具有双级涡轮增压器的内燃发动机制造技术

本文公开了一种用于内燃发动机(110)的双级涡轮增压器(900)，双级涡轮增压器(900)包括通过高压涡轮入口管道(255)流体连接到发动机(110)的排气歧管(225)的高压涡轮(250)和通过低压涡轮入口管道(555)流体连接到高压涡轮(250)的低压涡轮(550)，其中，低压涡轮(550)是可变几何涡轮，其中，双级涡轮增压器(900)包括旁路管道系统(800)以使得可变几何低压涡轮旁路，其中，旁路管道系统包括旁路阀(820、855)。

Internal combustion engine with double stage turbocharger

This paper discloses an internal combustion engine (110) of the two-stage turbocharger (900), two-stage turbocharger (900) including through the entrance pipe of high pressure turbine (255) fluid connected to the engine (110) of the exhaust manifold (225) of the high pressure turbine (250) and the low pressure turbine entrance pipeline (555) fluid connected to the high-pressure turbine (250) of the low pressure turbine (550), among them, the low pressure turbine (550) is variable turbine geometry, the two-stage turbocharger (900) includes a bypass pipe system (800) to the variable geometry turbine bypass, the bypass pipe system comprises a bypass valve (820, 855).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有双级涡轮增压器的内燃发动机。
技术介绍
本领域已知用于内燃发动机的双级涡轮增压器并且所述双级涡轮增压器包括高压(HP)涡轮增压器和低压(LP)涡轮增压器，每个涡轮增压器进而包括旋转地联接到涡轮的压缩机。这些涡轮增压器系统可以构造为在低/中发动机速度下操作两个涡轮增压器并且构造为在高的发动机速度下仅仅操作LP涡轮增压器。在该第二种情况下，HP涡轮增压器被旁路。涡轮增压器允许更高的内燃发动机性能。然而，涡轮增压器存在一些缺点，特别是当内燃发动机在低速和/或低载荷下操作时。第一缺点在于：作为示例，不可忽略的从通过LP涡轮壳体的排气的热损失，所述热损失的实体取决于系统的布局并且在低的发动机速度和载荷下是关键的以使得后处理系统能够正常地操作。实际上，在排气排出环境之前处理排气的系统需要最小阈值温度以确保足够高的转化效率，因此，结果，必须使用激进的预热策略以补偿温度损失。这导致燃料消耗劣化。在后处理(AT)系统内，DPF(柴油微粒过滤器)在碳烟过滤器再生过程期间需要足够高且稳定的温度。因此，上述热损失必须通过额外的燃料喷射而恢复。这导致减小的碳烟氧化效率，其需要更频繁的DPF再生以及因此更高的燃料消耗并且消费者经历的油稀释。作为更频繁再生的另外的缺点，由于在再生过程期间，暴露到达到的高温的时间增加，AT受到更高的热应力以及老化，这具有排放达标的潜在缺点。而且，由于涡轮机叶轮以及取决于从排气歧管到后处理系统的排气线路的引导，双级涡轮增压器系统由与单级涡轮增压器系统相比而言更高的排气背压(即，在排气阀后的压力)影响。在进气侧上存在相似的影响，其中，低压级与单级压缩机相比而言增加进一步的压降。结果，排气歧管压力通常高于入口歧管压力，存在由活塞进行的负功(negativework)(已知为“泵送动作”)，其增加了燃料消耗。
技术实现思路
公开的实施例的目的是提供一种具有双级涡轮增压器系统的内燃发动机，所述双级涡轮增压器系统没有上述的缺点。特别地，本专利技术的实施例的目的是提供一种具有高性能进气系统的内燃发动机，其确保即使在低的操作速度下也具有高的效率。这个目的和其他目的通过具有独立权利要求记载的特征的具有双级涡轮增压器的内燃发动机以及操作所述内燃发动机的方法实现。从属权利要求限定有利的方面。本专利技术的实施例提供一种具有双级涡轮增压器的内燃发动机，所述双级涡轮增压器包括通过高压涡轮入口管道流体连接到内燃发动机的排气歧管的高压涡轮和通过低压涡轮入口管道流体连接到高压涡轮的可变几何低压涡轮，其中，双级涡轮增压器包括旁路管道系统以使得可变几何低压涡轮旁路，所述旁路系统包括旁路阀。有利地，旁路管道系统允许使得可变几何低压涡轮旁路，尤其是在内燃发动机低速或者低载荷下。本专利技术的实施例的优点在于，离开双级涡轮增压器并且到达内燃发动机的后处理系统的排气气体的更高的温度。这确保后处理系统的正常操作。除了其他以外，这个事实导致例如在催化转化器、氧化催化剂、稀NOx捕集器、选择性催化还原(SCR)系统中更高的催化转化效率以及更高的微粒过滤器再生效率(特别是在柴油微粒过滤器DPF中)，这具有燃料经济性和油稀释的好处。而且，本专利技术的实施例的有利方面在于减小排气背压(即，在排气阀后的压力)，所述背压可能阻碍发动机活塞的运行。由于高压涡轮的改进的操作状态，该减小允许更低的燃料消耗和在第一瞬时的更好的瞬时响应。根据本专利技术的实施例，旁路管道系统包括旁路管道并且旁路阀设置在旁路管道中。由于如此，旁路管道系统可以相对于可变几何低压涡轮安装在外部。结果，不需要改变涡轮的结构。根据本专利技术的另一实施例，可变几何低压涡轮包括壳体，并且旁路阀是壳体集成的旁路阀，即，设置在壳体内的阀。有利地，旁路管道系统可以由有限数量的已经验证的部件构成，这导致减小的排气容积和更紧凑的布局。结果，可以使得旁路管道系统的热结构阻抗更高。根据本专利技术的实施例，可变几何低压涡轮在壳体内设置有转子，并且所述壳体包括在转子上游的第一室和在转子下游的第二室。第一室能够通过壳体集成的旁路阀而流体连接到第二室。换言之，在旁路阀的打开位置下，第一室和第二室流体连通。结果，旁路阀可以设置在可变几何低压涡轮内侧，而几乎不改变涡轮本身，这同时确保旁路管道系统的效率。根据本专利技术的实施例，第一室容置多个可移动的叶片。这允许可变几何低压涡轮的壳体内的空间的优化。根据本专利技术的实施例，涡轮增压器包括低压压缩机和用于旁路低压压缩机的低压压缩机旁路管道系统。这个实施例的优点在于：内燃发动机加速由于低压压缩机的旁路而改进，并且相关的管道使得进气必须填充的容积减小。根据本专利技术的有利方面，低压压缩机的旁路管道系统与可变几何低压涡轮的旁路系统结合操作，这导致进一步减少泵送工作以及更有效的燃烧，这使得给消费者节省燃料消耗。本专利技术的另一方面提供一种操作具有双级涡轮增压器的内燃发动机的方法，所述双级涡轮增压器包括通过高压涡轮入口管道流体连接到内燃发动机的排气歧管的高压涡轮和通过低压涡轮入口管道流体连接到高压涡轮的低压涡轮，其中，低压涡轮是可变几何涡轮，并且其中，双级涡轮增压器包括设置有旁路阀的旁路系统以使得可变几何低压涡轮旁路，其中所述方法包括以下步骤：a：在内燃发动机操作期间，监测内燃发动机的至少一个操作参数的至少一个值，其中至少一个监测的操作参数是发动机速度和/或与发动机扭矩相关联的参数；b：将至少一个监测的值与所述操作参数的至少一个阈值进行比较；c：操作旁路管道系统的旁路阀以当至少一个监测的值低于或者等于所述至少一个阈值时使得可变几何低压涡轮旁路。根据一个实施例，与发动机扭矩相关联的参数是制动平均有效压力。上述确认的参数已经被证明是确定低压涡轮的旁路的定时的重要因素，特别是所述参数对于确定发动机的低载荷的状态是有用的。根据本专利技术的实施例，发动机速度和/或与发动机扭矩相关的参数的阈值能够被选择以限定对应于或者低于所述阈值的内燃发动机的低载荷和/或低速操作状态。如上所述，当监测的发动机速度低于(或者等于)阈值时，可变几何低压涡轮能够被旁路。所述阈值与发动机和涡轮增压器结构和布局有关。上述阈值能够被选择以使得，在这个值以下，低压涡轮的旁路允许发动机的更好的性能。特别是所述旁路提供如前述的减少的燃料消耗和提高的后处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双级涡轮增压器(900)的内燃发动机(110)，所述双级涡轮增压器(900)包括通过高压涡轮入口管道(255)而流体地连接到发动机(110)的排气歧管(225)的高压涡轮(250)、以及通过低压涡轮入口管道(555)而流体连接到所述高压涡轮(250)的可变几何低压涡轮(550)，其中，所述双级涡轮增压器(900)包括旁路管道系统(800)以旁路所述可变几何低压涡轮(550)，所述旁路管道系统包括旁路阀(820、855)。

【技术特征摘要】
2014.12.17 GB 1422516.31.一种具有双级涡轮增压器(900)的内燃发动机(110)，所述双级涡
轮增压器(900)包括通过高压涡轮入口管道(255)而流体地连接到发动机
(110)的排气歧管(225)的高压涡轮(250)、以及通过低压涡轮入口管道
(555)而流体连接到所述高压涡轮(250)的可变几何低压涡轮(550)，其
中，所述双级涡轮增压器(900)包括旁路管道系统(800)以旁路所述可变
几何低压涡轮(550)，所述旁路管道系统包括旁路阀(820、855)。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机(110)，其中，所述旁路管道系
统(800)包括在所述可变几何低压涡轮(550)的上游分支的旁路管道(810)，
并且所述旁路阀(820)设置在所述旁路管道(810)中。
3.根据权利要求1所述的内燃发动机(110)，其中，所述可变几何低
压涡轮(550)包括壳体(560)，并且所述旁路阀是壳体集成的旁路阀(855)。
4.根据权利要求3所述的内燃发动机(110)，其中，所述可变几何低
压涡轮(550)在所述壳体(560)内设置有转子(580)，并且所述壳体(560)
包括在所述转子(580)上游的第一室(565)、以及在所述转子(580)下游
的第二室(570)，所述第一室(565)通过所述壳体集成的旁路阀(855)流
体连接到所述第二室(570)。
5.根据权利要求4所述的内燃发动机(110)，其中，所述第一室(565)
容置多个可移动的叶片(575)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃发动机(110)，其包括低
压压缩机(540)、以及用于旁路所述低压压缩机(540)的低压压缩机旁路
管道系统(850)。
7.一种操作内燃发动机(110)的双级涡轮增压器(900)的方法，所
述双级涡轮增压器(900)包括通过高压涡轮入口管道(255)而流体连接到
发动机(110)的排气歧管(225)的高压涡轮(250)、以及通过低压涡轮入
口管道(555)而流体连接到所述高压涡轮(250)的可变几何低压涡轮(550)，
其中，所述双级涡轮增压器(900)包括旁...

【专利技术属性】
技术研发人员：A莫加维罗，F洛萨诺，CM米诺，E曼塔，V佩特伦兹，
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