專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，特別是涉及渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
提供具有渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以改善其功率輸出并減少排放是大家所熟知的。這種渦輪增壓器通常裝有廢氣門閥，用來控制與渦輪增壓器的渦輪機(jī)并聯(lián)設(shè)置的旁路通道中的排氣流，以便當(dāng)來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流對(duì)于該渦輪增壓器太高時(shí)提供用于防止渦輪增壓器超速的手段。這種組合的渦輪增壓器和廢氣門總成尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且必需用諸如不銹鋼的比較昂貴的耐熱材料制造，以便經(jīng)受由流過該總成的排氣施加在其上的高溫。此外，來自諸如組合的渦輪增壓器和廢氣門總成的大物體的熱輻射相當(dāng)大，并且這能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)艙中的其他部件，例如電子控制単元或用塑料制造的部件，產(chǎn)生不希望的加熱。這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間非常有限的現(xiàn)代轎車是ー個(gè)具體的問題。例如，從美國專利US6，976，359還知道將廢氣門遠(yuǎn)距離安裝在與渦輪增壓器分開的殼體中，這具有減小渦輪增壓器的尺寸和復(fù)雜性的優(yōu)點(diǎn)，并且由于不是所有的排氣在所有的時(shí)間都通過渦輪增壓器，因此來自渦輪增壓器的輻射有可能降低。盡管如此來自這種渦輪增壓器的輻射仍然相當(dāng)大，并且由于需要用耐高溫的材料制造渦輪增壓器殼體和廢氣門殼體兩者，因此制造成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有以更加成本有效的方式制造的渦輪增壓器。根據(jù)本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、設(shè)置成接收來自該發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的渦輪增壓器以及用于控制越過(past)該渦輪增壓器的旁路排氣流的外部廢氣門閥，其中該渦輪增壓器具有液體冷卻的渦輪機(jī)殼體，并且廢氣門閥設(shè)置在與該液體冷卻的渦輪機(jī)殼體分開的殼體中。該渦輪增壓器可以具有設(shè)置在液體冷卻的渦輪機(jī)殼體中的渦輪機(jī)并且該渦輪機(jī)設(shè)置成接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣。 該廢氣門閥殼體可以是非液體冷卻的殼體。該廢氣門閥可以控制通過從渦輪機(jī)上游的位置延伸到渦輪機(jī)下游的位置的旁路通道的排氣流。該旁路通道的上游端可以在該渦輪機(jī)的上游連接于該渦輪機(jī)殼體。
可替代地，該旁路通道的上游端直接連接于發(fā)動(dòng)機(jī)該發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有設(shè)置成使排氣流到渦輪機(jī)的主排氣出口，和設(shè)置成使排氣流到該旁路通道的上游端的輔助排氣出ロ。該主排氣出口和輔助排氣出ロ可以形成為發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管的一部分。該排氣歧管可以是連接于汽缸蓋的液體冷卻的排氣歧管。該液體冷卻的排氣歧管可以形成為發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋的一體的部件。該液體冷卻的渦輪機(jī)殼體可以用鋁合金材料制造。該汽缸蓋和液體冷卻的排氣歧管可以用與渦輪機(jī)殼體基本相同的鋁合金制造。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還可以包括用于為發(fā)動(dòng)機(jī)提供液體冷卻劑的主液體冷卻環(huán)路，并且該液體冷卻的渦輪機(jī)殼體接收來自主液體冷卻環(huán)路供給的液體冷卻剤。液體冷卻的渦輪機(jī)殼體可以經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪機(jī)殼體上的互補(bǔ)端ロ接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的液體冷卻劑直接供送。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還可以包括用于為發(fā)動(dòng)機(jī)提供液體冷卻劑的主液體冷卻環(huán)路和用于為液體冷卻的渦輪機(jī)殼體提供液體冷卻劑的輔助液體冷卻系統(tǒng)。該輔助的冷卻劑系統(tǒng)也可以向發(fā)動(dòng)機(jī)油冷卻器和空氣中冷器中的ー個(gè)或更多個(gè)提供液體冷卻剤。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供ー種具有汽缸蓋和排氣歧管的發(fā)動(dòng)機(jī)，該排氣歧管具有主排氣出口和輔助排氣出口，其中該主排氣出ロ將排氣供給渦輪增壓器渦輪機(jī)，而輔助排氣出口將排氣供給廢氣門控制的渦輪增壓器旁路通道。該排氣歧管可以是液體冷卻的歧管。該液體冷卻的排氣歧管可以形成為汽缸蓋的一體的部件。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制造成本的方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、具有渦輪機(jī)和廢氣門閥的渦輪增壓器，其中該方法包括利用用于該渦輪機(jī)和廢氣門閥的分開的殼體、液體冷卻該渦輪機(jī)殼體以及用鋁合金制造該渦輪機(jī)殼體。該發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有鋁合金汽缸蓋和鋁合金液體冷卻的排氣歧管，并且該方法還可以包括用基本相同的鋁合金制造汽缸蓋、液體冷卻的排氣歧管和渦輪機(jī)殼體。該發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有用鋁合金制造的組合的排氣歧管和汽缸蓋，并且該方法還可以包括用基本相同的鋁合金制造該組合的排氣歧管和汽缸蓋以及渦輪機(jī)殼體。


下面將參考附圖以舉例的方式描述本發(fā)明。圖I示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的示意圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的示意圖。圖3示出形成圖I和圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的液體冷卻環(huán)路的第一實(shí)施例的示意圖。圖4示出形成圖I和圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的液體冷卻環(huán)路的第二實(shí)施例的示意圖。圖5示出形成圖I和圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的液體冷卻環(huán)路的第三實(shí)施例的示意圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的示意圖。圖7示出形成圖6所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的組合的汽缸蓋和排氣歧管的立體圖，在這里圖7大約按比例繪制。圖8示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的示意圖。圖9示出形成圖8所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分的組合的汽缸蓋和排氣歧管的立體圖。
具體實(shí)施例方式具體參考圖I,圖I不出發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)5的一部分。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)5包括具有汽缸體(未示出)、液體冷卻的汽缸蓋11、液體冷卻的排氣歧管14、渦輪增壓器20和廢氣門閥30的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10。渦輪增壓器20包括容納壓縮機(jī)23的壓縮機(jī)殼體21、容納渦輪機(jī)24的液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22、將壓縮機(jī)23連接于渦輪機(jī)24的驅(qū)動(dòng)軸25以及用干支撐該驅(qū)動(dòng)軸25的支撐軸承26。應(yīng)當(dāng)明白，壓縮機(jī)殼體21和液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22可以形成為單個(gè)殼體的一部分或可以形成為固定至彼此的分開的殼體。在任何一種情況下，液體冷卻至少提供給渦輪機(jī)殼體22，以便冷卻它，并且與如果不提供冷卻所需要的材料相比可以利用不太耐高溫的材料。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，與常規(guī)的耐高溫的殼體相比，液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22用相對(duì)低成本的鋁合金材料制造，并且能夠以低成本制造。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，汽缸蓋11、排氣歧管14和渦輪機(jī)殼體22全部用基本相同的鋁合金材料制造，以便使各個(gè)部件之間的熱應(yīng)カ最小化?？諝馔ㄟ^多個(gè)進(jìn)氣端ロ 12進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10并且通過與形成在液體冷卻的歧管14中的排氣流通道15合作的多個(gè)排氣端ロ 13離開發(fā)動(dòng)機(jī)10。該液體冷卻的歧管14具有與渦輪增壓器20連通的主排氣出ロ 16，以便排氣能夠從排氣流通道15流到渦輪增壓器20中，或更具體地說流進(jìn)液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22中，以便旋轉(zhuǎn)該渦輪機(jī)24。應(yīng)當(dāng)明白，渦輪機(jī)24的旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生壓縮機(jī)23的相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，于是壓縮機(jī)23的這種旋轉(zhuǎn)將以增加的壓カ經(jīng)由常規(guī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(未示出)為進(jìn)氣端ロ 12提供空氣。液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22不僅形成渦輪機(jī)24的工作室，而且還形成與旁路通道31的第一端連接的輔助的排氣輸送通道。旁路通道31的第二端連接于用于將排氣從渦輪機(jī)24流到大氣中的排氣管18。應(yīng)當(dāng)明白，到大氣中的排氣流通常經(jīng)過各種排氣排放處理裝置(未示出)。因此旁路通道31具有連接于渦輪機(jī)24的上游的第一端和連接于渦輪機(jī)24的下游的第二端，因此提供與通過該渦輪機(jī)24的排氣流路徑并聯(lián)的排氣流路徑。通過該旁路通道31的排氣流由廢氣門閥30控制，該廢氣門閥30具有與用于渦輪增壓器20的一個(gè)或多個(gè)殼體分開的殼體30a。廢氣門閥30的結(jié)構(gòu)可以是任何已知的類型，并且設(shè)置成選擇地控制通過該旁路通道31的排氣流，以便當(dāng)來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流高于能夠由渦輪機(jī)24承受的排氣流時(shí)防止渦輪增壓器20超速，以調(diào)節(jié)由渦輪增壓器20的壓縮機(jī)23產(chǎn)生的輸出壓力，或者在部分載荷(part load)運(yùn)行狀態(tài)(對(duì)于許多發(fā)動(dòng)機(jī)其為主流(prevalent)運(yùn)行狀態(tài))期間打開以便減少背壓，因而改善燃料經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)當(dāng)明白，廢氣門閥殼體30a可以具有非常簡單的結(jié)構(gòu)并且比較緊湊，因此即便必需用能夠耐排氣高溫的材、料制造成本也仍然比較低。例如，在一個(gè)非限制性的實(shí)施例中廢氣門閥殼體30a可以是在相對(duì)兩端具有凸緣的不銹鋼管子的形式?？商鎿Q地，廢氣門殼體可以形成為旁路通道的一體的一部分。因此當(dāng)廢氣門閥30關(guān)閉吋，離開發(fā)動(dòng)機(jī)10的所有排氣經(jīng)過渦輪機(jī)24，并且當(dāng)廢氣門閥30打開時(shí)，較少的排氣流流過渦輪機(jī)24，直到當(dāng)廢氣門閥30完全打開時(shí)，離開發(fā)動(dòng)機(jī)10的相當(dāng)大的百分比的排氣經(jīng)由旁路通道31繞過(bypass)渦輪機(jī)24并且直接流到排氣管18。
例如，當(dāng)廢氣門閥30完全打開并且來自發(fā)動(dòng)機(jī)的最大排氣流時(shí)，大約總排氣流的三分之一通過旁路通道31。因此與旁路通道形成為渦輪增壓器的一部分的常規(guī)設(shè)置相比較少的熱從排氣傳輸給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22。正如上面所提到的，渦輪機(jī)殼體22是液體冷卻的，并且包括冷卻劑流通道(未示出)，諸如(例如但不限于)，水/こニ醇混合物，能夠流過該冷卻劑流通道。圖3至圖5示出形成發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)5的一部分的三個(gè)可替換液體冷卻環(huán)路。在圖3所示的冷卻環(huán)路的第一實(shí)施例中，冷卻劑由冷卻劑泵2經(jīng)由頂部軟管TL和輸送軟管SL從散熱器I循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)10，并且在這種情況下循環(huán)到汽缸蓋11 (應(yīng)當(dāng)明白，輸送軟管SL可以替代地連接于發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸體(未示出))。來自輸送軟管SL的冷卻劑流過汽缸體、汽缸蓋11和液體冷卻的歧管14，并且從該液體冷卻的歧管14直接流到渦輪增壓器殼體22中。然后冷卻劑流過在渦輪機(jī)殼體22中的冷卻通道，并且從該渦輪機(jī)殼體22中出來經(jīng)由返回軟管RL到散熱器I中。(應(yīng)當(dāng)明白，可以存在從發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸體經(jīng)由返回軟管RL的分開的回流)。通常在這種冷卻環(huán)路中，由組合的旁路和恒溫閥3控制的冷卻劑旁路管道BL連接返回軟管RL和頂部軟管TL，以便提供以并聯(lián)于散熱器I的方式設(shè)置的冷卻劑流動(dòng)路徑。在圖4所示的冷卻環(huán)路的第二實(shí)施例中，冷卻劑由冷卻劑泵2經(jīng)由頂部軟管TL和輸送軟管SL從散熱器I循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)10，并且在這種情況下循環(huán)到汽缸蓋11 (應(yīng)當(dāng)明白，輸送軟管SL可以替代地連接于發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸體(未示出))。來自輸送軟管SL的冷卻劑流過汽缸體、汽缸蓋11和液體冷卻的歧管14，并且從該液體冷卻的歧管14流到返回軟管RL中到散熱器I。(應(yīng)當(dāng)明白，可以存在從發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸體經(jīng)由返回軟管RL的分開的返回)。通常在這種冷卻環(huán)路中，由組合的旁路和恒溫閥3控制的冷卻劑旁路管道BL連接返回軟管RL和頂部軟管TL，以便提供以并聯(lián)于散熱器I的方式設(shè)置的冷卻劑流動(dòng)路徑。在這種情況下液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22由具有泵7和散熱器8的輔助冷卻環(huán)路冷卻。泵7經(jīng)由渦輪機(jī)殼體進(jìn)ロ軟管TI將冷卻劑供給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，并且冷卻劑經(jīng)由渦輪機(jī)出ロ軟管TO從液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22流到散熱器8。應(yīng)當(dāng)明白，可以僅僅設(shè)置輔助冷卻環(huán)路用于冷卻液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，或用于冷卻一個(gè)或多個(gè)其他的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)部件，例如，發(fā)動(dòng)機(jī)油冷卻器和/或至空氣中冷器的液體。在圖5所示冷卻環(huán)路第三實(shí)施例中，冷卻劑由冷卻劑泵2經(jīng)由頂部軟管TL和輸送軟管SL從散熱器I循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)10，并且在這種情況下循環(huán)到汽缸蓋11 (應(yīng)當(dāng)明白，輸送軟管SL可以替代地連接于發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸體(未示出))。來自輸送軟管SL的冷卻劑流過汽缸體、汽缸蓋11和液體冷卻的歧管14,并且從該液體冷卻的歧管14流到返回軟管RL中到散熱器I。(應(yīng)當(dāng)明白，可以存在從發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸體經(jīng)由返回軟管RL的分開的返回)。通常在這種冷卻環(huán)路中，由組合的旁路和恒溫閥3控制的冷卻劑旁路管道BL連接返回軟管RL和頂部軟管TL，以便提供以并聯(lián)于散熱器I的方式設(shè)置的冷卻劑流動(dòng)路徑。在這種情況下液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22通過供給從位于泵2和發(fā)動(dòng)機(jī)10之間的位置抽取的主冷卻環(huán)路的冷卻劑而被冷卻，以便與圖3所示布置的情況相比提供冷卻劑的冷卻供應(yīng)。渦輪機(jī)輸送軟管TS用于將液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22連接于輸送軟管SL，通過該輸送軟管SL冷卻劑流到液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，并且冷卻劑通過渦輪機(jī)返回軟管TR返回到主冷卻劑環(huán)路，該渦輪機(jī)返回軟管TR從發(fā)動(dòng)機(jī)10連接于返回軟管RL。應(yīng)當(dāng)明白圖3至圖5示出用于液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的冷卻設(shè)置的三種簡化 的例子，并且本發(fā)明不限于這種冷卻設(shè)置。因此通過分開廢氣門殼體30a與液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，并且水冷卻該液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的尺寸將大大地減小，因而減小能夠輻射熱的表面積。此外，渦輪增壓器殼體21和22具有不太復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并且可以用諸如鋁合金的成本較低的材料制造，因而減少制造成本。而且，由于通常很熱的液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22被冷卻到非常低的溫度，這進(jìn)ー步減少來自渦輪增壓器20的熱輻射。將廢氣門殼體30a與液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22分開的ー個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是僅僅允許渦輪機(jī)殼體22被液體冷卻。這是很重要的，因?yàn)橥ㄟ^液體冷卻組合的渦輪增壓器和廢氣門總成，相當(dāng)大數(shù)量的熱被傳輸給液體冷卻系統(tǒng)。例如但不限于，對(duì)于具有128kW最大額定功率輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)，大約70kW的熱以全節(jié)流(full throttle)的方式從發(fā)動(dòng)機(jī)排出到冷卻系統(tǒng)中。在同樣的運(yùn)行狀態(tài)下，組合的渦輪增壓器和廢氣門總成產(chǎn)生被冷卻系統(tǒng)耗散的附加的27kW的熱。這附加的熱負(fù)荷可能需要改變?nèi)魏蜗嚓P(guān)散熱器的尺寸，因此增加成本并且很難將這些散熱器安放在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙中。通過將渦輪機(jī)殼體與廢氣門殼體分開并且僅僅液體冷卻渦輪機(jī)殼體，能夠使得傳輸?shù)嚼鋮s系統(tǒng)的熱大大減小。當(dāng)大量的旁路流經(jīng)過廢氣門閥是主流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)尤其是如此。在許多情況下，僅僅液體冷卻渦輪機(jī)殼體產(chǎn)生的這種熱負(fù)荷的減少，使現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)通過液體冷卻渦輪機(jī)殼體能夠解決布置在其上的額外的熱負(fù)荷的需求，或減少能夠被容易承受的熱負(fù)荷而不需要昂貴地重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙。特別地參考圖2，圖2示出根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)5的一部分，該實(shí)施例的大多數(shù)方面與上面參考圖I描述的實(shí)施例相同，并且諸如圖3至圖5所示的其中ー個(gè)液體冷卻系統(tǒng)也形成該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分。上面描述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)5除了關(guān)于液體冷卻的排氣歧管14和旁路通道32的設(shè)置之外與上面描述的相同，該旁路通道32在其第一端不連接于渦輪增壓器20，而是直接連接于液體冷卻的排氣歧管14。如前面所述，渦輪增壓器20包括容納壓縮機(jī)23的壓縮機(jī)殼體21、容納渦輪機(jī)24的液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22、將壓縮機(jī)23連接于渦輪24的驅(qū)動(dòng)軸25以及用于支撐該驅(qū)動(dòng)軸25的支撐軸承26，并且壓縮機(jī)殼21和渦輪機(jī)殼體22能夠形成為單個(gè)殼體部件的一部分或形成為彼此固定在一起的單獨(dú)的殼體。在兩種情況的任何一種情況下，液體冷卻至少提供給渦輪機(jī)殼體22以便冷卻它并且與如果不提供液體冷卻所需要的材料相比能夠利用不太耐高溫的材料。在 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，與常規(guī)的耐高溫的殼體相比，液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22用相對(duì)低成本的鋁合金材料制造并且能夠以低成本制造。有利的是，汽缸蓋11、排氣歧管14和液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22全都用基本相同的鋁合金材料制造以便使各部件之間的熱應(yīng)カ最小。如前所述，空氣通過多個(gè)進(jìn)氣端ロ 12進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10并且通過與排氣歧管14中的排氣流通道15合作的多個(gè)排氣端ロ 13離開發(fā)動(dòng)機(jī)10。液體冷卻的排氣歧管14具有與渦輪增壓器20連通的主排氣出ロ 16，因此排氣能夠從排氣流通道15流進(jìn)液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22中，以便旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)24，和直接與旁路通道32的第一端連通的輔助的排氣出ロ 17。如前所述，旁路通道31的第二端連接于用于將排氣從渦輪機(jī)24流到大氣中的排氣管18，并且到大氣中的排氣流通常經(jīng)過各種排氣排放處理裝置(未示出)。因此旁路通道32具有連接于渦輪機(jī)24上游的第一端和連接于渦輪機(jī)24下游的第二端，以便提供并聯(lián)于通過渦輪機(jī)24的排氣流路徑的排氣流路徑。通過旁路通道32的排氣流由廢氣門閥30控制，如前所述，該廢氣門閥30具有與渦輪增壓器20的一個(gè)或多個(gè)殼體分開的殼體30a。廢氣門閥30的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行在上面已經(jīng)描述并且將不再描述。如前所述，當(dāng)廢氣門閥30完全打開并且發(fā)動(dòng)機(jī)10實(shí)現(xiàn)了最大的排氣流吋，總排氣流的大約三分之一經(jīng)過旁路通道31。通過液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的排氣流的這種減少意味著與旁路通道形成為渦輪增壓器的一部分的常規(guī)設(shè)置相比較少的熱被傳輸給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22。而且由于在這個(gè)實(shí)施例中沒有流過旁路通道32的排氣與液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22接觸，與圖I所示的設(shè)置相比傳輸給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的熱量減少。此外，能夠設(shè)置和構(gòu)造(contour)主排氣出口 16和輔助排氣出口 17，與關(guān)于圖I所示的結(jié)構(gòu)的情況相比，使得進(jìn)入液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22和旁路通道32的排氣流被更好地限定，在圖I所示情況中旁路的排氣流必需轉(zhuǎn)過大約90度進(jìn)入旁路通道31。因此通過利用與發(fā)動(dòng)機(jī)10的分開的排氣出ロ 16、17能夠減小渦輪機(jī)24的上游擾動(dòng)，因而改善渦輪機(jī)的效率。正如上面所提到的，渦輪機(jī)殼體22是液體冷卻的并且包括冷卻劑流通道(未示出)，當(dāng)連接于諸如圖3至圖5所示的其中ー個(gè)冷卻環(huán)路時(shí)，諸如(例如但不限于)水的冷卻劑可以流過該冷卻劑流通道。參考圖6和圖7，圖6和圖7示出發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)105的第三實(shí)施例，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)105在大多數(shù)方面與圖I所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相同。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)105包括具有液體冷卻的組合的排氣歧管和汽缸蓋111的發(fā)動(dòng)機(jī)10、渦輪增壓器20和廢氣門閥30。該渦輪增壓器20與圖I所示的渦輪增壓器相同，并且因此將不再詳細(xì)描述。如前所述，液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22用成本較低的鋁合金材料制造并且與常規(guī)的耐高溫的殼體相比能夠以低成本制造。有利的是，組合的排氣歧管和汽缸蓋111以及液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22用基本相同的鋁合金材料制造以便它們之間的熱應(yīng)カ最小?？諝馔ㄟ^多個(gè)進(jìn)氣端ロ 112進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10并且通過形成在該組合的排氣歧管和汽缸蓋111中的多個(gè)排氣流通道115離開發(fā)動(dòng)機(jī)10。該組合的排氣歧管和汽缸蓋111具有與渦輪增壓器20連通的主排氣出ロ 116因此排氣能夠從排氣流通道115流進(jìn)液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22中，以便旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)24。
如上所述，液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22不僅形成渦輪機(jī)24的工作室，而且還形成連接于旁路通道131的第一端的輔助的排氣輸送通道。旁路通道131的第二端連接于用于將排氣從渦輪機(jī)24經(jīng)由各種排氣排放處理裝置(未示出)流到大氣中的排氣管18。因此旁路通道131具有連接于渦輪機(jī)24的上游的第一端和連接于渦輪機(jī)24的下游的第二端，因此提供并聯(lián)于通過該渦輪機(jī)24的排氣流路徑的排氣流路徑。如前所述，通過該旁路通道131的流由廢氣門閥30控制，該廢氣門閥30具有與用于渦輪增壓器20的一個(gè)或多個(gè)殼體分開的殼體30a。廢氣門閥30的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行如上面所描述。因此這個(gè)實(shí)施例和上面關(guān)于圖I描述的實(shí)施例的主要區(qū)別在于液體冷卻的排氣歧管在這個(gè)實(shí)施例中形成為汽缸蓋的一體的部件，以便形成組合的排氣歧管和汽缸蓋111。正如上面所提到的，渦輪機(jī)殼體22是液體冷卻的并且包括冷卻劑流通道(未示出)，諸如(例如但不限干)水的冷卻劑可以流過該冷卻劑流通道。應(yīng)當(dāng)明白，圖3至圖5 所示的三種可替代的液體冷卻環(huán)路可以適于將冷卻劑供給圖6所示液體冷卻的渦輪機(jī)殼體，以便形成發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)105的一部分。例如，并參考圖3和圖7，在冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)10直接流到液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的情況下，該組合的排氣歧管和汽缸蓋111具有一體形成的冷卻劑流端ロ 141、142。在使用中該端ロ 141、142設(shè)置成與設(shè)置在液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22中的互補(bǔ)(complementary)端ロ(未示出)配合，以便提供在其之間的冷卻劑流連接。在使用中，冷卻劑流出端ロ 141通過液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，并且經(jīng)由端ロ 142返回到組合的排氣歧管和汽缸蓋111，并且然后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體中，從這里它經(jīng)由返回軟管RL返回到散熱器I。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⒗鋮s劑輸送給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22而不需要附加的軟管或管子。具體參考圖8，圖8示出發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)105的第四實(shí)施例，除了關(guān)于液體冷卻的排氣歧管之外，該第四實(shí)施例在許多方面與上面參考圖2所描述的實(shí)施例相同，該排氣歧管不是分開的部件而是形成為汽缸蓋的一體的部件，以便形成組合的排氣歧管和汽缸蓋111。渦輪增壓器20如前所述并且不再詳細(xì)描述，并且液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22是液體冷卻的并且用成本相對(duì)較低的鋁合金材料制造，并且與常規(guī)的耐高溫的殼體相比能夠以低成本制造。有利的是，組合的排氣歧管和汽缸蓋111和液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22兩者均用鋁合金材料制造以便它們之間的熱應(yīng)カ最小?？諝馔ㄟ^多個(gè)進(jìn)氣端ロ 112進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10并且通過形成為組合的排氣歧管和汽缸蓋111的一體部分的排氣流通道115離開發(fā)動(dòng)機(jī)。該組合的排氣歧管和汽缸蓋111具有與渦輪增壓器20連通的主排氣出ロ 116，使得排氣能夠從排氣流通道115流到液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22中，以便旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)24，該組合的排氣歧管和汽缸蓋111還具有用干與旁路通道132的第一端連通的輔助的排氣出ロ 117。旁路通道132的第二端連接于用于將排氣經(jīng)由各種排氣排放處理裝置(未示出)從渦輪機(jī)24流到大氣中的排氣管18。因此旁路通道132具有連接于渦輪機(jī)24的上游的第一端和連接于渦輪機(jī)24的下游的第二端，以便提供并聯(lián)于通過該渦輪機(jī)24的排氣流路徑的排氣流路徑。通過該旁路通道132的流由廢氣門閥30控制，如前所述，該廢氣門閥30具有與用于渦輪增壓器20的一個(gè)或多個(gè)殼體分開的殼體30a。廢氣門閥30的結(jié)構(gòu)如上面描述的并且將不再描述。如前所述，當(dāng)實(shí)現(xiàn)最大的排氣流并且廢氣門閥30完全打開時(shí)，大約總排氣流的三分之一經(jīng)過旁路通道132。由于在這個(gè)實(shí)施例中沒有流過旁路通道132的排氣與液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22接觸，與圖6所示的設(shè)置相比傳輸給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的熱量減少。此外，能夠設(shè)置和構(gòu)造(contour)主排氣出口 116和輔助排氣出口 117，因此與關(guān)于圖6所示的結(jié)構(gòu)的情況相比，進(jìn)入液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22和旁路通道132的排氣流被更好 地限定(defined)，在圖6所示情況中旁路排氣流必需轉(zhuǎn)過大約90度進(jìn)入旁路通道。因此利用組合的排氣歧管和汽缸蓋111的分開的排氣出ロ 116、117具有減小渦輪機(jī)24的上游擾動(dòng)的作用，因而改善渦輪機(jī)的效率。正如上面所提到的，渦輪機(jī)殼體22是液體冷卻的并且包括冷卻劑流通道(未示出)，當(dāng)連接于冷卻環(huán)路時(shí)，諸如(例如但不限干)水的冷卻劑能夠流過該冷卻劑流通道。應(yīng)當(dāng)明白，圖3至圖5所示的冷卻劑環(huán)路能夠容易適于配合圖8和圖9所示的組合的排氣歧管汽缸蓋結(jié)構(gòu)。例如，并參考圖3和圖9，在冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)10直接流到液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22的情況下，該組合的排氣歧管和汽缸蓋111具有一體形成的冷卻劑流端ロ 141、142，如圖9所示。在使用中該端ロ 141、142設(shè)置成與設(shè)置在液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22中的互補(bǔ)端ロ(未示出)配合，以便在其之間提供冷卻劑流連接。在使用中，冷卻劑流出端ロ 141通過液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22，并且經(jīng)由端ロ 142返回到組合的排氣歧管和汽缸蓋。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⒗鋮s劑輸送給液體冷卻的渦輪機(jī)殼體22而不需要附加的軟管或管子。因此總之，通過將廢氣門閥和其殼體與渦輪增壓器和形成該渦輪增壓器的一部分的液體冷卻的渦輪機(jī)殼體分開，能夠形成具有非常低的熱輻射效果的更緊湊的渦輪增壓器。此外，如果利用外部廢氣門，由于在發(fā)動(dòng)機(jī)的某些運(yùn)行狀態(tài)許多排氣流過廢氣門閥，因此傳輸給渦輪機(jī)殼體的熱量減少。與廢氣門閥殼體形成為渦輪增壓器的部件并且也是液體冷卻的情況相比，外部非液體冷卻的廢氣門閥殼體的使用也減少由用于冷卻渦輪機(jī)殼體的液體冷卻系統(tǒng)必須承受的額外的熱負(fù)荷。而且，由于渦輪機(jī)殼體必需經(jīng)受的溫度較低，渦輪機(jī)殼體的液體冷卻允許使用不太昂貴的材料制造它。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，雖然已經(jīng)參考一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例以舉例的方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，并且可以做出對(duì)所公開的實(shí)施例或可替代實(shí)施例的ー個(gè)或多個(gè)修改而不脫離在權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，其包括 發(fā)動(dòng)機(jī)；和 具有接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣的渦輪機(jī)的渦輪增壓器以及控制越過所述渦輪增壓器的旁路排氣流的外部廢氣門閥，所述渦輪增壓器在液體冷卻的渦輪機(jī)殼體內(nèi)且所述渦輪機(jī)位于該殼體中，并且所述廢氣門閥設(shè)置在與所述液體冷卻的渦輪機(jī)殼體分開的非液體冷卻的殼體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有汽缸蓋，并且所述排氣歧管是連接于所述汽缸蓋的液體冷卻的排氣歧管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有汽缸蓋，并且所述排氣歧管是位于所述汽缸蓋內(nèi)并與所述汽缸蓋一體的液體冷卻的排氣歧管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述液體冷卻的渦輪機(jī)殼體包括鋁合金材料,并且所述汽缸蓋和所述液體冷卻的排氣歧管包括與所述渦輪機(jī)殼體相同的鋁合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述廢氣門閥控制通過從所述渦輪機(jī)的上游的位置延伸到所述渦輪機(jī)的下游的位置的旁路通道的排氣流，并且所述旁路通道的上游端連接于所述渦輪機(jī)上游的所述渦輪機(jī)殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述排氣歧管具有設(shè)置成使排氣流到所述渦輪機(jī)的主排氣出口和設(shè)置成使排氣流到旁路通道的上游端的輔助排氣出口，所述旁路通道從所述渦輪機(jī)的上游的位置延伸到所述渦輪機(jī)的下游的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述廢氣門閥控制通過所述旁路通道的所述排氣流，并且所述旁路通道的所述上游端連接于所述輔助排氣出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括用于將液體冷卻劑提供給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的主液體冷卻環(huán)路,并且所述液體冷卻的渦輪機(jī)殼體接收從所述主液體冷卻環(huán)路輸送的液體冷卻劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述液體冷卻的渦輪機(jī)殼體經(jīng)由所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述渦輪機(jī)殼體上的互補(bǔ)端口接收來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的液體冷卻劑的直接供送。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括用于將液體冷卻劑提供給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的主液體冷卻劑環(huán)路和將液體冷卻劑提供給所述液體冷卻的渦輪機(jī)殼體的輔助液體冷卻系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述輔助液體冷卻系統(tǒng)還向發(fā)動(dòng)機(jī)油冷卻器和至空氣中冷器的液體中的一個(gè)或更多個(gè)輸送液體冷卻劑。
12.—種系統(tǒng),其包括 發(fā)動(dòng)機(jī)；和 具有接收來自設(shè)置在汽缸蓋中的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣的渦輪機(jī)的渦輪增壓器，所述渦輪增壓器設(shè)置在連接于所述汽缸蓋的液體冷卻的渦輪機(jī)殼體內(nèi)；和 控制越過所述渦輪增壓器的旁路排氣流的外部廢氣門閥，所述廢氣門閥設(shè)置在與所述液體冷卻的渦輪機(jī)殼體分開的非液體冷卻的殼體中，該分開的殼體連接于所述汽缸蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述分開的殼體在與所述渦輪增壓器殼體連接于所述汽缸蓋的位置間隔開的位置連接于所述汽缸蓋。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述汽缸蓋和渦輪機(jī)共享液體冷卻回路，所述回路不流過所述分開的殼體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)是直接燃料噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料噴嘴將燃料直接噴射到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中。
全文摘要
本發(fā)明公開一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪增壓器以及外部廢氣門閥。該渦輪增壓器包括用于排氣渦輪機(jī)的殼體和用于廢氣門閥的分開的殼體。該渦輪機(jī)殼體是液體冷卻的，因此降低其運(yùn)行溫度，由此允許它能夠用鋁合金制造以便節(jié)約成本，并且在使用期間減少來自其的熱輻射。
文檔編號(hào)F01D25/14GK102628397SQ20121002176
公開日2012年8月8日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月2日
發(fā)明者A·B·戴茂斯, S·圖納, S·約翰森 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司