用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的四层通道可变几何形状涡轮机制造技术

一种用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机结合了涡轮机壳体(300)，该涡轮机壳体具有排气入口(302)，该排气入口带有从具有排气再循环(EGR)的汽缸接收排气的第一侧(304)和从非EGR汽缸接收排气的第二侧(310)。该第一侧具有一个第一EGR驱动通道(306)和一个第二EGR驱动通道(308)并且该第二侧具有一个第一非EGR驱动通道(312)和一个第二非EGR驱动通道(314)。第一控制阀(5020)与该第二EGR驱动通道相关联，并且第二控制阀(504)与该第二非EGR驱动通道相关联。控制器(802)被适配成用于控制该第一和第二控制阀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及利用排气再循环来减少排放物的内燃机的充气升压，并且更具体地涉及采用四通道分离蜗壳的可变几何形状涡轮机，其中，两个成对的通道提供必要的压差来驱动EGR，并且另外两个成对的通道不受制于EGR驱动压差要求。
技术介绍
在具有严格的NOx排放指标的国家，排气再循环(EGR)已经是柴油发动机中用于减少NOx的主要技术。随着选择性催化还原(SCR)技术效率提高，其正取代EGR作为主要的减少NOx的技术。然而，SCR要求大量的和广泛的基础设施来支持SCR发动机的尿素补充，以及用于车载诊断系统(OBD)的复杂的传感器和控制系统以防止操作人员使排放净化系统受到干扰或失灵。遗憾的是，大量EGR的实施导致附加的燃油消耗(和CO2排放)。这种附加燃油消耗是由从进气歧管到排气歧管的逆压梯度以及所导致的到发动机的泵送损失引起的。因此，发动机制造商已经努力创新出能够驱动EGR同时减小与逆压梯度相关联的附加燃油消耗的升压系统新技术。已被用于创造逆压梯度同时还维持合适的空/燃比的主要技术是多种不同类型的可变几何形状涡轮增压器(VGT)。VGT提供了创造合适的逆压梯度同时增加升压以使得额外气体流动通过发动机的方法。该额外气体是稀释剂-经冷却的EGR。EGR被添加至适当燃烧所需的新鲜空气，从而通过发动机的总流量增大。为了增大通过发动机的总流量，进气歧管中的充气的密度必须增大，从而导致升压系统的较高的升压要求。因为VGT昂贵并且给发动机系统添加了更多的故障模式，所以一些制造商选择了使用有废气门的涡轮增压器，但是带有在被分开的涡轮机壳体上的不规则的蜗壳；用于从没有结合EGR的发动机汽缸接收排气的第一蜗壳102以及从结合有EGR的发动机汽缸接收排气的第二蜗壳104，如图1所示。这通常被称作“非对称蜗壳涡轮增压器”，并且针对驱动EGR而言要比VGT便宜它还提供了一些燃油经济性益处，因为不需要提供EGR的发动机的汽缸可以在低得多的逆压梯度下或者甚至在正压梯度下运行。然而，EGR和空燃比的控制不如VGT系统精确。此类型系统的示意图被示出在图2中，其中，柴油发动机202(例如，具有六个汽缸204a-204f)配备有具有压缩机208和涡轮机210的涡轮增压器206，其中该涡轮机通过轴212驱动该压缩机。充气冷却器214从压缩机部分208接收充气，并且向发动机进气歧管216提供充气。来自发动机的排气从三个非EGR汽缸204a-204c被提供至第一排气歧管218。第一排气歧管218连接至第一蜗壳102。来自三个EGR汽缸204d-204f的排气被提供至第二排气歧管220。该第二排气歧管将EGR通过EGR冷却器222和控制阀224提供到进气歧管216中。该第二排气歧管还提供到第二蜗壳104中的流。该第一和第二蜗壳102和104提供排气流来驱动带有提供升压压力调节的废气门226的涡轮机210。现有技术不规则蜗壳系统需要用于升压控制的废气门并且不提供任何用于修改EGR的辅助控制能力。因此，希望提供不需要废气门的与EGR一起使用的可变几何形状涡轮机。此外，还希望分开地控制EGR流动和升压。
技术实现思路
本申请的实施例描述了一种用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机结合了涡轮机壳体，该涡轮机壳体具有排气入口，该排气入口带有从具有排气再循环的汽缸接收排气的第一侧和从非EGR汽缸接收排气的第二侧。该第一侧具有一个第一EGR驱动通道和一个第二EGR驱动通道并且该第二侧具有一个第一非EGR驱动通道和一个第二非EGR驱动通道。第一控制阀与该第二EGR驱动通道相关联，并且第二控制阀与该第二非EGR驱动通道相关联。控制器被适配成用于控制该第一和第二控制阀。这些实施例提供了用于排气再循环控制的方法，其中，排气通过第一排气歧管从发动机中的多个非EGR汽缸被抽出，并且排气通过第二排气歧管从发动机中的多个EGR汽缸被抽出。排气从该第一排气歧管通过第一侧被接收到涡轮机排气入口中，该第一侧具有连接至该第一排气歧管的第一EGR驱动通道和第二EGR驱动通道。通过与该第二EGR驱动通道相关联的第一控制阀来在该第一EGR驱动通道与该第二EGR驱动通道之间控制排气以便控制用于EGR流动的背压。从该第二排气歧管接收排气到该涡轮机排气入口的一个第二侧中，该第二侧具有连接至该第二歧管的一个第一非EGR驱动通道和一个第二非EGR驱动通道。通过与该第二非EGR驱动通道相关联的一个第二控制阀来在该第一非EGR驱动通道与该第二非EGR驱动通道之间控制排气流动以便控制升压。附图说明在结合附图考虑时，本专利技术的这些以及其他的特征和优点将通过参考以下详细描述而得到更好的理解，在附图中：图1是用于涡轮增压器排气歧管的现有技术不规则蜗壳的截面视图；图2是带有使用不规则蜗壳排气歧管和废气门的现有技术柴油发动机系统的示意性图示；图3是歧管入口和涡轮机壳体的端视图图4是该涡轮机壳体的等距截面视图，示出了该多通道蜗壳；图5是该涡轮机壳体的等距视图，示出了用于该EGR和非EGR大A/r蜗壳的控制阀结构；图6是示出了控制阀的内部特点的部分截面视图；图7是柴油发动机系统的示意框图表示，该柴油发电机系统使用了所披露的QLP蜗壳可变几何形状涡轮机的实施例；图8是用于该QLP蜗壳可变几何形状涡轮机的控制元件的示意框图；图9是多种不同工作条件下EGR驱动通道和蜗壳中的流动特性的图像描绘；图10是多种不同工作条件下非EGR驱动通道和蜗壳中的流动特性的图像描绘；并且，图11是控制阀的相互作用的图像描绘，这些控制阀被移动用于展示发动机在固定负荷和速度下运转时它们对空燃比、升压、和EGR比率的影响。具体实施方式在此说明的实施例提供了低成本的VGT，该VGT使用了多个蜗壳和用于控制到不同蜗壳的流动的阀。这些蜗壳大小被设计成用于提供不同的流动特性，从而提供真正的可变几何形状涡轮机功能。这些实施例从发动机的一部分汽缸或一个汽缸组接收100％的排气用于EGR，同时允许剩余的汽缸没有EGR所必要的逆压梯度约束地工作。出于说明性的目的，连接至提供EGR驱动压差的汽缸的通道、蜗壳、或歧管将被定义为“EGR驱动通道”、“EGR驱动蜗壳”、和“EGR驱动歧管”，而连接至不提供EGR驱动压差的汽缸的通道、蜗壳、或歧管将被定义为“非EGR驱动通道”、“非EGR驱动蜗壳”、和“非EGR驱动歧管”。被描述为四层通道(QLP)蜗壳的该实施例，通过独立地提供EGR和升压级别的附加控制可以改善EGR排放控制系统。为了使QLP蜗壳最大化用于不对称升压，在划分式排气入口中提供了四个通道，该排气入口通到涡轮增压器的涡轮机壳体300中，该壳体带有四通道划分式排气入口302的入口法兰301，被划分的在图3中示出。图4中示出了多通道蜗壳402的等距截面视图。在排气入口302的第一侧304上，第一EGR驱动通道306和相关联的第一EGR驱动蜗壳406大小被确定成用于在最大的所需速率下驱动EGR，并且第二EGR驱动通道308和第二EGR驱动蜗壳408被连接至同一组汽缸，但是带有控制阀(如随后将更加详细说明)，以用于到该第二EGR驱动通道中的受控的流动。第二EGR驱动通道308和第二EGR驱动蜗壳408具有较大的A/r(被定义为该蜗壳的喉部截面的面积除以该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，包括：一个涡轮机壳体(300)，该涡轮机壳体具有一个排气入口(302)，该排气入口带有从具有排气再循环(EGR)的汽缸接收排气的一个第一侧(304)和从非EGR汽缸接收排气的一个第二侧(310)，所述第一侧具有一个第一EGR驱动通道(306)和一个第二EGR驱动通道(308)并且所述第二侧具有一个第一非EGR驱动通道(312)和一个第二非EGR驱动通道(314)；与该第二EGR驱动通道相关联的一个第一控制阀(502)；与该第二非EGR驱动通道相关联的一个第二控制阀(504)；以及，被适配成用于控制该第一和第二控制阀的一个控制器(802)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.02 US 14/322,0391.一种用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，包括：一个涡轮机壳体(300)，该涡轮机壳体具有一个排气入口(302)，该排气入口带有从具有排气再循环(EGR)的汽缸接收排气的一个第一侧(304)和从非EGR汽缸接收排气的一个第二侧(310)，所述第一侧具有一个第一EGR驱动通道(306)和一个第二EGR驱动通道(308)并且所述第二侧具有一个第一非EGR驱动通道(312)和一个第二非EGR驱动通道(314)；与该第二EGR驱动通道相关联的一个第一控制阀(502)；与该第二非EGR驱动通道相关联的一个第二控制阀(504)；以及，被适配成用于控制该第一和第二控制阀的一个控制器(802)。2.如权利要求1所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该第一EGR驱动通道大小被确定成用于提供驱动预定最大EGR比率的背压。3.如权利要求2所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该第一控制阀在一个全开位置中，该第二EGR驱动通道大小被确定成与该第一EGR驱动通道相组合地提供驱动预定的最小EGR比率的一个第二背压。4.如权利要求2所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该第一非EGR驱动通道大小被确定成用于提供一个预定的最大升压。5.如权利要求4所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该第二控制阀在一个全开位置中，该第二非EGR驱动通道大小被确定成用于提供一个预定的最小升压。6.如权利要求1所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该控制器响应于一个EGR设定信号与一个响应EGR流量的信号的比较来控制该第一控制阀。7.如权利要求1所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该控制器响应于一个空气设定信号与一个响应空气流量的信号的比较来控制该第二控制阀。8.如权利要求1所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该第二EGR驱动通道和一个第一相关联的蜗壳的A/r超过该第一EGR驱动通道和一个第二相关联的蜗壳的A/r。9.如权利要求1所述的用于排气再循环发动机中的涡轮增压器的可变几何形状涡轮机，其中，该第二非EGR驱动通道和一个第一相关联的蜗壳的A/r超过该第一非EGR驱动通道和一个第二相关联的蜗壳的A/r。10.一种带有排气再循环(EGR)的发动机，包括：带有一个第一排气歧管(720)的多个非EGR汽缸(718a，718b，718c)；带有一个第二排气歧管(722)的多个非EGR汽缸(718d，718e，718f)；一个涡轮增压器(708)，该涡轮增压器具有一个压缩机(706)；一个涡轮机(724)，该涡轮机被连接来驱动该压缩机并且带有一个涡轮机壳体(300)，该涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王航，史蒂文·顿·阿诺德，袁道军，李延昭，
申请(专利权)人：康跃科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37