CN111492130B - 用于涡轮机的废气门 - Google Patents

Abstract

涡轮机包括：涡轮机壳体，所述涡轮机壳体限定位于涡轮机叶轮的上游的涡轮机入口、和位于涡轮机叶轮的下游的涡轮机出口；和废气门阀组件，所述废气门阀组件包括至少一个可移动阀构件，所述至少一个可移动阀构件在废气门腔内安装在可移动支撑构件上，废气门腔与涡轮机上游的涡轮机入口连通，并且废气门腔具有与涡轮机的出口连通的一个或多个腔出口。允许阀构件围绕支撑构件轻微地进行关节运动，且在各个方向上的关节运动的量受到阀构件的密封部的后表面上的限制区域上的相应限制点和支撑构件的前表面上的限制区域上相应限制点之间的碰撞的限制。

Description

用于涡轮机的废气门

技术领域

本发明涉及一种涡轮机，尤其涉及一种具有废气门的涡轮机，所述废气门包括废气门组件，所述废气门组件包括支撑构件和至少一个阀构件。涡轮机可以形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

背景技术

涡轮机器是在转子和流体之间传递能量的机器。例如，涡轮机器可以将能量从流体传递到转子，或者可以将能量从转子传递到流体。涡轮机器的两个示例是动力涡轮机和涡轮增压器，动力涡轮机利用转子的旋转能量来完成有用的工作，例如产生电力；涡轮增压器利用转子的旋转能量来压缩流体。

涡轮增压器是公知的涡轮机器，用于以高于大气压的压力(增压压力)将空气供应到内燃机的入口。传统的涡轮增压器主要包括废气驱动的涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮在涡轮机壳体内安装在可旋转轴上，所述涡轮机壳体连接在发动机出口歧管的下游。涡轮机叶轮的旋转使压缩机叶轮旋转，所述压缩机叶轮在压缩机壳体内安装在轴的另一端上。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机入口歧管。

涡轮增压器轴通常由轴颈和推力轴承支撑，所述轴颈和推力轴承包括适当的润滑系统，并位于连接在涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承壳体内。

图1示出了穿过已知的涡轮增压器的示意性横截面。涡轮增压器包括涡轮机11，所述涡轮机通过中心轴承壳体13连接到压缩机12。涡轮机11包括用于在涡轮机壳体15内旋转的涡轮机叶轮14。涡轮机叶轮14具有旋转轴线1(在图的平面内)和叶片9。类似地，压缩机12包括可以在压缩机壳体17内旋转的压缩机叶轮16(或“桨叶”)。压缩机壳体17限定压缩机腔38，所述压缩机腔主要由压缩机叶轮填充，并且压缩机叶轮16可以在所述压缩机腔38内旋转。涡轮机叶轮14和压缩机叶轮16安装在共用涡轮增压器轴18的相反端部上，其中所述共用涡轮增压器轴18延伸穿过中心轴承壳体13。涡轮增压器轴18由轴承组件以可旋转的方式被支撑在轴承壳体13中，所述轴承组件包括分别朝向轴承壳体13的涡轮机端和压缩机端被容纳的两个轴颈轴承34和35。轴承组件还包括推力轴承36。

涡轮机壳体15具有围绕涡轮机叶轮14以环形的方式定位的两个废气入口19a、19b、和轴向废气出口10。入口19a、19b在垂直于轴向方向的镜向平面内相对于彼此对称。注意，在其他已知的涡轮机壳体中，只有一个气体入口。在其他涡轮机壳体中，有两个入口，但是入口不是对称的。

压缩机壳体17具有轴向进气通道31和围绕压缩机腔38以环形方式布置的蜗壳32。蜗壳32与压缩机出口33气流连通。压缩机腔38通过径向延伸的扩散器空间39(也称为“扩散器”)连接到蜗壳32，所述扩散器空间39是壳体17的径向延伸的罩表面25与轴承壳体13的径向延伸的毂表面26之间的间隙。扩散器39关于轴18的旋转轴线1旋转对称。

在使用中，废气从附接有涡轮增压器的发动机(未示出)的排气歧管(也称为出口歧管)被提供给两个废气入口19a、19b。入口19a、19b由分隔壁20分隔，所述分隔壁20从涡轮机壳体15的径向外壁21径向向内延伸至末端22。废气经由涡轮机叶轮14a从废气入口19a、19b到达废气出口10，所述涡轮机叶轮14通过废气旋转。涡轮机叶轮14继而使压缩机叶轮16旋转，所述压缩机叶轮16从而通过压缩机入口31吸入进气并通过扩散器39、蜗壳32，然后通过出口33将增压空气输送至发动机的入口歧管。

已知为涡轮机壳体设有至少一个阀控制的旁通端口，所述旁通端口与气体入口蜗壳连通并称为废气门端口，以能够控制涡轮增压器的增压压力和/或轴速度。所述(或每一个)废气门端口是管状废气门腔的入口，而废气门腔的出口与涡轮机输出部或大气连通。提供一种废气门阀(通常为提升型阀)，所述阀包括能够在废气门腔内移动的阀构件。例如，阀构件可以被安装在臂上，所述臂可绕枢轴旋转，所述枢轴安装到废气门腔并且远离废气门阀。

废气门端口、废气门阀和废气门腔的组合称为废气门。废气门通过将阀构件推进到所述阀构件阻塞废气门端口的推进位置而被关闭，从而防止气体进入废气门腔。废气门阀通过将阀构件从废气门端口收回至收回位置而被打。这允许来自涡轮机的气体通过废气门端口进入废气门腔，然后在阀构件与壁的面向内的表面之间流动，到达废气门腔的出口。当压缩机出口中的流体的增压压力朝预定水平增加时，废气门阀被控制以打开废气门端口(旁通端口)，从而允许废气中的至少一些绕过涡轮机叶轮。

在图2中以横截面的方式示意性地示出了这种示例。气体入口40通过废气门端口42与废气门腔41连通。废气门腔41容纳安装在支撑构件60上的阀构件50。

支撑构件60可通过致动器(未示出)移动，以使阀构件50在推进位置与收回位置之间移动，在所述推进位置，所述阀构件阻塞废气门端口42，在所述收回位置，所述阀构件允许流体经过废气门端口42。支撑构件60由将支撑构件连接到致动器的连杆机构支来支撑。连杆机构包括支撑支撑构件60的第二支撑构件(未示出)。支撑构件60和第二支撑构件之间的连接可以允许支撑构件相对于第二支撑构件进行一定程度的关节运动，并因此支撑构件60可以被称为“摇板”。

阀构件50具有旋转轴线51，并且在垂直于所述轴线的截面中观察。阀构件50包括密封部52，所述密封部具有密封表面53，该密封表面能够移动以阻塞废气门端口42。阀构件50还包括销部54。通过将销部54插入穿过支撑构件60中的圆形筒状孔口61，并将比孔口61大的垫圈70从阀构件60的密封部52铆接至支撑构件60的另一侧的销部上，阀部件50被连接至支撑构件60。

常规地，废气门阀安装在支撑构件上，以使得允许相对于支撑构件进行小程度的关节运动(旋转)。这允许废气门阀的位置补偿制造公差以及涡轮机的部件的不同的热膨胀，例如由于涡轮机的部件由不同的材料或在不同的温度下形成。然而，如果废气门阀旋转得太远，则存在废气门构件的密封部的外边缘将会碰到废气门端口的边缘并可能会卡在所述边缘的风险。这将意味着废气门端口将不再能够关闭，这将导致系统故障。尽管可以通过使阀构件比废气门端口宽得多来降低卡住的风险，但这将意味着在收回位置，阀构件将显著阻碍流体通动通过废气门。

在图2的示例中，关节运动是可能的，这是因为支撑构件60中的圆形筒状孔口61大于销部54的直径，但是关节运动受到支撑构件60和垫圈70的外边缘之间的碰撞的限制。通常，通过控制垫圈70与支撑构件60之间的轴向间隙d1来控制关节运动度。

已知在单个涡轮机中设有多个废气门端口。例如，在具有两个气体入口的涡轮机壳体中，可以为每个气体入口蜗壳设置废气门端口。可以设置多个废气门阀构件，所述废气门阀构件经由支撑构件被支撑在单个臂上，以提供对各个废气门端口的可控阻塞。在欧洲专利申请EP 0401615中示出了这种类似的布置。两个废气门阀构件附接到细长支撑构件的相对端。支撑构件的中心联接至可以通过致动器移动的臂。废气门阀构件通过相应的销部连接到支撑构件，所述销部延伸穿过支撑构件中的相应孔口。

发明内容

业已发现，上述方法的局限性在于所实现的关节运动度取决于几个尺寸，例如垫圈的尺寸、垫圈在销部上的位置以及支撑构件的尺寸。由于这些尺寸中的每一个都可能根据制造公差而变化，因此累积会导致对关节运动的控制不佳。

此外，当垫圈碰撞支撑构件时，垫圈的外边缘会磨损。磨损增加了可能的关节运动度，从而增加了被卡住的风险。

本发明的目的是提供一种新颖且有用的涡轮机，其消除或减轻了现有技术中存在的缺点。

一般而言，本发明提出，通过在(i)阀构件的密封部的面向支撑构件的“后”表面上，和在(ii)支撑构件的面向阀构件的密封部的“前”表面上设置相对的相应限制区域，来控制阀构件与支撑阀构件的支撑构件之间的关节运动度。阀构件和支撑构件被布置成使得限制阀构件的关节运动的这两个限制区域之间接触。

换句话说，允许阀构件围绕支撑构件轻微地进行关节运动，且关节运动量受到阀构件的后表面上和支撑构件的前表面上的相应限制区域之间的碰撞的限制。

阀构件上的限制区域环绕阀构件的销部，所述销部用于将阀构件连接到支撑构件(即，阀构件的限制区域围绕销部；阀构件的限制区域不一定是圆形的)。阀构件可以沿多个关节运动方向中的任一个方向进行关节运动；例如，如果阀构件的销部穿过支撑构件中的具有孔口轴线的孔口，则阀构件相对于支撑构件的关节运动方向可以位于横向于孔口轴线的任何平面内。沿各个关节运动方向的关节运动量受阀构件的限制区域上的相应限制点与支撑构件的限制区域上的相应限制点之间的碰撞的限制。限制点和孔口轴线位于公共平面内，所述公共同基本上横向于关节运动方向。

两个限制区域可以是平坦的。如果是这样，则在阀构件和支撑构件的一个相对角位置中，限制区域是平行的。当阀构件相对于支撑构件进行关节运动时，在限制区域之间形成接触。

阀构件包括横向于密封部的接触废气门端口的表面的中心轴线。所述轴线通常是阀构件的销部的中心轴线。此外，所述轴线通常是旋转对称轴线，例如整个阀构件或至少阀构件的密封部的旋转对称轴线。这意味着当将阀构件附接到支撑构件时，不必注意控制阀构件的旋转位置。密封部的后表面和支撑构件被成形为使得所述密封构件和密封部各自的限制区域之间的接触处于距离阀构件的中心轴线的一距离处，所述距离小于从轴线到密封部的外边缘的距离。阀构件的销部径向向外连接到密封部。阀构件的限制区域可以基本正交于销部的中心轴线。支撑构件的限制区域可以基本上正交于支撑构件中的孔口的中心轴线，其中销部穿过所述孔口。

例如，支撑构件的前表面和阀构件的密封部的后表面中的至少一个可以设置有脊部，所述脊部环绕中心轴线并且相应地从支撑构件的前表面和/或阀构件的密封部的后表面的周边部分直立。周边部分环绕脊部。脊部的上表面相应地构成支撑构件或阀构件的限制区域。

由于最大关节运动角度仅取决于限制区域的间隔和限制区域的径向范围，因此本发明使得可以更精确地控制阀构件相对于支撑构件的最大关节运动角度。

此外，尽管仍然可能在限制区域处发生磨损，但是与上述已知的涡轮机相比，限制区域可以被布置成在更大的磨损区域上分配撞击力，从而可以减少磨损，甚至当确实发生了这种情况时，关节运动的良好控制会保持得更久。

优选地，阀构件还包括支撑表面，所述支撑表面是球体的一部分(“球形”表面)，所述球体的一部分抵靠支撑构件的相应球形支撑表面。两个支撑表面可以具有大致相同的曲率半径，从而使球体的中心重合。注意，由于加工公差，曲率半径可能不完全相同；实际上，可以选择所述曲率半径以具有略微不同的相应的曲率半径。例如，凸表面可以被选择为具有比凹表面稍小的曲率半径，例如以确保即使考虑到加工公差凸表面的曲率半径也不会超过凹表面的曲率半径。阀构件的限制区域可以位于阀构件的支撑部的径向外侧(即，与阀构件的支撑部相比，更远离销部的中心轴线)。阀构件的支撑表面优选地环绕销部。阀构件的支撑表面优选地位于阀构件的限制区域和阀构件的销部之间。阀构件的支撑表面可以是凸起的，而支撑构件的支撑表面可以是凹入的。

在一种形式中，支撑构件和阀构件的限制区域可以关于由支撑构件和阀构件限定的相应轴线而旋转对称。

可替代地，如果支撑构件支撑在分离方向上间隔开的两个阀构件，则限制区域可以形成为在包括分离方向的镜向平面中镜向对称，而不关于由支撑构件和阀构件限定的各个轴线旋转对称。因此，关节运动限制度数在分离方向上可以不同于在横向方向上。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于涡轮机的废气门组件，所述涡轮机包括：涡轮机叶轮；涡轮机壳体，所述涡轮机壳体限定位于涡轮机叶轮的上游的至少一个气体入口、和位于涡轮机叶轮的下游的涡轮机出口；以及废气门腔，所述废气门腔通过一个或多个废气门端口与至少一个气体入口连通；

废气门组件包括：

支撑构件；以及

至少一个阀构件，所述至少一个阀构件用于阻塞相应的废气门端口，所述阀构件或每个阀构件经由阀构件的销部安装在支撑构件上以围绕支撑构件进行关节运动，阀构件具有中心轴线并包括密封部，所述密封部远离所述轴线延伸到达阀构件的外边缘，密封部具有横向于轴线的密封表面，以用于当阀构件的密封表面压靠在废气门端口的缘部上时阻塞一个或多个废气门端口中的一个。

密封部的与密封表面相反的后表面包括阀构件的限制区域，所述限制区域位于阀构件的密封部的外边缘的径向内侧，阀构件的限制区域环绕阀构件的销部，并且在每个角位置处围绕销部提供相应的限制点，所述限制点被布置成通过与支撑构件的限制区域上的相应限制点的相撞来限制阀构件在相应的平面内的关节运动，构件的限制区域是支撑构件的面向阀构件的密封部的前表面的一部分。

根据本发明的第二方面，提供了一种涡轮机，所述涡轮机包括根据本发明的第一方面的废气门组件。

根据本发明的第三方面，提供了一种涡轮增压器或动力涡轮机，所述涡轮增压器或动力涡轮机包括根据本发明的第二方面的涡轮机。

如在本文中所使用的，表述“第一元件上的第一表面“面向”第二元件上的第二表面”并不意味着暗示两个表面完全平行。相反，这意味着第一元件中的第一表面上的第一点处的法线方向与第二元件上的第二表面上的第二点相交。在第一点处第一表面的法线与在第二点处第二表面的法线之间的角度可以高达大约60度或大约40度，但可以不大于20度或不大于10度。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的具体实施例，其中：

图1示出了穿过已知涡轮增压器的一部分的示意性横截面；

图2示出了穿过图1的涡轮增压器的涡轮机的废气门的示意性横截面；

图3由图3(a)和图3(b)组成，图3(a)和图3(b)分别是本发明的第一实施例的废气门组件的一部分的示意性截面图和俯视图；

图4是图3的废气门组件的阀构件的透视图；

图5是本发明的第二实施例的废气门组件的一部分的横截面图；

图6是本发明的第三实施例的废气门组件的支撑构件的透视图；

图7是图6的废气门组件的示意性横截面图；

图8是本发明的第四实施例的废气门组件的支撑构件的透视图；以及

图9示出了本发明的第五实施例的废气门组件的一部分。

具体实施方式

参照图3(a)和图3(b)以及图4，示出了作为本发明的第一实施例的废气门组件的一部分。图3(a)和图3(b)是从两个正交方向看的废气门组件部分的视图，而图4是废气门组件的阀构件的视图。与图2的元件相对应的第一实施例的元件被赋予高100的附图标记。如图1所示，废气门组件用于涡轮机中，并且位于与涡轮机出口连通的废气门腔中。废气门组件包括具有旋转对称轴线151的阀构件150。用于密封废气门端口的阀构件150虽然在图1和图2中未示出，却具有与图2所示相同的总体形式。为此，阀构件具有密封部152，密封部具有平坦的圆形密封表面153，所述密封表面153用于围绕限定废气门端口的边缘的整个圆周进行挤压。

阀构件150由支撑构件160支撑。支撑构件160被描绘为大致细长的，且支撑构件的长度方向在图3(a)和图3(b)的左右方向上。支撑构件160可以延伸超过图3(a)和图3(b)的左边缘。支撑构件160可通过致动器(未示出)移动以使阀构件150在推进位置与收回位置之间移动，其中在所述推进位置，所述阀构件阻塞废气门端口，在所述收回位置，所述阀构件允许流体经过废气门端口。支撑构件160由将支撑构件连接到致动器的连杆机构支撑。连杆机构可以包括第二支撑构件(未示出，但是通常在如图3(a)和图3(b)所示的废气门组件的部分的左侧)，所述第二支撑构件支撑支撑构件160。支撑构件160和第二支撑构件之间的连接可以允许支撑构件相对于第二支撑构件进行一定程度的关节运动。因此支撑构件160可以是摇板。

阀构件150进一步包括销部154，销部15插入穿过支撑构件160中的(典型)圆形筒状孔口161。孔口161限定中心轴线，并且图3(b)为沿该中心轴线观察。垫圈170在支撑构件160的与阀构件150的密封部152相反的一侧附接(铆接)到销部154。垫圈170与支撑构件160的间隙由d1表示。由于阀构件150具有绕轴线151的旋转对称性，因此此时不必选择和/或保持阀构件150绕轴线151的旋转位置。注意，在铆接操作期间，销部154可能会变形，使得所述销部不再具有绕所述销部的中心轴线151的旋转对称性，尽管密封部152仍然具有围绕中心轴线151的旋转对称性。

阀构件150包括凸球形(更确切地说是截头球形)支撑表面155。支撑表面155环绕销部154，并且抵靠具有大致相同的曲率半径(或者可能稍大的曲率半径)的相应的凹球形(即截头球形)支撑表面163。在图3(a)中，支撑表面155、163被示出为被分离，但是实际上所述支撑表面通常是接触的。支撑表面155、163的相对滑动运动使阀构件150相对于支撑构件160围绕支撑表面155、163的共共曲率中心进行关节运动。

密封部152的背离密封表面153的“后”表面形成有横向于轴线151的大致上平面的限制区域156。支撑表面155位于销部154和限制区域156之间，并且沿相应的圆形线接触所述销部154和限制区域156中的每一个。平坦的周边表面158环绕限制区域156并平行于所述限制区域156，其中所述周边表面158将限制区域156与阀构件150的密封部152的外边缘157径向地间隔开。限制区域156在沿轴线151的方向上从周边表面158移位高度为d2的台阶。

阀构件150的限制区域156面向支撑构件160上的对应限制区域165。如图3(a)所示，限制区域165仅是支撑构件160的平坦的前表面166的一部分，其中所述前表面166通常面向阀构件150的密封部152，并因此面向废气门端口。阀构件150和支撑构件160在图3(a)中示出被处于其中限制区域156、165平行于所述限制区域156、165之间的间隙100的构造中。在这种情况下，阀构件150和支撑构件160以由d3表示的距离间隔开。注意，阀构件的限制区域156上的每个点都与支撑构件的限制区域165上的对应点以距离d3间隔开。即，支撑构件的限制区域165在阀构件的整个限制区域156上延伸。

选择距离d1、d2和d3，以使得对关节运动范围的限制是限制区域156、165之间的碰撞。即，d3和d1相对于d2足够大，使得当由于支撑表面155、163之间的滑动而使轴线151相对于支撑构件160从图3(a)所示的位置旋转时，限制区域156、165在垫圈170或表面158与支撑构件160碰撞之前发生碰撞。很容易确保d3和d1这么大，并且确实如此，唯一需要控制以精确控制最大关节运动角度的尺寸是d2。通过对阀构件150和支撑构件160进行精确地铸造/加工，可以高精度地控制d2。限制区域156、165上碰撞的各个点被称为“限制点”，并且取决于关节运动的方向(即，轴线151围绕其旋转的轴线的方向)。具体地，各个碰撞点位于限制区域156、165的外周边处，并且位于包括轴线151并横向于旋转方向(即，横向于轴线151围绕其旋转的轴线)的平面中。

具体地，关节运动允许阀构件150的中心轴线151在任何关节运动方向上相对于孔口161的中心轴线旋转，直至达到关节运动极限角度。关节运动极限角度可以在2度至15度的范围内，或更优选地在3度至10度的范围内。当阀构件51以极限角度进行关节运动时，间隙100在限制区域156、165中的每一个的对应极限点处闭合(即，相应极限点碰撞)。

如图3(b)所示，周边表面158在远离轴线151的某些方向(即，在朝向图3(b)的顶部和底部的方向)上延伸超过支撑构件160。然而，如上所述，支撑构件160的限制区域165在阀构件150的整个限制区域156上延伸，因此对关节运动的限制度数是在围绕轴线151的所有方向上都是圆形对称的，即，对于阀构件150的轴线151可以围绕支撑表面155、163的共同曲率中心远离孔口161的中心轴线枢转的所有方向来说，对关节运动的限制度数都是相同的。因此，限制区域156和周边表面158的轴向位置的偏移意味着可以提供圆形对称的关节运动的限制度数，且无需确保支撑构件160在所有方向上围绕轴线151延伸到密封部152的距离轴线151最远的点。

限制区域165、156之间的冲击力可以散布在所述限制区域碰撞附近的这些表面的一部分上，与上述已知的废气门组件相比，这减小了对限制区域的磨损。这又意味着随着时间的流逝，对关节运动度的控制仍然很高。注意，在实施例的变形例中，表面156、165可以被形成为非平面的(例如，两个表面都可以是截头圆锥形，即，各个锥体的一部分；锥体可以在球形表面155、163的曲率中心处具有共同的顶点)，以更广泛地分散冲击力。

转到图5，以横截面示出了作为第二实施例的废气门组件。废气门组件位于废气门腔中，所述废气门腔经由两个废气门端口(未示出)与至少一个气体入口连通(例如，与两个废气门端口连通，其中所述两个废气门端口与两个相应的气体入口连通)。在这种情况下，废气门组件包括两个废气门阀250，所述废气门阀250中的每一个都与图4所示的废气门阀150相同，并且包括旋转对称轴线251。废气门阀250中的每一个都包括限定密封表面253的密封部252、以及沿着相应的轴线251延伸的销部254。阀构件250的密封表面253用于压靠在相应的废气门端口上。

阀构件250中的每一个都由支撑构件260支撑，所述支撑构件260具有镜向对称平面，所述镜向对称平面横向于图5的平面，并沿着线267与图5的平面相交。支撑构件限定两个圆形孔口261，并且阀构件中的每一个的相应的销部254插入穿过孔口261中的相应一个孔口，并连接(例如，通过铆接)至相应的垫圈270。

阀构件250中的每一个上的限制区域256面向支撑构件260的相应的平坦限制区域265并由所述限制区域265覆盖。阀构件250在相应的限制区域256和相应的销部254之间包括凸球形表面255。所述凸球形表面255是与支撑构件260的相应凹球形表面263以大致相同的曲率半径(或者可能稍微更大的曲率半径)滑动接触的支撑表面，从而当支撑表面255、263抵靠彼此滑动时允许以与第一实施例中相同的方式进行关节运动。

可允许的关节运动度受到限制区域256、265之间的碰撞的限制。由于阀构件250的旋转对称的限制区域256被支撑构件260的限制区域265所覆盖，所以最大关节运动角度是旋转对称的，即，对于阀构件251的轴线250可以绕支撑表面255、263的曲率中心远离孔口261的中心轴线枢转的方向来说，所述最大铰接角度是相同的。

支撑构件260本身通过与第二支撑构件280的连接而被支撑。支撑构件260包括销部268，所述销部268插入到由第二支撑构件280限定的孔口281，并且垫圈290附接(铆接)到销部268以相对于第二支撑构件280将销部268保持在此位置。支撑构件260和第二支撑构件280之间的界面由支撑构件260的凸球形表面291提供，所述凸球形表面抵靠支撑构件280的凹球形表面292。球形表面291、292可以具有大致相同的曲率半径(例如，球形表面292可以具有比球形表面291稍大的曲率半径)。孔口281充分大于销部268的圆周，使得支撑构件260能够通过使球形表面291在球形表面292上滑动而围绕支撑构件280进行关节运动。第二支撑构件280可通过致动器(未示出)移动，以推进密封表面253压靠相应的废气门端口，或从相应的废气门端口撤回密封表面253以允许流体流动通过所述过废气门端口而进入到废气门腔中。

转到图6，示出了支撑构件360，所述支撑构件可以用在废气门组件中，所述废气门组件是本发明的第三实施例，并且在图7中以示意性横截面被示出。给予图6和7中的具有与图3的各个元件相对应含义的元件高200的附图标记。

支撑构件360是细长的，并且在图6中示出了一个端部，所述端部限定用于容纳阀构件350的销部354的圆形筒状孔口361。所述孔口361具有中心轴线369。垫圈370则被附接(铆接)到销部354。注意，支撑构件360的另一个端部(在图6或图7中未示出)可以限定另一个圆形孔口，所述另一个圆形孔口用于容纳另一阀构件的销部，使得支撑构件360承载两个阀构件，以用于以与图5的支撑构件260相同的方式来压靠两个相应的废气门端口。

如在第一实施例和第二实施例中一样，阀构件350具有密封部352，所述密封部从旋转对称轴线351延伸到外边缘357。支撑构件360和阀构件350可以通过支撑构件360的凹球形支撑表面363和阀构件350的凸球形支撑表面355之间的滑动而相对地进行关节运动。支撑表面355、363具有大致相同的曲率半径，使得支撑构件和阀构件装配在一起，且支撑表面355、363以位于轴线351和孔口351的中心轴线369上的点为中心。

与支撑构件160、260不同，支撑构件360在缘部上形成有平坦的限制区域365，所述缘部从支撑构件360的平坦表面366以高度d4直立并由所述平坦表面366环绕。所述缘部关于轴线369旋转对称。支撑构件360可以通过精细冲裁或通过铸造，特别是通过熔模铸造而形成。

支撑构件360的限制区域365面向阀构件350的限制区域356并且被所述限制区域356完全覆盖，所述限制区域356只是阀构件350的密封部352的平坦后表面358的位于与密封表面353相反的一侧的一部分。当轴线351、369重合并且表面355、363彼此紧靠(为清晰起见，如图7所示非被稍微分开)时，限制区域356、365共面，并且间隔开距离d2。垫圈370与支撑构件360间隔开距离d1。选择距离d1、d2和d4，以使得关节运动受到限制区域356、365之间的碰撞的限制。因此，关节运动的范围仅由相对容易精确控制的距离d2确定。支撑构件360的限制区域365被限制区域356完全覆盖，以使得关节运动的限制度数关于轴线351是圆形对称的。

相比之下，图8示出了用于作为本发明的第四实施例的废气门组件的支撑构件460。支撑构件460和支撑构件360之间的唯一区别在于，支撑构件460的从平坦表面466竖立的限制区域465关于由支撑构件460限定的孔口461的轴线469是非圆形对称的。替代地，限制区域465在圆形筒状内表面4690和椭圆形筒状外表面4691之间延伸。椭圆的长轴线在支撑构件的长度方向上。注意，对于给定的d2值，外边缘4691的位置限定关节运动的限制度数。这意味着关节运动的限制度数在平行于细长支撑构件的长度方向的方向上不同于在细长支撑构件的宽度方向(即，同时横向于轴线469和细长支撑构件的长度方向的方向)上的关节运动的限制度数。如果支撑构件正在支撑两个阀构件，则不对称性可能是有用的，其中所述两个阀构件由细长支撑构件的长度方向间隔开，并且用于覆盖两个相应的废气门端口，所述废气门端口被一方向间隔开，当所述废气门端口被相应的阀构件阻塞时，所述方向平行于支撑构件460的长度方向。

在本发明的范围内，可以存在本实施例的几种变形例。首先，在一种变形例中，椭圆的短轴线(而不是长轴线)可以平行于支撑构件的长度方向。

替代地或附加地，在诸如图3的布置的布置中(其中，阀构件150的限制区域156是阀构件150的在平行于轴线151的方向上与阀构件的周边表面158间隔开的表面)，限制区域可以被布置成关于阀构件的销部的中心轴线的缺乏圆形对称。即，阀构件的限制区域可以是阀构件的非圆形表面，所述非圆形表面与阀构件的后表面的其余部分间隔开，例如平行于阀构件的销部的轴线。例如，阀构件的限制区域可以具有椭圆形的外圆周，例如，所述椭圆的长轴线垂直于或平行于支撑阀构件的支撑构件的长度方向。

图9示出了作为本发明的第五实施例的废气门组件的一部分。其中与图5的元件相对应的元件赋予高300的附图标记。本实施例与图5的实施例的不同之处在于，支撑构件560不是一件式单元，而是由第一支撑构件元件5601和第二支撑构件元件5602组成，所述第一支撑构件元件5601通过连杆机构附接到致动器，所述第二支撑构件元件5602由第一支撑构件元件5601支撑，但是所述第二支撑构件元件5602能够在由第一支撑构件元件5601限定的腔体内移动。图5示出了支撑构件元件5601、5602的各自的长度方向平行以使得整个支撑构件560具有镜向对称的平面567的构造。

两个阀构件550通过阀构件550的相应销部554从支撑构件560支撑，所述销部554穿过支撑构件元件中的相应孔口561，然后通过铆接而连接至相应的垫圈570，所述垫圈将销部554的远端保持在支撑构件560的与阀构件550的密封部552相反的一侧。阀构件550中的每一个都包括中心轴线551，所述中心轴线可以是阀构件550的旋转对称轴线。孔口561是圆形筒状，从而限定各自的轴线。如图9所示，孔口561的轴线与相应阀构件550的轴线551重合。

在这种情况下，支撑构件560的每个支撑表面563在支撑构件元件5602的前表面上形成为凸球形表面。阀构件550的支撑表面555形成为具有与支撑构件560的支撑表面563大致相同的曲率半径的凹球形表面。由于支撑表面555、563之间的滑动运动，阀构件550可以相对于支撑构件元件5602进行关节运动。在所有关节运动位置中，支撑表面555、563的旋转中心是阀构件550的轴线551与孔口561的中心轴线相交的点。

阀构件550相对于支撑构件元件5602的关节运动由阀构件550上的相应的圆形限制区域556和支撑构件元件5602上的相应的限制区域565来限制。在相应的限制区域556、565之间存在间隙500。具体地，关节运动允许每个阀构件550的中心轴线551在任何关节运动方向上旋转直至达到与相应的孔口561的中心轴线的最大关节运动角度。最大关节运动角度可以在2度至15度的范围内，或更优选地在3度至10度的范围内。当阀构件已经以最大关节运动角度进行关节运动时，相应的限制区域556、565之间的间隙500在限制区域556、565中的每一个上的对应的限制点处闭合(即，各个限制点发生碰撞)。

应当理解的是，在不背离所附权利要求书中所限定的本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。例如，在上述实施例中，仅阀构件的限制区域和支撑构件的限制区域之一相应地与阀构件或支撑构件的周边表面轴向地间隔开。然而，在一种变形例中，两个限制区域均可以分别与支撑构件和阀构件的环绕所述限制区域的周边部分轴向地间隔开。例如，如图4所示的阀构件可以与如图6或图8所示的支撑构件结合使用。

尽管先前的描述与根据本发明的形成涡轮增压器的一部分的涡轮机的实施例有关，但是应当理解的是，根据本发明的涡轮机可以形成任何适当的涡轮机器的一部分。例如，根据本发明的涡轮机可以形成不包括压缩机的涡轮机器的一部分。特别地，根据本发明的涡轮机可以形成动力涡轮机的一部分，例如将涡轮机叶轮的旋转转换成电能的动力涡轮机。

尽管上述实施例涉及与气体结合操作的涡轮机，但是应当理解的是，根据本发明的涡轮机可以与任何适当的流体(例如，液体)结合操作。

Claims (11)

1.一种用于涡轮机的废气门组件，所述涡轮机包括：涡轮机叶轮；涡轮机壳体，所述涡轮机壳体限定位于所述涡轮机叶轮上游的至少一个气体入口、和位于所述涡轮机叶轮下游的涡轮机出口；和废气门腔，所述废气门腔经由一个或多个废气门端口与所述至少一个气体入口连通；

所述废气门组件包括：

支撑构件；和

至少一个阀构件，所述至少一个阀构件用于阻塞相应的废气门端口，所述阀构件或每个阀构件经由所述阀构件的销部安装在所述支撑构件上以围绕所述支撑构件进行关节运动，所述至少一个阀构件具有中心轴线并包括密封部，所述密封部远离所述中心轴线延伸到所述阀构件的外边缘，所述密封部具有横向于所述中心轴线的密封表面，所述密封表面用于在所述阀构件的所述密封表面压靠在所述废气门端口的缘部上时阻塞所述一个或多个废气门端口中的一个；

所述密封部的与所述密封表面相反的后表面包括所述阀构件的限制区域，所述阀构件的所述限制区域位于所述阀构件的密封部的外边缘的径向内侧，所述阀构件的所述限制区域环绕所述阀构件的所述销部，并且在围绕所述销部的每个角位置处提供相应的限制点，所述限制点被布置成通过与所述支撑构件的限制区域上的对应的相应限制点相碰撞来限制所述阀构件在相应的平面中的关节运动，所述阀构件或每个阀构件的所述限制区域关于所述中心轴线旋转对称，并且所述支撑构件的所述限制区域是所述支撑构件的面向所述阀构件的密封部的前表面的一部分；

所述至少一个阀构件还包括位于所述销部和所述阀构件的所述限制区域之间的支撑表面，所述支撑表面抵靠所述支撑构件的对应支撑表面，所述支撑表面和所述对应支撑表面是相应球体的部分。

2.根据权利要求1所述的废气门组件，其中，所述阀构件或每个阀构件的所述限制区域是大致平坦的。

3.根据权利要求1所述的废气门组件，其中，所述阀构件或每个阀构件包括销部，所述销部插入到所述支撑构件的对应孔口中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的废气门组件，其中，所述阀构件或每个阀构件的所述支撑表面是凸起的，而所述支撑构件的对应的支撑表面是凹入的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的废气门组件，其中，所述阀构件或每个阀构件的所述限制区域在朝向所述支撑构件的方向上与所述阀构件的所述后表面的周边部分轴向地间隔开，所述阀构件的所述后表面的所述周边部分环绕所述阀构件的所述后表面的所述限制区域。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的废气门组件，其中，所述支撑构件的所述限制区域从所述支撑构件的所述前表面的周边部分直立，所述支撑构件的所述前表面的所述周边部分环绕所述支撑构件的所述限制区域并面向所述阀构件的所述密封部。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的废气门组件，其中，所述支撑构件的所述限制区域关于第二轴线旋转对称，由此对从所述中心轴线和所述第二轴线重合的位置的所述关节运动的限制度数关于所述中心轴线和所述第二轴线旋转对称。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的废气门组件，其中，具有两个阀构件，所述两个阀构件在所述支撑构件上沿分离方向间隔开，所述阀构件用于阻塞相应的所述废气门端口。

9.根据权利要求8所述的废气门组件，其中，所述阀构件或每个阀构件的所述支撑构件的所述限制区域关于每个阀构件的相应的第二轴线旋转对称，由此对每个阀构件从所述中心轴线和所述相应的第二轴线重合的位置的所述关节运动的限制度数关于所述中心轴线和所述相应的第二轴线旋转对称。

10.一种涡轮机，包括：

涡轮机叶轮；

涡轮机壳体，所述涡轮机壳体限定位于所述涡轮机叶轮上游的至少一个气体入口、和位于所述涡轮机叶轮下游的涡轮机出口；

废气门腔，所述废气门腔经由一个或多个废气门端口与所述至少一个气体入口连通；

根据前述任一项权利要求所述的废气门组件；和

致动器，所述致动器能够操作以使所述废气门组件在推进位置和收回位置之间移动，在所述推进位置，所述废气门组件堵塞所述一个或多个废气门端口，在所述收回位置，所述废气门组件允许流体流动通过所述废气门端口。

11.一种涡轮增压器或动力涡轮机，包括根据权利要求10所述的涡轮机。

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