CN100575680C - 用于涡轮增压活塞式内燃机的新鲜混合气供给装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新鲜混合气供给装置，用于具有新鲜混合气管道装置的涡轮增压活塞式内燃机(2)，包括一个侧向通入到管状内腔(57)的带有流量调节装置(68)的压缩空气接头(42)，以及一个设在内腔(57)中用于流量调节的可调活门(60)，其中，内腔(57)由一个用于流入的第一端部接头(10)和一个用于废气涡轮增压器(22)的增压空气流出的第二端部接头(9)限定边界，其中，新鲜混合气管道装置设计为一个单独模件(8)的形式，这两个在其外壳(89)上的端部接头(9、10)设计为管道接头(86、87)的形式，它们除此之外还适合作为模件(8)的支承装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮增压活塞式内燃机的新鲜混合气供给装置。
背景技术
按本发明类型的新鲜混合气供给装置用于支持废气涡轮增压器。尤其在涡轮增压活塞式内燃机的低转速区，连接的废气涡轮增压器由于没有足够的驱动能量大多不能提供需要的增压压力。司机可以察觉从低转速开始在供气时发生这些情况，这作为所谓的涡轮孔效应(Turbolocheffekt)是已知的。为了补偿这种涡轮孔效应，在需要的情况下从汽车压缩气罐出发将附加的压缩空气输入活塞式内燃机的吸气管内。多种类型的汽车，如商用车、大客车，反正有压缩空气网路，从那里尤其供给气动刹车装置。
由WO2005/064134A1得知一种按此类型的用于涡轮增压活塞式内燃机的新鲜混合气供给装置。借助废气涡轮增压器压缩的增压空气经吸气管进入汽缸容积内。此外从侧面在吸气管内通入一根压缩空气管，它通过一个阀电子控制地打开或关闭。为了补偿涡轮孔效应将阀打开，因此在这里从压缩空气***的压缩气罐取出的外来的压缩空气进入吸气腔内。为避免此附加输入的压缩空气回流，在吸气管内涡轮增压器之前设一个强制操纵的单向阀。
在这种技术方案中业已证实的缺点是，这些附加的新鲜混合气管道装置是新鲜混合气供给装置总体的组成部分并设计为发动机个性化的。因此在修理的情况下需要更换大量构件。对于系列的涡轮增压活塞式内燃机，有和没有新鲜混合气管道装置的改型设计相应地也比较麻烦。
由US 4 628 880得知一种用于涡轮增压活塞式内燃机的新鲜混合气供给装置，其中新鲜混合气供给装置已经作为单独的模件配备有相应的接头。但在此的缺点是，必须安装电气控制接头。此外新鲜混合气供给装置的调节和设计也是不经济的。
发明内容
因此本发明的目的是，创造一种用于涡轮增压式内燃机的新鲜混合气供给装置，它可按选择配备新鲜混合气管道装置，这些新鲜混合气管道装置可通用地安装在涡轮增压式内燃机中。
根据本发明，提出一种新鲜混合气供给装置，用于具有新鲜混合气管道装置的涡轮增压活塞式内燃机，包括一个侧向通入到管状内腔的带有流量调节装置的压缩空气接头，以及一个设在内腔中用于流量调节的可调活门，其中，内腔由一个用于流入的第一端部接头和一个用于废气涡轮增压器的增压空气流出的第二端部接头限定边界，其中，新鲜混合气管道装置设计为一个单独的模件的形式，在其外壳上两个端部接头设计为管道接头的形式，它们除此之外还适合作为用于模件的支承装置，并且在外壳外面设一个用于集成的电子控制单元的电接头，并且在电子控制单元上，一方面连接第一压力传感器的接头，它的压力计设在活门与第一端部接头之间的管状内腔中，而另一方面连接第二压力传感器的接头，它的压力计设在活门与第二端部接头之间的管状内腔中。。
本发明包括下述技术教导：新鲜混合气管道装置设计为一个单独的模件的形式，在其外壳上两个端部接头设计为管道接头的形式，它们除此之外还适合作为用于模件的支承装置。
按本发明方案的一个优点是，涡轮增压活塞式内燃机可以简单地按选择用它配备。因此，独立的模件可以在需要时耦合到增压空气通道上。这就呈现出老旧的涡轮增压活塞式内燃机也有重新装备的可能性，无需任何附加的新鲜混合气管道装置。由于这种模件结构，所以可以提供完全不同的新鲜混合气管道装置，它们分别与相关的活塞式内燃机相配。由此，那些参数，如附加压缩空气的单位时间流量、阀的有效直径之类，可以灵活地与对应的活塞式内燃机相匹配。
优选地，在模件外壳上两个管道接头按软管连接的类型设计，以便将软管借助卡箍之类与它们固定。此外也可以将两个管道接头按管子连接的类型设计，以便借助管接头将管道固定在其上。
与上述两种实施形式不同，还可以设想将至少两个管道接头之一按法兰的类型设计，以便能借助螺钉固定。优选地，法兰应当设在发动机侧，从而可借助它将模件稳定地固定在活塞式内燃机上。
优选地，用于控制附加供给压缩空气的阀的流量调节装置、用于主动控制活门位置的活门机电式调整装置以及为它配设的位置测定装置安装在模件外壳的内部。所有这些属于新鲜混合气管道装置的元器件均能节省结构空间地集成在此外壳内。在外壳外面除了压缩空气接头外还安装至少一个电接头用于同样集成在外壳内的电子控制单元。电子控制单元可通过电接头与工作电压和例如汽车电子设备的CAN总线相连。
按另一项改进本发明的措施，模件外壳优选地设计为两部分组成。在盖的下方优选地可从外部接近地安装集成的电子控制单元，为的是例如便于修理和维护。
优选地，在电子控制单元上连接一个压力传感器，它的压力计设在活门与第一端部接头之间的管状内腔中，以及还连接另一个接头，第二压力传感器通过它设在活门与第二端部接头之间的管状内腔中。按本发明的一种实施形式，借此获得的压力测量值直接在电子控制单元中评估，为此目的电子控制单元有一个形式上为微处理器的计算机，它用相应的运行和功能软件工作。此外，电子控制单元也可以不配备这种计算机，而只有一个用于控制流量调节装置和调整装置的功率电子设备。在这种情况下其余的控制可借助在外部的发动机/汽车电子设备分散地实施。
按另一项改进本发明的措施规定，可更换的影响流量的节流器安装在通向流量调节装置的压缩空气管道内。通过选择节流器，可以方便地对流量调节装置的参数，亦即流量施加影响。
附图说明
下面借助附图结合对本发明优选的实施例的说明详细阐述改进本发明的其他措施。其中：
图1具有新鲜混合气供给装置的涡轮增压活塞式内燃机的简图；
图2新鲜混合气供给装置的设计为模件的新鲜混合气管道装置的简图；
图3模件的第一种实施形式的透视图；
图4模件的第二种实施形式的透视图；
图5按图4的模件的局部分解透视图；以及
图6模件的第三种实施形式的透视图。
具体实施方式
按图1，装置1包括一台涡轮增压活塞式内燃机2，它有六个直列式汽缸3，它们的吸气管4连接在有连接法兰7的总管5上，新鲜混合气管段模件8将其用于流出的第二端部接头9与连接法兰7相连。用于流入的第一端部接头10通过管道11与增压空气冷却器13的流出口12耦合，它的流入口14通过管道15与涡轮压缩机17的流出口16耦合。空气滤19通过管道20与涡轮压缩机17的流入口18连接。涡轮压缩机17构成废气涡轮增压器22的一部分，它的废气涡轮23将其流入口24连接在排气总管26的流出口25上。涡轮压缩机17和废气涡轮23固定在轴21上。汽缸3通过排气管27与排气总管26相连。废气涡轮23的流出口28与废气管29连接在一起。
汽缸3的供油通过喷嘴30进行，它们的调整从电子控制单元38的第一接头32通过导线31实施。在电子控制单元38的接头37上通过导线36连接加速踏板33的接头34。加速踏板33设有操纵机构，它按已知的方式由汽车驾驶员操纵。电子控制单元38的电/电子接头39，通过总线40与新鲜混合气管段模件8电子控制单元35的电/电子接头41连接在一起。
新鲜混合气管段模件8有一个压缩空气接头42，它通过管道43与压缩气罐45的出口接头44连接。压缩气罐45的供气接头46通过管道47连接在空气压缩机49的压缩空气接头48上。在管道47内装入调压器50和空气干燥器51。空气压缩机49有一根设有空气滤53的吸气接管52。空气压缩机49的轴54通过皮带驱动装置55与汽车的涡轮增压式柴油机主轴56连接。
图2表示模件8设计为管状以及有第一端部接头10和第二端部接头9，在它们之间存在一个其直径为D的圆形横截面的内腔57。用于商用车和大客车发动机的流动直径可以用下列经验公式计算：
D[mm]＝11·V[l]0.5·p[bar]0.5+35，
式中V是排量(升)和p是最大绝对增压压力(bar)。在发动机结构系列中提供排量。功率组则典型地通过增压压力调整设计。在发动机结构系列中应用的由最大增压压力给出的直径，决定优选选择的模件尺寸，这一模件尺寸可以覆盖整个发动机结构系列。恰当地，内腔57被壁58围绕，在其中支承并穿过活门60的轴59。活门60将内腔57分成两部分，亦即在第一端部接头10与活门60之间形成的流入腔61以及在第二端部接头9与活门60之间形成的流出腔62。
活门60有一个关闭的终端位置和一个全开终端位置以及任意的中间位置，它们通过转动轴59调整。在本实施例中调整装置66设计为电动机并配备有电调整装置接头74，它通过导线79与电子控制单元35的第一接头80连接。调整装置66通过调整装置接头74供电；从位置测定传感器63的接头65取出有关活门60位置的信号；接头65又通过导线81与模件8的电子控制单元35的接头82连接。
此外，在第二端部接头9与活门60之间的壁58内设计一个压缩空气流入口67，配备有流量调节装置68的压缩空气接头42与之连接。流量调节装置68还有一个全关位置。有一个阀70的流量调节装置68的电控制接头69通过导线77与模件8的电子控制单元35的接头78连接。
固定在壁58上的压力传感器72的接头71通过导线75耦合到电子控制单元35的接头76上；压力传感器72的压力计73***新鲜混合气管段模件8的流出腔62内。固定在壁58上的压力传感器72的类似接头71通过导线83耦合到模件35的接头84上。压力传感器72的压力计73***模件8的流入腔61内。
模件8的电子控制单元35设有接头41，总线40与之连接。总线40设计为通信线，它与图上没有表示的包括一个设有相应软件的中央控制单元(ECU)的发动机电子设备连接。
新鲜混合气管段模件8在两端设有管道接头86和87，它们适用于密封地装入管道11内，通过管道11实施向涡轮增压式柴油机的新鲜混合气供给。管道接头86和87设计为，使它们适用于固定新鲜混合气管段模件8。
流量调节装置68在流入口旁有可更换的节流器85，借此限制流量或模件式与发动机尺寸相配。
电子控制单元35也设计为模件式可更换的，在这里图3和图4表示两种不同的方案：
图3拉开地表示新鲜混合气管段模件8外壳89连接面90的下盖91。在这里，电子控制单元35a没有配备自己的计算机和软件。
图4中的电子控制单元35b正相反配备有自己的计算机88和软件。软件通过接头41储存在计算机88内。
图5表示电子控制单元35b的另一种方案，在这里它含有电/电子压力传感器72和压力传感器73，它们设计为固定在外壳89中的短的管段。
计算机88的软件协调阀70与活门60的操纵。在正常的转速状态，当操纵活门60时形成约30至40ms延迟，虽然在操纵阀70时延迟量仅10ms。因此，当活门60差不多关上时，阀70的流量调节装置68准确地得到一个操纵脉冲，从而实际上只是在活门60刚好关闭时才流入附加的压缩空气。为了确定阀70的操纵时刻，在传感技术上通过位置测定传感器63确定活门60的当前位置并在计算机88内进行处理。
在低转速状态，阀70的流量调节装置68与存在的工作条件相比较较早得到其操纵脉冲，从而仍有一些附加的压缩空气通过管道11朝涡轮压缩机17的方向回流并因而限制增压压力。
在载货车(Lkw)或大客车中，压缩空气从压缩气罐45取出，以及压缩空气接头42和管道43按刹车装置的技术规范设计。恰当地，阀70也按此要求设计。刹车装置的一种电操纵的所谓ABS阀是适用的。在发动机舱内可以节省位置地安装一个装置，其中，带节流器85的压缩空气管道43与内腔57有平行的几何轴线，因为管道11平行于通常可以提供足够的空间。
模件8按模件结构方式设计用于不同的柴油机类型。大批量生产的发动机按排量的范围分级，或制造规定的排量大小，据此选择控制器和保险等级。在发动机技术中新鲜空气的最高速度通常不允许超过一个规定的值。例如新鲜混合气管道与之协调的直径属于一种排量大小。采用模件结构方式，可按级选择流入口10或流出口9规定的直径。属于此的有按级规定的用于装入管道11中的管接头直径。
图6表示模件8的法兰方案，它的第二端部接头“流出”与前面介绍的两种实施例不同设计为法兰92，法兰整体成形在外壳89上以及制有一些孔93用于未表示的固定螺钉。由此，模件8可以通过法兰固定在总管5上。
附图标记清单
1 装置 26 排气总管
2 活塞式内燃机 27 排气管
3 汽缸 30 28 流出口
4 吸气管 29 废气管
5 总管 30 喷嘴
6 汽缸体 31 导线
7 连接法兰 32 接头
8 新鲜混合气管段模件 35 33 加速踏板
9 第二端部接头“流出” 34 接头
10 第一端部接头“流入” 35 电子控制单元
11 管道 35a 电子控制单元(无计算
12 流出口 机)
13 增压空气冷却器 40 35b 电子控制单元(有计算
14 流入口 机)
15 管道 36 导线
16 流出口 37 接头
17 涡轮压缩机 38 柴油机电子控制单元
18 流入口 45 39 接头
19 空气滤 40 总线
20 管道 41 接头
21 轴 42 压缩空气接头
22 废气涡轮增压器 43 管道
23 废气涡轮 50 44 出口接头
24 流入口 45 压缩气罐
25 流出口 46 供气接头
47 管道 25 71 接头
48 缩空气接头 72 压力传感器
49 空气压缩机 73 压力计
50 调压器 74 调整装置接头
51 空气干燥器 75 导线
52 吸气接管 30 76 接头
53 空气滤 77 导线
54 轴 78 接头
55 皮带驱动装置 79 导线
56 主轴 80 接头
57 内腔 35 81 导线
58 壁 82 接头
59 轴 83 导线
60 活门 84 接头
61 流入腔 85 节流器
62 流出腔 40 86 管道接头
63 位置测定传感器 87 管道接头
64 外表面 88 计算机
65 接头 89 外壳
66 调整装置 90 连接面
67 压缩空气流入口 45 91 盖
68 流量调节装置 92 法兰
69 电控制接头 93 孔
70 阀
Claims (11)
1.新鲜混合气供给装置，用于具有新鲜混合气管道装置的涡轮增压活塞式内燃机(2)，包括一个侧向通入到管状内腔(57)的带有流量调节装置(68)的压缩空气接头(42)，以及一个设在内腔(57)中用于流量调节的可调活门(60)，其中，内腔(57)由一个用于流入的第一端部接头(10)和一个用于废气涡轮增压器(22)的增压空气流出的第二端部接头(9)限定边界，其中，新鲜混合气管道装置设计为一个单独的模件(8)的形式，在其外壳(89)上两个端部接头(9、10)设计为管道接头(86、87)的形式，它们除此之外还适合作为用于模件(8)的支承装置，并且在外壳(89)外面设一个用于集成的电子控制单元(35)的电接头(41)，并且在电子控制单元(35)上，一方面连接第一压力传感器(72)的接头(71)，它的压力计(73)设在活门(60)与第一端部接头(10)之间的管状内腔(61)中，而另一方面连接第二压力传感器(72)的接头(71)，它的压力计(73)设在活门(60)与第二端部接头(9)之间的管状内腔(62)中。
2.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，两个管道接头(86、87)按软管连接的类型设计，以便借助卡箍将软管固定在其上。
3.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，两个管道接头(86、87)按管子连接的类型设计，以便借助管接头将管道固定在其上。
4.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，至少其中一个管道接头(86、87)按法兰的类型设计，以便能借助螺钉固定。
5.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，用于附加的压缩空气的流量调节器(68)、用于活门(60)的调整装置(66)以及为该活门配设的位置测定装置(63)安装在外壳(89)内部。
6.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，外壳(89)具有一个连接面(90)，一个盖(91)可拆地固定在连接面上，在盖的下方设一个电子控制单元(35；35a；35b)，它至少控制流量调节器(68)和调整装置(66)。
7.按照前列诸权利要求之一所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，在电接头(71、69、74、65)上连接电子控制单元(35)的对向的电接头(76、78、80、82、84)。
8.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，电子控制单元(35b)具有一个计算机(88)，该计算机含有运行和功能软件。
9.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，电子控制单元(35a)只有一个用于控制的功率电子设备，其中，其余的控制可借助在外部的发动机/汽车电子设备实现。
10.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，一个可更换的、影响流量的节流器(85)安装在通向流量调节装置(68)的压缩空气管道(43)内。
11.按照权利要求1所述的新鲜混合气供给装置，其特征为，带有节流器(85)的压缩空气管道(43)与内腔(57)具有平行的几何轴线。
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