專利名稱：帶有用于再循環(huán)廢氣的一體特征的增壓裝置的制作方法
帶有用于再循環(huán)廢氣的一體特征的增壓裝置
聯(lián)合研究聲明本發(fā)明由能源部資助、根據(jù)第DE-FC26-07NT43271號(hào)協(xié)定在政府支持下完成。美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明享有一定權(quán)利。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及渦輪增壓器，增壓器以及空氣吸入系統(tǒng)，尤其涉及具有一體廢氣再循環(huán)(EGR)導(dǎo)管的外殼。
背景技術(shù)：
廢氣再循環(huán)(EGR)的高效使用對(duì)于所有現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)，包括汽油機(jī)與柴油機(jī)都是很重要的。EGR的高效使用通常支持實(shí)現(xiàn)從這些發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高功率輸出的目標(biāo)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了高燃料效率與經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)了愈加嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的目標(biāo)。經(jīng)常在這些發(fā)動(dòng)機(jī)中使用強(qiáng)迫吸入裝置，尤其是包括渦輪增壓器和增壓器，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量以及發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出。另外，增壓器包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件，例如皮帶、齒輪、軸或鏈條(其連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸)，并且會(huì)存在發(fā)動(dòng)機(jī)封裝方面的挑戰(zhàn)。渦輪增壓器由廢氣提供能量， 因此，EGR和強(qiáng)迫進(jìn)氣的高效使用使得這些系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)成為必要。
可取的是使渦輪增壓或增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)高效地使用排氣系統(tǒng)中可獲得的能量，從而提高整體發(fā)動(dòng)機(jī)效率與燃料經(jīng)濟(jì)性。進(jìn)一步，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)變得更加復(fù)雜，各種部件的封裝可使得渦輪增壓器或增壓器的設(shè)計(jì)變得具有挑戰(zhàn)性。例如，當(dāng)排放規(guī)定變得更加嚴(yán)格時(shí)，緊密連接的催化轉(zhuǎn)化器可以直接安裝于渦輪增壓器廢氣出口。這可能影響EGR系統(tǒng)部件的定位，例如廢氣供給口與接收口。因此，渦輪增壓器、空氣吸入系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)以及EGR系統(tǒng)的改進(jìn)的封裝將使得可以在各種應(yīng)用中擴(kuò)展使用渦輪增壓器以及EGR系統(tǒng)，從而導(dǎo)致改進(jìn)的效率與性能。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，壓縮機(jī)外殼包括與配置成容納壓縮機(jī)葉輪的壓縮機(jī)渦殼相流體連通的壓縮機(jī)入口，壓縮機(jī)入口配置成提供第一空氣流至壓縮機(jī)葉輪，以及與壓縮機(jī)渦殼相流體連通的壓縮機(jī)出口，壓縮機(jī)出口配置成將壓縮氣體引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管。壓縮機(jī)外殼還包括與壓縮機(jī)渦殼相流體連通的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口配置成將廢氣流與空氣流組合至壓縮機(jī)葉輪。
根據(jù)另一實(shí)施例，強(qiáng)迫吸氣裝置包括壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)包括壓縮機(jī)葉輪，該壓縮機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在壓縮機(jī)外殼中；以及壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)入口，壓縮機(jī)入口與包含壓縮機(jī)葉輪的壓縮機(jī)渦殼相流體連通。此外，該裝置包括在壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)出口，該壓縮機(jī)出口與壓縮機(jī)渦殼相流體連通；以及位于壓縮機(jī)外殼上的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口。廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口與壓縮機(jī)渦殼流體連通。
結(jié)合附圖，本發(fā)明的以上特征與優(yōu)勢(shì)，以及其他特征與優(yōu)勢(shì)從本發(fā)明的以下詳細(xì)CN 102536430 A描述中顯而易見。
本發(fā)明還提供了以下方案 1. 一種壓縮機(jī)外殼，包括壓縮機(jī)入口，其與壓縮機(jī)渦殼相流體連通，所述壓縮機(jī)渦殼配置成容納壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)入口配置成提供第一空氣流至所述壓縮機(jī)渦殼；壓縮機(jī)出口，其與所述壓縮機(jī)渦殼相流體連通，所述壓縮機(jī)出口配置成將壓縮氣體引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管；以及廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，其與所述壓縮機(jī)渦殼相流體連通，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口配置成將廢氣流與空氣流組合至所述壓縮機(jī)渦殼。
2.如方案1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)入口上并且配置成將廢氣流與所述壓縮機(jī)葉輪上游的空氣流組合。
3.如方案1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以低于所述壓縮機(jī)葉輪下游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
4.如方案1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)出口上并且配置成將廢氣流與所述壓縮機(jī)葉輪下游的空氣流組合。
5.如方案1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以高于所述壓縮機(jī)葉輪上游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
6. 一種渦輪增壓器，包括壓縮機(jī)外殼，其具有壓縮機(jī)入口，所述壓縮機(jī)入口配置成引導(dǎo)空氣流至壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在壓縮機(jī)渦殼內(nèi)；所述壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)出口，所述壓縮機(jī)出口配置成從所述壓縮機(jī)渦殼接收壓縮氣體流；以及位于所述壓縮機(jī)外殼上的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口配置成將廢氣流與空氣流在其流入所述壓縮機(jī)渦殼中時(shí)組合。
7.如方案6所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)入口上并且與所述壓縮機(jī)入口相流體連通。
8.如方案6所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以低于所述壓縮機(jī)葉輪下游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
9.如方案6所述的渦輪增壓器，其特征在于，進(jìn)一步包括渦輪機(jī)，其包括渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在渦輪機(jī)外殼中，所述渦輪機(jī)外殼操作地聯(lián)接至所述壓縮機(jī)外殼。
10.如方案9所述的渦輪增壓器，其特征在于，進(jìn)一步包括廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，其位于所述渦輪機(jī)外殼上，廢氣再循環(huán)供給口配置成引導(dǎo)廢氣流經(jīng)過(guò)廢氣再循環(huán)導(dǎo)管至所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口。
11.如方案10所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)供給口位于所述渦輪機(jī)外殼的廢氣入口上并且與所述渦輪機(jī)外殼的廢氣入口相流體連通。
12.如方案10所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)供給口位于所述渦輪機(jī)外殼的渦輪出口上并且與所述渦輪機(jī)外殼的渦輪出口相流體連通。
13.如方案10所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)導(dǎo)管包括廢氣再循環(huán)閥，廢氣再循環(huán)供給導(dǎo)管和廢氣再循環(huán)入口導(dǎo)管。
14. 一種強(qiáng)迫吸氣裝置，包括壓縮機(jī)，其包括壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在壓縮機(jī)外殼中； 所述壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)入口，所述壓縮機(jī)入口與包含所述壓縮機(jī)葉輪的壓縮機(jī)渦殼相流體連通；所述壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)出口，所述壓縮機(jī)出口與所述壓縮機(jī)渦殼相流體連通；以及位于所述壓縮機(jī)外殼上的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口與所述壓縮機(jī)渦殼流體連通。
15.如方案14所述的裝置，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)入口上并且配置成將廢氣流與所述壓縮機(jī)葉輪上游的空氣流組合。
16.如方案15所述的裝置，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以低于所述壓縮機(jī)葉輪下游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
17.如方案14所述的裝置，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)出口上并且配置成將廢氣流與所述壓縮機(jī)葉輪下游的空氣流組合。
18.如方案15所述的裝置，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以高于所述壓縮機(jī)葉輪上游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
19.如方案14所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括渦輪機(jī)，其包括渦輪機(jī)葉輪， 所述渦輪機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在渦輪機(jī)外殼中，所述渦輪機(jī)葉輪操作地聯(lián)接至所述壓縮機(jī)葉輪，并且其中所述廢氣再循環(huán)供給口位于所述渦輪機(jī)外殼上。
20.如方案19所述的裝置，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)入口上，所述廢氣再循環(huán)供給口位于所述渦輪機(jī)外殼的渦輪出口上并且與所述渦輪機(jī)外殼的渦輪出口相流體連通。


在實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，僅通過(guò)例子呈現(xiàn)其他目標(biāo)、特征、優(yōu)勢(shì)以及細(xì)節(jié)，詳細(xì)的描述參照附圖，其中圖1為本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)實(shí)施特征的示意圖； 圖2為渦輪增壓器的實(shí)施例的透視圖； 圖3為渦輪增壓器的另一實(shí)施例的透視圖； 圖4為渦輪增壓器的另一實(shí)施例的透視圖；以及圖5為本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)實(shí)施特征的另一實(shí)施例的示意圖。
參照附圖，通過(guò)舉例的方式，與優(yōu)點(diǎn)和特征一起，詳細(xì)描述解釋了本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
以下說(shuō)明本質(zhì)上僅為典型示例，并不旨在限制本發(fā)明、應(yīng)用或使用。應(yīng)該理解的是，貫穿附圖，對(duì)應(yīng)的參考數(shù)字表示相同或相應(yīng)的部件與零件。
參照?qǐng)D1，示例了內(nèi)燃機(jī)10的示例性實(shí)施例，在該情況中是直列四汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其CN 102536430 A包括進(jìn)氣系統(tǒng)12與排氣系統(tǒng)14。內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)汽缸16，將燃燒空氣與燃料的組合物引入其中。將燃燒空氣/燃料組合物燃燒，導(dǎo)致活塞(未示出)在其中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在內(nèi)燃機(jī) 10的固定應(yīng)用情況中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)曲軸(未示出)，以將動(dòng)力傳遞至車輛動(dòng)力系(未示出)或傳遞至發(fā)電機(jī)或傳遞至這種動(dòng)力的其他固定接收器(未示出)。
內(nèi)燃機(jī)10包括與汽缸16相流體連通的進(jìn)氣歧管18，進(jìn)氣歧管18接收來(lái)自進(jìn)氣系統(tǒng)12中的壓縮機(jī)的壓縮的進(jìn)氣充量，并且將進(jìn)氣充量傳送至多個(gè)汽缸16。排氣系統(tǒng)14包括排氣歧管22，也與汽缸16相流體連通，該排氣歧管22配置成移除燃燒空氣與燃料的燃燒后的各成分(即，廢氣對(duì))，并且將其傳送至廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器沈，該渦輪增壓器與之相流體連通的定位。廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器沈包括廢氣渦輪機(jī)葉輪27，其容納于渦輪機(jī)外殼觀中。渦輪機(jī)外殼包括入口 30與出口 32。出口 32與排氣系統(tǒng)14的其余部分相流體連通，并且將廢氣M傳送至排氣導(dǎo)管34。排氣導(dǎo)管34可以包括例如催化轉(zhuǎn)化器50的各種廢氣后處理裝置。如所描述的，催化轉(zhuǎn)化器50緊密連接至渦輪增壓器沈的出口 32，并且配置成在將廢氣M釋放到大氣中之前對(duì)其各種規(guī)定成分進(jìn)行處理。
廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器沈還包括進(jìn)氣充量壓縮機(jī)葉輪35，其容納于壓縮機(jī)外殼 36中。壓縮機(jī)葉輪35通過(guò)軸37連接至渦輪機(jī)葉輪27。壓縮機(jī)外殼36包括入口 38與出口 40。出口 40與進(jìn)氣系統(tǒng)12相流體連通，并且將壓縮的進(jìn)氣充量20通過(guò)進(jìn)氣充量導(dǎo)管 42傳送至進(jìn)氣歧管18。進(jìn)氣充量20由進(jìn)氣歧管18分配至內(nèi)燃機(jī)10的汽缸16，并且用于與燃料相混合，以及用于在其中燃燒。在示例性實(shí)施例中，壓縮的進(jìn)氣充量冷卻器44成直線地設(shè)置成介于壓縮機(jī)外殼出口 40與進(jìn)氣歧管18之間。壓縮的進(jìn)氣充量冷卻器44從進(jìn)氣充量導(dǎo)管42接收加熱的(因壓縮)壓縮的進(jìn)氣充量20，并且在對(duì)其中的壓縮的進(jìn)氣充量 20冷卻之后，通過(guò)進(jìn)氣充量導(dǎo)管42的后續(xù)部分將其傳送至進(jìn)氣歧管18。
與排氣系統(tǒng)14相流體連通定位，并且在圖1中示出的示例性實(shí)施例中的是廢氣再循環(huán)(“EGR”)系統(tǒng)80。EGR系統(tǒng)80包括EGR供給導(dǎo)管82，EGR入口導(dǎo)管84，以及EGR閥85。 在一個(gè)實(shí)施例中，EGR供給導(dǎo)管82與渦輪機(jī)外殼28相流體連通，并且連接至渦輪機(jī)外殼 28。此外，EGR入口導(dǎo)管84與壓縮機(jī)外殼36相流體連通，并且連接至壓縮機(jī)外殼36。EGR 供給導(dǎo)管82配置成分流來(lái)自渦輪機(jī)外殼觀的廢氣M的一部分，并且通過(guò)廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器沈的壓縮機(jī)外殼36將其引導(dǎo)或再循環(huán)至進(jìn)氣系統(tǒng)12。如所描述的，EGR閥85與例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制器60的控制模塊信號(hào)通信。ERG閥85基于任意給定時(shí)刻的特定發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)調(diào)節(jié)接收的廢氣M的作為再循環(huán)廢氣81被分流到進(jìn)氣系統(tǒng)12的體積量。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器60從例如溫度(進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻齊IJ、環(huán)境等)、壓力、排氣系統(tǒng)狀況、 駕駛員需求的傳感器61a-61n采集有關(guān)內(nèi)燃機(jī)10操作的信息，并且因此可以通過(guò)EGR閥 85調(diào)節(jié)將與新鮮空氣72相混合以形成壓縮的進(jìn)氣充量20的廢氣流M。如此處使用的，術(shù)語(yǔ)控制器指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(通用、專用或集群)與存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或其他提供所述功能的合適元件。因此，根據(jù)由控制器60命令的EGR量，壓縮的進(jìn)氣充量20可以包括連續(xù)可變的新鮮空氣72與廢氣 24的組合。在另一實(shí)施例中，廢氣供給86可以從催化轉(zhuǎn)化器50的上游或下游的排氣導(dǎo)管 34分流至EGR閥85。在又一實(shí)施例中，EGR入口 87與進(jìn)氣充量導(dǎo)管42相流體連通，從而將廢氣引導(dǎo)至與渦輪增壓器26下游的空氣進(jìn)氣充量20相混合。
在示例性實(shí)施例中，EGR供給導(dǎo)管82經(jīng)由靠近排氣出口 32的供給口連接至渦輪機(jī)外殼觀。廢氣流M經(jīng)過(guò)定位于渦輪機(jī)外殼觀中的渦輪機(jī)葉輪27。EGR供給導(dǎo)管82在通過(guò)催化轉(zhuǎn)化器50處理廢氣流M之前接收來(lái)自通向排氣出口部分32的腔室的廢氣流M 的一部分。參照?qǐng)D2-4，在以下詳細(xì)說(shuō)明渦輪增壓器沈與EGR系統(tǒng)80的示例性實(shí)施例，以及其各種布置。
現(xiàn)參照?qǐng)D1與2，在一個(gè)實(shí)施例中，典型渦輪增壓器88包括渦輪機(jī)部分89與壓縮機(jī)部分90。渦輪機(jī)部分89包括渦輪機(jī)外殼92，壓縮機(jī)部分90包括壓縮機(jī)外殼94。渦輪機(jī)外殼92與壓縮機(jī)外殼94通過(guò)軸外殼96連接。渦輪增壓器88還包括配置成控制穿過(guò)廢氣門通道100的選擇的廢氣流的廢氣門控制器98。渦輪機(jī)外殼92包括配置成接收來(lái)自圖1 的排氣歧管22的廢氣流M的排氣入口 102。廢氣流M驅(qū)動(dòng)定位于渦輪機(jī)外殼92的渦輪機(jī)渦殼104中的渦輪機(jī)葉輪27的旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)外殼92還包括排氣出口 106，其將廢氣流 M從渦輪機(jī)渦殼104引導(dǎo)至排氣系統(tǒng)34。EGR供給口 108位于排氣出口 106上，并且與排氣出口 106相流體連通。EGR供給口 108配置成將廢氣M的一部分從渦輪機(jī)渦殼104引導(dǎo)至EGR供給導(dǎo)管82。EGR供給導(dǎo)管82將廢氣M引導(dǎo)至EGR閥85，其中，經(jīng)由合適的導(dǎo)管或管道設(shè)施，例如EGR入口導(dǎo)管84與壓縮機(jī)渦殼110將選擇量的廢氣流M引導(dǎo)至空氣進(jìn)氣歧管18，導(dǎo)管或管道設(shè)施將廢氣流M引導(dǎo)至進(jìn)氣充量導(dǎo)管42。
通過(guò)軸外殼觀、96中的軸37 (圖1)將渦輪機(jī)外殼92中的渦輪機(jī)葉輪27連接至壓縮機(jī)外殼94中的壓縮機(jī)葉輪35。軸外殼96還包括軸承(未示出)，以使得軸37旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)外殼94包括空氣入口 109、壓縮機(jī)渦殼110、以及壓縮的空氣出口 112?？諝馊肟?109 接收新鮮空氣72，并且將空氣引導(dǎo)至壓縮機(jī)渦殼110中的壓縮機(jī)葉輪135。將壓縮的空氣從壓縮機(jī)渦殼110引導(dǎo)至壓縮的空氣出口 112，隨后通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)12將空氣進(jìn)氣充量20輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)10。在示例性實(shí)施例中，EGR供給口 114與廢氣門通道100相流體連通，并且位于廢氣門通道100上，其中，穿過(guò)通道100引導(dǎo)的廢氣流M的一部分可以被引導(dǎo)穿過(guò)EGR系統(tǒng)80以在進(jìn)氣處38與新鮮空氣相混合。穿過(guò)EGR供給口 114的廢氣流位于渦輪機(jī)葉輪的上游，并且因此相對(duì)于渦輪機(jī)葉輪27下游的廢氣流具有更高的壓強(qiáng)。在示例性實(shí)施例中， EGR供給口 114可以替代EGR供給口 108使用或者與EGR供給口 108組合使用。可以通過(guò)任意合適的方法，例如機(jī)加工部件、鑄造為單個(gè)部件或通過(guò)鑄造多個(gè)部件并且經(jīng)由焊接或緊固件連接它們而生產(chǎn)渦輪機(jī)外殼92與EGR供給口 108及114。部件可由任意合適的、耐用材料，例如鑄鐵、不銹鋼或鋼合金形成。如此處論及的，圖2-4中描繪的渦輪增壓器的非限制性示例可以包括基本上相似的部件，雖然每個(gè)部件并不在每幅圖中示出，其中，使用示例的實(shí)施例描述渦輪增壓器的特定部分，和/或EGR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
通過(guò)提供一體的渦輪增壓器88和EGR，EGR供給導(dǎo)管82與EGR供給口 108及114 提供用于愈發(fā)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)封裝。此外，該結(jié)構(gòu)提供用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)及應(yīng)用的靈活性。通過(guò)將EGR供給口 108及114與渦輪機(jī)外殼92形成一體，實(shí)施例提供了簡(jiǎn)化的系統(tǒng)， 以降低成本，并且降低生產(chǎn)時(shí)間。而且，實(shí)施例通過(guò)實(shí)現(xiàn)來(lái)自緊密連接的催化轉(zhuǎn)化器50上游的渦輪增壓器88的廢氣M的供給而提供改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。如本文所述，術(shù)語(yǔ)“渦殼” 用于指代外殼，其可為渦輪增壓器或增壓器的一部分。在示例性實(shí)施例中，渦殼是配置成封裝葉輪(例如壓縮機(jī)葉輪35)的外殼。
現(xiàn)參照?qǐng)D1與3，在示例性實(shí)施例中，渦輪增壓器120包括渦輪機(jī)部分122與壓縮機(jī)部分124。渦輪機(jī)部分122包括渦輪機(jī)外殼126，壓縮機(jī)部分IM包括壓縮機(jī)外殼128。渦輪機(jī)外殼126與壓縮機(jī)部分1 通過(guò)軸外殼(未示出)連接。渦輪增壓器120進(jìn)一步包括配置成使得廢氣流穿過(guò)廢氣門通道(未示出)的廢氣門控制器130。渦輪機(jī)外殼1 包括配置成接收來(lái)自排氣歧管22的廢氣流的排氣入口 132。穿過(guò)渦輪機(jī)外殼1 中的渦輪機(jī)渦殼的廢氣流M驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)葉輪27旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)外殼1 還包括排氣出口(未示出)，其將廢氣流M從渦輪機(jī)渦殼引導(dǎo)至排氣系統(tǒng)34和催化轉(zhuǎn)化器50。
壓縮機(jī)外殼1 包括空氣入口 134、壓縮機(jī)渦殼136、壓縮機(jī)出口 138、以及EGR入口 140。空氣入口 134接收新鮮空氣72，并且將氣流引導(dǎo)至壓縮機(jī)渦殼136中的壓縮機(jī)葉輪35。如所描繪的，EGR入口 140與空氣入口 134相流體連通，從而使得廢氣M與新鮮空氣72混合。在示例性實(shí)施例中，EGR入口 140接收來(lái)自EGR入口導(dǎo)管84與EGR閥85的廢氣對(duì)，其中，圖2中示出，EGR閥85接收來(lái)自連接至EGR供給口 108的EGR供給導(dǎo)管82的廢氣。在另一實(shí)施例中，EGR入口 140接收來(lái)自EGR導(dǎo)管86的廢氣M，EGR導(dǎo)管86連接至排氣導(dǎo)管34，并且其將廢氣M引導(dǎo)穿過(guò)EGR閥85、EGR入口導(dǎo)管84至EGR入口 140。在圖 3的實(shí)施例中，EGR入口 140與空氣入口 134相流體連通，并且位于其上的布置形成進(jìn)入壓縮機(jī)葉輪EGR廢氣與新鮮空氣72的混合氣流。在示例性實(shí)施例中，EGR入口 140定位于壓縮機(jī)葉輪的上游，這以相對(duì)于壓縮機(jī)葉輪上游的氣流更低的壓力提供EGR流。因此，壓縮機(jī)葉輪35壓縮與增壓新鮮空氣與EGR廢氣的混合物，并且引導(dǎo)進(jìn)氣充量20混合物穿過(guò)壓縮機(jī)出口 138。隨后通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)12將壓縮的空氣與EGR氣體混合物引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)10。如此處所述的，術(shù)語(yǔ)上游與下游描述渦輪增壓器或EGR系統(tǒng)的元件或部件相對(duì)于穿過(guò)系統(tǒng)的氣體、空氣、廢氣或其組合流體的位置。進(jìn)一步，在示例性實(shí)施例中，渦輪機(jī)葉輪上游的流體流的壓力大于渦輪機(jī)葉輪下游的流體流的壓力。而且，壓縮機(jī)葉輪上游的流體流的壓力小于壓縮機(jī)葉輪下游的流體流的壓力。EGR入口 140與壓縮機(jī)外殼128的形成一體經(jīng)由用于各種內(nèi)燃機(jī)的簡(jiǎn)化封裝提供制造與設(shè)計(jì)靈活性。
現(xiàn)參照?qǐng)D1與4，在一個(gè)實(shí)施例中，典型渦輪增壓器150包括渦輪機(jī)部分152與壓縮機(jī)部分154。渦輪機(jī)部分152包括渦輪機(jī)外殼156，同時(shí)，壓縮機(jī)部分IM包括壓縮機(jī)外殼158。軸外殼160連接渦輪機(jī)外殼156與壓縮機(jī)外殼158。渦輪增壓器150包括配置成控制穿過(guò)廢氣門通道163的廢氣流的廢氣門控制器162。渦輪機(jī)外殼156包括配置成接收來(lái)自排氣歧管22的廢氣流M的排氣入口 164。廢氣流M驅(qū)動(dòng)定位于外殼156的渦輪機(jī)渦殼166中的渦輪機(jī)葉輪27的旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)外殼156還包括排氣出口 168，其將廢氣流M 從渦輪機(jī)渦殼166引導(dǎo)至催化轉(zhuǎn)化器50、排氣導(dǎo)管34或其他排氣處理裝置。
渦輪機(jī)外殼156中的渦輪機(jī)葉輪27通過(guò)軸(未示出)連接至壓縮機(jī)外殼158中的壓縮機(jī)葉輪35。壓縮機(jī)外殼158包括空氣入口 170、壓縮機(jī)渦殼172、壓縮機(jī)出口 174、以及EGR入口 176。如所描繪的，空氣入口 170接收新鮮空氣72，并且將空氣流引導(dǎo)至壓縮機(jī)渦殼172中的壓縮機(jī)葉輪35。將壓縮的新鮮空氣72從壓縮機(jī)渦殼172引導(dǎo)至壓縮機(jī)出口 174。EGR入口 176與壓縮機(jī)出口 174相流體連通。在示例性實(shí)施例中，EGR入口 176接收來(lái)自EGR系統(tǒng)80的EGR入口導(dǎo)管84的廢氣M，其中，在圖2和4中示出的，入口導(dǎo)管84接收來(lái)自連接至EGR供給口 108的EGR供給導(dǎo)管82的廢氣。在另一示例性實(shí)施例中，EGR入口導(dǎo)管176接收來(lái)自EGR導(dǎo)管86的廢氣M，該EGR導(dǎo)管86連接至排氣導(dǎo)管34，并且將廢氣M引導(dǎo)穿過(guò)EGR閥85、EGR入口導(dǎo)管84至EGR入口 176。如圖4所描繪的，將來(lái)自EGR 入口 176的廢氣M與來(lái)自壓縮機(jī)渦殼172的新鮮空氣72的組合流體引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧CN 102536430 A管18。此外，EGR入口 176定位于壓縮機(jī)葉輪35的下游，并且以大于壓縮機(jī)葉輪上游空氣流的壓力的更高壓力供給EGR流。因此，壓縮機(jī)葉輪35壓縮與增壓新鮮空氣，隨后將新鮮空氣引導(dǎo)至壓縮機(jī)出口 174，壓縮的空氣與廢氣M在壓縮機(jī)出口 174處混合，以形成進(jìn)氣充量20，經(jīng)由進(jìn)氣系統(tǒng)12將進(jìn)氣充量20從壓縮機(jī)出口 174引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)10。EGR入口 176 與壓縮機(jī)外殼158的形成一體經(jīng)由用于各種內(nèi)燃機(jī)的簡(jiǎn)化封裝提供制造與設(shè)計(jì)靈活性。
參照?qǐng)D3與4，在示例性實(shí)施例中，EGR入口導(dǎo)管84 (圖1)與連接至或定位于壓縮機(jī)外殼36的EGR入口( 140、176)相流體連通。將選擇量的再循環(huán)廢氣流81從例如渦輪機(jī)外殼觀或排氣導(dǎo)管34的排氣供給穿過(guò)EGR閥85輸送至入口導(dǎo)管84。將再循環(huán)的廢氣流81被引入壓縮機(jī)外殼36中，從而降低EGR管道設(shè)施與導(dǎo)管(82、84、85)的復(fù)雜性。因此， EGR入口( 140、176)與入口導(dǎo)管84通過(guò)提供EGR與渦輪增壓器(120、150)的形成一體來(lái)提供用于愈發(fā)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)并且簡(jiǎn)化的封裝。此外，該結(jié)構(gòu)提供用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)配置與應(yīng)用的靈活性。通過(guò)將EGR入口( 140、176)與壓縮機(jī)外殼(128、158)形成一體，實(shí)施例提供簡(jiǎn)化系統(tǒng)，以降低成本，并且降低生產(chǎn)時(shí)間。而且，通過(guò)實(shí)現(xiàn)從緊密連接的催化轉(zhuǎn)化器50 上游的渦輪增壓器(120、150)供給廢氣24，實(shí)施例提供了改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
EGR供給口與EGR入口的示例性實(shí)施例可以組合使用或與空氣進(jìn)氣系統(tǒng)、渦輪增壓器、進(jìn)氣增壓器或排氣系統(tǒng)的可替換布置一起使用。例如，EGR供給口 108可以供給再循環(huán)的廢氣流，將該廢氣流被引導(dǎo)至EGR廢氣入口 140和/或EGR廢氣入口 176。在包括EGR 供給口 108與EGR廢氣入口 140的實(shí)施例中，將來(lái)自口 108的相對(duì)低壓排氣引導(dǎo)至入口 140 處的相對(duì)低壓空氣流。在包括EGR供給口 108與EGR廢氣入口 176的另一實(shí)施例中，將來(lái)自口 108的排氣引導(dǎo)至入口 176處相對(duì)高壓的壓縮的空氣流。在包括EGR供給口 114 (圖 2)與EGR廢氣入口 176的又一實(shí)施例中，來(lái)自口 114的相對(duì)高壓的排氣引導(dǎo)至入口 176處的相對(duì)高壓的壓縮的空氣流。在包括EGR供給口 114與EGR廢氣入口 140的實(shí)施例中，將來(lái)自口 114的相對(duì)高壓的排氣引導(dǎo)至入口 140處的相對(duì)低壓的空氣流。在實(shí)施例中，渦輪機(jī)部分152與壓縮機(jī)部分IM可以被分離，其中，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)部分154。因此，通過(guò)像導(dǎo)電體和/或例如軸的機(jī)械裝置的非限制性示例操作地連接渦輪機(jī)部分152與壓縮機(jī)部分 154。
圖3和4所示的示例性壓縮機(jī)還可分別用于各種強(qiáng)迫吸氣裝置，例如圖5所示的示例性增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖5所示，內(nèi)燃機(jī)10的示例性實(shí)施例包括與汽缸16相流體連通的進(jìn)氣歧管18，進(jìn)氣歧管18接收來(lái)自進(jìn)氣系統(tǒng)12中的壓縮機(jī)的壓縮的進(jìn)氣充量。排氣系統(tǒng)14包括排氣歧管22，也與汽缸16相流體連通，該排氣歧管22配置成移除燃燒空氣與燃料的燃燒后的各成分(即，廢氣M)，并且將其傳送至廢氣導(dǎo)管34。廢氣導(dǎo)管與排氣系統(tǒng) 14的其余部分相流體連通，并且將廢氣M傳送至各種廢氣后處理裝置，例如催化轉(zhuǎn)化器。
進(jìn)氣系統(tǒng)12還包括進(jìn)氣充量壓縮機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓器200，其包括外殼202， 該外殼202包括入口 204與出口 206。出口 206與進(jìn)氣系統(tǒng)12相流體連通，并且將壓縮的進(jìn)氣充量20通過(guò)進(jìn)氣充量導(dǎo)管42傳送至進(jìn)氣歧管18，以傳送至內(nèi)燃機(jī)10的汽缸16，并且用于與燃料相混合，以及用于在其中燃燒。在示例性實(shí)施例中，壓縮的進(jìn)氣充量冷卻器44 成直線地設(shè)置成介于壓縮機(jī)外殼出口 206與進(jìn)氣歧管18之間。壓縮的進(jìn)氣充量冷卻器44 從進(jìn)氣充量導(dǎo)管42接收加熱的(由于進(jìn)氣充量的壓縮和添加的熱EGR)壓縮的進(jìn)氣充量20， 并且在對(duì)其中的壓縮的進(jìn)氣充量20冷卻之后，通過(guò)進(jìn)氣充量導(dǎo)管42的后續(xù)部分將其傳送至進(jìn)氣歧管18。進(jìn)氣充量冷卻器44包括入口 46與出口 48用于冷卻介質(zhì)51 (例如典型的乙二醇基汽車?yán)鋮s劑，或用于在熱交換器中有效熱傳遞的其他適合介質(zhì))循環(huán)經(jīng)過(guò)其中。
與排氣系統(tǒng)14的排氣導(dǎo)管34相流體連通定位的是廢氣再循環(huán)(“EGR”)導(dǎo)管59。 EGR導(dǎo)管59配置成使來(lái)自廢氣導(dǎo)管34的廢氣M的一部分轉(zhuǎn)向，并且通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓器200的EGR導(dǎo)管61，EGR閥58，EGR進(jìn)氣口 210和入口 204使其返回到或再循環(huán)至內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣系統(tǒng)12。EGR進(jìn)氣口 210位于入口 204上并且將再循環(huán)廢氣流25與增壓器壓縮器葉輪上游的新鮮空氣流72組合。因此，在EGR進(jìn)氣口 210處的廢氣和空氣流相對(duì)于壓縮機(jī)葉輪212下游(20)的流壓力來(lái)說(shuō)處于較低壓力。另外，第二 EGR進(jìn)氣口 214可位于壓縮機(jī)外殼出口 206上或附近，其中，再循環(huán)的排氣M與壓縮空氣流組合，形成進(jìn)氣充量20。 因此，在進(jìn)氣口 214處的廢氣和空氣流相對(duì)于壓縮機(jī)葉輪212上游(20)的空氣流(72)來(lái)說(shuō)處于較高壓力。在實(shí)施例中，EGR進(jìn)氣口 210和214的任一個(gè)或其組合可與相關(guān)聯(lián)的EGR 導(dǎo)管一起使用來(lái)供給再循環(huán)的廢氣流以與空氣混合。
與例如控制器60的控制模塊信號(hào)通信的EGR閥58基于任意給定時(shí)刻的特定發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)調(diào)節(jié)再循環(huán)的廢氣25傳送至進(jìn)氣系統(tǒng)12的體積量。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器60從例如溫度(進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑、環(huán)境等)、壓力、排氣系統(tǒng)狀況、駕駛員需求的傳感器61a-61n采集有關(guān)內(nèi)燃機(jī)10操作的信息，以及有關(guān)溫度傳感器(未示出)供給的壓縮的進(jìn)氣充量的溫度的信息，并且因此可以調(diào)節(jié)通過(guò)EGR閥58并進(jìn)入壓縮的進(jìn)氣充量20的再循環(huán)的廢氣流25。因此，壓縮的進(jìn)氣充量20可以包括連續(xù)可變的新鮮空氣72與再循環(huán)的廢氣25的組合，這取決于EGR流受控制器60控制的程度。因此，EGR系統(tǒng)，進(jìn)氣系統(tǒng)和增壓器的所述配置提供了改進(jìn)的封裝和簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)，由此減小了成本并能夠改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以做出各種變化，并且其中的元件可以由等同物替換。此外，在不脫離其實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以做出很多修改，以使特定狀況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，其旨在本發(fā)明并不限于作為用于實(shí)施該發(fā)明的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而本發(fā)明將包括落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種壓縮機(jī)外殼，包括壓縮機(jī)入口，其與壓縮機(jī)渦殼相流體連通，所述壓縮機(jī)渦殼配置成容納壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)入口配置成提供第一空氣流至所述壓縮機(jī)渦殼；壓縮機(jī)出口，其與所述壓縮機(jī)渦殼相流體連通，所述壓縮機(jī)出口配置成將壓縮氣體引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管；以及廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，其與所述壓縮機(jī)渦殼相流體連通，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口配置成將廢氣流與空氣流組合至所述壓縮機(jī)渦殼。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)入口上并且配置成將廢氣流與所述壓縮機(jī)葉輪上游的氣流組合。
3.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以低于所述壓縮機(jī)葉輪下游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
4.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)出口上并且配置成將廢氣流與所述壓縮機(jī)葉輪下游的空氣流組合。
5.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)外殼，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以高于所述壓縮機(jī)葉輪上游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
6.一種渦輪增壓器，包括壓縮機(jī)外殼，其具有壓縮機(jī)入口，所述壓縮機(jī)入口配置成引導(dǎo)空氣流至壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在壓縮機(jī)渦殼內(nèi)；所述壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)出口，所述壓縮機(jī)出口配置成從所述壓縮機(jī)渦殼接收壓縮氣體流；以及位于所述壓縮機(jī)外殼上的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口配置成將廢氣流與空氣流在其流入所述壓縮機(jī)渦殼中時(shí)組合。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口位于所述壓縮機(jī)入口上并且與所述壓縮機(jī)入口相流體連通。
8.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口以低于所述壓縮機(jī)葉輪下游的流體壓力的壓力提供廢氣流。
9.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器，其特征在于，進(jìn)一步包括渦輪機(jī)，其包括渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在渦輪機(jī)外殼中，所述渦輪機(jī)外殼操作地聯(lián)接至所述壓縮機(jī)外殼。
10.一種強(qiáng)迫吸氣裝置，包括壓縮機(jī)，其包括壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)葉輪可旋轉(zhuǎn)地放置在壓縮機(jī)外殼中；所述壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)入口，所述壓縮機(jī)入口與包含所述壓縮機(jī)葉輪的壓縮機(jī)渦殼相流體連通；所述壓縮機(jī)外殼中的壓縮機(jī)出口，所述壓縮機(jī)出口與所述壓縮機(jī)渦殼相流體連通；以及位于所述壓縮機(jī)外殼上的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，所述廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口與所述壓縮機(jī)渦殼流體連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有用于再循環(huán)廢氣的一體特征的增壓裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，壓縮機(jī)外殼包括與配置成容納壓縮機(jī)葉輪的壓縮機(jī)渦殼相流體連通的壓縮機(jī)入口，壓縮機(jī)入口配置成提供第一空氣流至壓縮機(jī)葉輪，以及與壓縮機(jī)渦殼相流體連通的壓縮機(jī)出口，壓縮機(jī)出口配置成將壓縮氣體引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管。壓縮機(jī)外殼還包括與壓縮機(jī)渦殼相流體連通的廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口，廢氣再循環(huán)進(jìn)氣口配置成將廢氣流與空氣流組合至壓縮機(jī)葉輪。
文檔編號(hào)F02M25/07GK102536430SQ201110434938
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者K-J.吳 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司