CN113167169A - 涡轮 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮，包括：涡轮壳体，连接涡轮入口和涡轮出口的排气旁通阀通道，以及包括可移动阀门构件的排气旁通阀阀门。排气旁通阀阀门具有打开状态和闭合状态，在打开状态，第一气体可经由排气旁通阀通道在涡轮入口涡轮出口之间通过，在闭合状态，阀门构件大体上防止第一气体在涡轮入口和涡轮出口之间通过。阀门构件安装在致动构件上。致动构件通过涡轮壳体的孔。致动构件可移动以在打开状态和闭合状态之间移动排气旁通阀阀门。涡轮包括流体导管，其被配置为将第二气体输送到孔，以便在孔和致动构件之间形成流体密封，以便大体上防止第一气体沿着孔通过。

Description

涡轮
技术领域
本发明涉及一种涡轮，并且特别地涉及一种包括具有流体密封布置的排气旁通阀的涡轮。本发明可形成涡轮增压器或动力涡轮的一部分。本发明还涉及一种防止来自涡轮的泄漏的方法和一种测试在涡轮内的泄漏的方法。
背景技术
涡轮机是在转子和流体之间传递能量的机器。例如，涡轮机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。涡轮机的两个示例是：动力涡轮，其使用转子的旋转动能来进行有用的工作(例如产生电力)；以及涡轮增压器，其使用转子的旋转动能来压缩流体。
涡轮增压器是众所周知的用于在高于大气压(升压)的压力下向内燃机的入口供应空气的装置。传统的涡轮增压器主要包括废气驱动的涡轮叶轮，其安装在连接在发动机出气歧管下游的涡轮壳体内的可旋转轴上。涡轮叶轮的旋转使安装在压缩机壳体内的轴的另一端上的压缩机轮旋转。压缩机轮将压缩空气输送到发动机进气歧管。涡轮增压器轴通常由包括适当的润滑系统的轴颈和推力轴承支撑，轴颈和推力轴承位于连接在涡轮和压缩机轮壳体之间的中心轴承壳体内。
常规涡轮增压器的涡轮包括：涡轮腔室，涡轮叶轮安装在涡轮腔室内；限定在布置在涡轮腔室周围的面向径向壁之间的环形入口；布置在环形入口周围的入口蜗壳；以及从涡轮腔室延伸的出口通道。通道和腔室之间的流通使得进入入口蜗壳的加压废气通过涡轮通过入口流向出口通道，并旋转涡轮叶轮。通过在入口中提供叶片(被称为喷嘴叶片)来改善涡轮性能，从而使流过入口的气体偏转也是已知的。也就是说，流过环形入口的气体流过入口通道(其限定在相邻叶片之间)，这在气流中产生漩涡，从而使流动方向转向涡轮叶轮的旋转方向。
为涡轮增压器涡轮提供被称为排气旁通阀的阀门控旁路接口，以允许控制涡轮增压器的升压和/或轴速是已知的。当压缩机出口中流体的升压朝向预定水平增加时，排气旁通阀阀门(通常是瓣型(flap type)阀门)被控制以打开排气旁通阀接口(旁路接口)，从而允许废气中的至少一些绕过涡轮叶轮。通常，排气旁通阀接口通向排气旁通阀通道，该通道将旁路气体流分流到涡轮出口，从而绕过涡轮叶轮。然后，废气通过后处理系统，以除去有害环境的排放，例如NOx。例如，这种后处理系统可包括颗粒过滤器和催化转换器。
可通过各种手段(包括电致动器)致动排气旁通阀阀门，但更为典型的是通过压缩机轮传递的升压操作的气动致动器致动排气旁通阀阀门。排气旁通阀阀门致动器通常通过连杆连接到排气旁通阀阀门，其中连杆的一部分通过涡轮壳体的孔。在连杆通过孔的情况下，来自涡轮出口的流体可能会泄漏到在连杆与孔之间的间隙中，然后泄漏到大气中。
涡轮可以形成内燃机系统的一部分。为了确保新制造出的发动机满足最低性能要求，这些发动机通常在运往客户之前进行合格测试。合格测试的一部分是泄漏测试，其中发动机被加压并且通过流量计测量发动机的泄漏率。已知通过排气旁通阀布置的泄漏是发动机的整体泄漏率的因素之一。为了防止通过排气旁通阀布置的泄漏，为涡轮提供具有机械接触密封的排气旁通阀布置是已知的。然而，这种机械接触密封在使用期间容易产生磨损，并且因此往往随着时间而劣化并需要更换。
涡轮可能会因存在通过排气旁通阀布置的泄漏路径(例如通过在致动连杆与孔之间的间隙)而无法通过合格测试的泄漏部分。然而，通过排气旁通阀布置的泄漏路径的存在通常并非会使涡轮的性能无法接受的重大故障。无法通过合格测试的泄漏部分的涡轮可被召回，使得可以在重新测试之前检查和/或再制造它们。可以理解的是，对因通过排气旁通阀布置的泄漏路径(其通常为非重大故障)而无法通过合格测试的泄漏部分的涡轮的检查、再制造和/或重新测试会在时间、人力及金钱上造成浪费。这是因为具有通过排气旁通阀布置的泄漏路径的涡轮的性能通常仍会表现出可接受的性能。
在一些情况下，所提供的密封在新制造的涡轮的测试期间不会退化，但被故意设计成在正常操作状况下(例如，当涡轮连接到发动机并操作时)退化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免或缓解上述缺点或现有技术中存有的缺点的涡轮。
根据本发明的第一方面，提供了一种涡轮，其包括：
涡轮壳体，其限定涡轮叶轮上游的涡轮入口和涡轮叶轮下游的涡轮出口；
排气旁通阀通道，其连接涡轮入口和涡轮出口；
排气旁通阀阀门，其包括可移动阀门构件；
排气旁通阀阀门具有打开状态和闭合状态，在打开状态，第一气体可经由排气旁通阀通道在涡轮入口和涡轮出口之间通过，在闭合状态，阀门构件大体上防止第一气体经由排气旁通阀通道在涡轮入口和涡轮出口之间通过；
其中，阀门构件安装在致动构件上，致动构件通过涡轮壳体的孔，并且致动构件可移动，以在打开状态和闭合状态之间移动排气旁通阀阀门；并且
其中，涡轮包括流体导管，其被配置为将第二气体输送到孔，以便在孔和致动构件之间形成流体密封，以便大体上防止第一气体沿着孔通过。
可以理解的是，术语“流体密封”是指由流体的存在形成的屏障。流体密封可用作大体上限制或阻碍第一气体沿着孔通过。具体地，流体密封可用作大体上防止、限制或阻碍第一气体从涡轮内部沿着孔通往涡轮外部。因为形成密封的流体的能量密度(即，第二气体的压力)大到足以抵消周围环境中流体的能量密度(即，第一气体的压力)，因此这种流体密封是有效的。具体地，流体密封的能量密度可能大于或等于周围环境中流体的能量密度。因此，周围环境中的流体没有储存足够的能量以用于克服流体密封，并且因此大体上防止和/或限制了流体密封的相对侧上的环境之间的流体流动。可向第二气体供能以增加其能量密度。在这种情况下，可以理解的是，“被供能”的气体具有的能量密度大于或等于其周围环境的能量密度。可以理解的是，第一气体可能是内燃机排放的废气。
可以观察流体的能量密度的方法中的一种是其压力。这样，形成流体密封的流体可以被加压，使得其具有与周围环境相同或更高的压力。周围环境的压力将不足以克服形成流体密封的流体的压力，并且因此大体上防止了流体密封的相对侧上的环境之间的流体流动。可以观察流体的能量密度的另一种方法是其速度，并且这种速度可以用伯努利原理用其等效压力(即，“速度头”)来表示。形成流体密封的流体可以具有等于或大于周围环境的压力的速度头(即，“压力头”)，从而防止流体在流体密封的相对侧上的环境之间流动。可以理解的是，可以使用伯努利原理来将流体的能量的不同组成部分表示为等效的压力头。这样，一般来说，流体密封工作所需的所有条件是，形成流体密封的流体的总水头大于或等于周围环境中流体的总水头。
可以理解的是，流体密封可能并不是一个完美的密封，并且少量的第一气体可能被允许沿着孔行进而不影响密封的性能。例如，在使用期间，如果第一气体中的任何一些能够沿着孔从涡轮的内部行进到涡轮的外部，则相对于由于液体密封的存在而被防止这样做的第一气体量，能够这样做的第一气体量相对较小。
可以理解的是，在替代实施例中，第一和/或第二气体可以是任何类型的流体，例如，液体或液气混合物。
可以理解的是，使用机械屏障而不是流体屏障的密封并不被考虑为在术语“流体密封”的含义内。也就是说，密封屏障是因流体本身的存在而产生，而非仅仅因任何附加的密封元件的存在而产生。因此，流体密封是不包括0形环、活塞环或其他固体屏障等元件的密封。可以理解的是，在一些实施例中，涡轮可以包括用作补充由流体密封提供的密封的诸如上述密封元件的附加密封元件。
可以理解的是，在合格测试期间，流体密封的存在用作防止通过孔从涡轮的内部到涡轮的外部的任何泄漏。然而，如上所述，在使用期间，通过孔从涡轮的内部的泄漏通常不会被认为是一个会导致涡轮性能不可接受的重大故障。这样，只要至少在合格测试期间提供流体密封，便可防止可以接受的涡轮因未通过合格测试的泄漏部分而被淘汰。此外，与诸如临时或可降解密封布置相比，流体密封所提供的优点在于减少了在合格测试期间提供充分的密封所需的部件数量。取而代之的是，涡轮的流体导管可以简单地连接到通电的空气供应，例如用于进行合格测试的同一个压缩空气供应。因此，提供这种流体密封可以在涡轮的制造、组装和测试期间节省时间和金钱。
尽管如此，在某些应用中，可以在涡轮的整个寿命内提供流体密封，而不仅仅是在合格测试的持续时间内提供流体密封。可以理解的是，这种涡轮能够提供适当的密封，而无需提供容易磨损和需要定期更换的机械部件。
在涡轮安装在车辆内的情况下，可以理解的是，包含在涡轮的内部内的流体可能是内燃机的废气。在这样的实施例中，涡轮的出口可被配置为引导发动机废气通过车辆的废气后处理系统，以除去废气中的有害物质。这样，本发明的涡轮防止了来自发动机的废气在废气由后处理系统处理之前逃逸到大气中。
可以理解的是，涡轮的内部是携带通过涡轮叶轮或排气旁通阀通道的流体的涡轮的任何部分。也就是说，涡轮的内部不包括孔内的流体或流体导管。然而，可以理解的是，即使不将孔和流体导管认为是涡轮的内部的一部分，涡轮壳体可以至少部分地限定孔和流体导管。
通过流体导管输送到孔的流体可以形成流体屏障，其防止流体通过孔从涡轮的内部移动到涡轮的外部。可以理解的是，术语“流体屏障”旨在指通过流体导管输送到孔的流体的存在大体上阻碍或防止了流体从涡轮的内部移动到涡轮的外部。也就是说，可能存在两种单独的流体流：(i)通过涡轮叶轮和/或涡轮的内部内的排气旁通阀通道的第一流体流，以及(ii)通过流体导管输送到孔的第二流体流。流体屏障可由孔内的第二流体流的存在而形成，其用作防止第一流体流从涡轮的内部移动到涡轮的外部(即，大气)。可以理解的是，第一流体流和第二流体流可以来自相同或单独的流体源。
致动构件和孔可以限定在其间的间隙，其大体上不存在机械密封元件。可以理解的是，术语“机械密封元件”旨在指用作排除流体通过间隙的固体部件。如上所述，这种机械密封元件可以包括O形环、活塞环等。
第二气体的压力(即，通过流体导管输送到孔的流体)可以大于或等于如第一气体所限定的涡轮的内部的操作压力。可以理解的是，涡轮的操作压力是在使用期间涡轮的特定部分内流体的压力。例如，涡轮的操作压力可以是涡轮内部中的涡轮叶轮上游的流体压力(诸如涡轮的入口内的压力)，或者涡轮叶轮下游的流体压力(诸如涡轮的出口内的压力)。具体而言，通过流体导管输送到孔的流体的压力可以基于涡轮内部的与孔流体流动连通(fluid flow communication)的一部分内的操作压力来确定。例如，在孔与涡轮入口流体流动连通的情况下，通过流体导管输送到孔的流体的压力可能大于或等于涡轮入口内流体的压力。同样，在孔与涡轮出口流体流动连通的情况下，通过流体导管输送到孔的流体的压力可能大于或等于涡轮出口内流体的压力。
可以理解的是，通过对经由流体导管输送到孔的流体施加压力以使其大于或等于涡轮的操作压力，涡轮内的压力永远不会大于孔内的压力。因此，涡轮内的流体将不具有足够的势能来驱动流体通过孔。因此，避免了流体从涡轮内部泄漏到涡轮外部。
该孔可在涡轮叶轮下游位置处与第一气体流体流动连通。也就是说，该孔可与涡轮内部的涡轮叶轮下游的一部分流体流动连通。例如，孔可以在涡轮壳体的涡轮叶轮下游的一部分内形成。这样，孔可以与涡轮的出口流体流动连通。或者，孔可以与涡轮的涡轮叶轮上游的一部分流体流动连通，使得孔与涡轮的入口流体流动连通。
孔可以在涡轮壳体的内部和涡轮壳体的外部之间延伸。致动构件可以在涡轮壳体的内部和涡轮壳体的外部之间延伸。
流体导管可以至少部分地由涡轮壳体限定。例如，流体导管可以是从孔延伸到涡轮外部的通孔。流体导管可以由涡轮壳体单独限定，或可以由涡轮壳体与未集成到涡轮壳体的涡轮的其它部件(诸如衬套等)相结合而限定。
排气旁通阀布置可以进一步包括至少部分地限定流体导管的衬套。也就是说，流体导管可以至少部分地由衬套限定并且至少部分地由涡轮壳体限定。例如，流体导管可以由衬套中形成的第一通孔和涡轮壳体中形成的第二通孔来限定。第一通孔和第二通孔可以相互对准，以使得流体导管延伸通过涡轮壳体和衬套。
衬套可以包括周向延伸凹槽。例如，周向延伸凹槽可以与流体导管对准。可以理解的是，周向延伸凹槽可以被配置为允许流体导管的不同部分之间(例如，第一通孔和第二通孔之间)的流体流动连通。因此，周向延伸凹槽允许第一通孔和第二通孔之间的一些旋转错位。
孔至少可以部分地由涡轮壳体限定。例如，孔可能是在涡轮壳体的一侧形成的通孔。孔可以由涡轮壳体单独限定，或者可以由涡轮壳体与未集成到涡轮壳体的涡轮的其它部件(诸如衬套等)相结合。
致动构件可以是可旋转轴。可以理解的是，当轴旋转时，阀门构件绕该轴旋转。致动构件和阀门构件可绕孔的纵向轴线枢转。涡轮可以进一步包括致动装置，其被配置为在打开状态和闭合状态之间推动阀门构件。例如，致动装置可以连接到致动构件，并且可以被配置为使阀门构件在打开状态和闭合状态之间绕轴枢转。在闭合状态下，致动装置可使阀门构件推动排气旁通阀阀座，以大体防止流体通过排气旁通阀通道排出。例如，致动构件可以是气动或电动致动器等。
流体导管可被配置为接收已被压缩机压缩的流体。可以理解的是，压缩机可能位于涡轮的外部。例如，压缩机可以是用于涡轮的泄漏测试系统的组成部分，并且流体导管可以连接到压缩机。
涡轮可被配置为形成涡轮增压器的一部分。在这种实施例中，流体导管可被配置为接收已被涡轮增压器的压缩机压缩的流体。也就是说，流体导管可以被配置为将由涡轮增压器的压缩机所加压的空气输送到孔，并且涡轮可以接收内燃机的废气。可以理解的是，在正常的涡轮增压器的操作状况下，压缩机压缩流体的压力高于涡轮入口或出口内的废气的压力。因此，孔和涡轮出口之间会存在压差，其防止废气通过孔从涡轮漏出。
根据本发明的第二方面，提供了一种测试在根据本发明第一方面所提供的涡轮内的泄漏的方法，其中，该方法包括通过向第二气体供能并将第二气体输送到流体导管来形成流体密封。如上文中关于本发明第一方面所述的，可以理解的是，向第二气体供能意味着向第二气体提供的能量密度高于其周围环境和/或第一气体的能量密度。进一步参考本发明的第一方面，可以理解的是，形成流体密封的优点在于，其防止其他可接受的涡轮在没有任何物理(即，固体)屏障要求的情况下无法通过合格测试。
第二气体的压力可能大于或等于第一气体的压力。
第二气体可以来自气体源，并且该气体源还可以同时将第一气体输送到涡轮并且优选地输送到涡轮的内部。由于输送到导管的流体和涡轮的内部内的流体来自相同的源，因此可以理解的是，涡轮内部的流体的能量密度和输送到流体导管的流体的能量密度可能大体相等。这样，涡轮内部内的流体的能量密度不足以克服流体密封。在使用液体而不是气体的实施例中，气体源可以是液体源，或者更一般地说是流体源。
气体源可能是压缩机。这样，气体源可以向流体导管输送加压空气，以便形成流体密封。
该方法可包括使用位于涡轮上游的流量计测量第一气体的流量。可以理解的是，与适当地密封的涡轮相比，如果存在从涡轮内部到涡轮外部的任何泄漏路径，则会观察到增大的流量。然而，不会测量到输送到流体导管并形成流体密封的流体的流量，并且因此(除了提供流体密封外)不会影响到合格测试的泄漏部分的结果。
该方法可包括密封涡轮的出口。
根据本发明的第三方面，提供了一种防止来自根据本发明第一方面所提供的涡轮的泄漏的方法，其中，该方法包括通过向第二气体供能并将第二气体输送到流体导管来形成流体密封。如上文中关于本发明第一方面所述的，可以理解的是，向第二气体供能意味着向第二气体提供的能量密度高于其周围环境的能量密度。
进一步参考本发明的第一方面，可以理解的是，形成流体密封的优点在于，当涡轮与内燃机一起使用时，流体密封防止废气在不通过后处理系统并且不需要会随时间而劣化的任何物理(即，固体)屏障的情况下，从内燃机泄漏到大气中。
第二气体的压力可能与第一气体的压力相匹配或超过第一气体的压力。这样，涡轮壳体内部内的流体将没有足够的势能来克服流体密封。
涡轮可以形成涡轮增压器的一部分，并且第二气体可以由涡轮增压器的压缩机压缩。
附图说明
现在参照附图，仅以示例的方式对本发明的具体实施例进行描述，其中：
图1示出了通过已知涡轮增压器的一部分的示意性横截面图；
图2示出了根据本发明的包括涡轮的涡轮增压器的一部分的示意性透视图；
图3示出了图2的涡轮的一部分的示意性端视透视图；
图4示出了通过图2和图3的涡轮的示意性横截面图；
图5示出了图2至图4的涡轮的排气旁通阀布置的放大示意图；
图6示出了根据本发明的涡轮泄漏测试系统的示意性框图；以及
图7示出了根据本发明的车辆发动机系统的示意性框图。
具体实施方式
图1示出了通过已知的涡轮增压器的示意性横截面图。涡轮增压器包括通过中心轴承壳体3连接到压缩机2的涡轮1。涡轮1包括用于在涡轮壳体5内旋转的涡轮叶轮4。同样，压缩机2包括可在压缩机壳体7内旋转的压缩机轮6。压缩机壳体7限定了压缩机腔室，压缩机轮6可在压缩机腔室内旋转。涡轮叶轮4和压缩机轮6安装在共用的涡轮增压器轴8的相对端上，涡轮增压器轴8延伸穿过中心轴承壳体3。
涡轮壳体5具有环绕涡轮叶轮4定位的废气入口蜗壳9及废气出口10。压缩机壳体7具有轴向进气通道11及环绕压缩机腔室布置的蜗壳12。蜗壳12与压缩机出口25气体流动连通。涡轮增压器轴8在容纳成分别朝向轴承壳体3的涡轮端和压缩机端的轴颈轴承13和轴颈轴承14上旋转。压缩机端轴承14还包括推力轴承15，其与包括甩油环16的油封组件相互作用。油通过油入口17从内燃机的油系统供应到轴承壳体，并通过油通道18输送到轴承组件。输送到轴承组件的油可用于润滑轴承组件和从轴承组件中除去热量。
在使用中，涡轮叶轮4通过由废气入口9通往出口10的废气旋转。废气从涡轮增压器附接到的发动机(未示出)的排气歧管(也称为出口歧管)提供到废气入口9。进而，涡轮叶轮4旋转压缩机轮6，从而通过压缩机入口11吸入空气，并通过蜗壳12将增压空气输送到发动机的入口歧管，而后送到出口25。
废气入口9由涡轮壳体5的一部分限定，其包括位于远离涡轮叶轮4的废气入口9的端部的涡轮增压器安装凸缘27。
图2至图5示出了根据本发明的一个实施例的包括涡轮32的涡轮增压器30的部分的各种示意图。涡轮增压器30包括上面关于图1所述的涡轮增压器的所有特征。对于与图1的涡轮增压器所示的特征相同的图2至图5所示的涡轮增压器30的特征，图2至图5中采用了相同的编号。
除了图1所示的涡轮的特征外，根据图2至图5所示的本发明的一个实施例的涡轮还包括排气旁通阀布置33。如图4最好地示出，涡轮32包括涡轮壳体5，其限定了涡轮叶轮4上游的涡轮入口9和涡轮叶轮4下游的涡轮出口10。排气旁通阀布置33包括排气旁通阀通道34(以虚线示意性地示出)，其在涡轮入口9和涡轮出口10之间延伸，并因此连接涡轮入口9与涡轮出口10。排气旁通阀布置33还包括排气旁通阀阀门，其包括可移动阀门构件36和阀座38。在本实施例中，阀门构件36为瓣型阀门构件。阀座38为涡轮壳体5的表面，其被配置为可与阀门构件36的表面接触，以便在阀座38和阀门构件36之间产生大体流体密封的密封。
排气旁通阀阀门(并因此阀门构件36)具有打开状态(如图4所示)，其中流体可以经由排气旁通阀通道34而不是通过涡轮叶轮4在涡轮入口9和涡轮出口10之间通过。这种流体通常是来自内燃机的废气。排气旁通阀阀门(并因此阀门构件36)还具有闭合状态(如图3所示)，其中排气旁通阀阀门构件36接触阀座38，以便大体上防止气体经由排气旁通阀通道34在涡轮入口9和涡轮出口10之间通过。
阀门构件36安装在具有纵向轴线A的致动构件39上。致动构件39穿过涡轮壳体5的孔40，并且可移动以便使排气旁通阀阀门在打开状态和闭合状态之间移动。致动构件39可以任何适当的方式移动，以便使排气旁通阀阀门的阀门构件36在打开状态和闭合状态之间移动。例如，图2至图5所示的致动构件39包括沿纵向轴线A延伸的大体圆柱形轴45。致动构件39的轴45在第一端连接到阀门构件36。致动构件39的轴45在第二端连接到杆臂46。短轴(stub)50沿杆臂46远离轴45的第二端。短轴50由致动杆54的第一端52接收。致动杆54的第二端连接到致动器56。
在本实施例中，致动器56是气动致动器；但是，可以使用任何适当的致动器。对致动器(和任何相关的连杆)进行安装和操作以便移动排气旁通阀阀门的阀门构件是众所周知的，因此，在本详细描述中省略了对此的进一步讨论。然而，值得注意的是，致动器杆54的移动使杆臂46绕轴线A枢转，进而使致动构件39的附接轴45也绕轴线A枢转。致动构件39的轴45绕轴线A的枢转运动导致阀门构件36绕轴线A枢转。因此，阀门构件36可以在打开状态(对应于排气旁通阀阀门的打开状态)与闭合状态(对应于排气旁通阀阀门的闭合状态)之间枢转，在打开状态，阀门构件36与阀座38间隔开，在闭合状态，阀门构件36接触阀座38。
如图4和图5所示，排气旁通阀布置33进一步包括由涡轮壳体5的孔40接收的衬套74。衬套74为大体环形并包括限定中心开口的内表面75，致动构件39的轴45通过中心开口被接收。轴从涡轮1的内部77和涡轮1的外部81延伸。
在衬套74的内表面75和致动构件39的轴45之间存在环形间隙83。环形间隙83是空的空间区域，其被配置为允许轴45相对于衬套74和涡轮壳体5的旋转运动。与轴45的直径和衬套74的开口相比，环形间隙83相对较窄，并且通常仅足够大以允许轴45在衬套74的中心开口内不受阻碍地旋转，而不会太大而导致轴45在衬套74的中心开口内产生响动(rattling)。衬套74进一步包括外表面76，其被配置为装配在涡轮壳体5的孔40内，并且通过干涉配合保持在涡轮壳体5上，使得衬套74相对于涡轮壳体5轴向并旋转地固定。
排气旁通阀布置33进一步包括流体导管78，其从环形间隙83延伸至涡轮壳体5的外部81。在本实施例中，流体导管78部分地由衬套74和涡轮壳体5限定。具体来说，流体导管78部分地由衬套74的第一通孔79限定，并部分地由涡轮壳体5的第二通孔80限定。衬套74的第一通孔79从内表面75延伸至衬套74的外表面76，并与涡轮壳体5的第二通孔80同心对准。涡轮壳体5的第二通孔80从孔40延伸到涡轮壳体5的外表面82。在一些实施例中，为了将第一通孔79和第二通孔80之间的任何旋转错位的情况纳入到考虑范围中，衬套74进一步包括周向延伸凹槽84，其被配置为允许流体通过第一通孔79和第二通孔80之间。在一些实施例中，衬套74可包括围绕凹槽84周向分布的多个第一通孔79。
第二通孔80连接到加压流体的外部源。在本发明的一些实施例中，加压流体是空气，但在其他实施例中，加压流体可以是任何其他合适的流体介质。虽然图中未示出，但在一些实施例中，涡轮壳体5的外表面82是安装表面，其被配置为与位于涡轮32下游的废气后处理系统的相应安装表面耦合。在这些实施例中，流体导管78的第二通孔80可以与由连接到加压流体源的废气后处理系统限定的其它导管对准。在其他实施例中，第二通80孔可包括连接部，其被配置为连接到被配置为向第二通孔80输送加压空气的外部管(未示出)。
在使用期间，加压流体通过流体导管80从压力源导入轴45和衬套74之间的环形间隙83，以便形成流体密封。加压流体被压缩，使得其压力等于或大于通过涡轮32的涡轮出口10的排出气体的操作压力。由于加压流体等于或处于比涡轮32的涡轮出口10的操作压力更高的压力，因此涡轮出口10内的流体不存在足以流入轴45和衬套74之间的环形间隙83的势能。也就是说，环形间隙83内的较高压力流体形成流体屏障(或流体密封)，其防止涡轮出口10中的较低压力流体进入环形间隙83。这样，防止了排放气体通过环形间隙83并进入涡轮壳体5外部的环境。
流体密封是不包括任何机械密封元件的密封。例如，轴45和衬套74之间的间隙84不包括任何机械(即，固体)屏障，以防止流体在涡轮壳体5的内部77和外部81之间行进。流体密封通过在高压下向形成流体屏障的间隙84注入流体来实现，从而防止低压流体通过屏障。可以理解的是，压力源可能是任何合适的压力源，例如压缩机或泵。
由于轴45在涡轮壳体5的内部77和外部81之间延伸，所以形成流体密封的一些流体可能在使用期间通过间隙84逃逸到大气中。然而，可以理解的是，压力源通常能够向流体导管提供充足的加压流体，使得可以立即取代任何逃逸到大气中的流体。因此，不论形成流体密封的流体有任何到大气中的泄漏，防止流体从涡轮壳体5的内部77和外部81输送的流体密封都能被保持。
可以理解的是，在替代实施例中，除了其压力之外，流体的其他特性也可用于形成流体密封。例如，高速流体可被输送到流体导管80。可以理解的是，在高速流体具有(即，“速度头”)大于或等于涡轮壳体5的内部77内的流体的内部能量的内部能量的情况下，这会防止流体泄漏。
图6示出了用于执行涡轮(或涡轮增压器)合格测试的泄漏部分的涡轮泄漏测试系统100的示意图。通常，在涡轮首次投入使用之前，在涡轮的制造期间会进行这样的合格测试。对于与图2至图5所示的涡轮增压器30的特征相同的泄漏测试系统100的特征，在图6和所附的描述中使用了相同的编号。
根据本发明，泄漏测试系统100包括加压气体源102、流量计104和具有排气旁通阀布置33的涡轮32。例如，源102可以是压缩空气罐、泵等。第一空气通道106从源102延伸到流量计104，以便将加压流体输送到流量计104。涡轮32的流体导管78在流量计104上游的一个点连接到第一空气通道106。第二流体通道110从流量计104延伸到涡轮入口9，以将加压流体输送到涡轮32。涡轮出口10大体上由堵塞物112密封，以使涡轮32的内部充满加压流体。
泄漏测试系统100被配置为测试可能对涡轮32的性能产生不利影响的泄漏。涡轮32通过在由堵塞物112密封或阻塞涡轮机32的出口10的同时将流体泵入涡轮32而进行测试。使用流量计104测量泵送流体的流量。如果涡轮机32内没有泄漏，则流量计104会观察到大体为零的流量。然而，如果出现泄漏，则流量计104会观察到非零的流量。如果泄漏量不大于预定值，则可允许少量泄漏，该预定值基于所测试的涡轮特性(诸如尺寸、形状、操作状况等)而确定。这样，可以将流量计104所测得的流量与预定值进行比较，以确定涡轮32是否以可接受的水平操作。因此，可剔除不符合要求标准的涡轮，并且不将其送往客户。
在替代实施例中，可以在包括涡轮32的内燃机上(而不是在分开的涡轮32上)进行合格测试。可以理解的是，在这些实施例中，涡轮泄漏测试系统100可以是发动机泄漏测试系统的一部分。
如图6中的箭头108所示，通过流体导管78输送到排气旁通阀布置33的一些流体可能逃逸到大气中，而不通过涡轮机出口10(例如，通过衬套74和轴45之间的间隙83)。然而，由于流体导管78连接到流量计104上游的第一空气通道106，因此通过流体导管78的流体的流量未被流量计104所测量，并因此不会对合格测试的结果产生负面影响。
图7示出了车辆发动机系统200的示意图。对于与图2至图5所示的涡轮增压器30的特征相同的车辆发动机系统200的特征，在图7和所附的描述中使用了相同的编号。
车辆发动机系统200包括具有涡轮增压器系统201和废气后处理系统204的发动机202。涡轮增压器系统201包括通过共用轴(未示出)连接的压缩机2和涡轮32。涡轮32进一步包括排气旁通阀布置33。压缩机出口通道206从压缩机2延伸到发动机202的进气口，以便将压缩空气输送到发动机202。发动机出口通道208从发动机202延伸到涡轮32的入口9，以便将废气输送到涡轮32。涡轮出口导管210在涡轮出口10和后处理系统204之间延伸，以便将废气输送到后处理系统204。流体导管78在发动机202上游的一个点连接到压缩机出口通道206，使得压缩机2压缩的进气被输送到排气旁通阀布置33。
在使用期间，进气被压缩机2压缩并通过压缩机出口通道206输送到发动机202。压缩进气用于发动机202内与添加的燃料一起燃烧。一旦燃烧完成，燃烧后的燃料和废气就会从发动机202排出并通过发动机出口通道208输送到涡轮32。废气可以通过涡轮32的涡轮叶轮(如图3和图4的涡轮叶轮4)，或者可以通过排气旁通阀布置33绕过涡轮叶轮。由于排气旁通阀布置33通过流体导管78连接到压缩机2，所以压缩空气的一部分从发动机202分流并进入排气旁通阀布置33。也就是说，压缩机2用作为压力源，以向排气旁通阀布置33提供加压流体。可以理解的是，在正常的涡轮增压器操作状况下，从压缩机出口通道206分流的空气处于比涡轮32中的废气高的压力。这样，流体导管78提供给排气旁通阀布置33的加压流体可用于防止废气通过排气旁通阀布置33的轴45和衬套74之间的间隙83(如图5所示)逸出。也就是说，加压流体可以用于以上面关于图2至图5所述的方法在排气旁通阀布置33内形成流体密封(即，流体屏障)。
通过涡轮出口10排出涡轮32的废气被引导到后处理系统204，该系统204去除例如颗粒物和NOx等有害物质。通过后处理系统204后，废气排放到环境中，如线214所示。
可以理解的是，在使用期间，一部分加压流体可能会从排气旁通阀布置33(即，通过如图5所示的轴45和衬套84之间的间隙83)泄漏，如箭头212所示。然而，加压流体大体上没有废气，并且因此，任何从排气旁通阀布置33泄漏到大气或到涡轮出口10和后处理系统104中的加压流体会是无害的。也就是说，通过使用不含废气的加压流体来提供排气旁通阀布置33的流体密封(即，流体屏障)，加压流体从排气旁通阀布置33的泄漏并非由车辆发动机系统200产生的排放的因素之一。在车辆发动机系统进一步包括废气再循环系统的实施例中，流体导管78在压缩机2下游且发动机202上游的一点连接到压缩机出口通道206以及与废气再循环系统相关的任何节流阀是优选的。这样，这种布置确保只有“干净”的空气才能进入流体导管78，并避免再循环的废气进入流体导管78，以确保所有废气通过后处理系统204正确地输送。
可以理解的是，虽然上述本发明的实施例为涡轮增压器的涡轮，但是在本发明的其它实施例中，涡轮也可以是包括排气旁通阀的任何涡轮。例如，涡轮可以是汽轮机或燃气轮机。此外，虽然上述本发明的实施例是径向涡轮，但可以理解的是，根据本发明的涡轮也可以是轴向涡轮。

Claims (20)

1.一种涡轮，包括：
涡轮壳体，其限定涡轮叶轮上游的涡轮入口和所述涡轮叶轮下游的涡轮出口；
排气旁通阀通道，其连接所述涡轮入口和所述涡轮出口；
排气旁通阀阀门，其包括可移动阀门构件；
所述排气旁通阀阀门具有打开状态和闭合状态，在所述打开状态，第一气体可经由所述排气旁通阀通道在所述涡轮入口和涡轮出口之间通过，在所述闭合状态，所述阀门构件大体上防止所述第一气体经由所述排气旁通阀通道在所述涡轮入口和所述涡轮出口之间通过；
其中，所述阀门构件安装在致动构件上，所述致动构件通过所述涡轮壳体的孔，并且所述致动构件可移动，以在所述打开和闭合状态之间移动所述排气旁通阀阀门；并且
其中，所述涡轮包括流体导管，其被配置为将第二气体输送到所述孔，以便在所述孔和所述致动构件之间形成流体密封，以便大体上防止所述第一气体沿着所述孔通过。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其中，所述致动构件与所述孔限定在其间的间隙，所述间隙大体上不存在机械密封元件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述孔在所述涡轮叶轮的下游位置与所述第一气体流体流动连通。
4.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述流体导管至少部分地由所述涡轮壳体限定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述涡轮壳体包括至少部分地限定所述孔的衬套。
6.根据权利要求5所述的涡轮，其中，所述衬套包括周向延伸凹槽。
7.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述孔至少部分地由所述涡轮壳体限定。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述致动构件是可旋转轴。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述涡轮还包括致动装置，其被配置为在所述打开和闭合状态之间推动所述排气旁通阀阀门。
10.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述流体导管被配置为接收已经被压缩机压缩的流体。
11.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中，所述涡轮被配置为形成涡轮增压器的一部分。
12.一种测试在根据权利要求1至11中任一项所述的涡轮内的泄漏的方法，其中，所述方法包括通过向所述第二气体供能并将所述第二气体输送到所述流体导管来形成流体密封。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二气体的压力大于或等于所述第一气体的压力。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第二气体源自气体源，并且其中，所述气体源还同时将所述第一气体输送到所述涡轮。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述气体源是压缩机。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，方法还包括使用位于所述涡轮上游的流量计来测量所述第一气体的流量。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括密封所述涡轮的出口。
18.一种防止来自根据权利要求1至11中任一项所述的涡轮的泄漏的方法，其中，所述方法包括通过向所述第二气体供能并将所述第二气体输送到所述流体导管来形成流体密封。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二气体的压力与所述第一气体的压力相匹配或超过所述第一气体的压力。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述涡轮形成涡轮增压器的一部分，并且其中，所述第二气体由所述涡轮增压器的压缩机压缩。
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