个蜗壳，并且在这两个蜗壳之间设置有分隔壁。此外，提供了设计为线性阀的废气门阀，其具有线性阀元件。线性阀元件连接到用于致动线性阀元件35a的位移轴33，位移轴33具有轴纵向轴线33a。位移轴33在由分隔壁跨越的分隔壁平面的方向上被引导通过分隔壁21到涡轮机壳体9外部，并且布置成在其轴纵向轴线33a的轴向方向上在分隔壁21中被可移动地引导。为了关闭废气门出口30，线性阀元件35a从出口室31的方向，也就是从蜗壳22,23的外部，朝向阀座34a被引导，并且，为了打开废气门出口30，线性阀原件35a可以通过位移轴33在轴纵向轴线33a的轴向方向上从阀座提升进入出口腔31中。这里和下面，表达“线性阀”应理解为一种阀，其特征在于阀元件，在这种情况下因此称为线性阀元件，预定义直线平移致动运动。

图9示出了剖视图，用于示出本发明的第一示例性实施例。在该第一示例性实施例中，在涡轮机壳体9中设置有两个蜗壳22,23，废气可以流动通过蜗壳22,23。分隔壁21位于这两个蜗壳之间。此外，在涡轮机壳体9中，在每种情况下，每个蜗壳设置一个废气门出口30，这些废气门出口组合成一个共用的废气门开口并且通向一个出口腔31。废气门阀32被设计为线性阀35，其具有线性阀元件35a。在所示示例性实施例中，设置线性阀元件35a，其选择性地打开或关闭废气门阀32。所述线性阀元件35a包括盘状形式的阀盘34和固定连接到所述阀盘或与其一体形成的位移轴33。所述位移轴33经过分隔壁平面且在涡轮机壳体9的分隔壁21中被引导出涡轮机壳体9，并且沿其轴向方向可移动地被引导，也就是说在所述分隔壁21内以沿着轴纵向轴线33a的直线运动可移动地被引导，如图9的双向箭头所示。

图9示出了设计为线性阀35的废气门阀32，处于其关闭位置，其中，两个蜗壳22,23彼此流体分离并且通向出口腔31并因此通向废气门出口30的废气门开口13关闭。

如果位移轴33通过废气门致动器（未示出）移向图9的左侧，那么固定地连接到位移轴33的阀盘34也移向左侧，从而，所述阀盘从阀座34a提升进入到出口腔31，并且，废气门开口13并因此废气门阀32打开。在废气门阀32的这个打开位置，这两个蜗壳22,23通过出口腔31而彼此流体连接，并且这两个废气门出口30打开。因此，一部分废气通过通向出口腔31的废气门阀32而流过涡轮机叶轮。

因此，在图9所示示例性实施例中，这两个蜗壳22,23之间的流体连接以及废气门阀32的打开不是通过使用挡板的转动来实现的，而是通过使用线性阀33的平移来实现的，该线性阀包括线性滑块。在这，所述线性阀35的位移轴33相对于废气门出口30居中地被引导，通过这两个蜗壳22,23之间的分隔壁21并通过这两个废气门出口30到涡轮机壳体9外部。位移轴33被引导通过的孔优选为在分隔壁平面中居中地延伸穿过分隔壁21。位移轴33在分隔壁21中的这种引导确保了位移轴33的可靠引导，并且允许对线性阀35的关闭位置和所述线性阀35的均匀打开这两者的基本无游隙设置，其中阀盘34在关闭位置位于阀座34a上的那些区域同时且因此以没有游隙的方式从阀座34a上抬起。

总之，图9公开了如上所述的用于废气涡轮增压器2的涡轮机3，该涡轮机的特征在于废气门阀32仅具有一个废气门开口13，在其中两个蜗壳22,23的废气门出口30 组合，其中废气门开口13通过线性阀元件35a在第一阀位置关闭并且至少在线性阀元件35a的第二阀位置打开。这里，线性阀元件35a连接到位移轴33，该位移轴33在分隔壁平面的方向上通过分隔壁21被引导到涡轮机壳体9外部，并且可沿轴向方向移动。这里，线性阀元件35a从出口腔31朝向阀座34a的方向被引导，并且可以在轴向方向上从阀座抬离进入出口腔31中，以打开废气门出口30。

这里，所述涡轮机的特征还在于，在废气门阀32关闭时，处于第一阀位置的线性阀元件35a还使两个蜗壳22,23保持彼此流体分离，并且具有至少一个另外的阀位置，其中在这种情况下，两个蜗壳22,23的例如通过出口腔31的彼此流体连接通过线性阀元件35a被打开。

此外，所述涡轮机的特征在于，线性阀元件35a具有至少一个阀盘34，为了通过阀盘34密封抵靠在围绕废气门开口13的阀座34a上来关闭废气门开口13，并且具有位移轴33，用于通过轴向位移来致动线性阀元件35a，其中阀盘从出口腔31的方向朝向阀座34a被引导。

为了说明根据本发明的涡轮机的另一示例性实施例，图10示出了相对于蜗壳22,23横向穿过阀装置的剖视图。在该示例性实施例中，在涡轮机壳体9中也设置有两个废气可以流过的蜗壳22和23。在这两个蜗壳之间设有分隔壁21，分隔壁21具有用于接收阀体31的分隔壁凹部21a。此外，在涡轮机壳体9中，设置有废气门出口30，这些废气门出口30在分隔壁21的分隔壁凹部21a的区域中过渡到共同的废气门开口13中并且因此在其中组合。此外，在该示例性实施例中，也提供了具有线性阀元件35a的线性阀35。线性阀元件35a包括阀盘34、位移轴33和阀体36，阀体36设置在阀盘34和位移轴33之间在分隔壁21的分隔壁凹部21a中并且同时在废气门开口13居中。这里，废气门开口截面，也就是说打开的截面，废气可以通过这个截面从废气门开口13流出，该截面通过形成在阀体36的外圆周与废气门开口13的内圆周之间的阀间隙13a来限定。同时，蜗壳连接截面，也就是蜗壳连接的开口截面，废气可以通过这个截面在蜗壳之间交换，该截面的分隔壁凹部21a通过阀体36的打开来限定，这个打开取决于阀打开行程VH。

位移轴33被引导通过涡轮机壳体9的分隔壁21并且可在所述分隔壁21内沿其轴向方向移动，如图10中的双向箭头所示。阀体36的相对于位移轴33的轴纵向延伸轴线33a横向延伸的直径大于位移轴33的直径并且同时小于阀盘34的同样相对于轴纵向轴线33a横向延伸的截面。

阀盘34、阀体36和位移轴33可以以一体式集成的线性阀元件35a的形式实现。作为对此的替代，所述部件也可以是单独的部件，它们通过组装彼此连接，例如通过焊接。

在该示例中，阀体36具有圆柱形设计，具有恒定的直径，具有比其布置在其中的废气门开口13更小的直径，并且在一定的预定轴向长度上在废气门开口13中和在分隔壁21的分隔壁凹部21a中延伸，从而在阀体36和废气门开口13之间形成阀间隙13a。

同时，分隔壁21的凹部21a设计成沿着阀体36的纵向侧以尽可能密封的方式终止，如图11所示，其示出了阀装置在分隔壁的方向上剖视图。

在线性阀35的关闭状态（未示出）下，阀盘34位于围绕废气门开口13的阀座34a上，从而关闭废气门开口13并因此以密封的方式关闭两个蜗壳22,23的废气门出口30。同时，阀体36的轴向范围被限定为使得在其面向位移轴33的端侧上，它下降在分隔壁21中的凹部21a的底部上并因此封闭凹部21a并且使两个蜗壳22,23彼此分开。

该实施例是特别有利的，因为在线性阀的打开期间，也就是说当阀盘34从阀座34a抬起时，最初仅打开作为预定的小废气门开口截面的阀间隙13a。在线性阀的进一步打开期间，由于阀体36的轴向范围，在涡轮机壳体9的废气门开口13与阀体36之间的阀间隙13a的截面不变，打开的废气门开口截面最初保持恒定。只有当阀体36一直被推动到涡轮机壳体9的废气门开口13外部时，也就是说超出其轴向范围，打开的废气门截面的尺寸才突然增大。

随着阀盘34从阀座34a上抬起，蜗壳连接截面也在凹部21a的底部打开。蜗壳连接截面随线性阀的打开行程线性增加。

根据本发明的涡轮机的另一实施例的特征在于，阀体36设计成使得从线性阀元件35a的第一关闭阀位置开始，通过位移轴33的轴向位移，在线性阀元件35a的阀打开行程VH连续增加的情况下，废气门开口截面最初线性增加，然后在阀打开行程VH的一定程度上保持恒定，然后再次线性增加，直到达到阀终点位置。

在上述示例性实施例的进一步发展中，涡轮机的特征在于，阀体36设计成使得从线性阀元件35a的第一关闭阀位置开始，通过位移轴33的轴向位移，在线性阀元件35a的阀打开行程VH连续增加的情况下，蜗壳连接截面始终连续增加，直到达到最大蜗壳连接截面，然后保持恒定直到达到阀终点位置。

在图12中示出了利用上述布置寻求的废气门开口截面的打开截面区域和蜗壳连接截面的打开截面区域相对于阀打开行程的的区域廓线。所述图示出了用于说明打开的废气门开口截面和蜗壳连接截面在阀打开行程上的优选截面区域廓线的第一示例的图。这里，打开的截面区域绘制在上侧，并且线性阀的阀打开行程绘制在右侧。

图12中虚线所示的廓线示出了蜗壳连接截面，并且示出了蜗壳连接截面随着线性阀35的不断增大的打开而线性增加，直到达到最大开口截面，然后保持恒定直到线性阀35完全打开。

图12中实线所示的廓线示出了废气门开口截面，并且示出了废气门开口截面被分成三个范围。在线性阀元件35a的仅有小的打开行程的情况下，如在范围1中存在的那样，线性阀35极快地打开小的废气门开口截面，然而废气门开口截面大于蜗壳连接处的打开截面。在此范围内，打开的废气门开口截面的增加线性地发生。该配置尤其在低发动机转速和高发动机负载下是有利的。在此，涡轮机仅可获得小的废气质量流量。然而，压缩机必须提供高充气压力，这需要高的涡轮机功率。由于几乎完全的蜗壳分离，尽管废气流速低，但可以在涡轮机的上游建立高压。因此可以提供压缩机所需的能量。此外，在低发动机转速下的蜗壳分离允许通过内燃机的气缸的最佳分离以及因此低的残余气体分量来有效地操作内燃机。如果为了充气压力控制，废气门的线性阀进一步打开，则由于废气门开口截面在范围1中的更主要的增加，大致保持蜗壳分离。

在线性阀35的进一步打开期间，如图12中的范围2中所示，打开的废气门开口截面保持恒定。这尤其在中等发动机转速范围和高发动机负荷下是有利的。因此，蜗壳连接截面的程度可以最佳地适应发动机要求。仅当蜗壳连接截面已经完全打开时，也就是说在图12中所示的范围3中，才出现废气门开口截面的进一步线性增加，直到线性阀35完全打开。这尤其在高发动机速度和高发动机负载下是有利的。由于在涡轮增压器中必须转换高功率水平，因此最大可能的涡轮效率是必不可少的。这通过蜗壳连接可以实现。因此，可通过涡轮机传输尽可能大的废气质量流量，而涡轮机上游的废气背压不超过允许的极限。涡轮机功率的调节可以通过废气门阀以熟悉的方式实现，因为蜗壳连接截面在该范围内不再变化。

图13示出了用于说明废气门开口截面和蜗壳连接截面的优选截面区域廓线的第二示例的图。

在该第二示例中也是这样的情况，即打开的截面区域绘制在上侧，并且线性阀元件35a的阀打开行程绘制在右侧。

图13中虚线所示的廓线示出了蜗壳连接截面仅在一定延迟之后打开，然后随着线性阀35的不断增大的打开而线性增加，直到达到最大蜗壳连接截面，并且最后保持恒定直到线性阀35完全打开。

图13中实线所示的廓线示出了废气门开口截面对应于图12中所示的廓线。它被分成三个范围。在线性阀35的仅有小开口的情况下，如在范围1中那样，线性阀35极快地打开小的废气门开口截面，其中，在这种情况下，打开的废气门开口截面的增加线性地发生。

该配置尤其在低发动机转速和高发动机负载下是有利的。在此，涡轮机仅可获得小的废气质量流量。尽管如此，压缩机必须提供高的充气压力，这需要高的涡轮机功率。由于几乎完全的蜗壳分离，尽管废气流速低，但仍能在涡轮机的上游建立高压。因此可以提供压缩机所需的能量。此外，在低发动机转速下的完全蜗壳分离允许通过内燃机的气缸的最佳分离以及因此低的残余气体分量来有效地操作内燃机。如果为了充气压力控制，废气门的线性阀35进一步打开，则由于蜗壳连接截面在范围1中的延迟增加，蜗壳分离得以保持。

在线性阀35的进一步打开期间，如图13中的范围2中所示，打开的废气门开口截面保持恒定。这尤其在中等发动机转速范围和高发动机负荷下是有利的。因此，蜗壳连接的程度可以最佳地适应发动机要求。

仅当蜗壳连接截面已经完全打开时，也就是说在图13所示的范围3中，才发生废气门开口截面的线性进一步增加，直到线性阀35完全打开。

如已经关于图12所讨论的，这尤其在高发动机速度和高发动机负载下是有利的。

为了允许如图13所示的截面区域廓线，优选地实施图10和图11中所示的圆柱形阀体36的修改。

相应设计的涡轮机的特征在于，蜗壳连接截面的连续增加仅在已经行进预定的阀打开行程VH之后开始，也就是说相对于废气门开口截面的打开延迟开始。

这在图17中示出，其公开了如图10中的剖视图，用于示出本发明的另一示例性实施例。在该示例性实施例中，阀体36在其面向分隔壁21的端部区域中具有槽状凹部37，在线性阀的关闭位置中，分隔壁21接合在凹部37中，使得在线性阀元件的有限行程范围内，分隔壁21与槽状凹部37重叠，从而在线性阀打开期间，仅在已经超过预定的阀打开行程VH之后蜗壳连接截面才打开，也就是说，以相对于废气门开口截面的打开延迟的方式，并且以连续增加的方式。

图14示出了线性阀元件35a的透视图，通过该线性阀元件，可以实现图12中所示的打开的开口截面的廓线。所述线性阀元件35a基本上对应于图10中所示的线性阀元件35a。它具有位移轴33、圆柱形阀体36和阀盘34。

图15示出了线性阀元件的另外的示例，通过该线性阀元件可以实现与图12中所示的相似的开口廓线或甚至不同的开口廓线。在这些另外的示例中，阀体36具有与图14中所示的示例性实施例不同的形式。图15a示出了线性阀元件，其中阀体36形成有椭圆形截面。图15b示出了线性阀元件，其中阀体36是圆锥形式的。图15c示出了线性阀元件，其中阀体36具有截头圆锥形式。图15d示出了线性阀元件，其中阀体36具有截棱锥状形式。图15e示出了线性阀元件，其中阀体36具有金字塔状形式。图15f示出了线性阀元件，其中阀体36是立方形式的。

图16示出了改进的线性阀元件的示例，在该改进的线性阀元件的情况下，相应的阀体36在外圆周具有小的修改，以便精细调节通流特性。这些改进用于扩大或调整在线性阀的开口范围2中的阀体和废气门开口之间的打开截面积，如图12和13所示。

图16a示出了沿轴向延伸并且分布在阀体36的圆周上的半圆形凹口形式的修改。图16b示出了沿轴向延伸并且分布在阀体36的圆周上的楔形凹口形式的修改。图16c示出了沿轴向延伸并且分布在阀体36的圆周上的弧形铣出部分形式的修改。图16d示出了沿轴向延伸并且分布在阀体36的圆周上的半椭圆形凹部形式的修改。图16e示出了阀体形成为空心圆柱体并且配备有垂直于阀体轴线延伸的通道孔的修改。图16f示出了沿轴向延伸并且分布在阀体36的圆周上的锯齿形凹口形式的修改。

根据图16a），b），c），d）和f）的阀体的修改可以在阀体的整个轴向长度上或仅在轴向长度的一部分上延伸到相同的深度。还可以提供深度在轴向范围上变化的凹口，凹部或铣出部分的修改。

位移轴33的线性阀35的打开位置的变化所需的调节例如使用线性致动器38和补偿接头20来实现。这在图18中示出。该图示出了简化的剖视图，通过具有根据本发明的设计为线性阀35的废气门阀的废气涡轮增压器，用于示出用于致动线性阀35的示例性实施例。

从该剖视图可以看出，在涡轮机壳体9中，设置有两个蜗壳22和23，它们通过分隔壁21和线性阀35彼此流体分离。线性阀35具有阀盘34、阀体36和位移轴33。线性阀元件35a在其位移轴33处通过补偿接头20连接到线性致动器38，线性致动器38通过补偿接头20使位移轴33沿其纵向方向移动。线性致动器38固定在废气涡轮增压器的压缩机壳体11上，压缩机叶轮39布置在压缩机壳体11内。压缩机叶轮通过轴5连接到涡轮机叶轮40。轴5安装在轴承壳体41中。线性致动器与上述线性阀类似，其特征在于，它执行直线平移致动运动。

图19示出了通过用于控制蜗壳连接截面和废气门开口截面的线性阀垂直于蜗壳22和23以及分隔壁21的廓线的截面图，用于说明本发明的另一示例性实施例。图20示出了沿着图19中所示的剖面线B-B的所述示例性实施例的剖视图，也就是说在蜗壳和分隔壁廓线的方向上。此外，图21示出了基于图19和20讨论的线性阀体35a的透视图。

在该示例性实施例中，涡轮机的特征相应地在于，线性阀元件35a具有至少一个阀盘34，阀盘34用于通过阀盘34密封抵靠在包围废气门开口13的阀座34a上来关闭废气门开口13，并且具有位移轴33，用于通过轴向位移致动线性阀元件35a。此外，这里，废气门开口13通向形成在出口腔31中的出口通路31a，该出口通路邻接阀座34a，其中，废气门开口截面由阀盘34的外边缘与涡轮机壳体9中的废气门阀32的出口通路31的壁之间的通路间隙44来预定义。

在上述示例性实施例的另一种构造中，涡轮机的特征在于，线性阀元件35a具有阀体，该阀体布置在阀盘34和位移轴33之间并且设计为滑板36a，该滑板在两个蜗壳22和23之间设置的分隔壁21中的相应的槽状或袋状滑动凹部45中被引导，其中，分隔壁21在滑动凹部45的区域中具有通道凹部42，该通道凹部相对于分隔壁平面垂直地延伸穿过分隔壁21，并且在第一阀位置中，该通道凹部被线性阀元件35a的滑板36a关闭，其中，通道凹部42在线性阀元件35a的渐进阀打开行程VH的情况下由滑板36a打开，且蜗壳连接截面以取决于阀打开行程VH的方式增加。

图19,图20和图21示出了所述示例性实施例的一种可能的物理设计，但是该示例性实施例不限于此。组合考虑到图19,图20和图21，可以特别地看到阀体设计为平滑板36a且通道凹部42和43布置在滑板36a和分隔壁21中。还可以看出，所述线性阀35具有阀盘34，其实现为圆形挡板盘，用于密封邻接到阀座34上，并且具有位移轴33。

设置在两个蜗壳22和23之间的分隔壁21具有槽状或袋状滑动凹部45和通道凹部42，在这种情况下，通道凹部42示出为矩形并且垂直于分隔壁平面在滑动凹部的区域中延伸穿过分隔壁。

滑板36a同样具有通道凹部43，在这种情况下，通道凹部43示出为矩形并且垂直于滑板平面延伸穿过滑板36a。此外，滑板36a与位移轴33进一步连接或一体形成。

代替滑板36a中的所述类型的通道凹部43，滑板例如也可以简单地为缩短形式，具有相应加长的位移轴33。然而，滑板36a必须仅缩短到这样的程度，在线性阀35的关闭状态下，分隔壁21中的通道凹部42能被完全覆盖，也就是说是关闭的。

形成为滑板的阀体36在分隔壁21中的相应的槽状或袋状滑动凹部45中被引导。通道凹部43在滑板36a中的定位和通道凹部42在分隔壁21中的在槽状或袋状滑动凹部45的区域中的定位被选择，使得当线性阀35关闭时，滑板36a中的通道凹部43被分隔壁21覆盖，且分隔壁21中的通道凹部42由滑板36a关闭，废气门开口13由阀盘34关闭。

通过位移轴33使线性阀元件35a沿打开方向的线性运动促使阀盘34与滑板36a一起线性移动，使得滑板36a中的通道凹部43越来越重叠分隔壁21中的通道凹部42，并因此打开了蜗壳连接截面，使得两个蜗壳22和23彼此流体连通。

同时，阀盘34从阀座34a上抬起，并且废气门开口截面被打开，该废气门开口截面基本上由阀盘34的外边缘和废气门阀的出口通路31a之间的通路间隙44预定义。

在这种情况下，通过滑板36a和分隔壁21中的通道凹部42和43的形式和尺寸，可以根据需要构造蜗壳连接的相对于线性阀元件35a的阀打开行程的区域廓线。

图22示出了用于说明根据线性阀35的阀打开行程的蜗壳连接截面的开口廓线的图示。可以看出，在通过通道凹部42和43的重叠打开蜗壳连接的期间，打开的蜗壳连接截面最初线性地增加，如图22的左侧图中的阀打开行程的范围d中的虚线所示。在图22中所示的范围e中，蜗壳连接的截面积保持恒定，直到线性阀完全打开，因为在该范围内，分隔壁21中的通道凹部42的最大开口保持打开。在图22中还示出，在该示例性实施例中，在通道凹部42和43的矩形设计的情况下，以下关系适用于打开的蜗壳连接截面f：

f = g x h，

式中，g是通道凹部42和43的宽度，h是通道凹部42的由滑板36a的通道凹部43打开的开口高度。

图23示出了用于说明本发明的另一示例性实施例的剖视图，其构成了图19和图20中所示示例的修改。在该示例性实施例中，已经选择了通道凹部42和43的布置和尺寸，从而随着线性阀35从关闭状态的逐渐打开，首先阀盘34打开废气门开口，并且使得蜗壳连接截面的打开延迟地发生。为此，设置在滑板36a中的通道凹部43必须布置在滑板36a中，使得从线性阀的关闭位置开始，在蜗壳连接截面相对于废气门开口截面的打开以一定延迟打开之前，位移轴33和滑板36a必须首先被移位预定义的阀打开行程（VH）。

图24示出了用于说明本发明的另一示例性实施例的剖视图，其可特别地与前两个示例性实施例组合使用或作为前两个示例性实施例的修改。在该示例性实施例中，为了根据阀打开行程对废气门质量流进行目标配置，特定的适当尺寸的通路间隙44设置在阀盘34的外边缘和涡轮机壳体9中的废气门阀的出口通路31a的相邻壳体壁之间，该间隙可能以取决于阀打开行程的方式变化。这样，如该示例所示，在线性阀35的相对大的阀打开行程中，废气门开口截面可保持在恒定水平，因为阀盘34的外边缘和相邻的通路壁之间的通路间隙44最初不会改变。只有在达到足够大的阀打开行程之后，通路间隙44才会由于该区域中废气门阀的出口通路31a的锥形加宽而随着阀打开行程的增加而变大，这导致废气门开口截面的增加。

废气门开口截面的这种增加在图25中示出，其中线性阀元件35a在左侧示出，其相对于图24在打开方向上进一步向左移位。从图25还可以看出，阀盘34的径向外边缘和相邻的出口通路壁之间的通路间隙44由于废气门阀的通路31a在涡轮机壳体的这个区域中设置的锥形设计而变得越来越大。

图26示出了用于示出废气门阀的出口通路31a的通路壳的不同轮廓的示例性图示，其示出了上述示例性实施例的不同设计变型。

相应的设计变型的特征在于出口通路31a的形状由圆形或三角形或矩形或多边形轮廓限定，其与锥形几何形状或圆柱几何形状或圆形，抛物线形或双曲线加宽的几何形状或者上述几何轮廓中的两个或三个的组合形式的通路壳表面的轮廓配对，使得废气门开口截面取决于阀打开行程VH结合出口通路31a的预定义形式。

这里，图26示出了基于旋转对称设计即圆形轮廓的相应出口通路31a的半截面。根据阀盘的圆周几何形状或与阀盘的圆周几何形状相关，显然可能的是，相应的出口通路31a也具有三角形，矩形或多边形轮廓，与图26中定性示出的通路壳表面的轮廓配对。 图26a）至26l）通过圆形，抛物线或双曲线加宽的几何形状（图26 d），26e），26f）），从简单的圆锥几何形状（图26a）和圆柱几何形状（图26c）示出通路壳表面的替代轮廓对两种或三种上述几何形状（图26g）至261））组合。此外，可以进一步组合，其可以根据废气门开口截面的期望廓线取决于阀打开行程来配置。

在所有这些廓线的情况下，线性阀的进一步打开与废气门开口截面的扩大相关联，在该情况下，阀盘外边缘和出口通路的壁之间的间隙可以是以期望的方式根据阀打开行程设定。

图27示出了用于修改涡轮机壳体中的废气门阀的出口通路31a的壳轮廓的其他示例。在图27a）至27f）所示的示例中，各个出口通路31a的几何形状分别基于圆形轮廓和圆柱形轮廓。此处的改进在于凹口，凹部或突起的布置，它们在出口通路31a的轴向方向上延伸并且分布在出口通路31a的圆周上并且具有不同的几何形状和形式。例如，凹口，凹部或突起的截面可以是半圆形，半椭圆形，V形或矩形。这里，凹口，凹部或突起的深度和/或宽度可以在其轴向廓线上具有恒定的形式，或者可以在轴向廓线上以连续或阶梯的方式变化。这些改进用于增加或调整在阀盘34的外圆周和废气门阀的出口通路31a的壁之间以预定的阀打开行程打开的截面区域。

总之，上述的本发明提供了一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机具有两个蜗壳，废气可以流动通过这两个蜗壳，并且在这两个蜗壳之间设置有分隔壁。此外，提供了设计为线性阀的废气门阀，其具有带有位移轴的线性阀元件，其中线性阀元件和位移轴被引导穿过设置在蜗壳之间的分隔壁。在此，线性阀元件相对于涡轮机壳体的废气门开口居中地被引导并且从出口腔朝向阀座的方向被引导，并且利用位移轴可以在轴纵向轴线的轴向方向上从阀座抬起进入出口腔，以打开废气门出口。在另一个有利的实施例中，线性阀元件设置用于打开或关闭废气门开口和两个蜗壳之间的蜗壳连接。在此，一个有利的实施方式在于，阀体被设置和设计成使得废气门开口截面首先被打开而不是首先打开蜗壳连接。只有随着线性阀元件的阀打开行程的进一步增加，也就是线性阀的进一步打开，蜗壳连接截面才逐渐打开。

线性阀的使用带来了优点，其包括由于使用更少的单个部件和更少的连接工艺而降低的成本，减少的结构空间要求，关于阀体设计的更大自由度， 以及由于较小的游隙度而更不易磨损的设计。

Claims (13)

1.一种用于废气涡轮增压器（2）的涡轮机（3），具有涡轮机壳体（9），该涡轮机壳体（9）具有两个蜗壳（22,23），废气可以流动通过所述蜗壳，并且在所述涡壳体之间设有分隔壁（21），并且所述涡轮机针对两个蜗壳（22,23）仅具有一个废气门阀（32），该废气门阀设计为线性阀（35），该废气门阀具有用于朝着布置在所述蜗壳（22,23）外部的共用出口腔（31）的方向打开和关闭这两个蜗壳（22,23）的废气门出口（30）的线性阀元件（35a），

- 其中，所述线性阀元件（35a）连接到用于致动所述线性阀元件（35a）的位移轴（33），该位移轴具有轴纵向轴线（33a），

其特征在于

所述位移轴（33）在由分隔壁（21）跨越的分隔壁平面的方向上被引导通过分隔壁（21）到所述涡轮机壳体（9）外部，并且布置成在所述分隔壁（21）中在其轴纵向轴线（33a）的方向上可移动地被引导，其中，为了关闭所述废气门出口（30），所述线性阀元件（35a）从所述出口腔（31）朝向阀座（34a）的方向被引导，并且为了打开废气门出口（30），所述线性阀元件（35a）可以利用位移轴（33）在所述轴纵向轴线（33a）的轴向方向上从所述阀座上抬起进入所述出口腔（31）中。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述废气门阀（32）仅具有一个废气门开口（13），所述两个蜗壳的废气门出口（30）合并在所述废气门开口中，其中，所述废气门开口（13）在所述线性阀元件（35a）在第一阀位置时关闭并且至少在所述线性阀元件（35a）在第二阀位置时打开。

3.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述线性阀元件（35a）在所述第一阀位置时保持所述两个蜗壳（22,23）彼此流体分离，并且具有至少一个另外的阀位置，在该位置中，所述两个蜗壳（22,23）彼此的流体连接由所述线性阀元件（35a）打开。

4.根据权利要求2或3所述的涡轮机，其特征在于，所述线性阀元件（35a）具有阀盘（34），为了通过所述阀盘（ 34）密封邻接在围绕废气门开口（13）的阀座（34a）上来关闭所述废气门开口（13），所述阀盘从所述出口腔（31）朝向所述阀座（34a）的方向被引导。

5.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，所述线性阀元件（35a）具有阀体（36），所述阀体布置在所述阀盘（34）和所述位移轴（33）之间并且布置在分隔壁（21）的分隔壁凹部（21a）中并且同时居中布置在所述涡轮机壳体（9）的废气门开口（13）中，其中，废气门开口截面由形成在所述阀体（36）的外圆周和废气门开口（13）的内圆周之间的阀间隙（13a）来限定，并且其中，由通过阀体（36）打开所述分隔壁凹部（21a）来限定蜗壳连接截面，所述打开取决于阀打开行程（VH）。

6.如权利要求5所述的涡轮机，其特征在于，所述阀体（36）是圆柱形或椭圆形或圆锥形或截头圆锥形或金字塔形或截头金字塔形或立方形式的，或具有至少两个上述几何形状的组合。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的涡轮机，其特征在于，阀体（36）设计成使得从所述线性阀元件（35a）的第一关闭阀位置开始，在通过位移轴（33）的轴向位移连续增大线性阀元件（35a）的阀打开行程（VH）的情况下，废气门开口截面最初线性增加，然后在阀打开行程（VH）的一定程度上保持恒定，然后再次线性增加，直到达到阀终点位置。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述阀体（36）设计成使得从线性阀元件（35a）的第一关闭阀位置开始，在通过位移轴（33）的轴向位移连续增大线性阀元件（35a）的阀打开行程（VH）的情况下，所述蜗壳连接截面始终连续增加，直到达到最大蜗壳连接截面，然后保持不变直到达到阀终点位置。

9.根据权利要求7和8所述的涡轮机，其特征在于，所述蜗壳连接截面的连续增加仅在已经行进了预定的阀打开行程（VH）之后才开始，也就是说相对于所述废气门开口截面的打开延迟开始。

10.根据权利要求4和7至9中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述废气门阀（32）的废气门开口具有阀座（34a），用于供所述阀盘（34）的密封邻接并且通向形成在所述出口腔（31）中的出口通路（31a），该出口通路邻接所述阀座（34a），其中废气门开口截面由所述阀盘（34）的外边缘和涡轮机壳体（9）中的废气门阀（32）的出口通路（31）的壁之间的通路间隙（44）预定义。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其特征在于，所述线性阀元件（35a）具有阀体，所述阀体布置在所述阀盘（34）和所述位移轴（33）之间并且设计为滑板（ 36a），并且在设置在所述两个蜗壳（22和23）之间的分隔壁（21）中的相应的槽状或袋状滑动凹部（45）中被引导，其中，所述分隔壁（21）在滑动凹部（45）的区域中具有通道凹部（42），该通道凹部相对于所述分隔壁平面垂直地延伸穿过所述分隔壁（21）并且在第一阀位置时被所述线性阀元件（35a）的滑板（36a）关闭，其中，在所述线性阀元件（35a）的渐进阀打开行程（VH）的情况下，所述通道凹部（42）由所述滑板（36a）打开，且蜗壳连接截面以取决于所述阀打开行程（VH）的方式增加。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述出口通路（31）的形状由圆形或三角形或矩形或多边形轮廓限定，所述轮廓与所述通路壳表面的轮廓配对，所述通路壳的轮廓形式是锥形几何形状或圆柱形几何形状或圆形，抛物线形或双曲线形扩展几何形状或两个或三个上述几何形状轮廓的组合形式，使得所述废气门开口截面取决于所述阀打开行程（ VH）与出口通路的预定形式的结合。

13.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述线性阀元件（35a）通过补偿接头（20）连接到线性致动器（38）。