双涡形涡轮的排气流量阀及其操作方法技术

本申请涉及双涡形涡轮的排气流量阀及其操作方法。描述一种机械增压发动机和其操作方法，其用于调整双通道涡轮的分开通道之间的流体耦合的程度。在一个特定示例中，纵向可移置的流量转移阀被布置以便相对于提供通道之间的耦接的排气气流进行横向运动，流量转移阀在流量转移管内的位置控制流体耦合的程度以及通过放气管路的排气流动速率，所述放气管路引导气流经过双通道涡轮的转子。以此方式，根据本公开的流量转移阀有利地允许基于一个或多个发动机工况调整机械增压模式以使用简化的阀门布置控制流体耦合的程度。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】交叉参考相关申请本申请要求于2014年2月20日提交的德国专利申请第102014203081.1号的优先权，其全部内容通过引用合并于此以用于各种目的。
本申请涉及机械增压内燃发动机和操作所述类型发动机的方法。
技术介绍
机械增压内燃发动机可以基于发动机输出以不同模式进行操作。例如，当发动机在较低的发动机转速和/或载荷范围内进行操作时，可以采用脉冲机械增压可以来增强发动机的工作性能。脉冲机械增压有利地使用充气交换期间产生的动力波来进行机械增压以增强发动机操作，所述动力波可以对涡轮产生压力波动。可替换地，在较高发动机转速下，可能期望更加恒定的排气压力以用于更平稳的发动机操作，因为当涡轮上的冲击和压力波动被减弱时，涡轮可以以更高的效率操作。因此，冲压机械增压可以被用于在高发动机输出期间减少涡轮上的部分波动载荷。在充气交换期间将燃烧气体从发动机汽缸内排出实质上基于两种类型的机制。当出口阀在接近下止点处打开时，充气交换开始并且由于在燃烧结束时汽缸内显著的高压力水平，燃烧气体以高速流动穿过出气口进入排气排出系统。流动速率可以基于燃烧室和与之关联的排气管道之间的关联压力差。所述压力驱动的流动过程由高压峰值辅助，所述高压峰值也被称为出口前冲击，其以音速沿着排气管道传播，由于摩擦力的存在，其压力随着行进距离的增加而在较大或较小程度上被耗散或减弱。在充气交换的进一步过程期间，汽缸中的压力和排气管道内的压力是均衡的，并且燃烧气体不再被以压力驱动的方式排出，而是由于燃烧室的活塞的往复运动被排出。在低排气流动速率占优势时的低载荷或发动机转速下，出口前冲击可以被有利地用于脉冲机械增压，因此甚至在低涡轮转速下也有可能获得高涡轮压力比。为了利用发生在排气排出系统中的动力波现象(特别是出口前冲击)进行脉冲机械增压以增强内燃发动机的操作性能，必须维持排气排出系统内的压力峰值或出口前冲击。特别有利的是所述压力波动在排气管道内被强化。因此，以某种方式将汽缸分组或者合并排气管道以便在操作过程中维持排气排出系统内的高压(特别是个体汽缸的出口前冲击)是适宜的。但是，当冲击或部分波动载荷(例如压力波动)被减小时，涡轮效率增加。因此，在高发动机转速下，采用恒定的排气压力(因此涡轮上游的压力具有小波动)以便实现所谓的冲压机械增压。由于涡轮上游的相应较大的排气体积，能够通过将汽缸分组以合并排气流而使得排气管道内的压力脉动平缓。因此在排气排出系统内出现关于低发动机转速和高发动机转速下的最佳性能的冲突，或者针对低排气流动速率和针对相对高排气流动速率而优化排气排出系统的冲突。将汽缸分组以实现脉冲机械增压在低发动机转速下产生适宜的操作性能，但是由于压力波动而在较高发动机转速下降低了涡轮效率。相反，如果在涡轮的上游实现大排气体积以便能够通过增加排气管道的体积来缓和在相对高发动机转速下的压力波动从而利用冲压机械增压的优点，则可能损害在低发动机转速下的操作性能，即所谓的低端扭矩。两个汽缸组的两个排气歧管以取决于发动机工况的方式被彼此连接和彼此分开的概念是已知的。然后排气排出系统根据发动机转速或气体动力学进行配置，以便通过分开排气歧管来实现脉冲机械增压对内燃发动机进行的机械增压，而通过连接排气歧管来实现冲压机械增压对内燃发动机进行的机械增压。但是，当连接被定位成靠近汽缸的出气口时出现了缺点，这是由于以上所述的残留气体问题以及相关联的爆震问题被助长，即被强化了。可替换系统可以基于阀门的位置(例如提升阀，其位置可以是打开的或关闭的)来调整机械增压模式。但是，这种系统具有以下弱点，即阀门的打开/关闭状态不允许在工况范围内进行排气耦合的精密调整。换句话说，由于在两个通道的每个通道之间的排气耦合程度是不容许的，特别是结合排气放气(blow-off)，因此出现了困难，这在某些条件下可能是有利的。
技术实现思路
本专利技术人已经认识到这种方案的问题并且在此描述了一种双通道涡轮，其包括被布置在流量转移管内的纵向可移置的流量转移阀，所述流量转移管将双通道涡轮的第一通道耦接到第二通道，所述阀门相对于排气的流动被横向布置。进一步包含的流量转移阀的结构特征允许基于阀门相对于流量转移管的位置控制第一和第二通道及废气门通路之间的连通程度。以此方式，实现了流量转移阀允许基于流体耦合程度使用简化的阀门布置及其控制装置来调整机械增压模式的技术效果。在一个特定示例中，将流量转移阀定位在管道内的静止位置可完全分开双通道涡轮的第一和第二通道，而同时阻塞排气气流到达废气门通路，穿过第一和第二通道的排气气流被分开引导到双通道涡轮的转子。然后，将流量转移阀的位置调整到管道内的第一位置可允许仅在双通道涡轮的第一和第二通道之间连通，而同时阻挡排气气流到达废气门通路，其中第一和第二通道之间的连通程度是响应于流量转移阀的柱塞状末端占居流量转移管的第一凹口的程度来确定的。进一步调整到管道内的第二位置可允许第一和第二通道以及与之一起被包含的废气门通路之间连通。基于以下更详细描述的阀门的结构特征，在第二位置，第一和第二通道以及废气门通路之间的连通程度是响应于柱塞状末端相对于流量转移管的第二凹口的位置来确定的，这有利地允许排气放气的精密调整。换句话说，根据本公开的系统允许基于阀门在管道内的位置来调整经由放气管道被引导经过双通道涡轮的转子的排气流的速率。在根据本公开的内燃发动机中，与涡轮的个体通道连通的排气排放系统的体积是能够变化的，具体表现为涡轮的两个通道基于流量转移阀相对于流量转移管的位置而被连接或分开。因此，双通道涡轮的至少一个转子上游的排气体积或排气排出系统也有可能适合于不同的内燃发动机工况，特别是不同的排气流动速率或不同的发动机转速，并且也有可能在这方面进行优化。当被单独考虑或结合附图时，本说明书的以上优点和其他优点以及特征在以下【具体实施方式】中是显而易见的。应该理解的是提供以上内容以便以简化的方式引入选择的概念，所述概念将在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着识别了所要求保护的主题的关键特征或本质特征，所述主题的范围由随附于【具体实施方式】的权利要求书唯一地限定。而且，所要求保护的主题并不局限于解决了上文或本公开的任何部分所指出的任何缺点的实施方式。【附图说明】当被单独考虑或参考附图时，通过阅读示例的实施例(在此被称为【具体实施方式】)将会更加完全地理解本文所描述的优点，其中:图1A示意性地显示了双流式祸轮(dual-flow turbine)，其中垂直于转子的旋转轴对其进行剖切；图1B示意性地显示了并流式祸轮(twin-flow turbine)，其中垂直于转子的旋转轴对其进行剖切；图1C示意性地显示了沿着所标示的截面A-A的图1B的并流式涡轮；图2A示意性地并部分地在沿着图2D内标示的直线A-A的横截面内显示了根据第一实施例的双通道涡轮的外壳的一部分，其中截流元件位于静止位置；图2B示意性地并部分地在沿着图2D内标示的直线A-A的横截面内显示了位于第一工作位置的截流元件；图2C示意性地并部分地在沿着图2D内标示的直线A-A的横截面内显示了位于第二工作位置的截流元件。图2D以平面图并且部分地以垂直于截流元件的位移方向的横截面图示意性地显示了在图2A、2B及2C中示出的外壳部分；图3A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机，其包括：至少两个汽缸，其被布置成不同的组；独立排气管路，其基于汽缸组从其流入分开的排气通道；双通道涡轮，其被配置为接收所述分开的排气流，其包括纵向可移置的流量转移阀，所述流量转移阀相对于所述排气流被横向布置成定位在流量转移管内，所述阀相对于所述管的位置控制所述分开的通道之间的流体耦合的程度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·斯米利亚诺夫斯基，H·M·金德尔，J·克默林，A·库斯克，F·A·萨默候夫，J·邓斯尔摩，L·斯塔姆普，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US