本發(fā)明涉及一種緊湊型流量控制閥，其能夠在非常惡劣的環(huán)境中實現(xiàn)長的使用壽命。該閥是一種單或雙同軸滑動閥，能夠依次控制兩個不同功能，其中至少一個功能被逐步控制。

背景技術(shù)：

閥門用來控制氣體的流動。對于閥門而言，渦輪增壓器是特別惡劣的環(huán)境。雖然隨著發(fā)動機需求的增加，已經(jīng)在不同程度上成功地開發(fā)并應用了多種閥門，但對閥門的要求也越來越高。

例如，為了提高車輛的燃料經(jīng)濟性，希望使車輛的空氣動力學前端面積盡可能小且流線型。發(fā)動機艙的緊湊性降低了定位和取向輔助設備(如渦輪增壓器執(zhí)行器)的自由度。為了優(yōu)化空間利用，閥門應該小、重量輕，并在任何方向上自由組裝，對于閥門來說，控制多個功能將是特別有利的。

渦輪增壓器由排氣驅(qū)動。渦輪機外殼的外部接觸環(huán)境空氣溫度，而蝸殼表面接觸740℃-1050℃溫度的排氣，這根據(jù)發(fā)動機的燃燒類型而異。在排氣中工作的閥門暴露于高溫、腐蝕性酸以及那些可能聚積在渦輪增壓器的內(nèi)表面上的煙塵顆粒。所有閥門必須能夠提供嚴密密封和可控打開，不會因為煙塵或油垢而產(chǎn)生腐蝕或堵塞。設計一種不易堵塞的閥門是有利的。

渦輪機系統(tǒng)內(nèi)的背壓可以在高達500kpa的范圍內(nèi)。將有利的是，提高閥門(如廢氣門)的設計，使其可以用最小的致動力得到高精度控制，同時不受高系統(tǒng)壓力的不良影響。

在廢氣門渦輪增壓器中，渦輪蝸殼通過旁通管道流體地連接到導流器下游的渦輪出口。通過旁通管道的氣流由稱為廢氣門的閥門控制。為了便于操作廢氣門，致動或控制力必須通過渦輪機外殼從渦輪機外殼的外部傳遞到渦輪機外殼內(nèi)部的廢氣門。例如，廢氣門樞軸可以延伸穿過渦輪機外殼。在渦輪機外殼外部，致動器通過連桿連接到廢氣門臂，而廢氣門臂連接到廢氣門樞軸。在渦輪機外殼內(nèi)部，樞軸連接到廢氣門。來自致動器的致動力被轉(zhuǎn)換為樞轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，使廢氣門在渦輪機外殼內(nèi)樞轉(zhuǎn)。廢氣門樞軸在圓柱形套管中旋轉(zhuǎn)，或直接接觸渦輪機外殼。由于排氣在壓力下，并且由于軸與套管的內(nèi)孔(軸位于套管的內(nèi)孔中)之間有環(huán)形間隙，增壓渦輪機外殼排出的熱有毒排氣和煙塵可能通過這個間隙。這是應當減少的碳氫排放的根源。發(fā)動機制造商不允許氣體和煙塵從渦輪增壓器泄露到渦輪增壓器周圍環(huán)境清潔空氣中。更好地控制渦輪增壓器排氣是我們希望的。

另外，常規(guī)廢氣門中，廢氣門開始打開時的壓力(“提升壓力”)對其操作至關(guān)重要。當氣動致動器和廢氣門組件組裝到渦輪增壓器時，必須非常仔細地設置廢氣門。精密致動器可以產(chǎn)生壓力，在這個壓力下，膜片開始移動，這取決于所使用的彈簧的預載荷。彈簧制造公差的變化意味著從一個彈簧到下一個彈簧的彈簧剛度的變化是可能的，并且需要單獨校準每個渦輪增壓器以確定提升壓力。我們希望有精確可控并且沒有這些制造變化的閥門(如廢氣門)。

已經(jīng)嘗試使用單個致動器實現(xiàn)雙重功能。美國專利4,893,474提供了一種設有單個氣動致動器的排氣驅(qū)動渦輪增壓器，其控制改變排氣入口通道與渦輪機的流動面積或長寬比的樞轉(zhuǎn)葉片，還控制廢氣門。包括預加載彈簧和搖臂杠桿的連桿機構(gòu)驅(qū)動控制廢氣門和樞轉(zhuǎn)葉片的杠桿。然而，這種設計相當復雜，因此容易失效，不緊湊，并且需要多個閥門來控制多個功能。

美國專利8196403(卡特彼勒)提供了渦輪增壓器，其具有平衡閥、廢氣門以及平衡閥和廢氣門共用的致動器。閥組件可以與渦輪機連接，以調(diào)控egr回路內(nèi)的排氣壓力。閥組件可以包括平衡閥，廢氣門和公共致動器。平衡閥可以被配置為選擇性地允許來自第一蝸殼的排氣流到第二蝸殼。廢氣門可以被配置為選擇性地允許來自第二蝸殼的排氣繞過渦輪機的渦輪機葉輪?？梢钥刂乒仓聞悠?，以使平衡閥和廢氣門兩者在流動通過位置與流動阻擋位置之間移動。閥組件可以與渦輪機構(gòu)成一個整體，并且至少部分地由安裝到渦輪機的渦輪機外殼的閥外殼封閉。然而，該系統(tǒng)采用多個瓣閥，而瓣閥需要大量的致動器力來關(guān)閉。旋轉(zhuǎn)軸可能被阻塞并堵塞。

不僅需要能夠用單個致動器來控制多個功能，而且需要能夠用單個閥門或閥組件(以下稱為閥)來操作多個功能。另外，需要一種可以以最小致動力操作的閥。最后，需要一種不會撞到端部位置的閥。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了第一實施例，其形式為雙順序同軸滑動閥。

簡單來說，兩個杯形活塞在圓柱形空間中同軸滑動。廢氣門開口設置在汽缸側(cè)。突起部從圓柱體的頂端延伸到內(nèi)活塞的杯中。該突起部包括與第一蝸殼連通的開口。汽缸壁中的第二開口與第二蝸殼相通。當兩個活塞都伸長時，內(nèi)杯覆蓋突起部中的第一蝸殼開口和汽缸壁中的第二蝸殼開口，從而防止蝸殼彼此連通，并且外活塞覆蓋廢氣門開口。當內(nèi)活塞部分縮回時，通向第一和第二蝸殼的開口都被打開，并且蝸殼可以“串擾”。然后，隨著內(nèi)活塞進一步縮回，外活塞也縮回，并打開廢氣門開口，從而實現(xiàn)第一和第二蝸殼與廢氣門之間的連通。

更具體地說，在第一實施例中，閥組件容納在閥外殼中，該閥外殼優(yōu)選地并入渦輪增壓器渦輪機外殼中，但可以是單獨的附加單元。該閥外殼限定至少一個圓柱形空間，該圓柱形空間具有縱向軸線，并且至少具有與第一氣體通道(例如第一蝸殼)連通的第一開口，與第二氣體通道(例如第二蝸殼)連通的第二開口以及與第三氣體通道(例如廢氣門)連通的第三開口。內(nèi)活塞或套筒可在圓柱形空間內(nèi)在完全關(guān)閉位置與完全打開位置之間滑動。內(nèi)活塞通過活塞軸連接到位移裝置(例如氣動或液壓致動器或步進電機)。位移裝置設置為使內(nèi)活塞在完全關(guān)閉(延伸)位置與完全打開(縮回)位置之間進行選擇性線性位移。

外活塞與內(nèi)活塞同軸設置。為了現(xiàn)這一點，外活塞設有延伸通過縱向中心軸線的內(nèi)孔。內(nèi)活塞的活塞軸延伸穿過外活塞中的內(nèi)孔。外活塞可在完全關(guān)閉位置與完全打開位置之間滑動。外活塞的行程或行進比內(nèi)活塞的行程或行進短。提供彈簧裝置，用于將外活塞推向其完全關(guān)閉位置。

當兩個活塞都在完全關(guān)閉位置時，第一和第二開口被內(nèi)活塞封閉，第三開口被外活塞封閉。

當內(nèi)活塞沿完全打開(縮回)位置的方向開始從完全關(guān)閉(完全延伸)位置縮回時：

最初，內(nèi)活塞獨立于外活塞行進，并且逐步打開第一和第二開口，

在打開第一和第二開口后，內(nèi)活塞靠在外活塞上，并使外活塞隨著內(nèi)活塞一起逆著彈簧裝置的力開始移動，并且

最后，內(nèi)活塞的縮回導致外活塞縮回到外活塞的完全打開位置，于是第三開口被完全打開，從而實現(xiàn)第一、第二和第三開口之間的連通。

雙順序同軸滑動閥設置在渦輪增壓器渦輪機外殼中的情況下，第一開口可以與第一蝸殼連通，第二開口可以與第二蝸殼連通，第三開口可以與廢氣門通道連通。渦輪機外殼的兩個渦殼可以是對蝸殼型或雙蝸殼型。

兩個單獨的排氣流可以流入渦輪機入口并保持分離，從而通過利用脈沖來增加渦輪機效率。在此，內(nèi)活塞打開第一和第二開口將實現(xiàn)所需的汽缸間流動串擾或平衡。

或者，單獨(混合)排氣流可以從發(fā)動機流入渦輪機入口，并在排氣質(zhì)量流量低的情況下被引導到單個蝸殼，由此渦輪機起到小型渦輪機的作用。當排氣質(zhì)量流量由于例如發(fā)動機的加速度而增加時，可以移動內(nèi)活塞以打開第一和第二開口，使得排氣流可以離開第一蝸殼并在兩個蝸殼之間共享，由此渦輪機外殼起到大型渦輪機外殼的作用。在排氣質(zhì)量流量進一步增加到過驅(qū)動渦輪機的危險范圍內(nèi)的情況下，可以將內(nèi)活塞向完全打開位置移動，帶著外活塞移動并將第二位置移動到打開位置，由此根據(jù)需要逐步打開廢氣門開口。

雖然雙順序同軸滑閥設計的外觀很美，但只有在對以下因素(例如壓力、極端溫度和溫度梯度)，顆粒沉積，閥門，開口，蝸殼，旁路作出廣泛評估，并考慮它們的形狀、取向和方向后才能實現(xiàn)。盡管具有有適合它的非常復雜的一個部件幾何形狀的閥體，盡管要求在蝸殼中不受干擾地流動，設計具有幾乎恒定厚度的壁的渦輪增壓器仍需要大量工作、復雜的流動模擬以及結(jié)構(gòu)分析。，對于一般人來說，大量工作、測試和修改的細節(jié)是微不足道，但最終實現(xiàn)了第一實施例的設計。

根據(jù)本發(fā)明的滑動閥在以下重要方面與典型的擋板廢氣門閥不同：通常，廢氣門包括廢氣門通道以及廢氣門塞，廢氣門通道從排氣通道延伸至廢氣門座，廢氣門塞從可旋轉(zhuǎn)廢氣門臂延伸并具有用于接觸廢氣門座以覆蓋廢氣門通道的輪廓?？赡苄枰喈敶蟮牧砥仁箯U氣門塞逆著排氣通道中排氣的壓力定位并保持在該關(guān)閉位置。相反，在本發(fā)明中，由于開口引導排氣壓力與滑動閥的移動方向垂直(即，在閥汽缸的側(cè)壁上)，排氣壓力將垂直于滑動閥的移動方向起作用，由此對滑動閥沿打開方向或關(guān)閉方向的運動產(chǎn)生很少影響，或全無影響。因此，閥致動器可以被設計為使用較小的性能較低的致動器馬達，并且閥的響應時間可以更快。最后，由于排氣壓力在任何一個運動方向上都不會作用到閥上，所以閥撞到端部位置的可能性降低。

根據(jù)本發(fā)明，提供了第二實施例，其形式為單杯形活塞滑動閥。

簡單來說，圓柱形閥外殼可以位于兩個蝸殼之間的分隔壁中。當單個杯形活塞在完全伸出位置時，蝸殼之間的連通被阻斷。突起部從圓柱體的端部延伸到活塞的杯中。在突起部內(nèi)設有兩個獨立的廢氣門端口。第一和第二開口分別設置在汽缸壁中，分別與第一和第二蝸殼連通。當杯形活塞在完全伸出位置時，所有開口都被阻擋。當杯形活塞縮回幾毫米時，獨立的廢氣門開口被部分打開，從而允許排氣從蝸殼排到廢氣門，而蝸殼之間沒有任何連通。提供了唇部，其阻擋蝸殼之間連通的氣體。當活塞進一步向后拉時，活塞移除唇部，氣體不僅流入廢氣門，而且還可以在蝸殼之間串擾。

更具體地說，在該第二實施例中，使用單個滑動閥。與第一實施例一樣，在該第二實施例中，圓柱形閥外殼設有可以與第一蝸殼、第二蝸殼連通并與一個或多個廢氣門開口連通的開口。根據(jù)開口的位置，當閥從打開位置縮回時，有可能(a)首先通過第一和第二廢氣門開口獨立地排出來自第一和第二蝸殼的多余氣體，隨后允許蝸殼之間的串擾，或(b)首先將蝸殼相互連接，接著通過廢氣門排出多余氣體，或(c)在同一時間逐步打開所有三個開口。單個閥可以氣動或電動操作，并且可以或可以不并入彈簧以將閥偏置在關(guān)閉位置。

現(xiàn)有技術(shù)的雙蝸殼廢氣門的問題在于它們僅排出排氣。蝸殼通過廢氣門連接，但是由于排氣具有質(zhì)量慣性并被導向廢氣門通道的出口，所以廢氣不會在蝸殼之間流動，由此可能導致壓力差?，F(xiàn)在人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，即使排氣已被排出，但使蝸殼互連也是有利的。換句話說，與傳統(tǒng)認識不同，在系統(tǒng)中首先排出多余氣體然后使蝸殼互連是有益的。

本發(fā)明的限定特征是一個閥或多個閥被設計為杯形滑動閥，而不是旋轉(zhuǎn)閥或擋板閥。由于排氣壓力垂直于閥行進方向作用于閥，致動壓力可以保持為較低，從而避免閥撞到端部位置，并可以省去閥門預調(diào)節(jié)。

附圖說明

本發(fā)明通過示例來說明，并不局限于附圖，附圖中相同的附圖標記表示相同的部件，其中：

圖1a示出了從面向未示出的軸承外殼的一側(cè)觀察的排氣歧管和渦輪增壓器渦輪機，其中在渦輪機入口處具有雙順序同軸滑動閥；

圖1b對應于圖1a，除了氣動致動器被換成電致動器；

圖2示出了從渦輪機出口側(cè)觀察的圖1a的渦輪增壓器渦輪機；

圖3示出了渦輪機外殼的截面，示出了第一和第二開口與第一和第二蝸殼連通，第三開口是廢氣門開口，并且示出了閥容納在圓柱形空間中；

圖4示出了閥的內(nèi)和外活塞設置在完全關(guān)閉位置的沿縱向軸線的截面；

圖5示出處于部分打開位置的內(nèi)活塞，其中第一和第二蝸殼互相連通；

圖6示出了閥的截面，其中兩個活塞都處于完全打開位置，廢氣門開口與第一和第二蝸殼連通；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的單順序滑動閥的第一視圖；

圖8對應于圖7的滑動閥，其被旋轉(zhuǎn)90°；

圖9示出了唇部在單個滑動件中的作用，

圖10示出了用于單滑塊閥的渦輪增壓器渦輪機外殼的截面，其中省去了滑塊閥；

圖11是圖10的渦輪機外殼的截面的俯視斜位圖，其中單滑塊閥安裝到位，滑塊閥處于允許蝸殼之間串擾的位置；

圖12a和圖12b示出了閥在雙蝸殼渦輪機外殼或?qū)ξ仛u輪機外殼的分隔壁中的位置，其示出了閥縮回以露出通道；

圖13是用于單滑動閥的渦輪機外殼的一側(cè)的近視圖，其中閥被移除，示出了兩個廢氣門開口中的一個，并且示出了蝸殼串擾開口；以及

圖14是渦輪增壓器渦輪機外殼的俯視圖，其中滑動閥僅縮回到足以部分地打開廢氣門開口。

具體實施方式

圖1a示出了排氣歧管1的總體設置，通過該排氣歧管1，排氣從發(fā)動機(未示出)流到對蝸殼型或雙蝸殼型渦輪增壓器渦輪機外殼2的入口。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，雙順序同軸滑動閥外殼3在渦輪機入口處集成在渦輪機外殼中。單個氣動致動器4a控制雙順序同軸滑動閥的兩個同軸活塞的運動。圖1b與圖1a相同，除了氣動致動器4a被換成電致動器4b；特別地，在圖1b中，可以省去彈簧15。渦輪增壓器軸承外殼和壓縮機將附接到渦輪機外殼2的右側(cè)。

圖2示出了從渦輪機出口側(cè)觀察的圖1a的渦輪增壓器渦輪機；可以看到廢氣門端口5在渦輪增壓器渦輪機葉輪空間的下游。雖然圖1和圖2中示出了單氣動罐型致動器，當然也可以使用一個以上的致動器。更優(yōu)選地是，用電動執(zhí)行器替換罐。這種電致動器是公知的，此處不再贅述。致動器可以由電動閥控制，以確保發(fā)動機cpu可以省去p1或p2。

圖3示出了閥外殼和渦輪機外殼的截面，其中省去了閥活塞，示出了第一和第二開口10、11與第一和第二蝸殼6、7連通。還示出了廢氣口端口9。所有三個開口都與閥的圓柱形空間連通。

如圖3所示，無需所有開口都在滑動閥的徑向外側(cè)設置在閥外殼3的閥汽缸的側(cè)壁上。相反，在內(nèi)活塞的頭部形成為具有凹形活塞頭而非實心活塞頭的“杯”形的情況下，汽缸與致動器相對的端部可以設有圓柱形突起3a，該圓柱形突起3a的直徑對應于內(nèi)活塞閥頭部中凹槽的直徑，并且該圓柱形突起3a中具有通道，該通道例如將第一開口10連接到第一個蝸殼6。在這種情況下，與第二和第三開口的情況一樣，連通到閥的排氣壓力的方向可以是徑向向外而非徑向向內(nèi)，但是由于壓力仍垂直于閥的滑動方向，所以仍然存在排氣壓力對閥的打開或關(guān)閉產(chǎn)生很少影響，或全無影響的情況。

圖4以截面方式示出了在閥外殼內(nèi)閥的內(nèi)和外活塞12、13設置在完全關(guān)閉位置，其限定了至少一個圓柱形空間8，該至少一個圓柱形空間8具有縱向軸線，并且至少具有第一開口10、第二開口11和第三開口9。內(nèi)活塞12可在圓柱形空間內(nèi)在完全關(guān)閉位置和完全打開位置之間滑動，在此示出了其中的完全關(guān)閉位置，內(nèi)活塞覆蓋第一開口10和第二開口11，在該示例性實施例中，第一開口10和第二開口11與第一和第二個蝸殼連通。在這個內(nèi)活塞的關(guān)閉位置，第一蝸殼6和第二蝸殼7彼此隔開，來自汽缸的脈沖能量被傳遞到渦輪機葉輪(對蝸殼渦輪機外殼)，或者所有排氣流被引導到第一蝸殼，而不與第二個蝸殼共享(雙蝸殼渦輪機外殼)。第一和第二開口都可以設置在圓柱形閥體的側(cè)壁上，后者，如圖4所示，第二開口11可以設置在汽缸側(cè)壁3上，第一開口10可以設置在突起部中，該突起部從致動器與汽缸相對的端部延伸，其尺寸被設置為容納在內(nèi)活塞12的杯形頭部中的相應凹槽中。在該實施例中，當內(nèi)活塞處于關(guān)閉位置時，杯形活塞頭部的內(nèi)壁將突起部3a的第一開口10密封，杯的外壁將第二開口11密封。

內(nèi)活塞12具有活塞軸14。諸如氣動致動器4a或液壓致動器或步進電動機4b的位移裝置可操作地聯(lián)接到活塞軸14，以便使內(nèi)部活在完全關(guān)閉位置與完全打開位置之間進行選擇性線性位移。外活塞13具有活塞軸22，并與內(nèi)活塞同軸設置。外活塞具有中心軸線，并且具有內(nèi)孔，該內(nèi)孔沿中心軸線延伸穿過活塞頭部和軸。外活塞13可在完全關(guān)閉(延伸)位置與完全打開(縮回)位置之間滑動，在此示出了其中的完全關(guān)閉位置。提供了可選的彈簧裝置15，用于將外活塞推向完全關(guān)閉位置，如圖4所示。特別地，在致動器是電致動器而非氣動致動器的情況下，可以省去彈簧裝置，兩個閥的移動都由電致動器控制。作為另一種替代方案，雖然彈簧實現(xiàn)了以簡單便宜的方式使一個致動器控制兩個閥(一個主動閥，一個被動閥)，當然也可以有兩個致動器，其中第一致動器控制內(nèi)活塞，第二致動器控制外活塞，獨立于內(nèi)活塞。

在如圖4所示的完全關(guān)閉位置處，第一和第二開口10、11被內(nèi)活塞12阻擋，第三開口9被外活塞13阻擋。

圖5示出了處于部分打開(部分縮回)位置的內(nèi)活塞12，其中第一和第二蝸殼6、7通過第一和第二開口10、11與圓柱形空間8連通。此時，外活塞尚未移動，繼續(xù)阻擋廢氣門端口9。

隨著內(nèi)活塞12繼續(xù)向完全打開位置移動，內(nèi)活塞12接觸外活塞，開始使外活塞逆著彈簧裝置15的彈簧力隨著它移動，由此逐步或完全打開廢門端口9。圖6示出了雙同軸滑動閥的截面，其中兩個活塞都處于完全打開位置，并且廢氣門開口與第一和第二蝸殼連通，排氣流用箭頭表示。

從上述描述可以看出，本發(fā)明不僅可以用單個致動器來逐步控制兩個功能(用于減少脈沖及平衡功率的蝸殼交叉連接；打開廢氣門)，本發(fā)明還可以用單個緊湊型雙同軸滑動閥來控制兩個功能。因此，根據(jù)本發(fā)明的閥特別有利地是，很容易容納在緊湊的發(fā)動機艙中。

內(nèi)和外活塞可以有各種不同設計，例如，它們可以有傳統(tǒng)的內(nèi)燃機活塞設計，或甚至有實心活塞頭。然而，通過提供具有所示的中空或“杯”設計的活塞，可以使密封作用最大化，同時盡可能減少空間和重量。在重量較輕的情況下，閥的慣性減小，響應時間更快。

另外，通過將閥設計為可軸向位移閥而非更傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)閥，減少了煙塵、油污和腐蝕性顆粒積聚的問題。一般認為，活塞(特別是外活塞的內(nèi)孔中內(nèi)活塞軸)的軸向移動以自清潔的方式起作用，以便保持部件拋光、無粘附。

另外，即使單個致動器控制兩個活塞，控制排氣流動所需的軸向移動的量較小，并且可以精確控制。

根據(jù)本發(fā)明，提供了第二實施例，其形式為單滑動閥。

在該第二實施例中，僅使用一個滑動閥，其優(yōu)選地集成在分隔雙或?qū)ξ仛さ姆指舯谥?。與在第一實施例中一樣，在如圖7所示的第二實施例中，圓柱形閥外殼103設有開口110和開口111，該開口110可以與第一蝸殼106連通，該開口111可以與第二蝸殼107連通，并且設有對廢氣門開口109a和109b。閥外殼可以設有一個廢氣門開口或兩個廢氣門開口109a、109b。根據(jù)開口的位置，在對蝸殼渦輪機外殼中，當發(fā)動機開始加速并且閥活塞112從打開位置縮回時，有可能最初保持脈動流向渦輪機葉輪(即蝸殼之間無串擾)，同時通過廢氣門(見圖9中的間隙“x”)排出多余氣體，其中來自蝸殼106的多余氣流流到廢氣門109a，來自蝸殼107的多余氣流流到廢氣門109b，而不影響或消耗脈沖能量。由于唇部105的存在，有可能在活塞112最初縮回期間，阻端兩個蝸殼之間的連通，但不阻擋蝸殼106、107與它們各自的廢氣門109a、109b之間的連通(間隙“x”)。這是對傳統(tǒng)的雙或?qū)ξ仛ぴO計的改進，其中排氣的質(zhì)量慣性指向廢氣門通道的出口，排氣將不會在蝸殼之間流動，由此可能導致壓力差。

接著，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速進一步增加，活塞進一步縮回(圖9中的開口間隙“x”和“y”)，蝸殼相互連接，這消耗脈沖能量以降低渦輪機效率(對蝸殼)或?qū)⑴艢饬髁繌南薅ㄓ谝粋€蝸殼變?yōu)榱魅雰蓚€蝸殼(雙蝸殼)，但這是現(xiàn)階段所需的結(jié)果。最后，如果發(fā)動機被驅(qū)動并產(chǎn)生多余排氣，則有可能進一步打開廢氣門(圖9中的間隙“z”)，以便排出多余排氣并防止渦輪增壓器被過度驅(qū)動。單個閥可以氣動或電動操作，并且可以或可以不并入彈簧以將閥偏置在關(guān)閉位置。

現(xiàn)有技術(shù)的雙蝸殼廢氣門的問題在于它們僅排出排氣。蝸殼通過廢氣門連接，但是由于排氣具有質(zhì)量慣性并指向廢氣門通道的出口，所以它不會在蝸殼之間流動，從而可能導致壓力差?，F(xiàn)在人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，即使排氣已被排出，但使蝸殼互連也是有利的。與傳統(tǒng)認識不同，即使在首先排出多余氣體，然后使蝸殼互連的情況下，也是有益處的。

其中圖7示出了蝸殼106、107如何與廢氣門開口109a、109b連通，該廢氣門開口109a、109b沒有唇部(而唇部設置在蝸殼與蝸殼連接的區(qū)域中)。圖8對應于圖7并旋轉(zhuǎn)90°，示出了蝸殼107與蝸殼的連接。

當然，必要時，閥開關(guān)可以設計為首先通過使蝸殼互連，接著隨著排氣流的增加，打開廢氣門來降低渦輪機效率。

圖10是垂直于閥的軸線的截面，示出了對渦管渦輪機外殼，其具有蝸殼106、107，集成在分隔蝸殼的分隔壁上的圓柱形閥外殼，廢氣門109a、109b以及用于蝸殼之間連通的通道120。

圖11是平行于閥的軸線的截面，示出了用于實現(xiàn)蝸殼之間連通的廢氣門109a和通道120。

圖12a和圖12b是cad型圖，示出了閥位于雙蝸殼渦輪機外殼或?qū)ξ仛u輪機外殼的分隔壁中，示出了閥縮回以露出通道120。

圖13是與圖10相同的截面圖，但圖10的截面通過廢氣門通道109a、109b，而圖13的截面不通過廢氣門通道，圖13示出了從閥外殼103的圓柱形空間的端部突入圓柱形空間的完整三維結(jié)構(gòu)，其中杯形活塞被移除。

圖14是cad型圖，沿排氣的流動方向觀察蝸殼106、107，示出了閥112略微縮回以露出唇部103。

在上述說明性實施例的變型中，除了將活塞形成為理想汽缸外，當然也可以在活塞本身中形成開口或通道，除了汽缸壁之外。例如，大致圓柱形的閥外殼可以一體地形成在渦輪機分隔壁中或分隔對蝸殼型渦輪增壓器系統(tǒng)的兩組歧管的壁中，該閥外殼具有面向第一蝸殼的第一開口以及面向第二蝸殼的第二開口。在活塞的第一位置，活塞中沒有開口或凹槽，并且兩個開口都被阻擋。隨著滑動活塞前進，它首先呈現(xiàn)穿過活塞的通道或位于活塞上方的通道，從而使第一和第二蝸殼連通。隨著活塞進一步前進，一個或兩個開口與廢氣門通道連通。當然，活塞可以被設計為在蝸殼彼此連接之前使廢氣門連接到蝸殼。

非常重要的是，閥被設計為使排氣壓力沿徑向作用在內(nèi)和外活塞上，而非沿活塞的軸向方向。徑向力可以圍繞活塞的圓周分布，從而被抵消。重要的是，氣體壓力在徑向上起作用，因為本發(fā)明閥的兩個活塞沿軸向方向被致動。結(jié)果，致動器不需要抵抗排氣壓力，如在帶旋轉(zhuǎn)致動的傳統(tǒng)擋板閥的情況下。

使用單個致動器和單個閥組件的好處是減少了顆粒物排放。渦輪機級內(nèi)的高壓可以導致排氣通過任何孔或間隙排到大氣中。通過這些孔的排氣通道通常伴隨著黑色煙塵殘留在氣體排出路徑出口側(cè)上。從美觀角度來看，不希望有發(fā)動機燃燒過程所產(chǎn)生的這種煙塵的沉積物。這使得排氣泄漏成為諸如救護車和公共汽車等車輛中的一個特別敏感的問題。從排放角度來看，渦輪機級排出的煙塵不被發(fā)動機/車輛后處理系統(tǒng)捕獲和處理。由于目前的閥只有一個進入渦輪增壓器的入口，所以更容易控制排放。

根據(jù)本發(fā)明的閥系統(tǒng)可以適用于各種功能的渦輪增壓器設計。雙同軸滑動閥的縱向軸線可以平行于渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)軸線，也可以與其垂直，或者可以是任何其它取向。雙同軸滑動閥圓柱形空間可以鑄造到渦輪機外殼中，或者可以制造為單獨的部件并在入口處擰緊到渦輪機外殼上。

從圖4可以看出，本發(fā)明閥的部件(即活塞)可以很容易地組裝并引入閥柱形空間中，并用實心墊圈17蓋住。

為了使兩個活塞能夠相對于彼此移動，需要提供壓力排出孔20、21，由此移動不受壓力或氣阻的阻礙。

活塞，閥外殼的最終設計，開口的位置以及閥外殼的位置將取決于渦輪增壓器的類型以及待實現(xiàn)的排氣流的特定控制方式，這將按照特定發(fā)動機或目標性能來設計。兩蝸殼渦輪機外殼可以是對通道或?qū)ξ仛u輪機外殼，其具有用于脈沖增壓的幾乎相同的螺旋槽，或者是雙通道或雙蝸殼渦輪機外殼，其具有不同長度的軸向或徑向相鄰設置的螺旋通道，用于壓力增壓。外殼可以或可以不具有廢氣門。

基本上，渦輪機外殼的結(jié)構(gòu)設計的一部分是一個蝸殼或一對蝸殼，其功能是控制通向渦輪機葉輪的入口條件，使得入口流動條件有效地將來自排氣中的能量的功率轉(zhuǎn)移為由渦輪機葉輪產(chǎn)生的功率，同時結(jié)合最佳的瞬態(tài)響應特性。理論上，從發(fā)動機進入的排氣流以均勻的方式從蝸殼輸送到以渦輪機葉輪軸為中心的渦流器。為此，理想上，蝸殼的橫截面面積盡可能垂直于流動方向，逐步且連續(xù)地減小，直至變?yōu)榱?。蝸殼的?nèi)邊界可以是一個完整的圓形，被稱為基圓，或者在某些情況下，例如對蝸殼，最小直徑的螺旋線不小于渦輪機葉輪直徑的106％。

當將其用于渦輪增壓器(特別是具有不斷變化負荷的汽車渦輪增壓器)時，(與例如以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運行的發(fā)電機相比)，重要的是適應各種發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。為了適應帶一個渦輪增壓器的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，有可變幾何形狀渦輪增壓器，其可以適應增壓器的輸出轉(zhuǎn)矩。對于汽油發(fā)動機，這非常昂貴，因為材料需要能夠承受非常高的溫度(1000℃而非柴油應用中的900℃)。

因此，需要擴大渦輪機調(diào)節(jié)的工作范圍的方法。一種便宜有效的方式是，當需要減小渦輪機轉(zhuǎn)矩時，在某些工作條件下使蝸殼互相連接，并且在需要進一步減小轉(zhuǎn)矩時，排出渦輪機下游一個或兩個蝸殼的排氣，并繞過渦輪機葉輪。當用于實現(xiàn)這種受控互連時，本發(fā)明的單滑動閥和雙滑動閥特別地有效，高效和耐用?；ミB的控制可以自由地應用于各種系統(tǒng)。

大多數(shù)柴油機渦輪機外殼各有不同，但都具有徑向分隔壁，該分隔壁分隔兩個蝸殼，以便在渦輪機葉輪上保持脈沖能量。通常分隔壁長度使內(nèi)邊界大致在基圓上。分隔壁的頂點越靠近基圓，脈沖能量的保存就越大，但分隔壁中的鑄件開裂的可能性也越大。這種開裂的原因很多，但主要是因為鑄造過程中擠出模具的浮渣，這意味著分隔壁頂點附近的材料的完整性不是最佳，第二是分布在蝸殼周圍的溫度導致鑄件“松動”。產(chǎn)生渦輪機外殼“松動”的熱力受到垂直分隔壁的抵制，結(jié)果使壁上開裂。雖然裂縫幾乎沒有結(jié)構(gòu)損壞，但進一步開裂使鑄鐵分隔壁的碎片與鑄件分離，并卷入渦輪增壓器或發(fā)動機，可能導致后期損壞。

在所謂內(nèi)燃機的點火順序排氣歧管中，特別是例如火花點火式發(fā)動機中，在各種情況下，那些在點火順序中不是順向連接的汽缸的排氣被合并。例如，在四缸發(fā)動機中，在汽缸點火順序為1-3-4-2的情況下，汽缸1和汽缸4以及汽缸2和汽缸3合并。特別是在四缸發(fā)動機中，由于殘留氣體含量較低，在電荷交換過程中這首先減少了汽缸的相互影響，從而增加了新鮮氣體的注入，其次是通過通道分離增加了流速，其結(jié)果是將更大比例的動能傳遞到耦接到內(nèi)燃機的渦輪增壓器的渦輪機葉輪，由此渦輪機功率大大增加。

一些渦輪機葉輪專門設計用于利用該脈沖能量并將其轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)速度。因此，在對蝸殼渦輪機外殼中用于脈沖流渦輪機葉輪的排氣的壓力和速度的轉(zhuǎn)換大于穩(wěn)態(tài)排氣流的壓力和速度向渦輪機葉輪速度的轉(zhuǎn)換。這種脈沖能量在市售柴油發(fā)動機(而非汽油發(fā)動機)中占主導地位，柴油發(fā)動機工作的轉(zhuǎn)速為2200rpm左右，峰值轉(zhuǎn)矩為1200-1400rpm，而汽油發(fā)動機工作的轉(zhuǎn)速高達6000rpm，峰值轉(zhuǎn)矩為4000rpm，使得脈沖不是很好地限定。

在“脈沖增壓”中，窄徑排氣管用于輸送由活塞的推力支撐的汽缸的新排氣的沖動，以便真正向渦輪機葉輪的葉片提供沖擊。對于這種類型的渦輪增壓，必須具有直徑相對較小的蝸殼，并且渦輪機必須位于出口閥附近。這種系統(tǒng)可以適用于雙蝸殼(周向分隔)和對渦管(平行蝸殼)。這種系統(tǒng)被稱為對蝸殼，因為兩個蝸殼始終在操作中，其中一個蝸殼向渦輪機葉輪提供來自一半汽缸的脈沖增壓，另一個蝸殼提供來自其余汽缸的脈沖增壓。

通過連接對蝸殼的兩個蝸殼，即使只有輕微的互連，脈沖增壓的效果也消失了，即蝸殼的互連消除了脈沖增壓的作用，由此增壓器處于可以被描述為壓力增壓的工作模式。

為了增加排氣吞吐量范圍，還有“壓力增壓”或分隔的蝸殼，其中在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，一個蝸殼可能被阻擋，以增加渦輪機上游的排氣的體積或壓力，由此集中在一個打開蝸殼上的壓力可用于更有效地驅(qū)動渦輪機葉輪。顯然，在這種情況下，渦輪增壓器與出口閥有多遠并不重要。在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，由于只有一個蝸殼打開，所有的排氣被迫通過一個蝸殼，使得渦輪增壓器渦輪機起到小位移式增壓器的作用。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，第二蝸殼逐步打開。結(jié)果，提高了低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下渦輪機的效率，并提高了渦輪機的吞吐量范圍。

以最簡單形式的廢氣門是可以為提升閥的閥，或類似于閥的擺動型閥。通常，這些閥由“啞”致動器操作，該致動器感測增壓壓力或真空以激活連接到閥的隔膜，并且在沒有與發(fā)動機ec特定連通的情況下操作。通過這種方式，廢氣門閥的功能是切斷全負荷增壓曲線的頂部，從而使發(fā)動機受到升壓水平的限制。必要時(例如防止渦輪機被過度驅(qū)動)，這實際上減少了到達渦輪機的有效流動，同時當需要完全流動時，允許渦輪機外殼流體全部流向渦輪機葉輪。在閥打開之前，廢氣門配置不會對增壓曲線的特征產(chǎn)生影響。更復雜的廢氣門閥可以感測大氣壓力或者具有電子過載或控制，但是它們在致動打開或關(guān)閉閥之前也不會對增壓曲線產(chǎn)生影響。

對于渦輪增壓器操作來說重要的原因是在渦輪機級上添加廢氣門允許通過較小渦輪機葉輪和外殼匹配低速范圍。因此，添加廢氣門可以使慣性降低。由于旋轉(zhuǎn)組件的慣性降低通常導致顆粒物質(zhì)(pm)減少，所以廢氣門常見于高速公路汽車。問題是大多數(shù)廢氣門通常以二進制運行，這不能很好地與發(fā)動機輸出與發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系匹配。

雙蝸殼渦輪機外殼和對蝸殼渦輪機外殼的設計和操作是公知的，并不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。本發(fā)明參考了美國專利2011/0302911“具有egr料管的雙渦管渦輪增壓器”(特別是圖1)、美國專利8,196,403“具有平衡閥、廢氣門和公共致動器的渦輪增壓器”、歐洲專利2059663“用于操作內(nèi)燃機的方法和裝置”、美國專利4,893,474“具有雙功能致動器的渦輪增壓器”、美國2014/0271138“廢氣門閥和具有廢氣門閥的渦輪增壓器”、美國專利6,715,288“具有雙層渦輪機外殼的可控排氣渦輪增壓器”、美國專利2010/0059026“用于操作內(nèi)燃機的方法和裝置”、并且美國專利7,481,056的公開內(nèi)容通過引用并入本發(fā)明。

這在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，但能夠使蝸殼互連并排出排氣的閥設計方案直到現(xiàn)在也沒有很好地解決。使用目前的雙順序同軸滑動閥，可以說第一次很好地解決了這個問題。根據(jù)以下本發(fā)明說明，在具有雙蝸殼和廢氣門端口的渦輪機外殼中使用閥將會變得顯而易見。