CN102877899A - 用于内燃机的壳体 - Google Patents

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R.E.贝克
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Abstract

本发明涉及用于内燃机的壳体。在本发明的一个示例性实施例中，用于内燃机的壳体包括被构造成从内燃机的气缸接收废气流的歧管段、和涡轮段，其中涡轮段与歧管段为单一构件。此外，壳体包括：涡室，其在涡轮段内，该涡轮段被构造成将废气流引导至绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮；和周向隔膜，其位于涡室内部，以将大致围绕涡轮叶轮叠套的两个腔室分开。

Description

用于内燃机的壳体
联邦研究申明
本发明根据由能源部授权的协议No.DE-FC26-07NT43271在政府的支持下作出。美国政府在本发明中具有一定的权利。
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其地涉及用于内燃机的涡轮增压器壳体。
背景技术
内燃机的发动机控制模块控制供应至发动机的燃烧室的燃料与空气的混合物。在火花塞点燃空气/燃料混合物之后，燃烧发生，并且随后，燃烧气体通过排气阀离开燃烧室。燃烧气体由排气歧管引导至催化转化器或其他排气后处理系统。
涡轮增压器可用于从排气歧管接收废气，以便为发动机提供增强的性能和降低的排放。另外，双涡流技术常常用于进一步提高涡轮增压发动机的性能；尤其地，直列四缸或六缸发动机以及具有“V形”或“平坦”构架的发动机。在以双涡流或双涡轮技术为特征的发动机中，发动机的排气歧管被设计成将气缸分组，因而每组中的气缸的燃烧事件被分开，以使气缸间的排气流干涉最小，从而改善排气脉冲完整性。例如，将气缸分组，以便当每个气缸经历燃烧时提供高脉冲能量的序列，以驱动涡轮叶轮。因此，相对于第二组气缸(实质上点火)实质上不同相的第一组气缸(实质上不点火)不与由第二组气缸点燃的排气脉冲干涉或不使所述排气脉冲降低。因此，双涡流涡轮增压器系统更频繁地将力施加于涡轮叶轮，以改善涡轮性能。另外，利用双涡流技术的发动机由于分离的排气通道的复杂性，可能具有包装和装配限制。附加的部件可用于使双涡流涡轮增压器的工厂装配成为可能，但这些附加部件会增加发动机的整体复杂性、材料和成本。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，用于内燃机的壳体包括被构造成从内燃机的气缸接收废气流的歧管段和涡轮段，其中涡轮段与歧管段为单一构件。此外，壳体包括：涡室，其在涡轮段内，该涡轮段被构造成将废气流引导至绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮；和周向隔膜，其位于涡室内部，以将大致围绕涡轮叶轮套装的两个腔室分开。
在本发明的另一示例性实施例中，内燃机包括：多个气缸，其在气缸盖中；涡轮壳体的第一部分，其联接至气缸盖并与多个气缸流体连通；和涡轮壳体的第二部分，其包括容纳绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮的涡室。发动机还包括位于涡室内部的隔膜，以形成第一室与第二室，其中第一室与涡轮叶轮和第一组气缸流体连通，并且第二室与涡轮叶轮和第二组气缸流体连通。
本发明提供以下技术方案：
1.  一种用于内燃机的壳体，所述壳体包括：
歧管段，其被构造成从所述内燃机的气缸接收废气流；
涡轮段，其中所述涡轮段与歧管段构成单一构件；
在所述涡轮段内部的涡室，所述涡轮段被构造成将废气流引导至绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮；以及
周向隔膜，其位于所述涡室内，以将大致围绕所述涡轮叶轮叠套的两个室分开。
2.  根据方案1所述的壳体，其中所述歧管段联接至容纳所述气缸的气缸盖。
3.  根据方案1所述的壳体，其中所述周向隔膜在所述涡室中将第一室与第二室分开，其中所述第一室径向地在所述第二室内侧。
4.  根据方案3所述的壳体，其中所述第一室与第一组气缸流体连通，并且所述第二室与第二组气缸流体连通。
5.  根据方案3所述的壳体，其中所述周向隔膜被构造成对于所述涡室的至少一部分防止所述第一室与第二室之间的径向流体连通。
6.  根据方案3所述的壳体，其中所述第二室的至少一部分由所述涡室的外壁和所述周向隔膜限定。
7.  根据方案1所述的壳体，其中所述壳体被构造成与双涡流涡轮增压器一起使用。
8.  根据方案1所述的壳体，其中所述两个室绕所述涡轮轴线大致同心。
9.  一种用于内燃机的壳体，所述壳体包括：
歧管段，其被构造成从所述内燃机的气缸接收废气流；
涡轮段，其中所述涡轮段与歧管段构成单一构件；
在所述涡轮段内的涡室，所述涡轮段被构造成将废气流引导至绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮；以及
隔膜，其位于所述涡室内部，以形成与所述涡轮叶轮和第一组气缸流体连通的第一室和与所述涡轮叶轮和第二组气缸流体连通的第二室。
10. 根据方案9所述的壳体，其中所述歧管段联接至容纳所述气缸的气缸盖。
11. 根据方案9所述的壳体，其中所述隔膜包括相对于所述涡轮轴线的大致径向的隔膜。
12. 根据方案9所述的壳体，其中所述第一和第二室围绕所述涡轮叶轮叠套，并且所述隔膜包括相对于所述涡轮轴线的大致周向的隔膜。
13. 根据方案12所述的壳体，其中所述周向隔膜被构造成对于所述涡室的至少一部分防止所述第一与第二室之间的流体连通。
14. 根据方案9所述的壳体，其中所述壳体被构造成与双涡流涡轮增压器一起使用。
15. 一种内燃机，包括：
在气缸盖中的多个气缸；
涡轮壳体的第一部分，其联接至所述气缸盖并与所述多个气缸流体连通；
涡轮壳体的第二部分，其包括容纳绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮的涡室；以及
隔膜，其位于所述涡室内部以形成第一室与第二室，其中所述第一室与所述涡轮叶轮和第一组气缸流体连通，并且所述第二室与所述涡轮叶轮和第二组气缸流体连通。
16. 根据方案15所述的内燃机，其中所述隔膜包括相对于所述涡轮轴线的大致径向的隔膜。
17. 根据方案16所述的内燃机，其中所述第一室和第二室在所述径向隔膜的每侧上经由轴向相邻的周向通道与所述涡轮叶轮流体连通。
18. 根据方案15所述的内燃机，其中所述第一室和第二室围绕所述涡轮叶轮叠套，并且所述隔膜包括相对于所述涡轮轴线的大致周向的隔膜。
19. 根据方案18所述的内燃机，其中所述周向隔膜被构造成对于所述涡室的至少一部分防止所述第一与第二室之间的径向流体连通。
20. 根据方案15所述的内燃机，其中所述涡轮壳体被构造成与双涡流涡轮增压器一起使用。
当结合附图理解时，本发明的以上特征和优点及其他的特征和优点将容易地从本发明的以下详细说明显现。
附图说明
仅作为示例，其他的目的、特征、优点和细节在实施例的以下详细说明中显现，所述详细说明参考附图，其中：
图1是内燃机的实施例的示意图；
图2是用于内燃机的壳体的实施例的透视图；以及
图3是用于内燃机的壳体的另一实施例的透视图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是示例性的，并且不意图于限制本公开、其应用、或使用。应理解的是，遍及附图，相应的附图标记指示相同的或相应的部分和特征。
根据本发明的示例性实施例，图1图示了在该情况下为直列四缸发动机的示例性内燃机100，包括发动机缸体与气缸盖组件104、排气系统106、涡轮增压器108和控制器110。联接至发动机缸体与气缸盖组件104的是壳体118，该壳体可以在发动机缸体与气缸盖组件104的外部。另外，发动机缸体与气缸盖组件104包括气缸114，其中气缸114接收燃烧空气与燃料的组合物。燃烧空气/燃料混合物燃烧，导致位于气缸114中的活塞(未示出)的往复运动。活塞的往复运动使曲轴(未示出)旋转，以将原动力输送至车辆动力系(未示出)，或者在内燃机100的静止应用的情况下输送至发电机或这样的动力的其他静止的接收器(未示出)。空气/燃料混合物的燃烧引起废气通过壳体118和涡轮增压器108并进入排气系统106的流动。在一个实施例中，涡轮增压器108包括由以可旋转的方式设置在涡轮增压器108中的轴125联接的压缩机叶轮123和涡轮叶轮124。
排气系统106可包括“紧接式”催化剂126和128以及安装在车厢地板下的排气处理系统130。废气132流过排气系统106用以去除或减少污染物，然后被释放到大气中。在示例性内燃机100中，控制器100与涡轮增压器108、进气冷却器144和排气系统106信号通信，其中控制器110被构造成使用各种信号输入，以控制各种过程、诸如由涡轮增压器108供应至发动机的升压量。如在此所使用地，术语控制器指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其他合适的部件。
仍然参考图1，废气流122驱动涡轮增压器108的涡轮叶轮124，从而提供使压缩机叶轮123旋转的能量，以产生压缩充气142。在示例性实施例中，压缩充气142被进气冷却器144冷却，并通过导管146被传送至进气歧管148。压缩充气142为与气缸114中的燃料的燃烧提供附加的燃烧空气(当与非涡轮增压的自然吸气式发动机对比时)，从而改善内燃机100的动力输出与效率。另外，涡轮增压器108的示例性实施例利用双涡流或双涡轮技术。示例性涡轮增压器108包括利用两个大致分开的腔室以将废气引导到涡轮增压器108中的双涡流涡轮壳体118。壳体118联接至气缸盖104，并被构造成接收废气流122并将其引导至涡轮叶轮124。壳体118是具有歧管段120和涡轮段119的单一构件或部件，其中涡轮叶轮124设置在涡轮段119中。在一个实施例中，壳体118可称为具有与涡轮段119结合的歧管段120的构件。通过由单一构件形成歧管段120和涡轮段119，简化涡轮增压器108与气缸体104的装配与包装。此外，壳体118的实施例还通过减少壳体118内来自排气室或通道的排气脉冲之间的干涉或“串扰”来改善双涡流涡轮增压器108的性能。在实施例中，壳体118可联接至包含压缩机叶轮123和轴125的附加的壳体。
涡轮增压器108包括双涡流技术，所述双涡流技术将来自气缸114的排气脉冲相对于气缸的点火次序分开尽可能多的度数，以维持由涡轮叶轮124接收的排气脉冲能量。双涡流涡轮增压器108减少延迟，降低燃烧循环的顶端上的排气背压，并提高燃料经济性。双涡流设计阻止来自异相气缸(例如，在不同的燃烧循环位置)的燃烧废气122的流体连通去减少由最近点火的气缸提供的排气脉冲的能量。因此，壳体118被设计成提供基本上分开的来自两组气缸114的流体连通。在一个示例性实施例中，“同相”描述在燃烧循环中一个时间点处具有基本相似的位置的气缸114，使得例如，第一点火气缸关于第三点火气缸异相。因此，示例性的直列四缸发动机具有按以下顺序134-136-138-140的气缸114。于是，点火次序如下，其中气缸编号在括弧中示出：1[134]-3[138]-4[140]-2[136]。相邻的并且大致异相的气缸的通道之间的流体连通与串扰可使排气脉冲能量下降。因此，在一个实施例中，壳体118具有第一组气缸134、140与第二组气缸136、138，其中对于两个气缸组的分开的腔室减少了串扰，以改善涡轮增压器108的性能。
图2是壳体118的实施例的透视图，其中一部分被去除，以示出所述壳体118的细节。壳体118包括歧管段120和涡轮段119，其中这两段被整体形成单一构件。如以下所描述地，歧管段120被构造成沿着联接件206联接至气缸盖104(图1)，这些联接件通向壳体118内的分开的导管或通道222、224、226与228，用于从发动机100的气缸134、136、138、140（图1）接收废气。涡轮段119具有被构造成将涡轮叶轮124(图1)容纳在空腔209中的涡室208。涡室208被隔膜210分成外室212与内室214。内室214可被描述成套入外室212内。在一个实施例中，外室212与内室214绕涡轮轴线216大致同心设置。隔膜210被构造成将被引导至涡轮叶轮124的排气脉冲组大致分开，以减少串扰和干涉。因此，示例性的双涡流涡轮增压器108(图1)由于壳体200维持由气缸114(图1)产生的排气脉冲的完整性，所以具有改善的性能。
如所描绘地，气缸114分别通过外通道218和内通道220将废气流122(图1)引导至外室212和内室214。在一个实施例中，外室212是将废气引导至涡轮叶轮124的外通道218的一部分。类似地，内室214是将废气引导至涡轮叶轮124的内通道220的一部分。如所描绘地，通道222、224、226、228被构造成从发动机100(图1)的相应气缸134、136、138、140接收废气流122，并成组布置，以保持排气脉冲的整体性。因此，排气通道222和228将废气流122引导至内通道220。此外，排气通道224和226将废气流122引导至外通道218。在实施例中，气缸与对应的通道可基于发动机构造、点火次序、封装约束及其他因素不同地分组。
示例性的单一构件或整体壳体118为涡轮增压器108和发动机100提供简化的封装、生产和装配。此外，单一构件设计减少用于双涡流涡轮增压器108的材料，以减轻重量，并改善沿着排气流路径(例如通过涡轮增压器108到排气处理设备)的热连通。材料较小的体积和质量减少在废气流122进入排气系统106(图1)之前被壳体118吸收的热能的量。改善的热连通通过保持热能以加热紧接式催化剂126、128从而改善催化剂性能,在起动期间改善排气系统106的性能。包括歧管段120与涡轮段119的整体壳体118可通过任何合适的过程制成，诸如熔模铸造、砂型铸造、机械加工和/或任何其他方法。壳体118包括任何合适的耐用并且重量相当轻的材料，诸如钢合金。在实施例中，外室212的一部分由隔膜210和涡室208的外壁限定。此外，隔膜210限定内室214的一部分的外部。因此，隔膜210被构造成对于涡室208的圆周的至少一部分防止内室与外室214、212之间的径向(即在径向方向上)流体连通。在实施例中，内室214可被描述成径向地在外室212内。此外，隔膜210可被描述成周向延伸的隔膜。
图3是壳体300的另一实施例的透视图，其中一部分被切掉，以示出所述壳体300的细节。壳体300包括歧管段302和涡轮段304，其中这两段被整合成单一构件。歧管段302被构造成沿着联接件或安装件306联接至气缸盖104(图1)，所述联接件或安装件包括用于来自发动机100(图1)的废气流的通道。涡轮段304形成被构造成将涡轮叶轮124(图1)容纳在空腔309中的涡室308。涡室308被隔膜310分成第一室312与第二室314。第二室314可被描述成轴向地与第一室312相邻。隔膜310被构造成将被引导至涡轮叶轮124的排气脉冲大致分开或隔离，以减少串扰和干涉。如所描绘地，隔膜310可被描述成将相邻的第一室312与第二室314分隔开的径向隔膜。示例性的双涡流涡轮增压器108(图1)由于隔膜310和壳体300维持腔室312与314内的排气脉冲的完整性的布置，所以具有改善的性能。
如所描绘地，气缸114分别通过第一通道318和第二通道320将废气流122(图1)引导至第一室312和第二室314。在一个实施例中，第一室312是将废气引导至涡轮叶轮124的第一通道318的一部分。类似地，第二室314是将废气引导至涡轮叶轮124的第二通道320的一部分。如所描绘地，排气通道322、324、326和328被构造成从发动机100(图1)的相应气缸134、136、138、140接收废气流122。排气通道322和328与第一通道318流体连通，同时排气通道324和326与第二通道320流体连通。排气脉冲的完整性通过如下方式被维持：将气缸在通道318、320中分组；以及通过提供径向屏障的隔膜310，以减少来自气缸组的流动之间的流体连通和串扰。如所描绘地，在径向隔膜310的每侧上提供从第一与第二室312、314经由相邻的周向通道到涡轮叶轮124(图1)的流体连通。另外，第一与第二室312、314从第一径向位置330(当从左侧观察时大约3点钟)起同第二径向位置332(大约9点钟)比较起来尺寸减小。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可作出各种变化，并且等同物可替代本发明的元件。另外，可作出许多变型，以在不偏离本发明的本质范围的情况下使特定的情形或材料适应于本发明的教导。因此，本发明不应局限于公开的特定的实施例，而是本发明将包括落入本申请的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1. 一种用于内燃机的壳体，所述壳体包括：
歧管段，其被构造成从所述内燃机的气缸接收废气流；
涡轮段，其中所述涡轮段与歧管段构成单一构件；
在所述涡轮段内部的涡室，所述涡轮段被构造成将废气流引导至绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮；以及
周向隔膜，其位于所述涡室内，以将大致围绕所述涡轮叶轮叠套的两个室分开。
2. 根据权利要求1所述的壳体，其中所述周向隔膜在所述涡室中将第一室与第二室分开，其中所述第一室径向地在所述第二室内侧。
3. 根据权利要求2所述的壳体，其中所述周向隔膜被构造成对于所述涡室的至少一部分防止所述第一室与第二室之间的径向流体连通。
4. 根据权利要求2所述的壳体，其中所述第二室的至少一部分由所述涡室的外壁和所述周向隔膜限定。
5. 根据权利要求1所述的壳体，其中所述壳体被构造成与双涡流涡轮增压器一起使用，并且其中所述两个室绕所述涡轮轴线大致同心。
6. 一种内燃机，包括：
在气缸盖中的多个气缸；
涡轮壳体的第一部分，其联接至所述气缸盖并与所述多个气缸流体连通；
涡轮壳体的第二部分，其包括容纳绕涡轮轴线设置的涡轮叶轮的涡室；以及
隔膜，其位于所述涡室内部以形成第一室与第二室，其中所述第一室与所述涡轮叶轮和第一组气缸流体连通，并且所述第二室与所述涡轮叶轮和第二组气缸流体连通。
7. 根据权利要求6所述的内燃机，其中所述隔膜包括相对于所述涡轮轴线的大致径向的隔膜。
8. 根据权利要求7所述的内燃机，其中所述第一室和第二室在所述径向隔膜的每侧上经由轴向相邻的周向通道与所述涡轮叶轮流体连通。
9. 根据权利要求6所述的内燃机，其中所述第一室和第二室围绕所述涡轮叶轮叠套，并且所述隔膜包括相对于所述涡轮轴线的大致周向的隔膜。
10. 根据权利要求9所述的内燃机，其中所述周向隔膜被构造成对于所述涡室的至少一部分防止所述第一与第二室之间的径向流体连通。
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