CN107636278A - 用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量和冷却排气的装置以及使用这种装置的方法 - Google Patents

用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量和冷却排气的装置以及使用这种装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量的装置，所述发动机包括两个废气出口(32、36)，其分别连接到一组至少一个气缸(121、122、123、124)的排气歧管(30、34)，所述装置包括增压装置(38)，其包括具有连接到所述废气出口的双入口(50、52)涡轮机(40)的涡轮增压器以及外部空气压缩机(44)，并且包括至少一个管道，其用于将压缩空气从压缩机部分转移到两个涡轮机入口。根据本发明，部分转移管道在排气阀处通入发动机气缸盖，并且其包括控制在该管道中的压缩空气循环的节流装置(74,76)。

Description

用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量和冷却排气 的装置以及使用这种装置的方法
发明领域
本发明涉及一种用于控制馈送到增压式内燃机(尤其是固定式发动机或汽车发动机或工业车辆发动机)的进气口的空气量的装置、以及一种用于控制这种发动机的空气量的方法，特别是当被压缩空气部分转移管道通过发动机气缸盖通向排气阀时。
发明背景
众所周知，由内燃机输送的动力取决于馈送到燃烧室的燃料量，该燃料量本身取决于馈送到该发动机燃烧室的空气量，该空气量也正比于该空气的密度。
因此，通常在其被允许进入燃烧室之前通过压缩外部空气来增加该空气量。这种称为增压的操作可以使用诸如涡轮增压器或被驱动的压缩机之类的任何装置来执行，该压缩机可以是离心式压缩机或正排量式压缩机。
在使用涡轮增压器进行增压的情况下，涡轮增压器包括通过轴连接到旋转式压缩机的旋转式单流涡轮机或双流涡轮机。来自发动机的废气流经涡轮机，然后涡轮机旋转。该旋转此后传至压缩机，该压缩机通过其旋转将外部空气在其被馈送到燃烧室之前进行压缩。
如在法国专利申请第2,478,736中更好地描述的，旨在通过压缩机更进一步增加外部空气的压缩，以便能够显著地提高发动机的压缩室中的这个压缩空气量。
这具体地通过增加涡轮机的转速以及因此压缩机的转速来实现。
因此，离开压缩机的一部分压缩空气被转向，以在与废气混合的同时被直接允许到涡轮机入口。该涡轮机接着被更大量的流体(压缩空气和废气的混合物)穿过，这允许涡轮机的转速以及因此压缩机的转速增加。因此，该压缩机速度增加允许在该压缩机中被压缩的外部空气在其被馈送到发动机的燃烧室之前升高压力。
因此，压缩空气具有较高的密度，这使得燃烧室中容纳的空气量增加。
这种类型的增压发动机虽然令人满意，但也包括一些不太显著的缺点。
实际上，在涡轮机入口处接纳的压缩空气的流动没有被正确地控制，这可能导致发动机功能失调。
因此，通过示例，如果转向到涡轮机入口的压缩空气量太大，则进入涡轮机的废气被该空气过多地冷却，这导致整体增压效率的降低。
发明内容本发明旨在通过一种用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量的装置来克服上述的缺点，其允许满足所有的发动机功率要求。此外，本发明的实施例旨在对发动机气缸盖进行修改，使得压缩空气部分转移管道通向排气阀附近，这另外有利于其冷却。传统压缩空气回路没有被修改。
本文所公开的发明也允许即使当进气口处的压缩空气的平均压力低于排气处的压缩空气的平均压力时，也能够进行从进气到排气的压缩空气转移。所需要的只是发动机运转周期期间的阶段(phases)，其中进气处的压力高于排气处盛行的压力。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量的装置，所述发动机包括两个废气出口，其分别连接到一组至少一个气缸的排气歧管，所述装置包括增压装置，其包括具有连接到所述废气出口的双入口涡轮机的涡轮增压器、以及外部空气压缩机，以及至少一个管道，其用于将压缩空气从压缩机部分转移到涡轮机入口，其特征在于，所述部分转移管道在连接到涡轮入口的排气阀处通入发动机气缸盖，并且该部分转移管道包括控制所转移的压缩空气循环的节流装置。
部分转移管道可包括止回阀80,82。
装置可包括通向每个活塞的排气阀的部分转移管道。
部分转移管道可与在压缩机出口处使部分压缩空气转向的连接管线连通。
连接管线可包括连接到所述部分转移管道的两个分支。
节流装置可包括比例阀。
装置可包括控制比例阀的装置。
所述连接管线可包括用于在冷却器下游转向到进气管线的旁通管线和三通阀。
本发明还涉及一种控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量的方法，所述发动机包括两个废气出口，其分别连接到一组至少一个气缸的排气歧管，所述装置包括增压装置，其包括具有连接到所述废气出口的双入口涡轮机的涡轮增压器、以及外部空气压缩机，并包括至少一个管道，其用于将压缩空气从压缩机部分转移到涡轮机入口，其特征在于，其包括：将所述管道在连接到涡轮入口的排气阀处通入发动机气缸盖，以及通过所述管道将部分压缩空气从压缩机馈送到涡轮机的废气入口。
该方法可包括：将转移管道布置在每个活塞的阀处，以及使用节流装置来控制每个管道中的压缩空气循环。
该方法可以包括：通过旁通管线和三通阀来控制转向气流的温度。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从阅读以下通过非限制性实例并参照附图给定的实施例的描述变得清楚明白，附图中：
-图1示出了具有根据本发明的增压装置的原理的示意图的内燃机；
-图2更精确地示出了内燃机的实施例，其中，其增压装置包括直接通向排气阀的部分转移管道，以及
-图3示出了在发动机气缸盖中提供的机加工的实施例。
具体实施方式
在图1中，内燃机10包括至少两个气缸，这里是从附图的左边起具有附图标记121至124的四个气缸。
优选地，该发动机是直喷式内燃机，尤其是柴油机类型，其绝不排除任何其他类型的内燃机。
每个气缸包括进气装置14，进气装置14具有至少一个进气阀16，这里是分别控制进气管18的两个进气阀。进气管18通向进气歧管20，进气歧管20通过供应管线22供应有诸如压缩空气的进气。
该气缸还包括具有至少一个排气阀26的燃烧气体排气装置24，排气阀26在这里也是两个分别控制排气管28的排气阀。
在所示实施例中，发动机设计成以点火顺序1-3-4-2运行。考虑到该点火顺序，组成第一组至少一个气缸的第一气缸121和第二气缸124的排气管连接到具有第一废气出口32的第一排气歧管30。组成第二组至少一个气缸的第二气缸122和第四气缸123的排气管连接到包括第二废气出口36的第二排气歧管34。
两个废气出口通入用于压缩空气的涡轮增压机38并且更具体地通入该涡轮增压机的膨胀涡轮机40。
如图1所示，涡轮增压机是双涡流涡轮增压器。
这种类型的涡轮增压器包括由废气净化的膨胀涡轮机40，膨胀涡轮机40通过轴42与压缩机44旋转连接。
在涡轮机处，废气入口被分成两个部分，连接到第一歧管30的第一废气出口32的第一入口部分46和连接到第二排气歧管34的第二废气出口36的第二入口部分48。
涡轮机40的气体出口50通常连接到发动机的排气管线52。
涡轮增压器38的压缩机44包括由供应管线56供应的外部空气进气口54。该压缩机的压缩空气出口58通过管道60连接到进气歧管20的供应管线22。
有利地，压缩空气冷却散热器62可以设置在压缩机和管线22之间的管道60上。
如在图1中更好地看到的，转移管道64允许压缩空气的一部分从压缩机44向涡轮机入口46和48循环。
图1所示的这种构型允许通过清楚地描述各种压缩空气回路来更好地理解本发明的原理；然而，本发明优选地根据图2实施，在图2中，部分转移管道或“净化”管道通向发动机气缸盖中的排气阀。
在图1中，部分转移管道始于在压缩机和冷却散热器62之间的交叉点66处的管道60，并且在分叉点68处分成两个分支70和72。分支70通过其与第一废气出口32的接合部通向涡轮机入口46，并且分支部72通过其与废气出口36的接合部通向该涡轮机的另一入口48。
每个分支携带由控制装置78控制的节流装置74和76(诸如比例阀)，该控制装置78可以由两个节流装置共用。因此，该阀允许控制在分支中的压缩空气循环。
有利地，每个分支还包括止回阀80和82，因为其每个发动机循环可以打开和关闭几次，所以具有快速(开关)的优点。该阀防止压缩空气从分支到压缩机的循环，同时防止两个分支之间的连通。
因此，这种构型允许在发动机运行期间和在发动机循环范围内利用在排气歧管中偶尔盛行的排气低压区域，以将压缩空气馈送到涡轮机中并且因此提高该涡轮机的流速以及因此压缩机的流速。这也允许在低发动机速度下获得更有效的增压。
在运行期间，如果气缸内需要大量的空气，则控制阀74和76的开度控制成将压缩空气从压缩机44馈送到涡轮机40。
离开压缩机44的压缩空气在管道64中循环，然后在到达涡轮机40的废气入口46和48之前在分支70和72中循环，从而向该涡轮机提供多余的流体供应。
因此，涡轮机不仅被来自出口32和36的废气穿过，而且被除了这些气体以外的压缩空气穿过。因此，涡轮机的旋转增加，这导致压缩机的旋转增加，并且因此导致离开该压缩机的压缩空气的压力增加。
当然，阀74和76由控制装置78控制，以允许进入涡轮机的压缩空气量满足发动机增压要求。
图2通过示例描述了根据本发明的实施例。
这里，发动机进气管处的压缩空气回路在压缩机38的出口与进气管18之间没有被修改。排气回路、尤其是供应涡轮机40的部分也没有被修改。
本发明的实施例涉及在排气阀处存在通向发动机气缸盖的主体的压缩空气部分转移管道。因此，在每个活塞121、122、123、124处，部分转移管道130、131、132、133通入在排气阀处的气缸盖。
通过在气缸盖中的机加工来垂直于阀布置的压缩空气入口有利于整个排气管道的冷却以及尤其是阀杆的冷却。
此外，涡轮机入口处的气体更好地均匀化，从而防止显著的温度梯度。
最后，整个排气管道和歧管的热损失因此通过降低从阀起的排气管道的温度而得到限制。
在部分转移管道上，空气流量控制阀76-74和止回阀防止废气回流到进气口。该止回阀可以布置在控制阀上游或下游，或者甚至可以集成在阀76-74中。
通向连接到同一歧管30或34的阀的压缩空气部分转移管道并入管170-172，管170-172形成压缩机44下游的旁通连接管线64的两个分支。节流装置可以包括两个阀74-76，尤其是比例阀，其分别布置在两个分支170和172上。两个分支均装配有防止废气返回进气口的止回阀80-82。
在变型中，布置在连接管线64上的单个阀180、尤其是比例阀、允许控制在部分转移管道中循环的压缩空气流。
在另一变型中，旁通管线164允许发送或撤回由在连接管线64上的三通阀166控制的压缩空气流。该旁通管线允许通过增压空气冷却器62上游和下游的空气混合物来控制净化压缩空气的温度。
图3示出了发动机的气缸盖100的示意剖视图。附图标记101和102分别表示通向进气阀103和排气阀104的进气管和排气管。
箭头105示意性地示出了在排气阀处的部分转移管道的入口的机加工。根据气缸盖的类型，这种机加工操作可以包括钻孔，或者其也可以在铸造气缸盖时提供。
该图示出了工业发动机通常遇到的阀布置。因此可以容易地集成如上所述的进气口。
实施例不限于图2中通过示例描述的那些实施例，气缸盖中的转移管道的其他等效布置可以考虑，尤其是根据气缸盖或发动机类型考虑。
尤其是，可以为在气缸盖出口处紧靠气缸盖放置的底部(sole)中的转向气流提供入口，其中，通过特定的机加工或布管，导气路径朝向管道内部。

Claims (11)

1.一种用于控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量的装置，所述发动机包括两个废气出口(32、36)，所述废气出口分别连接到一组至少一个气缸(121、122、123、124)的排气歧管(30、34)，所述装置包括增压装置(38)，所述增压装置包括具有连接到所述废气出口的双入口(50、52)涡轮机(40)的涡轮增压器以及外部空气压缩机(44)，所述发动机还包括至少一个管道，其用于将压缩空气从所述压缩机部分转移到所述涡轮机入口，其特征在于，所述部分转移管道(130、131、132、133)在连接到所述涡轮入口的排气阀处通入发动机气缸盖，并且其包括控制所转移的压缩空气循环的节流装置(74、76)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述部分转移管道包括止回阀(80、82)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置包括通向每个活塞(121、122、123、124)的排气阀的部分转移管道(130、131、132、133)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述部分转移管道与连接管线(64)连通，所述连接管线在压缩机(44)出口处使部分压缩空气转向。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连接管线包括两个分支(170、172)，所述分支连接到所述部分转移管道(130、131、132、133)。
6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述节流装置包括比例阀(74、76)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括控制所述比例阀的装置(78)。
8.如前述权利要求4-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述连接管线(64)包括用于在冷却器(62)下游转向到进气管线(22)的旁通管线(164)以及三通阀(166)。
9.一种控制馈送到增压式内燃机的进气口的空气量的方法，所述发动机包括两个废气出口(32、36)，所述废气出口分别连接到一组至少一个气缸(121、122、123、124)的排气歧管(30、34)，所述装置包括增压装置(38)，所述增压装置包括具有连接到所述废气出口的双入口(50、52)涡轮机(40)的涡轮增压器以及外部空气压缩机(44)，所述发动机还包括至少一个管道(100；101)，其用于将压缩空气从所述压缩机部分转移到所述涡轮机入口，其特征在于，所述方法包括：将所述管道在连接到所述涡轮入口的排气阀处通入发动机气缸盖，以及通过所述管道将部分压缩空气从所述压缩机馈送到涡轮机(40)的废气入口(46、48)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将转移管道(130、131、132、133)布置在每个活塞(121、122、123、124)的阀处，以及使用节流装置(74、76)来控制每个管道中的压缩空气循环。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括：通过旁通管线(164)和三通阀(166)来控制转向气流的温度。
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