專利名稱：具有串聯(lián)渦輪增壓器的發(fā)動機的空氣流系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內燃機，尤其涉及一種用于具有一個或多個渦輪增壓器的空氣流控制系統(tǒng)。
背景技術：
內燃機可包括一個或多個用于壓縮流體的渦輪增壓器，它們把壓縮的流體供應給一個或多個在相應的燃燒氣缸里的燃燒室。每個渦輪增壓器典型地包括由發(fā)動機的廢氣驅動的渦輪機和由該渦輪機驅動的壓氣機。壓氣機接收將被壓縮的流體并把壓縮了的流體供應給燃燒室。由壓氣機壓縮的流體可呈燃燒空氣或空氣/燃油混合物的形式。
具有串聯(lián)渦輪增壓器的內燃機可包括用來通過放出廢氣以達到不同壓力的增壓目標的廢氣流量調節(jié)閥。如美國專利5,974,801(1999年11月2日授予Houtz)所揭示的，可以監(jiān)測發(fā)動機轉速、增壓壓力、齒條位置和大氣壓力。然后，可根據(jù)所監(jiān)測的一個或多個參數(shù)使廢氣流量調節(jié)閥動作。
當一個或多個渦輪增壓器在發(fā)動機制動的過程中向燃燒室供應壓縮流體時會發(fā)生問題。在發(fā)動機制動過程中，來自渦輪增壓器的加壓流體在進氣沖程中被接收進燃燒室。在發(fā)動機制動過程中的壓縮沖程中，進氣閥和排氣閥都關閉了，這會導致燃燒室中的流體額外增加。當排氣閥被驅動以克服燃燒室中的高壓流體的壓力而打開時，燃燒室里的這一增高的流體壓力可能損壞排氣閥組件。
本發(fā)明旨在克服以上所列的一個或多個問題。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，提供了一種用于具有進氣總管和排氣總管的內燃機的空氣流系統(tǒng)。這種空氣流系統(tǒng)可包括一第一渦輪增壓器，該第一渦輪增壓器包括聯(lián)接于一第一壓氣機的一第一渦輪機。第一渦輪機構造成能夠接收來自排氣總管的廢氣流，第一壓氣機構造成能夠向進氣總管供應壓縮空氣。與第一渦輪增壓器串聯(lián)布置的一第二渦輪增壓器可包括與排氣總管流體連接的一個或多個廢氣流量調節(jié)閥。一個或多個廢氣流量調節(jié)閥可具有一第一工作狀態(tài)，在該工作狀態(tài)下，一個或多個廢氣流量調節(jié)閥允許由發(fā)動機排出的流體旁通過第一渦輪機和第二渦輪機中的至少一個。一個或多個廢氣流量調節(jié)閥還可具有一第二工作狀態(tài)，在該工作狀態(tài)下，一個或多個廢氣流量調節(jié)閥限制發(fā)動機所排出的流體旁通過第一渦輪機和第二渦輪機。這種系統(tǒng)還可包括一控制器，該控制器構造成在第一預定工作狀態(tài)過程中使一個或多個廢氣流量調節(jié)閥具有第一工作狀態(tài)，第一預定工作狀態(tài)包括(i)發(fā)動機進行發(fā)動機制動；以及(ii)第一渦輪增壓器的轉速大于一個預定轉速。
應該理解，以上的概述和以下的詳細描述只是示例性和說明性的，并不構成對本發(fā)明的限制。


包括在本說明書中并構成其的一部分的附圖示出了本發(fā)明的一個示例性實施例，這些附圖和描述內容一起用來說明本發(fā)明的原理。各附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明用于內燃機的示例性空氣流系統(tǒng)的組合的原理圖和示意圖；以及圖2是表示本發(fā)明的空氣流系統(tǒng)的示例性工作過程的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在來詳細說明本發(fā)明的實施例，這些實施例的例子表示在附圖中。
參見圖1，其中示出了用于內燃機110的一個示例性空氣流系統(tǒng)100。內燃機110包括發(fā)動機氣缸體111，該氣缸體形成多個燃燒氣缸112，氣缸的數(shù)量取決于具體的應用場合。例如，4氣缸發(fā)動機將包括四個燃燒氣缸，而6氣缸發(fā)動機將包括六個燃燒氣缸，等等。圖1中示出了六個燃燒氣缸112。
內燃機110還包括進氣總管114和排氣總管116。進氣總管114向燃燒氣缸112提供例如空氣或燃油/空氣混合物的流體。排氣總管116接收來自燃燒氣缸112的例如廢氣的排氣流體。為了簡化附圖，將進氣總管114和排氣總管116表示為單件的結構。然而，應該認識到，根據(jù)具體的應用場合，可將進氣總管114和/或排氣總管116構造成多件的總管。
空氣流系統(tǒng)100可包括第一渦輪增壓器120和第二渦輪增壓器140。第一和第二渦輪增壓器120、140可互相串聯(lián)地布置。第一渦輪增壓器120可包括第一渦輪機122和第一壓氣機124。第一渦輪機122可通過排氣管路126與排氣總管116流體連通。第一渦輪機122可包括安裝在第一軸130上的渦輪機葉輪128，該第一軸可由例如單件或多件的殼體之類的殼體132可旋轉地支承。從排氣總管116到第一渦輪機122的流體流動路徑可包括變排量噴嘴(未示)或其它適用于控制沖動渦輪機葉輪128的排氣流體流速的幾何形狀可變的裝置。
第一壓氣機124可包括安裝在第一軸130上的壓氣機葉輪134。這樣，渦輪機葉輪128施加于第一軸130的旋轉可使壓氣機葉輪134旋轉。進氣管道152可建立第一渦輪增壓器120和進氣總管114之間的流體連通，從而第一壓氣機124可向內燃機110的進氣總管114供應壓縮空氣。
第二渦輪增壓器140可包括第二渦輪機142和第二壓氣機144。第一管道137可建立第一渦輪增壓器120和第二渦輪增壓器140之間的流體連通，從而可把來自第一渦輪機122的廢氣供給到第二渦輪機142。第二渦輪機142可包括安裝在第二軸148上的渦輪機葉輪146，該第二軸可由殼體132可旋轉地支承。第二壓氣機144可包括安裝在第二軸148上的壓氣機葉輪150。這樣，由渦輪機葉輪146施加于第二軸148的旋轉可使壓氣機葉輪150旋轉。
第二渦輪增壓器140可包括建立大氣和第二壓氣機144之間的流體連通的空氣進口136。第二管道138可建立第二渦輪增壓器140和第一渦輪增壓器120之間的流體連通，從而使第二壓氣機144可向第一壓氣機124供應壓縮空氣。第二渦輪增壓器140可包括用來接收來自第二渦輪機142的排氣流體并建立與大氣的流體連通的排氣出口154。在一個實施例中，可將輪增壓器120、140的尺寸確定為可達到基本相同的壓縮比。例如，第一渦輪增壓器120和第二渦輪增壓器140可都達到1.5比1和3比1的壓縮比。
空氣流系統(tǒng)100可包括一個或多個空氣冷卻器156，這些冷卻器可構造和布置成能吸出空氣中的熱量以降低進氣總管溫度并增大空氣密度。例如，空氣流系統(tǒng)100可包括設在第一壓氣機124和進氣總管114之間的例如后冷卻器的一個或多個空氣冷卻器156。任選地，空氣流系統(tǒng)100可包括設在第二壓氣機144和第一壓氣機124之間的例如中間冷卻器的一個附加的空氣冷卻器(未示)。
第一廢氣流量調節(jié)閥160可連接在排氣管路126和第一管道137之間。第一廢氣流量調節(jié)閥160可在一第一位置和一第二位置之間移動，在第一位置時，由內燃機110排出的流體旁通過第一渦輪機122，而在第二位置時，限制由內燃機110排出的流體旁通過第一渦輪機122。第一廢氣流量調節(jié)閥160可包括形成排氣路徑的廢氣壓力減壓管道161，該路徑平行于延伸到第一渦輪機122的排氣路徑?；蛘?，廢氣壓力減壓管道161可形成建立排氣管路126和排氣出口154之間的流體連通的排氣路徑，從而旁通過第一渦輪機122和第二渦輪機142。
第一廢氣流量調節(jié)閥160可包括殼體162和隔膜164，隔膜164隔膜在其周邊附近連接于殼體162。第一廢氣流量調節(jié)閥160還可包括與隔膜164相關的閥件166和彈簧168。彈簧168將閥件166偏置到關閉位置，在該位置，閥件166將廢氣旁通開口170關閉而阻止廢氣旁通過第一渦輪機122的葉輪128。可把隔板172連接在殼體162內以形成兩個分隔的腔室。例如，殼體162可包括壓縮空氣腔174和廢氣腔176。第三管道178可把壓縮空氣腔174流體連接于第二壓氣機144?；蛘?，第三管道178可把壓縮空氣腔174流體連接于第一壓氣機124或一個獨立的壓縮空氣源(未示)。
空氣流系統(tǒng)100可包括與第三管道178相連的第一控制閥190?？刹僮鞯谝豢刂崎y190來控制從第二壓氣機144到第一廢氣流量調節(jié)閥160的壓縮空氣腔174的壓縮空氣流。例如，第一控制閥190可以是電子壓力調節(jié)器?？諝饬飨到y(tǒng)100還可包括一個控制器192，該控制器電連接于第一控制閥190并構造成能夠控制通過第一控制閥190的壓縮空氣流。
第一控制閥190可以是一個雙位閥，它既可向第一廢氣流量調節(jié)閥160供應加壓流體又能停止供應?；蛘撸谝豢刂崎y190可以是一個位置可變的閥門。例如，控制器192不僅可控制閥門190是打開還是關閉，還可以控制閥門190的開度的大小。
第二廢氣流量調節(jié)閥240可連接在第一管道137和排氣出口154之間。第二廢氣流量調節(jié)閥240可在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置，內燃機110排出的流體旁通過第二渦輪機142，而在第二位置，限制內燃機110排出的流體旁通過第二渦輪機142。第二廢氣流量調節(jié)閥240可包括廢氣壓力減壓管道242，該管道形成平行于延伸到第二渦輪機142的排氣路徑的排氣路徑。
第二廢氣流量調節(jié)閥240可包括殼體244和隔膜246，隔膜246在其周邊附近連接于殼體244。第二廢氣流量調節(jié)閥240還可包括與隔膜246關連的閥件248和彈簧250。彈簧250將閥件248偏置到關閉位置，在該位置，閥件248將廢氣旁通開口252關閉而阻止廢氣旁通過第二渦輪機142的葉輪146。隔板254可連接在閥套244內以形成兩個分隔的腔室。例如，閥套244可包括壓縮空氣腔256和廢氣腔258。第三管道178和第四管道260可將壓縮空氣腔256流體連接于第二壓氣機144?；蛘撸瑝嚎s空氣腔256可流體連接于第一壓氣機124或一個獨立的壓縮空氣源(未示)。
空氣流系統(tǒng)100可包括與第四管道260相連的第二控制閥262?？刹僮鞯诙刂崎y262來控制從第二壓氣機144到第二廢氣流量調節(jié)閥240的壓縮空氣腔256的壓縮空氣流。例如，第二控制閥262以是一個電子壓力調節(jié)器?？刂破?92可電連接于第二控制閥262并構造成能夠控制通過第二控制閥262的壓縮空氣流。
第二控制閥262可以是一個雙位閥，該閥門可允許或阻止向第二廢氣流量調節(jié)閥240供應加壓流體。或者，第二控制閥262可以是一個位置可變的閥門。例如，控制器192不僅可控制第二控制閥262是打開還是關閉，還可以控制閥門262的開度的大小。
空氣流系統(tǒng)100可包括與內燃機110或空氣流系統(tǒng)100的各構成部分相關的一個或多個傳感器。例如，該系統(tǒng)可包括壓力傳感器264、壓力傳感器266、轉速傳感器268和轉速傳感器269。壓力傳感器264可檢測環(huán)境大氣壓力。壓力傳感器266可檢測第一壓氣機124、進氣總管114或第一壓氣機124和進氣總管114之間的通路之一的壓力。轉速傳感器268可檢測第一渦輪增壓器120的轉速。轉速傳感器269可檢測第二渦輪增壓器140的轉速。該系統(tǒng)100還可包括構造成能夠檢測發(fā)動機的一個或多個其它狀態(tài)參數(shù)的其它傳感器，這些狀態(tài)參數(shù)可以是例如發(fā)動機轉速、負荷、總管內和/或第一壓氣機124里的空氣溫度。熟悉本技術領域的人員將能認識到，可從檢測到的燃油指令來判斷發(fā)動機負荷?？刂破?92可電連接于空氣流系統(tǒng)100的傳感器264、266、268、269、以及一個或多個其它的傳感器，并且控制器192可基于來自空氣流系統(tǒng)100的傳感器264、266、268、269和/或其它傳感器的輸入來控制控制閥190、262的工作。
內燃機110和/或空氣流系統(tǒng)100還可包括用于通過內燃機110來使發(fā)動機制動的裝置(未示)，借以讓內燃機110吸收動力而不是產生動力。例如，內燃機110可包括用來使發(fā)動機在一個或多個燃燒氣缸112里進行壓縮制動的措施(未示)。作為附加的或替換的方案，空氣流系統(tǒng)100可包括用來通過限制從內燃機110到排氣出口154的氣流而進行發(fā)動機制動的措施(未示)。控制器192可接收表示內燃機110是否在進行發(fā)動機制動的信息，以及在某些實施例中，可操作控制器192來控制內燃機110是否進行發(fā)動機制動。
參見圖2，其中描述了在內燃機110的工作過程中空氣流系統(tǒng)100的示例性工作過程200。首先，控制器192通過確定第一渦輪增壓器120的轉速是否大于第一預定轉速，可確定空氣流系統(tǒng)100是否是在以不希望的高流量向進氣總管114供應空氣(步驟270)。第一預定轉速可有固定的數(shù)值，或者可定義為其它參數(shù)的函數(shù)，比如發(fā)動機轉速、發(fā)動機負荷、和/或空氣溫度的函數(shù)。
如果控制器192確定第一渦輪增壓器120的轉速不大于第一預定轉速，則控制器192可考慮內燃機110是否是在進行發(fā)動機制動(步驟272)。如果第一渦輪增壓器120的轉速不大于第一預定轉速且內燃機110不是在進行發(fā)動機制動，則控制器192可將第一和第二控制閥190、262關閉(步驟273)，進而使第一和第二廢氣流量調節(jié)閥160、240關閉。這可限制由內燃機110排出的流體旁通過第一渦輪機122或第二渦輪機142。
然而，如果控制器192確定第一渦輪增壓器120的轉速大于第一預定轉速或內燃機110是在進行發(fā)動機制動，控制器192可允許由內燃機110排出的流體旁通過第一渦輪機122和第二渦輪機142中的至少一個。例如，控制器192可將第一控制閥190打開(步驟274)，允許壓縮空氣從第二壓氣機144經(jīng)過第三管道178流到壓縮空氣腔174，而使第一廢氣流量調節(jié)閥160打開。這可使由內燃機110排出的流體經(jīng)廢氣壓力減壓管道161旁通過第一渦輪機122。
當控制器192允許由發(fā)動機排出的流體旁通過第一渦輪機122時，控制器192還可確定是否允許廢氣旁通過第二渦輪機142?？刂破?92可通過例如確定它收到的輸入是否表示第二渦輪增壓器140是在超速工作來做到這一點(步驟275)。在高海拔區(qū)域，第二渦輪增壓器140更容易達到不希望的高工作轉速，因為高海拔處的相對較低的空氣密度對壓氣機葉輪150在壓縮空氣時的阻力相對較低。
通過例如將第二渦輪增壓器140的實際轉速和第二預定轉速相比較，控制器192可確定第二渦輪增壓器140是否是在以過高的轉速工作(步驟275)。第二預定轉速可有固定的數(shù)值，或者可定義為各種參數(shù)的函數(shù)?？刂破?92可用來自轉速傳感器269的信號確定第二渦輪增壓器140的實際轉速?；蛘?，控制器192可用來自壓力傳感器264和壓力傳感器266的信號確定第二渦輪增壓器140的實際轉速。控制器192可利用關于環(huán)境空氣壓力、第二壓氣機144所輸送的壓縮空氣壓力、以及第二渦輪增壓器140的轉速之間的關系的信息來做到這一點。
如果控制器192確定第二渦輪增壓器140是在以過高的轉速工作，控制器192可使第二控制閥262打開(步驟276)。這可允許從第二壓氣機144經(jīng)第三和第四管道178、260向第二廢氣流量調節(jié)閥240的廢氣腔258供應壓縮空氣。向廢氣腔256供應壓縮空氣可使第二廢氣流量調節(jié)閥240打開，使內燃機110所排出的流體旁通過第二渦輪機142。
或者，如果控制器192確定第二渦輪增壓器140不是在超速工作，控制器192可使第二控制閥262關閉(步驟278)。這可使第二廢氣流量調節(jié)閥240關閉，從而限制由內燃機110排出的流體旁通過第二渦輪機142。
這樣，控制器192可使廢氣流量調節(jié)閥160、240共同地有三個工作狀態(tài)之一。在一個工作狀態(tài)中，廢氣流量調節(jié)閥160、240都關閉，從而限制由內燃機110排出的廢氣旁通過第一渦輪機122和第二渦輪機142。在另一個工作狀態(tài)中，第一廢氣流量調節(jié)閥160可打開，從而由內燃機110排出的流體可旁路通過第一渦輪機122，而同時第二廢氣流量調節(jié)閥240是關閉的，從而限制由內燃機110排出的流體旁通過第二渦輪機142。在再一個工作狀態(tài)中，第一和第二廢氣流量調節(jié)閥160、240可都打開，從而由內燃機110排出的流體可旁通過第一和第二渦輪機122、142。
空氣流系統(tǒng)100的工作過程并不限于圖2所示的配置，在某些實施例中，控制器192可省略圖2中所示的一個或多個動作。例如，控制器192可不確定第二渦輪增壓器140是否是在以過高的轉速工作。另外，控制器192可執(zhí)行圖2中各種沒有表示的動作。
工業(yè)應用性在使用中，內燃機110按照例如柴油機的工作原理以眾所周知的方式工作。參見圖1所示的示例性空氣流系統(tǒng)，來自內燃機110的廢氣被從排氣總管116通過排氣管路126輸送到并沖動渦輪機葉輪128而使之旋轉。渦輪機葉輪128聯(lián)結于第一軸130，而壓氣機葉輪134也是安裝在第一軸130上。所以壓氣機葉輪134的轉速與第一軸130的轉速相對應。
來自第一渦輪增壓器120的廢氣被通過第一管道137輸送給第二渦輪增壓器140。來自第一渦輪增壓器120的廢氣沖動第二渦輪增壓器140的葉輪146而使之旋轉。葉輪146聯(lián)結于第二軸148，而壓氣機葉輪150也是安裝在第二軸148上。所以壓氣機葉輪150的轉速與第二軸148的轉速相對應?？蓪碜缘诙u輪增壓器140的廢氣通過排氣出口154排放到大氣中。
第二渦輪增壓器140的壓氣機葉輪150的旋轉將從大氣通過空氣進口136抽進的空氣壓縮。然后可通過第二管道138把壓縮空氣供給第一渦輪增壓器120的壓氣機葉輪134。壓氣機葉輪134可將空氣進一步壓縮并通過進氣管道152把壓縮空氣供應給內燃機110的進氣總管114?？稍趬嚎s空氣到達進氣總管114之前由一個或多個空氣冷卻器156對其進行冷卻。由于第一壓氣機124將空氣壓縮到比第二壓氣機144高的壓力，所以則可將第一壓氣機124稱為高壓壓氣機，而將第二壓氣機144稱為低壓壓氣機。
在一個示例性實施例中，也可把來自第二渦輪增壓器140的壓氣機葉輪150的壓縮空氣選擇性地通過第三管道178供應給第一廢氣流量調節(jié)閥160的壓縮空氣腔174。例如，每當?shù)谝粶u輪增壓器120的轉速不高于預定轉速且內燃機110不是在進行發(fā)動機制動時，控制器192可控制第一控制閥190而使其處于關閉位置。結果，就不向壓縮空氣腔174供應壓縮空氣，并且第一廢氣流量調節(jié)閥160是關閉的。當?shù)谝粶u輪增壓器120的轉速高于預定轉速或內燃機110是在進行發(fā)動機制動時，控制器192可控制第一控制閥190打開，從而可向壓縮空氣腔174供應壓縮空氣。
在第一控制閥190是打開的時，如果空氣壓力至少是預定的壓力，則離開壓氣機葉輪150的空氣的壓力可使隔膜164克服彈簧168的偏置力而移動閥件166。例如，如果空氣壓力足以使隔膜164壓縮彈簧168，則閥件166將移動到打開位置，從而允許廢氣流經(jīng)過廢氣腔176并經(jīng)過廢氣旁通開口170流到第一管道137。以這種方式，當離開第二壓氣機144的加壓空氣達到或超過由彈簧的偏置力確定的預定值時，第一廢氣流量調節(jié)閥160將打開，從而使廢氣從第一渦輪機葉輪128轉向而出。
另外，控制器192可選擇性地使第二控制閥262允許從第二渦輪增壓器140的第二壓氣機葉輪150通過第三管道178和第四管道260向第二廢氣流量調節(jié)閥240的壓縮空氣腔256供應壓縮空氣。例如，當控制器192確定第二渦輪增壓器140不是在超速工作時，控制器192可使第二控制閥262關閉。當它被關閉了時，第二控制閥262就阻止從第二壓氣機144向壓縮空氣腔256供應壓縮空氣，從而使第二廢氣流量調節(jié)閥240關閉。相反，當控制器192確定第二渦輪增壓器140是在超速工作時，控制器192可使第二控制閥262打開。
當它被打開了時，第二控制閥262可允許從第二壓氣機144向壓縮空氣腔256供應壓縮空氣。如果壓縮空氣的壓力至少等于預定的壓力，則壓縮空氣可使隔膜246克服彈簧250的偏置力而移動閥件248。例如，如果空氣壓力足以使隔膜246壓縮彈簧250，則閥件248將移動到打開位置，從而允許廢氣流經(jīng)過廢氣腔258、廢氣旁通開口252以及廢氣壓力減壓管道242流到排氣出口154。以這種方式，當離開第二壓氣機144的加壓空氣達到或超過由彈簧250的偏置力確定的預定值時，第二廢氣流量調節(jié)閥240將打開，從而使廢氣從第二渦輪機葉輪146轉向而出。
這種空氣流系統(tǒng)100可向內燃機110提供較高的增壓壓力并可使廢氣能量的再利用最大化?？諝饬飨到y(tǒng)100可利用串聯(lián)的渦輪增壓器120、140通過在第一渦輪增壓器120的轉速低于第一預定轉速、內燃機110不是在進行發(fā)動機制動、以及第二渦輪增壓器140不是以不希望的高速工作時保持廢氣流量調節(jié)閥160、240都關閉來優(yōu)化能量回收再利用。
然而此外，在某些情況中，將第一和第二廢氣流量調節(jié)閥160、240之一或兩者都打開可能是有利的。在第一渦輪增壓器120的轉速超過第一預定轉速時，打開第一廢氣流量調節(jié)閥160可阻止第一壓氣機124以不希望的高流量、高壓和/或高溫向進氣總管114供應壓縮空氣。這可抑制內燃機110產生NOx，并有助于使空氣流系統(tǒng)100和內燃機110的各個部件保持較低的機械應力和熱應力。使內燃機110和空氣流系統(tǒng)100的各個部件的機械應力和熱應力保持在較低的程度有利于以高的成本效益來制造內燃機110和空氣流系統(tǒng)。而且，當?shù)诙u輪增壓器140以不希望的高速工作時打開第二廢氣流量調節(jié)閥240可將第二渦輪增壓器140的工作轉速降低到所希望的程度。
另外，在發(fā)動機制動過程中打開第一廢氣流量調節(jié)閥1 60可確保內燃機110的各個燃燒氣缸112里的壓力不會升高到可能損壞內燃機110的閥門組件的程度。具體地說，通過在發(fā)動機制動過程中打開第一廢氣流量調節(jié)閥160，可使第一渦輪增壓器120接收較少的能量，從而可降低第一壓氣機124對發(fā)動機進口流體的加壓程度。當從第一渦輪增壓器120流進各個燃燒氣缸112的流體壓力較低時，在發(fā)動機制動過程中，壓縮沖程中燃燒氣缸112里的最高壓力將較低。
在一個實施例中，內燃機110可以是按照“Miller循環(huán)”工作的四沖程內燃機?！癕iller循環(huán)”發(fā)動機是對傳統(tǒng)的“Otto循環(huán)”發(fā)動機或狄塞爾循環(huán)發(fā)動機的修改，它改變了與氣缸112相關的空氣進氣閥(未示)的關閉定時，以改變向氣缸112里供應的壓縮空氣。在一個示例性實施例中，“Miller循環(huán)”發(fā)動機可在內燃機110的壓縮沖程中將空氣進氣閥關閉以使壓縮空氣可在壓縮沖程的一部分中流入和/或流出氣缸112。作為選項，可允許壓縮空氣在壓縮沖程的大半個過程中流入和/或流出氣缸112。結果，需要在氣缸112內進行的壓縮程度較低，因而可降低氣缸112內的溫度以及降低發(fā)動機循環(huán)中的壓縮功。
在按照“Miller循環(huán)”工作的壓縮沖程過程中，由于空氣有可能從氣缸112向外倒流，因此需要串聯(lián)的渦輪增壓器120、140提高供應給內燃機110的空氣的增壓壓力，以維持有足夠的空氣流向內燃機110。隨著增壓壓力增高，從第一壓氣機124供應給進氣總管114的壓縮空氣的溫度可能升高到過高的程度。這樣，在第一渦輪增壓器120的轉速不是過高時，空氣流系統(tǒng)100可優(yōu)化燃油效率。每當?shù)谝粶u輪增壓器120的工作轉速超過第一預定值時，空氣流系統(tǒng)100可使第一廢氣流量調節(jié)閥160動作，以保護第一壓氣機124、空氣冷卻器156和進氣總管114使之不承受過高的溫度和壓力。
對于熟悉本技術領域的人，很顯然，可以對所揭示的用于內燃機的空氣流系統(tǒng)進行各種修改和變型而不會偏離本發(fā)明的范圍。對于熟悉本技術領域的人，在考慮本說明書和這里所揭示的做法之后，本發(fā)明的其它實施例是顯而易見的。應該將本說明書和例子看作僅僅是示例性的。
權利要求
1.一種用于一種有進氣總管和排氣總管的內燃機的空氣流系統(tǒng)，這種空氣流系統(tǒng)包括一第一渦輪增壓器，該第一渦輪增壓器包括聯(lián)接于一第一壓氣機的一第一渦輪機，該第一渦輪機構造成能夠接收來自所述排氣總管的廢氣流，第一壓氣機構造成能夠向所述進氣總管供應壓縮空氣；一第二渦輪增壓器，該第二渦輪增壓器包括一聯(lián)接于第二壓氣機的一第二渦輪機，該第二渦輪增壓器與第一渦輪增壓器布置成互相串聯(lián)；一個或多個與所述排氣總管流體連接的廢氣流量調節(jié)閥，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥具有一第一工作狀態(tài)，在該工作狀態(tài)下，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥允許由發(fā)動機排出的流體旁通過第一渦輪機和第二渦輪機中的至少一個；該一個或多個廢氣壓力減壓閥還具有一第二工作狀態(tài)，在該工作狀態(tài)下，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥限制由發(fā)動機排出的流體旁通過第一渦輪機和第二渦輪機；以及一控制器，該控制器構造成在第一預定工作狀態(tài)過程中使所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥具有所述第一工作狀態(tài)，所述第一預定工作狀態(tài)包括(i)發(fā)動機進行發(fā)動機制動；以及(ii)第一渦輪增壓器的轉速高于一預定轉速。
2.如權利要求1所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一工作狀態(tài)中，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥可動作以使由發(fā)動機排出的流體只旁通過第一渦輪機和第二渦輪機兩者中的一個；以及所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥具有第三工作狀態(tài)，在該工作狀態(tài)下，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥允許由發(fā)動機排出的廢氣旁通過第一渦輪機，并且還允許由發(fā)動機排出的廢氣旁通過第二渦輪機。
3.如權利要求2所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，除存在第一預定工作狀態(tài)之外，所述控制器還被構造成當它收到表示第二渦輪增壓器是在以不希望的高速工作的一個或多個輸入時，該控制器使所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥進入第三工作狀態(tài)。
4.如權利要求3所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，表示第二渦輪增壓器是在以不希望的高速工作的一個或多個輸入包括一個來自一個速度傳感器的、表示第二渦輪增壓器的轉速高于一預定轉速的輸入。
5.如權利要求3所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，表示第二渦輪增壓器是在以不希望的高速工作的一個或多個輸入包括一個與環(huán)境空氣壓力相關的輸入量和一個與第一壓氣機所供應的壓縮空氣的壓力相關的輸入量。
6.如權利要求1所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，在第一工作狀態(tài)中，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥可動作而使由發(fā)動機排出的流體只旁通過第一渦輪機；以及所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥具有第三工作狀態(tài)，在該工作狀態(tài)下，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥允許由發(fā)動機排出的廢氣旁通過第一渦輪機和第二渦輪機。
7.如權利要求1所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構造成至少部分地通過控制從第二壓氣機向所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥中的一個或多個供應壓縮空氣來控制所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥的工作狀態(tài)。
8.如權利要求1所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構造成至少部分地通過控制從第二壓氣機向所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥中的每一個供應壓縮空氣來控制所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥的工作狀態(tài)。
9.如權利要求1所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥包括一第一廢氣流量調節(jié)閥，該第一廢氣流量調節(jié)閥具有一第一位置，在該第一位置該第一廢氣流量調節(jié)閥允許由內燃機排出的流體旁通過第一渦輪機；以及一第二位置，在該第二位置該第一廢氣流量調節(jié)閥限制由內燃機排出的流體旁通過第一渦輪機；以及一第二廢氣流量調節(jié)閥，該第二廢氣流量調節(jié)閥具有一第一位置，在該第一位置該第二廢氣流量調節(jié)閥允許由內燃機排出的流體旁通過第二渦輪機；以及一第二位置，在該第二位置該第二廢氣流量調節(jié)閥限制由內燃機排出的流體旁通過第二渦輪機。
10.如權利要求9所述的空氣流系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥的所述第一工作狀態(tài)包括所述第一廢氣流量調節(jié)閥是處于其第一位置以及所述第二廢氣流量調節(jié)閥是處于其第二位置；以及所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥的所述第二工作狀態(tài)包括所述第一廢氣流量調節(jié)閥是處于其第一位置以及所述第二廢氣流量調節(jié)閥是處于其第二位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于具有進氣總管和排氣總管的內燃機的空氣流系統(tǒng)。這種空氣流系統(tǒng)可包括一第一渦輪增壓器和與第一渦輪增壓器串聯(lián)布置的第二渦輪增壓器。這種系統(tǒng)可包括流體連接于排氣總管的一個或多個廢氣流量調節(jié)閥。所述一個或多個廢氣流量調節(jié)閥可有第一工作狀態(tài)，其中廢氣流量調節(jié)閥允許由發(fā)動機排出的流體旁通過第一渦輪機和/或第二渦輪機；第二工作狀態(tài)，其中廢氣流量調節(jié)閥限制由發(fā)動機排出的流體旁通過第一渦輪機和第二渦輪機。該系統(tǒng)還可包括一控制器，其構造成在第一預定工作狀態(tài)過程中使廢氣流量調節(jié)閥處于所述第一工作狀態(tài)，所述第一預定工作狀態(tài)包括(i)發(fā)動機在進行發(fā)動機制動；以及(ii)第一渦輪增壓器的轉速大于一預定轉速。
文檔編號F02B37/18GK101082302SQ20061009249
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權日2006年5月30日
發(fā)明者J·J·法萊弟 申請人:卡特彼勒公司