增壓器排氣旁通的制作方法
【專利說明】增壓器排氣旁通
[0001]本申請要求2013年8月27日提交的美國臨時專利申請61/870，487和2013年6月21日提交的美國臨時專利申請61/837，700的優(yōu)先權，所述申請的全部內容并入本文作為參考。
技術領域
[0002]本發(fā)明總體上涉及一種排氣冷卻系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于車輛的燃燒系統(tǒng)，其中來自增壓器的壓縮空氣被分流至用于在催化劑之前冷卻燃燒排氣的中間冷卻器的冷卻封套。
【背景技術】
[0003]車輛如汽車、卡車或作業(yè)機器使用增壓器來提高發(fā)動機的效率并增加發(fā)動機功率。增壓器是一種加壓進氣至大氣壓之上的裝置。通過加壓空氣，增壓器使得在發(fā)動機的每個循環(huán)能夠有更大質量的氧氣可用于燃燒。更具體地，需要更多燃料來產生更多功率。然而，如果不存在足夠的氧氣以燃燒燃料，則不能僅僅向發(fā)動機中添加更多燃料。通過向系統(tǒng)提供更多氧氣，增壓器使得向系統(tǒng)添加更多燃料成為可能。由于更多燃料可用于燃燒并且每個循環(huán)的做功更多，所以由發(fā)動機產生的功率增加。增壓可對車輛的傳動系增加更多馬力和更多轉矩。
[0004]然而，為了向車輛提供更多功率，增壓器的效率需要處于其峰值。增壓器出口空氣可經(jīng)增壓器的入口再循環(huán)返回以降低發(fā)動機在不需要最大增壓器功率的狀態(tài)期間接收的壓力和輸入功率。然而，該環(huán)形旁通引起容量的浪費并且使加熱后的空氣返回增壓器的入口，從而降低了增壓器效率。這種情況下，為使增壓器以峰值效率工作，離開增壓器的加熱后的壓縮空氣在它進入發(fā)動機的燃燒室之前必須冷卻。
[0005]此外，從發(fā)動機排出的排氣在從車輛排出之前從諸如催化轉化器的催化劑通過。催化劑用于通過化學反應來將排氣中的毒性燃燒副產品轉化為毒性較低的物質。排氣催化劑通常工作的溫度在150-600°C左右，不過一些催化劑可在更高的溫度下工作。盡管許多催化劑被設計成耐受長時間的高溫運轉并且反復暴露于超過800°C的溫度，但高溫會造成許多嚴重后果。高溫可能影響催化劑的所有成分。例如，貴金屬粒子可能燒結，從而引起可用于催化反應的金屬的比例的減小。
[0006]一種降低進入催化劑的排氣的溫度的方式是噴射燃料到排氣流中。然而，這將引起燃料用量的增加和燃料經(jīng)濟性的下降。
[0007]因此，需要一種改進的系統(tǒng)以最大限度地提高增壓器的效率并冷卻進入催化劑的排氣。

【發(fā)明內容】

[0008]在一個實施例中，一種增壓器排氣旁通系統(tǒng)可包括:包括入口和出口的增壓器；連接至增壓器出口的旁通閥；連接成從增壓器的出口接收壓縮空氣并且連接成冷卻和排出空氣的第一中間冷卻器；第二中間冷卻器，該第二中間冷卻器包括封套入口、排氣入口、排氣出口、位于排氣入口與排氣出口之間的排氣通路、和連接至封套入口并且包圍排氣通路的封套；發(fā)動機系統(tǒng)，該發(fā)動機系統(tǒng)連接成從第一中間冷卻器接收排出的空氣并且還連接成向第二中間冷卻器的排氣入口輸出排氣；和旁通管道，該旁通管道連接至旁通閥并且連接至封套入口。
[0009]在另一實施例中，一種增壓器排氣旁通系統(tǒng)可包括:用于壓縮空氣的增壓器，該增壓器包括入口和出口 ；連接至增壓器出口的第一旁通閥；第一中間冷卻器，該第一中間冷卻器連接成從增壓器的出口接收壓縮空氣并且連接成冷卻和排出空氣；第二中間冷卻器，該第二中間冷卻器包括封套入口、排氣入口、排氣出口、位于排氣入口與排氣出口之間的排氣通路、和連接至封套入口并且包圍排氣通路的封套；發(fā)動機系統(tǒng)，該發(fā)動機系統(tǒng)連接成從第一中間冷卻器接收排出的空氣并且還連接成輸出排氣至第二中間冷卻器的排氣入口 ；旁通管道，該旁通管道連接至第一旁通閥并且連接至封套入口 ；排氣再循環(huán)(EGR)閥，該EGR閥連接成從排氣出口接收排氣；和第三中間冷卻器，該第三中間冷卻器連接至EGR閥以冷卻接收的排氣，其中該第三中間冷卻器還連接至增壓器的入口。
[0010]應理解，前文的總體描述和下文的詳細描述只是示例性和說明性的，且并非對要求保護的發(fā)明的限制。
【附圖說明】
[0011]附圖結合在本說明書中并且構成其一部分。
[0012]圖1是增壓器排氣旁通系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖2是增壓器排氣旁通系統(tǒng)的分流機構的一個示例。
[0014]圖3是增壓器排氣旁通系統(tǒng)的另一實施例的框圖。
[0015]圖4是圖3的增壓器排氣旁通系統(tǒng)的排氣再循環(huán)控制機構的一個示例。
[0016]圖5是圖2的控制器決定作出過程的流程圖。
[0017]圖6是圖4的控制器決定作出過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]現(xiàn)在將詳細參照附圖。只要有可能，所有附圖中將使用相同的附圖標記來表示相同或相似的零件。
[0019]圖1示出增壓器排氣旁通系統(tǒng)10的一個示例。增壓器100可通過加壓進氣至大氣壓以上來向車輛的發(fā)動機120供給變量空氣。這使得發(fā)動機的每個循環(huán)可以有更大質量的氧氣用于燃燒。增壓器100的尺寸可基于空氣流量需求來設計。在一些實施例中，增壓器100的尺寸設計成具有比所有發(fā)動機運轉狀態(tài)下的發(fā)動機空氣流量需求大的能力，使得始終存在來自增壓器100的壓縮空氣的過量供給。在其它實施例中，增壓器100的尺寸設計成具有與最大發(fā)動機空氣流量需求相稱的峰值能力。這種尺寸較小的增壓器裝置不會在所有運轉狀態(tài)下都過度供給用于冷卻目的的空氣。在兩種實施例中，可包括具有用于改變增壓器速度以滿足發(fā)動機空氣流量需求的控制裝置的連續(xù)可變驅動機構。
[0020]增壓器100可以是正排量氣栗，例如羅茨型或雙螺桿氣栗。或者，對于另外的改型，增壓器100可以是離心型增壓器。車輛可具有帶節(jié)氣門101A的進氣端口 101。增壓器100可具有連接至進氣端口 101和出口 103的進氣端口。增壓器100可從進氣端口 101接收空氣。該空氣可以是環(huán)境空氣，且因而來自進氣管道。節(jié)氣門101A可設置在進氣端口101中以調節(jié)通向增壓器100的進氣。
[0021]一旦空氣進入增壓器100，則增壓器100可壓縮該空氣至大氣壓之上而不形成真空，從而引起它被加熱。例如，經(jīng)入口 101進入增壓器100的環(huán)境空氣的溫度可在30°C左右。在空氣被壓縮之后，離開增壓器100的空氣的溫度在100-150°c之間。具有高溫的空氣損失其密度，因而它在與燃料混合而形成充料(charge)時不會膨脹得與燃燒期間一樣多。結果，具有高溫的壓縮空氣可損害發(fā)動機性能。換言之，加熱后的空氣會使發(fā)動機更低效。因此，離開增壓器100的壓縮空氣在進入發(fā)動機120之前可能需要冷卻。
[0022]增壓器100的出口 103可連接至中間冷卻器110。中間冷卻器110可冷卻經(jīng)由出口 103轉移的壓縮空氣以維持發(fā)動機效率。中間冷卻器110可以是空氣-空氣或空氣-水型中間冷卻器。
[0023]然后，冷卻后的空氣可經(jīng)由通路111被引導到發(fā)動機120，通路111可包括進氣歧管。發(fā)動機120使用壓縮空氣來產生動力。發(fā)動機120可包含本領域中普遍使用的構件。例如，發(fā)動機120可具有四個、六個或八個氣缸。這些氣缸可采用直列、V形或平坦中的任意一種形式排列。此外，發(fā)動機120可包含諸如火花塞、氣門、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸和油盤的關鍵零部件，文中未提供其細節(jié)。發(fā)動機120連接至合并排氣歧管的排氣出口通路121A、121B、121C、121D的發(fā)動機排氣口 121。在燃燒完成之后，發(fā)動機排氣經(jīng)排氣出口通路121A、121B、121C、121D排出至發(fā)動機排氣口 121。發(fā)動機排氣可經(jīng)由該燃燒加熱至1000°C。加熱后的發(fā)動機排氣需要再次冷卻，因為它們如果在不冷卻的情況下進入可能損傷催化劑140。這種冷卻發(fā)生在第二中間冷卻器130處。
[0024]第二中間冷卻器130具有進氣端口 130A、130B和出口端口 130C。第二中間冷卻器130可經(jīng)進氣端口 130A接收發(fā)動機排氣。此外，第二中間冷卻器130可經(jīng)進氣端口 130B接收壓縮空氣，進氣端口 130B經(jīng)旁通閥102和旁通通路105連接至增壓器100。第二中間冷卻器130可以是空氣-空氣中間冷卻器。第二中間冷卻器130還可由中央通路131和封套134組成。
[0025]第二中間冷卻器130中的冷卻可如下進行。根據(jù)需求，排氣旁通閥102可由在致動器104處接收的控制指令打開或關閉。致動器104可以是用于旁通閥102的一體構件。如果排氣旁通閥102打開，則一部分或全部來自增壓器100的壓縮空氣可經(jīng)旁通通路105行進并且可經(jīng)由進氣端口 130B進入中間冷卻器130。壓縮空氣不會與第二中間冷卻器130的中央通路131中的發(fā)動機排氣混合。確切而言，壓縮空氣可圍繞中央通路131在封套134中循環(huán)。由于封套134中的壓縮空氣比中央通路131中的排氣的溫度冷得多，例如相比于1000°C的100-150°C，所以發(fā)生熱傳遞。結果，離開第二中間冷卻器130的排氣的溫度可比它們進入第二中間冷卻器130時低。例如，進入第二中間冷卻器130的排氣的溫度為1000°C。在它們得以冷卻之后，離開第二中間冷卻器130的排氣的溫度可介于800-900°C之間。此外，排氣可被冷卻至150-600°C。
[0026]如果排氣旁通閥102關閉，則無壓縮空氣被給送至封套134并且燃料可噴射到排氣流中以冷卻發(fā)動機排氣。這種情況下，燃料