專利名稱：使用制動閥和部分進氣流渦輪機渦輪增壓器的發(fā)動機制動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機，包括但不局限于用于內燃機的渦輪增壓器、EGR系統(tǒng)以及發(fā)動機制動的控制和操作。
背景技術：
對于車輛、尤其是大型牽引拖車來說，合適且可靠的制動是理想的。雖然鼓式或碟式制動器在短期內能夠吸收大量能量，但所吸收的能量在制動機構中轉換成熱量。發(fā)動機制動系統(tǒng)可用于輔助車輛的制動。多氣缸內燃機、尤其是用于大型牽引拖掛式卡車的柴油發(fā)動機可包括廢氣渦輪增壓器。該渦輪增壓器包括渦輪機，該渦輪機經由軸驅動壓縮機，而在正常工作的過程中，該壓縮機致使進氣管道中的進氣壓力增大。已知制動系統(tǒng)包括排氣制動器和壓縮釋放系統(tǒng)，該排氣制動器抑制廢氣流動通過排氣系統(tǒng)，而在壓縮釋放系統(tǒng)中，在發(fā)動機的壓縮沖程中壓縮進氣所需的能量通過使經壓縮的空氣排過排氣系統(tǒng)而耗散。在美國專利4，395，884中披露的一種方法包括使用一種經渦輪增壓的發(fā)動機，該發(fā)動機裝備有雙側進氣的渦輪機和壓縮釋放發(fā)動機減速器并結合有分流閥。在發(fā)動機的制動過程中，分流閥將氣流引導通過渦輪機的分開的渦形室的一個渦管。當發(fā)動機進行制動時，渦輪機速度最大且入口歧管壓力也最大，由此使得由發(fā)動機所產生的制動馬力最大。其它方法是使用一種可變幾何形狀的渦輪增壓器(VGT)。當命令發(fā)動機制動時，可變幾何形狀的渦輪增壓器“向下夾緊”，這意味著渦輪機葉片關閉并且用于既產生高的排氣歧管壓力又產生高的渦輪機速度，從而產生高的壓縮機速度。增大渦輪增壓器的速度還增大發(fā)動機的氣流以及有效的發(fā)動機制動功率。在美國專利6，594，996中披露的方法包括根據發(fā)動機的速度和(排氣或進氣、較佳的是排氣)壓力而對用于發(fā)動機制動的渦輪增壓器的幾何形狀進行控制。美國專利6，148，793描述了一種用于具有可變幾何形狀的渦輪增壓機的發(fā)動機的制動控制件，該制動控制件可控制，以改變進氣歧管的壓力。發(fā)動機可使用渦輪增壓器的幾何形狀致動器和排氣閥致動器而在制動模式下工作，該渦輪增壓器的幾何形狀致動器用于改變渦輪增壓器的幾何形狀，而排氣閥致動器用于打開發(fā)動機的排氣閥。在美國專利6，223，534和4，474，006中披露使用用于發(fā)動機制動的渦輪增壓器的其它方法。發(fā)動機制動器需要排氣背壓，以產生泵送損失并產生減速功率。一些制動系統(tǒng)將渦輪增壓器下游的排氣出口外殼中的蝶形瓣閥關閉，以產生背壓。然而，在該閥處于該位置的情形下，在高背壓情況中，可阻礙通過渦輪增壓器的大量氣流，并且由于壓縮機轉輪并不有效地旋轉，而致使進入氣缸中的壓縮空氣發(fā)生損失。為了實現高效的發(fā)動機制動作用，在制動過程中，位于渦輪機上游的排氣管線中的制動閥可關閉，并且在制動閥上游的排氣管線中建立過壓。所建立的過壓以較高的速度流到渦輪機中，并且作用在渦輪機轉子上，藉此所驅動的壓縮機使進氣管道中的壓力增大。 氣缸經受增大的充氣壓力。在排氣系統(tǒng)中，在氣缸出口和制動閥之間產生過壓，并且該過壓對于在氣缸中經壓縮的空氣經由排氣閥進入排氣導管中的排氣起反作用。在制動過程中， 活塞對抗排氣導管中的高過壓而進行壓縮工作，從而實現較強的制動作用。披露在渦輪機上游的閥的專利包括美國專利7，523，736和美國專利4，395，884。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的一示例實施例，諸如蝶形閥或瓣閥之類的閥在發(fā)動機渦輪增壓器的部分進氣流渦輪機的上游位于排氣系統(tǒng)中。當該閥處于完全關閉位置或者打開和完全關閉之間的部分關閉位置時，外部旁通排氣通道用于將排出氣體供給至渦輪機。根據另一方面，對于具有整體式(非分開式)渦輪機外殼的渦輪增壓器來說，可使用一個(1個)旁通排氣通道。對于分開式渦輪機外殼來說，兩個0個)排氣通道可用于分開和不同的流動回路。通過在渦輪增壓器渦輪機的上游使用閥，該閥可完全關閉或部分關閉，以產生高水平的背壓。通過使用供給至渦輪機外殼的旁通排氣供源，渦輪機和壓縮機持續(xù)旋轉，且發(fā)動機的質量流不被阻擋并將得到改進的發(fā)動機制動性能。從下文對本發(fā)明以及本發(fā)明的實施例的詳細說明、從權利要求以及從附圖中，本發(fā)明的各種其它優(yōu)點和特征將變得顯而易見。


圖1是根據本發(fā)明示意實施例的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖，該發(fā)動機系統(tǒng)包括渦輪增壓器和發(fā)動機制動系統(tǒng)；圖2是包含圖1所示制動系統(tǒng)的增壓器系統(tǒng)的正視圖；圖3是圖2所示渦輪增壓器系統(tǒng)的右側視圖；圖4是大體沿圖2中剖線4-4剖取的渦輪增壓器系統(tǒng)的剖視圖；圖5是大體沿圖2中剖線5-5剖取的渦輪增壓器系統(tǒng)的局部剖視圖，并且為了便于解釋而移除某些部分；圖6是大體沿圖3中剖線6-6剖取的渦輪增壓器系統(tǒng)的局部剖視圖，并且為了便于解釋而移除某些部分；圖7是大體沿圖3中剖線6-6剖取的渦輪增壓器系統(tǒng)的局部剖視圖，并且為了便于解釋而移除某些部分；圖8是大體沿圖2中剖線8-8剖取的渦輪增壓器系統(tǒng)的局部剖視圖，并且為了便于解釋而移除某些部分；以及圖9是根據本發(fā)明替代實施例的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖，該發(fā)動機系統(tǒng)包括渦輪增壓器和發(fā)動機制動系統(tǒng)。
具體實施例方式雖然本發(fā)明容許許多不同形式的實施例，這些實施例在附圖中示出并且將在本文中進行詳細描述，但這些實施例中用于理解本發(fā)明的特定實施例應被認為是本發(fā)明原理的
5示例，而不旨在于將本發(fā)明限制為所說明的特定實施例。在圖1中示意地示出發(fā)動機100。該發(fā)動機100具有包括多個氣缸的氣缸體101。 氣缸體101中的氣缸流體地連接于進氣系統(tǒng)103并且連接于排氣系統(tǒng)105。排氣系統(tǒng)包括來自一排氣缸中的氣缸1、2、3的第一管道10 和來自氣缸4、5和6的第二管道10恥。雖然示出六個氣缸的直列排列，但本發(fā)明還包括任何數量氣缸構成的多個氣缸的直列或V形排列或其它排列。渦輪增壓器107包括渦輪機109。所示出的渦輪機109具有連接于排氣系統(tǒng)105 的單個渦輪機進入口 113。渦輪增壓器107包括壓縮機111，該壓縮機通過進氣通道115連接于進氣系統(tǒng)103。在發(fā)動機100的工作過程中，空氣可通過空氣入口 117而進入壓縮機111。經壓縮的空氣可通過出口 207而離開壓縮機111(下文進行描述)，并且在進入進氣系統(tǒng)103的進氣混合器121和進氣歧管122之前，經過進氣通道115并經過可選的增壓空氣冷卻器119 以及可選的入口節(jié)流閥120。經壓縮的空氣進入發(fā)動機氣缸1-6。來自排氣系統(tǒng)105的排出氣流可在混合器121處與來自入口節(jié)流閥120的空氣相遇并且混合之前、行進通過EGR通道或導管124、通過排氣循環(huán)(EG 閥125、通過排氣循環(huán) (EGR)冷卻器1 并經過另一 EGR導管127。渦輪機109的進入口 113能以形成分配歧管129的方式連接于排氣管10fe、 105b (圖4)。經過渦輪機109的排出氣體可通過尾管134而離開發(fā)動機100。眾所周知，可設置尾氣和噪聲處理部件，從而在排出氣體排放至大氣之前，接收來自尾管的排出氣體。有時在EGR閥125至少部分打開時，排出氣體流動通過第一管道105a、通過導管 124、通過EGR閥125、通過EGR冷卻器126、通過又一個導管127并進入混合器121，在此該排出氣體與來自入口節(jié)流閥120的空氣混合。排出氣體通過EGR閥125再循環(huán)的量值可取決于該EGR閥125的受控打開百分比。制動閥133設置在分配歧管129內。該制動閥可在如下兩個位置之間操作在發(fā)動機制動操作過程中的圖1中實線所示的關閉位置或者部分關閉位置(未圖示)，以及在正常工作而非發(fā)動機制動操作的過程中的圖1中虛線所示的打開位置或者部分打開位置(未圖示)。外部旁通導管135連接在第一管道10 和渦輪機109之間。外部旁通導管135 可將尺寸設計成總是打開，即并不具有如圖所示的閥構件，或者可控閥可沿著該旁通閥135 而定位。該閥可以是蝶形閥、瓣閥或者其它類型的閥。在發(fā)動機制動過程中，制動閥133完全關閉或者部分關閉，從而由于旁通導管的受限流動區(qū)域而產生增大的背壓。該制動閥可以是比例控制閥?？赏ㄟ^發(fā)動機控制件來對制動閥被關閉的程度進行優(yōu)化。經過旁通導管135的排出氣體使渦輪機速度保持高速，從而保持有高容量的壓縮空氣從壓縮機111流入進氣系統(tǒng)103。發(fā)動機制動的更完整描述可在美國專利 6，594，996 ；6, 223，534 ；6, 148，793 ；4, 474，006 以及 4，395，884 中找到；并且所有的這些專利以參見的方式納入本文。圖2-5示出圖1所述系統(tǒng)的示例實施例。為了便于說明，在附圖4中移去壓縮機和渦輪機轉輪、軸承、密封件以及其它相關聯的硬件。可從美國專利6，715，288 ；6, 709，160 ； 6，925，805 ；6, 089，019 ；4, 389，845中得到關于渦輪增壓器內部部件的具體設計，在此以參見的方式將所有這些專利納入本文，以至如下程度，使這些披露并不與本發(fā)明的教示相一致。壓縮機111包括外殼201，該外殼具有軸向入口噴嘴203和切向排放噴嘴207。圖5示出渦輪機109，該渦輪機109包括渦輪機外殼215，而該渦輪機外殼215限定內部渦管或渦形室21 并且具有軸向排放噴嘴216、形成入口 113的第一切向入口噴嘴 218以及第二切向入口噴嘴220。為了清楚地進行描述而并不示出渦輪機轉輪。噴嘴218沿方向Vl來引導氣體。噴嘴220沿方向V2來引導氣體。Vl和V2之間的角度A大于180度并且較佳的是約240度。噴嘴220和渦形室21 的相交部220a與噴嘴218和渦形室21 的相交部218a之間的角度B大于180度并且較佳的是約200度。噴嘴220設置成切向于其中的渦輪機轉輪而將氣流引到渦形室中。有利的是，噴嘴220的橫截面大約與在噴嘴220 和渦形室21 的相交部處的渦形室內流動區(qū)域的橫截面相等。旁通導管135由凸緣噴嘴236連接于排氣管105a，并且通過連接于噴嘴220而連接于渦輪機外殼215。如圖5所示，噴嘴220以如下方式連接于渦輪機外殼215 以基本上切向于外殼215內渦形室215a的方式高速引導排出氣體。由于通過噴嘴220的氣流并不包圍整個360度的渦形室，因而所示的渦輪機被認為是部分進氣式渦輪機。在所說明的實施例中，通過噴嘴220的氣流包圍約160度。如圖4和6-8所示，制動閥133包括蝶形閥構件M6，該蝶形閥構件246在軸M8 上相對于的歧管1 而樞轉。軸248通過歧管129的頂部而穿透歧管1 并且密封在該穿透部內。曲柄252在該曲柄252的基端2M處固定于軸M8的頂部，并且在遠端256處樞轉地連接于直線致動器沈0。致動器260可以是電磁螺線管驅動的致動器，用以使致動器臂 262作進入和離開致動器本體沈4的往復運動。曲柄的遠端256連接于臂沈2的球接頭或樞轉接頭沈6。致動器260在其基端268處樞轉地連接于安裝在歧管1 上的支承板272。 致動器沈0的樞轉連接允許在臂262運動進入或離開致動器本體沈4時、該致動器260進行較小程度地樞轉。在臂262相對于本體264運動時，曲柄252轉動并且閥構件264打開或關閉。作為電磁螺線管驅動的致動器的替代，氣壓缸致動器、液壓油驅動的致動器、其它類型的電氣驅動致動器或者其它的已知致動器都可適用。圖9示出一替代的實施例，其中替代的渦輪增壓器407使用替代的渦輪機409，而該渦輪機包含分開式渦輪機外殼。根據該實施例，單獨的外部排氣旁通導管135、435用于渦輪機的每個分開部分。除了將制動閥133關閉以外，可將發(fā)動機的一個或多個排氣閥打開，以使由發(fā)動機所產生的制動馬力最大，如在美國專利6，594，996 ；6, 148，793 ；6, 779，506 ；6, 772，742或 6，705，282中所描述的那樣，這些專利在此以參見的方式納入本文。部件列表100 發(fā)動機101 氣缸體103進氣系統(tǒng)105排氣系統(tǒng)105a第一排氣管105b第二排氣管
7
107渦輪增壓器109渦輪機111壓縮機115進氣通道119可選的增壓空氣冷卻器120可選的入口節(jié)流閥121進氣混合器122進氣歧管124EGR 導管125EGR 閥126冷卻器127另一導管129分配歧管133制動閥134尾管135外部排氣旁通導管201壓縮機外殼203軸向入口噴嘴207切向排放噴嘴215渦輪機外殼215a內部渦形室或渦管216軸向排放噴嘴218第一切向入口噴嘴218a噴嘴218和渦形室21 的相交部220第二切向入口噴嘴220a噴嘴220和渦形室21 的相交部236凸緣噴嘴246蝶形閥構件248閥構件軸252曲柄254曲柄的基端256曲柄的遠端260直線致動器262致動器臂264致動器本體266樞轉接頭268本體洸4的基端272支承板407替代的渦輪增壓器
8
409替代的渦輪機435第二外部排氣旁通導管240第一排出氣體部分242 EGR排出氣體246第二排出氣體部分300 中心閥304 基部306 閥座310可轉動的蝶型閥構件314 軸從前文描述中，應觀察到的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可進行各種變型和修改。應理解的是，預期或應推斷不限制于在此說明的特定設備。
權利要求
1.一種發(fā)動機制動系統(tǒng)，包括渦輪增壓器，所述渦輪增壓器具有渦輪機和壓縮機，且所述渦輪機具有渦輪機外殼， 而所述渦輪機外殼具有第一入口、第二入口和出口，并且所述渦輪機可操作地連接于所述壓縮機，以使壓縮機轉輪在所述壓縮機內旋轉，從而對進入所述發(fā)動機的進入空氣進行加壓；制動閥，所述制動閥具有打開位置和關閉位置；排氣歧管，所述排氣歧管接收來自所述發(fā)動機的排出氣體，并且具有第一出口和第二出口，所述第一出口通過所述制動閥而流動連接于所述渦輪機的第一入口，而所述第二出口由外部旁通導管流連接于所述第二入口并且繞過所述制動閥。
2.如權利要求1所述的發(fā)動機制動系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣歧管包括分配歧管，而所述分配歧管將排出氣體從所述發(fā)動機引導至所述渦輪機、從所述發(fā)動機引導至EGR閥并且從所述發(fā)動機引導件所述旁通導管，而所述旁通導管流動連接在所述第二出口和所述第二入口之間。
3.如權利要求1所述的發(fā)動機制動系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機包括整體式渦輪機外殼。
4.如權利要求1所述的發(fā)動機制動系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機包括具有兩個渦形室的分開式外殼渦輪機，并且還包括第二旁通導管，所述旁通導管和所述第二旁通導管設置成連接在所述排氣歧管和所述渦形室中的相應一個之間。
5.如權利要求1所述的發(fā)動機制動系統(tǒng)，其特征在于，所述制動閥包括蝶形閥，而所述蝶形閥可在與所述打開和關閉位置相對應的兩個位置之間轉動。
6.一種用于發(fā)動機的排氣和進氣系統(tǒng)，包括第一排氣管和第二排氣管，所述第一排氣管對由所述發(fā)動機產生的排出氣體的第一部分進行管送并且具有第一出口，而所述第二排氣管對由所述發(fā)動機產生的排出氣體的第二部分進行管送并且具有第二出口；進氣系統(tǒng)，所述進氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機、所述空氣壓縮機的空氣入口以及壓縮空氣的進氣歧管，且所述壓縮空氣的進氣歧管流動連接于所述空氣壓縮機；渦輪機，所述渦輪機驅動所述空氣壓縮機，并且所述渦輪機具有限定渦形室的外殼， 且所述外殼具有第一入口和第二入口，所述第一入口用于將所述第一和第二管道的第一和第二出口分別流連接于所述渦形室，而所述第二入口設置成相對所述第一入口成角度地偏移；至少一個制動閥，所述至少一個制動閥設置于第一工作模式，以將所述排出氣體從所述第一管道和所述第二管道至所述渦輪機入口的流動打開，并且所述至少一個制動閥設置于第二工作模式，以將所述排出氣體從所述第一管道和所述第二管道至所述渦輪機入口的流動關閉；以及至少一個外部旁通導管，所述至少一個外部旁通導管將所述第一管道或所述第二管道中的一個流動連接于所述第二入口。
7.如權利要求6所述的排氣和進氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一入口和所述第二入口偏移180度以上的角度。
8.如權利要求6所述的排氣和進氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一入口和所述第二入口偏移約200度的角度。
9.如權利要求6所述的排氣和進氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一入口由第一入口噴嘴提供，而所述第二入口由第二入口噴嘴提供，并且所述第一和第二入口噴嘴相對于所述渦形室沿基本上切向方向引導氣體。
10.如權利要求6所述的排氣和進氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二入口噴嘴以引開180度以上的方向來引導氣體。
11.如權利要求10所述的排氣和進氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二入口噴嘴以引開約240度的方向來引導氣體。
12.如權利要求6所述的排氣和進氣系統(tǒng)，其特征在于，所述制動閥包括一個蝶形閥， 且所述蝶形閥交替地運動，以將所述第一管道和所述第二管道都打開或者將所述第一管道和所述第二管道都關閉。
全文摘要
一種發(fā)動機制動系統(tǒng)包括蝶形閥，該蝶形閥在部分進氣發(fā)動機渦輪增壓器的上游而位于排氣系統(tǒng)中。當瓣閥處于關閉位置時，旁通排氣通道用于將排出氣體供給至渦輪機。通過使用渦輪增壓器上游的背壓蝶形閥，該閥可完全關閉以產生高水平的背壓。通過使用供給至渦輪機外殼的外部旁通排氣供源，渦輪機持續(xù)旋轉，且發(fā)動機的質量流不被阻擋并將得到改進的制動性能。
文檔編號F02D23/00GK102472178SQ201080034469
公開日2012年5月23日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2009年6月29日
發(fā)明者L·C·卡塔尼, M·D·巴特科維奇, M·R·基林克, S·格瑞文特, 辛千凡 申請人:萬國引擎知識產權有限責任公司