CN102777289B

CN102777289B - 具有专用废气再循环的用于涡轮增压发动机的排气旁路系统

Info

Publication number: CN102777289B
Application number: CN201210144458.5A
Authority: CN
Inventors: A.W.海曼; R.E.贝克
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: US8539768B2; US20120285163A1; DE102012207617B4; CN102777289A; DE102012207617A1

Abstract

本发明涉及具有专用废气再循环的用于涡轮增压发动机的排气旁路系统。一种用于内燃机的涡轮增压器组件包括旁通阀，用于控制来自汽缸盖组件的第二组排气口的废气流。当布置在打开位置时，旁通阀允许来自第二组排气口的废气与来自第一组排气口的废气结合，以使涡轮增压器组件的涡轮机转动。当布置在关闭位置时，旁通阀迫使来自第二组排气口的废气通过废气再循环（EGR）通道到达进气歧管，以建立专用EGR系统。

Description

具有专用废气再循环的用于涡轮增压发动机的排气旁路系统

技术领域

本发明大致涉及一种内燃机，所述内燃机具有涡轮增压器组件和废气再循环系统，所述废气再循环系统用于选择性地使废气从发动机的专用EGR汽缸再循环到进气歧管。

背景技术

内燃机可以使废气从一个或多个专用汽缸再循环到进气歧管，通常称为废气再循环（EGR），以改进车辆的燃料效率和/或减少发动机排放。此外，内燃机常常包括涡轮增压器组件。涡轮增压器组件使用废气流来转动涡轮机，这继而驱动压缩机，所述压缩机压缩供应到进气歧管的燃烧空气。当来自内燃机的预先确定数量的汽缸的废气为了EGR目的而被用于进气歧管而由此绕过涡轮增压器组件时，涡轮增压器的涡轮机可用的废气的流动速率减少，这减少了内燃机的最大动力输出。

发明内容

提供了一种用于车辆的内燃机。内燃机包括汽缸盖组件，所述汽缸盖组件限定出第一组排气口和第二组排气口。排气歧管附连到汽缸盖组件。排气歧管包括第一组流道，所述第一组流道与第一组排气口流体连通。第一组流道限定出第一出口。第一组流道构造为用于将废气从第一组排气口引导到第一出口。排气歧管进一步包括第二组流道，所述第二组流道与第二组排气口流体连通。第二组流道限定出第二出口。第二组流道构造为用于将废气从第二组排气口引导到第二出口。排气歧管进一步包括EGR旁路通道，所述EGR旁路通道与第二组流道和第二出口流体连通。EGR旁路通道限定旁路出口。EGR旁路通道构造为用于将废气从第二组流道引导到旁路出口。内燃机还包括涡轮增压器组件，所述涡轮增压器组件附连到排气歧管。涡轮增压器组件包括壳体，所述壳体支撑涡轮机。壳体限定与第一出口流体连通的第一入口，以及以流体连通方式使第一入口和涡轮机互连的涡轮通道。涡轮通道构造为用于将废气从第一入口引导到涡轮机。涡轮增压器组件的壳体进一步限定出第二入口和壳体旁路通道。第二入口与第二出口流体连通。壳体旁路通道以流体连通的方式使第二入口和涡轮通道互连。壳体旁路通道构造为用于将废气从第二入口引导到涡轮通道。涡轮增压器组件包括旁通阀，所述旁通阀由壳体支撑。旁通阀布置在壳体旁路通道内。旁通阀可在打开位置和关闭位置之间运动。当处于打开位置时，旁通阀构造为允许废气流动通过壳体旁路通道。当处于关闭位置时，旁通阀构造为阻止废气流动通过壳体旁路通道。

还提供了一种用于内燃机的废气再循环系统。废气再循环系统包括排气歧管。排气歧管包括第一组流道，所述第一组流道被连结以限定出第一出口。第一组流道构造为用于将废气从第一组排气口引导到第一出口。排气歧管进一步包括第二组流道，所述第二组流道被连结以限定出第二出口。第二组流道构造为用于将废气从第二组排气口引导到第二出口。排气歧管进一步包括EGR旁路通道，所述EGR旁路通道与第二组流道和第二出口流体连通。EGR旁路通道限定旁路出口。EGR旁路通道构造为用于将废气从第二组流道引导到旁路出口。废气再循环系统还包括涡轮增压器组件，所述涡轮增压器组件附连到排气歧管。涡轮增压器组件包括壳体，所述壳体支撑涡轮机。壳体限定与第一出口流体连通的第一入口，以及以流体连通方式使第一入口和涡轮机互连的涡轮通道。涡轮通道构造为用于将废气从第一入口引导到涡轮机。涡轮增压器组件的壳体进一步限定出第二入口和壳体旁路通道。第二入口与第二出口流体连通。壳体旁路通道以流体连通的方式使第二入口和涡轮通道互连。壳体旁路通道构造为用于将废气从第二入口引导到涡轮通道。涡轮增压器组件包括旁通阀，所述旁通阀由壳体支撑。旁通阀布置在壳体旁路通道内。旁通阀可在打开位置和关闭位置之间运动。旁通阀构造为，当处于打开位置时，允许废气流动通过壳体旁路通道。旁通阀构造为，当处于关闭位置时，阻止废气流动通过壳体旁路通道。废气再循环系统进一步包括EGR通道。EGR通道附连到排气歧管，并与旁路出口流体连通。EGR通道构造为用于将废气从旁路出口引导到进气歧管。EGR控制阀布置在EGR通道内。EGR控制阀可在打开位置和关闭位置之间运动。EGR控制阀构造为，当处于打开位置时，允许废气流动通过EGR通道。EGR控制阀构造为，当处于关闭位置时，阻止废气流动通过EGR通道。

还提供了一种用于车辆的内燃机的涡轮增压器组件。涡轮增压器组件包括涡轮机和由所述涡轮机驱动的压缩机。壳体支撑涡轮机和压缩机。壳体限定出第一入口和涡轮通道。第一入口构造为用于接收来自第一组排气口的废气流。涡轮通道以流体连通的方式使第一入口和涡轮机互连。涡轮通道构造为用于将废气从第一入口引导到涡轮机。壳体进一步限定出第二入口和壳体旁路通道。第二入口构造为用于接收来自第二组排气口的废气流。壳体旁路通道以流体连通的方式使第二入口和涡轮通道互连。壳体旁路通道构造为用于将废气从第二入口引导到涡轮通道。涡轮增压器组件进一步包括旁通阀，所述旁通阀由壳体支撑并布置在壳体旁路通道内。旁通阀可在打开位置和关闭位置之间运动。旁通阀构造为，当处于打开位置时，允许废气流动通过壳体旁路通道。旁通阀构造为，当处于关闭位置时，阻止废气流动通过壳体旁路通道。

相应地，旁通阀控制废气从第二组排气口到涡轮机的流动。当关闭时，旁通阀迫使来自第二组排气口的废气通过EGR通道，所述EGR通道将废气引导到进气歧管，由此建立专用EGR汽缸，以改进燃料效率和减少发动机排放。当需要最大动力时，旁通阀打开，以允许来自第二组排气口的废气也流进涡轮通道，以为涡轮机提供动力。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是内燃机的示意透视图。

图2是内燃机的示意性局部分解透视图。

图3是排气歧管的示意平面图。

图4是涡轮增压器组件的壳体的示意透视图。

图5是涡轮增压器组件的壳体的示意透视图。

具体实施方式

具有本领域常规技术的人将认识到，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等的术语用来描述附图，且不表示对本发明的范围的限制，所述范围如由所附的权利要求所限定。

参考附图，其中相同的幅图标记在几幅图中指向相同的部件。内燃机大致在20处示出。内燃机20用于车辆，并可以包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。图中描绘的内燃机20包括直列式四缸发动机。但是，应意识到，内燃机20可以包括任何合适尺寸和/或构造的发动机，包括但不限于直列式六缸发动机、v型六缸发动机、或v型八缸发动机。

参考图1和2，内燃机20包括汽缸盖组件22。汽缸盖组件22附连到汽缸体（未示出）。如已知的，汽缸体限定多个汽缸。汽缸盖组件22限定多个排气口24，一个排气口24与汽缸体的一个汽缸流体连通，用于在燃烧之后排放废气。所述多个排气口24包括第一组排气口26和第二组排气口28。

参考图2，第一组排气口26和第二组排气口28可以每一个包括预先规定数量的排气口24。在图中描绘的内燃机包括直列式四缸发动机时，排气口24的总数等于四，以与汽缸体的四个汽缸对应。优选地，第一组排气口26中的排气口24的预先规定数量等于第二组排气口28中的排气口24的预先规定数量。如所示，第一组排气口26包括两个排气口24，第二组排气口28包括两个排气口24。但是，排气口24在第一组排气口26和第二组排气口28之间的分配可以不同于此处所示和所描述的。例如，第一组排气口26可以包括一个排气口24，而第二组排气口28可以包括三个排气口24。

第一组排气口26可以称为做功排气口，这是由于通过第一组排气口26排放的废气用于使涡轮增压器组件34的涡轮机54转动，在下面更详细地描述。第二组排气口28可以称为专用废气再循环（EGR）排气口，这是由于通过第二组排气口28排放的废气可以被选择性地引导至进气歧管50，以建立用于内燃机20的专用EGR系统30，在下面更详细地描述。

专用EGR系统30包括排气歧管32和涡轮增压器组件34。排气歧管32附连到汽缸盖组件22。排气歧管32包括第一组流道36和第二组流道38。第一组流道36与第一组排气口26流体连通。第一组流道36中的每一个流道连结在一起，以限定第一出口40。第一组流道36将废气从第一组排气口26引导到第一出口40。第二组流道38与第二组排气口28流体连通。第二组流道38中的每一个流道连结在一起，以限定第二出口42。第二组流道38构造为用于将废气从第二组排气口28引导到第二出口42。

参考图3，排气歧管32进一步限定EGR旁路通道44。EGR旁路通道44与第二组流道38和第二出口42流体连通。EGR旁路通道44限定出旁路出口46，用于使废气从排气歧管32排放。EGR旁路通道44构造为用于将废气从第二组流道38引导到旁路出口46。

参考图2和3，专用EGR系统30还包括EGR通道48。EGR通道48附连到排气歧管32，并与排气歧管32的旁路出口46流体连通。EGR通道48构造为用于将废气从旁路出口46引导到进气歧管50。

参考图1，涡轮增压器组件34包括壳体52、涡轮机54和压缩机56。壳体52支撑涡轮机54和压缩机56。压缩机56由涡轮机54驱动，涡轮机54通过循环经过涡轮机54的废气流驱动或转动。涡轮机54和/或压缩机56一起运转，以压缩用于内燃机20的燃烧空气，如本领域中已知的。这样，涡轮机54和/或压缩机56的具体运转在此不详细描述。

参考图4和5，壳体52限定出第一入口58、第二入口60、涡轮通道62和壳体旁路通道64。第一入口58与排气歧管32的第一出口40流体连通。涡轮通道62以流体连通的方式将第一入口58和涡轮机54互连。涡轮通道62将废气从第一入口58引导到涡轮机54。这样，通过第一组排气口26排放的废气流动通过第一组流道36、第一出口40、第一入口58、涡轮通道62、并通过涡轮机54，以为涡轮机54提供动力。相应地，来自第一组排气口26的废气总是可用于涡轮机54，以为涡轮机54提供动力。第二入口60与排气歧管32的第二出口42流体连通。壳体旁路通道64以流体连通的方式将第二入口60和涡轮通道62互连。壳体旁路通道64将废气从第二入口60引导到涡轮通道62。

涡轮增压器组件34还包括旁通阀66。旁通阀66被壳体52支撑，并布置在壳体旁路通道64内。旁通阀66可在打开位置和关闭位置之间运动。参考图4，旁通阀66的打开位置通过实线在68处示出，旁通阀66的关闭位置通过虚线在70处示出。当处于打开位置时，旁通阀66允许废气流动通过壳体旁路通道64并进入涡轮通道62。相应地，当旁通阀66处于打开位置时，通过第二组排气口28排放的废气流动通过第二组流道38、第二出口42、第二入口60、壳体旁路通道64，并进入涡轮通道62，以为涡轮机54提供动力。因此，当旁通阀66被布置在打开位置时，除了来自第一组排气口26的废气之外，来自第二组排气口28的废气也可用于为涡轮机54提供动力。当处于关闭位置时，旁通阀66构造为阻止废气流动通过壳体旁路通道64，使得仅来自第一组排气口26的废气为涡轮机54提供动力。阻止来自第二组排气口28的废气流动进入涡轮通道62迫使来自第二组排气口28的废气通过由排气歧管32限定的EGR旁路通道44，并通过旁路出口46进入EGR通道48中。因此，当旁通阀66被布置在关闭位置时，来自第二组排气口28的废气被提供到进气歧管50，以建立专用EGR系统30。

如所示的，旁通阀66包括活门72，该活门72可旋转地安装到壳体52。活门72可绕旋转轴线74旋转，以限定旁通阀66的打开位置和关闭位置。杆76联接到活门72，以使活门72绕旋转轴线74旋转。促动器78，在图1和2中示出，联接到杆76。促动器78使杆76运动，以在打开位置和关闭位置之间控制活门72，即，使活门72在打开位置和关闭位置之间旋转。促动器78可以包括任何合适类型和/或式样的促动器78，包括但不限于真空促动器78、液压促动器78、或电促动器78。促动器78为杆76提供线性运动，其偏离旋转轴线74，由此导致杆76绕旋转轴线74旋转，这继而使活门72旋转。应意识到，旁通阀66可以包括一些其他类型和/或式样的此处未示出或未描述的阀，这些阀能够打开和关闭第二入口60和涡轮通道62之间的流体连通。

如图1和2所示，专用EGR系统30可以还包括EGR控制阀80。EGR控制阀80布置在EGR通道48内，并可在打开和关闭位置之间运动。当处于打开位置时，EGR控制阀80构造为允许废气流动通过EGR通道48。当处于关闭位置时，EGR控制阀80构造为阻止废气流动通过EGR通道48。EGR控制阀80与旁通阀66配合工作，以控制废气流动通过专用EGR系统30。相应地，当旁通阀66处于关闭位置时，EGR控制阀80布置在打开位置，使得当旁通阀66关闭以迫使废气通过EGR通道48时，EGR控制阀80打开以允许废气在其中流动通过。当旁通阀66布置在打开位置时，EGR控制阀80布置在关闭位置，使得当旁通阀66打开以允许废气流入涡轮通道62时，EGR控制阀80关闭，以防止废气流动通过EGR通道48并进入进气歧管50，由此迫使废气通过旁通阀66并进入涡轮通道62。

旁通阀66可以包括可变中间位置。可变中间位置可以包括旁通阀66的布置在旁通阀66的打开位置和关闭位置之间的任何位置。可变中间位置可调整，以调节废气在壳体旁路通道64和EGR旁路通道44两者之间的流动。相应地，如果旁通阀66定位在中间位置，来自第一组排气口26的废气的一部分被引导到涡轮通道62，以辅助为涡轮机54提供动力，而来自第一组排气口26的废气的余下部分被引导通过EGR旁路通道44，以建立专用EGR系统30。来自第一组排气口26的在涡轮通道62和EGR旁路通道44之间被引导的废气的量可通过改变旁通阀66的位置，即，通过调整可变中间位置而被调整。

参考图1，涡轮增压器组件34可以进一步包括废气门82。废气门82是一种阀，该阀构造为用于控制废气到涡轮机54的流动。废气门82以本领域技术人员已知的方式运转，以控制废气到涡轮机54的流动。这样，废气门82的具体运转在此不详细描述。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims

1.一种用于车辆的内燃机，所述内燃机包括：

汽缸盖组件，限定出第一组排气口和第二组排气口；

排气歧管，附连到汽缸盖组件，所述排气歧管包括：

第一组流道，与第一组排气口流体连通并限定出第一出口，其中，第一组流道构造为用于将废气从第一组排气口引导到第一出口；

第二组流道，与第二组排气口流体连通并限定出第二出口，其中，第二组流道构造为用于将废气从第二组排气口引导到第二出口；和

EGR旁路通道，与第二组流道和第二出口流体连通，并限定出旁路出口，其中，EGR旁路通道构造为用于将废气从第二组流道引导到旁路出口；

涡轮增压器组件，附连到排气歧管并包括壳体，所述壳体支撑涡轮机并限定出第一入口和涡轮通道，所述第一入口与第一出口流体连通，所述涡轮通道以流体连通的方式使第一入口和涡轮机互连，其中，涡轮通道构造为用于将废气从第一入口引导到涡轮机；

其中，涡轮增压器组件的壳体还限定第二入口和壳体旁路通道，所述第二入口与第二出口流体连通，所述壳体旁路通道以流体连通的方式使第二入口和涡轮通道互连，其中，仅壳体旁路通道连接第二入口和涡轮通道流体连通，且其中壳体旁路通道构造为用于将废气从第二入口引导到涡轮；且

其中，涡轮增压器组件进一步包括旁通阀，所述旁通阀由壳体支撑并布置在壳体旁路通道内，其中，旁通阀可在打开位置和关闭位置之间运动，其中，旁通阀构造为，当处于打开位置时，允许废气流动通过壳体旁路通道，且其中，旁通阀构造为，当处于关闭位置时，阻止废气流动通过壳体旁路通道，以阻止废气在第二组排气口和涡轮之间流动。

2.如权利要求1所述的内燃机，其中，第一组排气口包括预先规定数量的排气口，第二组排气口包括预先规定数量的排气口，而第一组排气口的排气口的预先规定数量等于第二组排气口的排气口的预先规定数量。

3.如权利要求2所述的内燃机，其中，第一组排气口的排气口的预先规定数量等于二(2)，第二组排气口的排气口的预先规定数量等于二(2)。

4.如权利要求1所述的内燃机，还包括EGR通道，该EGR通道附连到排气歧管并与旁路出口流体连通，其中，EGR通道构造为用于将废气从旁路出口引导到进气歧管。

5.如权利要求4所述的内燃机，还包括EGR控制阀，该EGR控制阀布置在EGR通道内并可在打开和关闭位置之间运动，其中，EGR控制阀构造为，当处于打开位置时，允许废气流动通过EGR通道，且其中，EGR控制阀构造为，当处于关闭位置时，阻止废气流动通过EGR通道。

6.如权利要求5所述的内燃机，其中，当旁通阀布置在关闭位置时，EGR控制阀布置在打开位置，且其中，当旁通阀布置在打开位置时，EGR控制阀布置在关闭位置。

7.如权利要求1所述的内燃机，其中，旁通阀包括可变中间位置，所述可变中间位置布置在旁通阀的打开位置和关闭位置之间，其中，可变中间位置是可调整的，以调节在壳体旁路通道和EGR旁路通道两者之间的废气流。

8.如权利要求1所述的内燃机，其中，旁通阀包括活门，所述活门可旋转地安装到壳体并可绕旋转轴线在旁通阀的打开位置和关闭位置之间旋转。

9.如权利要求8所述的内燃机，其中，涡轮增压器组件包括杆，所述杆联接到活门并构造为用于使活门绕旋转轴线旋转。

10.如权利要求9所述的内燃机，还包括促动器，所述促动器联接到杆并构造为用于使杆运动，以控制活门。