冷却式两级涡轮增压系统技术方案

一种内燃发动机，包括：缸体，限定汽缸；缸盖；排气集管，操作地连接到缸盖且配置为从汽缸排出燃烧后气体。发动机还包括涡轮增压系统，配置为对用于输送到汽缸的空气流加压。该涡轮增压系统包括低流量涡轮增压器，具有第一涡轮壳体；高流量涡轮增压器，具有第二涡轮壳体。每个涡轮增压器被配置为由来自排气集管的燃烧后气体驱动，以加压空气流，并将加压的空气流排放到汽缸。该涡轮增压系统还包括流动控制装置，用于选择性地引导燃烧后气体到低流量和高流量涡轮增压器。涡轮增压系统附加地包括冷却模块，配置为冷却第二涡轮壳体。还公开了使用这样的发动机的车辆。

Two stage turbocharging system

The invention relates to an internal combustion engine, which comprises a cylinder body, a cylinder, a cylinder cover, an exhaust manifold, and an exhaust pipe connected with the cylinder head. The engine also includes a turbocharger system configured to pressurize the air flow to the cylinder. The turbocharging system comprises a low flow turbocharger, which is provided with a first turbine shell, a high flow turbocharger and a second turbine casing. Each turbocharger is configured to be driven by a post combustion gas from the exhaust manifold to pressurize the air flow and discharge pressurized air flow to the cylinder. The turbocharger system also includes a flow control device for selectively guiding the combustion gas to a low flow and high flow turbocharger. The turbocharging system additionally includes a cooling module configured to cool the second turbine housing. Vehicles using such engines are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种用于内燃发动机的冷却式两级涡轮增压系统。
技术介绍
内燃发动机(ICE)往往被要求在可靠的基础上长期产生可观水平的动力。很多这样的ICE使用增压装置，譬如排气涡轮驱动的涡轮增压器，以在空气流进入发动机的进气集管之前压缩空气流，以便于增加动力和效率。特别地，涡轮增压器是离心气体压缩器，相比于利用大气压可实现的空气量而言，其迫使更多的空气、且由此更多的氧气进入到ICE的燃烧室中。被迫入ICE的附加质量的含氧空气提高了发动机的容积效率，允许它在给定循环内燃烧更多的燃料，且由此产生更大的动力。在增加总发动机效率和响应的努力中，一些ICE使用两级涡轮增压系统，其包括由较低排气流驱动的较小的涡轮增压器和由较高的排气流驱动的较大的涡轮增压器。在这样的系统中的两个涡轮增压器之间的过渡通常基于特定发动机配置和操作要求来控制。在较高的发动机速度和负载下，发动机排气的温度通常会升高。结果，涡轮增压器频繁经受实质热应力，其可能需要使用结构增强和高温材料来确保可靠的涡轮增压器操作。
技术实现思路
本公开的一个实施例涉及一种内燃发动机，其包括缸体。缸体限定汽缸和安装到缸体的缸盖。缸盖配置为供应空气和燃料到汽缸，用于在其中燃烧。发动机还包括排气集管，其操作地连接到缸盖且配置为从汽缸排出燃烧后气体。发动机的涡轮增压系统被配置为对用于输送到汽缸的空气流进行加压。该涡轮增压系统包括具有第一涡轮壳体的低流量涡轮增压器，和具有第二涡轮壳体的高流量涡轮增压器。低流量和高流量涡轮增压器的每个被配置为由来自排气集管的燃烧后气体驱动，以加压空气流，并将加压的空气流排放到汽缸。该涡轮增压系统还包括流动控制装置，用于选择性地引导燃烧后气体到低流量和高流量涡轮增压器。涡轮增压系统附加地包括冷却模块，配置为冷却第二涡轮壳体。发动机可限定冷却剂通道，且冷却模块可限定冷却剂套，其与冷却剂通道流体连通。排气集管可包括与涡轮增压系统流体连通的单个出口。此外，第一涡轮壳体和第二涡轮壳体每个可包括入口和出口，排气集管的单个出口可与第一涡轮壳体的入口流体连通，且第一涡轮壳体的出口可与第二涡轮壳体的入口流体连通。涡轮增压系统可附加地包括旁路，该旁路由流动控制装置控制，且被配置为选择性地引导燃烧后气体到第一涡轮壳体的入口和第二涡轮壳体的入口。在这样的情况下，冷却模块可配置为冷却旁路。第一涡轮壳体和第二涡轮壳体可以结合为单个涡轮壳体组件。在这样的情况下，流动控制装置可并入到涡轮壳体组件中，且冷却模块可被配置为冷却第一涡轮壳体的入口、第二涡轮壳体的入口和流动控制装置。冷却模块可包括排气流通道。冷却剂套可以配置为冷却排气流通道。冷却模块可以为铸造部件，且冷却剂套则可以铸入到冷却模块中。冷却模块可并入到第二涡轮壳体的入口中。冷却模块可包括冷却剂入口和冷却剂出口。冷却剂入口和冷却剂出口每个可与发动机中的冷却剂通道流体连通。排气集管可包括第一出口和第二出口。排气集管的第一出口和第二出口的每个可被配置为从汽缸排放燃烧后气体。低流量涡轮增压器可以配置为由来自第一出口的燃烧后气体驱动，而高流量涡轮增压器可以配置为由来自第二出口的燃烧后气体驱动。流动控制装置可以被直接附接到第二出口且与其流体连通。此外，冷却模块可以使得冷却剂绕流动控制装置流通。冷却模块还可以被并入到流动控制装置中。发动机还可以包括可编程控制器，以调节流动控制装置的操作。在这种情况下，控制器可以被编程为关闭流动控制装置以引导燃烧后气体到低流量涡轮增压器，和打开流动控制装置以引导燃烧后气体到高流量涡轮增压器。控制器可以编程为在燃烧后气体低于预定流量的情况下关闭流动控制装置，且在处于或高于预定流量的情况下打开流动控制装置。此外，控制器可以编程为经由流体阀调节冷却模块的操作。排气集管可以集成到缸盖中。此外，缸盖可以集成到缸体中，或与缸体一起铸造。本公开的另一实施例涉及使用如上所述的发动机的车辆。车辆可以包括：被驱动轮；以及动力传动系，包括内燃发动机和变速器组件，变速器组件操作地连接到发动机且配置为将发动机扭矩传递到被驱动轮，所述发动机包括：缸体，限定汽缸；缸盖，安装到缸体，且配置为供应空气和燃料到汽缸以用于在其中燃烧；排气集管，操作地连接到缸盖且配置为从汽缸排出燃烧后气体；以及涡轮增压系统，配置为对从大气接收的用于输送到汽缸的空气流进行加压，该涡轮增压系统包括：低流量涡轮增压器，具有第一涡轮壳体且配置为由来自排气集管的燃烧后气体驱动，以加压空气流，并将加压的空气流排放到汽缸；高流量涡轮增压器，具有第二涡轮壳体且配置为由来自排气集管的燃烧后气体驱动，以加压空气流，并将加压的空气流排放到汽缸；流动控制装置，配置为选择性地引导燃烧后气体到低流量涡轮增压器和高流量涡轮增压器；以及冷却模块，配置为冷却第二涡轮壳体。优选地，发动机限定冷却剂通道，且冷却模块限定冷却剂套，所述冷却剂套与冷却剂通道流体连通。优选地，冷却模块包括排气流通道，且冷却剂套被配置为冷却所述排气流通道。其中冷却模块包括冷却剂入口和冷却剂出口，其中冷却剂入口和冷却剂出口的每个与发动机中的冷却剂通道流体连通。优选地，排气集管包括与涡轮增压系统流体连通的单个出口；第一涡轮壳体和第二涡轮壳体的每个包括入口和出口，排气集管的单个出口与第一涡轮壳体的入口流体连通，且第一涡轮壳体的出口与第二涡轮壳体的入口流体连通；涡轮增压系统包括旁路，所述旁路由流动控制装置控制，且被配置为选择性地引导燃烧后气体到第一涡轮壳体的入口和第二涡轮壳体的入口；以及冷却模块被配置冷却所述旁路。优选地，第一涡轮壳体和第二涡轮壳体被结合为单个涡轮壳体组件，流动控制装置被并入到涡轮壳体组件中，且冷却模块被配置为冷却第一涡轮壳体的入口、第二涡轮壳体的入口、和流动控制装置。优选地，排气集管包括第一出口和第二出口；第一出口和第二出口的每个被配置为从汽缸排放燃烧后气体；低流量涡轮增压器被配置为由来自第一出口的燃烧后气体驱动；高流量涡轮增压器被配置为由来自第二出口的燃烧后气体驱动；流动控制装置被直接附接到第二出口且与该第二出口流体连通；以及冷却模块使得冷却剂绕流动控制装置流通。优选地，冷却模块被并入到流动控制装置中。优选地，冷却模块被并入到第二涡轮壳体的入口中。优选地，车辆还包括可编程的控制器，其配置为调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃发动机，包括：缸体，限定汽缸；缸盖，安装到缸体，且配置为供应空气和燃料到汽缸以用于在其中燃烧；排气集管，操作地连接到缸盖且配置为从汽缸排出燃烧后气体；以及涡轮增压系统，配置为对从大气接收的用于输送到汽缸的空气流进行加压，所述涡轮增压系统包括：低流量涡轮增压器，具有第一涡轮壳体且配置为由来自排气集管的燃烧后气体驱动，以对所述空气流进行加压，并将加压的空气流排放到汽缸；高流量涡轮增压器，具有第二涡轮壳体且配置为由来自排气集管的燃烧后气体驱动，以对所述空气流进行加压，并将加压的空气流排放到汽缸；流动控制装置，配置为选择性地引导燃烧后气体到低流量涡轮增压器和高流量涡轮增压器；以及冷却模块，配置为冷却第二涡轮壳体。

【技术特征摘要】
2014.10.09 US 14/510,6911.一种内燃发动机，包括：
缸体，限定汽缸；
缸盖，安装到缸体，且配置为供应空气和燃料到汽缸以用于在其中燃烧；
排气集管，操作地连接到缸盖且配置为从汽缸排出燃烧后气体；以及
涡轮增压系统，配置为对从大气接收的用于输送到汽缸的空气流进行加
压，所述涡轮增压系统包括：
低流量涡轮增压器，具有第一涡轮壳体且配置为由来自排气集管的
燃烧后气体驱动，以对所述空气流进行加压，并将加压的空气流排放到汽缸；
高流量涡轮增压器，具有第二涡轮壳体且配置为由来自排气集管的
燃烧后气体驱动，以对所述空气流进行加压，并将加压的空气流排放到汽缸；
流动控制装置，配置为选择性地引导燃烧后气体到低流量涡轮增压
器和高流量涡轮增压器；以及
冷却模块，配置为冷却第二涡轮壳体。
2.如权利要求1所述的发动机，其中所述发动机限定冷却剂通道，且
冷却模块限定冷却剂套，所述冷却剂套与冷却剂通道流体连通。
3.如权利要求2所述的发动机，其中冷却模块包括排气流通道，且冷
却剂套被配置为冷却排气流。
4.如权利要求2所述的发动机，其中冷却模块包括冷却剂入口和冷却
剂出口，且其中冷却剂入口和冷却剂出口的每个与发动机中的冷却剂通道流
体连通。
5.如权利要求1所述的发动机，其中：
排气集管包括与涡轮增压系统流体连通的单个出口；
第一涡轮壳体和第二涡轮壳体的每个包括入口和出口，排气集管的单个
出口与第一涡轮壳体的入口流体连通，且第一涡轮壳体的出口与...

【专利技术属性】
技术研发人员：KJ吴，JG科勒，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US