涡轮机废气门
技术领域
本文中所公开的主题大体涉及用于内燃发动机的涡轮机械,并且特别地,涉及用于涡轮增压器的涡轮机废气门。
背景技术
涡轮机废气门是可以被控制以选择性地允许至少一些排气旁通绕过涡轮机的阀类型。在排气涡轮机驱动压缩机来对内燃发动机的入口压力进行增压(例如,如在涡轮增压器中)的情况下,废气门提供控制增压压力的装置。
所谓的内部废气门至少部分地被集成到涡轮机壳体中。内部废气门可以被构造为一种类型的挡板阀,其包括挡板,挡板可以被称为塞子,其中塞子可经由轴的旋转来控制,这种情况下臂可以从轴延伸到塞子。轴可以是经由致动器的致动而可旋转的,该致动器可以是机械的、电气的等。机械联动装置可以例如经由轴控制臂将致动器操作性地联接到轴。废气门的塞子常常包括平坦的盘形表面,该表面抵靠绕排气旁通开口安置的平坦座(例如,阀座或废气门座)落座。
在关闭位置中,废气门塞子应以足够的力抵靠废气门座(例如,落座表面)落座以有效地密封排气旁通开口(例如,以防止排气从高压排气供应源泄漏到低压区域)。常常,内部废气门被构造成将力从臂传输到塞子。在发动机操作期间,废气门的负荷需求随压差而变化。高负荷需求可以在废气门的运动学部件中产生高的机械应力,这一事实在一些情况下已导致显著尺寸过大的部件设计以满足可靠性水平(例如,如发动机制造商所要求的)。废气门部件的可靠性是柴油发动机应用和汽油发动机应用的关注点;注意到,排气温度对于汽油发动机来说会较高。在柴油发动机和汽油发动机两者中,排气脉动会是关注点,特别是在涡轮机壳体经由多个通道接收排气的情况下,其中每个通道可以专用于从发动机的特定燃烧气缸接收排气。这样的涡轮机壳体可以包括多个涡管,其中每个涡管可以专用于从发动机的特定燃烧气缸接收排气。
本文中描述了废气门和废气门部件的各种示例,其可以可选地提供改进的运动学、减少的排气泄漏等。
附图说明
当结合附图中所示的示例时,可以通过参考以下详细描述来更完整地理解本文中所描述的各种方法、装置、组件、系统、布置等及其等效物,在附图中:
图1是涡轮增压器和内燃发动机连同控制器的图;
图2是包括废气门的组件的示例的视图;
图3是图2的组件的示例沿着线A-A的横截面视图;
图4是包括两个涡管的组件的示例连同排气歧管的示例的一系列视图;
图5是包括两个涡管的涡轮机壳体的一部分的透视图;
图6是组件的一部分的横截面视图,其图示了分隔壁和塞子之间的间隙;
图7是包括填充分隔壁和塞子之间的间隙的网的组件的示例的一部分的横截面视图;
图8是方法的示例的一系列视图;
图9是废气门的示例的透视图;
图10是图9的废气门的平面图;
图11是图9的废气门的一部分的平面图;
图12A和图12B是图9的废气门的示例沿着线B-B的横截面视图;
图13是图9的废气门沿着线C-C的横截面视图;
图14是根据机加工方法的塞子的凹部的示例的一系列视图;
图15是根据机加工方法的进一步机加工的塞子的凹部的示例的一系列视图;
图16是根据机加工方法的进一步机加工的塞子的凹部的示例的一系列视图;
图17是网的示例的一部分的近似透视图;
图18是用于制造组件的方法的示例的框图,该组件包括塞子,在该塞子的凹部中具有网;以及
图19是示出关于塞子的扭矩增加的数据的曲线的示例,该塞子包括安置在塞子的凹部中的网,该网可以阻碍相对于分隔壁的流动。
具体实施方式
涡轮增压器被频繁地利用来增加内燃发动机的输出。参考图1,作为示例,系统100可以包括内燃发动机110和涡轮增压器120。如图1中所示,系统100可以是车辆101的一部分,其中系统100安置在发动机舱中并连接到排气导管103,该排气导管将排气导引到排气出口109,该排气出口例如位于乘客舱105后方。在图1的示例中,可以提供处理单元107来处理排气(例如,经由分子的催化转化来减少排放物,等等)。
如图1中所示,内燃发动机110包括容纳一个或多个燃烧室的发动机缸体118以及进气口114和排气口116,所述燃烧室操作性地驱动轴112(例如,经由活塞),该进气口为空气提供流到发动机缸体118的流动路径,该排气口为排气提供从发动机缸体118流出的流动路径。
涡轮增压器120可以用于从排气中提取能量并将能量提供给进气空气,该进气空气可以与燃料组合以形成燃烧气体。如图1中所示,涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、用于压缩机叶轮125的压缩机壳体组件124、用于涡轮机叶轮127的涡轮机壳体组件126、另一个壳体组件128和排气出口136。壳体128可以被称为中心壳体组件,因为它安置在压缩机壳体组件124和涡轮机壳体组件126之间。轴122可以是包括多种部件的轴组件。轴122可以由安置在壳体组件128中(例如,由一个或多个孔壁限定的孔中)的轴承系统(例如,(一个或多个)轴颈轴承、(一个或多个)滚动元件轴承等)可旋转地支撑,使得涡轮机叶轮127的旋转导致压缩机叶轮125的旋转(例如,由于通过轴122可旋转地联接)。作为示例,中心壳体旋转组件(CHRA)可以包括压缩机叶轮125、涡轮机叶轮127、轴122、壳体组件128和各种其他部件(例如,安置在压缩机叶轮125和壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
在图1的示例中,可变几何形状组件129被示为部分地安置在壳体组件128和壳体组件126之间。这样的可变几何形状组件可以包括叶片或其他部件以改变通向涡轮机壳体组件126中的涡轮机叶轮空间的通道的几何形状。作为示例,可以提供可变几何形状压缩机组件。
在图1的示例中,废气门阀(或者简单地废气门)135被定位成接近涡轮机壳体组件126的排气入口。废气门阀135可以被控制以允许来自排气口116的至少一些排气旁通绕过涡轮机叶轮127。各种废气门、废气门部件等可以被应用到常规的固定喷嘴涡轮机、固定叶片的喷嘴涡轮机、可变喷嘴涡轮机、双涡管涡轮增压器等。
在图1的示例中,还示出了排气再循环(EGR)导管115,可选地,该EGR导管可以设有例如一个或多个阀117,以允许排气流到压缩机叶轮125上游的位置。
图1还示出了用于到排气涡轮机壳体组件152的排气流动的示例布置150和用于到排气涡轮机壳体组件172的排气流动的另一个示例布置170。在布置150中,气缸盖154内包括通道156以将排气从气缸导引到涡轮机壳体组件152,而在布置170中,歧管176提供涡轮机壳体组件172的安装,而例如没有任何单独的中等长度的排气管道。在示例布置150和170中,涡轮机壳体组件152和172可以被构造成与废气门、可变几何形状组件等一起使用。
在图1中,控制器190的示例被示为包括一个或多个处理器192、存储器194和一个或多个接口196。这样的控制器可以包括电路,诸如发动机控制单元(ECU)的电路。如本文中所描述的,可选地,可以结合控制器例如通过控制逻辑来实施各种方法或技术。控制逻辑可以取决于一个或多个发动机操作条件(例如,涡轮rpm、发动机rpm、温度、负荷、润滑剂、冷却等)。例如,传感器可以经由一个或多个接口196将信息传输到控制器190。控制逻辑可以依赖这样的信息,并且继而控制器190可以输出控制信号来控制发动机操作。控制器190可以被构造成控制润滑剂流动、温度、可变几何形状组件(例如,可变几何形状压缩机或涡轮机)、废气门(例如,经由致动器)、电动马达、或者与发动机、涡轮增压器(或多个涡轮增压器)等相关联的一个或多个其他部件。作为示例,涡轮增压器120可以包括一个或多个致动器和/或一个或多个传感器198,所述致动器和/或传感器可以例如联接到控制器190的一个或多个接口196。作为示例,废气门135可以由控制器来控制,该控制器包括响应于电信号、压力信号等的致动器。作为示例,用于废气门的致动器可以是机械致动器,例如,其可以在不需要电力的情况下操作(例如,考虑被构造成响应于经由导管供应的压力信号的机械致动器)。
图2和图3示出了组件200的示例,该组件包括涡轮机壳体210,该涡轮机壳体包括凸缘211、孔212、入口导管213、涡轮机叶轮开口214、螺旋壁215、排气出口开口216、罩壁220、喷嘴221、由螺旋壁215部分地形成的蜗壳222、延伸到废气门座226的废气门壁223、以及排气室230。在图2的示例中,涡轮机壳体210可以是单件式或多件式壳体。作为示例,涡轮机壳体210可以是铸造部件(例如,经由砂型铸造或者其他铸造工艺而形成)。涡轮机壳体210包括各种壁,这些壁可以限定诸如孔212、涡轮机叶轮开口214、排气出口开口216、室230等的特征。特别地,废气门壁223限定与入口导管213流体连通的废气门通道,其中废气门控制联动装置240以及废气门臂和塞子250被构造成用于打开和关闭废气门通道(例如,用于经废气门引导排气)。
在图2的示例中,废气门控制联动装置240包括轴套242、控制臂244和栓246,该轴套被构造成由涡轮机壳体210的孔212接收,并且废气门臂和塞子250包括轴252、轴端253、臂254和塞子256。如所示,轴套242安置在孔212和轴252之间,例如以支撑轴252的旋转,以密封室230而与外部空间等隔绝。孔212、轴套242和轴252可以各自由一个或多个直径以及一个或多个长度限定。例如,轴252包括直径Ds,孔212包括直径DB,而轴套242包括内直径Dbi和外直径Dbo。在图2的示例中,当各种部件被组装时,直径可以是如下的: DB > Dbo > Dbi >Ds。关于长度,轴252的长度超过轴套242的长度,轴套242的长度超过孔212的长度。这样的长度可以关于轴的轴线zs、轴套轴线zb和孔轴线zB来限定。如所示,轴套242轴向安置在轴252的肩部和控制联动装置240的控制臂244之间。
在图2的示例中,间隙Δz被示为在轴套242的表面和控制臂244的表面之间,这允许轴252的轴向运动,例如以促进塞子256相对于废气门座226的自定心。
作为示例,组件200可以经由凸缘211被配合到内燃发动机的排气导管或其他部件(见例如图1的示例),使得排气经由入口导管213被接收,被导引到蜗壳222。从蜗壳222,排气经由喷嘴221被导引到安置在涡轮机壳体210中的涡轮机叶轮,经由开口214流到由罩壁220部分地限定的涡轮机叶轮空间并在其中膨胀。然后,排气可以通过流到室230且然后经由排气出口开口216流出涡轮机壳体210而离开涡轮机叶轮空间。
关于废气门操作(wastegating),在致动控制联动装置240时(例如,通过联接到栓246的致动器),废气门臂和塞子250可旋转,使得所接收的排气的至少一部分可以在由废气门壁223限定的废气门通道中流动、经过废气门座226并且进入室230中,而不是通过喷嘴221流到涡轮机叶轮空间。然后,排气的经废气门引导的部分可以经由排气出口开口216离开涡轮机壳体210(例如,并且传到车辆的排气系统,被部分再循环,等等)。
作为示例,控制联动装置240可以施加用作沿朝向废气门座226的方向推动塞子256的力。例如,致动器可以包括施加力的偏压机构(例如,弹簧等),该力可以被至少部分地可控地克服以便使塞子256旋转离开废气门座226(例如,用于废气门操作)。作为示例,致动器可以安装到涡轮增压器(例如,安装到压缩机组件等)。作为示例,致动器可以是线性致动器,例如该线性致动器包括沿着轴线移动的杆。取决于塞子、轴、控制联动装置和这样的杆的取向,为了将塞子维持在关闭位置中,杆可以施加向下的力(例如,在图2的示例中离开控制联动装置)或者杆可以施加向上的力(例如,朝向控制联动装置)。例如,在控制联动装置240的控制臂244(例如,和栓246)相对于轴252被定向在与塞子256相同的“侧面”上的情况下,施加到控制臂244(例如,经由栓246)的向下的力可以作用以将塞子256相对于废气门座226维持在关闭位置中;然而,例如在塞子和控制臂之间存在近似180度跨度的情况下,施加到控制臂的向上的力可以作用以将塞子相对于废气门座维持在关闭位置中。
作为示例,致动器的杆可以被偏压成在控制联动装置上施加力,该力使控制联动装置在塞子(见例如塞子256)上施加力,使得塞子抵靠废气门座(见例如废气门座226)落座。在这样的示例中,致动器可以至少部分地克服偏压杆的力,使得轴使塞子旋转离开废气门座。例如,在图2中,为了启动废气门操作,整个塞子256绕轴252的轴线旋转并且移动离开废气门座226(例如,塞子256的任何部分均不移动到由废气门座226限定的废气门开口中)。作为示例,可以通过排气压力来促进塞子256的移动离开。例如,在关闭位置中,塞子256经历压差,其中在塞子256下方压力较大且在塞子256上方压力较小。在这样的示例中,在塞子256下方的压力作用在经由控制联动装置240施加到塞子256的关闭力的反方向上(例如,压差作用以使塞子256朝向打开位置偏压)。因此,施加到塞子256的关闭力应克服来自塞子256下方的压力。此外,在轴252可以包括一些游隙(见例如Δz等)的情况下,施加到塞子256的关闭力可以使塞子256相对于废气门座226自定心(例如,促进密封、避免排气泄漏、等等)。
在图2的示例中,孔212、轴套242和轴252的轴线被示为对准(例如,限定共同轴线),然而,在组装、操作等期间,可以发生有些不对准。例如,随时间的推移,在各个部件(例如,塞子、臂、轴、孔、轴套等)之间的间隙会变化。可以导致这样的变化的力包括空气动力学激励、高温、温度循环(例如,小于-20摄氏度的温度至大于1000摄氏度的温度)、化学侵蚀、摩擦、材料退化等。至少由于前述原因,会难以在排气涡轮机组件的使用寿命中维持废气门开口的有效密封。关于温度,高温时的问题大体包括磨损和功能丧失以及随之而来的泄漏、可控性缺失或者泄漏和不可控性的组合。
作为示例,塞子可以包括接触部分。例如,塞子可以包括圆弧部分作为在关闭状态下接触废气门座的表面的接触部分。作为示例,在组件中,这样的塞子可以被构造成相对于废气门座自定心(例如,在关闭状态下)。作为示例,废气门座的表面可以是圆锥形的,这可以促进塞子的接触部分的自定心。作为示例,一个或多个间隙可以相对于轴套存在于废气门轴的组件中,使得废气门轴可以以允许操作性地联接到废气门轴的废气门塞子相对于废气门座自定心的方式移动。
在图2的示例中,涡轮机壳体210可以是单件式或多件式壳体。作为示例,涡轮机壳体210可以是铸造部件(例如,经由砂型铸造或者其他铸造工艺而形成)。涡轮机壳体210包括各种壁,这些壁可以限定诸如孔212、涡轮机叶轮开口、排气出口开口216、室230等的特征。
作为示例,废气门臂和塞子250可以是整体的废气门臂和塞子(例如,单体的废气门臂和塞子)或废气门臂和塞子组件。相反,多部件臂和塞子组件包括部件之间的交界面。这样的交界面可以经受磨损、变形等,这随时间的推移可能会干扰正常操作。
图4示出了双涡管涡轮机组件400的示例,该组件可以被构造成从包括两个分开的排气通道的歧管401接收排气,每个排气通道具有其自己的开口402-1和402-2。图4的组件400的视图被示为“透视”剖视图,其中实心壁可以例如被示为中空的,以更清楚地图示这样的壁的轮廓、通道的形状等。
作为示例,歧管401可以被认为是分隔的歧管,其将来自气缸的排气流分离,这些气缸的循环可能相互干扰(例如,在排气脉冲能量方面)。例如,在点火次序为1-3-4-2的四缸发动机上,气缸#1正结束其膨胀冲程并打开其排气阀,而气缸#2的排气阀仍打开(气缸#2处于其重叠时段)。在未分隔的排气歧管中,来自气缸#1的废气排气事件的压力脉冲可更有可能污染具有高压废气的气缸#2,这会影响气缸#2的性能(例如,正确进排气的能力)且减小了原应被涡轮机更好地利用的脉冲能量。作为示例,前述发动机的正确分组可以保持互补的气缸被分组在一起(例如,气缸#1和气缸#4的排气作为一个互补的组,且气缸#2和气缸#3的排气作为另一个互补的组)。这样的方法可以更好地利用排气脉动能量,且例如改进涡轮机性能(例如,更迅速地增加增压)。
如图4中所示,组件400包括壳体410,该壳体包括壁415,该壁限定两个涡管422-1和422-2(例如,两个蜗壳),这两个涡管可以将排气导引到涡轮机叶轮空间,例如经由一个或多个喷嘴421。作为示例,涡轮机叶轮空间可以部分地由位于所述一个或多个喷嘴421轴向上方的罩壁420限定,该罩壁轴向延伸到排气室430。
在图4的示例中,壳体410包括两个废气门壁423-1和423-2,所述废气门壁与相应涡管422-1和422-2相关联。两个废气门壁423-1和423-2形成了开口,绕所述开口存在废气门座426。如所示,废气门壁423-1限定了与第一入口导管流体连通的第一废气门通道,并且废气门壁423-2限定了与第二入口导管流体连通的第二废气门通道,其中例如这些入口导管可以操作性地联接到歧管401的相应开口402-1和402-2。作为示例,图1的歧管176可以被构造成是分隔的歧管,例如其中涡轮机壳体组件172可以包括双涡管(例如,两个蜗壳)。作为示例,图1的气缸盖154可以包括分隔的通道,例如其中涡轮机壳体组件152可以包括双涡管(例如,两个蜗壳)。
为控制通过废气门通道的排气流,组件400包括废气门控制联动装置440以及废气门臂和塞子450,该废气门臂和塞子具有臂部件454和塞子部件456,所述臂部件和塞子部件被构造成用于经由塞子部件456相对于废气门座406的落座来打开和关闭废气门通道(例如,用于经废气门引导排气)。
可以例如关于各种轴线来描述组件400。例如,考虑可以与涡轮机叶轮的旋转轴线重合的涡轮机叶轮空间的轴线、废气门臂和塞子450的轴的轴线、以及塞子部件456的轴线。此外,废气门通道的开口中的每一个可以由各自的轴线限定,例如其中在废气门的关闭状态下,塞子部件456的轴线近似平行于废气门通道的开口的轴线而对准。
再次参考组件400,脉冲能量在两个通道423-1和423-2中可能不同,使得塞子部件456的一部分经历与塞子456的另一部分不同的力。这样的差异可以是由于歧管401的构型所引起的,其中通道423-1和423-2中的一个从开口402-1和402-2中的一个接收排气,并且其中通道423-1和423-2中的另一个从开口402-1和402-2中的另一个接收排气。两个通道423-1和423-2中的这样的脉冲能量差异可以导致振动、未对准、磨损等。例如,当塞子部件456包括落座在臂部件454的开口中的杆时,压力可以导致塞子部件456倾斜,使得杆的轴线相对于臂部件454的开口的轴线未对准。随着时间的推移,可能出现磨损(例如,增加的间隙),这可能加剧磨损、泄漏等。
关于泄漏,泄漏可以从通道到室430和/或从一个通道到另一个通道发生(例如,反之亦然)。例如,由于通道之间的压力差,排气可以在分隔壁表面417和塞子部件456上方的空间中从由壁423-1形成的通道流到由壁423-2形成的通道。这样的流动可以作用以将压力“平衡”,这例如对于分隔的歧管方法(例如,或双涡管方法)可能是有害的。这样的流动可以被称为涡管到涡管泄漏,所述泄漏对于废气门臂和塞子的关闭的运行状态(例如,其中控制器、致动器等要求将通道关闭)发生。
图5示出了涡轮机壳体510的示例,该涡轮机壳体包括分隔壁519的分隔壁表面517、废气门座526和排气通道523-1和523-2,其中分隔壁519安置在通道523-1和523-2之间,并且其中通道523-1包括对应的开口524-1且其中通道523-2包括对应的开口524-2。分隔壁519可以被描述为将通道523-1和523-2分隔开。分隔壁519被示为限定开口524-1的一部分并被示为限定开口524-2的一部分。
可以将开口524-1的形状和开口524-2的形状几何地(例如,数学地)定义为一种类型的豆曲线(bean curve)。例如,考虑由隐式方程给出的四次曲线:
x4 + x2y2 + y4 = a x (x2 + y2)
前述方程可以产生在2/3 a、+/- 2/3 a处具有水平切线以及在(0, 0)和(a, 0)处具有垂直切线的曲线。在图5中,开口524-2在x轴和y轴的情况下被示为在(0, 0)和(a, 0)处具有垂直切线,注意到,水平切线可以被定义为沿着x轴在一距离处y的+/- 值处。如所示,分隔壁表面517可以至少部分地由开口524-1的切线限定以及至少部分地由开口524-2的切线限定,这两条切线可以被利用来限定分隔壁表面宽度Δxm。分隔壁表面517还可以由相对于y轴的长度限定,该长度可以表示为Δym。
在图5的示例中,废气门座526包括zsl处的下周界和zsu处的上周界,其中轴线zws(关于废气门座或“ws”的z轴)可以在从通道523-1和523-2朝向排气室的方向上延长。如所示,分隔壁表面517可以由一个或多个z坐标限定。在图5的示例中,分隔壁表面可以包括zm处的相对平面部分,该平面部分具有宽度Δxm和长度Δym。在图5的示例中,zsl(表面下部或“sl”)可以大于zm,并且zsu(表面上部或“su”)大于zsl。塞子可以接触废气门座526以形成接触周界zc,该接触周界位于大于zsl且小于zsu的z坐标处。图5将zc的示例示为虚线,其可以由从轴线zws(例如,其中塞子相对于废气门座526居中)测量的半径或直径限定;注意到,zsl和zsu可以各自对应于从轴线zws测量的半径或直径。
在图5的示例中,废气门座526可以是圆锥形的,其中zsl是圆锥体的下部部分,并且zsu是圆锥体的上部部分,其中圆锥角可以由zsl和zsu之间的距离以及半径或直径的差异限定;其中zsu处的半径或直径大于zsl处的半径或直径。可以在图6中辨别出圆锥角(见例如ϕc)。
作为示例,废气门座可以安置成邻近于这些开口和分隔壁表面,其中这些开口中的每一个以及分隔壁表面的至少一部分可以由豆曲线限定。在这样的示例中,分隔壁表面可以部分地由两个豆曲线限定。作为示例,分隔壁表面可以至少部分地由平面限定。
图6示出了组件600的一部分的示例,该组件包括涡轮机壳体610、包括分隔壁表面617的分隔壁619、包括对应的开口624-1和624-2的的通道623-1和623-2、废气门座626、排气室630和废气门650,该废气门包括轴652、臂654和塞子656,其中塞子656与废气门座626接触使得废气门处于关闭取向或关闭状态,以阻碍从通道623-1和623-2通过它们对应的开口624-1和624-2到排气室630的排气流动。
图6还示出了三个压力:关于室压力的Pc、关于通道623-1中的压力的P1和关于通道623-2中的压力的P2;注意到,在操作期间,至少压力P1和P2可以相对于时间而变化(见例如图4和歧管401、如在双涡管或双重涡管布置中的涡管422-1和涡管422-2,其中排气可以从歧管401流到涡管422-1和422-2)。
图6还示出了力的各种示例,如可以是经由废气门塞子656施加到废气门座626的力以及废气门座626的反作用力。如由经典力学的牛顿第三运动定律所描述的,力可以成对出现,使得如果一个物体在另一个物体上施加力,则第二物体在第一个物体上施加相等且方向相反的反作用力。作为示例,致动器可以将力施加到废气门的轴,该废气门可以是旋转的,借以联接到废气门的塞子可以将该力的至少一部分施加到废气门座。在这样的示例中,施加的力可以大于在一个通道(P1或P2)或多个通道(P1和P2)和室(例如,Pc)之间的压差。
可以关于图5来理解组件600的各种特征。例如,可以如图5中关于废气门座526和分隔壁519那样来限定废气门座626和分隔壁619。如所提到的,图6示出了废气门座626的圆锥角ϕc,其可以相对于轴线zws(见例如平行于zws的线)被测量。包括由圆锥角限定的圆锥形轮廓的废气门座可以使具有可以是曲线的轮廓的塞子落座。例如,塞子656包括曲线的轮廓。在这样的方法中,可以形成接触周界,诸如例如如图5中所示的接触周界zc。在存在这样的接触的情况下,基本上阻止排气从通道623-1和623-2流到排气室630。然而,由于通道623-1和623-2中的排气压力关于时间以通道中的一个中的排气压力大于通道中的另一个中的排气压力的方式变化,因此排气可以经由间隙从一个通道流到另一个通道,该间隙可以近似地由尺寸Δzg、Δxm和Δym来限定。因此,对于如由脉动驱动的通道间排气流动而存在一个体积,所述脉动可以源于由活塞在内燃发动机的气缸中的运动(例如,经由将排气驱动到涡轮机壳体的通道的排气冲程)。取决于部件的各种尺寸,间隙尺寸Δzg可以在从近似0.01 mm至近似1 mm的范围内,并且例如,尺寸Δxm可以是大约几毫米或更大(例如,2 mm至10 mm)。
如所提到的,在图6的示例中,在关闭状态下,在分隔壁表面617和塞子656的下表面657之间存在轴向间隙,该轴向间隙在它沿着轴线zws时被示为Δzg,如图5和图6中所示。如所示,分隔壁表面617可以由宽度Δxm限定(也见例如图5中的Δxm)。在这样的构型中,通道623-1中的排气可以通过该间隙流到通道623-2,和/或通道623-2中的排气可以通过该间隙流到通道623-1。这样的流动可以被称为泄漏,该泄漏可以被称为涡管到涡管泄漏。这样的泄漏不同于从通道623-1或623-2中的一个到室630的泄漏。涡管到涡管泄漏可以起作用而减少涡管中的能量。例如,如果涡管被密封而没有涡管到涡管泄漏路径,则该涡管中的能量将被更好地维持(例如,在其到排气涡轮增压器的涡轮机组件的蜗壳和涡轮机叶轮的途中)。
试验证明,发动机扭矩会受到涡管到涡管泄漏的影响。例如,由于涡管到涡管泄漏,发动机扭矩会减小。作为示例,涡轮机废气门可以包括用于实现涡管到涡管泄漏的减少的特征,这会导致扭矩增加(例如,考虑到随着发动机扭矩增加10 Nm,发动机rpm增加30rpm)。图19示出了发动机扭矩与发动机速度的示例曲线1900,其中对于各种试验,利用网来减少在分隔壁和涡轮机废气门的塞子之间的间隙中的涡管到涡管泄漏。曲线1900中的数据示出了网可以如何通过减少跨越间隙的排气流动来增加扭矩。作为示例,网可以被构造成承受1080摄氏度的温度。这样的网可以由包括金属的材料制成(例如,金属网)。
现代汽油涡轮增压器受益于精确的涡轮增压器控制以满足法规标准。在涡管之间提供密封的涡轮增压器可以改进涡轮增压器性能和控制,因为密封可以减小可能导致涡管到涡管泄漏的脉动的影响,且因而密封还可以提高涡轮增压器的效率。
作为示例,密封件可以是或可以包括金属丝网,该金属丝网可以由合适的材料制成,诸如例如可以在高达最大排气温度(例如,高达1080摄氏度峰值或可选地更高)操作的不锈钢材料。这样的材料可以是运动学材料,因为它在操作期间响应于力而改变形状。例如,网可以具有独立无支撑(free-standing)形状和压缩形状(例如,加载形状)。作为示例,当废气门从打开状态转变到关闭状态时,网可以从独立无支撑形状转变到压缩形状。在关闭状态下,压缩形状可以是由于网在废气门的塞子和涡轮机壳体的分隔壁表面之间压缩所引起的。
作为示例,网可以经由一种或多种技术附接到塞子。作为示例,可以将塞子制造为包括用于附接网的凹部(例如,腔)。作为示例,网可以部分地被配合到凹部中并且由凹部保持,其中网的一部分在凹部外部并且可用于接触涡轮机壳体的分隔壁表面和相对于涡轮机壳体的分隔壁表面压缩。作为示例,附接机构可以经由一个或多个焊接点(例如,考虑激光焊接等)实现。作为示例,附接机构可以经由材料的熔化和硬化实现。例如,考虑将网的一部分定位在塞子的凹部中,其中熔融材料可以在凹部中硬化以使网附接到塞子。在硬化时,这样的材料能够承受排气涡轮机组件的操作温度。
作为示例,可以以考虑将废气门维持在关闭状态所需的致动器力的方式来选择网的刚度。例如,刚性的网可以增加将塞子维持在关闭状态所需的力;而刚性越小的网可以以越小的程度增加该力。作为示例,可以关于致动器在关闭状态下可以向塞子施加的力来对致动器进行评级。在这样的示例中,可以选择这样的网,即它增加最小量的力,使得组件处于致动器的力的操作范围内(例如,不需要重新设计致动器以实施网)。
作为示例,网可以构造有相对于分隔壁表面的重叠的量。作为示例,网可以提供扭矩的增加、瞬态响应的减小(例如,大约几百毫秒),并且可以在操作条件方面是耐久的。关于重叠,可以利用0.01 mm至近似0.5 mm的范围(例如,或可选地更大,诸如近似1 mm至3mm)。作为示例,可以将重叠的量选择为取决于网的刚度,其中较硬的网可以具有与较软网相比更少的重叠。作为示例,可以基于试验来选择重叠的量,诸如例如对应于如图19的曲线1900中的数据的试验。
作为示例,金属丝网可以由合金制成。作为示例,用于网的合金可以是钴基合金或镍基合金。一些示例包括L605(钴合金,还例如HAYNES® 25);694(例如,CM-64);WASPALOY®(镍合金);TRIBALOY® T-800(钴铬钼合金);René 41(硬化镍合金);C263(铝钛时效硬化镍基超合金);188(钴基合金);INCONEL®(奥氏体镍铬基超合金);等。作为示例,可以利用INCONEL® 600、601、617、625、690、718或X-750,它们包括在近似44至近似72或更大的质量百分比范围内的镍和在近似14至近似30的质量百分比范围内的铬。
作为示例,金属丝网可以由金属丝形成,该金属丝被成形为实现期望的特性。例如,金属丝可以经由压缩而形成为网,其中该网可以由总体积和孔隙率(例如,网的分数空隙体积)限定。作为示例,金属丝网可以包括编织物(例如,针织物等)。作为示例,网可以经由从原料网切割(例如,经由冲压等)而成形。作为示例,网可以是具有独立无支撑孔隙率、安装孔隙率等的可压缩网,其可以抵靠分隔壁被压缩以降低其孔隙率(例如,关闭状态孔隙率)。
作为示例,网可以是弹性的,并且弹性变形或至少部分地弹性变形,使得它在施加力时改变形状并且在释放这样的力的至少一部分时改变形状。作为示例,网可以塑性变形到有限的程度,例如,网在塑性变形范围内将首先经历一定量的弹性变形,这是可逆的,因此网将至少部分地恢复到先前的形状。作为示例,组件可以被构造成使得网将在操作期间基本上弹性变形,例如,在塞子的关闭状态下经受力并且在塞子的打开状态下释放这样的力。作为示例,附接到塞子的网可以经历一定量的塑性变形,同时仍然能够减少塞子和分隔壁之间的泄漏。
作为示例,网可以由诸如INCONEL®合金的材料制成。例如,考虑丝直径为近似0.112mm的INCONEL® 601(W.Nr. 2.4851)合金。作为示例,网可以是金属丝网,其丝直径被选择为在从近似0.03 mm至近似0.3 mm的范围内。作为示例,网可以是丝直径为近似0.1 mm(例如,0.1 mm +/- 25%)的金属丝网。作为示例,网可以是丝直径为近似0.15 mm(例如,0.15 +/- 25%)的金属丝网。作为示例,网可以是具有最大横截面尺寸的金属丝网,该最大横截面尺寸小于近似0.5 mm或小于近似0.25 mm。作为示例,网可以被选择为(例如,被构造成)使得网的断裂(该断裂可以释放出网颗粒、网的短条金属丝等)释放出足够小以减少对涡轮机组件的涡轮机叶轮的冲击的材料。例如,在丝直径为近似0.25 mm或更小的金属丝网使金属丝的短部分(例如,几毫米或更小)断开的情况下,该短部分可以经过位于涡轮机壳体的涡轮机叶轮空间中的涡轮机叶轮,而没有损坏涡轮机叶轮的实质风险。在这样的示例中,金属丝网可以允许降低对涡轮机叶轮造成损坏的风险(例如,由于断裂以及小尺寸低质量的碎屑等)。在网的相当大的部分断裂的情况下,由于网可以是弹性的,因此可以降低对涡轮机叶轮造成灾难性损坏的风险。在这样的示例中,网的这部分可以通过涡轮机叶轮而不会对涡轮机叶轮造成实质性损坏,并且可以进入排气系统中,而类似地不会对催化转化器、环境等有实质性风险。
作为示例,网可以由包括镍和铬的合金形成。作为示例,网可以由奥氏体镍铬基超合金形成。作为示例,可以利用一种或多种类型的INCONEL®合金。例如,可以利用INCONEL® 601合金或更高等级的INCONEL®合金。下表1列出了INCONEL® 601合金的各种百分比:
表1. INCONEL® 601合金
镍..........................................................58.0至63.0
铬..........................................................21.0至25.0
铁..........................................................剩余量
铝..........................................................1.0至1.7
碳..........................................................0.10最大值
锰..........................................................1.0最大值
硫..........................................................0.015最大值
硅..........................................................0.50最大值
铜..........................................................1.0最大值。
下表2列出了INCONEL® 718合金的各种百分比:
表2. INCONEL® 718合金
镍(加钴)..................................................50.00至55.00
铬........................................................17.00至21.00
铁........................................................余量*
铌(加钽)..................................................4.75至5.50
钼........................................................2.80至3.30
钛........................................................0.65至1.15
铝........................................................0.20至0.80
钴钴......................................................1.00最大值
碳........................................................0.08最大值
锰........................................................0.35最大值
硅........................................................0.35最大值
磷........................................................0.015最大值
硫........................................................0.015最大值
硼........................................................0.006最大值
铜........................................................0.30最大值。
作为示例,网可以提供与分隔壁表面的近似1.5 mm的侧部重叠。作为示例,网可以由高度、宽度和长度限定,所述高度、宽度和长度可以限定在独立无支撑状态下的网体积。作为示例,在独立无支撑状态下,网的高度可以为近似2 mm,宽度为近似5 mm,且长度为近似26 mm。作为示例,网的宽度可以大于其高度,且长度可以大于其宽度。
作为示例,网可以经由由网在限定塞子的凹部的表面上所施加的膨胀力而被保持在塞子的凹部中。作为示例,网的独立无支撑体积可以大于网的安装体积,在安装体积的情况下,通过使网的至少一部分安置在塞子的凹部中,网得以被配合到塞子。作为示例,网在被配合到塞子时可以具有腰部或缩紧区段。在这样的示例中,凹部可以包括通向内腔的开口,其中内腔的尺寸可以大于开口的尺寸,使得开口用于对网进行压缩(例如,将网缩紧以形成腰部)。在这样的示例中,从凹部移除网可以涉及在网挤过开口时对网进行压缩。
作为示例,可以经由由网所施加的力将网固定到塞子。这样的力可以是向外的力,其使网接触限定塞子的凹部的表面并将力施加到这些表面。如所提到的,可以利用一个或多个其他机构将网附接到塞子(例如,焊接、硬化的熔融材料等)。
图7示出了组件700的一部分的示例,该组件包括组件600的各种特征,除了废气门650被替换为示例废气门750之外。可以关于例如图5和/或图6中所示的尺寸来理解图7中所示的各种尺寸。此外,可以关于例如图6来理解各种压力和力。附加地,图7示出了与机构相关联的力,该机构可以减少从一个通道到另一个通道的排气流动,该排气流动可以被称为涡管到涡管泄漏。
如图7中所示,废气门750包括轴752、臂754和具有下表面757的塞子756,其中塞子756包括下表面757中的凹部780,该凹部提供网790的附接。在图7的示例中,网790与分隔壁表面617接触,使得网790阻碍跨越间隙的排气流动。如图7中所示,接触可以以一定量的力进行,该力相对于网790可足以导致对网790的至少一部分的一定量的压缩(例如,以处于压缩状态)。
在压缩状态下,与未压缩状态(例如,独立无支撑状态)相比,网790可以具有减小的内部空隙空间(例如,减小的孔隙率)。因而,力可以对网790进行压缩,并由此提高网790阻碍流动以增加跨越间隙的密封的能力。例如,比起塞子756相对于废气门座626的打开状态,在塞子756相对于废气门座626的关闭状态下,网790的至少一部分可以更密集且具有更小的孔隙率。
作为示例,组件700可以包括:涡轮机壳体610,其包括孔、废气门座626、延伸到废气门座626的废气门通道623-1和623-2、以及安置在废气门通道623-1和623-2之间的分隔壁619,其中分隔壁619包括分隔壁表面617;可旋转的废气门轴752,其被构造成由孔接收;废气门臂754,其从废气门轴753延伸;以及废气门塞子756,其从废气门臂754延伸,其中废气门塞子756包括接触部分和网790,该接触部分在关闭状态下接触废气门座626以覆盖废气门通道623-1和623-2,该网在关闭状态下接触分隔壁表面617。如图7的示例中所示,网790可以包括安置在废气门塞子756的凹部780中的一部分、以及被暴露以用于接触分隔壁表面617的另一部分。在这样的示例中,网790可以减少从废气门通道623-1和623-2中的一个到废气门通道623-1和623-2中的另一个的排气流动。在这样的示例中,废气门通道623-1和623-2之间的排气流动的减少(例如,经由部分地安置在间隙中的网)可以提供内燃发动机的扭矩的增加(见例如图19的曲线1900),该内燃发动机包括涡轮增压器,该涡轮增压器包括组件700。
作为示例,在涡轮机废气门的操作期间,网可在涡轮机废气门的塞子接触废气门座之前接触分隔壁。例如,在图7中,在塞子756于周界接触部分处和废气门座626的接触部分之间进行接触之前,网790和分隔壁619之间可进行接触。
作为示例,网可以用于经由压缩以用于在塞子和废气门座接触的时候减小力的方式来减小力。例如,在塞子756被控制为从打开取向(例如,打开状态)转变到关闭取向(例如,关闭状态)的情况下,网790可以吸收一定量的能量,使得塞子756朝向废气门座626的加速被减小,这继而可以减少塞子756和/或废气门座626的噪声和/或磨损。在这样的示例中,网790可以是阻尼网,其减弱可能与塞子756的快速运动在与废气门座626接触时停止相关联的噪声。例如,阻尼网可以恰好在塞子756与废气门座626接触之前减慢塞子756的移动。一旦接触,施加到塞子756以将其维持在关闭取向(例如,关闭状态)的力就可以与没有阻尼网的情况近似相同。在这样的方法中,阻尼网可以减少噪音和/或磨损,而不会给致动器或其他关闭机构带来将需要使致动器或其他关闭机构尺寸过大的负担。例如,阻尼网可以增加一定量的弹簧般的力,该力被选择为在对于致动器或其他关闭机构的尺寸设计来说预先存在的操作安全裕度内,使得可以实施具有阻尼网的塞子而不改变涡轮增压器的致动器或其他关闭机构。作为示例,网的弹簧般的力可以被选择为是总关闭力的一部分,该总关闭力旨在将塞子相对于废气门座维持在关闭取向(例如,关闭状态)(例如,考虑小于总关闭力的近似10%的力)。
再次参考图5,作为示例,分隔壁表面517可以是光滑的和/或带有纹理的。作为示例,分隔壁表面517可包括凹部,该凹部可以接收网的一部分。例如,参考图7的示例组件701,将分隔壁表面617视为包括具有开口的凹部,该开口的宽度小于凹部780的开口,使得网790的一部分可以被接收在分隔壁表面617的凹部中以产生更曲折的流动路径,因为网790的侧部可接触凹部的侧部。
在图7的示例中,组件701包括凹部,该凹部可以成形为分隔壁表面617中的槽,该槽包括三角形横截面轮廓。这样的方法可以提供将较小的应力施加到网790的一部分,这可展现为随时间的推移(例如,涡轮增压器的操作时间)网790的较小磨损。在这样的示例中,在塞子756相对于废气门座626可能发生磨损或其他类型的不对准的情况下,网790的一部分可以是“较新的”,因为其由于分隔壁表面617的凹部而被压缩得较少。在这样的方法中,网790总体上可展现更长的使用寿命,并且可更适应于随着时间的推移相对于涡轮增压器的各种部件可能发生的变化。作为示例,在相对于分隔壁表面617的槽发生向左或向右的小移位的情况下,网790的先前与槽对准的部分现在可与分隔壁表面617的更平坦的部分(例如,平面部分)对准,这种情况下其现在经历先前未经历过的压缩。因而,网790的该部分可能经历较小的压缩(例如,循环压缩),且因此比网790的可能经历较大压缩(例如,循环压缩)的(一个或多个)相邻部分具有更长的寿命。在利用分隔壁表面中的凹部的情况下,涡轮机壳体可适合与包括网或不包括网的塞子一起使用。
作为示例,分隔壁可以没有凹部或具有一个或多个凹部。作为示例,塞子可以包括至少部分地被接收在一个或多个凹部中的一个或多个网。
图8示出了方法800的示例,该方法包括:将废气门750相对于废气门座626旋转810到关闭位置,在那里网790的远离塞子756的下表面757延伸的暴露部分处于独立无支撑状态;使网790的一部分和分隔壁表面617的一部分接触820;以及将废气门750关闭830,使得网790的暴露部分处于压缩状态并且与分隔壁表面617接触。如所示,接触820以绕废气门750的轴的轴线小于近似10度(例如,可选地小于近似5度)的旋转角度发生,其中近似0度对应于关闭状态(例如,塞子756的下表面757基本上平行于分隔壁表面617)。在图8中,力箭头的尺寸不代表幅值,而是代表近似方向;注意到,在废气门750的塞子756相对于废气门座626的周边处示出了力箭头。
在图8的示例中,以横截面视图示出了网790,在横截面中网高度Δz可以是独立无支撑高度Δzmf或者在废气门750的关闭状态下的压缩高度(例如,加载高度)Δzml。如所示,网发生变形,这可以是弹性变形。作为示例,网可以经受塑性变形。例如,考虑在关于网的一部分(该部分从废气门的塞子的表面向外延伸)的独立无支撑状态下安装网,然后在废气门的操作期间将网的该部分抵靠分隔壁表面压缩,这种情况下网并未完全恢复到其独立无支撑状态。作为示例,网可展现一定量的弹性。
如下文进一步关于图12B所解释的,网790可以通过例如设置在倾斜的凹部中而倾斜。或者,例如,网790可以以一斜度切割。在这样的示例中,可以减小接触820中所示的力,使得可在发生接触所处的对应角处减小关闭阻力,或者使得接触以较小角度发生同时仍然提供用网填充间隙。
图9示出了废气门900的示例,该废气门包括轴920、臂940和塞子960。图9还示出了网990的示例,该网可与废气门900组合以形成组件。网990的示例的一部分的近似放大视图示出了可如何构造金属丝以形成网990。废气门900可以是挡板阀,其中塞子960是在关闭状态下覆盖排气通道的挡板。经由轴920绕轴920的旋转轴线zS的旋转,废气门900可以从打开状态转变到关闭状态以及从关闭状态转变到打开状态。废气门900可以呈基本上L形或者曲棍球棍形状,其中长的部分对应于轴920,并且较短的部分对应于臂940和塞子960。塞子960可以被认为是废气门900的功能部分,因为它可以被定位成调节从通道到室的排气流动(例如,如在废气门操作的功能中)。在这样的方法中,当塞子960处于打开状态时,排气可以从通道流到室,该室可以与车辆的排气系统流体连通,使得经废气门引导的量的排气可以经由排气系统流到环境。
轴920可以部分地由作为旋转轴线的纵向轴线(被示为zS)限定,并且塞子960可以部分地由垂直于由塞子960限定的平面的轴线(被示为zP)限定。在关闭状态下,塞子960的轴线zP可与废气门座的轴线(见例如图5中的zWS)对准,废气门座的轴线可以是例如圆锥体的轴线,这种情况下废气门座由圆锥形区段(见例如圆锥角ϕc)限定。
如图9的示例中所示,废气门900包括相对的端部902和904,这些端部可以限定废气门900的总长度,其中端部902由轴920限定,并且其中端部904由塞子960限定。关于轴920,它可以包括用于附接控制臂的部分903、径向地阶跃到轴颈表面922的肩部905、径向地阶跃到表面926的肩部923、以及径向地阶跃到另一个轴颈表面924的肩部925。轴颈表面922和924可与安置在涡轮机壳体的孔中的轴套的内表面接触。作为示例,机械联动装置可以在部分903处联接到轴920(例如,经由控制臂),使得轴920在涡轮机壳体的孔中可旋转,其中这样的旋转基本上沿着轴920的轴线zS。在这样的方法中,塞子960与轴920一起旋转,以使塞子960更靠近或更远离废气门座(见例如图5的废气门座526)。
如图9的示例中所示,臂940包括径向地阶跃到轴920的肩部942、以及延伸到塞子960的另一个部分944。如图9的示例中所示,塞子960可以包括接触表面965,该接触表面可成形为环面的一部分,这种情况下该接触表面可以由环面的轴向高度和半径限定。如所示,接触表面965延伸到环形表面967,该环形表面包围塞子960的部分970。
在图9的示例中,塞子960的部分970包括由边界973和974限定的表面972、以及由边界977和978限定的表面976。如所示,边界973和977可以是具有环形表面967的边界,该环形表面可以是平面环形表面。如所示,表面972和976可以是基本上平面的,并且通过凹部980分隔开,该凹部可以至少部分地由边界974和978限定。在这样的示例中,可以利用凹部980以将诸如网990的网固定到废气门900,其中该网至少部分地从表面972和976向外延伸以接触分隔壁表面(见例如图5的分隔壁表面517)。在这样的示例中,表面972可以定位在具有对应的开口的第一排气通道之上,并且表面976可以定位在具有对应的开口的第二排气通道之上,其中这两个通道通过具有分隔壁表面的分隔壁分隔开,其中在废气门900的关闭状态下,凹部980基本上定位在分隔壁表面之上。例如,可以关于图5的示例来理解这样的特征布置。
在图9中,凹部980被示为部分地由尺寸zR表征,该尺寸可以与环形表面967的内直径基本上相同。在这样的布置中,在塞子960的凹部980和接触表面965之间存在边界。这样的特征布置可以提供安全裕度,该安全裕度旨在将网隔离到它不干扰接触表面965和废气门座之间的接触的程度;更确切地说,网被隔离以用于与将两个排气通道分开的分隔壁表面接触(见例如图5中的分隔壁表面517和废气门座526)。
如图9中所示,网990可以部分地由网尺寸zM限定,并且可以部分地由可压缩网尺寸zMC限定。关于图9中所示的示例,网990可以处于压缩状态或未压缩状态。一旦被可插入地固定在塞子960的凹部980中,网990就可以处于至少部分地压缩状态,使得网990将向外指向的力施加到限定凹部980的一个或多个壁,以帮助将网990固定在凹部980中。例如,网990可以是弹簧网,使得它被压缩以配合在凹部980内部,并且由于它将向外指向的力施加在限定凹部980的一个或多个壁上,使得网990将不可能容易从凹部980“掉”出。在这样的示例中,为了从凹部980移除网990,可能需要诸如由夹持网990的机械钳子的拉力的力,以从凹部980中提取网990。在这样的示例中,来自钳子(例如,尖嘴钳)的夹持的施加力可以导致网990的多个部分在从凹部980移除网990之前断开。换句话说,将网990保持在凹部980中的力可以大于将纤维拉离网900所需的力,特别是如果已在操作中利用网990并且将其暴露于来自热排气的重复的温度循环等。如上文所描述,网990可以经由其自身的材料特性而弹性地固定在凹部980中,特别是其自身的弹簧般的特性,这些特性可以经由胡克方程F = - kΔx近似,其中k是网990的特性,并且Δx是网990在凹部980中被压缩的尺寸(例如,与尺寸zR正交)。
在图9的示例中,凹部980在其开口处包括口部或颈部,该口部或颈部比凹部980的内部尺寸窄。在这样的方法中,网可以被压缩以配合到该开口中并且部分地穿过口部或颈部,在那里网可以至少部分地膨胀。在这样的方法中,为了从凹部980移除网,膨胀部分将需要被压缩以向外穿过凹部980的口部或颈部,这将需要施加力。因此,可以利用凹部980的形状以帮助将网固定在废气门的塞子中。例如,凹部980可以包括尺寸,该尺寸在塞子960内部比在凹部980的口部或颈部处宽。在凹部980内部,网的一部分可以处于独立无支撑状态(例如,完全膨胀),使得为了移除网,必须将该部分从独立无支撑状态压缩以适合穿过凹部980的口部或颈部。如所提到的,网的一部分可以在凹部内部处于压缩状态,其中为了移除网,该部分需要进一步压缩以适合穿过凹部的口部或颈部。在各种示例中,可以利用网的特性以帮助将网维持在塞子的凹部中。
图10以平面图示出了图9的废气门900连同各种尺寸,这些尺寸包括:O1,其是轴920的轴线和塞子960的轴线之间的偏移;以及O2,其是轴920的一个端部和塞子960的轴线之间的偏移。在图10的视图中,塞子960可以部分地经由x、y、z笛卡尔坐标系和/或r、z、Θ圆柱坐标系来限定。在这样的坐标系中,z可以对应于塞子960的轴线(见例如图9中的zP)。作为示例,表面972和976可以关于豆曲线或半圆来限定,其可选地具有偏移,使得尺寸“a”沿着边界974或边界978。
豆曲线可以由隐式方程所给出的四次曲线限定: x4 + x2 y2 + y4 = ax(x2 +y2),其在(0.66a, +/- 0.66a)处具有水平切线以及在(0, 0)和(a, 0)处具有垂直切线。
如图10中所示,凹部980可以包括长度(例如,zR)和宽度(例如,wR),其中长度大于宽度。在图10的示例中,凹部980的长度小于环形表面967的直径,该直径小于接触表面965的直径,该接触表面可以被称为废气门塞子960的接触部分。
图11示出了凹部980的一部分的放大视图,其可以使用铣床进行机加工,诸如直径为近似0.5 mm至近似5 mm的铣削刀具,这取决于待形成的凹部的尺寸等。这样的刀具(例如,切削工具)可以被采用来在每个端部处进行多次切削以形成凹部980。
图12A和图12B示出了废气门900沿着如图10的视图中所代表的线B-B的横截面视图。可以在横截面中沿着长轴看到凹部980,该长轴是待与涡轮机壳体的分隔壁对准的轴线。如所提到的,可以利用凹部980来固定网。
在图12A的示例中,凹部980的深度(例如,凹部高度hR)在凹部980的长度范围内可以是相对恒定的,而在图12B的示例中,凹部980的深度(例如,凹部高度hR1和hR2)可以变化。在图12B的示例中,凹部980的深度变化可以被构造成在凹部980的更靠近轴的旋转轴线的端部处较少地暴露网并且在凹部980的位于轴的轴线远侧的端部处较多地暴露网。例如,在图12B中,深度hR2大于深度hR1。这样的方法可以适应从打开状态到关闭状态的转变的几何形状,其中网的一部分先于网的另一部分接近并接触分隔壁表面。例如,在图8中,网790的接近轴的轴线的部分可先于网790的位于轴的轴线远侧的部分接触分隔壁表面617。作为示例,如图12B中所示的倾斜凹部可以帮助减少网的一部分相对于网的另一部分的压缩,否则可能导致遍及网的不均匀加载和/或增加废气门关闭的阻力(例如,如在图8的示例中可以在近似3度的角度开始)。
图13示出了废气门900沿着如图10的视图中所代表的线C-C的另一个横截面视图。如图13中所示,凹部980可以包括两个半部,这两个半部可以是对称的并相对于彼此旋转近似40度。如所示,凹部980在横向的较短尺寸中的横截面轮廓可以是近似五边形,其中基底可以从废气门900的塞子960的下表面稍微内凹。如所示,凹部980可以包括对称平面,可以经由将凹部980机加工到塞子960中来赋予该对称平面。图13示出了凹部980的口部或颈部(例如,凹部980的开口),该口部或颈部具有尺寸wR,注意到,凹部980的宽度方向尺寸可以在塞子960内部增加。例如,在图13中,示出了宽度方向尺寸wRMAX。关于尺寸hR,其被示出为凹部980的深度,其中宽度方向尺寸可以从塞子960的表面972和976变化到最大深度hR。
图14、图15和图16示出了用于将凹部机加工到废气门的塞子中的机加工方法的示例。如图14所示,第一机加工过程1410可以将槽机加工到废气门的塞子中。如图15所示,第二机加工过程1420可以将偏移的冠部机加工到废气门的塞子中。如图16中所示,第三机加工过程1430可以将另一个偏移的冠部机加工到废气门的塞子中,其中示出了横截面视图1432。
如所示,凹部可以包括大于凹部的开口的内部尺寸。例如,如图16中所示,这两个冠部可以提供横向尺寸ycwmax,该横向尺寸大于凹部的开口的横向尺寸ycwo。这样的方法可以经由将网压缩成适合穿过开口来提供将网的一部分配合到凹部中,使得网膨胀并将力施加到凹部的壁以保持网,且借以网的移除将需要再压缩以使网挤过开口。
作为示例,塞子的凹部可以包括横向内部尺寸,该横向内部尺寸大于横向开口尺寸,使得在其横向尺寸中网在开口处可以是最窄的。在这样的示例中,网可以具有腰部,该腰部由网的被接收在凹部中的一部分和网的在凹部外部的一部分限定。在这样的示例中,可以利用网的在凹部外部的该部分以阻碍在涡轮机壳体的排气通道之间的间隙中的流动。
图17示出了如可被至少部分地接收在塞子的凹部中的网1790的示例,其中图17中示出当网可由于处在这样的凹部中变形时网1790的形状。如所图示,网1790包括凹进部分1793、腰部部分1795和外部部分1797。在图17的示例中,凹进部分1793和腰部部分1795可以安置在凹部或塞子中,而外部部分1797由于在塞子外部而可以被暴露。图17还示出了各种箭头,这些箭头代表可以施加到凹部的表面的力,以帮助将网1790固定在凹部中。图17还示出了包括三种不同状态的金属丝网的近似放大视图,在这三种状态下,凹进部分1793被压缩,腰部部分1795被更大程度地压缩,并且外部部分1797基本上未被压缩(例如,处于基本上独立无支撑状态)。
作为示例,网可以包括大于网的近似50%的凹进部分和小于网的近似50%的暴露部分。
图18示出了方法1800的示例,该方法包括:工具框1810,用于使用工具以相对于塞子的凹部来定位网;压缩框1820,用于对网进行压缩以推动网的一部分进入塞子的凹部中;以及制造框1830,用于制造组件,该组件包括塞子和至少部分地安置在塞子的凹部中的网。方法1800是关于多个图示出的,这些图提供了塞子960的一部分的剖视图,以在处理塞子以形成组件时暴露凹部980和网990。在图18中,工具1801可以帮助定位网990,并且可以利用工具1803来对网990进行压缩以将网990的至少一部分配合在凹部980中。作为示例,在执行方法1800期间的一个或多个时刻,可以利用切割或修整工具对网990进行切割或修整。作为示例,可以利用切割或修整工具以关于网990的从凹部980向外延伸的部分实现期望的网高度和/或网形状,其中在塞子960相对于废气门座的关闭状态下,这样的部分至少部分地与安置在两个排气通道之间的分隔壁接触。
图19示出了以牛顿米(Nm)为单位的发动机扭矩与以每分钟转数(RPM)为单位的发动机速度的示例曲线1900。曲线1900包括基准数据、在重叠“A”时具有高刚度数据的网、在没有重叠时具有高刚度数据的网、以及在重叠“B”时具有高刚度数据的网。重叠指的是网相对于分隔壁的宽度方向尺寸。作为示例,可以选择重叠以实现期望的性能。如所示,网的使用可以在发动机速度范围内增加发动机扭矩。
作为示例,组件可以包括:涡轮机壳体,其包括孔、废气门座、延伸到废气门座的废气门通道、以及安置在废气门通道之间的分隔壁,其中分隔壁包括分隔壁表面;可旋转的废气门轴,其被构造成由孔接收;废气门臂,其从废气门轴延伸;以及废气门塞子,其从废气门臂延伸,其中废气门塞子包括接触部分和网,该接触部分在关闭状态下接触废气门座以覆盖废气门通道,该网在关闭状态下接触分隔壁表面。在这样的示例中,网可以是金属丝网。作为示例,金属丝网可以由合金制成,该合金可以是镍基合金、钴基合金或另一种类型的合金。作为示例,网可以由镍铬合金制成。
作为示例,废气门塞子可以包括凹部,其中网的一部分安置在该凹部中。在这样的示例中,网的安置在凹部中的这部分可以大于网的50%。凹部可以包括开口,其中网经由该开口从凹部突出。在塞子(该塞子包括网的在凹部中的一部分)的关闭状态下,网的从凹部突出的另一部分可以接触安置在两个排气通道之间的分隔壁。在关闭状态下,网可以阻碍从排气通道中的一个到另一排气通道的排气流动,且例如反之亦然。
作为示例,凹部可以包括内部部分和开口,其中内部部分包括超过开口的横向尺寸的横向尺寸。在这样的示例中,网可以被缩紧在凹部中,其中网包括由于凹部的口部或颈部所产生的腰部。
作为示例,废气门臂和废气门塞子可以形成为整体件,例如,经由机加工或者例如经由铸造由单件原材料形成。在这样的示例中,网可以是与废气门塞子相配合的单独件。作为示例,废气门轴、废气门臂和废气门塞子可以形成为整体件,例如,经由机加工或者例如经由铸造由单件原材料形成。在这样的示例中,网可以是与废气门塞子相配合的单独件。
作为示例,两个废气门通道中的每一个可以具有部分地由分隔壁限定的对应的开口。
作为示例,在关闭状态下,网可以减少从两个废气门通道中的一个到两个废气门通道中的另一个的排气流动。在这样的示例中,组件可以操作性地联接到内燃发动机,其中排气流动的减少增加了内燃发动机的扭矩。
作为示例,废气门塞子的接触部分可以包括由环面的一部分限定的轮廓。作为示例,废气门座可以包括由圆锥体的一部分限定的轮廓。作为示例,废气门塞子可以包括由环面的一部分限定的轮廓,并且废气门座可以包括由圆锥体的一部分限定的轮廓,其中这些轮廓在废气门塞子相对于废气门座的关闭状态下接触以形成接触周界。
作为示例,在废气门塞子相对于废气门座的打开状态下,网可以包括:压缩的内部部分,其安置在废气门塞子的凹部中;以及未压缩的暴露部分。在这样的示例中,在关闭状态下,暴露部分通过与分隔壁表面接触而被压缩。在这样的示例中,关闭状态的压缩的暴露部分包括空隙空间,该空隙空间小于打开状态的未压缩的暴露部分的空隙空间。
作为示例,一种方法可以包括:旋转废气门塞子以覆盖由分隔壁分隔开的废气门通道,该分隔壁包括分隔壁表面;经由网的一部分和分隔壁表面之间的接触,压缩网的该部分以配合废气门塞子;以及经由网的压缩的部分阻碍从废气门通道中的一个到废气门通道中的另一个的排气流动。这样的方法可以包括:通过减少排气的涡管到涡管泄漏(例如,排气的通道到通道泄漏),关于内燃发动机的发动机速度增加发动机扭矩。
尽管已在附图中图示并且在前述详细描述中描述了方法、装置、系统、布置等的一些示例,但是将理解,所公开的示例实施例不是限制性的,而是能够进行众多重新布置、修改和替换。