CN104696088A - 具有铝涡轮机外壳的发动机系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有铝涡轮机外壳的发动机系统，其可包括进气路线控制阀、第二进气线路、排气路线控制阀、涡轮增压器、涡轮机外壳、电子水泵和控制器；进气路线控制阀装在第一进气线路上，其将外部空气供应到进气歧管；第二进气线路绕过进气路线控制阀；排气路线控制阀装在第一排气线路上，从排气歧管排出的废气在第一排气线路上流动；涡轮增压器包括涡轮机和压缩机，涡轮机由经过第二排气线路的废气驱动，第二排气线路绕过排气路线控制阀；压缩机将在第二进气线路上流动的进气空气泵送；涡轮机外壳安装有涡轮机并且由铝合金制成；电子水泵将在涡轮机外壳中循环的冷却水泵送；控制器根据运行条件控制进气路线控制阀、排气路线控制阀和电子水泵。

Description

具有铝涡轮机外壳的发动机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月6日提交的韩国专利申请第10-2013-0151785号的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种具有铝涡轮机外壳的发动机系统，其通过使用涡轮增压器来提高在低速范围内的输出并提升燃烧效率，并且提高废气的质量。
背景技术
一般而言，众所周知柴油发动机相比于汽油发动机具有更低的燃料消耗以及更高的燃料效率。柴油发动机一般具有大约40％的效率，这是基于柴油发动机的高压缩比。
近年来，发动机进一步包括涡轮增压器和中间冷却器以便获得更高的输出。
如上所述，包括涡轮增压器的发动机通过涡轮增压器的压缩机吸取并且压缩废气或外部空气，并且向发动机侧供应此时产生的增压空气(高温压缩空气)。
然而，快速压缩的空气吸收涡轮增压器的热量和在压缩期间产生的热量，而且空气的密度下降，导致在发动机燃烧室中的增压效率恶化。因此，为了获得高密度而通过使用中间冷却器来冷却增压空气，导致更多的空气被发动机燃烧室吸入以获得更高的输出。
同时，正在进行在包括涡轮增压器的发动机的发动机RPM的中低速范围内降低燃料消耗并且提高输出扭矩的研究，而且制作铝的涡轮机外壳和冷却涡轮机外壳的研究也正在进行之中。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种这样的发动机系统，其在发动机rpm所展现的预定的中低速范围内降低燃料消耗并且提高输出扭矩，并且有效地将在具有涡轮增压器的发动机中的铝涡轮机外壳冷却。
在本发明的一个方面中，一种具有涡轮机外壳的发动机系统可以包括进气路线控制阀、第二进气线路、排气路线控制阀、涡轮增压器、涡轮机外壳、电子水泵以及控制器；进气路线控制阀安装在第一进气线路上，第一进气线路将外部空气供应到附接到汽缸体的进气歧管；第二进气线路绕过所述进气路线控制阀；排气路线控制阀安装在第一排气线路上，从附接到汽缸体的排气歧管排出的废气在第一排气线路上流动；涡轮增压器可以包括：涡轮机和压缩机，涡轮机由经过第二排气线路的废气驱动，第二排气线路绕过排气路线控制阀；压缩机将在第二进气线路上流动的进气空气泵送；涡轮机外壳安装有涡轮机并且由铝合金制成；电子水泵将在涡轮机外壳中循环的冷却水泵送；控制器根据运行条件来控制进气路线控制阀、排气路线控制阀以及电子水泵。
当冷却水在中间冷却器、涡轮机外壳和排气路线控制阀中循环时，冷却水将中间冷却器、涡轮机外壳和排气路线控制阀冷却。
在关闭发动机之后，控制器将冷却水循环到涡轮机外壳预定的时间。
在打开发动机之后，控制器不将冷却水循环到涡轮机外壳预定的时间。
涡轮机外壳整合地形成于汽缸体的排气歧管中并且与汽缸体的排气歧管分开地联接。
排气歧管整合地形成于汽缸体中或者与汽缸体分开地联接。
在汽缸体中循环的冷却线路与在涡轮机外壳中循环的冷却线路彼此分开，而且散热器的冷却线路被分开。
该系统可以进一步包括轴和轴承外壳；轴将在涡轮增压器中的涡轮机与压缩机连接；轴承外壳可旋转地支撑轴，其中冷却水在涡轮机外壳和轴承外壳中循环。
根据本发明的示例性实施方式，在现有自然空气进气式汽油发动机中设定的rpm或更小处(低速范围)，通过使用涡轮增压器来额外地喷射空气以在低速范围内提高扭矩，从而提升了燃料效率。
因为涡轮增压器在设定的发动机rpm处使用，所以涡轮机外壳可以由铝制成而且通过使冷却水在涡轮机外壳上流动来冷却涡轮机外壳，从而降低了总的生产成本和发动机的总重量。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施方式的具有铝涡轮机外壳的发动机系统的示意性构造图。
图2是根据本发明的示例性实施方式的具有铝涡轮机外壳的发动机系统的局部示意性构造图。
图3是示出在根据本发明的示例性实施方式的具有铝涡轮机外壳的发动机系统中的冷却水的流动的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方式，在附图中和以下的描述中示出这些实施方式的实例。虽然本发明与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方式，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方式。
下面将参考附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。
图1是根据本发明的示例性实施方式的具有铝涡轮机外壳的发动机系统的示意性构造图。
参考图1，该发动机系统包括空气清洁器箱100、第一进气线路120、第二进气线路105、节流阀体130、进气歧管135、汽缸体140、喷射器142、排气歧管145、第一排气线路152、排气路线控制阀150、催化器155、中间冷却器115、第二排气线路160、涡轮增压器110、以及控制器(ECU)10。
第二进气线路105绕过进气路线控制阀125，并且在空气清洁器箱100分支并通过涡轮增压器110的压缩机和中间冷却器115与第一进气线路120接合。
节流阀体130布置在第一进气线路120与第二进气线路105接合的点。这里，第二进气线路105没有从空气清洁器箱100分支而是可以在第一进气线路120分支。
第一排气线路152在排气歧管145分支，而且排气路线控制阀150和催化器155依次布置在第一排气线路152上。
第二排气线路160绕过排气路线控制阀150，而且第二排气线路160在排气歧管145分支以与第一排气线路152在排气路线控制阀150与催化器155之间接合。这里，第二排气线路160没有在排气歧管145分支，而是可以在第一排气线路152分支。
在本发明的示例性实施方式中，在控制器10关闭进气路线控制阀125时，进气空气通过涡轮增压器110的压缩机和中间冷却器115从第二进气线路105供应到进气歧管135。
而且，在控制器10打开进气路线控制阀125时，进气空气通过第一进气线路120和节流阀体130供应至汽缸体140的燃烧室。
当控制器10将排气路线控制阀150完全打开时，废气通过第一排气线路152的催化器排出到外部，而当排气路线控制阀150关闭时，废气通过第二排气线路160驱动涡轮增压器的涡轮机并且通过催化器155排出到外部。
控制器10可以通过控制排气路线控制阀150的打开角度来控制涡轮增压器110的驱动，通过比如加速度传感器和制动传感器来感测发动机的运行条件和驾驶员的需求以计算需求扭矩，以及通过控制排气路线控制阀150和喷射器142来喷射燃料。
在本发明的示例性实施方式中，在现有自然进气式汽油发动机中，在等于或小于预定值的低速范围内，空气额外通过使用涡轮增压器110来供应以便在低速处提高扭矩；而且在等于或大于预定值的高速范围内，自然进气式的性能可以得到维持而不需涡轮增压器110的帮助。
而且，涡轮增压器110的能力的特征在于，基于经过压缩机的空气流量的空气流量系数等于或小于2，此处，空气流量系数＝经过压缩机的最大空气流量(kg/h)/排气量(L)。
此外，由涡轮增压器110来增压可以只在设定的发动机rpm或更少处执行，此处在自然进气式发动机中产生最大扭矩。因此，在设定的发动机rpm或更多处，进气路线控制阀125和排气路线控制阀150完全打开，以便显示出与自然进气式发动机相似或相同的性能。
图2是根据本发明的示例性实施方式的具有铝涡轮机外壳的发动机系统的局部示意性构造图。
参考图2，排气歧管145整合地形成在汽缸体140中，而且涡轮增压器110包括铝涡轮机外壳200、轴承外壳202和压缩机外壳204。
涡轮机210布置在涡轮机外壳200中，轴承和轴212布置在轴承外壳202中，压缩机214布置在压缩机外壳204中。
铝涡轮机外壳200整合地形成在排气歧管145或汽缸体140中，而且由铝合金制成并且其中具有冷却水路径或者室。
其提供了这样的结构，使得从排气歧管145排出的废气被供应到涡轮机外壳200而且高温且高压的废气使涡轮机210旋转，而且涡轮机外壳200需要冷却。
在本发明的示例性实施方式中，控制器10通过控制供应到铝涡轮机外壳200的冷却水以及减小催化器的LOT来提高冷却效率。
另外，将铝涡轮机外壳200冷却的冷却水可以在与在汽缸体140中循环的冷却水分开的冷却水线路中循环。
图3是示出在根据本发明的示例性实施方式的具有铝涡轮机外壳的发动机系统中的冷却水的流动的流程图。
参考图3，形成了将汽缸体140冷却的现有冷却水循环线路，用于现有冷却水循环线路已见于已知技术，其具体描述将被省略。
在S300，冷却水在经过散热器时耗散热量，而在S310，冷却水由电子水泵泵送。在S320，冷却水可以在经过水冷中间冷却器115时将进气压缩空气冷却。
在S330，冷却水可以将涡轮增压器110的铝涡轮机外壳200冷却，而在S340，冷却水可以将轴承外壳202和排气路线控制阀150冷却。
当涡轮机外壳200由铸钢材料制造时，制造成本增加而且重量可能增加。因此，涡轮机外壳200由铝合金制造，以便将制造成本和重量都降低。
然而，涡轮机外壳200需要被冷却水冷却，使得由铝材料制成的涡轮机外壳200承受高温。
尤其是，当在发动机被驱动时将发动机停止并且发动机连续处于怠速状态时，涡轮机外壳200的温度快速上升，导致涡轮机外壳200需要冷却。而且，在将汽缸盖和涡轮机外壳200都加以冷却的情况下，散热器的能力需要提升。
因此，在本发明的示例性实施方式中，通过使用在分开的冷却水线路上流动的冷却水来将涡轮机外壳200冷却。尤其是，涡轮机外壳200可以加入到将中间冷却器115冷却的冷却线路。
另外，冷却在涡轮机外壳200和中间冷却器115中循环的冷却水的散热器可以分开设置，可以提升用于中间冷却器的现有散热器的能力，并且冷却水可以被分开并循环。
此外，电子水泵设置为，使得冷却水有选择地将涡轮机外壳200、中间冷却器115和排气路线控制阀150冷却。电子水泵的结构和控制方法已见于已知技术，其具体描述将被省略。
另外，从涡轮机外壳200、轴承外壳202或排气路线控制阀150排出的热的冷却水可以直接供应到散热器。而且，从散热器排出的冷的冷却水可以供应到中间冷却器115。
在本发明的示例性实施方式中，控制器10通过控制电子水泵来控制在中间冷却器115、涡轮机外壳200、轴承外壳202以及排气路线控制阀150中循环的冷却水。
尤其是，当在发动机被驱动时将发动机关闭时，冷却水被安排为流向涡轮机外壳200一段预定的时间，以提高铝涡轮机外壳200的耐久性。此外，在涡轮机外壳200中循环的冷却水可以在发动机的汽缸盖中循环。
在本发明的示例性实施方式中，在汽缸体140中循环的冷却水与在盖和涡轮机外壳200中循环的冷却水彼此分开，甚至可以将散热器分开。
另外，在发动机启动之后不会将冷却水供应到汽缸盖和涡轮机外壳200一段预定的时间，以便减小催化器的LOT并且缩短发动机的预热时间。
另外，涡轮机外壳200和轴承外壳202也是整合地形成的，而且因为冷却水在涡轮机外壳200和轴承外壳202中循环，所以即使在高温运行的条件下在分开的冷却水线路上流动的冷却水也得以有效地将涡轮机外壳200冷却。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前述对本发明的具体示例性实施方式的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。前表面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种具有涡轮机外壳的发动机系统，所述系统包括：
进气路线控制阀，所述进气路线控制阀安装在第一进气线路上，所述第一进气线路将外部空气供应到附接到汽缸体的进气歧管；
第二进气线路，所述第二进气线路绕过所述进气路线控制阀；
排气路线控制阀，所述排气路线控制阀安装在第一排气线路上，从附接到所述汽缸体的排气歧管排出的废气在所述第一排气线路上流动；
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：
涡轮机，所述涡轮机由经过第二排气线路的废气驱动，所述第二排气线路绕过所述排气路线控制阀；以及
压缩机，所述压缩机将在所述第二进气线路上流动的进气空气泵送；
涡轮机外壳，所述涡轮机外壳安装有所述涡轮机并且由铝合金制成；
电子水泵，所述电子水泵将在所述涡轮机外壳中循环的冷却水泵送；以及
控制器，所述控制器根据运行条件来控制所述进气路线控制阀、所述排气路线控制阀以及所述电子水泵。
2.根据权利要求1所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，其中当冷却水在中间冷却器、所述涡轮机外壳和所述排气路线控制阀中循环时，冷却水将所述中间冷却器、所述涡轮机外壳和所述排气路线控制阀冷却。
3.根据权利要求1所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，其中在关闭发动机之后，所述控制器将冷却水循环到所述涡轮机外壳预定的时间。
4.根据权利要求1所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，其中在打开发动机之后，所述控制器不将冷却水循环到所述涡轮机外壳预定的时间。
5.根据权利要求1所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，其中所述涡轮机外壳整合地形成于所述汽缸体的排气歧管中并且与所述汽缸体的排气歧管分开地联接。
6.根据权利要求5所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，其中所述排气歧管整合地形成于所述汽缸体中或者与所述汽缸体分开地联接。
7.根据权利要求1所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，其中在所述汽缸体中循环的冷却线路与在所述涡轮机外壳中循环的冷却线路彼此分开，而且散热器的冷却线路被分开。
8.根据权利要求1所述的具有涡轮机外壳的发动机系统，进一步包括：
轴，所述轴将在所述涡轮增压器中的所述涡轮机与所述压缩机连接；以及
轴承外壳，所述轴承外壳能够旋转地支撑所述轴，
其中冷却水在所述涡轮机外壳和所述轴承外壳中循环。
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