渦輪增壓器系統(tǒng)和用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及渦輪增壓器系統(tǒng)和用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)。描述了用于運(yùn)行渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)。在一個(gè)示例中，一種渦輪增壓系統(tǒng)，其包括：包括渦輪的軸承殼體和經(jīng)由軸聯(lián)接于渦輪的至少一個(gè)壓縮機(jī)；并且其中該渦輪包括通過(guò)軸承殼體安裝在汽缸蓋并且定位于汽缸蓋的排氣通道中的定子級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)。以這種方式，通過(guò)將渦輪定位成更加接近排氣脈沖實(shí)現(xiàn)更加緊湊的結(jié)構(gòu)，這減少成本和渦輪殼體的復(fù)雜性并改善渦輪效率。
【專利說(shuō)明】
渦輪增壓器系統(tǒng)和用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及直接入口軸流式汽車用渦輪。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少外部排放并且增加發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率輸出，從發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸離開的排氣可以被引導(dǎo)通過(guò)渦輪并且產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的能量。一種示例性結(jié)構(gòu)結(jié)合從發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸以及渦輪殼體通向汽缸蓋本身里的排氣口。
[0004]常規(guī)的渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)包括汽缸蓋，其將排氣引導(dǎo)到排氣歧管里，排氣歧管進(jìn)而將排氣引導(dǎo)到渦輪殼體里并通過(guò)渦輪。從渦輪中提取的功用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，這增加可用空氣的密度以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞部分。在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中渦輪級(jí)通常是具有廢氣門通道的單級(jí)徑流式單元。
[0005]一些現(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)利用一種概念，其中來(lái)自多個(gè)汽缸的排氣口對(duì)著汽缸蓋的單個(gè)出口。這種氣體然后被引導(dǎo)通過(guò)渦輪殼體進(jìn)入渦輪增壓器中。排氣歧管和渦輪增壓器通常用當(dāng)暴露在由于離開汽缸的排氣的高溫引起的反復(fù)的高溫循環(huán)時(shí)是耐用的材料構(gòu)造。這種材料的成本非常高。發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到通過(guò)去掉渦輪殼體并且將渦輪移動(dòng)到汽缸蓋中可以降低一些成本。該汽缸蓋具有冷卻套，從而減輕對(duì)昂貴的耐高溫材料的需要。
[0006]具有一體的排氣導(dǎo)管和渦輪殼體的汽缸蓋公開在US 2011/0173972中。在這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的示例中，許多收集器幾何形狀集成在汽缸蓋里。但是，這種方法會(huì)是有問(wèn)題的，其中大量的鋁汽缸蓋材料必需經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流來(lái)冷卻。這將使排放到散熱器中的熱增加并且在熱天的極端操縱期間能夠限制車輛性能。
[0007]實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本文中公開了各種示例性的系統(tǒng)和方法，以至少部分地解決上面所述的問(wèn)題。在一個(gè)示例中，一種渦輪增壓器系統(tǒng)，其包括:包含渦輪的軸承殼體；經(jīng)由共用的軸聯(lián)接于渦輪的至少一個(gè)壓縮機(jī)；并且其中該渦輪包括通過(guò)軸承殼體安裝到汽缸蓋并且定位于汽缸蓋的排氣通道中的定子級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)。該系統(tǒng)還可以包括接收仍然包含在汽缸蓋內(nèi)的排氣的軸流式渦輪。以這種方式，可以減小渦輪增壓器尺寸，并且保持排氣脈沖以驅(qū)動(dòng)渦輪。
[0009]而且，軸承殼體還可以包括熱氣體收集器，并且軸承殼體和熱氣體收集器可以是一個(gè)部件。以這種方式，當(dāng)能量經(jīng)由渦輪被吸取時(shí)流過(guò)渦輪的排氣基本上被冷卻。結(jié)果較低溫度的排氣使在軸承殼體和收集器中能夠利用較低成本的材料，例如鑄鐵。
[0010]在另一個(gè)示例中，一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:汽缸蓋，該汽缸蓋包括包含在汽缸蓋內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排氣通道；渦輪增壓器，其包括:包括轉(zhuǎn)子級(jí)的一個(gè)或多個(gè)渦輪、一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)以及將渦輪聯(lián)接至壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)軸；并且其中，一個(gè)或多個(gè)排氣通道包括第一和第二出口，轉(zhuǎn)子級(jí)聯(lián)接于第一出口，使得流過(guò)第一出口的排氣引起渦輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且還驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，第二出口繞過(guò)聯(lián)接于第一出口的轉(zhuǎn)子級(jí)，并且渦輪殼體由汽缸蓋形成。以這種方式，該系統(tǒng)降低暴露于熱氣體的汽缸蓋材料的量。熱氣體收集器可以離開汽缸蓋并且到與軸承殼體共享的鑄件中。與通常用在渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)中的一體的排氣歧管結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)將減少排放到散熱器的熱。
[0011]而且，該系統(tǒng)可以包括定子級(jí)，其可以是焊接成形的制造的板狀不銹鋼輪，或可以是鑄造的定子。在其他的實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以不包括定子級(jí)，但是汽缸蓋可以構(gòu)造成操縱并加速排氣流到希望的進(jìn)入角和速度。以這種方式，與現(xiàn)有技術(shù)的示例相比，該定子級(jí)或汽缸蓋結(jié)構(gòu)可以提高軸流式渦輪的效率，并且促進(jìn)渦輪到汽缸蓋中的集成。
[0012]在另一個(gè)示例中，一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方法，其包括，在汽缸蓋內(nèi)，組合來(lái)自多個(gè)汽缸的排氣流，將該組合的排氣流從汽缸蓋引導(dǎo)到位于軸承殼體內(nèi)的渦輪，并且將該組合的排氣流從渦輪引導(dǎo)到在軸承殼體內(nèi)的熱氣體收集器。以這種方式，可以減少渦輪增壓器的占用面積(footprint)，以及降低對(duì)用于渦輪殼體的液體冷卻系統(tǒng)的需要，盡管在一定程度上提供這種冷卻。
[0013]在另一個(gè)示例中，該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方法還包括在第一條件期間引導(dǎo)組合的排氣流的一部分通過(guò)廢氣門通道，該廢氣門通道具有聯(lián)接于汽缸蓋的進(jìn)口和聯(lián)接于軸承殼體內(nèi)的熱氣體收集器的出口。
[0014]當(dāng)明白，提供上面的概述是為了以簡(jiǎn)單的形式介紹在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的一些概念。這并不意味著視為所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵的或基本的特征，所要求保護(hù)主題的范圍由【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。而且，所要求保護(hù)的主題不限于解決上述或在本公開中的任何部分中的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1示出根據(jù)本公開的渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0016]圖2示出聯(lián)接到軸承殼體的汽缸蓋的透視圖。
[0017]圖3示出排氣歧管和渦輪增壓器組件的透視圖。
[0018]圖4示出配備有機(jī)油和冷卻液供給的渦輪增壓器組件的透視圖。
[0019]圖2和圖3大致按比例繪制，但是也可以使用其他尺度繪制。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面的描述涉及用于運(yùn)行，例如如圖1所示的，包括渦輪增壓器系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法。
[0021]圖1是示出可以包括在汽車的推進(jìn)系統(tǒng)中的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括汽缸蓋175，該汽缸蓋被示出具有四個(gè)汽缸30。但是，根據(jù)本公開可以使用其他數(shù)目的汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以由包括控制器12的控制系統(tǒng)和通過(guò)經(jīng)由輸入裝置130來(lái)自車輛操作者132的輸入至少部分地控制。在這個(gè)示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號(hào)PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動(dòng)機(jī)10的每一個(gè)燃燒室(例如，汽缸)30可以包括具有設(shè)置在其中的活塞(未示出)的燃燒室壁。該活塞可以聯(lián)接于曲軸40以便將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸40可以經(jīng)由中間變速器系統(tǒng)(未示出)聯(lián)接于車輛的至少一個(gè)主動(dòng)輪。而且，起動(dòng)機(jī)馬達(dá)可以經(jīng)由飛輪聯(lián)接于曲軸40以能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)10的啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0022]燃燒室30可以經(jīng)由進(jìn)氣通道42從進(jìn)氣歧管44接收進(jìn)氣空氣并且可以經(jīng)由排氣通道48排出燃燒氣體。進(jìn)氣歧管44和排氣歧管46可以經(jīng)由各自的進(jìn)氣門和排氣門(未示出)選擇地與燃燒室30連通。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以包括兩個(gè)或多于兩個(gè)的進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或多于兩個(gè)的排氣門。
[0023]燃料噴射器50被示出直接聯(lián)接于燃燒室30，用于與從控制器12接收的信號(hào)的脈沖寬度FPW成比例的將燃料直接噴射到其中。以這種方式，燃料噴射器50提供被稱之為進(jìn)入到燃燒室30的燃料的直接噴射。例如，燃料噴射器可以安裝在燃燒室的側(cè)面或燃燒室的頂部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料軌的燃料系統(tǒng)(未示出)傳遞給燃料噴射器50。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以可選地，或附加地包括設(shè)置在進(jìn)氣歧管44中的燃料噴射器，其布置成提供被稱之為從每一個(gè)燃燒室30進(jìn)入到進(jìn)氣道上游的燃料的進(jìn)氣道噴射。
[0024]進(jìn)氣通道42可以包括分別具有節(jié)流板22和24的節(jié)氣門21和23。在這個(gè)具體的示例中，節(jié)流板22和24的位置可以經(jīng)由提供給包括節(jié)氣門21和23的致動(dòng)器的信號(hào)由控制器12改變。在一個(gè)示例中，致動(dòng)器可以是電致動(dòng)器(例如，電動(dòng)馬達(dá))，一種通常被稱之為電子節(jié)氣門控制(ETC)的結(jié)構(gòu)。以這種方式，可以操作節(jié)氣門21和23以改變提供給在其他發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的燃燒室30的進(jìn)氣空氣。節(jié)流板22和24的位置可以通過(guò)節(jié)氣門位置信號(hào)TP提供給控制器12。進(jìn)氣通道42還可以包括質(zhì)量空氣流傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122，用于向控制器12提供相應(yīng)的信號(hào)MAF(質(zhì)量空氣流)和MAP (歧管空氣壓力)。
[0025]排氣通道48可以接收來(lái)自汽缸30的排氣。汽缸30可以通過(guò)在下面并且參考圖3進(jìn)一步描述的多個(gè)氣門和進(jìn)氣道聯(lián)接于排氣通道48。多個(gè)氣門可以打開以允許排氣離開汽缸30并進(jìn)入排氣口 47，其將排氣進(jìn)一步引入到排氣通道48。在圖1所示的示例中，排氣口 47設(shè)置在汽缸蓋175里面。應(yīng)當(dāng)明白，這種結(jié)構(gòu)可以被稱為“集成的排氣歧管”，其中排氣歧管46設(shè)置在汽缸蓋175里面。
[0026]排氣傳感器128被示出在排放控制裝置78上游聯(lián)接于排氣通道48。傳感器128可以選自用于提供排氣空氣/燃料比的指示的各種合適的傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋?、雙態(tài)氧傳感器或EGO、NOx, HC或CO傳感器。排放控制裝置78可以是三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其他的排放控制裝置或其組合。排氣溫度可以由設(shè)置在排氣通道48中的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器(未示出)來(lái)測(cè)量。可替代地，排氣溫度可以基于諸如速度、負(fù)荷、空氣-燃料比(AFR)、火花延遲等的發(fā)動(dòng)機(jī)工況推知。
[0027]在圖1中控制器12被示為微型計(jì)算機(jī)，其包括:微處理單元(CPU) 102、輸入/輸出端口(I/O) 104、在這個(gè)具體的示例中示為只讀存儲(chǔ)芯片(ROM) 106的用于可執(zhí)行的程序和校正值的電子存儲(chǔ)介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 108、?；畲鎯?chǔ)器(KAM) 110和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可以接收來(lái)自聯(lián)接于發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的各種信號(hào)，除了上面提到的那些信號(hào)之夕卜，還包括:來(lái)自質(zhì)量空氣流傳感器120的引入的質(zhì)量空氣流(MAF)的測(cè)量值；來(lái)自在發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的一個(gè)位置中示意地示出的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度(ECT);來(lái)自聯(lián)接于曲軸40的霍爾效應(yīng)傳感器118 (或其他類型)的表面點(diǎn)火感測(cè)信號(hào)(PIP);如所討論的，來(lái)自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);以及如所討論的，來(lái)自傳感器122的歧管絕對(duì)壓力信號(hào)MAP。發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)、RPM可以從信號(hào)PIP由控制器12產(chǎn)生。來(lái)自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號(hào)MAP可以用來(lái)提供進(jìn)氣歧管44中的真空或壓力的指示。應(yīng)當(dāng)指出，可以用上述傳感器的各種組合，例如MAF傳感器而沒(méi)有MAP傳感器，反之亦然。在化學(xué)計(jì)量比運(yùn)行期間，MAP傳感器能夠給出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的指示。而且，這個(gè)傳感器，與檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度一起，能夠提供引入到汽缸中的充氣(包括空氣)的估計(jì)。在一個(gè)示例中，也可以用作發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器的傳感器118對(duì)于曲軸40的每一圈可以產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的等間隔脈沖。在一些示例中，存儲(chǔ)介質(zhì)只讀存儲(chǔ)器106可以用計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)以及參與但未列出的其他變量編程，該計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)表示用于進(jìn)行下面描述的方法由處理器102可執(zhí)行的指令。
[0028]發(fā)動(dòng)機(jī)10還可以包括諸如渦輪增壓器或機(jī)械增壓器的壓縮裝置，該壓縮裝置包括設(shè)置在進(jìn)氣歧管44上游的至少一個(gè)壓縮機(jī)60。對(duì)于渦輪增壓器，壓縮機(jī)60可以經(jīng)由，例如軸160，或其他聯(lián)接裝置，至少部分地由渦輪62驅(qū)動(dòng)。渦輪62可以例如經(jīng)由上述的集成的排氣歧管將排氣歧管46聯(lián)接于排氣通道48?？梢蕴峁└鞣N裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。對(duì)于機(jī)械增壓器，壓縮機(jī)60可以至少部分地由發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且可以不包括渦輪。因此，經(jīng)由渦輪增壓器或機(jī)械增壓器提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)汽缸的壓縮的量可以由控制器12改變。在一些情況下，渦輪可以驅(qū)動(dòng)例如發(fā)電機(jī)，以經(jīng)由渦輪驅(qū)動(dòng)器對(duì)蓄電池提供電力。來(lái)自蓄電池的電力然后可以經(jīng)由馬達(dá)用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)60。而且，傳感器123可以設(shè)置在進(jìn)氣歧管44中，用于為控制器12提供升壓(BOOST)信號(hào)。
[0029]而且，排氣通道48可以包括廢氣門26，用來(lái)轉(zhuǎn)移離開渦輪62的排氣。在一些實(shí)施例中，廢氣門26可以是多級(jí)廢氣門，例如兩級(jí)廢氣門，其中第一級(jí)構(gòu)造成控制升壓壓力，而第二級(jí)構(gòu)造成增加對(duì)排放控制裝置78的熱通量。廢氣門26可以用致動(dòng)器150來(lái)操作，例如，致動(dòng)器150可以是包括永久磁鐵的電致動(dòng)器。在各種實(shí)施例中，致動(dòng)器150可以是電動(dòng)馬達(dá)、壓力控制的致動(dòng)器或真空控制的致動(dòng)器。關(guān)于廢氣門26和致動(dòng)器150的其他細(xì)節(jié)將在下面提出。進(jìn)氣通道42可以包括構(gòu)造成轉(zhuǎn)移壓縮機(jī)60周圍的進(jìn)氣空氣的壓縮機(jī)旁通閥27。例如，當(dāng)希望較低的升壓壓力時(shí)，可以經(jīng)由致動(dòng)器(例如，致動(dòng)器150)由控制器12控制廢氣門26和/或壓縮機(jī)旁通閥27打開。
[0030]進(jìn)氣通道42還可以包括增壓空氣冷卻器(CAC) 80 (例如，中間冷卻器)以降低渦輪增壓的或機(jī)械增壓的進(jìn)氣的溫度。在一些實(shí)施例中，增壓空氣冷卻器80可以是空氣至空氣的熱交換器。在其他實(shí)施例中，增壓空氣冷卻器80可以是空氣至流體的熱交換器。
[0031]排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)可以經(jīng)由EGR通道140，將希望的排氣部分從排氣通道48路由(routing)到進(jìn)氣通道42。提供給進(jìn)氣通道42的EGR的量可以經(jīng)由EGR閥142由控制器12改變。而且，EGR傳感器(未示出)可以設(shè)置在EGR通道內(nèi)并且可以提供壓力、溫度和排氣濃度中的一個(gè)或多個(gè)的指示。可替代地，EGR可以基于來(lái)自MAF傳感器(上游)、MAP(進(jìn)氣歧管)、MAT(歧管氣體溫度)和曲軸速度傳感器的信號(hào)通過(guò)計(jì)算的值進(jìn)行控制。而且，EGR可以基于排氣氧傳感器和/或進(jìn)氣氧傳感器(進(jìn)氣歧管)來(lái)控制。在一些條件下，EGR系統(tǒng)可以用來(lái)調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的空氣和燃料混合物的溫度。圖1示出高壓EGR系統(tǒng)，其中EGR從渦輪增壓器的渦輪的上游路由到渦輪增壓器的壓縮機(jī)的下游。在其他實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以附加地或可替代地包括低壓EGR系統(tǒng)，其中EGR從渦輪增壓器的渦輪的下游路由到渦輪增壓器的壓縮機(jī)的上游。
[0032]圖2示出根據(jù)本公開的汽缸組件210的透視圖。汽缸組件210包括可以附接于汽缸體(未示出)的汽缸蓋175，該汽缸體包括發(fā)動(dòng)機(jī)10的多個(gè)燃燒室(例如，汽缸)30，每一個(gè)燃燒室可以包括具有設(shè)置在其中活塞(未示出)的燃燒室壁。汽缸可以以直列式布局來(lái)設(shè)置，使得汽缸沿著汽缸蓋的中心軸線對(duì)齊?？商娲?，汽缸可以以V型布局、平坦布局或其他合適的布局來(lái)排列。當(dāng)附接于汽缸體時(shí)，所述的汽缸蓋175可以形成4個(gè)汽缸。在另一個(gè)示例中，汽缸組件可以利用可替代數(shù)目的汽缸，例如3個(gè)汽缸。汽缸蓋175可以用諸如鑄鐵或鋁的合適的材料鑄造。汽缸蓋可以包括在此示例性透視圖中未描述的許多部件，包括曲軸、進(jìn)氣和排氣門、火花塞、燃料噴射器50、溫度傳感器112、其他合適的機(jī)械部件和例如圖1所示的其他合適的傳感器和致動(dòng)器。
[0033]如圖所示，汽缸蓋175包括四個(gè)周邊壁。這些壁包括第一側(cè)壁211、第二側(cè)壁212、后端壁213和前端壁214。第一側(cè)壁211可以構(gòu)造成與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門協(xié)作的汽缸蓋的進(jìn)氣側(cè)，并且可以包括諸如氣門的部件和如需要時(shí)與進(jìn)氣歧管44連接的進(jìn)氣道，并且允許或限制到汽缸蓋里的進(jìn)氣空氣流。前端壁214可以包括如需要時(shí)與曲軸40連接的部件，并且允許曲軸40聯(lián)接于包含在汽缸蓋175中的活塞。第二側(cè)壁212可以構(gòu)造成與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門協(xié)作的汽缸蓋的排氣側(cè)，并且可以包括諸如一個(gè)或多個(gè)螺栓凸臺(tái)252的部件或用于將軸承殼體280直接安裝在汽缸蓋的其他合適的裝置。在此示例性結(jié)構(gòu)中，渦輪增壓器組件可以直接聯(lián)接于汽缸蓋?？商娲?，渦輪增壓器組件可以間接地聯(lián)接于汽缸蓋。渦輪增壓器組件和其可能的結(jié)構(gòu)在下面并且參考圖3進(jìn)一步討論。汽缸蓋175也可以包括多個(gè)汽缸封閉部分218。
[0034]汽缸蓋175可以包括一個(gè)或多個(gè)冷卻套。例如，第一冷卻套可以位于排氣歧管46和在汽缸蓋175和汽缸體之間的界面之間。第二冷卻套可以位于與第一冷卻套相對(duì)的排氣歧管的一側(cè)上。第一和第二冷卻套可以通過(guò)流動(dòng)通道聯(lián)接在一起。在一些示例中，第一和第二冷卻套可以通過(guò)流動(dòng)通道聯(lián)接于渦輪冷卻套。在另一個(gè)示例中，第一和第二冷卻套可以被分開，并且用不同的冷卻液或相同的冷卻液的不同供給來(lái)運(yùn)行。在另一個(gè)示例中，第一冷卻套可以位于多個(gè)汽缸的進(jìn)氣側(cè)上，而第二冷卻套位于汽缸的排氣側(cè)上。這兩個(gè)冷卻套可以具有基本不同的冷卻能力，并且可以聯(lián)接于包括散熱器、用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的冷卻泵、恒溫器等的冷卻水系統(tǒng)。在一個(gè)示例中，例如通過(guò)較高流率、增加的表面積等，位于汽缸的排氣側(cè)上的冷卻套可以比位于汽缸的進(jìn)氣側(cè)上的冷卻套具有更高的冷卻能力。在另一個(gè)示例中，位于汽缸的進(jìn)氣側(cè)上的冷卻套可以比位于汽缸的排氣側(cè)上的冷卻套具有更高的冷卻能力。
[0035]汽缸蓋175包括排氣歧管46。排氣歧管的部件將在下面并且關(guān)于圖3進(jìn)一步討論，并且包括聯(lián)接于汽缸30的多個(gè)排氣口 47，和聯(lián)接于排氣口 47的多個(gè)排氣流道310。排氣流道310可以將排氣排放到排氣收集器320中。每一個(gè)汽缸可以具有進(jìn)氣門和排氣門。在一些情況下，每一個(gè)汽缸可以包括兩個(gè)或多于兩個(gè)的進(jìn)氣門和兩個(gè)或多于兩個(gè)的排氣門。每一個(gè)進(jìn)氣門和排氣門可以分別由進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪操作。在另一個(gè)示例中，進(jìn)氣門和排氣門可以由氣門線圈和銜鐵組件來(lái)致動(dòng)。
[0036]一個(gè)或多個(gè)排氣流道310還可以構(gòu)造成包括廢氣門26 (未示出)。可替代地，廢氣門26可以包括在排氣收集器320中。廢氣門26可以構(gòu)造成控制繞過(guò)渦輪的排氣量。廢氣門26可以由廢氣門致動(dòng)器150致動(dòng)。廢氣門致動(dòng)器150可以安裝在汽缸蓋175上或軸承殼體280上。廢氣門可以響應(yīng)排氣收集器275中的壓力超過(guò)由壓力傳感器(未示出)測(cè)量的閾值或響應(yīng)MAP傳感器測(cè)量值高于提供希望的轉(zhuǎn)矩所要求的值被致動(dòng)。廢氣門致動(dòng)器150可以響應(yīng)由控制器12發(fā)送的信號(hào)被激活或停用。廢氣門26的激活允許排氣進(jìn)入排氣出口 290并且進(jìn)一步到排氣旁路管道(未示出)，從而允許排氣繞過(guò)渦輪增壓器組件。排氣出口 290可以包括在軸承殼體280中。廢氣門通道可以具有聯(lián)接于汽缸蓋的入口和聯(lián)接于軸承殼體內(nèi)的熱氣收集器的出口。
[0037]軸承殼體280可以通過(guò)安裝螺栓250和安裝螺栓凸臺(tái)252，或通過(guò)其他合適的附接裝置，附接于汽缸蓋175。如圖2所示，在這種結(jié)構(gòu)中到汽缸蓋175的軸承殼體280的直接聯(lián)接允許渦輪62位于排氣收集器320附近，從而允許發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的排氣能量的保存。如在下面并且關(guān)于圖3進(jìn)一步討論的，這種示例性結(jié)構(gòu)可以允許有渦輪增壓器組件的一些部件，例如，轉(zhuǎn)子級(jí)和定子級(jí)被直接聯(lián)接于汽缸蓋，從而使被渦輪增壓器組件所占用的空間量最小化。軸承殼體280可以包括如需要時(shí)用于安裝渦輪增壓器組件的部件的其他部件，或如需要時(shí)安裝附加傳感器或致動(dòng)器的部件。例如安裝凸臺(tái)用于排氣氧傳感器可以包含在軸承殼體280中。
[0038]圖3和圖4示出根據(jù)本公開的渦輪增壓器組件的透視圖。圖3示出根據(jù)本公開的排氣口 47、排氣流道310以及渦輪增壓器組件300的透視圖。圖3示出用于3汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性的排氣歧管46，但是可以包括更少的或附加的汽缸，例如，2個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或6個(gè)汽缸。圖4示出根據(jù)本公開的渦輪增壓器組件300的側(cè)視圖。排氣歧管46可以包括在汽缸蓋175中，如圖2所示。每一個(gè)汽缸30可以具有聯(lián)接在汽缸和排氣口 47之間的一個(gè)或多個(gè)排氣門。排氣口 47可以聯(lián)接于排氣流道310。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間排氣口接收從汽缸釋放的排氣?？梢栽趤?lái)自鄰近汽缸或不鄰近汽缸的排氣口的匯合處形成排氣流道。
[0039]一個(gè)或多個(gè)排氣流道也可以包括如上面所述的廢氣門通道26。在排氣收集器320中的排氣壓力超過(guò)預(yù)定閾值的條件下，控制器12可以激活廢氣門致動(dòng)器150，從而允許排氣流過(guò)廢氣門26并且進(jìn)入排氣出口 290中，在那里排氣可以路由通過(guò)排氣旁路管路，從而繞過(guò)渦輪增壓器組件。
[0040]在另一個(gè)示例中，一個(gè)或多個(gè)排氣導(dǎo)管310作為專用的排氣再循環(huán)系統(tǒng)的部件可以引導(dǎo)排氣返回到進(jìn)氣歧管44中用于再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10。在又一個(gè)示例中，在第一條件下氣門或其他的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以使來(lái)自一個(gè)或更多個(gè)排氣導(dǎo)管310的排氣轉(zhuǎn)移到進(jìn)氣歧管44，并且在第二條件下轉(zhuǎn)移到排氣收集器320中。
[0041]排氣收集器320可以包括在軸承殼體280中。在另一個(gè)示例中，排氣收集器可以包括在汽缸蓋175中。在又一個(gè)示例中，排氣收集器可以是聯(lián)接在汽缸蓋和軸承殼體之間的獨(dú)立部件，或可以由汽缸蓋和軸承殼體兩者的各一部分構(gòu)成。排氣可以從排氣收集器320被引導(dǎo)到渦輪增壓器組件300。
[0042]渦輪增壓器組件300可以包括軸承殼體280、渦輪殼體285、渦輪62、壓縮機(jī)殼體335、壓縮機(jī)60以及其部件，其中一些部件在下面并參考圖4進(jìn)一步討論。排氣收集器320可以作為軸承殼體280的部件被制造或可以獨(dú)立制造。在圖3和圖4所示的示例性系統(tǒng)中，渦輪62是軸流式渦輪，但是也可以用徑流式渦輪或混流式渦輪。渦輪可以具有單級(jí)或多級(jí)。定子也可以具有單級(jí)或多級(jí)。對(duì)于軸流式渦輪，接近渦輪轉(zhuǎn)子葉片的排氣流可以被描述為基本軸向地流動(dòng)。在這里，“基本軸向地”用來(lái)指通過(guò)渦輪的排氣流平行于渦輪軸。排氣入口可以構(gòu)造成以基本軸向的方向引導(dǎo)排氣到渦輪。在另一個(gè)示例中，渦輪62可以構(gòu)造成是徑流式渦輪，其中接近渦輪轉(zhuǎn)子葉片的排氣流基本徑向地流動(dòng)，并且其中排氣入口構(gòu)造成以基本垂直于渦輪軸的方向引導(dǎo)排氣到渦輪軸。在另一個(gè)示例中，排氣可以以在軸向和徑向之間的幾何形狀接近渦輪，例如，混流式渦輪。
[0043]渦輪殼體280可以用鑄鐵或具有耐高熱變形的其他合適的材料制造，或在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間適合于暴露在所經(jīng)受的高溫下的其他合適的材料制造。渦輪定子322可以通過(guò)將沖壓的金屬板焊接成合適的形狀和結(jié)構(gòu)來(lái)制造，或可以作為鑄件制造。渦輪收集器350可以作為軸承殼體280的部件被制造，其也可以用鑄鐵或具有耐高溫能力的其他合適的材料制造。在這個(gè)示例中，可以或可以不包括進(jìn)一步液體冷卻系統(tǒng)。
[0044]渦輪殼體285也可以用諸如鋁的材料制造，并且因此還可以包括包含在殼體中的或圍繞殼體的液體冷卻系統(tǒng)。如圖4所示，機(jī)油和冷卻液供給401通過(guò)集成在收集器和軸承殼體中的通道402供給軸承殼體280。冷卻也可以用外部冷卻液管和軟管來(lái)供給。在另一個(gè)示例中，渦輪殼體285可以制造成與軸承殼體280分開的單件并且用螺栓和其他合適的緊固件聯(lián)接軸承殼體。
[0045]渦輪增壓器組件300包括定子322、轉(zhuǎn)子325、渦輪62、壓縮機(jī)60、壓縮機(jī)殼體335和軸承殼體280。渦輪62可以經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)軸160聯(lián)接于壓縮機(jī)60。定子322可以放置在汽缸蓋175內(nèi)。在一個(gè)示例中，定子322可以用不銹鋼板金屬的焊接件制造。定子322可以鑄造成單件或鑄造成多件。定子322可以用各種方法附接，包括卡扣到位、壓到位，或用螺栓或V形帶機(jī)械連接。定子可以設(shè)計(jì)成配合在汽缸蓋內(nèi)的互補(bǔ)的定子安裝件中，該定子安裝件既保持定子又防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。在一些示例中，汽缸蓋可以被構(gòu)造成用作定子并且構(gòu)造成操縱并加速排氣流到希望的進(jìn)入角和速度。
[0046]轉(zhuǎn)子325也可以放置在汽缸蓋175內(nèi)。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子可以經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)銷安裝。軸承殼體可以具有在銷安裝件附近所路由的(一個(gè)或多個(gè))冷卻通道，以便使軸承殼體的熱變形最小化并且確保轉(zhuǎn)子保持在合適的位置并且在轉(zhuǎn)子葉片和殼體之間保持足夠的距離，以便不引起葉片摩擦并保持必要的最小間隙，以保持渦輪效率。
[0047]渦輪增壓器組件300也可以包括在渦輪后面的氣體收集器350。氣體收集器350可以包括喇叭形的通道，其中排氣可以從渦輪路由到軸承殼體280的單個(gè)的出口部件290。氣體收集器350可以進(jìn)一步與排氣出口 290匯合，或可以將排氣引導(dǎo)到排放控制裝置或排氣再循環(huán)系統(tǒng)。
[0048]軸承殼體可以包括設(shè)計(jì)成用于軸向和徑向載荷兩者的多個(gè)軸承。該軸承可以包括軸頸軸承、球軸承、滾針軸承、空氣軸承或其他這種合適的軸承。渦輪殼體可以被路由以包括由供給管道420饋送的機(jī)油和冷卻液供給。
[0049]壓縮機(jī)60包括壓縮機(jī)殼體335、壓縮機(jī)收集器、葉輪和空氣入口(未示出)。壓縮機(jī)葉輪可以經(jīng)由軸160聯(lián)接于渦輪62。通過(guò)渦輪的排氣流可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸160的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這進(jìn)而又驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)?？諝馊肟跒閴嚎s機(jī)提供空氣，該空氣然后被壓縮機(jī)60壓縮。壓縮空氣然后通過(guò)上面所述的并且在圖1中示意地示出的一系列的導(dǎo)管被傳遞返回至進(jìn)氣歧管44。
[0050]渦輪增壓器組件300被示出具有單個(gè)渦輪和單個(gè)渦殼。在另一個(gè)示例中，渦輪增壓器組件300可以包括多于一個(gè)渦輪和多于一個(gè)渦殼，例如，雙渦殼渦輪。渦輪增壓器組件300被示出具有單個(gè)壓縮機(jī)，但是可以包括多于一個(gè)壓縮機(jī)。在具有多于一個(gè)渦輪的示例性系統(tǒng)中，渦輪可以具有驅(qū)動(dòng)單個(gè)壓縮機(jī)或多個(gè)壓縮機(jī)的同心軸。在另一個(gè)示例中，機(jī)械增壓器也可以包括在車輛系統(tǒng)中。
[0051]圖1-4所示的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一種或多種系統(tǒng)，例如，一種渦輪增壓系統(tǒng)，其包括:包括渦輪的軸承殼體；經(jīng)由軸聯(lián)接于渦輪的至少一個(gè)壓縮機(jī)；并且其中渦輪包括通過(guò)軸承殼體安裝于汽缸蓋并且定位于汽缸蓋的排氣通道中的定子級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)。渦輪可以是軸流式渦輪、徑流式渦輪或混流式渦輪。軸承殼體還可以包括熱氣體收集器。軸承殼體和熱氣體收集器可以是一個(gè)部件，并且包括軸承殼體和熱氣體收集器的部件還可以包括用于機(jī)油和冷卻液的通道。汽缸蓋還可以包括由聯(lián)接于渦輪增壓器或聯(lián)接于汽缸蓋的致動(dòng)器來(lái)致動(dòng)的廢氣門通道。軸承殼體可以用諸如鑄鐵的鑄造材料制造或者是制造者(fabricator)組件。針對(duì)渦輪的輪頂端對(duì)齊和間隙，轉(zhuǎn)子級(jí)可以使用一個(gè)或更多個(gè)銷。
[0052]在另一個(gè)示例中，一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，其包括:汽缸蓋，該汽缸蓋包括包含在汽缸蓋內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排氣通道；渦輪增壓器，包括:包含轉(zhuǎn)子級(jí)的一個(gè)或多個(gè)渦輪、壓縮機(jī)以及將渦輪聯(lián)接于壓縮機(jī)的軸；并且其中一個(gè)或多個(gè)排氣通道包括第一和第二出口，轉(zhuǎn)子級(jí)聯(lián)接于第一出口使得流過(guò)第一出口的排氣引起渦輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，第二出口繞過(guò)聯(lián)接于第一出口的轉(zhuǎn)子級(jí)，并且其中渦輪殼體由汽缸蓋形成。該渦輪增壓器可以不包括定子級(jí)，并且汽缸蓋可以構(gòu)造成操縱并加速排氣流到希望的進(jìn)入角和速度。該渦輪增壓器還可以包括定子級(jí)。該定子級(jí)可以是焊接成形的制造的板狀不銹鋼輪，或鑄造的定子，并且可以包括用于水冷卻的路由(routing)，并且可以包括附接特征，并且該附接特征可以是卡口到位、壓到位、螺釘系統(tǒng)、或V形帶夾具系統(tǒng)中的一個(gè)。該汽缸蓋可以覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的直列式汽缸。一個(gè)或多個(gè)渦輪可以是軸流式、徑流式或混流式渦輪。渦輪增壓器軸承可以固定在汽缸蓋內(nèi)，并且汽缸蓋可以包括鄰近渦輪的冷卻液通道。
[0053]圖1-4所示的系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)一種或多種方法。在一個(gè)示例中，一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方法，其包括:在汽缸蓋內(nèi)，組合來(lái)自多個(gè)汽缸的排氣流；將組合的排氣流從汽缸蓋引導(dǎo)到位于軸承殼體內(nèi)的渦輪；并且將組合的排氣流從渦輪引導(dǎo)到在軸承殼體內(nèi)的熱氣體收集器。該方法還包括在第一條件期間引導(dǎo)組合的排氣流的一部分通過(guò)廢氣門通道，該廢氣門通道具有聯(lián)接于汽缸蓋的入口和聯(lián)接于軸承殼體內(nèi)的熱氣體收集器的出口。
[0054]應(yīng)當(dāng)明白，本文所公開的結(jié)構(gòu)和程序在本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體的實(shí)施例不被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多變體是可能的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-2、1-3、1-4、1-6、V-12、對(duì)置2缸、對(duì)置4缸以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本公開的主題包括本文所公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見(jiàn)的組合和子組合。
[0055]下面的權(quán)利要求具體指出認(rèn)為新穎的和非顯而易見(jiàn)的一些組合和子組合。這些權(quán)利要求可以涉及“一種”元件或“第一”元件或其等同物。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為包括一個(gè)或更多個(gè)這種元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或更多個(gè)這種元件。所公開的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其他組合或子組合可以通過(guò)修改本權(quán)利要求或在本申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)中提出新權(quán)利要求來(lái)要求保護(hù)。這些權(quán)利要求，比原權(quán)利要求在范圍上無(wú)論是更寬、更窄、相等或不同都被認(rèn)為包含在本公開的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪增壓器系統(tǒng)，其特征在于包括: 包括渦輪的軸承殼體； 經(jīng)由軸聯(lián)接于所述渦輪的至少一個(gè)壓縮機(jī)；并且 其中所述渦輪包括通過(guò)所述軸承殼體安裝到汽缸蓋并且定位于所述汽缸蓋的排氣通道中的定子級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪是軸流式渦輪、徑流式渦輪或混流式渦輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軸承殼體還包括熱氣體收集器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軸承殼體和熱氣體收集器是一個(gè)部件，并且其中包括所述軸承殼體和熱氣體收集器的所述部件還包括用于機(jī)油和冷卻液的通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汽缸蓋還包括廢氣門通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括聯(lián)接于所述渦輪增壓器或聯(lián)接于所述汽缸蓋的致動(dòng)器來(lái)致動(dòng)所述廢氣門通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軸承殼體是用諸如鑄鐵的鑄造材料制造或是制造者組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)或多個(gè)銷，針對(duì)所述渦輪的輪頂端的位置對(duì)齊和間隙，所述轉(zhuǎn)子級(jí)使用一個(gè)或多個(gè)銷。
9.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 汽缸蓋，所述汽缸蓋包括包含在所述汽缸蓋內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排氣通道； 渦輪增壓器，所述渦輪增壓器包括:一個(gè)或多個(gè)渦輪，所述渦輪包括轉(zhuǎn)子級(jí)、一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)以及將所述渦輪聯(lián)接于所述一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)軸；并且 其中，所述一個(gè)或多個(gè)排氣通道包括第一出口和第二出口，所述轉(zhuǎn)子級(jí)聯(lián)接于所述第一出口使得流過(guò)所述第一出口的排氣引起所述渦輪繞所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)，所述第二出口繞過(guò)聯(lián)接于所述第一出口的所述轉(zhuǎn)子級(jí)，并且其中所述渦輪殼體由所述汽缸蓋形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪增壓器不包括定子級(jí)，并且其中所述汽缸蓋被構(gòu)造成操縱并加速排氣流到希望的進(jìn)入角和速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪增壓器還包括定子級(jí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定子級(jí)是焊接成形的制造的板狀不銹鋼輪或者鑄造的定子。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定子級(jí)包括用于水冷卻的路由。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定子級(jí)包括附接特征，所述附接特征可以是卡扣到位、壓到位、螺釘系統(tǒng)或者V形帶夾具系統(tǒng)中的一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汽缸蓋覆蓋所述發(fā)動(dòng)機(jī)的直列式汽缸。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)渦輪是軸流式渦輪、徑流式渦輪或者混流式渦輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括固定在所述汽缸蓋內(nèi)的渦輪增壓器軸承。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括鄰近所述渦輪在所述汽缸蓋中的冷卻液通道。
【文檔編號(hào)】F01D5/08GK204225997SQ201420330743
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】R·A·維德 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司