CN103104351A - 包括用于涡轮输送的排气孔分隔的发动机组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括用于涡轮输送的排气孔分隔的发动机组件。具体地，一种发动机组件可以包括发动机结构、第一和第二排气导管、涡轮机和流动控制机构。该发动机结构可以限定出第一气缸和与该第一气缸连通的第一、第二排气口。该第一排气导管可以与该第一排气孔流体连通。该第二排气导管可以与该第二排气孔流体连通。该涡轮机可以与该第一排气导管流体连通。该流动控制机构在第一模式期间可以阻止来自该第一气缸的排气流过该第二排气导管并且在该第二模式期间可以允许该排气流过第一和第二排气导管这两者。

Description

包括用于涡轮输送的排气孔分隔的发动机组件
技术领域
本发明涉及发动机排气流动控制。
背景技术
本节提供与本发明相关的背景资料，其未必是现有技术。
内燃机可以在气缸中燃烧空气和燃料的混合物并由此产生驱动转矩。排气孔可以把排气从气缸引向排气系统。排气可以用于向辅助发动机部件例如涡轮机供以动力。
发明内容
发动机组件可以包括发动机结构、第一排气导管、第二排气导管、涡轮机和流动控制机构。该发动机结构可以限定出第一气缸和与该第一气缸连通的第一、第二排气孔。该第一排气导管可以与该第一排气孔流体连通。该第一排气导管和该第一排气孔可以限定出第一排气流动路径。该第二排气导管可以与该第二排气孔流体连通。该第二排气导管和该第二排气孔可以限定出第二排气流动路径。该涡轮机可以与该第一排气流动路径流体连通并且可以包括涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮旋转地由该第一排气导管提供的来自该第一气缸的排气驱动。该流动控制机构可以第一和第二模式操作并且位于该第二排气流动路径中。在第一模式期间，该流动控制机构可以阻止来自该第一气缸的排气流过该第二排气流动路径，并且可以迫使来自该第一气缸的全部排气通过该第一排气流动路径。在第二模式期间，该流动控制机构可以允许来自该第一气缸的排气流过第一和第二排气流动路径。
在另一布置中，发动机组件可以包括发动机机结构、活塞、第一和第二排气门、第一和第二气门升程机构和涡轮机。该发动机结构可以限定出第一气缸和与第一气缸连通的第一、第二排气孔。该活塞可以位于该第一气缸内，该第一排气门可以位于该第一排气孔内，该第二排气门可以位于该第二排气孔中。该第一气门升程机构可以支撑在该发动机结构上并且可以与该第一排气门接合，该第二气门升程机构可以支撑在该发动机结构上并且可以与该第二排气门接合。该第二气门升程机构可以第一和第二模式操作。该第二气门升程机构在第一模式期间可以在活塞的排气冲程期间使该第二排气门保持在关闭位置，并且在第二模式期间可以在活塞的排气冲程期间打开该第二排气门。当该第二气门升程机构以第一模式操作时，该第一气门升程机构可以在活塞的排气冲程期间打开该第一排气门。该涡轮机可以与该第一排气孔流体连通并且可以包括涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮旋转地由该第一排气孔提供的来自该第一气缸的排气驱动。
通过本文提供的描述将更明显看到更多适用领域。发明内容中的描述和特定例子仅仅意图用于说明并且不意图限制本发明的范围。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种发动机组件，包括：
发动机结构，其限定出第一气缸和与所述第一气缸连通的第一和第二排气孔；
与所述第一排气孔流体连通的第一排气导管，所述第一排气导管和所述第一排气孔限定出第一排气流动路径；
第二排气导管，其与所述第二排气孔流体连通，所述第二排气导管和所述第二排气孔限定出第二排气流动路径；
涡轮机，其与所述第一排气流动路径流体连通并且包括涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮旋转地由所述第一排气导管提供的来自所述第一气缸的排气驱动；和
流动控制机构，其可以第一和第二模式操作并且位于所述第二排气流动路径中，在所述第一模式期间，所述流动控制机构阻止来自所述第一气缸的排气流过所述第二排气流动路径并且迫使来自所述第一气缸的全部排气通过所述第一排气流动路径，在所述第二模式期间，所述流动控制机构允许来自所述第一气缸的排气流过第一和第二排气流动路径这两者。
2. 如方案1所述的发动机组件，进一步地包括涡轮增压器，其包括所述涡轮机和固定成与所述涡轮机叶轮一起旋转的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮与进气源和所述发动机结构限定出的与所述第一气缸连通的进气孔流体连通。
3. 如方案1所述的发动机组件，进一步地包括位于所述第一排气孔内的第一排气门和位于所述第二排气孔内的第二排气门以及位于所述第一气缸内的活塞，所述流动控制机构与所述第二排气门接合并且在所述活塞的排气冲程期间保持所述第二排气门处于关闭位置。
4. 如方案3所述的发动机组件，进一步地包括与所述第一排气门接合的第一气门升程机构、与所述第二排气门接合且形成所述流动控制机构的第二气门升程机构、以及被支撑用于在所述发动机结构上旋转并且限定出与所述第一气门升程机构接合的第一凸轮凸角和与所述第二气门升程机构接合的第二凸轮凸角的凸轮轴，所述第一模式包括所述第一排气门移动到打开位置，此时所述第一气门升程机构接合所述第一凸轮凸角的最高点，并且所述第二排气门保持在关闭位置，此时所述第二气门升程机构接合所述第二凸轮凸角的最高点。
5. 如方案4所述的发动机组件，其中，所述第二模式包括所述第一排气门移动到打开位置，此时所述第一气门升程机构接合所述第一凸轮凸角的最高点，并且所述第二排气门移动到打开位置，此时所述第二气门升程机构接合所述第二凸轮凸角的最高点。
6. 如方案4所述的发动机组件，进一步地包括联接到所述凸轮轴的凸轮相位器，所述凸轮轴包括第一轴和第二轴，所述第一凸轮凸角固定成与所述第一轴一起旋转，所述第二凸轮凸角固定成与所述第二轴一起旋转，所述第一轴相对于所述第二轴可旋转并且所述凸轮相位器联接到所述第一和第二轴。
7. 如方案4所述的发动机组件，其中，所述第一排气门在所述第二排气门相对于所述活塞的所述排气冲程开始打开之前开始打开。
8. 如方案7所述的发动机组件，其中，所述第一排气门在所述活塞的所述排气冲程开始之前开始打开。
9. 如方案1所述的发动机组件，其中，所述第二排气导管的进口与所述第二排气孔连通并且所述第二排气导管的出口与所述涡轮机叶轮连通。
10. 如方案1所述的发动机组件，其中，所述第二排气导管的进口与所述第二排气孔连通并且所述第二排气导管的出口与所述涡轮机叶轮下游的位置连通。
11. 如方案1所述的发动机组件，其中，所述流动控制机构包括位于所述第二排气导管中的阀，在所述第一模式期间，所述阀处于关闭位置并且阻止排气流经过所述阀。
12. 如方案1所述的发动机组件，其中，所述发动机结构限定出包括所述第一气缸在内的多个气缸并且限定出第一组排气孔，所述第一组排气孔包括所述第一排气孔，其提供所述多个气缸的每一个与所述第一排气导管之间的连通，所述发动机结构限定出第二组排气孔，所述第二组排气孔包括所述第二排气孔并且提供所述多个气缸的每一个与所述第二排气导管之间的连通。
13. 如方案12所述的发动机组件，进一步地包括位于所述第一组排气孔内的第一组排气门和位于所述第二组排气孔内的第二组排气门以及位于每个气缸内的活塞，所述流动控制机构包括与所述第二组排气门接合的一组气门升程机构并且在所述活塞的排气冲程期间保持所述第二组排气门处于关闭位置。
14. 一种发动机组件，包括：
发动机结构，其限定出第一气缸和与所述第一气缸连通的第一、第二排气孔；
位于所述第一气缸内的活塞；
      位于所述第一排气孔内的第一排气门；
      位于所述第二排气孔中的第二排气门；
      第一气门升程机构，其支撑在所述发动机结构且与所述第一排气门接合；
      第二气门升程机构，其支撑在所述发动机结构上且与所述第二排气门接合并且可以第一和第二模式操作，在所述第一模式期间，所述第二气门升程机构在所述活塞的排气冲程期间保持所述第二排气门处于关闭位置，在所述第二模式期间，所述第二气门升程机构在所述活塞的排气冲程期间打开所述第二排气门，所述第一气门升程机构在所述活塞的排气冲程期间打开所述第一排气门，此时所述第二气门升程机构以第一模式操作；和
涡轮机，其与所述第一排气孔流体连通并且包括涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮旋转地由所述第一排气孔提供的来自所述第一气缸的排气驱动。
15. 如方案14所述的发动机组件，进一步地包括与所述第一排气孔流体连通的第一排气导管和与所述第二排气孔流体连通的第二排气导管，所述第一排气导管和所述第一排气孔限定出第一排气流动路径并且所述第二排气导管和所述第二排气孔限定出第二排气流动路径，在所述第一模式期间，所述第二气门升程机构阻止来自所述第一气缸的排气流过所述第二排气流动路径并且迫使来自所述第一气缸的全部排气通过所述第一排气流动路径，在所述第二模式期间，所述第二气门升程机构允许来自所述第一气缸的排气流过第一和第二排气流动路径这两者。
16. 如方案14所述的发动机组件，进一步地包括被支撑用于在所述发动机结构上旋转并且限定出与所述第一气门升程机构接合的第一凸轮凸角和与所述第二气门升程机构接合的第二凸轮凸角的凸轮轴，所述第一模式包括所述第一排气门移动到打开位置，此时所述第一气门升程机构接合所述第一凸轮凸角的最高点，并且所述第二排气门保持在关闭位置，此时所述第二气门升程机构接合所述第二凸轮凸角的最高点。
17. 如方案16所述的发动机组件，进一步地包括联接到所述凸轮轴的凸轮相位器，所述凸轮轴包括第一轴和第二轴，所述第一凸轮凸角固定成与所述第一轴一起旋转，所述第二凸轮凸角固定成与所述第二轴一起旋转，所述第一轴通过所述凸轮相位器相对于所述第二轴可旋转。
18. 如方案14所述的发动机组件，其中，所述第一排气门在所述第二排气门相对于所述活塞的所述排气冲程开始打开之前开始打开。
19. 如方案18所述的发动机组件，其中，所述第一排气门在所述活塞的所述排气冲程开始之前开始打开。
20. 如方案14所述的发动机组件，进一步地包括涡轮增压器，其包括所述涡轮机和固定成与所述涡轮机叶轮一起旋转的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮与进气源和所述发动机结构限定出的与所述第一气缸连通的进气孔流体连通。
附图说明
本文描述的附图只是为了说明，而决不意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是依照本发明的发动机组件的示意图；
图2是图1的发动机组件的排气门打开的图解说明；
图3是图1的发动机组件的局部示意剖视图；
图4是图1的发动机组件的另一局部示意剖视图；
图5是依照本发明的凸轮轴组件的立体图；
图6是依照本发明的替代发动机组件的示意图；
图7是依照本发明的替代发动机组件的示意图；和
图8是依照本发明的替代发动机组件的示意图；
一致的附图标记贯穿附图的几个视图表示一致的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明的例子。下列描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明、应用或用途。
提供示范实施例从而使本发明将会是全面的并且将完全传达发明范围给本领域技术人员。阐述许多特定细节，例如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本发明实施例的全面了解。将对本领域技术人员显而易见的是，不需要采用这些特定细节，示范实施例可以具体化成许多不同的形式并且这两者都不应当构成对本发明范围的限制。在一些示范实施例中，不详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。
当元件或层称为在另一元件或层"之上"、"接合到"、"连接到"或"联接到"另一元件或层时，它可以是直接在另一元件或层之上、直接接合到、直接连接到或直接联接到另一元件或层，或者可以存在居间元件或层。相反，当元件称为"直接"在另一元件或层之上、"直接接合到"、"直接连接到"或"直接联接到"另一元件或层，可以不存在居间元件或层。其它的用于描述元件之间的关系的词语应当以相似的方式进行解释（例如"在……之间"与"直接在……之间"、"相邻"与"直接相邻"，等等）。本文使用的术语"和/或"包括一个或多个相关所列项目的任何和全部组合。
虽然术语第一、第二、第三等等可以在本文用作描述不同的元件、部件、区域、层和/或节段，但是这些元件、部件、区域、层和/或节段不应受到这些术语的限制。这些术语仅仅可以用于区别一个元件、部件、区域、层或节段与另一区域、层或节段。术语例如"第一"、"第二"及其它的用数字表示的术语用在本文时不意味着次序或顺序，除非上下文明确指出。因此，在不脱离示范实施例的教导的情况下，下面论述的第一元件、部件、区域、层或节段能够称为第二元件、部件、区域、层或节段。
参照图1、3和4，发动机组件10可以包括发动机结构12、配气机构组件14、活塞16、进气组件18和排气系统20。发动机结构12可以包括限定出气缸24的发动机机体22和联接到发动机机体22的气缸盖26。气缸盖26可以限定出与每个气缸24连通的进气孔28和第一、第二排气孔30、32。虽然本非限制性例子是示出为直列四缸布置，要理解的是，本教导适用于许多活塞气缸布置和各种往复式发动机构造，包括但不限于，V型发动机、直列发动机和水平对置发动机。要进一步理解的是，本教导不限于顶置凸轮式布置。
配气机构组件14可以包括位于进气孔28中的进气门34、位于第一排气孔30中的第一排气门36、位于第二排气孔32中的第二排气门38、与进气门34接合的进气门升程机构40、与第一排气门36接合的第一排气门升程机构42、与第二排气门38接合的第二排气门升程机构44和由气缸盖26支撑用于在发动机结构12上旋转的凸轮轴组件48。如图5所示，凸轮轴组件48可以包括凸轮轴50和联接到凸轮轴50的凸轮相位器52。凸轮轴50可以包括借助于凸轮相位器52相对于彼此可旋转的第一、第二轴54、56（图3和4）、固定成与第一轴54一起旋转的第一凸轮凸角58和固定成与第二轴56一起旋转的第二凸轮凸角60。第一凸轮凸角58可以与第一排气门升程机构42接合，第二凸轮凸角60可以与第二排气门升程机构44接合。
因此，对每个气缸24而言，第一、第二排气门36、38的打开正时可以彼此不同。替代地或附加地，第一、第二凸轮凸角58、60可以彼此不同以为第一、第二排气门36、38提供不同的打开轮廓。图2示出由凸轮相位器52提供的第一、第二排气门36、38的不同打开轮廓和/或凸角轮廓的非限制性例子。在图2中，X轴描述曲柄转角，Y轴描述气门升程。如图2中所示，第一排气门36可以在第二排气门38之前开始打开。更具体地说，第一排气门36可以在开始活塞16的排气冲程时活塞16的下止点（BDC）位置之前开始打开。第二排气门38可以在第一排气门36开始打开之后并且在BDC位置时或之后的时间开始打开。
进气管组件18可以包括涡轮增压器62和从进气导管28延伸到涡轮增压器62的进气导管64。涡轮增压器62可以包括具有涡轮机叶轮68和固定成与涡轮机叶轮68一起旋转的压缩机叶轮70的涡轮机66。虽然是结合涡轮增压器62进行解释，应当理解的是，本发明同样适用于替代布置，包括但不限于涡轮机用来驱动辅助发动机部件（例如用于混合动力系中的电池的发电机）的布置。
排气系统20可以包括第一排气导管72和第二排气导管74。第一排气导管72可以与第一排气孔30流体连通，并且第一排气导管72和第一排气孔30的组合可以限定出第一排气流动路径。第二排气导管74可以与第二排气孔32流体连通，并且第二排气导管74和第二排气孔32的组合可以限定出第二排气流动路径。第一、第二排气导管72、74可以形成平行的流动路径，有从第一排气孔30延伸到涡轮机叶轮68的第一排气导管72和从第二排气孔32延伸到排气系统20中的在涡轮机叶轮68下游的位置的第二排气导管74。
在图1、3和4所示的布置中，第二排气门升程机构44可以形成包括停用气门升程机构的流动控制机构。图3和4中示出的单个气缸是为了简单起见，要理解的是，这个描述同样适用于其余气缸。第二排气门升程机构44（图4中示意性地示出）可以包括与第二排气门38接合的第一构件76和与第二凸轮凸角60接合的第二构件78。第二排气门升程机构44可以第一和第二模式操作。
在第一模式期间，第一、第二构件76、78可以相对于彼此位置固定。在第一模式期间，第二排气门38可以由第二排气门升程机构44移动到打开位置，此时第二凸轮凸角60的最高点80接合第二排气门升程机构44。在第二模式期间（图4），第一、第二构件76、78可以相对于彼此移动。在第二模式期间，第二排气门38可以保持在关闭位置，此时第二凸轮凸角60的最高点80接合第二排气门升程机构44。在第一、第一模式期间，第一排气门36可以由第一排气门升程机构42移动到打开位置，此时第一凸轮凸角58的最高点82接合第一排气门升程机构42。
在运转期间，第二排气门升程机构44可以第二模式操作以引导来自气缸24的全部排气流经过第一排气孔30并且到达涡轮机66。一种替代布置在图6中示出并且大体上与图1所示发动机组件10类似，除了下面提到的。在图6的布置中，第一排气孔130可以与第一排气导管172连通，并且第二排气孔132可以与第二排气导管174连通。在图6所示的发动机组件110中，阀144可以位于第二排气导管174中并且可以形成流动控制机构代替使用停用气门升程机构。图1和6各自示出第二排气导管74、174的出口84、184与排气系统20、120的在涡轮机66、166下游的区域连通。然而，本发明不限于这些布置并且同样适用于各种代替布置，包括但不限于，图7和8示出的那些。
图7和8示出的发动机组件210、310大体上与图6所示发动机组件类似，除了下面提到的。图7示出第二排气导管274的出口284与第一排气导管272的出口286连通并且最终连通涡轮机266。图8示出与图7相似的发动机组件310，其涡轮机366具有多个进口388、390。第一排气导管372的出口386可以与第一进口388连通，并且第二排气导管374的出口384可以与进口390连通。虽然图7和8是结合第二排气导管274、374中的阀244、344示出的，应当理解的是，类似的布置可以并入图1所示构造中，其中第二气门升程机构44形成流动控制机构。
包括在发动机组件10、110、210、310中的流动控制机构可以主要提供涡轮性能的更大控制，同时允许在冷起动状态下排气中的热保留。例如，当在发动机运转期间第二排气门38（或阀144、244、344）保持关闭时，可以由第一排气导管72、172、272、372提供用于传热的减小的表面积。因此，排气处理部件可以能够更迅速地达到工作温度。

Claims (10)

1.一种发动机组件，包括：
发动机结构，其限定出第一气缸和与所述第一气缸连通的第一和第二排气孔；
与所述第一排气孔流体连通的第一排气导管，所述第一排气导管和所述第一排气孔限定出第一排气流动路径；
第二排气导管，其与所述第二排气孔流体连通，所述第二排气导管和所述第二排气孔限定出第二排气流动路径；
涡轮机，其与所述第一排气流动路径流体连通并且包括涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮旋转地由所述第一排气导管提供的来自所述第一气缸的排气驱动；和
流动控制机构，其可以第一和第二模式操作并且位于所述第二排气流动路径中，在所述第一模式期间，所述流动控制机构阻止来自所述第一气缸的排气流过所述第二排气流动路径并且迫使来自所述第一气缸的全部排气通过所述第一排气流动路径，在所述第二模式期间，所述流动控制机构允许来自所述第一气缸的排气流过第一和第二排气流动路径这两者。
2.如权利要求1所述的发动机组件，进一步地包括涡轮增压器，其包括所述涡轮机和固定成与所述涡轮机叶轮一起旋转的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮与进气源和所述发动机结构限定出的与所述第一气缸连通的进气孔流体连通。
3.如权利要求1所述的发动机组件，进一步地包括位于所述第一排气孔内的第一排气门和位于所述第二排气孔内的第二排气门以及位于所述第一气缸内的活塞，所述流动控制机构与所述第二排气门接合并且在所述活塞的排气冲程期间保持所述第二排气门处于关闭位置。
4.如权利要求3所述的发动机组件，进一步地包括与所述第一排气门接合的第一气门升程机构、与所述第二排气门接合且形成所述流动控制机构的第二气门升程机构、以及被支撑用于在所述发动机结构上旋转并且限定出与所述第一气门升程机构接合的第一凸轮凸角和与所述第二气门升程机构接合的第二凸轮凸角的凸轮轴，所述第一模式包括所述第一排气门移动到打开位置，此时所述第一气门升程机构接合所述第一凸轮凸角的最高点，并且所述第二排气门保持在关闭位置，此时所述第二气门升程机构接合所述第二凸轮凸角的最高点。
5.如权利要求4所述的发动机组件，其中，所述第二模式包括所述第一排气门移动到打开位置，此时所述第一气门升程机构接合所述第一凸轮凸角的最高点，并且所述第二排气门移动到打开位置，此时所述第二气门升程机构接合所述第二凸轮凸角的最高点。
6.如权利要求4所述的发动机组件，进一步地包括联接到所述凸轮轴的凸轮相位器，所述凸轮轴包括第一轴和第二轴，所述第一凸轮凸角固定成与所述第一轴一起旋转，所述第二凸轮凸角固定成与所述第二轴一起旋转，所述第一轴相对于所述第二轴可旋转并且所述凸轮相位器联接到所述第一和第二轴。
7.如权利要求4所述的发动机组件，其中，所述第一排气门在所述第二排气门相对于所述活塞的所述排气冲程开始打开之前开始打开。
8.如权利要求7所述的发动机组件，其中，所述第一排气门在所述活塞的所述排气冲程开始之前开始打开。
9.如权利要求1所述的发动机组件，其中，所述第二排气导管的进口与所述第二排气孔连通并且所述第二排气导管的出口与所述涡轮机叶轮连通。
10.一种发动机组件，包括：
发动机结构，其限定出第一气缸和与所述第一气缸连通的第一、第二排气孔；
位于所述第一气缸内的活塞；
      位于所述第一排气孔内的第一排气门；
      位于所述第二排气孔中的第二排气门；
      第一气门升程机构，其支撑在所述发动机结构且与所述第一排气门接合；
      第二气门升程机构，其支撑在所述发动机结构上且与所述第二排气门接合并且可以第一和第二模式操作，在所述第一模式期间，所述第二气门升程机构在所述活塞的排气冲程期间保持所述第二排气门处于关闭位置，在所述第二模式期间，所述第二气门升程机构在所述活塞的排气冲程期间打开所述第二排气门，所述第一气门升程机构在所述活塞的排气冲程期间打开所述第一排气门，此时所述第二气门升程机构以第一模式操作；和
涡轮机，其与所述第一排气孔流体连通并且包括涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮旋转地由所述第一排气孔提供的来自所述第一气缸的排气驱动。
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