專利名稱：多級渦輪增壓器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級渦輪增壓器系統(tǒng)。特別地而不是排除地，本發(fā)明涉及一個兩 級渦輪增壓器系統(tǒng)和一個運(yùn)行該系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是公知的裝置，用于在高于大氣壓力的壓力(增壓)下將空氣供給內(nèi) 燃機(jī)的入口。一個常規(guī)的渦輪增壓器主要地包含安裝在可轉(zhuǎn)動軸上的廢氣驅(qū)動的渦輪機(jī)葉 輪，其設(shè)置在與發(fā)動機(jī)排出歧管的下游連接的渦輪機(jī)殼體內(nèi)。渦輪機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動使安裝在 所述軸的另一端且在壓縮機(jī)殼體內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動。壓縮機(jī)葉輪傳送壓縮空氣給發(fā)動機(jī) 進(jìn)氣歧管。渦輪增壓器軸通常通過軸頸和止推軸承支撐，包含合適的潤滑系統(tǒng)并且位于連 接在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)葉輪殼體之間的中間軸承殼體內(nèi)。在已知的渦輪增壓器中，渦輪機(jī)級包含其中安裝有渦輪機(jī)葉輪的渦輪機(jī)腔室；在 環(huán)繞渦輪機(jī)腔室設(shè)置的面對的徑向壁之間限定的環(huán)形入口通道；圍繞入口通道設(shè)置的入 口 ；從渦輪機(jī)腔室延伸的出口通道。通道和腔室連通，以使得進(jìn)入進(jìn)氣室的增壓排氣通過渦 輪機(jī)由入口通道流到出口通道并且使得渦輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動。還公知地，通過在入口通道中設(shè) 置被稱為噴嘴葉片的葉片來改善渦輪機(jī)性能，從而使得氣體朝著渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)的方向偏 轉(zhuǎn)流過入口通道。公知的另一種改進(jìn)用于具有寬的速度/負(fù)載范圍的發(fā)動機(jī)的渦輪增壓效率的方 式是提供連續(xù)兩級渦輪增壓系統(tǒng)，包括一個相對小的高壓(HP)渦輪增壓器和另一個相對 大的低壓(LP)渦輪增壓器。渦輪增壓器串聯(lián)設(shè)置，以使得來自發(fā)動機(jī)的排氣首先流動通 過高壓渦輪增壓器的較小渦輪機(jī)，然后通過低壓渦輪增壓器的較大渦輪機(jī)。閥控制旁通路 徑被提供來允許排氣以例如在高的發(fā)動機(jī)速度和/或負(fù)載下旁通高壓渦輪機(jī)。同樣地，兩 個渦輪增壓器的壓縮機(jī)還被串聯(lián)設(shè)置，空氣首先流動通過低壓渦輪增壓器的相對大的壓縮 機(jī)，然后通過高壓渦輪增壓器的相對小的壓縮機(jī)。此外，提供閥控制旁路來允許進(jìn)氣以例如 在高的發(fā)動機(jī)速度和/或負(fù)載下旁通高壓渦輪增壓器的壓縮機(jī)。在W02008/015400中公開的連續(xù)的兩級渦輪增壓系統(tǒng)中，通過高壓渦輪機(jī)、低壓 渦輪機(jī)和高壓旁通路徑的排氣流被單個回轉(zhuǎn)閥控制，所述單個回轉(zhuǎn)閥可以設(shè)置在高壓渦輪 機(jī)的上游或者下游。更詳細(xì)地，主要的排氣流動路徑包括將排氣傳送到高壓渦輪機(jī)的入口 部分和將排氣從高壓渦輪機(jī)傳送到低壓渦輪機(jī)的中間部分。旁通路徑將主流動路徑的入口 部分和主流動路徑的中間部分之間連通。排氣流量控制閥是回轉(zhuǎn)閥，位于旁通路徑和主路 徑的結(jié)合處(如果閥位于高壓渦輪機(jī)的上游，可以是主路徑的入口部分；或者如果閥位于 高壓渦輪機(jī)的下游，可以是主路徑的中間部分)?；剞D(zhuǎn)閥包含閥轉(zhuǎn)子，其在閥室內(nèi)轉(zhuǎn)動并且 可操作地容許或者阻止流過旁通路徑和/或主路徑，也就是說根據(jù)閥分別是在高壓渦輪機(jī) 的上游還是在下游來決定是在主路徑的入口部分還是在中間部分。在一個實(shí)施例中，閥位 于高壓渦輪機(jī)的上游，閥包括與主流動路徑的入口部分連通的入口、與主流動路徑的入口 部分連通的主出口(從而進(jìn)入高壓渦輪機(jī)的氣流通過入口和主出口流過閥)、和為與低壓渦輪機(jī)的入口連通的旁通路徑提供出口的旁通口(其可以通過主流動路徑的中間部分)。 在另一個實(shí)施例中，閥位于高壓渦輪機(jī)的下游，閥包括與主流動路徑的中間部分連通的主 入口、和與低壓渦輪機(jī)入口連通的主出口(通過主流動路徑的中間部分)，以及與旁通路徑 連通的旁通入口。通過使閥轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到打開、關(guān)閉或者部分打開/關(guān)閉的單獨(dú)口，渦輪增壓器系統(tǒng) 可以在各種模式下運(yùn)行，包括用于調(diào)節(jié)到高壓和低壓渦輪機(jī)的排氣流的常規(guī)點(diǎn)火模式，操 作閥來在排氣系統(tǒng)中提供制動背壓的制動模式(非點(diǎn)火模式)，和操作閥來限制排氣流從 而加熱排氣流的排氣加熱模式(點(diǎn)火操作模式)。W02008/015400的接下來的渦輪增壓器系統(tǒng)的實(shí)施例可以包括裝有廢氣門 (wastegated)的低壓渦輪機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白廢氣門是一個控制圍繞渦輪機(jī)的旁通 流動路徑的閥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可替換的或者改進(jìn)的多級渦輪增壓器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明提供了一種渦輪增壓器系統(tǒng)，包括用于與發(fā)動機(jī)的排氣岐管連通的主 入口和排氣口 ；具有第一渦輪機(jī)且具有入口和出口的相對小的第一渦輪增壓器；具有第二 渦輪機(jī)且具有入口和出口的相對大的第二渦輪增壓器；主排氣流路徑包括用于將排氣傳送 到第一渦輪機(jī)入口的入口部分和用于將來自第一渦輪機(jī)出口的排氣傳送到第二渦輪機(jī)的 入口的中間部分；與主入口和第二渦輪機(jī)的入口連通的第一旁通流動路徑，從而旁通過第 一渦輪機(jī)；與主入口和排氣出口連通的第二旁通流動路徑，從而旁通過第二渦輪機(jī)；和排 氣流控制閥，可操作地有選擇地允許或者阻止排氣流通過主排氣流路徑；有選擇地允許或 者阻止排氣流通過第一旁通路徑；和有選擇地允許或者阻止排氣流通過第二旁通路徑。根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器系統(tǒng)具有前面W02008/015400所描述的渦輪增壓器系 統(tǒng)的所有功能，但是此外，排氣控制閥可操作地選擇排氣流旁通過第二渦輪機(jī)以及第一渦 輪機(jī)。因此，閥可操作地用作第一渦輪機(jī)旁通閥并且還可作為第二渦輪機(jī)的“廢氣門”閥。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，閥轉(zhuǎn)子在閥室中轉(zhuǎn)動，所述閥室可以設(shè)置在第一或第二渦 輪機(jī)的殼體的入口段中或者在一個單獨(dú)的殼體內(nèi)。閥室可以設(shè)置在主入口、主排氣流動路 徑的入口部分和第一和第二旁通流動路徑的交界處。排氣流控制閥可以位于主排氣流路徑的入口部分，以便通過允許或者容許氣流通 過主流動路徑的入口部分，允許或者容許氣流通過主流動路徑。排氣流控制閥可以包括與主入口連通的主入口端口 ；與主流動路徑的入口部分 連通的主出口端口 ；與第一旁通路徑連通的第一旁通出口端口 ；和與第二旁通路徑連通的 第二旁通出口端口。閥可以以第一模式、第二模式和第三模式運(yùn)行，第一模式阻止氣流通過第一和第 二旁通出口端口，在第二模式下氣流允許通過第一旁通出口端口，從而容許排氣流的至少 一部分單獨(dú)旁通過第一渦輪機(jī)，在第三模式下允許氣流通過所述第二旁通出口端口從而容 許排氣流的至少一部分旁通過第一和第二渦輪機(jī)。在第三模式中排氣流可以允許通過第一和第二旁通出口端口。當(dāng)在所述第二模式下運(yùn)行時，第一旁通出口端口可以至少部分地未被阻擋，而第二旁通出口端口可以完全被阻擋。在第三模式下，第一旁通出口端口可以完全未被阻擋，而第二旁通出口端口可以 至少部分地未被阻擋。在第三模式下，第二旁通出口端口可以完全未被阻擋。在所述第一、第二和第三模式下的每一個中，主入口端口可以至少大部分未被阻 擋。排氣流控制閥可以是包括閥轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)閥，其可繞閥軸線轉(zhuǎn)動，從而選擇地阻擋 或者不阻擋所述第一和第二旁通出口端口。閥轉(zhuǎn)子可以在第一位置、第二位置和第三位置之間轉(zhuǎn)動，其中在第一位置中第一 和第二旁通出口端口都完全被阻擋，在第二位置中第一旁通出口端口未被阻擋而第二出口 端口被完全阻擋，在第三位置中第一旁通出口端口未被阻擋而第二旁通出口端口至少部分 地未被阻擋。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于所述第三位置時，第二旁通出口端口可以完全未被阻擋。轉(zhuǎn)子可以選擇地可放置在所述第一和第二位置之間的多個位置。同樣，閥轉(zhuǎn)子可 以選擇地可放置在所述第二和第三位置之間的多個位置。閥轉(zhuǎn)子可以選擇地可放置在所述第一、第二和第三位置之間的任意位置。閥轉(zhuǎn)子可以包括用于阻擋或者至少部分阻擋第一和第二旁通出口端口的弧形表 面。所述弧形表面可以形成圓柱體的一部分。閥轉(zhuǎn)子可以具有用在主入口端口、和主出口 端口與第一旁通出口端口中的一個或者兩個之間提供氣流連通孔，以及與孔連通且在第三 位置中與第二旁通出口端口對齊的凹部，以便在主入口端口和第二旁通出口端口之間提供 連通。轉(zhuǎn)子可以是具有軸線的圓柱體形式，其限定轉(zhuǎn)動軸線并且具有切除的部分來限定孔。閥轉(zhuǎn)子可以是筒或者圓柱體的形式。凹部，可以是限定在圓柱體的表面中的凹槽形式，軸向地偏離閥轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動軸線的 方向上的孔。凹槽可以在基本上平行于轉(zhuǎn)動軸線的方向上延伸并且它可以通過弧形表面限定。第二旁通出口端口可以具有比入口端口或者第一旁通出口端口小的最大流動面 積。主排氣流動路徑的中間部分可以與第一旁通出口路徑連通。特別地，在中間主排 氣流動路徑和第一旁通出口路徑之間存在交界點(diǎn)，所述交接點(diǎn)位于第一渦輪機(jī)的下游且位 于第二渦輪機(jī)的上游。排氣流控制閥可以容納在第二渦輪機(jī)殼體內(nèi)。閥可以被操作移動到排氣加熱模式，其中第二旁通出口端口被閥阻擋，第一旁通 出口端口至少部分地被閥阻擋并且主出口端口至少部分地被阻擋。在這個位置，隨著燃料 被供給發(fā)動機(jī)，排氣溫度能夠升高。閥轉(zhuǎn)子可以繞所述軸線轉(zhuǎn)動進(jìn)入多個位置中的一個，在 所述位置中，第一旁通出口端口至少部分被阻擋，且每個主出口端口至少部分被阻擋來調(diào) 節(jié)排氣加熱效果。閥可以被操作移動到發(fā)動機(jī)制動模式，其中主入口端口至少部分地被阻擋并且發(fā) 動機(jī)未被點(diǎn)火。這在排氣中產(chǎn)生背壓。閥轉(zhuǎn)子可以繞所述軸線轉(zhuǎn)動進(jìn)入多個位置中的一 個，在所述位置中，入口端口至少大部分被阻擋，且至少一個其它端口至少部分被阻擋來調(diào)節(jié)制動效果。主入口端口可以完全被阻擋。閥轉(zhuǎn)子可以容納在單獨(dú)的或者與第一和第二渦輪機(jī)殼體任意一個成為一體的殼 體中。第一和第二渦輪機(jī)可以具有公共的渦輪機(jī)殼體，閥轉(zhuǎn)子容納在位于第一渦輪機(jī)入 口上游的所述公共的渦輪機(jī)殼體中。為了繞所述軸線轉(zhuǎn)動，閥轉(zhuǎn)子可以在它的第一和第二端轉(zhuǎn)動地被支撐。電的、氣壓 的、液壓的或者其它形式的致動器可以提供來實(shí)行閥轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。例如，回轉(zhuǎn)閥或者致動器 可以適于接收來自控制器例如電子控制裝置(EOT)的控制信號。渦輪增壓器系統(tǒng)可以包括至少一個來自下述組的傳感器，用于監(jiān)控或者監(jiān)測第一 渦輪機(jī)和/或第二渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速的傳感器，用于監(jiān)控或者監(jiān)測由第一和/或第二渦輪機(jī)產(chǎn) 生的增壓的傳感器；用于監(jiān)控或者監(jiān)測在排氣旁通路徑中的背壓的傳感器；用于監(jiān)控或者 監(jiān)測回轉(zhuǎn)閥室中的壓力的傳感器；用于監(jiān)控或者監(jiān)測與渦輪增壓器系統(tǒng)可操作地連接的發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器；以及用于監(jiān)控或者監(jiān)測作用在與渦輪增壓器系統(tǒng)可操作地連接的發(fā)動 機(jī)上的負(fù)載的傳感器。根據(jù)本發(fā)明的包括渦輪增壓器系統(tǒng)的渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)可以包括排氣再循環(huán)系統(tǒng)， 所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括從排氣側(cè)到發(fā)動機(jī)的空氣入口側(cè)的再循環(huán)氣體流動路徑，和設(shè)置 在所述路徑中用于控制到發(fā)動機(jī)空氣入口側(cè)的排氣再循環(huán)的排氣再循環(huán)閥，其中回轉(zhuǎn)閥被 操作調(diào)節(jié)排氣流背壓從而幫助排氣再循環(huán)。本發(fā)明還提供了一種渦輪增壓器，包括安裝用于在由渦輪機(jī)殼體限定的渦輪機(jī)腔 室中轉(zhuǎn)動的渦輪機(jī)葉輪，限定第一入口通道的殼體，與所述渦輪機(jī)腔室連通的第二通道，第 一旁通通道和第二旁通通道，所述第一和第二通道以及第一和第二旁通通道相交在一個交 界點(diǎn)，其中回轉(zhuǎn)閥設(shè)置在所述交界點(diǎn)，回轉(zhuǎn)閥包括可繞閥軸線轉(zhuǎn)動的閥轉(zhuǎn)子，從而有選擇地 允許或者阻止來自入口通道的排氣流通向第一和第二旁通通道。第一渦輪增壓器可以包括安放在第一空氣通道中的第一空氣壓縮機(jī)，且第二渦輪 增壓器可以包括安放在位于所述第一壓縮機(jī)上游的所述第一空氣流動通道中的第二空氣 壓縮機(jī)。旁通空氣流動通道可以與位于第一空氣壓縮機(jī)上游的第一空氣流動通道連通，且 空氣流動旁通閥可以被操作以控制通過第一壓縮機(jī)和旁通空氣流動通道的空氣流。本發(fā)明還提供了運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器系統(tǒng)的方法。操作模式可以包括用 于控制到第一和第二渦輪機(jī)的排氣流的常規(guī)點(diǎn)火模式，操作回轉(zhuǎn)閥來在排氣系統(tǒng)中提供制 動背壓的制動模式(非點(diǎn)火模式)，和操作閥來限制排氣流從而加熱排氣流的排氣加熱模 式(點(diǎn)火操作模式)。在排氣加熱模式中，渦輪增壓器系統(tǒng)可以是包括排氣后處理系統(tǒng)的系 統(tǒng)的一部分。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種運(yùn)行如上所述渦輪增壓器系統(tǒng)的方法，該方 法包括i)在第一模式下操作閥從而使所有排氣流轉(zhuǎn)向通過第一渦輪機(jī)；ii)在第二模式 下操作閥從而容許至少一部分排氣流旁通過第一渦輪機(jī)；和iii)在第三模式下操作閥從 而容許排氣流旁通過第一渦輪機(jī)，并且還容許至少一部分排氣流旁通過第二渦輪機(jī)。在所述第二模式中，閥可以被操作來調(diào)整容許旁通過第一渦輪機(jī)的排氣流量。閥可以在所述第三模式下操作來控制由第二渦輪增壓器產(chǎn)生的增壓。當(dāng)由第二渦輪增壓器產(chǎn)生的增壓達(dá)到預(yù)設(shè)的極限值時，閥可以在所述第三模式下操作從而容許排氣流旁通過第二渦輪機(jī)。閥可以在所述第三模式下操作來控制第二渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速。當(dāng)由第二渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)的極限值時，閥可以在所述第三模式下操作。


本發(fā)明的具體實(shí)施例現(xiàn)在將參照附圖僅通過舉例的方式來進(jìn)行描述，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的兩級渦輪增壓系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的閥轉(zhuǎn)子透視圖；圖3a_;3e是通過圖1的兩級渦輪增壓系統(tǒng)的廢氣控制閥的橫截面示意圖，示出了 圖2中的閥在系統(tǒng)運(yùn)行的不同模式下對應(yīng)的不同位置；圖4是根據(jù)本發(fā)明的兩級渦輪增壓系統(tǒng)的透視圖；圖5是圖4中的系統(tǒng)的部分透視圖，示出了一個腔室，圖2中的閥轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地設(shè) 置在其中；且圖6a和6b是圖5的端視圖，其中閥轉(zhuǎn)子在合適的位置并且部分地切開來顯示出 廢氣門通道，示出閥轉(zhuǎn)子在不同的位置。
具體實(shí)施例方式首先參看圖1，示意性地示出的連續(xù)兩級渦輪增壓系統(tǒng)包括相對小的高壓(HP)渦 輪增壓器1和相對大的低壓(LP)渦輪增壓器2，串聯(lián)地連接到內(nèi)燃機(jī)(未示出)例如柴油 機(jī)的排氣歧管3上。高壓渦輪增壓器1包括相對小的廢氣渦輪機(jī)4和相對小的壓縮機(jī)5。 低壓渦輪增壓器2包括相對大的廢氣渦輪機(jī)6和相對大的壓縮機(jī)7。排氣流量控制閥8位于低壓渦輪增壓器2的低壓渦輪機(jī)殼體9內(nèi)(參見圖4-6)， 用于控制到低壓渦輪機(jī)入口的排氣流。排氣流控制閥8通過三種可能的流動路徑10、11、12 可操作地控制來自歧管3的排氣流。第一、主要的排氣流動路徑10將排氣從排氣歧管3通 過高壓渦輪機(jī)4和控制閥8傳送到低壓渦輪機(jī)入口路徑13。第一旁通流路徑11將排氣從 排氣歧管3僅通過閥8傳送到低壓渦輪機(jī)入口路徑13，從而從高壓渦輪機(jī)4旁通通過。第 二旁通流路徑12將排氣從排氣歧管傳送到低壓渦輪機(jī)6的排氣口路徑14，從而以廢氣門的 方式從高壓和低壓渦輪機(jī)旁通通過。在排氣口路徑14中的排氣(離開低壓渦輪機(jī)6或者流過旁通流路徑1 可被供 給可包括常規(guī)的排氣后處理系統(tǒng)15的常規(guī)的排氣系統(tǒng)。后處理系統(tǒng)15可能是各種類型的 后處理系統(tǒng)中的一種，包括通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的常規(guī)的系統(tǒng)?？紤]的后處理系 統(tǒng)類型包括那些設(shè)計(jì)成能去除顆粒、氮氧化合物、及其他的被調(diào)節(jié)的排放物。如下面更詳細(xì)地描述，根據(jù)本發(fā)明的控制閥8可操作的允許/阻止(并且調(diào)整)從 主要流動路徑10或者第一旁通路徑11到低壓入口 13的排氣流。它還可操作以允許/阻 止(并且調(diào)整)經(jīng)由第二旁通路徑12到低壓渦輪機(jī)排氣出口路徑14的排氣流，從而允許 一些或者所有的排氣以廢氣門的方式旁通過高壓渦輪機(jī)4和低壓渦輪機(jī)6。渦輪增壓系統(tǒng)將給發(fā)動機(jī)(包括任何合適的后冷卻器)的壓縮空氣經(jīng)由進(jìn)氣口 16 傳送給低壓壓縮機(jī)7。流控制閥17位于低壓渦輪增壓器2的壓縮機(jī)7和高壓渦輪增壓器1的壓縮機(jī)5之間，從而控制從低壓壓縮機(jī)出口路徑18到發(fā)動機(jī)(后冷卻器等)的流。氣流 控制閥17，例如可以是常規(guī)的蝶形閥(或者其他的閥門類型，諸如回轉(zhuǎn)閥、門閥、瓣閥、提升 閥等等)，可操作地控制空氣流沿著兩個可能的流動路徑，經(jīng)過高壓壓縮機(jī)5的第一流動路 徑19、和允許氣流旁通過高壓壓縮機(jī)5的第二旁通流動路徑20。氣流控制閥17因此能被 控制(例如通過發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)電子控制裝置-ECU)以允許氣流旁通過高壓渦輪增壓器1， 同時當(dāng)排氣控制閥8操縱到低壓渦輪增壓器2的排氣流旁通過高壓渦輪增壓器1。在下面 將進(jìn)行更詳細(xì)地描述。在圖1中，排氣控制閥8在橫截面示意圖中示出。閥8在圖2中詳細(xì)地示出并且 包含具有主體22和末端短軸23的閥轉(zhuǎn)子21，閥轉(zhuǎn)子21繞在基本上為柱形的閥室24(在 圖4和5中詳細(xì)地示出)內(nèi)的中央縱軸X轉(zhuǎn)動，所述閥室被限定在低壓渦輪機(jī)殼體9內(nèi)，在 位于通向低壓渦輪機(jī)入口 13的通道、從高壓渦輪機(jī)4的主排氣流動路徑10和從排氣歧管 3的旁通流路徑11、12的會合點(diǎn)處。軸線X通常橫向延伸到流動路徑10、11和12。閥轉(zhuǎn)子 21的主體22被構(gòu)造成切去的圓柱體，切掉部分在閥室M中限定出閥門通道25。轉(zhuǎn)子的徑 向外表面沈形成圓柱狀弧，使得在柱形閥室M內(nèi)部可自由地轉(zhuǎn)動。閥的通常形態(tài)有時被 認(rèn)為是轉(zhuǎn)閥或者筒閥。短軸23的一端具有變小的直徑并具有用于與合適的致動器聯(lián)接的平面23a(未在 圖2中示出)。切除的閥通道25是在軸向上偏移，沿著在每端留下圓柱部分2 和22b的 主體22。部分2 相對粗并且在其外表面上具有凹槽27，也就是說與閥門通道25流通并 且能夠被認(rèn)為是所述通道的延伸。 閥轉(zhuǎn)子21繞軸X的轉(zhuǎn)動使得閥門通道25轉(zhuǎn)動，并且使得轉(zhuǎn)子外表面沈與路徑10、 11和12的閥口分別對準(zhǔn)，從而部分地或者完全地阻擋氣流通過相應(yīng)的口 /路徑的流。閥轉(zhuǎn) 子19的轉(zhuǎn)動有效地使閥門通道25或者凹槽27轉(zhuǎn)動進(jìn)入帶有口的寄存器，從而允許排氣流 沿著一個或多個排氣流路徑10、11和12通過閥室M，或者完全地阻止氣流通過閥室24。用于將閥轉(zhuǎn)子21安裝在閥室M內(nèi)的適當(dāng)?shù)妮S承裝置(未示出)、和適當(dāng)?shù)拈y致動 機(jī)構(gòu)(未示出)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。例如致動器可以是電致動器，例如步進(jìn)電 動機(jī)或者其他的旋轉(zhuǎn)電致動器，或者可以包括氣壓的或者液壓致動器或者任何其他形式的 致動器。致動器可以直接連接到一個閥轉(zhuǎn)子短軸23，或者連接到可以從軸中的一個延伸出 的閥轉(zhuǎn)子軸(未示出)上。致動器可以直接連接到轉(zhuǎn)子或者經(jīng)由齒輪箱等等連接到轉(zhuǎn)子。 各種可能的聯(lián)接裝置對于稱職的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。閥轉(zhuǎn)子的移動和定位一般地通過ECU根據(jù)一種或多種控制方式控制。例如閥的位 置可以對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷、高壓和/或低壓渦輪機(jī)的速度、或者通過渦輪增壓器系 統(tǒng)在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管處產(chǎn)生的增壓來進(jìn)行控制。包括排氣控制閥8的渦輪增壓系統(tǒng)的示范性的工作方式將參照圖3a到；^在下面 進(jìn)行描述。在這些圖中，閥轉(zhuǎn)子21和閥室M以橫截面圖示意地示出。閥室M具有四個 口，單個入口 30和三個出口 31、32、33。入口與發(fā)動機(jī)排氣歧管3連通。第一出口 31與位 于高壓渦輪機(jī)4的上游的主排氣流動路徑10連通。第二出口 32與高壓渦輪機(jī)4的下游而 不是低壓渦輪機(jī)6的上游的第一旁通路徑11連通。第三出口 33軸向地偏離開頭兩個(因 此用虛線表示)并且與低壓渦輪機(jī)6下游的第二旁通路徑12連通。首先參照圖3a，它顯示了閥轉(zhuǎn)子21的位置，并且閥門通道25適合于當(dāng)排氣質(zhì)量流量低時在低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷下進(jìn)行排氣流控制。第二和第三出口(用于第一和第二 旁通排氣流動路徑)32、33由閥轉(zhuǎn)子21的外表面沈封閉，從而來自發(fā)動機(jī)歧管3的所有排 氣流沿著主排氣流動路徑10流動到高壓渦輪機(jī)4的入口，然后通過低壓渦輪機(jī)。氣流旁通 閥17也被封閉或者大致地封閉，從而使得氣流通過高壓壓縮機(jī)5 (實(shí)際上在渦輪機(jī)旁路封 閉之前封閉壓縮機(jī)旁通閥17，有益于給高壓壓縮機(jī)5提供負(fù)載，當(dāng)渦輪機(jī)旁路封閉時防止 了高壓渦輪增壓器超速)。相對小尺寸的高壓渦輪機(jī)4意味著流過它的氣體達(dá)到了比較高 的速度，因而使得渦輪機(jī)4(和必然有的高壓壓縮機(jī)幻在相對高的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動，因此盡管有 相對低排氣質(zhì)量流量，也能產(chǎn)生相當(dāng)大的增壓。相對大尺寸的低壓渦輪機(jī)6意味著幾乎不 轉(zhuǎn)動以便低壓壓縮機(jī)7僅產(chǎn)生臨界增壓。閥轉(zhuǎn)子21在圖3a中示出的位置中，在高壓和低壓渦輪機(jī)4、6之間的功分界線是 相應(yīng)的每個渦輪機(jī)流動面積的函數(shù)。高壓渦輪機(jī)4提供大多數(shù)的功并且在比大的低壓渦輪 機(jī)6更高的膨脹率下運(yùn)行。如果具有在圖3a中示出的部分中的閥轉(zhuǎn)子，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或 負(fù)荷增加，兩個渦輪機(jī)的膨脹率將增加，但是高壓渦輪增壓器1將繼續(xù)提供大部分增壓(假 設(shè)沒有超過其有效膨脹率極限)。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷增加時，閥轉(zhuǎn)子21可以轉(zhuǎn)動到遮住部分，或者全部的用 于第一旁通排氣路徑11的第二出口 32，從而允許至少一部分排氣流旁通過高壓渦輪機(jī)4。 圖北示出了閥轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到的位置，其中排氣旁通氣體路徑11的第二出口 32幾乎完全地敞 開，但是用于第二排氣旁通氣體路徑12的第三出口 33保持蓋上。通過控制閥轉(zhuǎn)子21的位 置在兩個末端(出口 32如圖3a所示的完全閉合，和轉(zhuǎn)子相比于圖北所示的位置按順時針 方向稍稍轉(zhuǎn)動地完全打開)之間，可能根據(jù)本發(fā)明調(diào)整通過旁路氣體路徑11的旁路氣流。 例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速開始從低速和/或負(fù)荷條件下升高時，閥轉(zhuǎn)子21可以轉(zhuǎn)動到開始打開 第二出口 32，從而允許一些排氣流旁通過高壓渦輪機(jī)4，以便當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷升高 時通過低壓渦輪增壓器2增加做功量。閥轉(zhuǎn)子21的精確位置能夠根據(jù)各種不同的操縱控制策略來控制。例如，可以操作 閥8來使得通過高壓渦輪機(jī)4保持一個具體的膨脹率，要么使高壓渦輪機(jī)4保持恒定膨脹 率，要么在發(fā)動機(jī)的具體的工作條件下保持為一個可接受范圍內(nèi)的膨脹率。為了保持高壓 渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速在某一范圍內(nèi)，或者低于某一最大值來防止超速，閥8能夠替代地或者另外運(yùn) 轉(zhuǎn)。根據(jù)另一個可能的控制策略，閥8能夠運(yùn)行在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管處產(chǎn)生一個期望的增壓 或者保持增壓在一個期望的范圍內(nèi)(例如高于最小值和/或低于最大值)。給ECU提供適 當(dāng)?shù)目刂菩盘柕倪m當(dāng)?shù)膫鞲衅鞯脑O(shè)置是直接的，例如渦輪增壓器速度或者增壓傳感器，其 能被稱職的本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。傳感器可以一般地包括傳感器，它們用于監(jiān)控發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷、渦輪增壓器速度、由每個渦輪增壓器產(chǎn)生的增壓、在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口產(chǎn)生的 增壓和在位于控制閥8的上游的排氣流路徑中產(chǎn)生的背壓。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷升高并且閥轉(zhuǎn)子21朝著圖北所示的位置轉(zhuǎn)動地更多 時，其中第一旁通氣體路徑11完全地打開，低壓渦輪增壓器2所做的功相對于高壓渦輪增 壓器1增加。依靠用于旁路排氣流的調(diào)節(jié)的具體控制策略，當(dāng)通過較大的低壓渦輪機(jī)6的 膨脹率增加時，渦輪增壓器系統(tǒng)的總壓比可以例如上升或者保持恒定。能夠理解，當(dāng)用于旁通排氣路徑11的第二出口 32通過閥轉(zhuǎn)子21的轉(zhuǎn)動而打開 時，由于低壓壓縮機(jī)提供增壓的增加量，高壓壓縮機(jī)旁通閥17也可以打開。當(dāng)旁路排氣路徑11依靠用于控制閥8和旁通閥17的具體控制方式打開時，由渦輪增壓系統(tǒng)產(chǎn)生的總的 增壓可以上升或者可以保持恒定。在高的發(fā)動機(jī)負(fù)荷和/或轉(zhuǎn)速下，閥轉(zhuǎn)子21移動到圖北所示的位置，其中第一旁 路排氣路徑11幾乎完全地打開或者稍稍又按順時針方向移動以便完全地打開。渦輪增壓 系統(tǒng)也有效地作為單級渦輪增壓器系統(tǒng)具有實(shí)際上由大的低壓渦輪增壓器2現(xiàn)在所做的 所有功。此時高壓壓縮機(jī)旁通閥17 —般地完全地打開旁通過高壓壓縮機(jī)5。然而，當(dāng)存在 由流動通道10和11的相對的尺寸所決定的其間的壓差時，仍然有一些排氣流通過高壓渦 輪機(jī)4。雖然這產(chǎn)生了可以忽略的功，然而保證了高壓渦輪機(jī)4繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)發(fā)動機(jī)條件變 化時在高壓渦輪增壓器1中幾乎沒有增壓渦輪滯后的情況下來幫助提供一個功的平穩(wěn)傳 輸，并且閥8被操作地減少了旁通流，傳輸壓縮功回到高壓渦輪增壓器1。圖3c示出了閥轉(zhuǎn)子21轉(zhuǎn)動到的位置，其中第一旁通路徑11保持完全地打開并且 凹槽27與第三出口 33對齊以便第二旁通路徑12也完全地打開。應(yīng)當(dāng)理解，通過控制閥轉(zhuǎn) 子21的精確位置來改變出口 33未遮住的程度(例如在圖北和3c之間)，第二旁通路徑 12的端口能夠按要求被控制，從而限制由低壓渦輪機(jī)6所做的功并且因此限制低壓壓縮機(jī) 7的增壓。第二旁通路徑12從而提供一個廢氣門的選擇權(quán)，其中氣體旁通過渦輪增壓器1、 2兩者。應(yīng)當(dāng)理解，閥轉(zhuǎn)子21可以這樣被放置以使得端口 33部分地打開，以便廢氣門旁通 路徑12不能使得整個排氣流通過，從而允許一些排氣流向低壓渦輪機(jī)6來產(chǎn)生所需要的增 壓。相對于圖3a和北所進(jìn)行的如上所述閥的操作，閥轉(zhuǎn)子21的位置可以經(jīng)由ECU根據(jù)任 何適當(dāng)?shù)牟僮鞣绞絹磉M(jìn)行控制。本發(fā)明從而提供了一個包括排氣流控制閥8的多級渦輪增壓器系統(tǒng)，能夠在不同 的工作條件下并且根據(jù)各種的可能的控制方式精確地操作來調(diào)整到高壓和低壓渦輪增壓 器1、2的排氣流。高壓渦輪機(jī)旁通閥和低壓渦輪機(jī)廢氣門的功能合并成單個控制閥。這可 以被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓系統(tǒng)的常規(guī)點(diǎn)火模式。根據(jù)本發(fā)明，渦輪增壓系統(tǒng)可以 在一些實(shí)施例中在兩個進(jìn)一步的模式中的一個或者兩個中運(yùn)行，即發(fā)動機(jī)制動模式和排氣 加熱模式。各種形式的發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)廣泛地適用于車用發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，尤其適用于給例如卡 車的大的車輛提供動力的壓燃式發(fā)動機(jī)(柴油發(fā)動機(jī))。發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)可以用于增加作 用于車輪的常規(guī)摩擦制動器的效果，或者，在一些情況下，可以使用但不依賴于正常的車輪 剎車系統(tǒng)，例如控制車輛的下坡速度。在一些發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)中，制動器被設(shè)置成當(dāng)發(fā)動機(jī) 節(jié)流閥門關(guān)閉時(也就是當(dāng)司機(jī)將他的腳從節(jié)流閥踏板上抬起時)自動地觸發(fā)，在其它發(fā) 動機(jī)制動中可以需要由司機(jī)手動操作，例如壓下分離剎車踏板。在常規(guī)的發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)的一種形式中，在排氣管中的排氣閥被控制，當(dāng)需要制 動時基本上阻止發(fā)動機(jī)排氣流。通過產(chǎn)生高的背壓來產(chǎn)生發(fā)動機(jī)制動扭矩，這增加了在排氣沖程期間在發(fā)動機(jī)活 塞上所做的功。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，排氣流控制閥8能夠被操作來提供排氣制動從而避免必須 提供一個專門的排氣制動閥。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明以發(fā)動機(jī)制動模式操作排氣控制閥8時，閥轉(zhuǎn) 子21順時針方向轉(zhuǎn)動來阻擋發(fā)動機(jī)排氣歧管3的端口 30，和至少部分地阻擋通向高壓渦輪 機(jī)4的入口的端口 31，如圖3d所示。阻擋高壓渦輪機(jī)4的入口阻撓了排氣流通過渦輪增壓器系統(tǒng)從而產(chǎn)生用于發(fā)動機(jī)制動的背壓。產(chǎn)生的背壓量能夠通過適當(dāng)?shù)目刂崎y轉(zhuǎn)子21的位置來改變閥口 30(因此流向高 壓渦輪機(jī)4)被阻擋的程度來進(jìn)行調(diào)整?？蓛?yōu)選提供用于漏流的路徑來防止背壓超過期望 極限。因?yàn)槿鐖D北所示在制動模式中閥轉(zhuǎn)子21完全地阻止了通往到高壓渦輪機(jī)4的入口 的流，在發(fā)動機(jī)制動模式中任何通過渦輪增壓器系統(tǒng)的氣流將僅流過低壓渦輪機(jī)。這確保 了在排氣制動期間減少了產(chǎn)生的增壓，并且也確保了高壓渦輪增壓器1不會超速，記住當(dāng) 車輛下坡行駛很長的距離在這期間發(fā)動機(jī)僅僅負(fù)載很少的負(fù)荷但是能夠達(dá)到非常高的發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)速的時候，經(jīng)常應(yīng)用排氣制動。在發(fā)動機(jī)制動模式中也可能通過在相反方向上轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)子21來操作控制閥8，以便阻擋第二出口 32，并且至少部分地阻擋端口 31以引導(dǎo)氣流進(jìn) 入高壓渦輪機(jī)4的入口。然而制動是不期望的，因?yàn)楦邏簻u輪機(jī)可能產(chǎn)生不需要的增壓，并 且存在高壓渦輪機(jī)超速的潛在危險(xiǎn)。然而排氣制動模式一般地是非點(diǎn)火操作模式(在排氣制動期間無燃料提供給發(fā) 動機(jī))，控制閥8也可以被操作在點(diǎn)火模式中(燃料提供給發(fā)動機(jī)用于與其結(jié)合)限制排氣 流來升高廢氣溫度以便恢復(fù)催化排氣后處理。催化排氣后處理系統(tǒng)性能與穿過它的排氣的溫度直接相關(guān)。為了達(dá)到預(yù)期的 性能，排氣溫度必須高于在所有的發(fā)動機(jī)操作條件和環(huán)境條件下的閾溫(一般地處于約 250°C到370°C范圍內(nèi))。低于閾溫范圍的后處理系統(tǒng)的運(yùn)行將導(dǎo)致后處理系統(tǒng)增加了不希 望的堆積，這必須在再生循環(huán)中燃盡來允許后處理系統(tǒng)回到設(shè)計(jì)的性能水平。此外，低于閾 溫且沒有再生的后處理系統(tǒng)的長時間運(yùn)行將使后處理系統(tǒng)無法使用并且導(dǎo)致發(fā)動機(jī)變得 不符合政府廢氣排放規(guī)范。例如對于大多數(shù)柴油機(jī)的工作范圍來說，排氣溫度通常高于所需的閾溫。然而在 一些條件中，例如輕負(fù)荷條件和/或冷的周圍溫度條件下，排氣溫度經(jīng)常能夠低于閾溫。在發(fā)動機(jī)操作條件下例如輕負(fù)荷條件中，其中排氣溫度可以另外降到低于所需閾 溫，排氣控制閥能夠以排氣加熱模式運(yùn)行來限制排氣流從而減小空氣流冷卻效果并且增加 排氣溫度。圖3e示出了適合于排氣加熱的轉(zhuǎn)子的位置，其處于發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火運(yùn)行模式。這里 轉(zhuǎn)子21放置成阻擋大部分通過端口 31通往高壓渦輪機(jī)4的排氣流，并且阻擋通過出口 32 通往低壓渦輪機(jī)6的旁通路徑11的氣流。同時壓縮機(jī)旁通閥17可以被關(guān)閉以便進(jìn)入的空 氣流過高壓壓縮機(jī)。用這種方法操作閥的效果是對于任何假設(shè)的燃料供給水平減少通過發(fā)動機(jī)的氣 流(同時保持足夠的空氣流用于燃燒)，以便增加排氣溫度例如到催化排氣后處理系統(tǒng)的 有效的運(yùn)行和再生所需的或者分離再生運(yùn)行所需的水平。如上所述，這在例如輕負(fù)荷條件 和/或冷的周圍溫度條件這樣的狀況下是適當(dāng)?shù)?。熱效?yīng)能夠通過閥體21的精確控制從 而改變通向高壓渦輪機(jī)入口的出口 31的阻擋程度來進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)排氣控制閥8在其他的運(yùn)行模式下運(yùn)行時，閥8的排氣加熱運(yùn)行模式一般地通 過E⑶控制。例如，后處理系統(tǒng)可以包括溫度檢測器，用于確定系統(tǒng)內(nèi)的溫度。溫度檢測器 可以通過傳感器直接確定溫度，或者可以通過計(jì)算和/或以一種算法或者軟件程序來迭代 確定溫度。溫度檢測器可以確定系統(tǒng)內(nèi)的溫度并且提供信號給ECU從而幫助控制排氣控制 閥8來根據(jù)需要實(shí)行排氣溫度的變化。溫度的確定在后處理系統(tǒng)本身內(nèi)進(jìn)行，或者在其他的位置例如低壓渦輪機(jī)的出口處進(jìn)行。溫度的確定可以按規(guī)律的時間間隔進(jìn)行，例如多個密集的時間間隔，或者例如能 夠有效地持續(xù)進(jìn)行。ECU可以編程序，無論何時排氣系統(tǒng)中的溫度確定低于閾溫時，在排氣 加熱模式下操作排氣控制閥8。相互連接的高壓和低壓渦輪增壓器1、2的示意性實(shí)施例在圖4中示出。在圖5中 更詳細(xì)地示出的閥室M與專門改造的低壓渦輪機(jī)殼體9 一體成型，并且具有安裝在一側(cè)的 致動器35用于與閥轉(zhuǎn)子21連接(在圖4中為了清楚而被移除)。接收來自發(fā)動機(jī)排氣歧 管3的排氣的入口 30被示出是打開的，并且具有法蘭36用于連接到合適的管(未示出)。 高壓和低壓渦輪機(jī)4、6通過管37互相連接，所述管在第一出口 31和高壓渦輪機(jī)入口 38之 間延伸，并且從而成為主排氣路徑10的一部分。第二出口 32在直徑上與入口 30相對并且 與低壓渦輪機(jī)6的入口 13連通。第三出口 33與第一出口 31并排布置但是從那里軸向地 偏移，并且通向限定在低壓渦輪機(jī)殼體中的廢氣門通道39，并且成為通向低壓渦輪機(jī)的排 氣出口 14的旁通路徑12的一部分。這個通道在圖6a和6b的剖視圖能夠看到，其中閥轉(zhuǎn) 子21在閥室M中示出。高壓渦輪機(jī)4具有排氣出口，也就是說通過管40連接到低壓渦輪 機(jī)6的入口 13。圖6a和6b示出了在第一位置和第二位置之間的閥轉(zhuǎn)子21的旋轉(zhuǎn)，其中第一位置 對應(yīng)于圖北中的位置，在圖北中與廢氣門通道39(成為第二旁通路徑12的一部分)連通 的端口 33關(guān)閉，第二位置對應(yīng)于圖3c中的位置，在圖3c中閥轉(zhuǎn)子21中的凹槽27與端口 33對齊以便為來自入口 30的排氣流打開廢氣門通道39，從而允許它旁通過高壓和低壓渦 輪機(jī)4、6。本發(fā)明的渦輪增壓器系統(tǒng)還可以被操作來幫助排氣再循環(huán)(EGR)。在EGR系統(tǒng)中， 來自排氣歧管的一部分排氣再次引入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管用于進(jìn)一步燃燒，目的在于減少發(fā) 動機(jī)排出物。EGR再循環(huán)路徑允許一部分排氣通過EGR冷卻器流入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管。通 過排氣再循環(huán)路徑的氣流通過EGR控制閥來控制。EGR控制閥可以是通常用于這樣一個應(yīng) 用中的各種常規(guī)型中的任何一個，包括蝶形閥、瓣閥、回轉(zhuǎn)閥等等。對于現(xiàn)代的高效率的渦輪增壓器系統(tǒng)，進(jìn)氣歧管的增壓往往能夠在排氣歧管處超 過排氣壓力，使得再循環(huán)排氣再次引入進(jìn)氣歧管，例如這樣存在需要專門的EGR泵等等問 題。在本發(fā)明中，排氣控制閥能夠以這樣的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，從而有效地使渦輪增壓的效率減小到 低于能夠?qū)崿F(xiàn)任何給定的發(fā)動機(jī)工作條件下的最大值以便保持背壓在一個必需的程度便 于排氣再循環(huán)。換句話說，排氣控制閥8可能以這樣的方式運(yùn)行從而使得用于排氣再循環(huán) 的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口和排氣歧管條件最優(yōu)，以便減少排放物同時使得較佳燃料消耗的空氣燃料 比最小。所述閥適合位于或者接近于低壓渦輪機(jī)的殼體。應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明替換的實(shí)施 例中，排氣流控制閥可以容納在分離閥套中，所述分離閥套不是兩個渦輪增壓器任何一個 的一部分。這樣的實(shí)施例例如將允許將用于兩級渦輪增壓系統(tǒng)的控制閥8進(jìn)行改型。在本 發(fā)明的其他實(shí)施例中，排氣流控制閥例如能夠容納在高壓渦輪機(jī)殼體內(nèi)。在又一個其它實(shí) 施例中，高壓渦輪機(jī)和低壓渦輪機(jī)可能合并成一個共同的殼體，排氣控制閥位于所述共同 的渦輪機(jī)殼體內(nèi)。渦輪機(jī)可以是固定的或者可變幾何形狀類型?？勺儙缀涡螤顪u輪機(jī)與固定幾何形狀渦輪機(jī)的不同之處在于，入口通道的尺寸能夠被改變使得氣流速度在質(zhì)量流量范圍內(nèi)最 優(yōu)，以便渦輪機(jī)的功率輸出能夠改變從而適應(yīng)變化的發(fā)動機(jī)需求。例如，當(dāng)傳輸?shù)綔u輪機(jī)的 排氣量相對低的時候，通過減小環(huán)形入口通道的尺寸使得到達(dá)渦輪機(jī)葉輪的氣體速度保持 在確保渦輪機(jī)有效運(yùn)行的水平。配有可變幾何形狀渦輪機(jī)的渦輪增壓器被認(rèn)為是可變幾何 形狀渦輪增壓器。在一種公知的可變幾何形狀渦輪機(jī)類型中，軸向可動壁元件限定了入口通道的一 個壁。該元件相對于入口通道的相對壁的位置是可調(diào)整的從而控制入口通道的軸向?qū)挾取?從而，例如，當(dāng)通過渦輪機(jī)的氣流減小時，入口通道寬度可以減少從而保持氣體速度并使渦 輪機(jī)輸出最優(yōu)。渦輪機(jī)的可變幾何形狀機(jī)構(gòu)可以包括一排葉片用于引導(dǎo)氣流進(jìn)入渦輪機(jī)葉 輪，在本領(lǐng)域中通常被稱為“噴嘴環(huán)”。這樣的葉片可以相對于具有孔的覆板隨著可動壁元 件移動，葉片收容在這些孔中，或者它們可以相對于渦輪機(jī)殼體固定，并且可動壁元件可以 以罩件的形式存在，從而替換這些葉片。另一個公知的可變幾何形狀渦輪機(jī)的類型是“擺動葉片”類型。這包含了可變導(dǎo) 流葉片排，其具有位于渦輪機(jī)入口通道的可調(diào)導(dǎo)流葉片。每個葉片繞相應(yīng)的樞軸樞轉(zhuǎn)，所述 樞軸延伸穿過入口與渦輪機(jī)軸平行。提供一個葉片致動機(jī)構(gòu)，所述葉片致動機(jī)構(gòu)與每一葉 片連接并且在某種意義上是可替換的，其使得每一葉片一致移動，這種移動使得入口的橫 截面積以及燃?xì)廨啓C(jī)葉輪的進(jìn)入角能被控制。雖然包含固定幾何形狀渦輪機(jī)的兩級渦輪增壓系統(tǒng)可以在某些方面提供相對復(fù) 雜和昂貴的可變幾何形狀渦輪增壓器的替換使用，根據(jù)本發(fā)明的兩級渦輪增壓系統(tǒng)的渦輪 增壓器的一個(或者兩個)能夠是(所有類型的)可變幾何形狀渦輪增壓器?？梢云谕?如進(jìn)一步改進(jìn)對渦輪增壓系統(tǒng)的控制以及在很寬的發(fā)動機(jī)條件范圍內(nèi)優(yōu)化渦輪增壓性能 的能力。在上面描述的本發(fā)明的實(shí)施例中存在單個高壓渦輪機(jī)。然而，應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)本發(fā) 明的渦輪增壓系統(tǒng)能夠例如包括兩個平行的高壓渦輪機(jī)。例如，兩個高壓渦輪機(jī)中的每一 個能夠接收來自多缸發(fā)動機(jī)的相應(yīng)汽缸組的排氣(例如每個接收來自設(shè)置成“V”型的發(fā)動 機(jī)的一組的排氣)。包含多于一個的高壓渦輪機(jī)的實(shí)施例中，高壓渦輪機(jī)能夠與共同的高壓壓縮機(jī)連 接或者與單獨(dú)相應(yīng)的高壓壓縮機(jī)連接。替代地，與其提供兩個單獨(dú)的高壓渦輪機(jī)來接收來自兩個單獨(dú)組的發(fā)動機(jī)氣缸的 排氣流，不如根據(jù)本發(fā)明在渦輪增壓器系統(tǒng)中包括單個雙平行平巷布置(twin entry)的高 壓渦輪機(jī)。而且，在根據(jù)本發(fā)明的包括一個或多個高壓渦輪機(jī)的渦輪增壓器系統(tǒng)中，每個高 壓渦輪機(jī)能夠設(shè)置成雙平行平巷布置的渦輪機(jī)。同樣地，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓系統(tǒng)能夠具有多于一組順序連接并行 操作的渦輪增壓器。例如，如上所述第一渦輪增壓系統(tǒng)通常能夠接收來自多汽缸的內(nèi)燃機(jī) 的第一組汽缸的排氣流，并且如上所述連續(xù)的第二渦輪增壓裝置能夠接收來自多汽缸的內(nèi) 燃機(jī)的第二組汽缸的排氣流(每個“組”能夠包括單個汽缸)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，本發(fā)明不局限于兩級連續(xù)的渦輪增壓系統(tǒng)，而是能夠概括在包 含多于兩個串聯(lián)的渦輪機(jī)級的渦輪增壓系統(tǒng)中。如上所述本發(fā)明的其他的應(yīng)用以及修改對于稱職的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。 所描述和示出的實(shí)施例被認(rèn)為是說明性的并非在性質(zhì)上進(jìn)行限制，應(yīng)當(dāng)明白僅有 最優(yōu)的實(shí)施例被示出并且進(jìn)行了描述，所有如在權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)變化 和修改期望被保護(hù)。應(yīng)當(dāng)明白雖然在說明書中采用了例如“可優(yōu)選的”，“優(yōu)選地”，“優(yōu)選” 或者“更優(yōu)選”這些詞語表明如此描述的特征是期望的，然而可以是不必需的而且缺乏這樣 的特征的實(shí)施例可以認(rèn)為包含在在附加的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。對于權(quán)利要 求，當(dāng)在一個特征前面采用例如“一個”，“至少一個”，或者“至少一部分”這些詞語時，并不 意欲將該權(quán)利要求僅僅限制為一個這樣的特征除非在權(quán)利要求中特別說明不同。當(dāng)采用 “至少一部分”和/或“一部分”這種詞語時，該對象能夠包括一部分和/或整個對象除非具 體地說明不同。
權(quán)利要求
1.一種渦輪增壓器系統(tǒng)，包括主入口和排氣出口，主入口用于與發(fā)動機(jī)的排氣岐管連通； 相對小的第一渦輪增壓器，具有包括入口和出口的第一渦輪機(jī)； 相對大的第二渦輪增壓器，具有包括入口和出口的第二渦輪機(jī)； 主排氣流路徑，包括用于將排氣傳送到第一渦輪機(jī)入口的入口部分和用于將來自第一 渦輪機(jī)出口的排氣傳送到第二渦輪機(jī)的入口的中間部分；第一旁通流動路徑，與主入口和第二渦輪機(jī)的入口連通從而旁通第一渦輪機(jī)；第二旁通流動路徑，與主入口和排氣出口連通從而旁通第二渦輪機(jī)；和排氣流控制閥，能夠操作以i)有選擇地允許或者阻止排氣流通過主排氣流路徑； )有選擇地允許或者阻止排氣流通過第一旁通路徑；和iii)有選擇地允許或者阻止排氣流通過第二旁通路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中排氣流控制閥位于主排氣流路徑的入口 部分中，以便通過允許或者容許氣流通過主流動路徑的入口部分，允許或者容許氣流通過 主流動路徑。
3.如權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中排氣流控制閥包括 主入口端口，與主入口連通；主出口端口，與主流動路徑的入口部分連通； 第一旁通出口端口，與第一旁通路徑連通；和 第二旁通出口端口，與第二旁通路徑連通。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中閥以第一模式、第二模式和第三模式運(yùn) 行，以第一模式運(yùn)行以阻止氣流通過第一和第二旁通出口端口，在第二模式下允許氣流通 過第一旁通出口端口以容許排氣流的至少部分僅旁通第一渦輪機(jī)，在第三模式下允許氣流 通過所述第二旁通出口端口以容許排氣流的至少部分旁通第一和第二渦輪機(jī)兩者。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中在所述第三模式中允許排氣流通過第一 和第二旁通出口端口。
6.如權(quán)利要求4或5所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中當(dāng)在所述第二模式下運(yùn)行時，第一旁 通出口端口至少部分地未被阻擋，而第二旁通出口端口完全被阻擋。
7.如權(quán)利要求4到6任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中在所述第三模式下，第一旁通出 口端口完全地未被阻擋，而第二旁通出口端口至少部分地未被阻擋。
8.如權(quán)利要求7所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中在所述第三模式下，第二旁通出口端口 完全地未被阻擋。
9.如權(quán)利要求4到8任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中在所述第一、第二和第三模式下 的每一個中，主入口端口至少大致未被阻擋。
10.如權(quán)利要求3到9任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中排氣流控制閥是包括閥轉(zhuǎn)子 的回轉(zhuǎn)閥，閥轉(zhuǎn)子能夠繞閥軸線轉(zhuǎn)動以選擇地阻擋或者不阻擋所述第一和第二旁通出口端
11.如權(quán)利要求10所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中閥轉(zhuǎn)子能夠在第一位置、第二位置和 第三位置之間轉(zhuǎn)動，其中，在第一位置中，第一和第二旁通出口端口都完全被阻擋；在第二2位置中，第一旁通出口端口未被阻擋而第二出口端口被完全阻擋；在第三位置中，第一旁通 出口端口未被阻擋而第二旁通出口端口至少部分地未被阻擋。
12.如權(quán)利要求11所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中當(dāng)轉(zhuǎn)子處于所述第三位置時，第二旁 通出口端口完全未被阻擋。
13.如權(quán)利要求11或12所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)子選擇地可放置在所述第一和 第二位置之間的多個位置。
14.如權(quán)利要求11到13任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中閥轉(zhuǎn)子選擇地可放置在所述 第二和第三位置之間的多個位置處。
15.如權(quán)利要求11到14任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中所述閥轉(zhuǎn)子選擇地可放置在 所述第一、第二和第三位置之間的任意位置處。
16.如權(quán)利要求10到15任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中閥轉(zhuǎn)子包括用于阻擋或者至 少部分阻擋第一和第二旁通出口端口的弧形表面，用在主入口端口和主出口端口與第一旁 通出口端口中的一個或者兩個之間提供氣流連通的通過轉(zhuǎn)子的孔，以及與孔連通且在第三 位置中與第二旁通出口端口對齊的凹部，以便在主入口端口和第二旁通出口端口之間提供 連通。
17.如權(quán)利要求16所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中凹部在閥轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線的方向上偏 離所述孔。
18.如權(quán)利要求3到17任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中第二旁通出口端口具有比入 口端口或者第一旁通出口端口小的最大流動面積。
19.如權(quán)利要求3到18任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中主排氣流動路徑的中間部分 與第一旁通出口路徑連通。
20.如前面權(quán)利要求任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中排氣流控制閥容納在第二渦輪 機(jī)殼體內(nèi)。
21.如權(quán)利要求3到20任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中閥可操作以移動到排氣加熱 模式，其中第二旁通出口端口被閥阻擋，第一旁通出口端口至少部分地被閥阻擋并且主出 口端口至少部分地被阻擋。
22.如權(quán)利要求3到21任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其中閥可操作以移動到發(fā)動機(jī)制 動模式，其中主入口端口至少部分地被阻擋。
23.一種運(yùn)行根據(jù)前面權(quán)利要求任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)的方法，該方法包括i)在第一模式下操作閥以使所有排氣流轉(zhuǎn)向通過第一渦輪機(jī)； )在第二模式下操作閥以容許至少一部分排氣流旁通第一渦輪機(jī)；和iii)在第三模式下操作閥以容許排氣流旁通過第一渦輪機(jī)，并且還容許至少部分排氣 流旁通第二渦輪機(jī)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述第二模式中，閥被操作以調(diào)整容許旁通第 一渦輪機(jī)的排氣流量。
25.如權(quán)利要求23或M所述的方法，其中閥在所述第三模式下操作以控制由第二渦輪 增壓器產(chǎn)生的增壓。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中當(dāng)由第二渦輪增壓器產(chǎn)生的增壓達(dá)到預(yù)設(shè)的極限 值時，閥在所述第三模式下操作以容許排氣流旁通第二渦輪機(jī)。
27.如權(quán)利要求23到沈任一所述的方法，其中閥在所述第三模式下操作以控制第二渦 輪增壓器的轉(zhuǎn)速。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，當(dāng)?shù)诙u輪增壓器的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)的極限值時， 閥在所述第三模式下操作。
29.一種在發(fā)動機(jī)制動模式下運(yùn)行如權(quán)利要求1到22任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)的方 法，其中閥被操作以占據(jù)主入口端口至少部分被阻擋的位置。
30.一種在排氣加熱模式下運(yùn)行如權(quán)利要求1到22任一所述的渦輪增壓器系統(tǒng)的方 法，其中閥被操作以占據(jù)第二旁通出口端口被阻擋、第一旁通出口端口至少部分被閥阻擋、 且主出口端口至少部分被阻擋的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種渦輪增壓器系統(tǒng)，包括相對小的第一高壓(HP)渦輪增壓器和相對大的第二低壓(LP)渦輪增壓器。低壓渦輪增壓器的渦輪機(jī)串聯(lián)連接高壓渦輪增壓器的渦輪機(jī)的下游。第一排氣旁通流動路徑設(shè)置圍繞高壓渦輪機(jī)的旁通流動路徑。第二排氣旁通流動路徑設(shè)置圍繞低壓渦輪機(jī)的旁通流動路徑?；剞D(zhuǎn)閥位于第一和第二旁通流動通路和第一排氣流動通路的交界處?；剞D(zhuǎn)閥包括閥轉(zhuǎn)子，其選擇地轉(zhuǎn)動以允許或者阻擋通向低壓渦輪機(jī)的氣流并且允許或者阻擋通向第一和第二旁通流動通路的氣流。
文檔編號F01L13/06GK102072011SQ201010624489
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月21日
發(fā)明者李·J·魯賓遜 申請人:康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司