CN1284152A - 具有整体透平废气再循环控制阀和废气旁通阀的透平增压器 - Google Patents

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Abstract

一种透平增压器设有一整体废气再循环(EGR)腔(26)和阀(40),它们一与普通的废气旁通阀或废气阀合并在透平壳体铸件内。还设置一废气背压控制阀(12),与废气出口成整体,供EGR流量控制。

Description

具有整体透平废气再循环控制阀 和废气旁通阀的透平增压器
有关申请的相关对比文件
本申请要求在1997年12月18日申请的序号为60/068,163发明名称与本申请相同的共同未决申请的优先权。
发明领域
本发明总的涉及为改善排放的透平增压器和内燃机废气再循环(EGR)系统领域，尤其涉及一种包括一个作为透平增压器的一整体部分安装的一EGR控制阀和废气旁通阀或废气阀的透平增压器。
发明背景
汽油和柴油内燃机是一些在增压或升压利用自发动机排出的废气的热量和容积流量增压或升压按规定路线输送到发动机燃烧室的进气流的技术中所采用的已知装置。具体地说，自发动机排出的废气以使废气驱动透平在壳体内转动的方式按规定路线被输送到透平增压器的透平壳体内。该废气驱动透平被安装于每一径向压气机同一根轴的一端，后者被安装在该轴的相反端。这些，透平的旋转作用也使压气机在与废气壳体隔开的透平增压器压气机壳内旋转。压气机的旋转作用使吸入空气进入该压气机壳体，并在发动机燃烧室内与燃料混合和燃烧之前被增压或升压一所需量。
该进气增压或加压量借助于一废气旁通系统或废气阀通过调节流过该透平壳体的废气量来控制在透平增压器工作期间，此时增压压力接近所希望的最大压力，废气阀被作动，自透平增压器透平壳体分出一定量的废气，以降低透平转速从而降低空气压缩机转速，并减小进气增压量。
EGR是减少内燃机中NOX排放的一种已知方法。为了有效地利用，EGR系统必须克服由横跨发动机两侧的正压力梯度产生的反向压力梯度，该反向压力梯度，例如，在至少一部分运转范围内，是现代高效率柴油机的特征。通常的EGR系统包括一控制阀，它调节取自发动机排气歧管并按规定路线输送到发动机进气系统用以和吸入空气混合并随后燃烧的废气量。该EGR控制阀是一种与发动机和透平增压器两者分离的辅助装置。该普通的EGR系统也包括一个与透平增压器及发动机分离的泵，它提高由EGR控制阀按规定路线输送到该进气系统的回流废气的压力，与吸入空气充量相匹配，或升高自透平增压器排出的增压压力，从而克服横跨发动机两侧的正压力梯度。
现代发动机隔舱，尤其是透平增压内燃机的隔舱，其形状制成具有最小的容纳附属于发动机本身的各种装置的空间，从而使得采用这种包括一分离的控制阀、泵、进排气岐管旁通管和有关支管装置与管道装置的普通EGR系统变得困难，有时甚至不可能。因此，希望将EGR系统的一个或多个装置与透平增压内燃机的现有部件制成一整体件，因而能在现代发动机隔舱的空间范围内采用EGR系统。还希望透平增压内燃机的部件适于在其内装有EGR系统的至少一个装置，而既不牺牲发动机部件本身的性能，又不损害以改善EGR系统的方式工作。
附图说明
根据详细的说明和附图，会更清楚地理解本发明的细节和特点，其中：
图1是按本发明原理构造的透平增压器透平壳体弯头铸件的第一侧向透视图；
图2是按本发明原理构造的透平增压器透平壳体的侧视图；
发明详述
按本发明原理构造的透平增压器包括一个配置在透平增压器废气出口铸件内的排气阀，一个配置在透平增压器透平壳体内的EGR控制阀，和一个也配置在透平增压器透平壳体内的废气旁通阀或废气阀，该废气出口铸件通常与透平壳体弯头铸件相同。该排气阀被作动来控制透平壳体内的排气背压的大小，当该EGR控制阀被作动时，以提供经该EGR控制阀自该透平增压器透平壳体流出的所需的排气流量。作动该废气旁通阀来控制经该透平壳体按规定路线输送的废气量，从而允许该透平增压器把发动机进气加压或增压到一希望的量。EGR控制阀和废气旁通阀或废气阀作为透平增压器整体单元的组合是在摘要号为900-97-013P标题为“整体透平废气再循环控制阀”的专利申请中所公开的发明的一个替代实施例，该发明转让给本申请的受让人，且基本同时提出申请。本文引用其公开内容是为了参考。
参照图1，透平增压器透平弯头铸件10包括排气阀12，它可转动地配置在穿通该弯头铸件的排气出口14内。排气阀12可以为普通的结构，最好取蝶型阀形式，其膜片直径类同于出口14的直径，沿直径方向配置在出口14内。用普通的作动装置16，如气动、电动或真空作动器操作该出口内的排气阀12，以限制流径其间的排气流量。在一个优先实施例中，该作动装置16取真空作动器的形式，它经一作动活塞18连于该排气阀，该作动活塞18以一端连接于自排气阀12径向延伸的杆20。作动装置16径一适当的安装板22固定于透平弯头铸件。
透平弯头铸件10适于沿一配合面24固定于透平增压器透平壳体的一互补表面。该透平弯头铸件包括一个包括在其内的EGR腔26，由壁27和排气出口14隔开。将EGR腔26制成使其尺寸和深度足以在其内容纳EGR控制阀的活动。该透平弯头铸件包括一个外配合面或背侧表面(未示)，它便于EGR管道或其它装置(未示)定于EGR腔26，并包括一条自该EGR腔穿通其间的EGR通道28。
透平弯头铸件10还包括一个包含在其内的废气旁通腔30，与废气出口14连通，并自该出口径向延伸。使该旁通腔30构形成具有某一尺寸和深度，足以适应旁通阀在其内移动。
图2表示按本发明原则构造的透平增压器透平壳体32。透平壳体32包括一个径向穿通该壳体的废气入口(未示)，它制有法兰面，以提供与内燃机排气岐管的连接。透平壳体32包括一个轴向穿过其间的中央开口34。虽然没有图示，然而该透平壳体适于在其内包含一个透平增压器废气驱动透平。该透平包括一些配置在透平壳体蜗壳内的径向延伸叶片，这些叶片与进入透平壳体废气入口的废气接触。出于简洁和比照的目的，图中的透平壳体没有画出配置在其内的透平。然而，可以理解，本发明的透平增压器透平壳体要与普通的透平增压器部件一起使用。
透平壳体32包括一个适于与透平弯头铸件10的互补配合面24匹配的配合面36，它包含一个配置于其内的EGR腔38。将EGR腔38制成使其尺寸和深度足以在其内装有EGR控制阀40。EGR腔38由壁42与透平壳体中央开孔34隔开。EGR腔38包括一条废气通道44，它穿通EGR腔的壁面46，通至透平壳体蜗壳。
EGR控制阀40以这样方式配置在EGR腔38内，使得当处在排作动状态下它贴紧该废气通道44座合，以防止废气自那里流动。该EGR控制阀可以为普通型式，在一个优先实施例中，取瓣阀形式，包括一个配置在该废气通道上方的提升阀或膜片48，以防止废气自那里泄漏。一作动器臂50以其一端固定于该膜片48，并穿过EGR腔38的壁部54上的开孔52。将该作动器臂50制成在与膜片48相反的一端56适于与一适当的作动装置(未示)，如上述用于作动该排气阀的装置连结。在一个优先实施例中，将作动臂50制成允许作动EGR控制阀膜片48，以通过作动端56使作动臂在开口52内转动来开闭该废气通道。
EGR阀膜片48在废气通道44上方移动或座落防止在透平增压器逆转期间透平壳体蜗壳内的废气自那里排出。例如根据自EGR控制器等送至EGR控制阀作动装置的控制信号作动EGR阀40。在作动排气阀12后再作动EGR控制阀40，以限制自中央开孔34经透平壳体32通过排气出口14的排出的废气流道。在透平壳体32和透平蜗壳内达到所希望的背压后，作动EGR控制阀40，使膜片48移离废气通道44，从而允许废气自透平蜗壳，经透平壳体EGR腔38，经透平弯头铸件EGR腔26按规定路线被输送到加接于透平弯头铸件背侧表面上的EGR装置或EGR系统的管路系统。自透平增压器排出的废气此时经适当的处理，如增压或调节成正确的燃料空气比，供输入到内燃机的进气流内。
透平壳体32还包括一废气旁通腔58，与透平壳体中央开孔件成废气流连通，并自该开孔径向向外延伸。将旁道腔58的形状制成具有足够的尺寸和深度，以便在其间包含一废气旁通阀60。旁通腔58由壁42与EGR腔隔开。旁通腔58包含一废气通道62，它穿通该旁通腔和透平壳体的壁面64，与透平壳体蜗壳连通。
旁通阀60配置在旁通腔58内，贴紧废气通道62座合，以防止当处于非作动状态时废气自那里流动。该旁通阀可以是普通型的，在一个优先实施例中，采取包括一个提升阀或膜片66的配置在该废气通道上方的瓣阀形式，以防止废气自那里流通。一作动臂68以其两端中的一端连于该旁通阀膜片66，并通过EGR腔38的壁部54中的开孔70。该旁通阀作动臂68穿过一套72，该套自壁部44径EGR腔延伸至壁部54。将作动臂68的形成作成在与旁道阀膜片66相反的一端74适于与一适当的作动装置(未示)连接，诸如与用于作动该废气和EGR控制阀的上述作动装置连接。在一个优先实施例中，将作动臂68的形状作成允许旁通阀膜片66作动，以使通过由作动端74引起的作动臂在开孔70和套72内的转动开、闭废气通道62。
废气旁通阀膜片66在废气通道62上的位移或座合，防止透平壳体蜗壳内的废气自那里排出。例如根据在透平增压器运转状态下由进气压力高于所希望值产生的自进气岐管压力传感器送至旁通阀作动装置的控制信号，作动旁通阀60。一经作动，旁通阀60便允许废气自透平蜗壳、经废气通道62流通到透平壳体中央开孔34，在那里，允许废气经透平弯头铸件废气出口14自透平增压器排出。在透平增压器运转期间，废气自透平壳体蜗壳排出，减小了废气经该蜗壳流到透平叶片上的废气容积流量率，降低了透平转速，因而降低了空气压缩机转速，并减小了离开透平增压器燃烧壳体的进气的增压量。一当恢复所希望的进气压力状况，可作动废气旁通阀，以封闭或调节藉以控制废气通道60的废气量。
按本发明原理构造的透平增压器透平壳体和透平弯头铸件按通常的实践固定在一起，并与透平增压器通常相关的其它部件组合，以构成在其内装有一排气阀和一EGR控制阀和一废气旁通阀或废气阀的内燃机透平增压器。本发明的一个特点是EGR控制阀和排气旁通阀两者都装在透平增压器本身的结构内，而不是一种附属于发动机和透平增压器的单独装置，因而无需发动机隔舱内的附加空间，并使现代发动机隔舱内可用的有限空间变得最大。此外，按本发明原理构造的透平增压器透平壳体和透平弯头铸件按照这样一种方式在其内装有EGR控制阀和废气旁通阀，使其不对透平增压器或EGR控制阀性能产生有害的影响。
就附图中所示的一些实施例而言，EGR控制阀和旁通控制阀均装在透平壳体内，而EGR腔和旁通腔的尺寸能协同地适应这些阀的作动，并提供所需的流道。在一些替代实施例中，在弯头铸件内装有一种或二种阀，而该弯头铸件和透平壳体的旁道腔和EGR腔的尺寸经适应地调节。
现在按专利规则的要求已详细地说明了本发明，熟悉该技术的人们会对本文所公开的具体实施作进行各种修改和替换。这些修改都处在下列权利要求书中所规定的本发明的范围和意图内。

Claims (2)

1．一种内燃机透平增压器，包括：
一个透平壳体，包含：
一个配置在其内的EGR腔，它与该壳体的废气出口隔开，其中，EGR腔包括一条废气通道，它自EGR腔延伸到透平壳体内的蜗壳；
一个配置在其内的废气旁通腔，它与该EGR腔隔开，且与该壳体的废气出口成废气流动连通，其中该旁通腔包括一条旁通废气通道，自该旁通腔延伸至该透平壳体内的蜗壳；
一个配置在EGR腔内的EGR控制阀，它安置在该废气通道上方，以控制来自该蜗壳并自该透平壳体排出的废气流通；
一个配置在该旁通腔内的废气旁通阀，它安置在该废气通道上方，以控制来自该蜗壳并自该透平壳体排出的废气流通；
一根来自EGR腔的EGR气体的流通。
2．一种按权利要求1所述的透平增压器，其特征在于还包括：
一个连接于该透平壳体的透平弯头铸件，具有：
一个贯穿其内的废气出口，它靠近透平壳体废气出口安置；
一个配置在透平弯头铸件废气出口内的排气阀；其中EGR废气流通包括：
一个配置在透平弯头铸件内的EGR腔，与该透平壳体EGR腔对量，其中，该透平弯头铸件EGR腔与该透平弯头铸件废气出口隔开；
一个配置在透平弯头铸件内的废气旁通腔，与该透平壳体旁通腔对置，其中该透平弯头铸件旁通腔与该透平弯头铸件EGR腔隔开，且与该透平弯头铸件废气出口成废气流动连通。
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