專利名稱：用于廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)，廢氣渦輪增壓機(jī)，機(jī)動(dòng)車以及用于運(yùn)行廢氣渦輪增壓機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)，一種廢氣渦輪增壓機(jī)，一種機(jī)動(dòng)車以及一種用于運(yùn)行這種廢氣渦輪增壓機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)DE 10 2004 041 166 Al描述了用于機(jī)動(dòng)車的廢氣渦輪增壓機(jī)的已知的結(jié)構(gòu)，該廢氣渦輪增壓機(jī)基本上由徑向渦輪機(jī)以及布置在馬達(dá)吸氣側(cè)中的徑向壓縮機(jī)組成，該徑向壓縮機(jī)通過渦輪增壓機(jī)軸不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地與徑向渦輪機(jī)的渦輪耦合。具有很高動(dòng)能以及熱能的廢氣流在運(yùn)行中驅(qū)動(dòng)渦輪，該渦輪通過耦合件連同渦輪增壓軸將壓縮機(jī)輪置于旋轉(zhuǎn)之中。徑向壓縮機(jī)吸入空氣并且壓縮空氣，由此在發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣側(cè)提供比在傳統(tǒng)吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)中相應(yīng)更大量的新鮮空氣壓力并且由此提供更多的氧氣。由此提高了發(fā)動(dòng)機(jī)平均壓力并且由此提高了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，這引起了發(fā)動(dòng)機(jī)更高的功率輸出。根據(jù)固定定義的做法測(cè)量機(jī)動(dòng)車中內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排放。為此特定的行駛循環(huán)(新歐洲行駛循環(huán)一 NEFZ)在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上連續(xù)運(yùn)行并且在此產(chǎn)生的廢氣積聚在內(nèi)燃機(jī)的排氣管上、例如積聚在塑料囊形式的收集容器中。在連續(xù)運(yùn)行行駛循環(huán)后，在收集的廢氣容積中不允許超過一氧化碳、碳?xì)浠衔镆约暗趸锏念A(yù)先確定的量。作為這種測(cè)量過程中的邊界條件例如考慮，在測(cè)量過程之前不允許內(nèi)燃機(jī)直接處于運(yùn)行之中，也就是說利用冷的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)行駛循環(huán)。在正常的行駛運(yùn)行中，也就是說在熱運(yùn)行的催化器中所述內(nèi)燃機(jī)實(shí)際上不產(chǎn)生之前所提到的排放。所述排放在催化器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然而催化器只有從特定的運(yùn)行溫度起才以有效的方式工作。在達(dá)到其溫度之前，有害物質(zhì)到達(dá)排氣管上的收集容器中。催化器越早達(dá)到其工作溫度，那么就越早催化有害物質(zhì)，并且在NEFZ測(cè)試中由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的有害物質(zhì)就越少。因此，為了確保盡可能快地達(dá)到催化器的工作溫度，優(yōu)選將催化器布置在馬達(dá)附近，優(yōu)選直接布置在排氣彎管后面。在使用廢氣渦輪增壓機(jī)時(shí)不能再在內(nèi)燃機(jī)附近安裝催化器，因?yàn)樵诖藢U氣渦輪增壓機(jī)的徑向渦輪機(jī)裝入了內(nèi)燃機(jī)與催化器之間。通過渦輪機(jī)螺旋件和渦輪的由結(jié)構(gòu)引起的較大表面以及所需的更長(zhǎng)的管道使得廢氣在流過渦輪機(jī)殼體時(shí)不僅損失了熱能而且也損失了動(dòng)能。在起動(dòng)階段中使用引導(dǎo)廢氣的一部分在渦輪機(jī)旁經(jīng)過的、所謂的廢氣門閥門時(shí)，雖然會(huì)降低之前所描述的影響，但是在使用這種廢氣門閥門時(shí)也使得廢氣流量的一部分自然地占據(jù)通過渦輪機(jī)的路徑。由此延長(zhǎng)了催化器達(dá)到其所需的工作溫度所經(jīng)歷的時(shí)間。由此，在NEFZ測(cè)試中相對(duì)于類似的、沒有廢氣渦輪增壓機(jī)的內(nèi)燃機(jī)檢測(cè)出更多的有害物質(zhì)。這當(dāng)然是要避免的。

發(fā)明內(nèi)容
在該背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于廢氣渦輪增壓機(jī)的改善的渦輪機(jī)。
該任務(wù)按本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1所述特征的渦輪機(jī)和/或具有權(quán)利要求11 所述特征的廢氣渦輪增壓機(jī)和/或具有權(quán)利要求12所述特征的機(jī)動(dòng)車和/或具有權(quán)利要求13所述特征的方法得到解決。相應(yīng)地提出
用于廢氣渦輪增壓機(jī)、尤其用于機(jī)動(dòng)車的渦輪機(jī)，其具有控制流過渦輪機(jī)的廢氣量的渦輪機(jī)活門、引導(dǎo)廢氣在渦輪機(jī)旁經(jīng)過的廢氣門閥門以及控制流過廢氣門閥門的廢氣量的廢氣門活門。尤其用于機(jī)動(dòng)車的具有按本發(fā)明的渦輪機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)，其具有布置在渦輪機(jī)殼體中的渦輪、具有壓縮機(jī)殼體的壓縮機(jī)、布置在壓縮機(jī)殼體中的壓縮機(jī)輪以及將壓縮機(jī)輪與渦輪不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地連接的渦輪增壓機(jī)軸。具有這種廢氣渦輪增壓機(jī)的機(jī)動(dòng)車。用于運(yùn)行這種廢氣渦輪增壓機(jī)的方法，所述廢氣渦輪增壓機(jī)具有按本發(fā)明的渦輪機(jī)，所述方法具有第一運(yùn)行模式，其中渦輪機(jī)活門完全關(guān)閉并且廢氣門活門完全打開，由此使全部廢氣量流過廢氣門閥門。此外，現(xiàn)在本發(fā)明的構(gòu)思在于，在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)階段完全關(guān)閉廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)。這通過廢氣門活門與渦輪機(jī)活門的相互作用實(shí)現(xiàn)。由此，在內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)階段實(shí)現(xiàn)了 全部廢氣圍繞渦輪機(jī)引導(dǎo)通過廢氣門閥門并且不在流過渦輪機(jī)時(shí)損失熱量。由此，利用按本發(fā)明的渦輪機(jī)能夠非?？斓貙?shí)現(xiàn)對(duì)于催化器的有效工作來說所需的工作溫度。本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案以及改進(jìn)方案從其它從屬權(quán)利要求以及結(jié)合附圖的圖示所作的描述中獲得。在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，所述渦輪機(jī)具有渦輪機(jī)殼體，其中廢氣門閥門設(shè)置成渦輪機(jī)殼體中的缺口并且渦輪機(jī)活門和廢氣門活門布置在渦輪機(jī)殼體中。由此能夠緊湊地設(shè)計(jì)按本發(fā)明的渦輪機(jī)，由此降低了按本發(fā)明的渦輪機(jī)的空間需求以及重量。在本發(fā)明的典型的設(shè)計(jì)方案中，所述渦輪機(jī)活門布置在渦輪機(jī)出口上。通過這種布置確保了流入渦輪機(jī)中的廢氣流量不會(huì)在進(jìn)入渦輪機(jī)時(shí)被渦輪機(jī)活門阻礙。由此能夠避免效率降低。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，所述渦輪機(jī)活門和/或廢氣門活門具有倒圓過的閥體。由此確保了可靠地密封渦輪機(jī)出口或者說廢氣門閥門并且使廢氣泄漏最小化。在本發(fā)明的同樣優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，所述渦輪機(jī)活門以及廢氣門活門布置在共同的軸上、尤其布置在廢氣門心軸上并且與之不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行連接。由此不僅能夠觸發(fā)渦輪機(jī)活門，而且能夠共同地觸發(fā)廢氣門活門，由此能夠省略用于渦輪機(jī)活門的附加的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。由此降低了按本發(fā)明的渦輪機(jī)的部件數(shù)量、結(jié)構(gòu)空間以及重量，由此減小了渦輪機(jī)的制造成本并且由于降低的重量以及減少的結(jié)構(gòu)空間需求顯著增加了應(yīng)用領(lǐng)域。在本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，設(shè)置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于旋轉(zhuǎn)所述軸。該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)確保了將該軸可靠地定位在所期望的位置中，由此能夠調(diào)節(jié)渦輪機(jī)或者說廢氣門閥門所期望的開口度并且由此確保了渦輪機(jī)的功能性。在本發(fā)明的同樣優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，所述渦輪機(jī)活門與廢氣門活門沿軸的縱向以及圓周方向相互錯(cuò)開地布置。由此，在軸的被限定的角度位置中確保了渦輪機(jī)出口完全關(guān)閉而廢氣門閥門完全打開，或者說渦輪機(jī)出口完全打開而廢氣門閥門完全關(guān)閉。
5
在本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，所述軸可以旋轉(zhuǎn)到第一位置中，在該位置中渦輪機(jī)出口完全關(guān)閉并且廢氣門閥門完全打開。由此確保了全部廢氣流過廢氣門閥門，由此使得內(nèi)燃機(jī)的催化器非?？斓剡_(dá)到其工作溫度。由此在連續(xù)運(yùn)行廢氣測(cè)試循環(huán)中確保了盡可能少地排放有害物質(zhì)。在本發(fā)明的同樣優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，所述軸可以旋轉(zhuǎn)到第二位置中，在該位置中渦輪機(jī)出口至少逐段地打開并且廢氣門閥門同樣至少逐段地打開。由此，例如在內(nèi)燃機(jī)全負(fù)載運(yùn)行中、也就是在高轉(zhuǎn)速下確保了不是所有廢氣量都流過渦輪機(jī)，不然渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)上升得太多。在本發(fā)明的同樣優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，所述軸可以旋轉(zhuǎn)到第三位置中，在該位置中渦輪機(jī)出口完全打開并且廢氣門閥門完全關(guān)閉，其中廢氣門活門為了阻止廢氣泄漏在最終位置中壓靠到廢氣門閥門的閥座上。由此可靠地防止廢氣例如在內(nèi)燃機(jī)全負(fù)載運(yùn)行中、在低轉(zhuǎn)速下流過廢氣門閥門。由此，在內(nèi)燃機(jī)的低轉(zhuǎn)速以及全負(fù)載時(shí)已經(jīng)提供了所需要的渦輪機(jī)功率。此外，例如在很大程度上避免所謂的“渦輪遲滯(Turbolochs)”的情況下，顯著改善了具有這種內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車的加速特性。在本發(fā)明的典型的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置了第二運(yùn)行模式，其中渦輪機(jī)活門與廢氣門活門至少逐段地打開，由此使得廢氣量部分地流過渦輪機(jī)并且部分地流過廢氣門閥門。由此， 如前面已經(jīng)解釋的那樣，例如在內(nèi)燃機(jī)的全負(fù)載運(yùn)行中確保了不是全部的廢氣量流過渦輪機(jī)，不然渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)以不期望的方式上升得太多。在本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置了第三運(yùn)行模式，其中渦輪機(jī)活門完全打開并且廢氣門活門完全關(guān)閉，由此全部廢氣量流過渦輪機(jī)。由此可靠地防止廢氣例如在內(nèi)燃機(jī)的全負(fù)載運(yùn)行中、在低轉(zhuǎn)速下流過廢氣門閥門。由此，在內(nèi)燃機(jī)的低轉(zhuǎn)速以及全負(fù)載中已經(jīng)提供了所需的渦輪機(jī)功率。由此，例如在很大程度上避免“渦輪遲滯”的情況下，顯著改善具有這種內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車的加速特性。上述設(shè)計(jì)方案，只要有意義，就可以以任意方式相互組合。


下面根據(jù)在附圖的示意性圖示中說明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。在此，附圖示出
圖1是按本發(fā)明的渦輪機(jī)的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案在第一運(yùn)行模式中的剖視圖； 圖2是圖1中的渦輪機(jī)在第二運(yùn)行模式中的剖視圖； 圖3是圖1中的渦輪機(jī)在第三運(yùn)行模式中的剖視圖； 圖4是按圖1的渦輪機(jī)的廢氣門心軸的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案的俯視圖； 圖5是渦輪機(jī)出口以及廢氣門閥門的開口度根據(jù)按圖4的廢氣門心軸的旋轉(zhuǎn)角度的視圖；以及
圖6是按本發(fā)明的具有根據(jù)圖1的渦輪機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖的圖示中，只要沒有其它說明，相同的部件、元件以及特征設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施方式
圖1示出了按本發(fā)明的渦輪機(jī)的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案在第一運(yùn)行模式中的剖視圖。圖1首先示出了廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)1，其具有渦輪機(jī)殼體6、布置在渦輪機(jī)殼體6中的渦輪13、渦輪機(jī)出口 7以及帶有閥體8的渦輪機(jī)活門3。此外，渦輪機(jī)殼體6具有優(yōu)選構(gòu)造成渦輪機(jī)殼體6中的缺口(Durchbruch)的廢氣門閥門4。此外，渦輪機(jī)1具有軸10，在該軸上布置渦輪機(jī)活門3以及帶有閥體9的廢氣門活門5。所述閥體8、9優(yōu)選具有倒圓的形狀，該形狀在渦輪機(jī)出口 7或廢氣門閥門4的關(guān)閉的狀態(tài)下無(wú)泄漏地密封在渦輪機(jī)出口 7以及廢氣門閥門4上互補(bǔ)構(gòu)造的閥座。在通向催化劑的廢氣流19中布置的軸 10也稱作廢氣門心軸。該軸10優(yōu)選可旋轉(zhuǎn)地支承在渦輪機(jī)殼體6中，例如借助于耐熱的滑動(dòng)支承位置得到支承。所述軸10在渦輪機(jī)殼體6中優(yōu)選具有兩個(gè)相互間隔距離的支承位置。此外，圖1在右側(cè)以廢氣門閥門4和渦輪機(jī)出口 7的俯視圖示出了軸10。軸10與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11連接，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過數(shù)據(jù)線路或控制線路21與馬達(dá)控制裝置20連接。該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11優(yōu)選構(gòu)造成電動(dòng)或者氣動(dòng)的執(zhí)行器。該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11或者直接地、通過傳動(dòng)裝置或者通過連桿將軸10置于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中。在此，可以通過馬達(dá)控制裝置20預(yù)先確定軸10的所期望的旋轉(zhuǎn)角。所述渦輪機(jī)活門3以及廢氣門活門5優(yōu)選通過材料、形狀或者傳力配合連接不可相對(duì)扭轉(zhuǎn)地安置在軸10上。所述渦輪機(jī)活門3和廢氣門活門5在軸10的長(zhǎng)度1 上錯(cuò)開地布置。此外，渦輪機(jī)活門3和廢氣門活門5也關(guān)于軸10的圓周錯(cuò)開地布置。所述渦輪機(jī)活門3優(yōu)選布置在渦輪機(jī)出口 7上，因?yàn)橛糜谡{(diào)節(jié)廢氣門活門5的廢氣門心軸10已經(jīng)在渦輪機(jī)出口 7的側(cè)面上了。由此，為了觸發(fā)渦輪機(jī)活門3不需要附加的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11，也就是說為了軸10的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)存在的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11同樣可以用于調(diào)節(jié)渦輪機(jī)活門3。如果需要的話則略微更大地設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)11的尺寸。下面描述按本發(fā)明的渦輪機(jī)1在第一運(yùn)行模式中的功能
優(yōu)選設(shè)置成渦輪機(jī)殼體6中的缺口的廢氣門閥門4將來自于內(nèi)燃機(jī)的廢氣流18與通向催化劑的廢氣流19連接起來。在按本發(fā)明的渦輪機(jī)1的第一運(yùn)行模式中，軸10位于第一位置A中。該軸10通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)U送到位置A中。在該第一運(yùn)行模式中，渦輪機(jī)出口 7通過渦輪機(jī)活門3完全閉合并且完全打開廢氣門閥門4，也就是說廢氣門活門5完全從流過廢氣門閥門4的廢氣流中偏轉(zhuǎn)出來。也就是說，內(nèi)燃機(jī)的全部廢氣流18、19圍繞渦輪機(jī)1通過廢氣門閥門4導(dǎo)向催化劑。優(yōu)選在內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)階段中調(diào)節(jié)第一運(yùn)行模式。通過將全部廢氣量環(huán)繞渦輪機(jī)1 進(jìn)行引導(dǎo)，確保了內(nèi)燃機(jī)的催化劑盡可能快地達(dá)到其所需的工作溫度。圖2示出了按圖1的渦輪機(jī)在第二運(yùn)行模式中的剖視圖。圖2首先示出了具有渦輪13和廢氣門心軸10的渦輪機(jī)1，該廢氣門心軸具有渦輪機(jī)活門3和廢氣門活門5。此外，圖2示出了渦輪機(jī)出口 7和廢氣門閥門4。為了簡(jiǎn)化示圖，在圖2中沒有示出馬達(dá)控制裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。然而，可再通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)接近軸10的所期望的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)而接近所期望的位置。下面描述按本發(fā)明的渦輪機(jī)1在第二運(yùn)行模式中的功能
在第二運(yùn)行模式中，所述廢氣門心軸10位于第二位置B中。在該位置B中，不僅所述渦輪機(jī)出口 7而且所述廢氣門閥門4至少部分地打開。在此，部分打開理解為所述渦輪機(jī)活門3或者說廢氣門活門5至少部分地偏轉(zhuǎn)到流過渦輪機(jī)出口 7或者說廢氣門閥門4的廢氣流中。所述第二運(yùn)行模式也包括廢氣門心軸10的位置，在該位置中渦輪機(jī)活門3和/或廢氣門活門5完全從相應(yīng)的廢氣流中偏轉(zhuǎn)出來。也就是說，廢氣部分地在渦輪機(jī)1中膨脹從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能量并且部分地環(huán)繞渦輪機(jī)1流過廢氣門閥門4、流到內(nèi)燃機(jī)的排氣管中。例如在內(nèi)燃機(jī)全負(fù)載運(yùn)行中、在較高的馬達(dá)轉(zhuǎn)速下、例如在機(jī)動(dòng)車以較高的恒定速度快速行駛時(shí)需要所述第二運(yùn)行模式。在該運(yùn)行模式中，廢氣門閥門4防止渦輪13的轉(zhuǎn)速上升太多，轉(zhuǎn)速上升過多例如會(huì)損壞廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪或者由過載引起內(nèi)燃機(jī)損壞。圖3示出了按圖1的渦輪機(jī)在第三運(yùn)行模式中的剖視圖。圖3再次示出了具有渦輪13、渦輪機(jī)出口 7以及廢氣門閥門4的渦輪機(jī)1。此夕卜， 圖3示出了具有渦輪機(jī)活門3和廢氣門活門5的廢氣門心軸10。為了簡(jiǎn)化示圖，在圖3中同樣沒有示出馬達(dá)控制裝置與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。然而可再次通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)接近軸10的所期望的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)而接近所期望的位置。在渦輪機(jī)1的第三運(yùn)行模式中，所述軸10位于最終位置E。該最終位置E表示廢氣門活門5碰到廢氣門閥門4的閥座的止擋位置，在此，廢氣門活門5固定地壓到廢氣門閥門4的閥座12上，以便將廢氣泄漏保持得盡可能小。因此，在第三運(yùn)行模式中完全關(guān)閉廢氣門閥門4并且完全打開渦輪機(jī)出口 7，由此將全部廢氣引導(dǎo)通過渦輪機(jī)1并且通過渦輪 13膨脹從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能量。在內(nèi)燃機(jī)全負(fù)載運(yùn)行中、在低轉(zhuǎn)速時(shí)、例如在機(jī)動(dòng)車起動(dòng)時(shí)需要所述第三運(yùn)行模式。在此，需要全部廢氣流通過渦輪13膨脹并且沒有廢氣在渦輪機(jī)1上流過廢氣門閥門4.
圖4示出了按圖1的渦輪機(jī)的廢氣門心軸的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案的俯視圖。圖4以垂直于圖1的圖紙平面的平面的俯視圖示出了廢氣門心軸10。圖4示出了具有旋轉(zhuǎn)軸線22的軸10、具有閥體8和接片M的渦輪機(jī)活門3以及具有閥體9和接片23 的廢氣門活門5，所述接片M將閥體8與軸10連接，所述接片23將閥體9與軸10進(jìn)行連接。材料、形狀或者傳力配合連接地形成閥體8、9與接片M、23之間的連接。此外，圖4示出了軸10的旋轉(zhuǎn)角α以及角度β，所述角度β描繪了接片23和M在軸10的圓周u上的相互間的角度位置。所述接片23和M優(yōu)選不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地與軸10連接，例如通過傳力配合的連接、如夾緊連接；形狀配合的連接、如楔形軸連接或者材料配合的連接、如釬焊或熔焊連接。所述接片23和M關(guān)于圓周u相互間錯(cuò)開角度β。在軸10圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線22 旋轉(zhuǎn)時(shí)，該軸運(yùn)動(dòng)了旋轉(zhuǎn)角度α。圖5示出了渦輪機(jī)出口與廢氣門閥門的開口度根據(jù)按圖4的廢氣門心軸的旋轉(zhuǎn)角度的視圖。圖5首先示出了一張圖表，其中在圖表的X軸上描繪了廢氣門心軸的旋轉(zhuǎn)角度α 并且在圖表的Y軸上描繪了渦輪機(jī)活門3或者說廢氣門活門5的開口度O。此外，圖5示出了廢氣門心軸的三個(gè)位置Α、Β和Ε、渦輪機(jī)出口打開的區(qū)域25以及廢氣門閥門關(guān)閉的區(qū)域 26。在圖5中附圖標(biāo)記27表示完全關(guān)閉的渦輪機(jī)活門3或者說完全關(guān)閉的廢氣門活門5， 并且附圖標(biāo)記觀表示完全打開的渦輪機(jī)活門3或者說完全打開的廢氣門活門5。附圖標(biāo)記四表示旋轉(zhuǎn)角度α的角度區(qū)域，其中不僅所述廢氣門閥門5而且所述渦輪機(jī)活門3都完全打開。
在廢氣門心軸的相應(yīng)于具有按本發(fā)明的渦輪機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)的第一運(yùn)行模式的位置A中，首先完全關(guān)閉渦輪機(jī)活門3并且完全打開廢氣門活門5。在廢氣門心軸以角度α旋轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪機(jī)活門3在區(qū)域25中開始逐漸打開并且廢氣門活門5在該區(qū)域25內(nèi)首先保持完全打開。優(yōu)選在渦輪機(jī)活門3的開口度ο與旋轉(zhuǎn)角度α之間存在線性關(guān)系。在例如包括大致40°到50°的旋轉(zhuǎn)角度α的角度范圍的區(qū)域四中，不僅所述廢氣門活門5 而且所述渦輪機(jī)活門3都完全打開。在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)廢氣門心軸時(shí)，廢氣門閥門在區(qū)域沈中開始逐漸關(guān)閉，而渦輪機(jī)活門3繼續(xù)地保持完全打開。廢氣門活門5的開口度ο與旋轉(zhuǎn)角度 α之間的關(guān)系優(yōu)選是線性的。廢氣門心軸的位置B相應(yīng)于廢氣渦輪增壓機(jī)的第二運(yùn)行模式。與例如相應(yīng)于0°的旋轉(zhuǎn)角度α的位置A相反，廢氣門心軸的位置B覆蓋了例如0° 到90°的旋轉(zhuǎn)角度α的角度范圍。在廢氣門心軸的相應(yīng)于廢氣渦輪增壓機(jī)的第三運(yùn)行模式的最終位置E中，最后完全打開渦輪機(jī)活門3并且完全關(guān)閉廢氣門活門5。一旦廢氣門閥門完全關(guān)閉，那么廢氣門心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就停止了，因?yàn)閺U氣門活門5的閥體碰到了廢氣門閥門的閥座。為了在內(nèi)燃機(jī)全運(yùn)行中在低轉(zhuǎn)速時(shí)將廢氣泄漏保持得盡可能小，在此必須將廢氣門活門5的閥體固定并且優(yōu)選形狀配合連接地壓靠到廢氣門閥門的閥座上。圖6示出了按本發(fā)明的具有按圖1的渦輪機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方式的俯視圖。具有多個(gè)氣缸32的內(nèi)燃機(jī)31通過廢氣管路33與渦輪機(jī)1的布置在渦輪機(jī)殼體6 中的渦輪13流體地耦合。所述渦輪機(jī)活門3布置在渦輪機(jī)1的渦輪機(jī)出口 7中。具有廢氣門活門5的廢氣門閥門4為廢氣示出了圍繞渦輪機(jī)1的旁路。渦輪13通過渦輪增壓機(jī)軸17與壓縮機(jī)輪16不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地連接。該壓縮機(jī)輪16布置在廢氣渦輪增壓機(jī)2的壓縮機(jī)14的壓縮機(jī)殼體15中。壓縮機(jī)輪16通過吸氣側(cè)30與內(nèi)燃機(jī)31流體地耦合。在具有廢氣渦輪增壓機(jī)2的內(nèi)燃機(jī)31的運(yùn)行中，內(nèi)燃機(jī)31通過廢氣管路33向渦輪13提供廢氣。通過渦輪13降低了廢氣的焓并且將廢氣的動(dòng)能以及熱能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)能。 該旋轉(zhuǎn)能通過渦輪增壓機(jī)軸17傳遞到壓縮機(jī)輪16上。該壓縮機(jī)輪16吸入新鮮空氣、壓縮該新鮮空氣并且將壓縮的新鮮空氣通過吸氣側(cè)30供給內(nèi)燃機(jī)31。由于在壓縮的空氣體積中每體積單位中存在多份氧氣，能夠在內(nèi)燃機(jī)31中每空氣體積單位燃燒多份氧氣，由此提高了內(nèi)燃機(jī)31的功率收益。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)31的運(yùn)行狀態(tài)可以通過廢氣門閥門4引導(dǎo)廢氣在渦輪機(jī)1旁通過或者說可以借助于渦輪機(jī)活門3關(guān)閉渦輪機(jī)出口 7。在按本發(fā)明的廢氣渦輪增壓機(jī)2的第一運(yùn)行模式中完全關(guān)閉渦輪機(jī)出口 7并且完全打開廢氣門活門5，也就是說全部廢氣圍繞渦輪機(jī)1引導(dǎo)。在起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)31時(shí)需要這種運(yùn)行模式，從而將催化器盡可能快地送到其所需的運(yùn)行溫度上。在按本發(fā)明的廢氣渦輪增壓機(jī)2的第二運(yùn)行模式中，不僅至少部分地打開渦輪機(jī)活門3，而且也至少部分地打開廢氣門活門5。例如在內(nèi)燃機(jī)31高速旋轉(zhuǎn)時(shí)、在機(jī)動(dòng)車快速恒定地行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)該第二運(yùn)行模式。通過至少部分地打開廢氣門活門5防止在內(nèi)燃機(jī)31 全負(fù)載時(shí)向渦輪機(jī)1供給太多的廢氣量，由此能夠?qū)u輪13的轉(zhuǎn)速并且因此將壓縮機(jī)輪16 的轉(zhuǎn)速提高到一定程度，從而由于負(fù)載太強(qiáng)或者損壞渦輪13或者甚至損壞內(nèi)燃機(jī)31。在按本發(fā)明的廢氣渦輪增壓機(jī)2的第三運(yùn)行模式中完全關(guān)閉廢氣門活門5并且完全打開渦輪機(jī)活門3。例如在起動(dòng)機(jī)動(dòng)車時(shí)需要這種運(yùn)行模式。在此，引導(dǎo)全部廢氣通過渦輪機(jī)1，由此在較低轉(zhuǎn)速以及全馬達(dá)負(fù)載中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了足夠的馬達(dá)功率。
盡管根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例完全描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限制于所述實(shí)施例，而是可以以多種多樣的方式方法進(jìn)行調(diào)整。上面提及的各個(gè)實(shí)施例，只要在技術(shù)上有意義，就可以任意地相互組合。在本發(fā)明的優(yōu)選修改方案中，所述渦輪機(jī)活門沒有布置在渦輪機(jī)的渦輪機(jī)出口處，而是布置在渦輪機(jī)的渦輪機(jī)入口處。在如此構(gòu)造的實(shí)施方式中就需要兩個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，由此當(dāng)然可以通過缺少機(jī)械耦合使得渦輪機(jī)活門以及廢氣門活門的開口度完全相互獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。示例性地理解所提出的材料、數(shù)據(jù)以及尺寸并且僅僅用于解釋本發(fā)明的實(shí)施方式以及改進(jìn)方案。所說明的渦輪機(jī)以及具有渦輪機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)能夠特別有利地用在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域中并且這里優(yōu)選用在轎車中、例如用在柴油或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)然在需要時(shí)也可以用在其它任意的具有廢氣門的渦輪增壓應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1.用于廢氣渦輪增壓機(jī)(2)、尤其用于機(jī)動(dòng)車的渦輪機(jī)(1)，一其具有控制流過渦輪機(jī)(1)的廢氣量的渦輪機(jī)活門(3)，一其具有引導(dǎo)廢氣在渦輪機(jī)(1)旁經(jīng)過的廢氣門閥門(4)，以及一其具有控制流過廢氣門閥門(4 )的廢氣量的廢氣門活門(5 )。
2.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)(1)具有渦輪機(jī)殼體(6)，其中所述廢氣門閥門(4)設(shè)置成渦輪機(jī)殼體(6)中的缺口并且所述渦輪機(jī)活門(3)和廢氣門活門(5)布置在所述渦輪機(jī)殼體(6)中。
3.按權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)活門(3)布置在所述渦輪機(jī)出口(7)上。
4.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)活門(3)和/或廢氣門活門(5)具有倒圓過的閥體(8，9)。
5.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)活門(3)以及廢氣門活門(5)布置在共同的軸(10)上，尤其布置在廢氣門心軸上并且與之不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地連接。
6.按權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)，其特征在于，設(shè)置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11)用于旋轉(zhuǎn)所述軸(10 )。
7.按權(quán)利要求5或6所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)活門(3)與廢氣門活門(5)沿著所述軸(10)的縱向(1)以及圓周方向(u)相互錯(cuò)開地布置。
8.按權(quán)利要求5到7中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸(10)可旋轉(zhuǎn)到第一位置(A)中，在所述第一位置中所述渦輪機(jī)出口(7)完全關(guān)閉并且所述廢氣門閥門(4 )完全打開。
9.按權(quán)利要求5到8中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸(10)可旋轉(zhuǎn)到第二位置(B)中，在所述第二位置中所述渦輪機(jī)出口(7)至少逐段地打開并且所述廢氣門閥門(4)同樣至少逐段地打開。
10.按權(quán)利要求5到9中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸(10)可旋轉(zhuǎn)到最終位置(E)中，在所述最終位置中所述渦輪機(jī)出口(7)完全打開并且所述廢氣門閥門(4)完全關(guān)閉，其中所述廢氣門活門(5)為了阻止廢氣泄漏在最終位置(E)中壓靠到所述廢氣門閥門(4)的閥座(12)上。
11.尤其用于機(jī)動(dòng)車的、具有按權(quán)利要求1到10中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(1)的廢氣渦輪增壓機(jī)(2)，其具有一布置在渦輪機(jī)殼體(6)中的渦輪(13)，一具有壓縮機(jī)殼體(15)的壓縮機(jī)(14)，一布置在壓縮機(jī)殼體(13)中的壓縮機(jī)輪(16)，以及一將所述壓縮機(jī)輪(16)與渦輪(13)不可相對(duì)旋轉(zhuǎn)地連接的渦輪增壓機(jī)軸(17)。
12.具有按權(quán)利要求11所述的廢氣渦輪增壓機(jī)(2)的機(jī)動(dòng)車。
13.用于運(yùn)行廢氣渦輪增壓機(jī)(2)的方法，所述廢氣渦輪增壓機(jī)具有按權(quán)利要求1到10中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(1 )，所述方法具有第一運(yùn)行模式，在所述第一運(yùn)行模式中所述渦輪機(jī)活門(3)完全關(guān)閉并且所述廢氣門活門(5)完全打開，由此全部廢氣量流過所述廢氣門閥門(4)。
14.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，設(shè)置了第二運(yùn)行模式，在所述第二運(yùn)行模式中所述渦輪機(jī)活門(3)與所述廢氣門活門(5 )至少逐段地打開，由此廢氣量部分地流過所述渦輪機(jī)(1)并且部分地流過所述廢氣門閥門⑷。
15.按權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，設(shè)置了第三運(yùn)行模式，在所述第三運(yùn)行模式中所述渦輪機(jī)活門(3)完全打開并且所述廢氣門活門(5)完全關(guān)閉，由此全部廢氣量流過所述渦輪機(jī)(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于廢氣渦輪增壓機(jī)(2)、尤其用于機(jī)動(dòng)車的渦輪機(jī)(1)，其具有控制流過渦輪機(jī)(1)的廢氣量的渦輪機(jī)活門(3)、引導(dǎo)廢氣在渦輪機(jī)(1)旁經(jīng)過的廢氣門閥門(4)以及控制流過廢氣門閥門(4)的廢氣量的廢氣門活門(5)。本發(fā)明還涉及一種廢氣渦輪增壓機(jī)(2)、具有這種廢氣渦輪增壓機(jī)(2)的機(jī)動(dòng)車以及用于運(yùn)行這種廢氣渦輪增壓機(jī)(2)的方法。
文檔編號(hào)F16K1/20GK102575575SQ201080047377
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者A.科克, C.斯帕雷爾, R.貝寧, R.赫富爾特 申請(qǐng)人:歐陸汽車有限責(zé)任公司