CN106574548B - 用于控制空气量的设备和使用该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制引入增压式内燃机的进气口中的压缩空气量的设备，所述发动机包括两个废气出口(32、36)，每个废气出口连接至具有至少一个气缸(121、122、123、124)的单元的排气歧管(30、34)，所述设备包括增压设备(38)，增压设备包括带有双进口(50、52)涡轮(40)的涡轮增压器，该涡轮连接至所述废气出口，以及外部空气压缩机(44)，且该设备包括用于将压缩空气从压缩机部分转移至涡轮进口的转移导管(64)。根据本发明，部分转移导管包括连接至涡轮的进口的两个分支(70、72)，且各分支各自承载控制这些分支中压缩空气的流通的节流装置(74、76)。

Description

用于控制空气量的设备和使用该设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制引入增压式内燃机的进气口中的空气量的设备，增压式内燃机特别是固定发动机或用于机动车辆或工业车辆的发动机，并涉及一种用于这种发动机的控制空气量的方法。
背景技术
如广为人知的，内燃机所传递的功率取决于引入该发动机的燃烧室的空气量，该空气量本身与该空气的密度成比例。
因而，习惯的是，通过将外部空气压缩后再让其进入燃烧室来增加该空气量。这种称为增压的操作可通过任何装置实现，诸如涡轮增压器或机械驱动的压缩机，压缩机可为离心式的或正排量式的。
在通过涡轮增压器来增压的情形下，涡轮增压器包括通过轴连接至旋转压缩机的单流式或双流式旋转涡轮。来自发动机的废气由此穿过涡轮，该涡轮然后被旋转驱动。接着，该旋转被传递至压缩机，通过该旋转，压缩机压缩外部空气，之后外部空气被引入燃烧室。
如在法国专利申请第2 478 736号中更好地描述的，为了显著增加发动机燃烧室中该压缩空气的量，意在仍要进一步增加通过压缩机对外部空气的压缩量。
这更具体地通过增加涡轮和因而压缩机的旋转速度来实现。
为此，从压缩机离开的一部分压缩空气被转向，以被直接引入涡轮进口，从而与废气混合。由此，更大量的流体(压缩空气和废气的混合物)穿过该涡轮，从而可增加涡轮且由此压缩机的旋转速度。因而，随着压缩机速度的该增加，可增加将在该压缩机中被压缩且接着被引入发动机燃烧室的外部空气的压力。
由此，压缩空气具有更高的密度，由此能够增加燃烧室所包含的空气量。
这种类型的增压发动机虽然是令人满意的，但却具有某些显著的缺陷。
事实上，被引入涡轮进口的压缩空气的流量未被正确地控制，这可能导致发动机故障。
因而，作为示例，在过大量的压缩空气被转向到涡轮进口的情况下，进入涡轮的废气被该空气过度冷却并导致增压的总体性能的降低。
发明内容
本发明提出要通过用于控制引入增压式内燃机的进口的空气量的设备来纠正前述缺陷，借助该设备，可以响应于所有发动机的功率需求。
借助本文提出的本发明，即便进气口中的压缩空气的平均压力小于排气口中的气体的平均压力，也可以实现将压缩空气从进气口转移至排气口。只需要在发动机的运行循环期间存在进气口中的压力高于排气口中的压力的阶段就足够了。
为此，本发明涉及一种用于控制引入增压式内燃机的进气口中的空气量的设备，所述发动机包括两个废气出口，每个废气出口连接至具有至少一个气缸的单元的排气歧管，所述设备包括带有涡轮增压器的增压设备，涡轮增压器包括连接至所述废气出口的双进口涡轮，以及外部空气压缩机，且该设备包括用于将压缩空气从压缩机部分转移至涡轮进口的导管，其特征在于，部分转移导管包括连接至涡轮进口的两个分支，且每个分支各自承载控制这些分支中的压缩空气的流通(循环)的阀调节装置。
有利地，各分支还可各自承载止回阀。
各分支中的一个可通过连接管线连接至另一个分支。
连接管线可承载阀调节装置。
阀调节装置可包括比例阀。
转移导管可承载加热在转移导管中流通的压缩空气的装置。
加热装置可包括热交换器。
热交换器可包括来自涡轮增压器涡轮的废气的进口以及至排气管线的废气出口。
本发明还涉及一种控制增压式内燃机的进气口中的压缩空气量的方法，所述发动机包括两个废气出口，每个废气出口连接至具有至少一个气缸的单元的排气歧管，所述设备包括带有涡轮增压器的增压设备，涡轮增压器包括连接至所述废气出口的双进口涡轮，以及外部空气压缩机，且该设备包括用于将压缩空气从压缩机部分转移至涡轮进口的导管，其特征在于，该方法包含：将离开压缩机的一部分压缩空气引入涡轮的废气进口部段。
该方法可包含：将转移导管分成两个分支并借助阀调节装置控制每个分支中的压缩空气的流通。
该方法可包含：将各分支中的一个通过连接管线连接至另一个分支。
该方法可包含：在将压缩空气引入涡轮之前，加热在转移导管中流通的压缩空气。
附图说明
通过阅读以下仅为了说明性目的且基于非限制性基础而给出的说明书，本发明的其它特征和益处将变得明显，说明书附有：
图1示出了内燃机和其根据本发明的增压设备；
图2示出了内燃机的变型和其增压设备，以及
图3示出了内燃机的变型和其根据图1的增压设备。
具体实施方式
在图1中，内燃机10包括至少两个气缸，这里有从附图的左侧起标示为121至124的四个气缸。
优选地，该发动机为特别是柴油(狄塞尔)类型的直喷式内燃机，但这并不排除任何其它类型的内燃机。
每个气缸包括进气装置14，进气装置14带有至少一个进气阀16，这里两个进气阀各自控制一个进气管18。各进气管18在进气歧管20处汇集，进气歧管20由供应导管22供应诸如压缩空气之类的进气空气。
该气缸还包括已燃烧气体排出装置24，已燃烧气体排出装置24带有至少一个排气阀26，这里同样是两个阀，各自控制一个排气管28。
在所示的示例中，发动机预备以点火次序1－3－4－2运行。鉴于该点火次序，形成具有至少一个气缸的第一单元的第一气缸121和第二气缸124的排气管连接至带有第一废气出口32的第一排气歧管30。形成具有至少一个气缸的第二单元的第三气缸122和第四气缸123的排气管连接至包括第二废气出口36的第二排气歧管34。
两个废气出口引向用于压缩空气的涡轮增压器38，且更特别地引向该涡轮增压器的膨胀涡轮40。
如图1中所示，涡轮增压器是双进口涡轮增压器，其以术语“Twin Scroll(双涡流)”涡轮增压器为更多人所知。
这类涡轮增压器包括膨胀涡轮40，膨胀涡轮40被废气吹扫，且通过轴42旋转地连接至压缩机44。
在涡轮处，废气进口被分成两部分，即第一进气部分和第二进气部分，第一进气部分46连接至第一歧管30的第一废气出口32，且第二进气部分48连接至第二排气歧管34的第二废气出口36。
涡轮40的排气口50常规地连接至发动机的排气管线52。
涡轮增压器38的压缩机44包括由供应导管56供应的外部进气口54。该压缩机的压缩空气出口58通过导管60连接至进气歧管20的供应导管22。
有利地，可布置成将压缩空气冷却器62放置在导管60上、于压缩机与导管22之间。
如图1中可更好地见到的，借助转移导管64可使得离开压缩机44的一部分压缩空气循环(流通)至涡轮进口46和48。
更精确地，该局部转移导管起始于导管60中、在压缩机与冷却器62之间的交点66处，且接着从分叉点68起分开成两个分支70和72。分支70经由其与第一废气出口32的连接处而引向涡轮进口46，且分支72经由其与废气出口36的连接处而引向该涡轮的另一进口48。
每个分支承载由控制装置78控制的诸如比例阀之类的阀调节装置74和76，控制装置78可为两个阀调节装置共有的。因而，借助该阀可控制该分支中的压缩空气的循环(流通)。
有利地，每个分支还包括止回阀80和82，止回阀80和82阻止压缩空气从分支流通至压缩机，同时阻止两个分支连通。
因而，借助该构造，可在发动机的运行期间利用在排气歧管中间歇盛行的低废气压力的区域来将压缩空气引入涡轮，并因而增加该涡轮和因而压缩机的流量。由此，还可具有用于低发动机转速的更有效的增压。
在运行期间，在气缸中需要大量空气的情形下，阀74和76被打开以将来自压缩机44的压缩空气引入涡轮40。
来自压缩机44的压缩空气在导管64中流通(循环)，并接着在分支70和72中流通，以到达涡轮40的废气进口46和48，从而将剩余的流体递送至该涡轮。
因而，涡轮不仅被来自出口32和36的废气吹扫，还被附加至这些气体的压缩空气吹扫。由此，涡轮转速增加，这引起了压缩机转速的增加，并由此引起来自该压缩机的压缩空气的压力的增加。
当然，阀74和76受控制装置78控制，从而将满足发动机增压需求的压缩空气量引入涡轮。
图2中的变型可由于在两个分支70和72之间放置连接导管84而与图1区分开来。该导管设有诸如比例阀之类的阀调节装置86，这里，阀调节装置86同样受控制装置78控制。
该导管的一个端部在位于阀74与废气出口32之间的点处连接至分支70，且另一个端部在位于阀76与废气出口36之间的点处连接。
借助该导管，可控制到达涡轮的两个分支之间的流体连通。
更精确地，借助该连接导管，可将在分支中的一个内流通的一部分压缩空气转向，以将其引入另一个分支，从而在涡轮40的进口处与废气混合。
此外，借助连接导管，可在涡轮的一个分支内恢复与另一个分支的废气的压力差(或脉动排气)，另一个分支在发动机燃烧循环中呈角度偏移。
图3包括与如图1中的那些元件实质上相同的元件，在图3中，离开压缩机44并在转移导管64内流通的压缩空气在被引入涡轮40之前被加热。
为此目的，转移导管64承载加热压缩空气的装置88，这里是呈散热器形式的热交换器，装置88放置在该导管所包括的交点66与分叉点68之间。在该导管中流通的压缩空气穿过该散热器，且该散热器同时被发动机废气吹扫。这些废气来自涡轮排气口50，且由导管90传递至散热器进口92。废气吹扫该散热器，从而将它们包含的热量转移至压缩空气，该压缩空气随后再通过出口94离开该散热器、以引向发动机排气管线。
因而，一部分废气能量由通过进口46和48中的一个或另一个引入涡轮的压缩空气而回收。
因而，借助该被加热的压缩空气，可将额外的能量供应至涡轮，由此，该涡轮将以更高速度旋转。该高旋转速度接着被传递至压缩机，压缩机将实现对外部空气更大的压缩。

Claims (8)

1.一种用于控制引入增压式内燃机的进气口中的空气量的设备，所述内燃机包括两个废气出口(32、36)，每个所述废气出口连接至具有至少一个气缸(121、122、123、124)的单元的排气歧管(30、34)，所述设备包括增压设备(38)，所述增压设备包括带有双进口式涡轮(40)的涡轮增压器，所述涡轮连接至所述废气出口，以及外部空气压缩机(44)，且所述设备包括用于将压缩空气从所述压缩机部分转移至所述涡轮的进口的部分转移导管(64)，其特征在于，所述部分转移导管包括连接至所述涡轮的所述进口的两个分支(70、72)，所述两个分支分别连接到所述涡轮的不同进口，且所述分支各自承载控制这些分支中压缩空气的流通的第一阀调节装置(74、76)，其中，各分支中的一个分支(70)通过连接管线(84)连接至另一个分支(72)，其中，所述部分转移导管(64)承载用于加热压缩空气的装置(88)，且所述两个分支(70、72)位于所述加热压缩空气的装置(88)的下游，从所述外部空气压缩机(44)的出口延伸的所述部分转移导管在所述加热压缩空气的装置之后才分成所述两个分支(70、72)，在所述加热压缩空气的装置之前并不分支，以使得在所述部分转移导管上的全部空气均能借助所述加热压缩空气的装置(88)进行加热，且其中，所述连接管线(84)设置在所述阀调节装置与所述内燃机的所述废气出口之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，各所述分支还各自承载止回阀(80、82)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接管线承载第二阀调节装置(86)。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述阀调节装置包括比例阀。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热压缩空气的装置(88)包括热交换器。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述热交换器包括用于来自所述涡轮增压器的所述涡轮(40)的废气的加热压缩空气的装置的进口(92) 以及至排气管线的废气出口。
7.一种控制增压式内燃机的进气口中的压缩空气量的方法，所述内燃机包括两个废气出口(32、36)，每个所述废气出口连接至具有至少一个气缸(121、122、123、124)的单元的排气歧管(30、34)，所述内燃机包括带有涡轮增压器的增压设备(38)，涡轮增压器包括连接至所述废气出口的双进口式涡轮(40)，以及外部空气压缩机(44)，且所述内燃机包括用于将压缩空气从所述压缩机部分转移至所述涡轮的进口的部分转移导管(64)，其特征在于，所述方法包含：将离开所述压缩机的一部分压缩空气引入所述涡轮(40)的废气进口部段(46、48)，其中，所述部分转移导管(64)包括连接至所述涡轮的所述进口的两个分支(70、72)，将所述两个分支分别连接到所述涡轮的不同进口，且所述分支各自承载控制这些分支中压缩空气的流通的第一阀调节装置(74、76)，所述方法包含：将各分支中的一个通过连接管线(84)连接至另一个分支，其中，所述部分转移导管(64)承载加热压缩空气的装置(88)，且所述两个分支(70、72)位于所述加热压缩空气的装置(88)的下游，从所述压缩机延伸的所述部分转移导管在所述加热压缩空气的装置之后才分成所述两个分支(70、72)，在所述加热压缩空气的装置之前并不分支，以使得在所述部分转移导管上的全部空气均能借助所述加热压缩空气的装置(88)进行加热，且其中，将所述连接管线(84)设置在所述阀调节装置与所述内燃机的所述废气出口之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包含：在将压缩空气引入涡轮之前，加热在所述部分转移导管中流通的压缩空气。
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