CN108474294B

CN108474294B - 排气口装置

Info

Publication number: CN108474294B
Application number: CN201780007226.6A
Authority: CN
Inventors: M·M·瓦尔纳
Original assignee: M MWaerna
Current assignee: M MWaerna
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: KR20180103930A; CN108474294A; JP6783323B2; US10539068B2; JP2019502869A; US20190003378A1; WO2017124136A1; DE112017000416T5

Abstract

提供一种用于涡轮增压的内燃发动机(4)的排气口装置(10)，该排气口装置(10)包括涡轮增压器(6)，该涡轮增压器(6)通常布置成与排气管(8)流体连通，该涡轮增加器(6)又有助于通过进气口(5)强迫空气引导回至发动机中。装置(10)包括限定入口(14)和出口(16)的壳体(12)。装置(10)也包括布置在壳体(12)内的阀构件(18)。阀构件(18)通常可在高速气体入口位置和低速气体入口位置之间移动，在高速气体入口位置时阀构件(18)允许无阻碍流体在入口(14)和出口(16)之间流动，在低速气体入口位置时阀构件(18)阻碍流体流过出口(16)，同时允许流体无阻碍地流入入口(14)。装置(10)进一步包括致动器(20)，致动器(20)通常配置成用于在低速气体入口位置和高速气体入口位置之间动态地对阀构件(18)致动。通过这种方式，当入口(14)和出口(16)可操作地将壳体(12)布置成与发动机的排气管(8)流体连通时，阀构件(18)的动态致动使得能够通过文丘里效应将经由出口(16)至涡轮增压器(6)的排气速度增加。

Description

排气口装置

技术领域

本发明涉及一种排气口装置、一种具有这种排气口装置的内燃机，以及一种包括这种内燃机的车辆。

背景技术

以下的对背景技术的讨论内容旨在仅便于理解本发明。这里的讨论内容并非认可或承认所提及的任何材料在申请的优先权日期前是公知常识或是公知常识的一部分。

涡轮增压器或通常俗称为“涡轮增压机”是涡轮驱动的强制进气装置，该强制进气装置通过迫使额外的空气进入燃烧室来增加内燃机的效率和功率输出。这种对自然吸气式发动机输出的改进是由于，涡轮增压机相对于单独的大气压能够将更多的空气和更多比例的燃料推入燃烧室。

机械增压器是另一种类型的强制引导装置。涡轮增压器和传统机械增压器之间的关键区别在于机械增压器通常通过连接至曲轴的皮带由发动机机械地驱动，而涡轮增压器由发动机的废气驱动的涡轮机提供动力。通常，涡轮增压器是由通过废气可操作地驱动的涡轮机、用于将大气压缩进入发动机的燃烧室的压缩机，以及用于将连接的涡轮机和压缩机作为某种旋转组件的方式进行容纳的中心壳体。

与机械驱动的增压器相比，涡轮增压器往往效率更高，但响应性更差。然而，与机械增压相反，涡轮增压的主要缺点通常是所谓的“涡轮迟滞”或“假脱机时间”。这是增加功率的需求(打开节气门)和提供增加的进气压力并由此增加功率的涡轮增压器之间的时间。

由于涡轮增压器依赖于排气压力的逐步建立来驱动涡轮机，因此发生节气门滞后。在例如汽车发动机的可变输出的排气***中，通常在怠速、发动机低速或节气门少开启时的排气压力不足以驱动涡轮机。惯性、摩擦和压缩机负载是涡轮增压器滞后的主要原因。机械增压器不会遇到这个问题，因为压缩机直接由发动机提供动力而无需涡轮机。对于涡轮增压器，只有当发动机达到足够的速度时，涡轮机才开始加速，或者旋转得足够快以产生高于大气压的进气压力。

涡轮增压器***的增压阈值是压缩机运行的区域的下限。低于一定的流量，压缩机产生微小的增压。这限制了特定压缩机转速(RPM)的增压。

已经提出了许多与涡轮迟滞和增压阈值相关的问题的解决方案，包括双增压设置(在单个发动机上具有涡轮增压器和机械增压器)、双涡轮增压器布置、双涡旋涡轮增压器、可变几何涡轮增压器和所谓的电动增压，电动增压依靠电气装置使涡轮增压器达到所需的速度。其他提出的解决方案包括各种气动、液压和/或机械***。然而，所有已知的现有技术***通常都是复杂的、昂贵的并且需要相当多的工程专业知识来实现和操作。

本发明力图至少部分地提出可行的解决方案，以应对本领域的已知缺陷进行改进。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于涡轮增压内燃机的排气口装置，所述装置包括：

壳体，所述壳体限定入口和出口；

阀构件，所述阀构件布置在壳体内，所述阀构件能够在高速气体入口位置(其中阀构件允许流体在入口和出口之间无阻碍地流动)和低速气体入口位置(阀构件阻碍流体流过出口，同时允许流体无阻碍地流进入口)之间移动；和

致动器，所述致动器配置成用于在低速气体入口位置和高速气体入口位置之间动态地对阀构件致动；

其中，当入口和出口操作地将壳体布置成与发动机的排气进行流体连通时，阀构件的动态致动使得能够通过文丘里效应将经由出口至涡轮增压器的排气速度增加。

如本领域技术人员所理解的，阀构件通常仅部分地阻碍低速气体入口位置的出口，使得排气仍然可以通过该装置，即“阻碍”不应被解释为意思是“完全阻止”。

在一个示例中，壳体可以包括大体上直的管，所述管在其相对的两端限定所述入口和出口，所述阀构件布置在所述两端之间的管内。

在一个示例中，阀构件可以包括实心管状构件，所述实心管状构件限定穿过其中的横向导管，所述管状构件又横向于管状壳体布置，使得所述管状阀构件在壳体内的旋转操作使横向导管在入口和出口之间成角度。

典型地，所述阀构件的横向导管的入口侧可以大于其出口侧，以在操作地旋转时允许阻碍流体流过出口，同时允许流体无阻碍地流入入口。

在一个示例中，阀构件的横向导管的入口侧可以限定椭圆的锥台形状。

在一个示例中，阀构件的横向导管的出口侧可以限定圆柱形状。

在一个示例中，阀构件的横向导管的出口侧可以包括叶片，叶片配置成在阀构件处于低速气体入口位置时进一步阻碍流体流动。

通常，致动器可包括适于对阀构件致动的机电、气动和/或液压的致动器。

在一个示例中，致动器可以配置成使管状构件在壳体内旋转。

典型地，致动器可以配置成使管状构件在0°至85°的范围内旋转。

优选地，致动器可以配置成使管状构件在0°至55°的范围内旋转。

典型地，致动器可以配置为响应于排气速度传感器，排气速度传感器操作地感测进入和/或离开装置的排气的速度。

在另一个示例中，致动器可以配置为响应于传感器，传感器操作地感测涡轮增压器的操作特性。

根据本发明的第二方面，提供一种涡轮增压内燃机，涡轮增压内燃机具有根据本发明第一方面的排气口装置。

根据本发明的第三方面，提供一种涡轮增压内燃机，涡轮增压内燃机具有排气口装置，包括：

壳体，所述壳体限定入口和出口，所述入口和出口分别操作地将壳体布置成在发动机的排气管和涡轮增压器之间流体连通；

阀构件，所述阀构件布置在壳体内，所述阀构件能够在高速气体入口位置和低速气体入口位置之间移动，其中在高速气体入口位置阀构件允许流体在入口和出口之间无阻碍地流动，在低速气体入口位置阀构件阻碍流体流过出口，同时允许流体无阻碍地流入入口；

传感器，所述传感器操作地响应于发动机的工作特性；和

致动器，所述致动器布置成与传感器信号通信，所述致动器配置成用于响应于检测到的发动机的运行特性，在低速气体入口位置和高速气体入口位置之间动态地对阀构件致动；

其中，阀构件的动态致动使得能够通过文丘里效应将经由出口至涡轮增压器的排气速度增加。

在一个示例中，壳体可以包括大体上直的管，管在其相对的两端限定入口和出口。

在一个示例中，阀构件可以包括实心管状构件，所述实心管状构件限定穿过其中的横向导管，所述管状构件又横向于管状壳体布置，使得所述管状阀构件在所述壳体内的旋转操作使横向导管在入口和出口之间成角度。

典型地，所述阀构件的横向导管的入口侧可以大于其出口侧，以允许阻碍流体流过出口，同时允许流体无阻碍地流入入口。

在一个示例中，阀构件的横向导管的入口侧可以具有椭圆的锥台形状。

在一个示例中，阀构件的横向导管的出口侧可以具有圆柱形状。

典型地，传感器可以包括排气速度传感器，排气速度传感器操作地感测进入和/或离开装置的排气的速度。

在另一个示例中，传感器可以配置为操作地感测涡轮增压器的操作特性。

根据本发明的第四方面，提供了一种具有根据本发明的第二或第三方面的涡轮增压内燃机的车辆。

附图说明

在以下几个非限制性实施方案的描述中更全面地描述了本发明的进一步的特征。包括的本描述仅用于举例说明本发明。不应将其理解为对如上所述的本发明的广泛概述、公开或描述的限制。将参考附图进行描述，其中：

图1是根据本公开的一个方面的具有排气口装置的涡轮增压内燃机布置的示意图；

图2是排气口装置的一个示例的侧剖面示意图，其中阀门构件处于高速气体入口位置；

图3是图2中的排气口装置的侧剖面示意图，其中阀门构件处于低速气体入口位置；

图4(a)是图2中的排气口装置的俯视示意图；

图4(b)是图2中的排气口装置的前视示意图；以及

图5是图2中的排气口装置的透视分解图。

在多个附图中，为了说明一个或多个示例性实施例的特征，在遍及附图中相同的附图标记用于标识相同的部件。

具体实施方式

对仅通过示例的方式给出的以下模式进行描述，以便提供对一个或多个优选实施例的主题的更精确理解。

现在参考附图，示出了用于涡轮增压的内燃发动机4的排气口装置10的一个示例。发动机4包括涡轮增压器6，涡轮增压器6通常布置成与排气管8流体连通，涡轮增压机又有助于通过进气口5迫使空气引导回到发动机中。因此，在本公开中，涉及的流体通常是指由发动机4排出的废气。

通常，装置10包括壳体12，壳体12限定入口14和出口16。装置10也包括阀构件18，阀构件18布置在壳体12内，如图所示。

阀构件18通常可在高速气体入口位置(如图3所示)之间移动，其中阀构件18允许流体在入口14和出口16之间，以及在低速气体入口位置(如图2所示)无阻碍地流动，其中阀构件18阻碍流体流过出口16，同时允许流体无阻碍地流入入口14。

装置10进一步包括致动器20，致动器20通常配置成用于在低速气体入口位置和高速气体入口位置之间动态地使阀构件18致动。通过这种方式，当入口14和出口16可操作地将壳体12布置成与发动机的排气管8流体连通时，阀构件18的动态致动使得能够通过文丘里效应将经由出口16至涡轮增压器6的排气速度增加。

在该示例中，壳体12包括大体上直的管22，该管22在其相对的两端限定入口14和出口16，如图所示。然而，应当理解，壳体12可以采用本领域技术人员所理解的各种形式。

在优选实施例中，壳体12尽可能靠近涡轮增压器6的叶轮和/或进气口进行定位。例如，壳体12可包括实际的涡轮增压器6的壳体等，使得阀构件18定位成靠近涡轮增压器6的叶轮等。

在一个示例中，阀构件18包括实心管状构件24，该实心管状构件24限定穿过其中的横向导管26。该管状构件24又横向于管状壳体22布置，使得管状阀构件18在壳体12内的可操作的旋转使入口14和出口16之间的横向导管26成角度。

通常，在这样的示例中，阀构件的横向管道26的入口侧28大于其出口侧30，以允许阻碍流体流过出口16，同时允许流体无阻碍地流入入口14。例如，阀构件的横向导管26的入口侧28可以具有椭圆的锥台形状。类似地，阀构件的横向导管26的出口侧30可以具有圆柱形状。

在优选示例中，阀构件的横向导管26的出口侧30包括叶片32，叶片32配置成在阀构件18处于低速气体入口位置时进一步阻碍流体流动。

致动器20可包括任何数量的合适机构，该合适机构包括适于对阀构件18致动的机电、气动和/或液压的致动器。在该示例中，致动器20配置成使管状构件24在壳体12内旋转，但是其他构造也是可能的并且在本公开的范围内。

通常，致动器20可以配置成使管状构件24在0°至85°的范围内旋转。然而，优选地，致动器20配置成使管状构件24在0°至55°的范围内旋转。

通常地，致动器20配置为响应于排气速度传感器34，该排气速度传感器34可操作地感测进入和/或离开装置10的排气的速度。在另一个示例中，致动器20可以替换地或另外地配置成响应于可操作地感测涡轮增压器6和/或发动机4的操作特性的传感器34。

应当理解，本发明的不仅提供装置10，还提供包含该装置10的涡轮增压内燃机4，以及包括这种内燃机4的车辆。

如本领域技术人员所理解的，涡轮增压器6和/或发动机4的操作特性可包括许多不同的特性。例如，发动机负载、发动机转速、发动机功率输出、发动机温度和瞬时燃料消耗等。类似地，涡轮增压器操作特性可以包括叶轮转数、瞬时增压输出、压缩机负载、涡轮增压机温度、压力输入和/或输出和排气歧管压力等。

应当理解，装置10适用于所有的往复式活塞、旋转或涡轮发动机。类似地，这种发动机可以由所有油基、谷物、蔬菜、天然产生的气体、处理过的气体、藻类或有机衍生的燃料源提供燃料。

申请人认为特别有利的是，本发明提供了一种装置，该装置可以帮助在较低的发动机转速下保持涡轮增压器的叶轮加速，这可能减少涡轮迟滞并为内燃机提供改进的涡轮增压器性能。

本发明的可选实施例也可以说广泛地包括在本文中提及或指示的单独的或共同的部件、元件和特征、两个或更多个部件、元件或特征的任何或所有组合，并且其中本文提及的具体的整数在本发明所涉及的领域中具有已知的等同物，这些已知的等同物被视为并入本文，如同单独阐述一样。

应当理解，对本发明的“一个示例”或“一示例”的引用不是排他性的。因此，一个示例可以举例说明本发明的某些方面，而其他方面在不同的示例中举例说明。这些实施例旨在帮助技术人员实施本发明，并且除非上下文另有明确说明，否则不旨在以任何方式限制本发明的总体范围。

应当理解，上面使用的术语是出于描述的目的，不应被视为限制。所描述的实施例旨在说明本发明，而不是限制其范围。本发明能够通过本领域技术人员容易想到的各种修改和添加来实施。

本文以文本和/或图形方式描述了所要求保护的主题的各种大体上且特别实用的和有用的示例性实施例，包括发明人已知的用于执行所要求保护的主题的最佳模式(如果有的话)。在阅读本申请后，本文描述的一个或多个实施例的变型(例如，修改和/或增加)对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。

发明人预料到本领域技术人员适当地采用这些变形，而且发明人旨在实践所要求保护的主题，而不是如本文具体描述的那样。因此，在法律允许的情况下，所要求保护的主题包括并覆盖所要求保护的主题的所有等同物以及对所要求保护的主题的所有改进。此外，除非在本文中另有明确说明，明确且具体地否定或者上下文明显矛盾，否则所要求保护的主题涵盖上述元件、活动及其所有可能变型的每种组合。

除非另有说明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明一个或多个实施例，并且不对任何所要求保护的主题的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表明任何未要求保护的主题对于所要求保护的主题的实践是必不可少的。

使用指示行进方向或方向的词语不应视为限制。因此，诸如“前”、“后”、“后面的”、“侧”、“上”、“下”、“上部的”、“下部的”、“顶”、“底”、“向前”、“向后”、“朝向”、“远端”、“近端”、“在…内”“在…外”和同义词、反义词及其衍生词等词语，除非上下文另有说明，否则仅为方便起见而选择。发明人设想所要求保护的主题的各种示例性实施例可以以任何特定方位提供，并且所要求保护的主题旨在包括这样的方位。

在描述各种实施例(特别是在所要求保护的主题的上下文中)的上下文中使用术语“一”(“a”)、“一”(“an”)、“所述”、“该”和/或类似的指示词应被解释为除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，否则应理解为涵盖单数和复数。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。

此外，当在此描述任何数量或范围时，除非另有明确说明，否则该数量或范围是近似的。除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的描述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独的值和由这些单独的值限定的每个单独的子范围被并入说明书中，如同在本文中单独引用一样。例如，如果描述1至10的范围，则该范围包括其间的所有值，例如，1.1、2.5、3.335、5、6.179和8.9999等，并且包括其间的所有子范围，例如，1至3.65、2.8至8.14和1.93至9等。

因此，除了权利要求本身之外，本申请的每个部分(例如，标题、字段、背景、概要、描述、摘要和附图等)在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的；基于本申请发布的任何专利保护的主题范围仅由该专利的权利要求定义。

Claims

1.一种用于涡轮增压内燃发动机的排气口装置，所述装置包括：

壳体，所述壳体包括管，该管在其相对的两端限定一入口和一出口；

布置在所述壳体内的阀构件，所述阀构件能够在高速气体入口位置和低速气体入口位置之间移动，其中阀构件允许流体在入口和出口之间无阻碍地流动，并阻碍流体流过出口，同时允许流体无阻碍地流进入口；所述阀构件包括实心管状构件，所述实心管状构件限定穿过其中的横向导管，所述管状构件又横向于管状壳体布置，使得所述阀构件在壳体内的旋转操作使横向导管在入口和出口之间成角度；其中，所述阀构件的横向导管的入口侧大于其出口侧，以在操作地旋转时允许阻碍流体流过出口，同时允许流体无阻碍地流入入口；和

致动器，所述致动器配置成用于在低速气体入口位置和高速气体入口位置之间通过管状构件在0°至55°的范围内旋转来动态地致动所述阀构件；

其中，当入口和出口操作地使壳体布置成与发动机的排气进行流体连通时，阀构件的动态致动使得能够利用文丘里效应将经由出口至涡轮增压器的排气速度增加，以在低发动机转速下使涡轮增压器滞后最小化。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，阀构件的横向导管的入口侧限定椭圆的锥台形状。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，阀构件的横向导管的出口侧限定圆柱形状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述阀构件的横向导管的出口侧包括叶片，所述叶片配置成在阀构件处于低速气体入口位置时进一步阻碍流体流动。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述致动器包括适于对阀构件致动的机电、气动和/或液压的致动器。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述致动器配置成响应于排气速度传感器，所述排气速度传感器可操作地检测进入和/或离开所述装置的排气速度。

7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述致动器配置成响应于传感器，所述传感器可操作地感测涡轮增压器的操作特性。

8.一种涡轮增压内燃发动机，所述涡轮增压内燃发动机具有根据权利要求1至7中任一项所述的排气口装置。

9.一种车辆，其具有根据权利要求8所述的涡轮增压内燃发动机。