CN111263850B - 涡轮机旁通阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机布置的阀系统。该阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；旋转阀，其包括在阀室内绕阀轴线旋转的阀转子。阀转子能够绕阀轴线在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置中，阀转子允许气流通过旁通端口，在第二位置中，阀转子阻止气流通过旁通端口。阀转子和阀室中的至少一个包括凸起，并且阀转子和阀室中的另一个包括相应的凹槽，在第一位置中，凸起和凹槽彼此间隔开，在第二位置中，凹槽容纳凸起，从而基本上防止了凸起和凹槽之间的气流。

Description

涡轮机旁通阀

技术领域

本发明涉及一种阀系统。特别地，本发明涉及一种适于绕过涡轮机的入口的涡轮机旁通阀。该阀可以用于发动机布置。该发动机布置可以形成车辆的一部分。本发明还涉及对所述阀系统的改进，以减少穿过形成阀系统的一部分的阀的泄漏。

背景技术

涡轮机是众所周知的用于将流动气体内的动能转化为有用的功的装置。特别地，已知的涡轮机将流动气体的动能转化成涡轮机的旋转。涡轮机的旋转可以通过适当的联动装置传递给任何适于做有用的功的装置。该装置的示例包括发电机(使得涡轮机形成动力涡轮机的一部分)和压缩机(使得装置是涡轮增压器)。

如本领域中公知的，涡轮增压器包括涡轮机和压缩机，并且由涡轮机工作，涡轮机接收来自内燃机的废气，并因此旋转涡轮机的涡轮机叶轮，以驱动压缩机的压缩机叶轮的旋转。压缩机叶轮抽入气体并对气体加压，从而与压缩机入口处的气体相比，压缩机出口处的气体处于升高的压力(或增压压力)。涡轮增压器的压缩机的输出(即处于增压压力的气体)可被供给到涡轮增压器构成其一部分的内燃机的入口。供应到发动机入口的气体的压力增加可能导致发动机的功率输出增加。

在涡轮机的一些应用中，可能需要阀系统，以使涡轮机所附接的发动机产生的废气绕过涡轮机，从而使废气在不经过涡轮机的情况下，流向废气后处理装置或系统。

已知的阀系统(例如涡轮机旁通阀或旋转阀)可能难以制造到所需的公差，因此很昂贵。而且，将阀系统集成到相关发动机的部分中可能很复杂。

需要提供一种替代的阀系统，该阀系统克服了已知阀系统的、上面提到或未提到的一个或多个缺点。另外，需要替代的阀系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于发动机布置的阀系统，该阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；旋转阀，其包括在阀室内绕阀轴线旋转的阀转子；其中，阀转子能够绕阀轴线在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置中，阀转子允许气流通过旁通端口，在第二位置中，阀转子阻止气流通过旁通端口；以及其中，阀转子和阀室中的至少一个包括凸起，并且阀转子和阀室中的另一个包括相应的凹槽，其中，在第一位置中，凸起和凹槽彼此间隔开，并且，在第二位置中，凹槽容纳凸起，从而基本上防止了凸起和凹槽之间的气流。

发动机布置可以形成机动车辆(例如汽车)的一部分。更具体地，车辆可以是汽车、卡车、公共汽车、火车等。发动机布置可以是内燃机。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

阀室可以是大致圆柱形。阀室可以是盲孔。

入口端口、旁通端口和出口端口可以以任何适当的相对定向布置。举一个这样的例子，当从轴向横截面(即垂直于旋转阀的旋转轴线的横截面)观看时，出口端口大致与入口端口相对，并且旁通端口设置在入口端口和出口端口之间。旁通端口可能比出口端口更靠近入口端口。旁通端口可以基本上靠近入口端口。

入口端口、旁通端口和出口端口可以具有任何适当的几何形状。例如，端口可以是大致圆形、大致椭圆形、大致矩形或一些其他多边形的形状。这些端口可能并非全部具有相同的几何形状和/或尺寸。

入口端口、旁通端口和出口端口可以直接连接到它们与其流体连通的发动机布置的它们各自的区域/部件。可替代地，在端口和与其流体连通的发动机布置的区域/部件之间可以存在其他部件或连接。例如，其他部件或连接可以插入车辆的发动机和进气端口。

来自发动机的气体废气流可以包括来自发动机或发动机的一部分的所有废气。

涡轮机可以是双入口或双蜗壳涡轮机。可替代地，涡轮机可以是单入口涡轮机。涡轮机可以是可变几何形状的涡轮机。

废气后处理装置可包括选择性催化还原(SCR)催化剂、柴油机微粒过滤器(DPF)或其他微粒过滤器、柴油机氧化催化剂、稀NOx催化剂、NOx吸附器、或任何其他合适的废气后处理技术中的一种或多种。废气后处理装置可以在比室温更高的温度下更有效地执行。废气后处理装置可能具有激活或工作温度，在该装置工作至可接受效率之前，其必须达到该激活或工作温度。

阀转子可以是大致圆柱形。阀转子可具有用于废气流通过的腔。阀转子可以由金属制成。旋转阀可集成心轴，阀转子绕心轴旋转。心轴的第一端可以被容纳在阀室中的相应孔中。衬套可以被安置在孔中，使得心轴被容纳在衬套中，并且因此能够在衬套中旋转。心轴的第二端可以被容纳在第二衬套中。致动器可用于控制阀转子的旋转位置，从而控制旋转阀的状态。心轴中的一个可以机械地链接到致动器(或与致动器旋转连通)。特别地，心轴中的一个可以直接连接到致动器。

当阀转子处于旁通端口阻塞位置时，阀转子可以完全阻塞通过旁通端口的废气流。可替代地，当阀转子处于旁通端口阻塞位置时，阀转子可以基本上阻止通过旁通端口的废气流。如果阀转子能够旋转到基本上阻塞第一出口的位置，则可以允许通过第一出口的一些泄漏。可替代地，在一些实施例中，阀转子能够旋转到完全阻塞第一出口的位置。

阀转子可集成其他密封特征，以减少处于旁通端口阻塞位置时，通过旁通端口的废气流的泄漏。

能够阻塞通过旁通端口的废气流的阀转子是有利的，因为废气流可以被选择性地转移到废气后处理装置。通过旁通端口的废气流可用于提高废气后处理装置的温度。在废气后处理装置的操作效率随温度升高而增加的情况下，通过旁通端口的废气流可用于提高废气后处理装置的操作效率。当不需要废气流来提高废气后处理装置的温度时，阀转子可以阻塞旁通端口，使得基本上所有废气流都通过出口端口。在这种情况下，基本上所有的废气流都流到涡轮机的入口，从而增加了涡轮机的操作输出，从而提高了发动机布置的效率。

凸起可以是从阀转子向外延伸的(例如相对于阀转子的旋转轴线大体径向向外)或从阀室(例如相对于阀转子的旋转轴线大体径向向内)向内延伸的任何特征。凸起可以是臂的形式。

在凸起是阀转子的一部分的情况下，术语“凸起”并非意指心轴(其能够使阀旋转)，其可以从作为旋转阀的一部分的阀转子延伸。

凸起可以跨越阀转子的轴向长度的至少一部分。可替代地，凸起可以跨越阀转子的整个轴向长度。整个轴向长度可指阀转子(如果存在心轴，则不包括任何心轴)的轴向长度。

在一种形式中，凸起可以是来自阀转子的大致矩形的凸起。凹槽可以是阀室的阶梯部分。

凹槽可具有与凸起的几何形状相对应的几何形状，以使凹槽能够容纳凸起。例如，当旋转阀处于旁通端口阻塞位置时，凸起的至少一部分可基本上镶嵌或装配在凹槽的至少一部分中。实际上，可以在凹槽或其一部分与凸起或其一部分之间存在间隙。当阀转子处于旁通端口阻塞位置时，凸起和凹槽的装配或镶嵌性质可改善旁通端口的密封，从而提高系统效率。

凸起和凹槽之间可能会接触。但是，接触并非绝对必要。即使没有接触，(例如通过迷宫式路径)凸起和凹槽的结合也将提高密封效果。

凸起和/或凹槽可以是顺应性的，以适应使用中的阀系统内的机械公差和/或热膨胀。

凸起可以与阀转子一体地形成。也就是说，凸起和阀转子可以由单个主体形成。可替代地，可以在随后的制造步骤中通过结合方法，将凸起添加到阀转子上，结合方法例如钎焊、焊接、螺栓连接或铆接。

凸起和凹陷的组合可以用于限定旋转阀的止挡位置。也就是说，当阀转子处于旋转位置时，该旋转位置标记阀转子在特定方向(例如在朝第二位置或闭合位置的闭合方向，在该位置中，旁通端口被阻塞)上的最大旋转行程，凸起可以容纳在凹槽中。出于防止阀转子的过度旋转行程的原因，这可能是有利的，否则过度旋转行程会导致阀的组件的损坏。

集成根据本发明的凸起和凹槽的组合也是有利的，因为在不损害密封效果以及系统效率的情况下，可以放宽阀转子和阀室的制造公差。考虑到降低制造公差，可以节省相关的成本和时间。通过凸起提供密封功能，也消除了在汪克尔旋转发动机中使用的、在阀转子的外围处的角顶尖密封的需要。汪克尔式的尖端密封是指在转子外围的低公差区域或特征，该尖端密封在阀转子和阀室之间提供密封。

阀转子和阀室中的至少一个可包括两个凸起，并且阀转子和阀室中的另一个可包括两个凹槽，每个凹槽被配置成当阀转子处于第二位置时，容纳相应一个的凸起，从而基本上防止了每个相应的凸起和凹槽之间的气流。

由于简化制造和阀转子在阀室中的对准，两个凸起和两个凹槽的集成有利的。此外，由于旋转阀绕阀轴线的更加平衡的质量分布，两个凸起和两个凹槽的集成是有利的。另外，两个凸起和两个凹槽的集成意味着一对对应的凸起和凹槽可以位于旁通端口的任一例，从而确保当阀转子处于第二位置时，阀转子围绕旁通端口进行有效密封。

阀转子可包括两个凸起，并且阀室可包括两个凹槽。

包括两个凸起的阀转子是有利的，因为出于制造的原因，凸起比凹槽更容易集成在阀转子中。

阀转子的两个凸起可布置在同一平面中，使得在轴向横截面中，凸起是阀转子的一部分的线性部分的延伸。

换句话说，凸起可以说成是阀转子的圆形横截面的弦的延伸。由于对准和制造的原因，将两个凸起布置在同一平面中是有利的。

阀转子的两个凸起可以在直径上彼此相对定位。

该凸起或每个凸起可以集成面向凹槽的边缘上的半径。

换句话说，在第二位置中，当该凹槽或每个凹槽容纳相应的凸起时，凸起的表面接触限定该凹槽的壁。凸起的所述表面(以及壁的、与凸起的表面接触的部分)可以包括倒圆的部分。

集成面向凹槽的边缘(或凸起的表面)上的半径是有利的，因为可以通过例如铣床来加工凹槽。这样，可以用标准工具加工凹槽。半径也是有利的，因为尖角是应力升高的特征，由于例如周期性的热疲劳，会导致组件过早故障。

该凹槽或每个凹槽可集成在面向凸起的边缘上的相应半径。

换句话说，在第二位置中，当所述凹槽或每个凹槽容纳相应的凸起时，限定由所述凸起接触的凹槽的壁的表面可包括倒圆部分。

由于改进的密封性，凹槽的面向凸起的边缘(或限定凹槽的壁的表面)上的相应半径是有利的。半径也是有利的，因为尖角是应力升高的特征，由于例如周期性的热疲劳，会导致组件过早故障。

根据本发明的第二方面，提供一种用于发动机布置的阀系统，该阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；旋转阀，其包括绕阀室内的阀轴线旋转的阀转子。其中，阀转子能够绕阀轴线在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置中，阀转子允许气流通过旁通端口，在第二位置中，阀转子阻止气流通过旁通端口，其中，旁通端口大致是梯形的，并且具有在轴向方向上的主要尺寸。

发动机布置可以形成机动车辆(例如汽车)的一部分。更具体地，车辆可以是汽车或卡车。发动机布置可以是内燃机。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

大致梯形意味着形状通常具有四个侧面，并且具有一对平行的侧面。旁通端口可以是大致矩形的。大致矩形旨在意味着具有两对两个大致平行侧面的形状。例如，可以使用标准矩形或集成有圆角内角的矩形。出于更简单制造的原因，在矩形的内角上集成圆角可能是有利的。

主要尺寸旨在意味着大致梯形几何形状的较长边。例如，对于边长为100mm、80mm、75mm和60mm的梯形，100mm尺寸是主要尺寸。而对于100mm长×50mm宽的矩形，100mm尺寸是主要尺寸。

由于减少了阀转子的旋转，因此，在轴向上集成具有主要尺寸的大致梯形旁通端口是有利的。就是说，由于旁通端口在轴向上的伸长特性，与如果非该情况时的旁通端口相比，需要较少的阀转子旋转，以使阀转子从完全阻塞旁通端口的位置移动到旁通端口完全打开的位置。此外，需要较少的阀转子旋转，以将阀转子从完全阻塞旁通端口的位置移动到旁通端口打开到旁通端口具有特定有效横截面积的程度的位置。有效横截面积是指在旁通端口与阀转子之间的界面处、由阀转子改进的旁通端口的横截面积。由于减少了阀转子和阀室的磨损，减少阀转子的旋转是有利的。此外，在集成致动器以使旋转阀旋转的情况下，所需的阀转子旋转的减少意味着阀转子以及旋转阀不需要旋转那么频繁或那么远。因此，可以减小致动器的尺寸、功率、质量和成本。

旁通端口的长宽比可以在约5∶1至约20∶1之间。长宽比可以在约1.5∶1和约10∶1之间。

对于梯形，长宽比旨在意味着主要尺寸与垂直于主要尺寸的梯形的宽度之比。以及对于矩形，则为矩形的宽度与矩形的高度之比(从通过轴线的平面观看)。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于发动机布置的阀系统，该阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；阀，其包括在阀室内运动的阀构件；其中，阀构件能够在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置中，允许废气流过旁通端口，在第二位置中，基本上阻止废气流过旁通端口，其中，旁通端口的横截面积小于入口端口的横截面积。

发动机布置可以形成机动车辆(例如汽车)的一部分。更具体地，车辆可以是汽车或卡车。发动机布置可以是内燃机。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

该阀可以是包括阀转子的旋转阀，该阀转子在阀室内绕阀轴线旋转。阀转子可以在第一位置和第二位置之间绕阀轴线旋转。

旁通端口的横截面积小于入口端口的横截面积是有利的，因为旁通端口表示在流动路径中的喉部。也就是说，横截面积较小的旁通端口在旁通端口上产生压降。其效果是，当阀转子未处于旁通端口阻塞位置时，为了继续迫使废气通过旁通端口，需要做更多的泵送功。

增加泵送功可以导致燃料效率的损失，这使得这种布置违反直觉。但是，增加泵送功还可能导致废气温度升高。当阀转子不在旁通端口阻塞位置时，废气经由旁通端口被引导至废气后处理装置。因此，提高废气温度可能是有利的，因为在废气后处理装置需要激活热量的情况下(即需要热量达到操作温度)，废气后处理装置可以更快地达到所需的激活/操作温度。旁通端口的横截面积小于入口端口的横截面积因此是有利的，因为其可用于减少废气后处理装置达到所需的激活/操作温度所需的时间。

旁通端口的横截面积可以较小，因为旁通端口本身具有较小的横截面积。可替代地，可以在旁通端口中集成收缩部，以减小废气流路径可用的横截面积。收缩部可以是例如位于旁通端口中的板。在使用板的情况下，旁通端口的内边缘与板的外边缘之间的环形空间可用于使废气流过。该板仅仅是收缩部的合适实施例的一个例子。本领域技术人员将理解其他合适的替代方案。

旁通端口的横截面积与入口端口的横截面积之比可以在约1∶2至1∶20之间。该比可以在约1∶1.2至1∶10之间。该比可以在约1∶1.2至1∶20之间。该比可以在约1∶5至1∶10之间。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于发动机布置的阀系统，阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；阀，其包括在阀室内运动的阀构件；其中，阀构件能够在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置中，允许废气通过旁通端口，在第二位置中，基本上阻止废气流过旁通端口；以及其中，旁通端口相对于入口端口定位成使得入口端口与旁通端口之间的角度为锐角。在其他实施例中，入口端口与旁通端口之间的角度可以为钝角。

发动机布置可以形成机动车辆(例如汽车)的一部分。更具体地，车辆可以是汽车或卡车。发动机布置可以是内燃机。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

该阀可以是包括阀转子的旋转阀，该阀转子在阀室内绕阀轴线旋转。阀转子可以在第一位置和第二位置之间绕阀轴线旋转。

通过将入口端口相对于旁通端口成锐角定位而提供的优点大致类似于上面关于“旁通端口的横截面积小于入口端口的横截面积”所解释的优点。将旁通端口相对于入口端口成锐角定位会在旁通端口上产生压降。这进而意味着，当阀转子未处于旁通端口阻塞位置时，需要增加泵送功，以继续迫使废气通过旁通端口。这导致废气温度升高，这意味着废气后处理装置可以更快地达到激活温度。

入口端口和旁通端口之间的角度可以在约5°至80°之间。入口端口和旁通端口之间的角度可以在10°至45°之间。入口端口和旁通端口之间的角度可以约为25°。

根据本发明的第五方面，一种用于发动机布置的阀系统，阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；旋转阀，其包括在阀室内绕阀轴线旋转的阀转子，阀转子具有轴向偏移的端壁和相对的内壁；其中，阀转子能够绕阀轴线旋转，以选择性地允许或阻止废气流过旁通端口；以及其中，阀室包括相对于入口端口的轴向凹入的端壁，阀转子的端壁被阀室的凹入的端壁容纳，以减少使用中各个端壁之间的泄漏。

发动机布置可以形成机动车辆(例如汽车)的一部分。更具体地，车辆可以是汽车或卡车。发动机布置可以是内燃机。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

阀室的端壁可轴向凹入这样的程度：使得阀转子的内壁与入口端口的一个或多个边缘基本上对准。可替代地，阀室的端壁可以轴向地凹入，使得阀转子的内壁相对于入口端口的一个或多个边缘凹入。换句话说，阀转子的内壁之间的轴向偏移大于或等于入口端口或者入口端口的直径(即入口端口为圆形或大致圆形的情况)，或大于或等于在入口端口的轴向偏移的边缘之间的轴向偏移(即入口端口为矩形或大致矩形的情况)。

包括轴向凹入的端壁的阀室由于减少泄漏的原因，因而是有利的。阀室的凹入端壁与阀转子的端壁配合，为废气流形成更加曲折的路径，类似于迷宫式密封，从而减少了泄漏。如果不是因为凹入的端壁，则更多的废气能够在阀转子的端壁周围流动。这样的泄漏路径意味着，即使当阀转子处于旁通端口阻塞位置时，废气仍可以通过旁通端口。当希望防止废气流过旁通端口(从而绕过涡轮机)时，这可能导致效率低下。

出于将阀转子定位在阀室中的原因，阀室的轴向凹入的端壁也是有利的。阀转子和阀室的端壁可配合以限定位置特征，以更有效地将阀转子轴向地约束在阀室中。结果，组装和维护变得更加简单。

当废气流进入阀室时，由于避免在入口端口的下游刚好产生湍流涡旋，因此阀室的轴向凹入的端壁也可以是有利的。如果不是阀室的轴向凹入的端壁，阀转子的内壁可能会在废气流路径中形成内部阶梯。湍流涡旋容易形成在内部阶梯的边缘。湍流涡流的形成标志着湍流的开始，这表示降低了废气流速。此外，湍流有损坏旋转阀的风险，因此是不希望的。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于发动机布置的阀系统，该阀系统包括：阀室，其位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；旋转阀，其包括在阀室内绕阀轴线旋转的阀转子，阀转子包括多个轴向偏移的端壁和设置在端壁之间的密封板；其中，阀转子能够绕阀轴线旋转，以选择性地允许或阻止废气流过旁通端口，以及阀转子被配置成当密封板邻接设置在阀室中的一个或多个杆时，阻止废气流过旁路端口。

发动机布置可以形成机动车辆(例如汽车)的一部分。更具体地，车辆可以是汽车或卡车。发动机布置可以是内燃机。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

杆旨在意味着包括弯曲表面的主体。一个或多个杆可以是圆柱形的轴向延伸的主体。可替代地，杆可以是例如具有弯曲表面的轴向延伸的矩形棱柱，该弯曲表面与密封板接触。一个或多个杆可以通过例如机械加工工艺一体地形成为阀室的一部分。可替代地，一个或多个杆可以是不同的主体，其使用单独的接合方法集成在阀室中。

一个或多个杆是有利的，因为它们邻接密封板，并且因此可以减小阀转子的加工公差。此外，可以减小阀室的加工公差。由此降低了成本。

邻接密封板的一个或多个杆也是有利的，因为可以降低阀转子的旋转运动的准确度。通常，旋转阀的加工公差以及阀室的容纳心轴的凹槽的加工公差都可以减小。结果，如果使用的话，在容纳心轴的凹槽中的衬套所要求的旋转精度也可以降低。

多个杆可以布置在阀室中。

一个或多个杆可轴向地定位在阀室中。

有利地，阀是绕阀轴线旋转的旋转阀，并且阀构件是阀转子，并且其中，阀系统被配置成当阀转子从出口端口基本上被阻塞的位置旋转时，阀系统依次序表现出以下流动状态：

(i)100％旁通状态，其中，出口端口基本上被阀转子阻塞；

(ii)强制旁通状态，其中，旁通端口打开，并且出口端口至少部分地打开；

(iii)废气门状态，其中，出口端口打开，并且旁通端口至少部分地打开；

(iv)100％涡轮增压器状态，其中，旁通端口基本上被阻塞，并且入口端口和出口端口都打开；

(v)背压仅涡轮增压器状态，其中，旁通端口基本上被阻塞，并且入口端口至少部分地被阻塞；

(vi)制动状态，其中，入口端口基本上被阻塞；以及

(vii)不良控制状态，其中，旁通端口打开，并且入口端口和出口端口至少部分地打开。

有利地，阀是绕阀轴线旋转的旋转阀，并且阀构件是阀转子，并且其中，阀系统被配置成使得入口端口和出口端口中的每一个分别绕阀轴线所张的角度γ由以下等式给出：

其中，δ是在入口端口和旁通端口之间绕阀轴线所张的角度；c是旁通端口绕阀轴线所张的角度与入口端口和出口端口中的每一个绕阀轴线所张的角度之比，从而用c乘以γ给出旁通端口绕阀轴线所张的角度；以及β是在入口端口和旁通端口之间绕阀轴线所张的角度。

根据本发明的第七方面，提供了一种操作根据本发明的第四方面、第五方面和第六方面的阀系统的方法，其中，阀是绕阀轴线旋转的旋转阀，并且阀构件是阀转子，并且其中，当阀转子从出口端口基本上被阻塞的位置旋转时，阀系统依次序表现出以下流动状态：

(i)100％旁通状态，其中，出口端口基本上被阀转子阻塞；

(ii)强制旁通状态，其中，旁通端口打开，并且出口端口至少部分地打开；

(iii)废气门状态，其中，出口端口打开，并且旁通端口至少部分地打开；

(iv)100％涡轮增压器状态，其中，旁通端口基本上被阻塞，并且入口端口和出口端口都打开；

(v)背压仅涡轮增压器状态，其中，旁通端口基本上被阻塞，并且入口端口至少部分地被阻塞；

(vi)制动状态，其中，入口端口基本上被阻塞；以及

(vii)不良控制状态，其中，旁通端口打开，并且入口端口和出口端口至少部分地打开。

应当理解，在适当的情况下，本发明的任何上述讨论方面可以与本发明的一个或多个其他方面组合。此外，在适当的情况下，关于本发明的多个方面中的一个方面描述的可选特征可以是本发明的其他方面中的一个方面的可选特征。

附图说明

现在将参考附图，通过示例的方式描述本发明，附图中：

图1显示了已知的发动机布置的示意图，根据本发明的实施例的阀系统可以形成该发动机布置的一部分；

图2显示了根据本发明的实施例的阀系统的放大示意图；

图3显示了根据本发明的实施例的阀系统的示意性剖视图；

图4显示了根据本发明的实施例的阀系统的旋转阀的示意图；

图5和图6显示了根据本发明的第一方面的实施例的阀系统的两个阀转子位置的示意图；

图7和图8显示了根据本发明的第一方面的另一实施例的阀系统的两个阀转子位置的示意图；

图9显示了根据本发明的第一方面的阀系统的另一实施例的示意图；

图10显示了根据本发明的第二方面的阀系统的实施例的示意图；

图11显示了根据本发明的第三方面的阀系统的实施例的示意图；

图12显示了根据本发明的第四方面的实施例的阀系统的示意图；

图13显示了根据本发明的第五方面的实施例的阀系统的示意图；

图14和图15显示了根据本发明的第六方面的阀系统的实施例的两个阀转子位置的示意图；

图16显示了图12的阀系统的、当旋转阀旋转360°时的示意图，其上指示了相应的流动状态；

图17显示了根据现有技术布置的阀系统的、当旋转阀旋转360°的示意图，其上指示了相应的流动状态；以及

图18显示了根据本发明的实施例的阀室的示意图。

具体实施方式

图1显示了已知的发动机布置10的示意图。该发动机布置包括多个燃烧室12，这些燃烧室连接到进气歧管14和排气歧管16。排气歧管16被分成第一部分16a和第二部分16b。排气歧管的第一部分16a连接到第一组(未显示)燃烧室12，排气歧管16的第二部分16b连接到第二组(同样未显示)燃烧室12。

发动机布置还包括涡轮增压器18，涡轮增压器18具有涡轮机20和压缩机22。发动机布置还包括废气后处理装置或系统(exhaust after treatment device or system)24，包括EGR阀28的EGR回路26和最后的阀系统30。阀系统30也可被称为涡轮机旁通阀。

在使用中，向燃烧室12供应燃料和空气，经由发动机进气口32从大气中供应空气，空气经过涡轮增压器18的压缩机22和进气歧管14。一旦燃料和和空气在燃烧室12中燃烧时，就会产生废气，该废气流到排气歧管16。来自排气歧管16的第一部分16a的废气被供给至T形结34，在该T形结34处，废气被分流，从而其流动到EGR(废气再循环)回路26和涡轮增压器18的涡轮机20的第一入口20a。EGR回路26返回到进气歧管14，并且EGR阀28控制通到EGR回路26的废气的量。EGR回路的工作方式完全是常规的，并且不是本发明的关键。因此，为了简洁起见，省略了关于EGR回路的操作的进一步讨论。

涡轮增压器18的涡轮机20是双入口(或双蜗壳)涡轮机。这样，涡轮机包括第二入口20b。通过阀系统30的阀室的出口端口30a(第一出口)，将废气供给涡轮机20的入口20b。经由阀室的入口端口30b，从排气歧管16的第二部分16b，将废气供给阀系统30的阀室。

经由入口20a、20b供应给涡轮增压器18的涡轮机20的废气使涡轮机20的涡轮机叶轮(未显示)旋转。然后，废气经由涡轮机出口20c离开涡轮机20，并流至废气后处理装置或系统24。然后，废气经由发动机出口36离开后处理装置或系统24而进入大气38。由供应给涡轮机20的废气引起的涡轮机的涡轮机叶轮的旋转引起压缩机18的压缩机叶轮(同样未显示)的旋转。压缩机叶轮的旋转导致通过发动机入口32抽入的大气压力的空气被压缩机叶轮加压至升高的压力(或者增压)。然后，如前所讨论的，该加压气体被供应到进气歧管14。

阀系统30的阀室还包括旁通端口30c(第二出口)，旁通端口30c连接至后处理装置或系统24。

阀系统30包括阀室和旋转阀。旋转阀包括阀转子。

可以控制旋转阀以及阀转子，从而可以选择性地打开旁通端口30c(第二出口)。当旁通端口30c(第二出口)打开时，来自排气歧管16的第二部分16b的至少一些废气(废气本该已经传递到涡轮机20的入口20b)可以经由出口端口30c流到后处理装置或者系统24。该气体被称为绕过涡轮机20。气体绕过涡轮机20的能力在几种情况下可能是有利的。首先，在涡轮机20超速的情况下，绕过涡轮机的能力以及由此减少供应给涡轮机的废气量将减少旋转涡轮机叶轮的废气量，从而降低涡轮机叶轮的速度。其次，在一些应用中，后处理装置或系统24仅在其处于所需的操作温度时才可以有效地工作。当后处理装置或系统24包括对温度敏感的催化剂时，可能是这种情况。后处理设备或系统24的所需操作温度可能大大超过室温。因此，在发动机布置10操作期间的某个时刻(例如刚在发动机开启之后)，后处理装置或系统24可以在低于所需操作温度的温度下操作。在这种情况下，阀转子可以旋转，使得一些本应传递到涡轮机20的热废气不经过涡轮机20而传递到后处理装置或系统24，从而导致后处理装置或系统24的温度相对快速地升高，以使其可以达到其操作温度。

一旦不再希望使来自排气歧管16的第二部分16b的一些废气绕过涡轮机20，旋转阀就可以旋转，以关闭旁通端口30c(第二出口)，并确保从排气歧管16的第二部分16b传递到阀系统中的所有废气均传递到涡轮增压器18的涡轮机20。

上述发动机布置10提供了关于阀系统(包括旋转阀或涡轮机旁通阀)的操作的情境。应当理解，根据本发明的阀系统可以用作任何适当的发动机布置的一部分。现在，在下面更详细地讨论根据本发明的阀系统30、阀室和旋转阀的具体结构细节。

图3显示了阀系统30的示意图。如上所述，阀系统30包括阀室31和旋转阀33。

旋转阀33定位在阀室31内，使得旋转阀33的旋转(特别是旋转阀33的阀转子的旋转)可以选择性地允许或阻止废气流过旁通端口30c。

如箭头35所示，旋转阀33围绕阀轴线37旋转。由阀室31限定阀轴线37。提及阀系统30或组成部件的轴向是指与阀轴线37平行的方向。也就是说，在图3中，轴向是垂直于页面平面的方向。结合图4更详细地描述了旋转阀33。

阀室31包括入口端口30b、出口端口30a和旁通端口30c。在图3中还显示了到端口30a至端口30c的连接/来自端口30a至端口30c的连接(即管道延伸超过端口)。所述连接可以是直接连接的管道、间接连接的管道、或用于将废气流引导至阀系统30或将废气流从阀系统30引出的其他合适的装置的形式。

图3中所示的阀系统30的布置通常可应用于在本申请中公开的本发明的各个方面的所有实施例。将更详细地描述与图3所示的布置的偏差。还应当注意，尽管以下关于旋转型阀布置描述了本发明的所有方面，但是本发明的某些方面同样适用于任何类型的阀布置。

图4显示了阀系统30的旋转阀33的示意图。旋转阀33包括阀转子39和从其延伸的心轴40a、40b。还指示出旋转阀33绕其旋转的旋转轴线，即阀轴线37。

阀转子39是旋转阀33的主体部分。阀转子包括端壁42a、42b。这些端壁42a、42b在轴向上彼此偏移，因此可以称为轴向偏移的端壁。轴向偏移的端壁42a、42b限定阀转子39的最外边缘。当轴向偏移的端壁42a、42b定位在阀室31中时，轴向偏移的端壁42a、42b被阀室31容纳。

心轴40a、40b从轴向偏移的端壁42a、42b轴向向外延伸。心轴40a、40b大致是圆柱形的，并且提供了旋转阀33绕其旋转的轴。心轴40a、40b由阀室31容纳。心轴40a、40b可以是除了大致圆柱形以外的几何形状，只要阀转子39能够绕阀轴线37旋转即可。

阀转子39还包括相对的内壁44a、44b。相对的内壁44a、44b也沿着阀轴线37轴向偏移。

密封部分46位于内壁44a、44b之间。密封部分46包括内表面46a和外表面46b。密封部分46还限定腔47。

在旋转阀33定位在阀室31中的情况下，旋转阀33的旋转位置决定允许废气流通过旁通端口30c，还是阻止废气流通过旁通端口30c。当旋转阀33处于旁通端口阻塞位置时，旋转阀33处于旋转位置，使得密封部分46的外表面46b覆盖或基本上覆盖旁通端口30c。由此，基本上防止了废气流过旁通端口30c。

当旋转阀33不在旁通端口阻塞位置时，旋转阀33处于旋转位置，使得密封部分46的外表面46b和旁通端口30c的相对对准允许废气流通过旁通端口30c。也就是说，废气能够经由阀转子39的腔室47流入旁通端口30c。根据阀转子39的几何形状，当旋转阀33不在旁通端口阻塞位置时，密封部分46的内表面46a可阻碍废气流的流动，使得该流被妨碍并偏向旁通端口30c。也就是说，在某些旋转阀33的位置上，并且在具有某些阀转子39的几何形状的情况下，内表面46a可以用作废气流的偏转板。应当理解，废气流能够流过阀转子39的腔47。

旋转阀33可以由单片金属转动。可替代地，在单独操作中与密封部分46结合之前，可以分别制造端壁部分。旋转阀33可以包括其他密封特征，以便改善阀性能。将在下面结合本发明的各个方面的实施例更详细地描述这些。

如结合图3所解释的，除了根据本发明的第五方面的实施例之外，图4中所示的旋转阀33布置通常可应用于在本申请中公开的本发明的各个方面的所有实施例。将更详细地描述与图4所示的布置的偏差。

图5和图6显示了根据本发明的第一方面的阀系统130的第一实施例的两个阀转子位置的示意图。

阀系统130大致类似于先前描述的阀系统。旋转阀133在阀室131中绕阀轴线37旋转，以选择性地允许或阻止废气流通过旁通端口30c。入口端口30b和出口端口30a也保持不变。

图5和图6的阀系统130与图3和图4的阀系统之间的区别在于，包括旋转阀133上的凸起148和阀室131中的相应的凹槽150。

凸起148从阀转子139的轴向足迹(footprint)向外凸出。可以说该凸起从阀转子139径向凸出。凸起148可以与阀转子139的每个端壁和密封部分146的一个或多个连接或形成其一部分。如图5所示，当旋转阀133位于旁通端口阻塞位置时，凸起148被凹槽150容纳。

凹槽150是阀室131的凹槽。凹槽150被成形为容纳凸起148。在所示示例中，当从轴向方向看时，凸起148是弓形的。这样，凹槽150是阀室131的类似弓形切口。凹槽150略微进入图5中的旁通端口30c。然而，凹槽150可以位于阀室131周围的其他周向位置，从而凹槽150更多地或更少地进入旁通端口30c。此外，可以想到凸起148和凹槽150的替代几何形状。唯一的要求是凹槽成形为能容纳凸起。

当不需要或不希望这种泄漏时，凸起148和凹槽150有助于减少通过旁通端口30c的废气流的泄漏。

凸起148和凹槽150还限定在两个相应主体之间的迷宫式密封。也就是说，由于存在凸起148和凹槽150，因此，废气在凸起148和凹槽150之间流动的路径更加曲折。这也有助于减少废气流在旋转阀133外部周围的泄漏。

图5显示了处于旁通端口阻塞位置的旋转阀133。应当注意，除了凸起148之外，图5和图6的旋转阀133的阀转子的几何形状与图3中的几何形状大致相似。在该位置中，基本上防止了废气流流过旁通端口30c。旋转阀133在该位置处处于最小旋转行程的位置(或在逆时针方向上可能的最大旋转范围)，因此，显示凸起148被凹槽150容纳。换句话说，凹槽150限定了止挡位置，以防止旋转阀133进一步旋转。从图5所示的旋转阀133的位置，由箭头35a(即顺时针方向)指示唯一可能的旋转行程。

图6显示了旋转阀133处于除旁通端口阻塞位置以外的位置。特别地，图6显示了旋转阀133处于基本上防止废气流过出口端口30a的位置。尽管这是图6中所示的位置，但这并非旨在是限制性的，实际上，可能的是，这种最大旋转行程可能不会阻塞尽可能多的出口端口30a，如图6所示。在图6，箭头35b(即，逆时针)显示了旋转阀133唯一可能的旋转行程。

尽管图5和图6示出了形成旋转阀133的一部分的凸起148和作为阀室131的一部分的凹槽150，但是这种布置可以倒置。也就是说，阀室131可以集成凸起，而旋转阀133可以集成凹槽。

图7和图8显示了根据本发明的第一方面的阀系统230的第二实施例的两个阀转子位置的示意图。

类似于图5和图6的阀系统230，阀系统230大致类似于先前描述的阀系统230。旋转阀233绕在阀室231中的阀轴线37旋转，以选择性地允许或阻止废气流通过旁通端口30c。入口端口30b和出口端口30a也保持不变。

图7和图8的阀系统230与图5和6的阀系统130之间的区别是，分别在旋转阀233和阀室231上包括第二凸起248b和相应的凹槽250b。

另外，不同于弓形的凹槽，本实施方式的凸起248a、248b和凹槽250a、250b呈阶梯状形式。也就是说，相对于凹槽，凹槽250a、250b是在阀室231中的阶梯状的切口。这些凸起可以说是大致矩形的。然而，凹槽250a、250b和凸起248a、248b可以更紧密地反映本发明的第一方面的第一实施例的凹槽和凸起，例如当从轴向横截面观看时是弓形的。所公开的几何形状不旨在是限制性的，并且应当理解，可以以其他方式实现多种替代的几何形状。

分别由箭头35a和35b表示图7和图8中的旋转阀233可能的旋转行进方向。

图5和图6的布置的优点以及可能的修改大致也适用于图7和图8。特别地，凸起248a、248b可位于围绕旋转阀133的多个周向位置处。具有两个凸起248a、248b和两个凹槽250a、250b的优点是：可以进一步改善密封，并且因此可以进一步减少泄漏。

在另一实施例中，如图9所示，凸起250c沿面对凹槽的边缘集成半径，而凹槽250c沿面对凸起的边缘集成半径。由于例如通过磨机进行的更简单的加工以及改善的密封性，这是有利的。此外，从几何形状去除锋利的边缘/拐角是有利的，因为拐角是高应力集中的区域，其可能由于例如循环热疲劳而引起组件故障。因此，如图9所示的半径可以被集成到本发明的第一方面的第一实施例或第二实施例中，分别如图5至图6和图7至图8所示。

图10显示了根据本发明第二方面的阀系统330的实施例的示意图。

旋转阀33大致类似于结合图3所描述的旋转阀。但是，改进了阀室331。

阀室331包括入口端口30b、出口端口30a和改进的旁通端口330c。入口端口30a和出口端口30b未改变。

旁通端口330c大致是矩形的。也就是说，距离D₁不是直径，而是梯形形状(例如矩形形状)的短边的长度。尺寸D₁的大小也相对小于迄今为止所述的其他实施例。为了提供足够的横截面积以使废气通过旁通端口330c，旁通端口330c在轴向方向上延伸。也就是说，旁通端口330c的主要尺寸是在轴向上。例如在旁通端口330c是矩形的情况下，并且当如图10中的轴向横截面观看时，D₁表示矩形的高度，而旁通端口330c的主要尺寸是矩形的宽度。因此，旁通端口330c可以在几何形状上类似于信箱。这种几何形状意味着减少了为了打开或关闭旁通端口330c而所需的旋转阀33的旋转。因为不需要旋转阀33如旁通端口330c的大致矩形几何形状旋转那么多，由此减少了阀转子的磨损。为了允许更简单的加工，除了在矩形的内部拐角处的半径之外，旁通端口330c可以是矩形的。

在一实施例中，阀的轴向长度可以是150mm。径向宽度可以是10mm。入口端口区域可以是直径为70mm的管道，管道横截面积约为3800mm²。旁通端口可以是入口端口面积的1/10。这导致长宽比约为4∶1。长宽比可以在1.5∶1到10∶1之间的任何比例。

考虑到旁通端口330c的轴向长度的增加，旋转阀33的阀转子39可以轴向延伸。

图11显示了根据本发明的第三方面的阀系统430的实施例的示意图。

旋转阀33和阀室31大致与结合图2描述的旋转阀和阀室相同。然而，在阀系统430中，旁通端口30c的横截面积A_c(即流过旁通端口的气体经历的面积)小于入口端口30b的横截面积A_b(即流过入口端口的气体经历的面积)。

该布置对于在旁通端口30c上产生压降是有用的。旁通端口上更大的压降意味着发动机更难以排出废气，因为活塞必须对抗较高的“背压”将废气推出。这增加了发动机完成的“泵送功”(在排气冲程完成的功，以克服“背压”以泵送出气体)，并且，如果没有其他改变，发动机功率输出将降低，从而降低发动机转速。在怠速工况下，不希望使发动机转速下降，以进行补偿，从而增加燃料率，从而获得更多动力来克服由于增加的泵送而损失的动力。较多的燃料意味着较低的空燃比，因此较高的废气流温度。当经由旁通端口30c转移至废气后处理装置或系统24时，废气流的升高的温度可用于更快速地激活废气后处理装置或系统24。

图12显示了根据本发明的第四方面的实施例的阀系统530的示意图。

旋转阀33和阀室31大致与结合图2描述的旋转阀和阀室相同。然而，在阀系统530中，旁通端口30c和入口端口30b之间的相对角度θ是锐角。也就是说，旁通端口30c定位成相对于入口端口30b成锐角。因此，旁通端口30c与入口端口30b之间的相对角度θ小于90°。

在入口端口30b与旁通端口30c分别沿着延伸的延伸轴552b和552c之间取得相对角度θ。

出于与以上结合图11所述相同的原因，该布置是有用的。也就是说，由于入口端口和旁通端口的相对定位而在旁通端口30c上产生了压降，这导致了所需的泵送功的增加、废气流温度的升高、以及废气后处理装置或系统24的更快启动。

图16显示了图12的阀系统530的示意图，其中旋转阀33围绕轴线37旋转了360°。

首先描述图16所示的中心布置，阀系统530包括入口端口30b、出口端口30a和旁通端口30c。这些端口中的每一个端口都与各个入口、出口和旁通连通。值得注意的是，在图16的布置中的区别在于，以局部剖视图显示旋转阀33(垂直于转子的旋转轴并沿转子的轴向长度的约一半截取的横截面)。这样，图16的布置显示了半圆形的旋转阀33，而不是如先前附图中所示的侧视图。换句话说，旋转阀33被示为分段。

还应当理解，因为图16涉及图12的阀系统530，所以入口端口30b和旁通端口30c之间的角度θ是锐角。也就是说，角度θ小于90°。

围绕图16的带注释的阀系统530的图的顺序显示了基于旋转阀33的旋转位置而发生的各种操作模式和流动状态。换句话说，每个流动状态对应于旋转阀33的特定的旋转状态。为了清楚起见，并且为了避免不必要的重复，从操作图的顺序中省略了附图标记。

现在将更详细地讨论每个操作模式，其描述旋转阀33相对于入口端口30b、出口端口30a和旁通端口30c的位置。还将解释在各个操作模式中出现的流动状态。

从“100％涡轮机”流动状态开始，并沿逆时针方向移动，对操作模式进行了说明。虽然描述了附图的逆时针方向(即沿逆时针方向、围绕不同的流动状态移动)，但是当您在逆时针方向的流动状态之间移动时，旋转阀33沿顺时针方向移动。应当理解，在图16的定向中，顺时针方向是指旋转阀33的旋转方向，其从基本上被阻塞的旁通端口30c开始，朝着入口端口30b和之后朝着出口端口30a旋转。换句话说，顺时针是指旋转阀33首先经过入口端口30b，而朝向出口端口30a旋转的方向。

流动状态“100％涡轮机”或“100％涡轮增压器”是指旋转阀33的位置，其中，入口端口30b和出口端口30a完全打开。也就是说，旋转阀33没有部分地或完全地阻塞流经入口端口30b和出口端口30a中的任一个端口。在该位置，旁通端口30c被旋转阀33完全阻塞。由于旁通端口30c被阻塞，所以为了防止废气流过，并且入口端口30b和出口端口30a未被阻碍，通过入口端口30b的所有废气流通过出口端口30a。这样，进入阀系统530的所有废气流都流向涡轮增压器。因此，该状态是“100％涡轮机”或“100％涡轮增压器”。

随着旋转阀33继续沿顺时针方向旋转，入口端口30b开始被旋转阀33阻塞。最初，入口端口30b大部分是打开的，并且仅被旋转阀33稍微阻塞，随着旋转阀33继续旋转，阻塞或者妨碍增大。在该旋转阀位置，出口端口30a保持完全打开。因为入口端口30b至少部分地被旋转阀33遮盖，所以该旋转阀33的位置产生背压。也就是说，由于入口端口30b的、供废气流可通过的横截面积减小，因此在入口端口30b上产生了压降。因为旁通端口30c保持阻塞，所以这种流动方式仅将废气提供给涡轮增压器。也就是说，废气离开阀系统530的唯一端口是通过出口端口30a。因此，该流动状态被称为“背压，仅涡轮机”，因为废气流仅经由出口端口30a离开阀系统，但是入口端口30b的部分阻塞产生压降或“背压”。

随着旋转阀33继续沿顺时针方向旋转，旁通端口30c仍被阻塞，但入口端口30b逐渐更多地被旋转阀33阻塞。像先前针对“背压，仅涡轮机”流动方式所讨论的，在入口端口30b上产生压降。随着入口端口30b变得更加阻塞，压降增加，并且旋转阀33朝完全阻塞入口端口30b移动。也就是说，由于废气可通过旋转阀33的难易程度降低，因此入口端口30b上的压降增大。这种压力的形成增加了发动机必须执行的泵送功，以迫使来自发动机歧管的废气通过阀系统530。这样，制动状态直观地在发动机上产生了制动效果。最终，旋转阀33完全阻塞入口端口30b。在该旋转位置，实现了最大的制动效果。

随着旋转阀33继续沿顺时针方向旋转，达到“不良控制”的流动状态。在图16中，用国际禁止标志表示不良控制状态，以表明这是不希望的流动状态的事实(如下详述)。在这种状态下，旁通端口30c是打开的，并且入口端口30b和出口端口30a两者都在大部分打开和完全打开之间。之所以称其为不良控制的流动状态，是因为与通过出口端口30a离开的废气相比，难以控制通过旁通端口30c离开的废气流的比例。本质上，这种缺乏控制意味着当旋转阀33处于该位置时，流经阀系统530的废气是不可预测的。因此，难以控制废气流过旁通端口30c还是流过出口端口30a。这是有问题的，因为不能将废气流引导到旁通端口30c下游的废气后处理装置，或者引向出口端口30a下游的涡轮增压器。因此，“不良控制”的流动状态是不希望的流动状态。

随着旋转阀33继续沿顺时针方向旋转，出口端口30a逐渐变得更加堵塞，并最终被完全堵塞。入口端口30b和旁通端口30c均保持打开。当出口端口30a被完全阻塞时，这是“100％旁通”的流动状态。顾名思义，在这种状态下，没有废气通过出口端口30a离开，而所有废气通过旁通端口30c离开。如在本申请中的其他地方所描述的，这对于在车辆启动时，首先提高废气后处理装置的温度特别有用。因此，所有废气流以100％旁通状态转向通过旁通端口30c，并且基本上没有废气流过涡轮增压器上游的出口端口30a。

随着旋转阀33继续沿顺时针方向旋转，出口端口30a逐渐打开。在该旋转位置处，开始强制旁通流动状态，由此，部分(而非全部)废气流被推动通过旁通端口30c，而没有完全关闭出口端口30a。换句话说，出口端口30a被部分地阻塞，因此，废气流至少部分地被引导朝向旁通端口30c。

随着旋转阀33继续旋转，废气门(WG)流动状态开始。在这种状态下，入口端口30b完全打开，而出口端口30a大部分打开。但是，旁通端口30c逐渐关闭，因此限制了通过旁通端口30c的废气量。换句话说，顾名思义，这种流动状态提供了与涡轮增压器废气门相似的功能。也就是说，废气被选择性地转向离开出口端口30a(涡轮增压器涡轮机入口的上游)，而通过旁通端口30c旁通。这允许控制涡轮增压器的速度，以适应当时的操作参数。

旋转阀33从废气门流动状态的进一步顺时针旋转使阀系统530返回到100％涡轮增压器状态，上面最初讨论的流动状态。

入口端口30b和旁通端口30c之间的锐角θ的优点是，当与钝角布置的情况(将在下面详细描述)相比，“不希望的”流动状态更少。换句话说，对于锐角布置，仅存在一种“不良控制”的流动状态，在该流动状态中，不能精确地控制流动(即制动状态与100％旁通状态之间的流动状态)。在钝角布置中存在更大数目的不希望的流动状态。另外，采用锐角布置，可以达到更有用的流动状态，而不必通过制动状态(与钝角布置相反)。例如可以从100％涡轮增压器状态切换到100％旁通状态，而无需通过制动状态。

也可以限制旋转阀33的旋转，从而完全消除不良控制状态。也就是说，不必通过不良控制状态，而是使旋转阀33在相反方向上旋转通过所有其他状态，可以实质上消除不良控制状态。

还要注意的是，从空气动力学的角度来看，本领域技术人员将试图以相对于入口端口30b成钝角的方式设置旁通端口30c。这可能是为了减少随着废气流进入阀系统530，然后通过旁通端口30c时的空气动力损失。这样，锐角布置是违反直觉的，因为从流体动力学的角度来看，它可能会引起一些损失。然而，申请人已经发现，减少数量的“不希望的”流动状态以及由此提供的优点，比空气动力损失的问题更为重要，因为在锐角布置中提供了对排气的更好的总体控制。当结合下面的图17描述“钝角布置”的流动方式和操作顺序时，这将变得更加清楚。

本质上，如上所述，锐角θ允许获得所有有用的流动状态，而不必通过尽可能多的(或任何)不希望的流动状态。

图17显示了钝角阀布置和相关的流动状态。将理解的是，在本节中以及在整个本文件中，阀布置可另外称为阀系统。换句话说，入口端口30b与旁通端口30c之间的角度θ大于90度。

在图17的中央示出钝角阀布置531。入口端口30b和旁通端口30c之间的角度θ大于90度。当阀布置的旋转阀33绕轴线37旋转360°时，由中央阀布置围绕的是操作模式，以及由所述操作模式引起的相应的流动状态。

值得注意的是，与图16所示的布置不同，在图17的布置中，当您沿顺时针方向围绕周围的流动状态移动时，旋转阀33(或阀构件)也沿顺时针方向旋转。

在锐角阀布置和钝角阀布置之间共享许多工作状态，即图16和图17中所示的操作顺序。也就是说，某些工作状态对两个阀系统530、531都是共通的。然而值得注意的是，由于旁通端口30c相对于入口端口30b的锐角或钝角，这些状态的顺序是不同的。

废气门、100％涡轮增压器、背压仅涡轮机、制动、不良控制、100％旁通和强制旁通状态与图16中的锐角布置大致相同。因此，将不对这些进行详细描述。此外，锐角阀布置和钝角阀布置经由100％涡轮增压器状态、在废气门和背压仅涡轮机状态之间移动的方式也是相等的(尽管在图16和图17中旋转阀33的移动方向相反)。

钝角阀布置的不同操作模式是在背压仅涡轮增压器和100％旁通模式之间显示的第二制动状态。在该制动状态下，出口端口30a和旁通端口30c均被阻塞。这样，入口端口30b保持打开，但是没有端口打开以供废气流出阀系统531。这产生了背压，并且如先前结合图16所描述的制动状态一样，增加了发动机的泵送功，从而导致发动机的制动。

当旋转阀33从上述第二制动模式沿逆时针方向旋转时，开始100％旁通状态。第二制动模式和100％旁通模式之间的过渡用国际禁止标志指示，以显示这是不希望的过渡。钝角布置的问题在于，当在背压仅涡轮增压器和100％旁通模式之间移动时，必须通过制动状态(即第二制动状态)。也就是说，当在背压仅涡轮机和100％旁通模式之间移动时，可能并不总是希望通过制动状态。然而，由于钝角的布置，必须通过制动状态(例如第二制动状态)。甚至沿其他方向(即顺时针方向)旋转旋转阀33也不会避免制动状态，这将在下面更详细地讨论。

另一个新状态是背压：涡轮增压器和旁通操作状态。在这种状态下，旁通端口30c和出口端口30a均打开，并且入口端口30b至少部分地被阻塞。这样，由于流动限制，在入口端口30b上产生了压降。在这种状态下，很难控制废气经由出口端口30a和旁通端口30c中的哪一个离开阀系统531。因此，这表示了不希望的流动状态，在可能的情况下应避免。

类似于图16，当旋转阀33处于最高位置时，会出现“不良控制”的状态(如图17的最右边所示)。在该位置，旁通端口30c打开，而入口端口30b和出口端口30a处于完全打开至大部分打开之间的某个位置。如结合图16所述，在这种状态下，难以控制经由入口端口30b进入的废气在何处离开阀系统53l。

不良控制流动状态与关闭入口端口30b的制动状态之间的过渡被标记为禁止，以指示这是不希望的过渡。

总之，由于多种原因，钝角布置是不希望的。这些包括存在两种不希望的操作模式：不良控制操作模式、以及背压涡轮增压器和旁通模式。该布置也是不希望的，因为必须经过至少一个制动状态，以从100％涡轮增压器状态到达100％旁通状态，其为最重要的流动状态。这可能导致在阀系统531的操作期间效率低下。简而言之，如果不首先经过不希望的流动状态，就无法从许多其他流动状态中达到钝角布置的旁通状态。

从流体动力学的角度来看，钝角布置是常规的阀布置。也就是说，本领域技术人员通常将选择钝角布置，以减少来自经由入口端口30b进入、而经由旁通端口30c离开的废气的损失。这样，图17的布置、特别是入口端口30b和旁通端口30c之间的钝角表示常规的、但如上所解释的不希望的端口布局。

图18是根据本发明的实施例的阀室533的示意图。还分别标记了入口端口30b、出口端口30a和旁通端口30c。

图18是用于选择阀室几何形状的参数模型。也就是说，图18以及下面的相关等式可用于确定端口相对于彼此的位置以及旋转阀的至少某些几何形状。

阀室533分为多个扇区。这些扇区由它们所张的角度限定，并用以下符号表示，其在下面简要介绍：

θ是与旋转阀对应的扇区；

γ是与入口端口30b和出口端口30a中的每一个对应的扇区；

δ是入口端口30b和旁通端口30c之间的扇区；

c是旁通端口30c扇区相对于入口端口30b扇区和出口端口30a扇区的比率，使得旁通扇区(即旁通端口所张的角度)由c乘以γ给出；以及

β是入口端口30b和出口端口30a之间的扇区。

现在将介绍与上述各种变量相关的许多等式。

因为阀室533是一个整圆，所以所有扇区值的所有值总和等于360°。

鉴于以上所述，由此得出以下结论：

360＝2γ+cγ+β+δ+θ (i)

换句话说，所有扇区的总和等于360°。

旋转阀还具有最小扇区大小。要求可以与入口端口30b同时阻塞旁通端口30c。这意味着可以发生制动流动状态(即入口端口30b和旁通端口30c都被阻塞)。

此要求产生以下等式：

最小旋转阀扇区＝γ+δ+cγ (ii)

同样优选的是，使旋转阀尽可能小，同时仍然能够利用所有的流动状态。将旋转阀尺寸增加到该最小值以上会导致尺寸、质量和成本损失。

因此，优选地，旋转阀扇区等于所需的最小值。或者，以等式形式：

θ＝最小旋转阀扇区＝γ+δ+cγ (iii)

将等式(iii)代入等式(i)：

360＝2γ+cγ+β+δ+γ+δ+cγ＝3γ+2cγ+β+2δ (iv)

在以上等式(iv)中存在的变量中：β是通过选择入口端口30b和出口端口30a之间的角距来确定的；以及c是入口端口30b扇区/出口端口30a扇区与旁通端口30c扇区的比率。

如果变量β和c已知，则可以使用以下等式调整γ以增加δ(基于对等式(iv)的重新布置，以将δ转为主体)：

如果要求已知的δ值来优化密封参数(即入口端口30b和旁通端口30c之间的最小距离)，则可以重新排列公式(v)以确定γ：

在已知所有变量的情况下，所需要做的只是选择一个扇区的弧长。当以弧度为单位提供扇形尺寸或角度时，弧长等于半径与扇区尺寸(或角度)的乘积。因此，使用下面的公式，可以确定阀的半径以及直径(弧长＝l，r＝半径，以及a＝扇区角(以弧度为单位))：

l＝rα (vii)

因此，阀直径等于特定扇区的弧长的两倍除以特定扇区的扇区尺寸(或角度)。一旦知道了阀的直径(以及半径)，上面的等式(vii)就将扇区的大小(或角度)与弧长相关联。

因此，参数模型和以上等式允许确定阀室和旋转阀的几何形状。

图13显示了根据本发明的第五方面的阀系统630的实施例的示意图。

在该实施例中，旋转阀34与关于图3描述的旋转阀相同。然而，阀室631被修改为使得阀室631的端壁凹入。

图13以平面图显示了阀系统630。因此，图中省略了旁通端口30c。

阀室631包括轴向凹入的端壁654a、654b。轴向凹入的端壁654a、654b相对于入口端口30b凹入。轴向凹入的端壁654a、654b在轴向上彼此偏移轴向距离O₁。入口端口30b是轴向尺寸为O₂的开口。

阀转子39的端壁42a、42b被阀室631的轴向凹入的端壁654a、654b容纳。由于减少了使用中各个端壁之间的废气泄漏，故这是有利的。

阀室631还包括心轴容纳凹槽656a、656b，其容纳旋转阀33的心轴40a、40b。

在所示的实施例中，端壁654a、654b是凹入的，使得当从垂直于通过入口端口30b的进入的废气流的方向观看时，阀转子的内壁44a、44b的拐角是不可见的。换句话说，如图13所示，轴向尺寸O₃小于O₂。然而，这是本发明的可选特征。

图14和图15显示了根据本发明的第六方面的阀系统730的实施例的两个阀转子位置的示意图。旋转阀733和阀室731均不同于先前所示和描述的实施例。但是，阀系统730的操作在某种程度上类似于图7和图8所示的实施例。

旋转阀733包括绕阀轴线37旋转的阀转子739。阀转子739包括多个轴向偏移的端壁742(在图14中仅一个可见)。密封板758设置在端壁742之间。取决于旋转阀733的旋转位置，密封板758的平坦的端面758a、758b邻接或接触设置在阀室731中的杆760a、760b，以产生密封。

阀室731包括入口端口30b、出口端口30a和旁通端口30c。然而，在所示的实施例中，阀室731还包括杆760a、760b。杆760a、760b可以是定位在阀室731中的大致圆柱形的本体。可替代地，杆760a、760b可以是一体地形成在阀室中的特征，其提供弯曲表面，密封板的平坦端面758a、758b可以接触该弯曲表面。此外，尽管所示实施例显示了两个杆760a、760b，但是这些杆中仅一个杆对于本发明是必需的。

在图14中，显示旋转阀733处于旁通端口阻塞位置，从而基本上防止了废气流过旁通端口30c。如上所述，通过平坦端面758a、758b与杆760a、760b之间的相互作用来形成密封。端面758a、758b和杆760a、760b之间的配合也为旋转阀733提供了止挡件。这是有用的，因为当旋转阀733处于旁通端口阻塞位置时，端面758a、758b和杆760a、760b有助于定位旋转阀733，以提高密封效果。

杆760a、760b的集成同样是有利的，因为结果可以放宽旋转阀733的旋转的旋转公差。也就是说，因为杆760a、760b有助于形成更有效的密封，所以旋转阀733的旋转中可以接受更大的“间隙”(play)。具体地说，可以放宽(即减小或降低精度)旋转阀733的心轴尺寸的制造公差。通常，可以放宽旋转阀733的制造公差。此外，还减小了供心轴容纳其中的衬套所需的公差。

在图14中，由箭头35a指示旋转阀733可能的旋转行进方向。

图15显示了旋转阀733处于除了图14的旁通端口阻塞位置之外的位置。在图15所示的旋转位置中，废气流能够经由旁通端口30c流动。这是因为端面758a、758b与杆760a、760b之间没有接触。因此，没有形成密封。由箭头35指示图15中的旋转阀733可能的旋转行进方向。

在所有描述的实施例中，致动器可用于旋转旋转阀。

提及阀转子的旋转可以互换地指旋转阀的旋转，其中，阀转子是旋转阀的组成部分。此外，提及阀转子阻止或允许流动可以等同地应用于旋转阀允许或阻止流动。

所描述和说明的实施例应被认为是说明性的，而非限制性的，应理解，仅显示和描述了优选实施例，并且落入权利要求所限定的本发明范围内的所有改变和修改都应当受到保护。

关于权利要求，意图是当例如“一(a)”、“一(an)”、“至少一”或“至少一部分”之类的词用作特征的前序部分(preface)时，除非在权利要求书中有相反的特别说明，否则无意将权利要求限制为仅一个这样的特征。

在适当的情况下，特别是在所附权利要求书中阐述的所述的组合中，可以单独地或彼此组合地使用本文阐述的可选和/或优选特征。在适当的情况下，本文阐述的本发明的每个方面的可选和/或优选特征也适用于本发明的任何其他方面。

Claims (10)

1.一种用于发动机布置的阀系统，所述阀系统包括：

阀室，所述阀室位于入口端口、出口端口和旁通端口的接合处，所述入口端口被配置为与来自发动机的废气流流体连通，所述出口端口被配置为与涡轮机入口流体连通，以及所述旁通端口被配置为与废气后处理装置流体连通；

旋转阀，所述旋转阀包括在所述阀室内绕阀轴线旋转的阀转子；

其中，所述阀转子能够绕所述阀轴线在第一位置和第二位置之间旋转，在所述第一位置中，所述阀转子允许气流通过所述旁通端口，在所述第二位置中，所述阀转子阻止气流通过所述旁通端口；

其中，所述旁通端口大致是梯形的，并且具有在轴向方向上的主要尺寸；

其中，所述旁通端口相对于所述入口端口定位成使得所述入口端口与所述旁通端口之间的角度为锐角；以及

其中，所述阀系统被配置成当所述阀转子从所述出口端口基本上被阻塞的位置旋转时，所述阀系统依次序表现出以下流动状态：

(i)100％旁通状态，其中，所述出口端口基本上被所述阀转子阻塞；

(ii)强制旁通状态，其中，所述旁通端口打开，并且所述出口端口至少部分地打开；

(iii)废气门状态，其中，所述出口端口打开，并且所述旁通端口至少部分地打开；

(iv)100％涡轮增压器状态，其中，所述旁通端口基本上被阻塞，并且所述入口端口和所述出口端口都打开；

(v)背压仅涡轮增压器状态，其中，所述旁通端口基本上被阻塞，并且所述入口端口至少部分地被阻塞；以及

(vi)制动状态，其中，所述入口端口基本上被阻塞。

2.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述旁通端口的长宽比在5∶1至20∶1之间。

3.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述旁通端口的横截面积小于所述入口端口的横截面积。

4.根据权利要求3所述的阀系统，其中，所述旁通端口的横截面积与所述入口端口的横截面积之比在1∶1.2至1∶20之间。

5.根据权利要求4所述的阀系统，其中，所述比在1∶1.2至1∶10之间。

6.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述入口端口和所述旁通端口之间的角度在5°至80°之间。

7.根据权利要求6所述的阀系统，其中，所述入口端口与所述旁通端口之间的角度为25°。

8.根据权利要求1所述的阀系统，

所述阀转子具有轴向偏移的端壁和相对的内壁；

其中，所述阀室包括相对于所述入口端口的轴向凹入的端壁，所述阀转子的所述轴向偏移的端壁被所述阀室的所述轴向凹入的端壁容纳，以减少使用中各个端壁之间的泄漏。

9.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述阀系统被配置成使得所述入口端口和所述出口端口中的每一个分别绕所述阀轴线所张的角度γ由以下等式给出：

其中，δ是在所述入口端口和所述旁通端口之间绕所述阀轴线所张的角度；c是所述旁通端口绕所述阀轴线所张的角度与所述入口端口和所述出口端口中的每一个绕所述阀轴线所张的角度之比，从而用c乘以Y给出所述旁通端口绕所述阀轴线所张的角度；以及β是在所述入口端口和所述旁通端口之间绕所述阀轴线所张的角度。

10.一种操作根据权利要求1所述的阀系统的方法，其中，当所述阀转子从所述出口端口基本上被阻塞的位置旋转时，所述阀系统依次序表现出以下流动状态：

(i)100％旁通状态，其中，所述出口端口基本上被所述阀转子阻塞；

(ii)强制旁通状态，其中，所述旁通端口打开，并且所述出口端口至少部分地打开；

(iii)废气门状态，其中，所述出口端口打开，并且所述旁通端口至少部分地打开；

(iv)100％涡轮增压器状态，其中，所述旁通端口基本上被阻塞，并且所述入口端口和所述出口端口都打开；

(v)背压仅涡轮增压器状态，其中，所述旁通端口基本上被阻塞，并且所述入口端口至少部分地被阻塞；以及

(vi)制动状态，其中，所述入口端口基本上被阻塞。

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