CN104343528B - 涡轮增压系统 - Google Patents

涡轮增压系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104343528B
CN104343528B CN201410384433.1A CN201410384433A CN104343528B CN 104343528 B CN104343528 B CN 104343528B CN 201410384433 A CN201410384433 A CN 201410384433A CN 104343528 B CN104343528 B CN 104343528B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylinder
gas
burning
turbocharger
vortex street
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410384433.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104343528A (zh
Inventor
K-J.吴
D.洛夫兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US13/959,178 priority Critical patent/US9217361B2/en
Priority to US13/959,178 priority
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN104343528A publication Critical patent/CN104343528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104343528B publication Critical patent/CN104343528B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/007Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in parallel, e.g. at least one pump supplying alternatively
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/001Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel
    • F02B37/002Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel the exhaust supply to one of the exhaust drives can be interrupted
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

内燃机包括限定了气缸的气缸体和安装至所述气缸体的气缸盖。气缸盖向气缸提供空气和燃料以是它们在气缸中燃烧。发动机还包括排气歧管,其可操作地连接至气缸盖,并且具有构造为排出来自气缸的燃烧后气体的第一排气口和第二排气口。发动机还包括涡轮增压系统,其构造为压缩传递至气缸的气流。所述涡轮增压系统包括由来自于第一排气口的燃烧后气体驱动以压缩气流的低流速涡轮增压器和由来自于第二排气口的燃烧后气体驱动以压缩气流的高流速涡轮增压。涡轮增压系统额外地包括流速控制装置,其用于将燃烧后气体选择性地引至低流速涡轮增压器和高流速涡轮增压器。还公开了一种使用这种发动机的车辆。

Description

涡轮増压系统
技术领域
[0001]本公开涉及一种用于内燃机的涡轮增压系统。
背景技术
[0002]通常使用内燃机(ICE)以在延长的时间周期内可靠地产生相当水平的动力。很多 这样的ICE组件使用涡轮增压装置,诸如排气涡轮驱动涡轮增压器,以在气流进入发动机的 进气歧管之前压缩气流,以提高功率和效率。
[0003]具体地,涡轮增压器是离心气体压缩机,其相比于其他地使用环境大气压力可达 到的装置来说迫使更多的空气进入ICE的燃烧室,从而有更多的氧气进入;[CE的燃烧室。迫 使进入ICE的含氧空气的额外量改善了发动机的体积效率,允许其在给定的循环中燃烧更 多的燃料,并且从而产生更大的功率。
[0004]典型的涡轮增压器包括中心轴,其由一个或多个轴承支撑,并且在排气驱动的涡 轮叶轮和空气压缩机叶轮之间传递旋转运动。涡轮叶轮和压缩机叶轮都固定至轴,其与多 个轴承部件组合,构成了涡轮增压器的旋转组件。
[0005]这样的旋转组件的惯性一般影响涡轮增压器的响应,其中涡轮叶轮的直径是主要 因素之一。另一方面,由于涡轮增压器通常在气流和旋转速度的特定范围中是高效的,因此 涡轮叶轮的直径也是用于产生提升的发动机功率所需的气流的一个主要的因素。这些考虑 经常地需要在最大发动机功率输出和响应之间的折衷。
发明内容
[0006]本公开的一个实施例针对包括气缸体的内燃机。气缸体限定了气缸和安装到气缸 体气缸盖。气缸盖构造为向公开的气缸提供空气和燃料以在其中燃烧。发动机还包括可操 作地连接到气缸盖的排气歧管。排气歧管包括第一排气口和第二排气口,其中每个排气口 构造为排出来自气缸的燃烧后气体。发动机还包括涡轮增压系统,其构造为压缩从环境接 收的气流以传递至气缸。涡轮增压系统包括低流速涡轮增压器,其构造为由来自于第一排 气口的燃烧后气体驱动,以压缩气流并且将压缩的气流排向气缸。涡轮增压系统还包括高 流速涡轮增压器,其构造为由来自于第二排气口的燃烧后气体驱动,以压缩气流并且将压 缩的气流排向气缸。涡轮增压系统额外地包括流速控制装置,其构造为选择性地将燃烧后 气体引至低流速涡轮增压器和高流速涡轮增压器。
[0007] 排气歧管可整合到气缸盖中。此外,气缸盖可被整合到气缸体中或与气缸体一起 铸造。
[0008] 流速控制装置可被直接附接到第二排气口并且与第二排气口流体连通。
[0009] 低流速涡轮增压器可包括第一双涡道涡轮壳体。此外,气缸可包括第一组气缸和 第二组气缸。排气歧管可被分叉,以将来自于第一组气缸的燃烧后气体单独地引导至第一 双涡道涡轮壳体的一个涡道,并且将来自于第二组气缸的燃烧后气体单独地引导至第一双 涡道涡轮壳体的另一个涡道。
[0010] 高流速涡轮增压器可包括第二双涡道涡轮壳体。此外,气缸可包括第一组气缸和 第二组气缸。此外,整合的排气歧管可被分叉,以单独地引导来自于第一组气缸的燃烧后气 体和来自于第二气缸的燃烧后气体。此外,流速控制装置可包括分叉的腔室,其构造为在分 叉的排气歧管之后,将第一组气缸的燃烧后气体单独地引导通过其至第二双涡道涡轮壳体 的一个涡道,并且将第二组气缸的燃烧后气体单独地引导通过其至第二双涡道涡轮壳体的 另一个涡道。
[0011] 发动机可额外地包括可编程的控制器,其构造为调节流速控制装置的操作。
[0012] 该控制器可被编程以关闭流速控制装置以将燃烧后气体引至低流速涡轮增压器, 并且打开控制阀以将燃烧后气体引至高流速涡轮增压器。
[0013] 控制器还可被编程以在燃烧后气体的预定流率之下关闭流速控制装置,并且在预 定的流率或高于预定的流率时打开流速控制装置。
[0014] 本公开的另一个实施例针对使用如上所述的发动机的车辆。
[0015] 还公开了一种车辆,包括
[0016] 驱动轮;以及
[0017] 动力总成,其包括内燃机和变速器组件,所述变速器组件可操作地连接至所述发 动机并且构造为将发动机转矩传递至驱动轮,所述发动机包括:
[0018] 限定气缸的气缸体;
[0019] 气缸盖,其安装至所述气缸体,并且构造为向气缸供给空气和燃料以使得空气和 燃料在气缸中燃烧;
[0020] 排气歧管,其可操作地连接至气缸盖,并且具有第一排气口和第二排气口,其中所 述第一和第二排气口的每一个构造为排出来自气缸的燃烧后气体;以及
[0021] 涡轮增压系统,其构造为压缩从环境接收的气流以传递至所述气缸,所述涡轮增 压系统包括:
[0022] 低流速涡轮增压器,其构造为由来自于所述第一排气口的燃烧后气体驱动,以压 缩气流并且将压缩的气流排向所述气缸;
[0023] 高流速涡轮增压器,其构造为由来自于所述第二排气口的燃烧后气体驱动,以压 缩气流并且将压缩的气流排向所述气缸;以及
[0024] 流速控制装置,其构造为将燃烧后气体选择性地引至所述低流速涡轮增压器和所 述高流速涡轮增压器。
[0025] 其中,所述排气歧管整合到气缸盖中和/或所述气缸盖与所述气缸体整合。
[0026] 其中,所述流速控制装置被直接附接到所述第二排气口并且与所述第二排气口流 体连通。
[0027] 其中,所述低流速涡轮增压器包括第一双涡道涡轮壳体。
[0028] 其中,所述气缸包括第一组气缸和第二组气缸,并且
[0029] 排气歧管可被分叉,以将来自于第一组气缸的燃烧后气体单独地引导至第一双涡 道涡轮壳体的一个涡道,并且将来自于第二组气缸的燃烧后气体单独地引导至第二双涡道 涡轮壳体的另一个涡道。
[0030] 其中,所述高流速涡轮增压器包括第二双涡道涡轮壳体。
[0031] 其中,所述气缸包括第一组气缸和第二组气缸,整合的排气歧管被分叉以分别地 引导来自臟第-组气缸議烧后气体械自所述第;且 _2]臓流速控制装置包括分叉的腔室,其构造为在所述分又的排哺官乙后:将所 述第-组气缸的燃烧后气体单独地引导通过其至所述第二双满道祸^1 体的=、个祸道,并 且将来自于所述第二组气缸燃烧后气体单独地引导通过其至所述第—双渦道祸轮冗体 的另一个涡道。 、
[0033] 上述的车辆进一步包括可操作地连接至所述发动机的可编程的控制器,其构造为 调节所述流速控制装置的操作。
[0034] 其中,所述控制器可被编程以关闭所述流速控制装置以将燃烧后^体引至所述低 流速涡轮i曾压器,并且打开所述流速控制装置以将燃烧后气体引至所述高流速涡轮增压 1 ......
[0035] 其中,所述控制器被编程以在燃烧后气体的预定流率以下关闭流速控制装置,并 且在预定的流率或高于预定的流率时打开所述流速控制装置。
[0036] 当结合附图和附加权利要求,以及下列用于实施所描述的发明的最优模式和实施 例的详细描述时,本发明的上述特征和优势,以及其他特征和优势将变得显而易见。
附图说明 _
[0037] 图1是具有带有根据本公开的两级式涡轮增压系统的发动机的车辆的示意性图 /J、〇
[0038] 图2是具有图1中示出的根据本公开的一个实施例的两级式涡轮增压系统的发动 机的示意性部分横截面俯视图。
[0039] 图3是具有图1中示出的根据本公开的另一个实施例的两级式涡轮增压系统的发 动机的示意性部分横截面俯视图。
[0040] 图4是具有图1中示出的根据本公开的又一个实施例的两级式涡轮增压系统的发 动机的示意性部分横截面俯视图。
具体实施方式
[0041] 参考附图,在附图中,相似的附图标记对应于相似或类似的部件,图1例示了使用 了动力总成12以用于车辆10的经由驱动轮14的推进的车辆10。如图所示,动力总成12包括 诸如火花点火式或压缩点火式的内燃机16,以及可操作地连接至该内燃机的变速器组件 18。动力总成12还可包括一个或多个电机/发电机,两者都没有示出,但是两者的存在可由 本领域的技术人员想象得到。
[0042]如图2所示,发电机I6包括具有多个气缸22布置在其中的气缸体20和安装在气缸 体上的气缸盖24。如图2-4所示,气缸盖24可整合到气缸体20中或与气缸体20—起铸造。气 缸盖24接收将用于在气缸22中后续的燃烧的空气和燃料。每个气缸22包括活塞,活塞没有 具体地示出,但是对本领域的技术人员来说在活塞在其中的往复运动是已知的。燃烧室28 形成在气缸22中,在气缸盖24的底面和活塞的顶部之间。如本领域的技术人员所知的,每个 燃烧室28从气缸盖24接收形成了燃料空气混合物,以用于在燃烧室中进行后续的燃烧的燃 料和空气。虽然示出了直列四缸发动机,但是并没有排除本公开被应用到具有不同数量和/ 或不同布置的气缸的发动机。
[0043] 发动机10包括构造为在气缸体20中旋转的曲轴(未示出)。如本领域的技术人员所 知的,由于在燃烧室28中合适比例的燃料空气混合物燃烧的结果,曲轴通过活塞旋转。在空 气燃料混合物在特定的燃烧室28中燃烧后,特定的活塞的往复运动用于从排出来自各气缸 22的燃烧后气体32。气缸盖24还构造为经由排气歧管34排出来自燃烧室28的燃烧后气体 32。如图2所示,排气歧管34可与气缸盖24内部地铸造,S卩,一体地整合到气缸盖24中。来自 于不同气缸22的排气道在排气歧管34中结合到一起,从而允许形成两个单独的排气口,第 一排气口 34-1和第二排气口 34-2,用于从所有的气缸22排除燃烧后气体32。
[0044] 发动机10还包括涡轮增压系统36,其构造为发展增压,g卩,压缩从环境接收的气流 38以传递至气缸22。涡轮增压系统36构造为用于发动机10的两级式强制引导布置。涡轮增 压系统36包括低流速涡轮增压器40,其与排气歧管34流体连通,并且构造为由来自于第一 排气口 34-1的燃烧后气体32驱动。低流速涡轮增压器40压缩气流38并且将气流38以燃烧后 气体32的较低流率排向气缸22,其中燃烧后气体32的较低流率一般在较低的发动机10转速 下产生,诸如低于约3000RPM。
[0045] 涡轮增压系统36还包括高流速涡轮增压器42,其与排气歧管34流体连通,并且构 造为由来自于第二排气口 34-2的燃烧后气体32驱动。高流速涡轮增压器42压缩气流38并且 将气流38在燃烧后气体32的较高流率下排向气缸22,其中燃烧后气体32的较高流速一般在 发动机10的中速或较高速的转速下产生,诸如在3000RPM周围或高于3000RPM。为了支持这 样不同的发动机速度范围和气流38的流率,低流速涡轮增压器40的尺寸一般相对较小,并 且从而具有相比于高流速涡轮增压器42更小的旋转惯性。这样,排气歧管34可操作地连接 至气缸盖24,而两个单独的排气口 34-1和34-2允许两个涡轮增压器40、42充分分开地安装。 [0046] 通常,在两级式强制引导布置中,来自多个涡轮增压器的输出压力大于由单个涡 轮增压器提供的输出压力。这样的两级式强制引导布置可被构造为操作作为连续系统操 作,在连续系统中至少在一些,典型地更高的发动机转速范围内,低流速和高流速涡轮增压 器两者同时地操作,也就是具有操作重叠。两级式强制引导布置还可被构造为产生增压的 分级的系统,即,低流速和高流速的涡轮增压器依次产生增压,两者没有操作重叠。在这样 的两级式强制引导布置中,大流速涡轮增压器尽可能多地增大进气压力,例如至三倍的进 气压力,并且随后的较小流速的涡轮增压器从前一阶段接收进气并且进一步压缩,例如额 外增加三倍进气压力,总共增压至九倍大气压力。
[0047]如图2-4所示,涡轮增压器40和42的每一个分别包括旋转组件,旋转组件40-1和旋 转组件42-1。旋转组件40-1和42-1包括分别安装在轴40-3和42-3上的各自的涡轮叶轮40-2 和42-2。涡轮叶轮40-2和42-2构造为通过从气缸22中排出的燃烧后气体32沿各自的轴40-2 和42-3旋转。旋转组件42_1物理上比旋转组件40-1大,使得高流速涡轮增压器42可产生从 其所需的相对较高的空气流率。涡轮叶轮40-2和42-2典型地由耐热并抗氧化的材料构建, 诸如基于镍铬的“镍铬铁合金”的超级合金,以可靠地抵抗燃烧后的温度,这些温度在一些 发动机中可达到2000华氏度。
[0048]涡轮叶轮40-2和42_2分别设置在涡轮壳体40-4和42-4中,其典型地由铸铁或钢构 建,包括合适的构造(即设计和尺寸)的各自的涡轮涡形或涡道。涡轮壳体40_4和42-4的涡 轮涡道接收燃烧后气体32并且将气体引导至各自的涡轮叶轮4〇-2和42-2。涡轮涡道构造为 达到各自的涡轮增压器40和42的特定性能特征,诸如效率和响应。祸轮壳体40-4和42-4的 每一个还可包括整合的废气门阀(未示出)以有助于更精确地控制由涡轮增压系统36产生 的增压压力,以及低流速涡轮增压器40和高流速涡轮增压器42的操作之间的转换和重叠。 然而,下文中将详细描述的流速控制装置44可用作用于低流速涡轮增压器40的废气门。 [0049]每个旋转组件40-1、42-1还包括安装在各自的轴40-3和42-3上的压缩机叶轮40-6 和40-6。压缩机叶轮40-6和42_6构造为压缩从环境接收的气流38用于最终传递至气缸22。 压缩机叶轮40-6和42-6设置在各自的压缩机盖40-7和42-7中。每个压缩机盖40-7和42-7典 型地由铝构建,并且包括各自的压缩机涡形或涡道。如本领域技术人员所理解的,燃烧后气 体32的可变的流动和力影响可由各自的涡轮增压器40和42的每个压缩机叶轮40-6和42-6 在发动机16的整个操作范围内产生的增压压力。每个压缩机叶轮4〇-6、42_6典型地由高强 度铝合金形成,所述高强度铝合金为压缩机叶轮提供了降低的旋转惯性和更快的上旋响 应。
[0050] 发动机16额外地包括引导系统,其可包括空气导管和构造为将气流38从环境通至 涡轮增压系统36的涡轮增压器40、42的空气过滤器上游。虽然引导系统未示出,它的存在将 由本领域的技术人员所意识到。涡轮增压器40、42的每一个还可流体地连接至进气歧管(未 示出),所述进气歧管构造为将压缩的气流38分配至每个气缸22,用于与合适量的燃料混合 和合成的燃料空气混合物的随后的燃烧。
[0051] 如图2-4所示,涡轮增压系统36还包括流速控制装置44。流速控制装置44安装至气 缸盖24,并且直接附接到排气歧管M的第二排气口 34-2并与其流体连通。高流速涡轮增压 器42安装到流速控制装置44,使得燃烧后气体32仅可首先通过流速控制装置而到达高流速 涡轮增压器。离开第一歧管排气口 34-1的流体流动路径保持无阻碍,以将燃烧后气体32提 供至低流速涡轮增压器40,而从第二歧管排气口 34-2的另一个流体流动路径连接至流速控 制装置44。
[0052] 流速控制装置44包括阀46和腔室48,并且用于选择性地打开和关闭从第二歧管排 气口 34-2进入高流速涡轮增压器42的流体流动路径。流速控制装置44也是打开的,即与低 流速涡轮壳体40-4流体连接。如图所示,阀46可构造为门,其设计为绕轴X枢转以选择性地 打开和关闭所述流速控制装置44。当流速控制装置44关闭并且阀46阻挡第二歧管排气口 34-2时,燃烧后气体32自然地流进低流速涡轮增压器40中。跟随低流速涡轮增压器40,燃烧 后气体32从低流速涡轮壳体40-4离开进入阀46的下游的高流速涡轮壳体42-4。在另一方 面,由于腔室48流体连接至低流速涡轮,当阀46完全打开第二歧管排气口 34-2时,横跨低流 速涡轮壳体40-4两侧的压力相等,燃烧后气体32将自然地流进高流速涡轮壳体42-4中。 [0053] 可指定阀46的尺寸以选择低流速涡轮叶轮40-2叶轮和高流速涡轮叶轮42-2之间 的操作转换点。并且,进入流速控制装置44的开口可经由阀46而被调节,以调节或改变经过 低流速涡轮壳体40-4的燃烧后气体32的流速,从而改变低流速和高流速涡轮增压器40、42 的操作之间的重叠的量。并且低流速和高流速涡轮壳体40-4和42-4的相对尺寸被选择以改 变在低流速涡轮叶轮40-2和高流速涡轮叶轮42-2之间的操作转换点。因此,进入阀46的腔 室48的开口还能够被控制以影响两个涡轮增压器40、42的连续的操作。通过这样的布置,流 速控制装置44构造为选择性地引导燃烧后气体32至低流速涡轮增压器40和高流速涡轮增 压器42,从而在发动机16的操作期间在低流速涡轮增压和高流速涡轮增压器之间有效地转 换。
[0054] 车辆10可额外地包括可编程控制器50,其构造为调节发动机的操作,诸如通过控 制注射进气缸22用于与压缩气流38混合并随后燃烧的燃料的量。控制器50也构造为调节流 速控制装置44。更具体地,控制器50被编程以根据操作参数,诸如发动机16的负载、温度和 转速,以关闭流速控制装置44 (如图2所示)以将燃烧后气体32引导至低流速涡轮增压器40, 和打开流速控制阀(如图3所示)以将燃烧后气体引导至高流速涡轮增压器42。因此,控制器 50可被编程以在低于燃烧后气体32的预定流率时关闭流速控制装置44,并且在预定的流率 或高于预定的流率时打开控制阀。
[0055] 燃烧后气体32的预定流率52可为特定流率值,在该流率值以下,所述发动机16的 燃烧后气体具有足够的能量以使低流速涡轮增压器4〇以预期的转速上旋以在预期的时间 段中提供预期的增压,但是不足以类似地使更高惯性的高流速涡轮增压器42上旋。燃烧后 气体32的所述预定流率可通过计算识别并且然后通过实际发动机16的测试期间通过实验 步骤验证,它们都是从测试的角度出发并且在车辆10中进行。
[0056] 如图2所示,高流速涡轮增压器42的涡轮壳体42-4和低流速涡轮增压器40的涡轮 壳体40-4的每一个可具有标准的或基线单涡道构造。可选地,如图3所示,低流速涡轮增压 器40的涡轮壳体40-4能够具有第一双涡道构造。类似地,也如图4所示,高流速涡轮增压器 42的涡轮壳体42-4能够具有第二双涡道构造。具有第一双涡道构造的低流速涡轮增压器40 可与具有单涡道构造的高流速涡轮增压器42组合使用。
[0057] 发动机的配气相位可被构造为使得不同气缸中的排气门能够同时打开,在一个气 缸的做功冲程的结束和在另一个气缸的排气冲程的结束重叠。因此,重叠来自于发动机气 缸的燃烧后气体脉冲可干涉并减少可用于驱动涡轮增压器涡轮叶轮的脉冲能量。为了处理 这些考虑,如通常可应用至涡轮增压器40和42的每一个的,双涡道或分开的涡轮壳体包括 两个进入涡轮壳体的排出气体排气口和两个喷嘴。典型地,双涡道涡轮壳体具有用于快速 响应的较小的、更小角度的喷嘴和用于峰值性能的较大的、更大角度的喷嘴。
[0058] 双涡道涡轮壳体典型地与特定设计的、设计以适当地聚合发动机的气缸的分叉的 排气歧管成对,使得最大的脉冲能量能够被施加到涡轮叶轮,以用于改进的发动机操作效 率。这样的排气歧管将气缸的排气通道物理地分隔,这些气缸在发动机的操作过程中可能 彼此干涉,使得脉冲的燃烧后气体流动至双涡道涡轮壳体的分隔的涡道。当以这种方式配 对,双涡道涡轮壳体和分叉的排气歧管允许发动机高效地使用排气排除技术。这样高效的 排气排除的一些优势可包括降低了涡轮增压器响应的延迟的改进的涡轮效率和排气温度 降低和N0X排放的减少。
[0059] 根据上述的实践,如图3-4所示,在气缸盖24的排气侧,气缸22可被分为第一组气 缸22_1和第二组气缸22-2,使得在燃烧循环的排气部分期间单个气缸不会彼此干扰。为了 额外地利用涡轮涡道40-4和42-4的双涡道构造,排气歧管34可分叉以在第一排气口 34-1处 分别地将燃燃烧后气体32从第一组气缸22-1引导至第一双涡道涡轮壳体40-4的一个涡道 并且将燃烧后气体从第二组气缸22-2引导至第一双涡道涡轮壳体的另一个涡道。
[0060] 类似于上述,并且如图4所示,排气歧管34可分叉以在第二排气口 34-2处分别地将 燃燃烧后气体32从第一组气缸22-1引导至第二双涡道涡轮壳体42-4的一个涡道并且将燃 烧后气体从第二组气缸22-2引导至第二双涡道涡轮壳体的另一个涡道。此外,由于流速控 制装置44安装至气缸盖料并且直接附接至第二排气口 34-2,腔室48可分叉为子腔室48_1和 48-2,并且分别包括单独的阀46-1和46-2,以分别地引导燃烧后气体32通过其并前往双涡 道涡轮壳体42-4。因此,随着排气歧管34的分叉的第二排气口 34_2,第一组气缸22-1的燃烧 后气体可经由分叉的腔室48分别地引导至双涡道涡轮壳体似-4的一个涡道,并且引导第二 组气缸22-2的燃烧后气体至双涡道涡轮壳体的另一个涡道。
[0061]图2-4示出了具有1-3-4-2的点火顺序的典型的直列四缸发动机。如图所示,来自 于连续点火气缸的燃烧后气体32被分开进入分开的流动分支并且在同一分支中的流动在 时间上分开,以达到获得高排气压力脉冲的目的。对于具有点火顺序1-3-4-2的直列四缸发 动机来说,来自于气缸#1和#4的排气管组成一个分支,来自于气缸#2和#3的排气管组成另 一个分支。每个分支具有两个出口,一个在第一排气口 34-1处,一个在第二排气口 34-2处, 引导至两个单独的涡轮增压器40、42。一个分支的每个出口与来自于另一分支的一个出口 成对,以在每个排气口 34-1和34-2处形成单个的凸缘面。进入涡轮增压器40和流速控制装 置44的端口需要成形为与在排气口 34-1、34-2处的对应的凸缘面匹配,以实现燃烧后气体 32的高效地流动。
[0062] 总的来说,排气歧管34的两个单独的排气口 34-1和34-2允许两级式涡轮增压系统 36的低流速涡轮增压器40和高流速涡轮增压器42充分地分开安装,并且允许双涡道技术的 结合。这样,低流速涡轮增压器40的双涡道涡轮壳体40-4,无论是单独地或者与高流速涡轮 增压器42的双涡道涡轮壳体42-4—起,可被利用以提高燃烧后气体32的流动管理,从而改 善发动机16的操作效率。此外,两级式涡轮增压系统36意在由于系统能在更宽的流动范围 内产生更高的增压而使得能够减小发动机尺寸。此外,对于火花点火式发动机,能够在两级 式涡轮增压系统中使用双涡道技术,以控制压缩气流的进气温度,从而允许在更高水平的 发动机输出转矩实现更高的增压压力。
[0063] 图或附图的详细的描述是对本发明的支撑和描述,但是本发明的范围仅仅由权利 要求限定的。虽然用于实施要求保护的本发明的最优模式和其他实施例的一些己经被详细 地描述,但是还存在有用于实践在附加的权利要求中限定的多种替代的设计和实施例。此 夕卜,示出于图中的实施例或在本说明书中提到的多个实施例的特征不需被理解为彼此独立 的实施例。相反,将一个实施例中的示例中的一个种描述的特征与其他实施例描述的一个 或多个特征组合,产生了未用文字描述或参考附图的其他实施例是可能的。因此,这些其他 的实施例落在了所附权利要求的范围的框架内。

Claims (8)

1.一种内燃机,包括 限定多个气缸的气缸体; 气缸盖,其安装至所述气缸盖,并且构造为向气缸供给空气和燃料以使它们在多个气 缸中燃烧; 排气歧管,其可操作地连接至所述气缸盖,并且具有第一排气口和第二排气口,其中所 述第一和第二排气口的每一个构造为排出来自所述多个气缸的燃烧后气体;以及'、 涡轮增压系统,其构造为压缩从环境接收的气流以传递至所述多个气缸,所述祸轮增 压系统包括: 低流速涡轮增压器,其构造为由来自于所述第一排气口的燃烧后气体驱动,以压缩气 流并且将压缩的气流排向所述多个气缸; 高流速涡轮增压器,其构造为由来自于所述第二排气口的燃烧后气体驱动,以压缩气 流并且将压缩的气流排向所述多个气缸;以及 流速控制装置,其构造为将燃烧后气体选择性地引至所述低流速涡轮增压器和所述高 流速涡轮增压器; 其中: 所述低流速涡轮增压器包括双涡道涡轮壳体; 所述多个气缸包括第一组气缸和第二组气缸,并且 排气歧管被分叉,以分别将来自于所述第一组气缸的燃烧后气体引导至所述低流速涡 轮增压器的双涡道涡轮壳体的一个涡道,并且将来自于所述第二组气缸的燃烧后气体引导 至所述低流速涡轮增压器的双涡道涡轮壳体的另一个涡道。
2. 如权利要求1所述的内燃机,其中所述排气歧管整合到气缸盖中和/或所述气缸盖与 所述气缸体整合。
3. 如权利要求1所述的内燃机,其中所述流速控制装置被直接附接到所述第二排气口 并且与所述第二排气口流体连通。
4. 如权利要求1所述的内燃机,其中所述高流速涡轮增压器包括双涡道涡轮壳体。
5. 如权利要求4所述的内燃机,其中 排气歧管分叉以分别地引导来自所述第一组气缸的燃烧后气体和来自所述第二组气 缸的燃烧后气体;并且 流速控制装置包括分叉的腔室,所述分叉的腔室构造为在所述分叉的排气歧管之后, 分别将所述第一组气缸的燃烧后气体引导通过该腔室并引导至所述高流速涡轮增压器的 双涡道涡轮壳体的一个涡道,并且将来自于所述第二组气缸的燃烧后气体引导通过该腔室 并引导至所述高流速涡轮增压器的双涡道涡轮壳体的另一个渦道。
6. 如权利要求1所述的内燃机,进一步包括可编程的控制器,其构造为调节所述流速控 制装置的操作。
7. 如权利要求6所述的内燃机,其中所述控制器被编程以关闭所述流速控制装置以将 燃烧后气体引至所述低流速涡轮增压器,并且打开所述流速控制装置以将燃烧后气体引至 所述高流速涡轮增压器。 、、
8. 如权利要求7所述的内燃机,其中所述控制器被编程以在低于燃烧后气体的预定流 率时关闭所述流速控制装置,并且在预定的流率或高于预定的流率时打开所述流速控制装 置。
CN201410384433.1A 2013-08-05 2014-08-05 涡轮增压系统 Active CN104343528B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/959,178 US9217361B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 Turbocharging system
US13/959,178 2013-08-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104343528A CN104343528A (zh) 2015-02-11
CN104343528B true CN104343528B (zh) 2017-05-31

Family

ID=52342102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410384433.1A Active CN104343528B (zh) 2013-08-05 2014-08-05 涡轮增压系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9217361B2 (zh)
CN (1) CN104343528B (zh)
DE (1) DE102014110862A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9359939B2 (en) * 2013-02-20 2016-06-07 Ford Global Technologies, Llc Supercharged internal combustion engine with two-channel turbine and method
DE102014216820A1 (de) * 2013-09-19 2015-03-19 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
US9441534B2 (en) * 2014-10-09 2016-09-13 GM Global Technology Operations LLC Cooled two-stage turbocharging system
US9670823B2 (en) * 2015-03-24 2017-06-06 GM Global Technology Operations LLC Engine with a turbocharger cooling module
US10082111B2 (en) * 2015-08-27 2018-09-25 GM Global Technology Operations LLC Turbocharging system with electric motor(s)
GB2540446B (en) * 2016-01-07 2018-12-12 Ford Global Tech Llc Method and system to deliver smooth engine torque
DE102017200184A1 (de) 2016-01-28 2017-08-03 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei Zylinder

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3292364A (en) * 1963-09-06 1966-12-20 Garrett Corp Gas turbine with pulsating gas flows
US3557549A (en) * 1969-03-21 1971-01-26 Caterpillar Tractor Co Turbocharger system for internal combustion engine
US3941104A (en) * 1974-07-01 1976-03-02 The Garrett Corporation Multiple turbocharger apparatus and system
US4008572A (en) * 1975-02-25 1977-02-22 Cummins Engine Company, Inc. Turbine housing
DE68901795T2 (de) * 1988-03-19 1993-01-21 Mazda Motor Zufuhrluftkontrollverfahren fuer brennkraftmaschinen.
SE506130C2 (sv) * 1994-12-08 1997-11-10 Scania Cv Ab Arrangements for redirecting exhaust gases in supercharged engines with serial turbines
SE506515C2 (sv) * 1997-02-10 1997-12-22 Scania Cv Ab Supercharged internal combustion engine, preferably diesel type, equipped with an exhaust gas recirculation device
US6324847B1 (en) * 2000-07-17 2001-12-04 Caterpillar Inc. Dual flow turbine housing for a turbocharger in a divided manifold exhaust system having E.G.R. flow
DE10152803A1 (de) * 2001-10-25 2003-05-15 Daimler Chrysler Ag Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Abgasrückführungsvorrichtung
US6715289B2 (en) * 2002-04-08 2004-04-06 General Motors Corporation Turbo-on-demand engine with cylinder deactivation
EP1394380B1 (de) 2002-08-30 2009-04-08 Borgwarner, Inc. Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine
GB0320986D0 (en) * 2003-09-08 2003-10-08 Ricardo Uk Ltd Automotive turbo charger systems
US7644585B2 (en) * 2004-08-31 2010-01-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Multi-stage turbocharging system with efficient bypass
US7600380B2 (en) * 2005-05-10 2009-10-13 Borgwarner Inc. Valve regulation for turbocharger
GB2430708B (en) * 2005-10-03 2010-09-22 Ford Global Tech Llc Turbo charging in a variable displacement engine
DE602006017167D1 (de) * 2006-04-05 2010-11-11 Gm Global Tech Operations Inc Zweistufiger Turbolader für Brennkraftmaschine
JP4875586B2 (ja) * 2007-10-12 2012-02-15 三菱重工業株式会社 2段過給式排気ターボ過給機
US8161747B2 (en) * 2008-07-31 2012-04-24 Caterpillar Inc. Exhaust system having series turbochargers and EGR
DE102014216820A1 (de) * 2013-09-19 2015-03-19 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
US9217361B2 (en) 2015-12-22
US20150034408A1 (en) 2015-02-05
DE102014110862A1 (de) 2015-02-05
CN104343528A (zh) 2015-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9845770B2 (en) Asymmetric double-entry turbine
RU140186U1 (ru) Система двигателя с двойным независимым наддувом цилиндров
CN103314184B (zh) 二冲程对置活塞发动机及其操作方法和制动方法
US6595183B1 (en) Internal combustion engine
US4404805A (en) Method of and system for power generation by supercharged internal combustion engine
CN102333941B (zh) 内燃机的增压系统
US7828517B2 (en) Variable-geometry turbocharger with asymmetric divided volute for engine exhaust gas pulse optimization
US8499747B2 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
CN102720692B (zh) 双驱并联顺序增压压气机
US8539768B2 (en) Exhaust bypass system for turbocharged engine with dedicated exhaust gas recirculation
US7934379B2 (en) Internal combustion engine comprising an exhaust gas turbocharger
US6324848B1 (en) Turbocharger system to inhibit surge in a multi-stage compressor
US7010918B2 (en) Internal combustion engine with motor brake
CN101680355B (zh) 抗爆震分开循环发动机和方法
US3423926A (en) Turbocharger control arrangement
CN104870788B (zh) 用于在带有可断开的气缸且带有至少一个可接入的压缩机的内燃机中在两个发动机运行状态之间转矩中立地进行转换的方法和控制装置
JP6738232B2 (ja) エンジンシステム
EP1021647B1 (en) Turbo-charged internal combustion engine
CN202970888U (zh) 内燃机以及内燃机系统
CN104018934B (zh) 用于发动机的增压系统
US4008572A (en) Turbine housing
US8281587B2 (en) Supercharged boost-assist engine brake
EP2009271B1 (en) Internal combustion engine having compressor with first and second tributary inlets
CN104153873A (zh) 具有可失活汽缸的内燃发动机及用于运行所述类型内燃发动机的方法
JP2005527728A (ja) 内燃機関の排気ガスターボチャージャ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant