用于涡轮增压对置活塞发动机的具有外部辅助增压的空气处理系统结构技术方案

对置活塞发动机的空气处理系统装备有外部辅助泵送元件，诸如电力辅助压缩机、电力辅助机械增压器或电力辅助涡轮增压器。

Structure of air treatment system with external auxiliary pressurization for turbocharged piston engine

The air handling system of opposed piston engine is equipped with external auxiliary pumping elements, such as electric auxiliary compressor, power assisted supercharger or electric auxiliary turbocharger.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于涡轮增压对置活塞发动机的具有外部辅助增压的空气处理系统结构相关申请/优先权本申请要求2015年4月7日在美国专利局提交的美国专利申请序列号62/143,917的优先权以及2015年6月15日在美国专利局提交的美国专利申请序列号62/171,918的优先权。本申请包含与2013年3月1日提交的题为“EGRForATwo-StrokeCycleEngineWithoutASupercharger”的共有美国专利申请13/782,802的主题相关的主题，该专利申请于2013年7月11日被公布为US2013/0174548A1。该申请也包含与2013年5月10日提交的题为“AirHandlingConstructionsWithTurbo-CompoundingForOpposed-PistonEngines”的共有美国专利申请13/891,622的主题相关的主题，该专利申请于2014年11月13日被公布为US2014/0331656A1。
本领域为双冲程循环内燃发动机。具体地，本领域涉及具有空气处理系统的单向流扫气式对置活塞发动机，该空气处理系统提供用于燃烧和输送燃烧产物的加压的增压空气。在一些方面，本领域涉及具有空气处理系统的单向流扫气式对置活塞发动机，该空气处理系统使排气再循环并将排气与加压的增压空气混合，以便降低燃烧温度。
技术介绍
双冲程循环发动机是通过曲轴的单次完整旋转和连接至该曲轴的活塞的两个冲程完成动力循环的内燃发动机。双冲程循环发动机的一个示例是对置活塞发动机，其中两个活塞被以对置方式设置在汽缸的孔中，以便在相反方向上往复运动。该汽缸具有纵向隔开的进气道和排气道，该进气道和排气道定位在该汽缸的相应端部附近。对置活塞中的每一个控制气道中的一个，当活塞移动至下止点(BC)位置时打开该气道，并且当活塞从BC朝向上止点(TC)位置移动时关闭该气道。这些气道中的一个气道提供燃烧产物到该孔外面的通道，另一个气道用于容许增压空气进入该孔；这些气道分别被称为“排气”道和“进气”道。在单向流扫气式对置活塞发动机中，当排气流出汽缸的排气道时，增压空气通过汽缸的进气道进入该汽缸。因此，气体在从进气道到排气道的单个方向上流过汽缸(“单向流”)，以便腾空汽缸中的排气并且用增压空气再补给该汽缸(“扫气(scavenging)”)。在图1中，双冲程循环内燃发动机由具有至少一个带气道(ported)的汽缸50的对置活塞发动机10来实施。也就是说，该发动机可以具有一个带气道的汽缸、两个带气道的汽缸、三个带气道的汽缸或四个或更多个带气道的汽缸。每个汽缸50具有孔(bore)52和在汽缸壁的相应端部处形成或机加工的排气道54和进气道56。排气道54和进气道56中的每一个包括一个或多个周向开口阵列，其中相邻的开口被汽缸壁的实心部分(“桥接部”)分开。在一些描述中，每个开口被称为“气道”；然而，这种“气道”的周向阵列的结构与图1所示的气道结构没有不同。在示出的示例中，发动机10进一步包括两个曲轴71和72。排气活塞60和进气活塞62被可滑动地设置在孔52中，其中这些活塞的端表面61和端表面63彼此相对。排气活塞60被耦接至曲轴71，并且进气活塞被耦接至曲轴72。当汽缸50的活塞60和活塞62靠近TC时，燃烧室被限定在这些活塞的端表面61和端表面63之间的孔52中。燃料通过至少一个燃料喷射器喷嘴70被直接喷射到燃烧室中，所述喷嘴70被定位于穿过汽缸50的侧壁的开口中。燃料与在这些端表面之间被压缩的增压空气混合，并且响应于压缩的增压空气的加热和加压而点火。随后进行燃烧。进一步参考图1，发动机10包括耦接至对置活塞发动机的进气道和排气道的空气处理系统80，该进气道和排气道管理提供给发动机10的增压空气和由发动机10产生的排气的输送。该发动机是“涡轮增压的”，就此而言，该空气处理系统包括涡轮增压器120以提供必要的压力来吸气进入发动机10。该涡轮增压器包括压缩机122和涡轮121，压缩机122和涡轮121被耦接以便相互旋转。该空气处理系统结构包括被耦接以提供增压空气至发动机的进气道或多个气道的增压空气流道，以及被耦接以从发动机的排气道或多个气道输送排气的排气流道。增压空气流道包括用于新鲜空气的入口、压缩机、耦接至该压缩机的增压空气通道以及至少一个增压空气冷却器(CAC)，增压空气通过该增压空气通道被输送至发动机的进气道，该至少一个增压空气冷却器在增压空气(或包括增压空气的气体混合物)被递送至进气道之前将其冷却。这种增压空气冷却器能够包含空气-液体装置和/或空气-空气装置，或另一冷却装置。排气流道包括涡轮、输送来自发动机排气道的排气的排气通道以及在涡轮下游的其他部件。在一些实例中，增压空气流道可以包括机械增压器110。更详细地说，空气处理系统80包括具有涡轮121和压缩机122的涡轮增压器120。涡轮121和压缩机122在公共轴123上旋转。涡轮增压器120从排气汲取能量，所述排气退出排气道54并从排气道54直接流入排气通道124，或者从收集通过排气道54输出的排气的排气歧管125流入排气通道124。就此而言，由穿过涡轮121的排气来使涡轮121旋转。这使压缩机122旋转，促使压缩机122通过压缩从增压空气流道入口流入该压缩机的新鲜进气产生增压空气。由压缩机122产生的增压空气穿过增压空气通道126流到增压空气冷却器127。假定添加机械增压器110，则冷却的增压空气被机械增压器110泵送到进气道。被机械增压器110压缩的空气可以通过第二增压空气冷却器129被输出到进气歧管130。进气道56通过进气歧管130接收由机械增压器110泵送的增压空气。优选地，在多缸对置活塞发动机中，进气歧管130被耦接至与发动机10的进气道或多个气道56连通的进气增压室。图1所示的空气处理系统可以被构建以通过使排气再循环经过发动机的装有气道的汽缸来减少燃烧产生的NOx。再循环的排气与增压空气混合以降低峰值燃烧温度，这降低了NOx排放。该过程被称为排气再循环(“EGR”)；并且气体被再循环时穿过的流道被称为“EGR回路”。示出的EGR结构利用从排气道经由汽缸外部的EGR回路输送到增压空气子系统中的新鲜进气的进入流(incomingstream)中的排气。图1示出的EGR回路结构是高压配置(也被称为“短回路”)。就此而言，高压EGR回路使从涡轮的进气口上游的源(source)获得的排气循环至压缩机的输出口下游的混合点。在图1的EGR回路中，排气通道131和EGR阀138将一部分排气从排气歧管125分流，以使该部分排气与由压缩机122输出到增压空气通道126中的增压空气混合。该回路使再循环的排气受到两个冷却器127和129的冷却效应。如果需要较少的冷却，则该部分排气能够围绕冷却器127被分流至机械增压器110的输入端；该可替代的选择使该排气部分仅由增压空气冷却器129冷却。仅冷却排气的专用EGR冷却器可以被并入排气通道131中，与阀门138串联，或者与阀门138的输出气道和机械增压器10的输入端串联。低压EGR回路(也被称为“长回路”)使从涡轮出口下游的源获得的排气循环至压缩机进气口上游的混合点。典型地，短回路EGR配置的有利方面是快速响应、低复杂性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对置活塞发动机的空气处理系统，所述对置活塞发动机包括具有活塞控制的排气道和进气道的至少一个汽缸，所述空气处理系统包含：增压空气流道，其被耦接以将增压空气提供给所述对置活塞发动机的至少一个进气道；排气流道，其被耦接以输送来自所述对置活塞发动机的至少一个排气道的排气；具有在所述排气流道中的涡轮和在所述增压空气流道中的第一压缩机的涡轮增压器；以及电力辅助压缩机，其在所述第一压缩机上游的所述增压空气流道中，位于所述增压空气流道的新鲜空气入口与所述第一压缩机的入口之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.07 US 62/143,917;2015.06.05 US 62/171,9181.一种用于对置活塞发动机的空气处理系统，所述对置活塞发动机包括具有活塞控制的排气道和进气道的至少一个汽缸，所述空气处理系统包含：增压空气流道，其被耦接以将增压空气提供给所述对置活塞发动机的至少一个进气道；排气流道，其被耦接以输送来自所述对置活塞发动机的至少一个排气道的排气；具有在所述排气流道中的涡轮和在所述增压空气流道中的第一压缩机的涡轮增压器；以及电力辅助压缩机，其在所述第一压缩机上游的所述增压空气流道中，位于所述增压空气流道的新鲜空气入口与所述第一压缩机的入口之间。2.根据权利要求1所述的空气处理系统，其进一步包括EGR回路，所述EGR回路包括入口和出口，所述入口在所述涡轮的出口下游耦接至所述排气流道，所述出口在所述电力辅助压缩机上游耦接至所述增压空气流道。3.根据权利要求2所述的空气处理系统，其进一步包括在所述增压空气流道中位于所述电力辅助压缩机的出口与所述第一压缩机的所述入口之间的增压空气冷却器。4.根据权利要求2所述的空气处理系统，其进一步包括在所述排气流道中位于所述涡轮的出口与所述EGR回路入口之间的后处理装置。5.根据权利要求1-4所述的空气处理系统，其中所述涡轮是可变几何涡轮。6.根据权利要求1-4所述的空气处理系统，其中所述增压空气流道包括在所述第一压缩机下游的第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路具有耦接至所述第一压缩机的出口的公共输入端，并且每个支路包括各自的增压空气冷却器。7.根据权利要求1所述的空气处理系统，其没有EGR回路。8.根据权利要求7所述的空气处理系统，其进一步包括：阀门控制旁通回路，其包括入口和出口，所述入口在所述增压空气流道中位于所述新鲜空气入口与所述电力辅助压缩机的入口之间，所述出口在所述增压空气流道中位于所述电力辅助压缩机的所述出口与所述第一压缩机的所述入口之间；以及在所述排气流道中位于所述涡轮下游的背压阀。9.一种用于对置活塞发动机的空气处理系统，所述对置活塞发动机包括具有活塞控制的排气道和进气道的至少一个汽缸，所述空气处理系统包含：增压空气流道，其被耦接以将增压空气提供给所述对置活塞发动机的至少一个进气道；排气流道，其被耦接以输送来自所述对置活塞发动机的至少一个排气道的排气；涡轮增压器，其具有在所述排气流道中的涡轮和在所述增压空气流道中的第一压缩机；以及电力辅助压缩机，其在所述第一压缩机下游的所述增压空气流道中，位于所述第一压缩机的出口与所述至少一个进气道之间。10.根据权利要求9所述的空气处理系统，其没有EGR回路。11.根据权利要求10所述的空气处理系统，其进一步包括在所述增压...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·G·勒东，S·D·奈克，
申请(专利权)人：阿凯提兹动力公司，
类型：发明
国别省市：美国,US