CN110118140A - 旋转轴向阀 - Google Patents

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J.克雷奇
J.普兰卡
J.克莱门特
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Garrett Communications Co Ltd
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Abstract

一种涡轮增压器系统包括阀组件，其具有入口、第一出口和第二出口。所述入口被构造成从发动机接收排气的流。所述阀组件包括安置在壳体内的阀结构。所述阀结构被构造成在第一位置与第二位置之间围绕旋转轴线旋转。所述阀结构限定具有轴向上游端部和径向下游端部的非线性流动通道。所述阀结构在第一位置中将排气从所述入口引导到所述第一出口并且关闭所述第二出口。所述阀结构在所述第二位置中将排气从所述入口引导到所述第二出口并且关闭所述第一出口。

Description

旋转轴向阀
技术领域
本公开通常涉及一种阀，并且更具体地，涉及一种用于涡轮增压器系统的旋转轴向阀。
背景技术
一些车辆包括具有一个或更多个涡轮增压器的涡轮增压器系统。通常，涡轮增压器包括安装在共同的轴上并且分别承载在分开的涡轮机和压缩机壳体内的涡轮机轮和压缩机轮。涡轮机轮可以由发动机的排气输出驱动旋转。这继而使压缩机轮旋转以便压缩馈送到发动机的燃烧腔室的空气。因此，涡轮增压器可以为发动机提供性能提升和增加的效率。
通过涡轮增压器系统的排气流可以取决于发动机的操作状态改变。例如，在较低负载的状态下，排气质量流量可能相对较低。相反，在较高负载的状态下，排气质量流量可能相对较高。而且，与发动机已经运行一段时间相比，在发动机起动期间，排气流可能不同。其它操作状态也可能影响排气流。
因此，期望提供一种在多种操作状态下调节排气的流的经改进涡轮增压器系统。例如，期望提供一种有效控制排气的流的用于涡轮增压器系统的经改进阀组件，其中用于致动阀的输入力相对较低，并且其中通过阀组件的排气泄漏相对较低。结合附图以及此背景讨论，根据随后的详细描述和所附权利要求，本公开的其它期望特征和特性将变得显而易见。
发明内容
在一个实施例中，一种涡轮增压器系统包括具有入口、第一出口和第二出口的壳体。所述入口被构造成从发动机接收排气的流。所述系统还包括涡轮增压器的涡轮机轮，其被构造成由所述排气的第一流驱动旋转。从壳体的第一出口接收所述第一流。而且，所述涡轮增压器系统包括被构造成接收所述排气的第二流的第二排气系统。从壳体的第二出口接收所述第二流。所述涡轮增压器系统进一步包括安置在壳体内的阀结构。所述阀结构被构造成在第一位置与第二位置之间围绕旋转轴线旋转。所述阀结构限定流动通道，所述流动通道具有上游端部、下游端部以及在所述上游端部与所述下游端部之间延伸的非线性轴线。上游端部大体上沿着旋转轴线引导并且被构造成从入口接收排气。下游端部被构造成将排气输送到第一出口和第二出口中的一者。阀结构在第一位置中被构造成将排气沿着第一流从上游端部通过流动通道引导到下游端部和第一出口，以便驱动涡轮机轮。阀结构在第一位置中被构造成大体上关闭第二出口。阀结构在第二位置中被构造成将排气沿着第二流从上游端部通过流动通道引导到下游端部和第二出口，以便输送到第二排气系统。阀结构在第二位置中被构造成大体上关闭第一出口。
在另一实施例中，一种操作涡轮增压器系统的方法包括通过发动机生成朝向壳体的入口引导的排气流。壳体具有第一出口和第二出口。所述方法还包括通过控制系统在壳体内在第一位置与第二位置之间围绕旋转轴线选择性地旋转阀结构，以便调节通过壳体的排气流。所述阀结构限定流动通道，所述流动通道具有上游端部、下游端部以及在所述上游端部与所述下游端部之间延伸的非线性轴线。上游端部大体上沿着旋转轴线引导并且被构造成从入口接收排气。下游端部被构造成将排气输送到第一出口和第二出口中的一者。阀结构在第一位置中将排气流从上游端部通过流动通道引导到下游端部和第一出口，以便驱动涡轮增压器的涡轮机轮。当在第一位置中时，阀结构大体上关闭第二出口。阀结构在第二位置中将排气流从上游端部通过流动通道引导到下游端部和第二出口，以便输送到第二排气系统。当在第二位置中时，阀结构大体上关闭第一出口。
在另外的实施例中，一种涡轮增压器系统包括被构造成输出排气的流的发动机。所述涡轮增压器系统还包括具有涡轮机轮的涡轮增压器和排气再循环(EGR)系统。另外，所述涡轮增压器系统包括阀组件，其具有限定入口、第一出口和第二出口的阀壳体。所述阀组件还包括固定到阀壳体的衬套。所述衬套具有接收在阀壳体内的第一部分和从所述阀壳体的内表面突出的第二部分。所述阀组件还包括安置在壳体内的阀结构。所述阀结构包括主体和从主体的下游面延伸的轴。所述轴接收在衬套内并且由衬套支撑成在第一位置与第二位置之间旋转。所述主体包括沿着旋转轴线引导的上游面和背对上游面的下游面。所述主体包括相对于旋转轴线径向引导并且在上游面与下游面之间延伸的径向面。所述下游面面朝向阀壳体的内表面。所述主体包括流动通道，所述流动通道具有在上游面中的上游端部和在径向面中的下游端部。所述上游端部被构造成从入口接收排气。所述下游端部被构造成将排气输送到第一出口和第二出口中的一者，并且其中所述下游面被构造成在主体上的来自排气的负载下压缩抵靠衬套和阀壳体的内表面。所述主体在第一位置中被构造成将排气从上游端部通过流动通道引导到下游端部和第一出口，以便驱动涡轮机轮。径向面的第二控制表面在第一位置中被构造成大体上关闭第二出口。所述主体在第二位置中被构造成将排气从上游端部通过流动通道引导到下游端部和第二出口，以便输送到(EGR)系统。径向面的第一控制表面在第二位置中被构造成大体上关闭第一出口。所述下游端部周向安置在径向面上的第一控制表面与第二控制表面之间。
示出如下示例：
1. 一种涡轮增压器系统，包括：
壳体，所述壳体限定入口、第一出口和第二出口，所述入口被构造成用于从发动机接收排气的流；
涡轮增压器的涡轮机轮，所述涡轮机轮被构造成由所述排气的第一流驱动旋转，所述第一流从所述壳体的所述第一出口接收；
第二排气系统，所述第二排气系统被构造成接收所述排气的第二流，所述第二流从所述壳体的所述第二出口接收；以及
安置在所述壳体内的阀结构；
所述阀结构被构造成在第一位置与第二位置之间围绕旋转轴线旋转；
所述阀结构限定流动通道，所述流动通道具有上游端部、下游端部以及在所述上游端部与所述下游端部之间延伸的非线性轴线，所述上游端部大体上沿着所述旋转轴线引导并且被构造成从所述入口接收所述排气，所述下游端部被构造成将所述排气输送到所述第一出口和所述第二出口中的一者；
所述阀结构在所述第一位置中被构造成将所述排气沿着所述第一流从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第一出口，以便驱动所述涡轮机轮；
所述阀结构在所述第一位置中被构造成大体上关闭所述第二出口；
所述阀结构在所述第二位置中被构造成将所述排气沿着所述第二流从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第二出口，以便输送到所述第二排气系统；
所述阀结构在所述第二位置中被构造成大体上关闭所述第一出口。
2. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀结构包括主体和从所述主体的下游面延伸的轴；
其中，所述轴被支撑成围绕所述旋转轴线旋转；
其中，所述上游端部包括在所述主体的上游面中，所述上游面背对所述下游面；并且
其中，所述下游面被构造成在所述主体上的来自所述排气的负载下压缩抵靠所述壳体。
3. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀结构包括主体和从所述主体延伸的轴；
其中，所述轴被支撑成在所述第一位置与所述第二位置之间旋转；
其中，所述主体在所述第一位置中被构造成大体上关闭所述第二出口；并且
其中，所述主体在所述第二位置中被构造成大体上关闭所述第一出口。
4. 根据示例3所述的涡轮增压器系统，进一步包括衬套，所述衬套具有沿着所述旋转轴线间隔开的第一部分和第二部分；
其中，接收所述轴的所述第一部分由所述阀壳体接收；并且
其中，所述第二部分接收在所述阀结构的所述主体内。
5. 根据示例3所述的涡轮增压器系统，其中，所述主体包括第一表面，所述第一表面被构造成当所述阀结构处于所述第一位置中时大体上关闭所述第二出口；
其中，所述主体包括第二表面，所述第二表面被构造成当所述阀结构处于所述第二位置中时大体上关闭所述第一出口；并且
其中，所述流动通道的所述下游端部安置在所述第一表面与所述第二表面之间。
6. 根据示例5所述的涡轮增压器系统，其中，所述主体具有围绕所述旋转轴线延伸的径向面；
其中，所述第一表面和所述第二表面限定所述径向面的相应部分。
7. 根据示例5所述的涡轮增压器系统，其中，所述第一表面和所述第二表面中的至少一者是大体上平面的表面。
8. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，其中，所述主体包括上游面、下游面以及在所述上游面与所述下游面之间延伸的径向面；
其中，所述流动通道的所述上游端部限定在所述上游面中；
其中，所述流动通道的所述下游端部限定在所述径向面中；
其中，所述下游面与所述壳体的内表面相对。
9. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，进一步包括被构造成在所述第一位置与所述第二位置之间致动所述阀结构的致动器。
10. 根据示例9所述的涡轮增压器系统，进一步包括被构造成检测状态的传感器；
进一步包括具有处理器的控制系统；
其中，所述处理器被构造成从所述传感器接收输入，所述输入对应于所检测到的状态；并且
其中，所述处理器被构造成至少部分基于由所述处理器接收的所述输入生成控制命令，所述控制命令用于使所述致动器在所述第一位置与所述第二位置之间致动所述阀结构。
11. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，其中，所述涡轮机轮被支撑成在涡轮机壳体内旋转；
其中，所述涡轮机壳体包括多个蜗壳结构；并且
其中，所述蜗壳结构中的至少一者被构造成从所述第一出口接收所述排气的所述第一流。
12. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，进一步包括具有多个燃烧腔室的内燃发动机；并且
其中，所述多个燃烧腔室中的仅一者流体连接到所述壳体的所述入口。
13. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，其中，所述第二排气系统是排气后处理系统和废气门组件中的一者。
14. 根据示例1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀结构包括主体和从所述主体的下游面延伸的轴；
其中，所述轴接收在附接到所述壳体的衬套内，其中，所述衬套支撑所述轴围绕所述旋转轴线旋转，并且其中，所述衬套包括轴向端部；
其中，所述上游端部包括在所述主体的上游面中，所述上游面背对所述下游面；并且
其中，所述下游面被构造成在所述主体上的来自所述排气的负载下压缩抵靠所述衬套的所述轴向端部。
15. 一种操作涡轮增压器系统的方法，包括：
通过发动机生成朝向壳体的入口引导的排气流，所述壳体具有第一出口和第二出口；
通过控制系统在所述壳体内在第一位置与第二位置之间围绕旋转轴线选择性地旋转阀结构，以便调节通过所述壳体的所述排气流，所述阀结构限定流动通道，所述流动通道具有上游端部、下游端部以及在所述上游端部与所述下游端部之间延伸的非线性轴线，所述上游端部大体上沿着所述旋转轴线引导并且被构造成从所述入口接收所述排气，所述下游端部被构造成将所述排气输送到所述第一出口和所述第二出口中的一者；
所述阀结构在所述第一位置中将所述排气流从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第一出口，以便驱动涡轮增压器的涡轮机轮，当在所述第一位置中时，所述阀结构大体上关闭所述第二出口；并且
所述阀结构在所述第二位置中将所述排气流从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第二出口，以便输送到第二排气系统，当在所述第二位置中时，所述阀结构大体上关闭所述第一出口。
16. 根据示例15所述的方法，进一步包括通过传感器检测状态；
进一步包括通过所述控制系统接收对应于所检测到的状态的输入；并且
其中，选择性地旋转所述阀结构包括通过所述控制系统的处理器至少部分基于所述输入来生成用于旋转所述阀结构的控制命令。
17. 根据示例16所述的方法，其中，检测所述状态包括检测所述发动机上的当前负载和所述发动机的当前燃料消耗要求中的至少一者。
18. 根据示例15所述的方法，其中，所述阀结构包括主体和轴，所述轴被支撑成通过固定到所述壳体的衬套旋转；
所述衬套具有沿着所述旋转轴线间隔开的第一部分和第二部分，其中，所述第二部分接收在所述阀结构的所述主体内；并且
其中，旋转所述阀结构包括相对于所述衬套旋转所述阀结构。
19. 根据示例15所述的方法，其中，所述阀结构包括主体，所述主体具有上游面、下游面以及在所述上游面与所述下游面之间延伸的径向面；
其中，所述流动通道的所述上游端部限定在所述上游面中；
其中，所述流动通道的所述下游端部限定在所述径向面中；并且
其中，所述下游面与所述壳体的内表面相对。
20. 一种涡轮增压器系统，包括：
被构造成输出排气的流的发动机；
具有涡轮机轮的涡轮增压器；
排气再循环(EGR)系统；以及
阀组件，包括：
限定入口、第一出口和第二出口的阀壳体；
固定到所述阀壳体的衬套，所述衬套具有接收在所述阀壳体内的第一部分和从所述阀壳体的内表面突出的第二部分；
安置在所述壳体内的阀结构，所述阀结构包括主体和从所述主体的下游面延伸的轴，所述轴接收在所述衬套内并且由所述衬套支撑成在第一位置与第二位置之间旋转；
所述主体包括沿着所述旋转轴线引导的上游面和背对所述上游面的下游面，所述主体包括相对于所述旋转轴线径向引导并且在所述上游面与所述下游面之间延伸的径向面，所述下游面面朝向所述阀壳体的内表面；
其中，所述主体包括流动通道，所述流动通道具有在所述上游面中的上游端部和在所述径向面中的下游端部；
其中，所述上游端部被构造成从所述入口接收所述排气，其中，所述下游端部被构造成将所述排气输送到所述第一出口和所述第二出口中的一者，并且其中，所述下游面被构造成在所述主体上的来自所述排气的负载下压缩抵靠所述衬套和所述阀壳体的所述内表面；
其中，所述主体在所述第一位置中被构造成将所述排气从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第一出口，以便驱动所述涡轮机轮；
其中，所述径向面的第二控制表面在所述第一位置中被构造成大体上关闭所述第二出口；
其中，所述主体在所述第二位置中被构造成将所述排气从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第二出口，以便输送到所述(EGR)系统；
其中，所述径向面的第一控制表面在所述第二位置中被构造成大体上关闭所述第一出口；并且
其中，所述下游端部周向安置在所述径向面上的所述第一控制表面与所述第二控制表面之间。
附图说明
在下文中将结合以下附图描述本公开，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：
图1是根据本公开的示例性实施例构造的涡轮增压器系统的示意性图示；
图2是图1的阀组件在第一位置中的轴向截面视图；
图3是图1的阀组件在第二位置中的轴向截面视图；
图4是图2的阀组件的纵向截面视图；
图5是图2的阀组件的阀结构的透视图；
图6是根据本公开的额外示例性实施例的阀结构的透视图；并且
图7是根据本公开的额外示例性实施例的涡轮增压器系统的示意性视图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并且并不旨在限制本公开或本公开的应用和用途。此外，并不旨在受到在前述背景或以下详细描述中提出的任何理论的约束。
概括地说，本文中公开的示例性实施例包括一种具有阀组件的涡轮增压器系统，所述阀组件被构造成在两个或更多个系统或装置之间提供发动机的排气流的经改进和选择性控制。在一些实施例中，所述阀组件可以具有至少两个位置。在一个位置中，阀组件可以将排气引导到涡轮增压器的涡轮机区段，并且在另一位置中，阀组件可以将所述流引导到第二排气系统（例如，后处理系统（例如，排气再循环(EGR)系统等等）、废气门系统等等）。
阀组件可以包括限定入口和至少两个出口的阀壳体。阀组件还可以包括阀结构，所述阀结构被支撑成在阀壳体内移动，以便调节通过阀组件（即，从入口到出口中的一者）的排气流。
阀结构可以包括流动通道，所述流动通道具有轴向引导的上游端部和大体上在径向方向上引导的下游端部。阀结构可以旋转以改变下游端部的周向位置（即，旋转角度）。如此，阀结构可以旋转以改变阀壳体的第一出口与第二出口之间的排气流。
在一些实施例中，阀结构可以具有第一位置，在第一位置中，所述阀结构将流从阀壳体的入口引导到第一出口，同时大体上密封阀壳体的第二出口。相反，在第二位置中，阀结构可以将流从入口引导到第二出口，同时大体上密封阀壳体的第一出口。换句话说，打开阀组件中的一个出口关闭另一出口，并且反之亦然。
此外，阀组件可以被构造成使得阀结构在相对低的输入负载下移动。而且，在阀结构上的来自排气的负载可以用于“预加载”阀组件。换句话说，这些负载可以推动阀结构抵靠相对表面，以形成限制来自阀组件的排气泄漏的密封。
此外，在一些实施例中，阀结构可以经由固定到阀壳体并且从阀壳体的内表面突出的衬套被支撑成旋转。衬套的突出部分可以接收在阀结构的主体内。来自排气的轴向负载可以用于加强阀结构与衬套之间的流体密封，以减少泄漏。而且，间隙路径（限定在阀结构的主体与阀壳体之间以及主体与衬套之间）可以大体上是非线性的，以减少来自阀组件的排气泄漏。
图1是根据本公开的示例性实施例的涡轮增压器系统104的示意性视图。涡轮增压器系统104可以包括在多种类型的车辆（汽车、卡车、货车或其它车辆）中，而不背离本公开的范围。通常，涡轮增压器系统104可以包括涡轮增压器100和发动机125。
发动机125可以是多种类型中的一者，例如柴油发动机。发动机125可以包括第一燃烧腔室112、第二燃烧腔室114、第三燃烧腔室116和第四燃烧腔室118。每一燃烧腔室112、114、116、118可以产生流动通过排气歧管123的相应分支的排气，所述排气在排气入口管119处会聚，以便输送到涡轮增压器100。
涡轮增压器100可以包括涡轮增压器壳体101和转子102。转子102被构造成在涡轮增压器壳体101内围绕旋转轴线103旋转。转子102可以经由一个或更多个轴承（未示出）被支撑成旋转。在一些实施例中，转子102可以由推力轴承和多个轴颈轴承旋转支撑。可替代地，可以包括其它轴承。
如所示出的实施例中所示，涡轮增压器壳体101可以包括涡轮机壳体105、压缩机壳体107和轴承壳体109。轴承壳体109可以安置在涡轮机壳体与压缩机壳体105、107之间。而且，轴承壳体109可以容纳转子102的轴承。
另外，转子102可以包括至少一个涡轮机轮111、压缩机轮113和轴115。（多个）涡轮机轮111大体上位于涡轮机壳体105内。压缩机轮113大体上位于压缩机壳体107内。轴115沿着旋转轴线103延伸通过轴承壳体109，以便将（多个）涡轮机轮111连接到压缩机轮113。因此，（多个）涡轮机轮111和压缩机轮113围绕轴线103一起旋转。
压缩机壳体107和压缩机轮113配合以便限定压缩机（即，压缩机区段、压缩机级）。压缩机轮113被构造成将轴向接收的输入空气（例如，环境空气131或来自多级压缩机中的前一级的已经加压的空气）压缩成从压缩机朝向发动机125喷射的加压空气流133。
在一些实施例中，加压空气流133可以被引导通过空气冷却器135（即，中间冷却器），例如对流冷却式增压空气冷却器。空气冷却器135可以被构造成使来自加压空气流133的热量耗散，从而增加其密度。所得到的经冷却和加压的输出空气流137被引导到EGR混合器140中，并且在下游进一步引导到发动机125，如下文将更详细解释的。
涡轮机壳体105和（多个）涡轮机轮111配合，以形成涡轮增压器100的涡轮机（即，涡轮机区段、涡轮机级）。涡轮机可以被构造成经由排气入口管119从发动机125接收高压和高温排气流121。
此外，在一些实施例中，涡轮机壳体105可以包括围绕轴线103并且围绕（多个）涡轮机轮111周向延伸的一个或更多个蜗壳结构。例如，涡轮机壳体105可以包括第一蜗壳结构122和第二蜗壳结构124。第一和第二蜗壳结构122、124可以接收排气流121，并且使朝向（多个）涡轮机轮111的流加速。因此，（多个）涡轮机轮111（并且因此转子102）被高压和高温排气流121驱动成围绕轴线103旋转。
系统104还可以包括排气管128，其流体连接在涡轮机壳体105的下游。排气管128可以接收较低压力和较低温度的排气流127，并且可以朝向后处理装置126引导流127。后处理装置126可以是处理排气流127以减少其中的某些物质、颗粒等等的许多装置中的一者。例如，后处理装置126可以是三元催化剂(TWC)装置、选择性催化还原(SCR)装置等等。
如所示，系统104可以进一步包括第二排气系统130。在由图1表示的一些实施例中，第二排气系统130可以从发动机125按路线引导排气并且使其远离涡轮增压器100。第二排气系统130可以是多种类型中的一种，而不背离本公开的范围。在一些实施例中，第二排气系统130可以是被构造成处理排气并减少其中的物质的量的后处理系统。例如，第二排气系统130可以包括被构造成使排气朝向发动机125向回再循环的排气再循环(EGR)系统。具体来说，在一些实施例中，所述EGR系统可以包括支管134、EGR冷却器136和EGR管138以及EGR混合器140。
阀组件142可以操作地附接和安置在歧管123与支管134之间。具体来说，在一些实施例中，阀组件142可以操作地附接和安置在歧管123的第一分支144与支管134之间。如将详细讨论的，阀组件142可以被构造成用于调节来自第一燃烧腔室112的第一腔室排气流146。在一些情况下，阀组件142可以将第一腔室排气流146引导到支管134（并且因此，引导到EGR冷却器136、EGR管138和EGR混合器140）。在其它情况下，阀组件142可以将第一腔室排气流146引导到歧管123的下游部件以便与来自其它燃烧腔室的排气流在管119中组合。下文将根据示例性实施例更详细地讨论阀组件142。
EGR混合器140可以将空气流137和任何EGR流141组合成进气流143。进气流143可以馈送到发动机125的进气歧管139。节气门（throttle）148可以调节进气流143进入到进气歧管139中的质量流量。
系统104的操作可以由控制系统150控制。控制系统150可以包括计算机化处理器151，并且可以集成在车辆的发动机控制单元(ECU)内。控制系统150可以经由一个或更多个通信连接部152连接到系统的其余部分。控制系统150可以被构造成用于控制阀组件142、节气门148以及系统104的其它特征，如下文将更详细讨论的。
控制系统150可以包括具有一个或更多个传感器153的传感器系统。在一些实施例中，（多个）传感器153可以包括用于测量发动机速度和/或节气门位置的速度传感器。因此，（多个）传感器153可以检测发动机125上的当前负载和/或发动机125的当前燃料消耗需求。而且，（多个）传感器153可以包括用于测量到达和/或来自涡轮增压器100的压缩机区段的空气流的流量传感器。同样地，（多个）传感器153可以检测到达和/或来自涡轮增压器100的涡轮机区段的排气流的特性。
控制系统150可以另外包括一个或更多个致动器155。在一些实施例中，致动器155可以是电动马达，但是将理解的是，致动器155可以是另一类型，而不背离本公开的范围。处理器151可以生成控制命令并且将其发送到致动器155以便在各种位置之间移动阀组件142，下文将对此进行详细讨论。
将理解的是，涡轮增压器系统104的这些特征可以不同于所示出的实施例。例如，（多个）涡轮机轮111可以被构造为径向、轴向或混合涡轮机轮，而不背离本公开的范围。而且，虽然在图1中为简单起见示出单个入口管119，但是将理解的是，可以存在多个入口管119（例如，被构造成将排气单独地输送到第一或第二蜗壳结构122、124的单独入口管119）。另外，EGR排气系统130可以是不同的排气系统（例如，废气门组件等等），而不背离本公开的范围。此外，虽然仅一个燃烧腔室（此处，第一燃烧腔室112）流体连接到阀组件142，但是将理解的是，多个燃烧腔室可以流体连接到阀组件142，而不背离本申请的范围。
现在参考图1-图5，将根据示例性实施例详细讨论阀组件142。阀组件142可以构造有一个流体入口和两个流体出口。在一些实施例中，入口可以流体连接到第一分支144以接收第一腔室排气流146，一个出口可以流体连接到排气入口管119以馈送涡轮增压器100的涡轮机，并且另一出口可以流体连接到支管134以馈送EGR排气系统130。在一些实施例中，阀组件142可以被构造成调节例如来自第一燃烧腔室112的流。更具体来说，在图2中表示的第一位置中，阀组件142可以将第一腔室排气流146引导到支管134，并且引导到EGR排气系统130以便再循环回到发动机125。在图3中表示的第二位置中，阀组件142可以将第一腔室排气流146引导到排气入口管119，并且引导到涡轮增压器100的涡轮机壳体105以便驱动涡轮机轮111。
如下文将讨论的，阀组件142包括提供优于常规阀组件的多个优点的各种特征。例如，由于其构造，用于致动阀组件142的输入负载可能相对较低。而且，在阀结构上的来自排气的负载可以“预加载”阀组件，从而减少泄漏。当负载增加时，例如，预加载增加以便进一步减少泄漏。其它特征也可以减少泄漏。
通常，阀组件142可以包括阀壳体202，阀壳体202是中空的，并且包括限定用于来自第一燃烧腔室112的排气的至少一个流动通道的内表面。阀组件142可以在第一构造中沿着第一路径引导排气，并且阀组件142可以在第二构造中沿着不同的第二路径引导排气。
阀壳体202可以包括限定入口通道208的入口部分206（图4）。入口通道208可以沿着旋转轴线103延伸。入口通道208可以具有任何合适的横截面形状（垂直于轴线103截取）。例如，入口通道208可以具有圆形横截面形状、卵形横截面形状、多边形横截面形状或者其它形状。阀壳体202还可以包括具有第一出口通道212的第一出口部分210和具有第二出口通道218的第二出口部分216（图2和图3）。第一和第二出口通道212、218可以远离轴线103横向延伸。例如，第一和/或第二出口通道212、218可以以在八十度(80º)与一百度(100º)之间的角度远离轴线103延伸。第一和第二出口通道212、218的横截面形状可以是圆形、卵形、多边形或其它形状。此外，阀壳体202可以包括具有中间通道222的中间部分220（图2-图4）。中间通道222可以具有多边形横截面（垂直于轴线103截取），如图2和图3中所示。中间通道222可以流体连接到入口通道208、第一出口通道212和第二出口通道218。而且，中间通道222可以包括沿着轴线103延伸的沟槽224（图2和图3）。沟槽224可以安置在阀壳体202的底部部分上，而第一和第二出口部分210、216可以安置在阀壳体202的顶部上。换句话说，沟槽224可以安置在轴线103与第一和第二出口部分210、216相对的侧面上。
阀壳体202可以进一步包括多个流体接合部。例如，阀壳体202可以包括中间通道222流体连接到第一出口通道212的第一座230。阀壳体202可以进一步包括中间通道222流体连接到第二出口通道218的第二座232。如图4中所示，第一座230和第二座232可以安置成靠近阀壳体202的面向上游的内表面226。内表面226可以包括孔口228。孔口228可以在轴线103上居中，并且可以沿着轴线103延伸。在一些实施例中，孔口228可以是延伸通过阀壳体202的内表面226和中间部分220的圆形通孔。
在一些实施例中，入口部分206、第一出口部分210、第二出口部分216和中间部分220可以整体连接，使得阀壳体202是整体、一件式和单个的。在其它实施例中，阀壳体202可以由两个或更多个单独的件组装而成。而且，在一些实施例中，阀壳体202可以附接在涡轮机壳体105的外侧上。此外，在一些实施例中，阀壳体202的至少一部分可以整体附接到涡轮机壳体105的至少一部分，使得那些所附接的部分是整体和单个的。在其它实施例中，阀壳体202可以与涡轮机壳体105间隔开。
如图4中所示，阀组件142可以进一步包括衬套234。在一些实施例中，衬套234可以是圆柱形和中空的。衬套234可以具有内直径表面233和外直径表面235。衬套234还可以包括第一部分236，其接收在阀壳体202的孔口228中。外直径表面235可以固定地附接到孔口228的内表面以将衬套234固定到阀壳体202。例如，衬套234可以经由按压过程被按压配合到孔口228中。而且，衬套234可以包括第二部分238，其沿着衬套234的轴线103与第一部分236间隔开。第二部分238可以从阀壳体202的内表面226突出并且进入到中间通道222中。
另外，阀组件142可以包括阀结构240。阀结构240可以安置在阀壳体202内、在中间通道222内。阀结构240可以被支撑成在壳体202内移动，以调节通过阀组件142的排气流。例如，在一些实施例中，阀结构240可以被支撑成围绕轴线103旋转移动。
如图5中所示，阀结构240可以通常包括轴242和主体244。轴242可以是圆柱形的，并且可以从主体244突出。轴242可以接收在衬套234内，如图4中所示。轴242可以被支撑成通过衬套234的内直径表面233旋转移动。
主体244可以是实心（非中空）主体。主体244可以包括上游面246、下游面248以及在上游面与下游面246、248之间延伸的径向面250。轴242可以固定地连接到下游面248，并且可以从其突出，以便接收在衬套234的内直径表面233中。
上游面246可以在朝向入口通道208的上游方向上沿着旋转轴线103引导。下游面248可以在下游方向上（与上游面246的方向相反）沿着旋转轴线103引导。而且，下游面248可以朝向阀壳体202的内表面226引导，并且可以与阀壳体202的内表面226相对。如图4中所示，下游面248可以紧邻内表面226。而且，在一些实施例中，下游面248和内表面226两者可以是大体上平坦的，并且大体上彼此平行。
下游面248可以进一步包括凹部249。凹部249可以是圆形和环形的。凹部249可以连续围绕轴242。凹部249可以接收衬套234的第二部分238。将理解的是，此特征是可选的；因此，在一些实施例中，衬套234可以围绕轴242，而不延伸到阀结构240的主体244中。
将理解的是，在阀结构240与衬套234之间可以存在相对少量的间隙，以实现阀结构240围绕轴线103的旋转。具体来说，在衬套234与凹部249的内表面之间并且在轴242与衬套234的内直径表面233之间可以存在间隙。尽管存在此少量间隙，阀组件142也可以包括减少、限制和/或防止来自阀组件142的泄漏量的某些特征，如下文将更详细讨论的。
阀结构240的径向面250可以相对于旋转轴线103横向（例如，大体上径向）引导。径向面250还可以围绕旋转轴线103延伸。径向面250可以包括圆形部分252和控制部分254，其可以在轴线103的相对侧面上。圆形部分252可以围绕轴线103在周向方向上平滑且逐渐地弯曲。圆形部分252还可以接收在阀壳体202的沟槽224内（图2和图3）。径向面250的控制部分254可以包括第一控制表面256和第二控制表面260。如图5中所示，第一控制表面256可以是矩形的，并且可以是大体上平坦的和平面的。第一控制表面256还可以切向突出，以限定阀结构240的控制部分254的第一翼258。类似地，第二控制表面260可以是矩形的，并且可以是大体上平坦的和平面的。第二控制表面260可以切向突出，以限定第二翼262。如图2和图3中所示，第一控制表面256和第二控制表面260可以相对于轴线103以一角度间隔开（即，在周向方向上间隔开）。径向面250可以进一步包括在周向方向上安置在第一和第二控制表面256、260之间的中间区域264。中间区域264可以相对于轴线103并且在第一和第二控制表面256、260之间围绕半径逐渐弯曲。
阀结构240可以另外包括用于引导排气流通过阀结构240的流动通道266。流动通道266可以包括限定在上游面246中并且沿着轴线103引导的上游端部268。在一些实施例中，上游端部268可以是大体上圆形的，如图5中所示。上游端部268可以与阀壳体202的入口通道208对齐，并且可以与阀壳体202的入口通道208流体连通。流动通道266可以进一步包括安置在径向面250的中间区域264中的下游端部270。如此，流动通道266的下游端部270可以在周向方向上安置在第一和第二控制表面256、260之间。下游端部270可以相对于轴线103横向（即，在与轴线103相交的方向上）引导。例如，下游端部270可以相对于轴线103以在八十度(80º)与一百度(100º)之间的角度引导。在一些实施例中，下游端部270的形状可以是细长的（例如，卵形），如图5中所示。
如图4中所示，流动通道266可以具有在上游端部268与下游端部270之间延伸的非线性轴线272。在一些实施例中，流动通道266可以通过阀结构240从上游端部268到下游端部270平滑且逐渐地弯曲。
如将详细讨论的，流动通道266的上游端部268可以接收来自第一燃烧腔室112的排气流146。流动通道266可以朝向下游端部270沿着轴线272横向（例如，径向）引导此流。下游端部270可以将此流输送到第一出口通道212或第二出口通道218，这取决于阀结构240在阀壳体202内的位置。在一些实施例中，阀结构240可以被支撑成在衬套234内在第一位置（图2）与第二位置（图3）之间旋转移动。
在第一位置中，流动通道266的下游端部270可以朝向出口通道212（与出口通道212对齐）引导，并且流体连接到出口通道212。同时，控制表面260可以抵靠座32密封，并且大体上密封出口通道218。另外，翼258可以邻接抵靠阀壳体202的内表面，以再次分割阀壳体202的中间通道222并且提供流体边界。
因此，在阀结构240处于第一位置中的情况下，入口通道208可以接收来自燃烧腔室112的排气流146。流动通道266的上游端部268可以接收此流，并且阀结构240可以将此流通过流动通道266引导到下游端部270，并且引导到出口通道212中。排气流141可以离开阀组件142，并且朝向EGR冷却器136、并且最终朝向发动机125流动。同时，阀结构240在第一位置中可以关闭出口通道218，并且防止从燃烧腔室112到涡轮增压器100的流动。
相反，在第二位置（图3）中，流动通道266的下游端部270可以朝向出口通道218引导，并且流体连接到出口通道218。同时，控制表面256可以抵靠座30密封，并且大体上密封出口通道212。另外，翼262可以邻接抵靠阀壳体202的内表面以再次分割阀壳体202的中间通道222并且提供流体边界。
因此，在阀结构240处于第二位置中的情况下，入口通道208可以接收来自燃烧腔室112的排气流146。流动通道266的上游端部268可以接收此流，并且阀结构240可以将此流通过流动通道266引导到下游端部270，并且引导到出口通道218中。流121可以离开阀组件142，并且朝向涡轮增压器100的涡轮机壳体105的至少一个蜗壳结构122、124流动。同时，阀结构240在第二位置中可以关闭出口通道212，并且防止从燃烧腔室112到EGR系统130的流动。
如上所述，控制系统150（图1）可以被构造成用于控制阀结构240在第一和第二位置之间的移动。具体来说，在一些实施例中，传感器153可以检测状态（例如，当前发动机速度、来自燃烧腔室112的排气流146的质量流量、节气门148的位置或其它状态）。因此，传感器153可以检测例如发动机125的燃料消耗要求。
传感器153可以生成、并且处理器151可以从传感器153接收与由传感器153检测到的状态相关的信号。处理器151可以依赖于经编程的逻辑、基于来自传感器153的输入确定阀结构240应处于哪一位置。处理器151可以生成并发送控制命令给致动器155用于将阀结构240移动到所确定的位置。
例如，在低发动机速度、低发动机负载等等状态下，处理器151可以确定阀结构240应处于第一位置中（图2），使得来自第一燃烧腔室112的排气流146被输送到EGR系统130，并且再循环回到发动机125。相反，在高发动机速度、高发动机负载等等状态下，处理器151可以确定阀结构240应处于第二位置中（图3），使得来自第一燃烧腔室112的排气流146被输送到涡轮增压器100的涡轮机壳体105。
因此，阀组件142被构造成将排气引导到一个出口，同时大体上密封另一个出口。因此，阀组件142可以提供排气流的有效调节。
此外，将理解的是，通过流动通道266的排气流可以轴向推动阀结构240的主体244。因此，由于来自排气流的轴向负载，主体244的下游面248可以推动并压缩抵靠衬套234的轴向端部。由于这些轴向负载，下游面248也可以推动并压缩抵靠阀壳体202的内表面226。因此，可以限制下游面248与内表面226之间的排气泄漏。
另外，在一些实施例中，衬套234轴向延伸到阀结构240的主体244中，以提供某些优点。如上文解释的，在阀结构240的下游面248与阀壳体202的内表面226之间并且在阀结构240与衬套234之间可以存在少量间隙。然而，如图4中所示，沿着此路径的泄漏不太可能，因为其迂回且错综复杂。具体来说，沿着此间隙从阀组件142内部到外部的路径：a)从中间通道222延伸； b)在下游面248与内表面226之间的区域中径向向内延伸； c)然后在衬套234的外直径表面235与凹部249的相对内表面之间在上游轴向延伸； d)然后在衬套234的端部与凹部249的相对内表面之间径向向内延伸；并且然后e)在衬套234的内直径表面233与轴242的外直径之间在下游轴向延伸。此迂回路线可以大体上防止来自阀组件142的泄漏。
现在参考图6，根据本公开的额外实施例示出阀结构340。对应于图2-图5的实施例的那些部件的部件用对应附图标记增加100来表示。
如所示，阀结构340可以包括轴342和主体360。轴342可以大体上类似于图2-图5的实施例。然而，主体360可以具有稍微菱形形状的横截面。主体360的圆形部分352可以具有比以上实施例更大的半径，使得圆形部分352的一个周向端部终止在第一控制表面356处，并且相对周向端部终止在第二控制表面360处。
此外，流动通道366可以与图2-图5的实施例不同地构造。流动通道366可以被构造为开放通道，使得上游端部368靠近上游面346通向下游端部370。
现在参考图7，根据本公开的额外实施例示出涡轮增压器系统404。对应于图1的实施例的那些部件的部件用对应附图标记增加300来表示。
如所示，涡轮增压器系统404可以包括涡轮增压器400以及第二排气系统430。第二排气系统430可以是具有废气门结构456的废气门系统，废气门结构456具有上游端部457和下游端部458。废气门结构456可以是中空管道，并且下游端部458可以流体连接到排气管428。
系统404可以进一步包括阀组件442。阀组件442可以大体上类似于上文所讨论的那些阀组件。然而，阀组件442可以流体连接到排气歧管423，并且可以从其接收排气。因此，阀组件442可以接收来自发动机425的多个（例如，所有）燃烧腔室的排气。阀组件442还可以操作地连接到涡轮增压器400的涡轮机壳体405的入口管419。此外，阀组件442可以操作地连接到废气门结构456的上游端部457。
因此，在阀组件442的第一位置中，来自发动机425的排气可以引导到涡轮增压器400的涡轮机轮444。相反，在第二位置中，来自发动机425的排气可以旁通涡轮增压器400，并且替代地，可以通过废气门结构456引导到排气管428。
虽然在前述详细描述中已经呈现至少一个示例性实施例，但是将理解的是，存在大量变型。还应理解的是，一个或更多个示例性实施例仅是示例，并且并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或构造。相反，前述详细描述将为本领域的技术人员提供用于实施本公开的示例性实施例的方便路线图。应理解，可以在不背离如在所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下对在示例性实施例中描述的元件功能和布置作出各种改变。

Claims (15)

1.一种涡轮增压器系统，包括：
壳体，所述壳体限定入口、第一出口和第二出口，所述入口被构造成用于从发动机接收排气的流；
涡轮增压器的涡轮机轮，所述涡轮机轮被构造成由所述排气的第一流驱动旋转，所述第一流从所述壳体的所述第一出口接收；
第二排气系统，所述第二排气系统被构造成接收所述排气的第二流，所述第二流从所述壳体的所述第二出口接收；以及
安置在所述壳体内的阀结构；
所述阀结构被构造成在第一位置与第二位置之间围绕旋转轴线旋转；
所述阀结构限定流动通道，所述流动通道具有上游端部、下游端部以及在所述上游端部与所述下游端部之间延伸的非线性轴线，所述上游端部大体上沿着所述旋转轴线引导并且被构造成从所述入口接收所述排气，所述下游端部被构造成将所述排气输送到所述第一出口和所述第二出口中的一者；
所述阀结构在所述第一位置中被构造成将所述排气沿着所述第一流从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第一出口，以便驱动所述涡轮机轮；
所述阀结构在所述第一位置中被构造成大体上关闭所述第二出口；
所述阀结构在所述第二位置中被构造成将所述排气沿着所述第二流从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第二出口，以便输送到所述第二排气系统；
所述阀结构在所述第二位置中被构造成大体上关闭所述第一出口。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀结构包括主体和从所述主体的下游面延伸的轴；
其中，所述轴被支撑成围绕所述旋转轴线旋转；
其中，所述上游端部包括在所述主体的上游面中，所述上游面背对所述下游面；并且
其中，所述下游面被构造成在所述主体上的来自所述排气的负载下压缩抵靠所述壳体。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀结构包括主体和从所述主体延伸的轴；
其中，所述轴被支撑成在所述第一位置与所述第二位置之间旋转；
其中，所述主体在所述第一位置中被构造成大体上关闭所述第二出口；并且
其中，所述主体在所述第二位置中被构造成大体上关闭所述第一出口。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器系统，进一步包括衬套，所述衬套具有沿着所述旋转轴线间隔开的第一部分和第二部分；
其中，接收所述轴的所述第一部分由所述阀壳体接收；并且
其中，所述第二部分接收在所述阀结构的所述主体内。
5.根据权利要求3所述的涡轮增压器系统，其中，所述主体包括第一表面，所述第一表面被构造成当所述阀结构处于所述第一位置中时大体上关闭所述第二出口；
其中，所述主体包括第二表面，所述第二表面被构造成当所述阀结构处于所述第二位置中时大体上关闭所述第一出口；并且
其中，所述流动通道的所述下游端部安置在所述第一表面与所述第二表面之间。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压器系统，其中，所述主体具有围绕所述旋转轴线延伸的径向面；
其中，所述第一表面和所述第二表面限定所述径向面的相应部分。
7.根据权利要求5所述的涡轮增压器系统，其中，所述第一表面和所述第二表面中的至少一者是大体上平面的表面。
8.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述主体包括上游面、下游面以及在所述上游面与所述下游面之间延伸的径向面；
其中，所述流动通道的所述上游端部限定在所述上游面中；
其中，所述流动通道的所述下游端部限定在所述径向面中；
其中，所述下游面与所述壳体的内表面相对。
9.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，进一步包括被构造成在所述第一位置与所述第二位置之间致动所述阀结构的致动器。
10.根据权利要求9所述的涡轮增压器系统，进一步包括被构造成检测状态的传感器；
进一步包括具有处理器的控制系统；
其中，所述处理器被构造成从所述传感器接收输入，所述输入对应于所检测到的状态；并且
其中，所述处理器被构造成至少部分基于由所述处理器接收的所述输入生成控制命令，所述控制命令用于使所述致动器在所述第一位置与所述第二位置之间致动所述阀结构。
11.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述涡轮机轮被支撑成在涡轮机壳体内旋转；
其中，所述涡轮机壳体包括多个蜗壳结构；并且
其中，所述蜗壳结构中的至少一者被构造成从所述第一出口接收所述排气的所述第一流。
12.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，进一步包括具有多个燃烧腔室的内燃发动机；并且
其中，所述多个燃烧腔室中的仅一者流体连接到所述壳体的所述入口。
13.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述第二排气系统是排气后处理系统和废气门组件中的一者。
14.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀结构包括主体和从所述主体的下游面延伸的轴；
其中，所述轴接收在附接到所述壳体的衬套内，其中，所述衬套支撑所述轴围绕所述旋转轴线旋转，并且其中，所述衬套包括轴向端部；
其中，所述上游端部包括在所述主体的上游面中，所述上游面背对所述下游面；并且
其中，所述下游面被构造成在所述主体上的来自所述排气的负载下压缩抵靠所述衬套的所述轴向端部。
15.一种涡轮增压器系统，包括：
被构造成输出排气的流的发动机；
具有涡轮机轮的涡轮增压器；
排气再循环(EGR)系统；以及
阀组件，包括：
限定入口、第一出口和第二出口的阀壳体；
固定到所述阀壳体的衬套，所述衬套具有接收在所述阀壳体内的第一部分和从所述阀壳体的内表面突出的第二部分；
安置在所述壳体内的阀结构，所述阀结构包括主体和从所述主体的下游面延伸的轴，所述轴接收在所述衬套内并且由所述衬套支撑成在第一位置与第二位置之间旋转；
所述主体包括沿着所述旋转轴线引导的上游面和背对所述上游面的下游面，所述主体包括相对于所述旋转轴线径向引导并且在所述上游面与所述下游面之间延伸的径向面，所述下游面面朝向所述阀壳体的内表面；
其中，所述主体包括流动通道，所述流动通道具有在所述上游面中的上游端部和在所述径向面中的下游端部；
其中，所述上游端部被构造成从所述入口接收所述排气，其中，所述下游端部被构造成将所述排气输送到所述第一出口和所述第二出口中的一者，并且其中，所述下游面被构造成在所述主体上的来自所述排气的负载下压缩抵靠所述衬套和所述阀壳体的所述内表面；
其中，所述主体在所述第一位置中被构造成将所述排气从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第一出口，以便驱动所述涡轮机轮；
其中，所述径向面的第二控制表面在所述第一位置中被构造成大体上关闭所述第二出口；
其中，所述主体在所述第二位置中被构造成将所述排气从所述上游端部通过所述流动通道引导到所述下游端部和所述第二出口，以便输送到所述(EGR)系统；
其中，所述径向面的第一控制表面在所述第二位置中被构造成大体上关闭所述第一出口；并且
其中，所述下游端部周向安置在所述径向面上的所述第一控制表面与所述第二控制表面之间。
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