排气涡轮增压器的制作方法

本申请为申请号为“201610322248.9”、发明名称为“排气涡轮增压器”的发明创造的分案申请。

本发明涉及一种如权利要求1主题所述的排气涡轮增压器，其带有涡轮机壳体和安置在壳体中的涡轮机。

背景技术：

gb2312930a公开了一种这种所讨论类型的排气涡轮增压器，带有涡轮机壳体和安置在其中的涡轮机，其中该涡轮机壳体具有两个排气通道，该排气通道通过隔板(partition)相互分隔。另外，提供了一种废气门阀(wastegatevalve)，通过该废气门阀两个排气通道可与旁通管连通，该旁通管绕过涡轮机。

de19853391a1公开了一种废气门阀，其用于控制增加气压，其中一部分废气可以通过旁道绕过涡轮机通到排气系统中。为了避免废气门阀在打开和关闭期间的不稳定性，阀体以下述方式设计，即在打开操作期间，获得逐渐增加的横截面。为此，阀体，例如为，半球形设计。

us2005/086936a1依次公开了一种排气涡轮增压器，带有涡轮机壳体和安置在其中的涡轮机，其中该涡轮机壳体具有两个排气通道，该排气通道通过隔板相互分隔。类似地提供了一种废气门阀，通过该废气门阀两个排气通道可与旁通管连通，该旁通管绕过涡轮机。

通常，排气涡轮增压器的分化在滑块增压(ramsupercharging)和脉冲增压之间做出，其中，在滑块增压的情况中，由排气导致的每个汽缸的压力脉冲，在单个废气收集容器中进行修正。通过这种方法，在高的发动机旋转速度的范围内，涡轮机可以在低压下接通更多的废气。由于发动机能够在相对于较低的排气负压下排气，在此运转期间，降低了燃料消耗。然而，在较低旋转速度下，相对低的发动机扭矩具有不利的影响。

顺次，在低发动机转速下，为了能够相应地获得较大的发动机扭矩，使用了被称为脉冲增压的技术。在这种情况中，各自汽缸的废气沿着各自管道被传导至排气涡轮增压器的涡轮机。归功于细小的管道直径，使用了废气脉冲的动能。这里管线中的压力并不恒定。这里各自排气管线在涡轮机壳体中也分隔导向直至涡轮机叶轮，这可以，例如，通过多通道壳体获得。

技术实现要素：

本发明因此涉及以下技术问题，即对于该考虑类型的排气涡轮增压器，指定一种改进的或至少可替换的实施方式，其能够克服现有技术中的缺点。

该技术问题由本发明独立权利要求的主题解决，优选的实施方式为从属权利要求的主题。

本发明基于以下总体构思，即以下述方式设计一种排气涡轮增压器的涡轮机壳体中的废气门阀，即通过所述废气门阀，脉冲增压和滑块增压都是可能的，同时两种方法的优点因此能够获得，缺点能够避免。为此，本发明的排气涡轮增压器具有，以已知的方式，带有涡轮机安置其中的涡轮机壳体，其中涡轮机壳体具有两个，具体的为螺旋的，排气通道，该排气通道通过隔板相互分隔。该两个排气通道可以通过废气门阀与旁通管相连，该旁通管绕过涡轮机。根据本发明，该废气门阀自身具有单个阀体和与之相互作用的阀座，并以下述方式设计，即滑块增压或脉冲增压都能够实现，基于废气门阀打开的程度，也就是说基于阀体打开的程度。由此，首先能够在高转速和较低的排气负压下接通更多的废气，并因此在所述运转范围内，实现较低的燃料消耗。其次，在低的发动机转速下，可以顺次使用排气脉冲的动能，甚至在低的发动机转速下，通过脉冲增压能够获得大的发动机扭矩。这通过下述事实实现，即在低发动机转速下，废气门阀仅仅以小的开度角(openingangle)打开，同时仅伴有在两个排气通道之间的小的横截面开口(crosssectionopen)，同时对于旁通管打开的横截面较大。在高转速下，滑块增压通过下述事实实现，即废气门阀以较大的开度角打开，同时在两个排气通道之间的连接横截面要大于朝向旁通管的排气横截面。

阀座方便地安置在至旁通管的过渡处(transition)，同时上述连接开口提供在两个排气通道之间。本文的阀体具有锥形基体(basicbody)和阀环(valvecollar)，其中，当废气门阀关闭时，该阀环紧紧静止在阀座上，同时基体关闭了连接开口。通过这种方法，当废气门阀完全关闭时，能够分隔排气涡轮增压器的两个排气通道，根据本发明优选完全地分隔，并因此实现滑块增压。当然，由于制造公差，在排气通道之间的某些泄漏流动可能是无法避免地发生而不会影响滑块增压的效果。

在本发明技术方案的另一个有利实施方式中，阀体的基体具有外侧切口(lateralcutout)，其以下述方式设计，即在阀体的开度角α，该α约为7°，进入旁通管中的废气流大于穿过连接开口的废气流，也就是在两个排气通道之间的连接开口。由此，排气涡轮增压器的脉冲增压可以在低转速和因此阀体的小开度角下实现，由此，甚至在低转速下也能够获得相对大的发动机扭矩。另外，基体的外侧切口以下述方式设计，在阀体的开度角α为α>7°至约25-32°，进入旁通管中的废气流小于穿过连接开口的废气流。由此，排气涡轮增压器的脉冲增压可以在高转速下实现，由此可以获得滑块增压的优点，即由于降低的排气负压获得的降低的燃料消耗。

本文废气门阀的几何尺寸以下述方式设计，即在阀体的第一开度角范围a，进入旁通管的废气流较多，同时在与第一开度角范围a相邻的阀体的第二开度角范围b，进入旁通管中的废气流小于穿过连接开口的废气流。本文，阀体的第一开度角范围a可以处于0°<a<约7°范围内，同时阀体的第二开度角范围b可以处于7°<b<32°范围内。在α为约32°，进入旁通管和穿过连接开口的废气流在大小上是大约相同的。在阀体的开度角α变大的情况下，进入旁通管中的废气流重新大于穿过连接开口的废气流。

在本发明排气涡轮增压器的另一个有利实施方式中，阀体被作为单个工件，铸造空心型材(profile)设计。这就允许获得阀体的经济和高质量的设计，其中可以使用陶瓷型芯作为型芯，其在后续方法步骤中被侵蚀除去。可替换地，当然的是还能想到使用沙或盐型芯。另外，以中空型材形式的设计使得能够获得整个阀体的相对低的重量，由此后者需要更低的校准力用于校准，同时具有更低的承载力，并因此具有更低的磨损。

可替换地，对于阀体还能想到由多个部件成形，特别地作为空心型材，其由阀环和基体构成，其中基体和阀环相互焊接到一起。通过这种方式，可以实现阀体的低成本，降低重量的设计。

废气门阀方便地具有曲柄主轴臂(crankedspindlearm)，其允许阀体的与阀座水平的旋转，也就是说支点或主轴臂的旋转轴处于与阀座水平。另外，入口体(entrybody)，也就是说这种情况下的基体，保持至少轻度锥形，由此能够得到特别稳定的和无碰撞的入口。本文的基体优选地设计以锥形方式设计，从圆柱体至椭圆锥形，从而在开度角为约7°至23°保持排气行为约为恒定。

在根据本发明中的技术方案的进一步有利的实施例中，在阀环区域中，阀体为圆形设计，并且在其背向阀环的自由端具有椭圆形状。阀体的开度角α约为7°到至少25-32°，因此能够得到在持续低水平下的排气行为。

阀体可以设计为摆动挡板(swingingflap)的部件。可替换地，阀体可以设计为柱塞阀的部件。

本发明的其他重要特征和优点将根据从属权利要求，附图和参考附图的具体实施方式而出现。

不需要说明的是，上述特征和下述还未解释的特征并不仅仅能用于各自公开的组合中，还能够在本发明的范围内，用于其它各种组合或其自身。

本发明的优选示例性的实施方式在附图中示出，并在下文中详细解释，其中相同的附图标记涉及相同的或类似的或功能相同的元件。

附图说明

在附图中，每种情况均是示意性地：

图1a图示了本发明处于关闭状态的废气门阀截面示意图；

图1b图示了如图1a中所示的示意图，但是处于废气门阀的或者废气门阀的阀体的开度角α为5°；

图1c图示了如图1b中所示的示意图，但是处于例如为17°的开度角；

图1d图示了如图1c中所示的示意图，但是处于30°的开度角；

图2图示了通过阀体另一个可能的实施方式的截面示意图；

图3图示了如图2中所示的示意图，但是用于另一个实施方式；

图4图示了通过单个工件，铸造阀体的沿不同横截面的顶视图和截面示意图；

图5，6图示了通过本发明阀体的不同实施方式的其它截面示意图；

图7图示了流动横截面开度角的图表；

图8图示了废气门阀的视图，该废气门阀带有曲柄主轴臂和阀体，其安置在曲柄主轴臂上并带有切口；

图9图示了当废气门阀打开时(开度角20°)，在(通道)连接开口区域中的截面示意图；

图10图示了沿着图9的截面a-a的截面示意图，带有打开的废气门阀，其中截面a-a位于涡轮机壳体中的阀座之下0.1mm；

图11图示了主轴臂和阀环的剖视图，阀环可以安置到主轴臂上，带有用于固定防止旋转的工具；

图12图示了如图11中所示的示意图，但是处于装配状态；

图13图示了工具的另一个实施方式的顶视图，该工具用于固定阀体避免在主轴臂上旋转；

图14图示了穿过图13的截面示意图。

具体实施方式

根据图1a至1d，本发明的排气涡轮增压器1具有涡轮机壳体2，该涡轮机安置在其中，但是并未示出。涡轮机壳体2具有两个排气通道3，4，其通过隔板5相互分隔。为了控制排气涡轮增压器1的功率，提供了废气门阀6，通过该废气门阀，两个排气通道3，4可与绕过涡轮机的旁通管7相连。根据本发明，废气门阀6现在具有单个阀体8和与之相互作用的阀座9，并以下述方式设计，即滑块增压(参考图1c和1d)或脉冲增压基于开口的程度(基于运转点)均可以实现，也就是说基于废气门阀6或阀体8的开度角α。这里，阀座9在安置在排气通道3，4至旁通管7之间的过渡处，其中连接开口10提供在两个排气通道3，4之间，其连接开口的横截面可以通过阀体8改变。在图9中，排气通道3，4之间的连接开口10以横截面形式示意，同时废气门阀6是打开的(开度角20°)。

如果图1至6和8的阀体8进行更加精细的示意，可以看出阀体具有锥形基体11和阀环12，其中，当废气门阀6关闭时，阀环12紧紧静止在阀座上，同时基体11关闭了连接开口10。基体11的锥形设计使得更加易于将其插入阀座开口，而不产生碰撞。

基体11还具有外侧切口13(具体参考图1和8)，其允许脉冲增压的产生，基于废气门阀6的开度角α。在α<7°的小开度角，基体11上的外侧切口13改进了排气行为。

如果废气门阀6的阀体8进行更加细致的示意，对于阀体8存在各种可能的实施方式或生产方法。在图1和4中，阀体8被设计为单个工件，铸造中空型材，其可以通过铸造方式例如通过熔模型芯实现。这种类型的熔模型芯可以作为陶瓷型芯，其随后被侵蚀去除，或通过沙或盐型芯。对于铸造工艺自身，至少一个开口14以下述方式提供在阀环12上，即穿过后者并将阀体8的空腔15与外部相连。可替换地，提供两个这种开口14。该开口可以用于在铸造工艺期间，除去型芯。作为相关可替换例，阀体8还可以作为中空型材设计，该中空型材构造自阀环12和基体11，其中基体11和阀环12焊接到一起。为此，例如，阀环12结合或嵌入其中的环形凹槽16(参考图2)安置在基体11上。然后焊缝17沿着环形凹槽16提供。依次作为相关可替换例，阀环12还可以，当然，具有环形凹槽16’(参考图3和6)，其中阀体11结合或嵌入其中。本文随后还提供了环形焊缝17。

作为相关可替换例，还能够想到，纯理论性地，将阀体8设计为坚固型材，即带有基体11和阀环12作为单个工件成形，如图9中所示。

如果观察图3所示阀体8，可以看出阀环12具有中心通孔18，同时基体11具有中心销19，相对于所述通孔以互补方式成形。其中基体11和阀环12在销19和通孔18的区域中相互焊接到一起。

在图5所示的阀体8的情况中，所述阀体包括阀环12，基体11和独立的盖20，其中基体11和阀环12作为单个工件设计并焊接到盖20上。本文所有的实施方式的一个共同特征是，通风开口或者通常的开口14总是提供在阀环12中，所述通风开口或开口将基体11中的空腔15与外部或者与旁通管7相连。在多部件阀体8的真空焊接的情况中，开口14可以起到排气的作用。

根据图10可以明显看出，为了更简单的制造，涡轮机壳体侧阀座9是旋转对称设计。如果还参考图8所示的阀体8的示意图，可以看出，在阀环12的区域中，基体11或阀体8是圆形设计，同时在其自由端21处具有椭圆形形状，该自由端背向阀环12。在约10°至30°的阀体8的开度角α，因为能够得到在持续低水平下的排气行为(废气流7a)。在图10中，余隙23出现是由于基体11的椭圆形剖面也能够显然地看到。

另外，可以从图1和8中看出，废气门阀6具有曲柄主轴臂22，其允许阀体8的与阀座9水平的旋转。因此也能够得到基体11无碰撞的从涡轮机壳体2或阀座9进入或离开。

本发明的废气门阀6的功能将在下文详细解释。

如果将图1a结合图7来看，可以发现，在0°开度角时，阀环12紧紧地静止在涡轮机壳体2上的阀座9上，因此避免了废气流7a从排气通道3，4沿旁通管7的方向流动(参考图7)。如可以进一步获得的，然而，根据图1a，当废气门阀6完全关闭期间，通过连接开口10的废气流10a也是不可避免的，这是由于基体11由于制造公差，不能完全关闭连接开口10。

如果阀体8然后关闭，根据图7可以看出，直到开度角α为约7°，通过阀座9排出的废气流7a大于流动通过连接开口10的废气流10a。由于切口13，流入旁通管7的废气流7a首先急剧增加直到约2°的开度角α，然后重新缓慢下降。在约7°的开度角α，流经连接开口10的废气流10a应该基本对应于废气流7a。在0和40°的开度角α之间，这里废气流10a通常几乎连续的增长。在约7°<α<约32°的阀体8的开度角α，进入旁通管7的废气流7a小于流动通过连接开口10的废气流10a。也就是说，在相对小的开度角α直至7°，排气是更加明显的，与流经连接开口10的废气流10a相比，也就是流经通道连接。

在约32°的开度角α，两个废气流7a和10a依次基本大小相等，在阀体8的开度角α，超过上述角时，废气流7a大于流动通过连接开口10的废气流10a。通过阀体8的本发明的几何形状，特别是外侧切口13，因此可以在低转速下，同时因此在小开度角(α<约7°)，获得尽量小的流动通过连接开口10的废气流10a和流动通过阀座9进入旁通管7的废气流7a,该废气流7a与之相比相对较大，由此可以实现脉冲增压。相反地，在较高转速下，因此在较大开度角α，在排气通道3，4之间的流动横截面增加，同时进入旁通管7的废气流7a减少，其中有效通过连接开口10的流动横截面相对显著更大，因此允许废气流10a,其相对于废气流7a显著增加。由此，滑块增压可以在例如，约7°<α<约32°的区域内实现。本文可以利用废气门阀6实现脉冲增压和滑块增压，仅仅利用单个的阀体8，该阀体8通过简单地和仅仅通过入口体的本发明几何形状，具体地上述外侧切口13进行控制。

因此其通常应用，在阀体的第一开度角范围a内，流入旁通管的废气流大于流经连接开口的废气流，由此，可以实现脉冲增压，同时，在阀体的第二开度角范围b内，其与第一开度角范围a临接，流入旁通管的废气流小于流经连接开口的废气流，因此，实现了滑块增压。这里阀体的第一开度角a位于0°<a<约7°，同时阀体(8)的第二开度角b位于约7°<b<32°，特别地约7°<b<25^°。

为了避免由于废弃的流动造成的阀体8或通常挡板的旋转，提供了一种防止旋转的固定工具(means)。没有这种工具，摩擦磨损可能会达到高的水平从而导致发生元件失效。在各种情况下，在阀体8部具有对称外形的情况下，这种防止旋转的固定工具是绝对必要的，用于避免堵塞。在涡轮机壳体2具有两个排气通道3，4的情况下，防止旋转的固定工具具有超过一个的臂26，同时相关的凹陷24(depression)或开口25已经被证实更加坚固并耐磨损。

如果参考图11至14，可以看到用于固定防止旋转的这种工具，为了实现它，废气门阀6具有主轴臂22’，在其上一体形成了至少一个手臂26，所述手臂接合到相关凹陷24(参考图11和12)和开口25中，该凹陷为阀环12的或者阀体8的，该开口位于阀体8中在其阀环12上。在铸造工艺期间就已经生产了凹陷24或开口25。图11和12示出的固定防止旋转的工具包括以下优点，即由于手臂26，在通孔18周围存在更多的材料，该手臂以圆弓形形状成形。

如11至14中所示的固定防止旋转的工具具有下述优点，即结构上得到了压缩，同时能够以节约空间形式安置。另外，销19的机加工也更加简单，这是由于没有干扰性的转动限位器(rotationalstops)。另外，至少微量的材料节省也可以获得，利用图示的固定防止旋转的工具。图11至14中所示的固定防止旋转的工具进一步提供了优点，即在阀体8的铸造期间，可以获得更好的型芯固定，这是由于附着的转动限位器27(参见图8)可以密封从陶瓷型芯突出的固定销，或者在型芯附近的区域并无用处。

带有本发明的废气门阀6和本发明的排气涡轮增压器1，在单个排气涡轮增压器1中可以实现滑块增压的优点(在高的发动机转速下，发动机的较低的排气负压和较低的燃料消耗)通过脉冲增压的那些(在低发动机转速下的高发动机扭矩)。