CN201916051U

CN201916051U - 一种内燃发动机

Info

Publication number: CN201916051U
Application number: CN2010206571193U
Authority: CN
Inventors: P·马修斯; F·M·纳达夫
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: DE102011002708A1; US20110174247A1; US8459026B2

Abstract

本实用新型涉及带有两个涡轮增压器的V型发动机中的中央涡轮增压器配置。在一个示例方案中，一种具有第一列和第二列并在其间形成凹陷的V型发动机包括：分别在第一列和第二列上的第一内置排气歧管和第二内置排气歧管；分别被联接至第一歧管和第二歧管的第一涡轮机和第二涡轮机；在第一排气歧管和第二排气歧管之间的第一涡轮机和第二涡轮机；在第一涡轮机和第二涡轮机的出口中间并且联接所述出口的通道；以及从通道向下分支到凹陷内的接头。在发动机列之间未使用的发动机空间可被用于布置高温排气管在V型发动机中离开两个涡轮增压器，从而释放发动机周围的更多空间。此外，可减小布管配置的复杂性。

Description

一种内燃发动机

技术领域

本实用新型一种内燃发动机，特别是涉及V型发动机中的中央涡轮增压器装置。

背景技术

内燃发动机可被配置为使得在沿曲轴的轴线观察时，汽缸和活塞在形成“V”型的两个分离的平面或“列/汽缸列(bank)”中对准。这种“V”型发动机可被涡轮增压并且可包括两个涡轮增压器，即发动机的每一列具有一个涡轮增压器。

本发明人在此已经认识到，这种双涡轮配置所需要的布管可能是复杂的，其中需要设法将压缩机进气管和排气管以及涡轮机进气管和排气管联接至每一列。本发明人同样已经认识到这种复杂的布管系统可能导致更大量的暴露的热管道输送并且不能高效地使用发动机列之间的空间。

实用新型内容

在一个示例方案中，一种具有第一列和第二列并在其间形成凹陷的V型发动机包括：分别在第一列和第二列上的第一内置排气歧管和第二内置排气歧管；分别联接至第一排气歧管和第二排气歧管的第一涡轮机和第二涡轮机；在第一排气歧管和第二排气歧管之间的第一涡轮机和第二涡轮机；在第一涡轮机和第二涡轮机出口中间并且被联接至这些出口的通道；以及从所述通道向下分支到凹陷内的接头。

在一个示例方案中，一种内燃发动机，包括形成凹陷的第一列和第二列；所述发动机在平行于所述列的方向上具有第一端部和第二端部；分别被联接至所述第一列和所述第二列的第一内置排气歧管和第二内置排气歧管；分别被联接至所述第一排气歧管和所述第二排气歧管的第一涡轮机和第二涡轮机，所述涡轮机在所述发动机的相反端上；在所述第一涡轮机和所述第二涡轮机的出口中间并且联接所述出口的通道；所述出口朝向所述发动机的相反端彼此面对；以及从所述通道向下分支到所述凹陷内的接头。

在另一示例方案中，一种控制具有第一列和第二列并在其间形成凹陷的V型发动机的方法包括：将排气流从联接至第一列的第一内置排气歧管引导穿过这些列之间的第一涡轮机；将排气流从联接至第二列的第二内置排气歧管引导穿过这些列之间的第二涡轮机；联接第一涡轮机和第二涡轮机的出口以及引导排气流向下穿过凹陷。

以此方式，在这些列之间未使用的发动机空间可被用于布置高温排气管在V型发动机中远离两个涡轮增压器，从而释放发动机周围的更多空间。此外，可减小布管配置的复杂性。这种简化的布管可致使例如更有效的冷却解决方案、更低的制造成本以及改进的维修和维护发动机的可达到性。

应该理解提供上述背景和概要以便以简化的形式介绍在详细说明书中进一步描述的选择性概念。它不是意味着指出要求保护的主题的关键特征或重要特征，要求保护的主题的范围仅由权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上提到的或者在本公开的任何部分中指出的任何缺点。

附图说明

图1显示带有中央涡轮增压器装置的发动机的示意性顶视图。

图2显示中央涡轮增压器装置的示意性侧视图。

图3显示带有中央涡轮增压器装置的发动机的示意性端视图。

具体实施方式

以下说明涉及一种多涡轮增压器的V型发动机配置。该配置的多个示例被示意性显示在图1-图3中。在一些示例中，内置排气配置包括两个涡轮增压器，即V型发动机的每一列具有一个涡轮增压器，如在图1所示被设置在列之间并且至少部分在凹陷中。两个涡轮增压器中每一个的涡轮机出口彼此相对并在向下分支到凹陷内之前在一个接头处组合在一起，并且然后如在图2A-2B和图3A-3B所示沿曲轴轴线横穿该凹陷。

具体地，在图1-图3中示意性显示的示例V型发动机包括定位在发动机的中央部分的两个涡轮增压器，所述两个涡轮增压器在发动机的列之间并且在由列形成的凹陷(valley)之上，从而有利地利用了列之间的空间。被联接至位于列上的内置排气口的排气歧管可包括对置定位在发动机前部和后部的出口，例如，一个排气歧管出口邻接至发动机的前部，并且一个排气歧管出口邻接至发动机的后部。排气歧管的出口可被联接至涡轮增压器的对应涡轮机的入口，所述涡轮增压器被定位在发动机的列之间并且在同一旋转轴线上。

此外，涡轮增压器可在列之间被定向，以使得涡轮机的出口在列之间彼此相对。因此，涡轮机的出口可被联接至公共通道，所述共同通道在涡轮机出口中间并且在发动机中央。在涡轮机出口之间的公共通道可包括从中间通道向下分支至低于涡轮增压器并进入发动机凹陷内的接头。以此方式，排气可被向下传送穿过凹陷、在涡轮增压器中之一的下方并且在发动机的一端(例如，发动机的前部或者后部)穿出。

此外，涡轮增压器的压缩机入口可朝向发动机的相反端彼此远离。例如，一个压缩机入口可面对发动机的前部而另一压缩机入口可面对发动机后部。分支的进气导管可被联接至压缩机的入口以提供进气至压缩机。压缩机的出口可被定向为朝向发动机的公共列，使得压缩机出口可被联接至公共导管。然后，公共导管可引导压缩空气至发动机相对列上的进气歧管。

以此方式，可降低布管的复杂性，可更有效地利用列之间的空间，并且可减小暴露的热管道输送。

现转向附图进行详述，图1显示带有定位在发动机的列102、104之间的中央涡轮增压器装置124的示例V型发动机100的示意俯视图。中央涡轮增压器装置124的示意侧视图被显示在图2中。具体地，图2A显示在从发动机100的列104处观察的中央涡轮增压器装置124，而图2B显示从与发动机100的列104相对的列102处观察的中央涡轮增压器装置124。图3显示沿曲轴314的发动机100的示意端视图。具体地，图3A显示从第一端108(例如从前端)观察的发动机100的视图，而图3B显示从第二端110(例如从后端)观察的发动机100的视图。在图1-图3中，粗箭头指示在发动机100中穿过各种通道的空气或排气流的方向。

如上所述，发动机100可被配置为使得在沿曲轴314的轴线观察时，汽缸和活塞在形成“V”形的两个分离平面或“列”中对齐。图1和图3显示在发动机的第一侧上的第一列102和在发动机第二侧上的第二列104。这些列可交叉形成列之间的凹陷106。凹陷106在发动机中的这些列之间形成中央空间，并且所述中央空间从这些列的顶部凹陷。此外，发动机100在平行于发动机100的曲轴314的方向上具有第一端108(例如，前端)和相反的第二端110(例如，后端)。

第一列和第二列均包括带有对应排气口112和进气口114的多个汽缸，所述排气口和进气口沿汽缸盖340设置。两个示例汽缸在图3中详细显示并且在下面以更多细节说明。应理解虽然图1中的示例发动机显示了V-6发动机，但这些列可包括任何数目的汽缸。例如，发动机100可以是V-4、V-8或V-12发动机等等。

位于发动机100的列上的内行(inbound)汽缸排气口112可被定位在邻接凹陷的汽缸盖340的侧上。外行(outbound)汽缸进气口114可被定位成邻接与面对凹陷的侧相对的汽缸盖340的侧。以此方式，流出汽缸的排气可通过减少数量的导管被引导至位于列之间的涡轮机。可替代地，汽缸排气口可被定位成邻接与面对凹陷的侧相对的汽缸盖的侧，同时进气口可被定位在邻接凹陷的汽缸盖的侧上。然而，在后一情况下，需要更大量的布管来联接排气歧管的出口至位于发动机的列之间的涡轮机的入口。

第一列102包括在第一列上联接至排气口112的内行排气歧管116和联接至进气口114的外行进气歧管118。第二列104包括在第二列上联接至排气口112的内行排气歧管120和联接至进气口114的外行进气歧管122。内行排气歧管可被定位成邻接至朝向发动机的凹陷的列的一侧。在一个示例中，排气歧管可被集成到列上的汽缸盖中，其中多个排气口送气进入形成歧管的单个管路中。在另一示例中，可使用分离的歧管和汽缸盖。此外，排气歧管可通过各种方法冷却。例如，歧管可以是水冷方式的。

排气歧管可被定向以使得歧管的出口朝向发动机的列之间的空间。此外，给定的排气歧管的出口可邻接至给定的排气歧管的末端。例如，排气歧管出口141可邻接至发动机的端部108处的排气歧管116的末端。同样地，排气歧管出口151可邻接至发动机的端部110处的排气歧管120的末端。此外，第一和第二排气歧管的出口可被分别邻接至发动机的相反的第一和第二端部。例如，排气歧管116的出口可邻接至端部108，而排气歧管120的出口可邻接至发动机100的相反端部110。排气歧管的出口141和151可被分别直接联接至涡轮机132的入口140和涡轮机144的入口152，所述涡轮机被定位在发动机的列之间。

中央涡轮增压器装置124包括定位在列之间并且在发动机100的凹陷之上邻接第一端部108的第一涡轮增压器126，以及定位在列之间并且在发动机100的凹陷之上邻接第二端部110的第二涡轮增压器128。涡轮增压器126和128可被并行设置，其中每个汽缸列分配一个涡轮增压器。例如，涡轮增压器128可被分配至列104而涡轮增压器126可被分配至列102。将涡轮增压器分配至给定列可包括将涡轮增压器的压缩机输出与给定列上的进气歧管联接以及将涡轮增压器的涡轮机输入与给定列的排气歧管联接。这种配置与单个涡轮增压器被分配至发动机的两列的单一涡轮增压器配置相比较可简化管道排布(plumbing)。此外，两个涡轮增压器可被定位在凹陷106正上方，从而存在在涡轮增压器和发动机凹陷106的凹槽之间形成的空间。

第一涡轮增压器126包括压缩机130和通过轴134连接的涡轮机132。轴134可被定位在例如平行于曲轴的方向上。第一涡轮增压器126的压缩机和涡轮机可被定向以使得压缩机130的入口136面向第一端108而涡轮机132的出口138面向第二端110。

第二涡轮增压器128包括压缩机142和通过轴146连接的涡轮机144。轴146可被定位在例如平行于曲轴的方向上。第二涡轮增压器128的压缩机和涡轮机可被定向以使得压缩机142的入口148面向第二端110而涡轮机144的出口150面向第一涡轮增压器的涡轮机出口138。

涡轮机132和144可由来自发动机的排气驱动，由此经由各自的驱动轴134和146驱动压缩机130和142。压缩机可被配置为压缩输送至汽缸的进气空气，由此为发动机提供增压。应理解，可替代的涡轮增压器配置可用于其它示例中。例如，中央涡轮增压器装置可包括通过轴联接至两个中央定位的涡轮机的单个压缩机，其中涡轮机出口在发动机100的列之间彼此面对。

此外，位于发动机的列之间的涡轮增压器的部件的定位可依赖于发动机的配置的定位和发动机的部件的各种位置。在一个示例中，第一和第二涡轮增压器可沿平行于曲轴的相同轴线被定位在发动机凹陷之上的相同距离处。在另一示例中，第一涡轮增压器或其一个或多于一个部件可被定位在凹陷之上的第一距离处，而第二涡轮增压器或其一个或多于一个部件可被定位在发动机的凹陷之上不同于第一距离的第二距离处。

在一些示例中，可提供一个或多于一个压缩机旁通通道和/或压缩机旁通阀。如图1所示，可提供第一压缩机旁通通道137和压缩机旁通阀139，以能够使进气绕过压缩机130。相似地，可提供第二压缩机旁通通道127和压缩机旁通阀129，以能够使进气绕过压缩机142。以此方式，可通过经由阀139和129分别改变旁通空气的量而独立地控制流动穿过压缩机130和142的空气量。在其他示例中，可提供单个压缩机旁通通道和相关旁通阀(例如，调压阀(surge valve))，以能够使进气经由公共旁通通道绕过两个压缩机。旁通阀139和129的位置可由控制系统180独立地控制，以改变通过分别联接至入口压缩机130和142的通道的进气流动速率。

此外，可提供排气涡轮机旁通通道和/或涡轮机旁通阀。这种涡轮机旁通阀在此将被描述为废气门阀，从而它们可以更容易地区别于上述压缩机旁通阀。如图1所示，可沿涡轮机旁通通道121提供第一废气门阀123，以能够使排气绕过涡轮机132。相似地，可沿涡轮机旁通通道131提供第二废气门阀133，以能够使排气绕过涡轮机144。以此方式，可经由控制系统180独立地控制流动穿过涡轮机132和144的排气量，以改变分别流动穿过废气门阀123和133的排气量。

在一些示例中，涡轮机可以是被配置为基于车辆工况调整涡轮机几何形状(例如，涡轮机导流器流动区域或喷嘴角度)的可变几何形状涡轮机。以此方式，可在较宽范围的工况(例如，发动机速度、负载等等)下为发动机提供增压，从而提升车辆的性能。可变几何涡轮机可包括被配置为调整涡轮机几何形状的致动器(例如，膜式致动器、电伺服致动器)。适当的可变几何形状涡轮机包括可调叶片涡轮机和可调喷嘴涡轮机。在一些示例中，如果利用了可变几何形状涡轮机，则废气门阀和旁通管路可不包括在发动机100中，或者反之亦可。然而，在其他示例中，可利用固定几何形状涡轮机。当利用固定几何形状涡轮机时，被配置为通过联接涡轮机上游和下游的涡轮机旁通导管调整涡轮速度的废气门也可包括在涡轮增压器系统中。然而，在其他示例中，废气门和可变几何形状涡轮机均可包括在涡轮增压器系统中。然而，在其他示例中，仅废气门或可变几何形状涡轮机可被包括在涡轮增压器系统中，并且可利用固定或可变几何形状压缩机。应理解，涡轮增压器系统可运行以在各种工况期间提供水平变化的增压。例如，涡轮机的几何形状和/或被提供至涡轮机的排气可被调整以改变由涡轮增压器系统提供的增压量。

中间通道154(例如公共导管)可将第一和第二涡轮增压器的中央面对的涡轮机出口138和150联接在一起。因为涡轮机出口可在列之间的发动机中央部分彼此面对，所以以此方式联接涡轮机的出口可降低将排气引导到发动机之外所需的布管量。中间通道154可包括接头156。接头156可以是将来自涡轮机出口的排气组合到公共导管中并且将来自涡轮机的排气向下传送穿过发动机的凹陷的任何类型的接头。例如，接头156可包括T形接头或相似类型的管道。

来自涡轮机的排气可经接头156被向下传送，并经由公共排气导管158被传送朝向凹陷106。例如，如图2A-图2B所示，排气导管158可包括弯曲部202(例如90度的弯度)，以传送排气经由导管158向下穿过凹陷并从发动机的一端穿出。导管158可被定位在涡轮增压器之下的发动机凹陷内并且可以从涡轮增压器之一下方穿出发动机。例如，导管158可从涡轮增压器128之下在端部110处穿出发动机。一旦排气导管158穿出发动机，则其可与例如排气后处理系统或车辆尾管联接。

空气可经由位于发动机100的端部108处的导管160进入发动机。例如，空气可在穿过空气过滤器之后进入导管160。导管160可包括分支点162，分支点162将导管160分裂成联接至压缩机130的进气136的第一分支164和联接至压缩机142的进气148的第二分支166。以此方式，空气可被引导至压缩机130和142的入口。因为压缩机的入口可面向发动机的相反端，所以导管160可包括位于发动机的顶部表面之上的布管。例如，导管160的导管分支166可被定位在列102之上，以便输送空气至压缩机142的入口148。可替代地，进气导管160的分支164和166的定位可依赖于发动机100的配置。例如，分支导管164和166可在各种发动机部件被联接至对应的压缩机入口136和148之前被定位在这些发动机部件之上、之下和/或围绕这些发动机部件定位。

压缩机130和142的压缩机出口168和172可分别面向发动机的公共列。例如，图1显示面向列104的压缩机出口168和172。在另一示例中，压缩机出口可均面向列102。以此方式，压缩机130和142的出口168和172可被联接至公共导管或通道170。导管170可被定位在发动机的列之上并且朝向压缩机的出口。例如，如图1所示，当压缩机出口均朝向列104时，导管170可被定位在列104之上。此外，公共导管170可被定位和/或排布在排气歧管120之上。在其他示例中，导管170的定位可依赖于具体发动机的配置。例如导管170可被定位在排气歧管120之下。

经由导管170排出压缩机的压缩空气可在分支点174处被分支为第一分支导管175和第二分支导管177。该分支点可位于发动机的端部附近并且在发动机的列之上，例如在端部110附近并且在列104之上。第一分支导管175和第二分支导管177可被分别联接至第一进气歧管118和第二进气歧管122。以此方式，来自压缩机出口的压缩空气可被输送至发动机100的对置列上的两个进气歧管。因为公共压缩机输出导管170可被定位在发动机的公共列之上，所以分支导管175可被定位为围绕多个发动机部件和/或在多个发动机部件之上，以便与进气歧管118联接。在另一示例中，接头174可沿导管170定位在与压缩机出口的联接处之间。在这种情况下，分支导管175和177可在多个发动机部件之上和/或围绕多个发动机部件定位和/或排布，以便与对应进气歧管联接。

控制系统180被显示为接收来自多个传感器184的信息并且发送控制信号至多个致动器186。作为一个示例，传感器184可包括质量空气流量(MAF)传感器、温度传感器和联接至发动机和/或排气部件的各种其他传感器。其他传感器例如压力和温度传感器可被联接至车辆的不同位置。作为另一示例，致动器可包括燃料喷射器(例如燃料喷射器320)、阀门致动器、废气门和旁通阀致动器和各种其他致动器。控制系统180可包括控制器182。该控制器可接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据并且基于其中对应一个或多于一个程序编程或编码的指令或代码响应于被处理的输入数据触发致动器。在一个示例中，控制器可以是微型计算机，其包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。

两个示例汽缸被详细显示在图3A和图3B中。包括发动机的其他汽缸在内，图3所示的汽缸304和306在一些示例中可以是相同的并且可包括相同的部件。因此，下面将仅更详细地描述汽缸304。

参考图3，汽缸304包括由燃烧室壁310限定的燃烧室308。活塞312被可移动地设置在燃烧室308内并且经曲轴臂316被联接至曲轴314。汽缸304可包括用于输送点火火花至燃烧室308的火花塞318。然而，在一些示例中，火花塞318可被省略，例如在发动机100被配置为通过压缩点火提供燃烧的情况下。燃烧室308可包括燃料喷射器320，在此示例中其被配置为基于进气道的燃料喷射器。然而，在其他示例中，燃料喷射器320可被配置为缸内直喷喷射器。

汽缸304可进一步包括经进气门致动器324致动的至少一个进气门322和经排气门致动器328致动的至少一个排气门326。汽缸304可包括两个或多于两个进气门和/或两个或多于两个排气门以及相关的阀门致动器。在此具体示例中，致动器324和328被配置为凸轮致动器，然而，在其他示例中，可利用电磁阀致动器(EVA)。进气门致动器324可运行以打开和关闭进气门322，以允许进气经与进气歧管118连通的进气道114进入燃烧室308。相似地，排气门致动器328可运行以打开和关闭排气门326，以从燃烧室308排出燃烧的产物进入排气道112内。以此方式，进气可经进气道114被供给至燃烧室308并且燃烧的产物可从燃烧室308经排气道112排出。

应理解汽缸306或发动机100的其它汽缸可包括与上述汽缸304的部件相同或相似的部件。此外，应理解列102和104可包括任何数目的汽缸，例如4个、8个或12个汽缸。

应理解，在此公开的这些配置以及方法本质上是示例性的，并且这些具体的实施方式不应从限定的角度进行解释，因为可能存在多种变体。例如，上述技术可被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合。

随附的权利要求特别指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必需也不排除两个或多于两个这种元件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可能通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。不管是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。

Claims

1.一种具有第一列和第二列并在其间形成凹陷的V型发动机，其特征在于包括：

分别在所述第一列和所述第二列上的第一内置排气歧管和第二内置排气歧管；

分别被联接至所述第一排气歧管和所述第二排气歧管的第一涡轮机和第二涡轮机；所述第一涡轮机和所述第二涡轮机在所述第一排气歧管和所述第二排气歧管之间；

在所述第一涡轮机的出口和所述第二涡轮机的出口中间并且联接所述出口的通道；以及

从所述通道向下分支到所述凹陷内的接头。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于进一步包括联接至所述接头并且穿出所述发动机的凹陷通道，所述凹陷通道被定位在所述凹陷中所述涡轮机之一的下方。

3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于进一步包括第一压缩机和第二压缩机，其中所述第一压缩机的入口和所述第二压缩机的入口面朝所述发动机的相反端。

4.如权利要求3所述的发动机，其特征在于所述第一压缩机的出口和所述第二压缩机的出口朝向所述发动机的公共列。

5.如权利要求3所述的发动机，其特征在于进一步包括联接至所述压缩机的出口的通道。

6.如权利要求3所述的发动机，其特征在于进一步包括联接至所述压缩机的所述入口的通道。

7.如权利要求1所述的发动机，其特征在于所述接头是T形接头。

8.如权利要求1所述的发动机，其特征在于所述歧管被集成到所述发动机的汽缸盖内。

9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于所述歧管是水冷方式的。

10.一种内燃发动机，其特征在于包括：

形成凹陷的第一列和第二列；所述发动机在平行于所述列的方向上具有第一端部和第二端部；

分别被联接至所述第一列和所述第二列的第一内置排气歧管和第二内置排气歧管；

分别被联接至所述第一排气歧管和所述第二排气歧管的第一涡轮机和第二涡轮机，所述涡轮机在所述发动机的相反端上；

在所述第一涡轮机和所述第二涡轮机的出口中间并且联接所述出口的通道；所述出口朝向所述发动机的相反端彼此面对；以及

从所述通道向下分支到所述凹陷内的接头。