涡轮增压器和具有该增压器的空气引入系统及其使用方法

专利名称：涡轮增压器和具有该增压器的空气引入系统及其使用方法
涡轮增压器和具有该增压器的空气引入系统及其使用方法技术领域
本发明的示范性实施例涉及一种涡轮机壳体、涡轮增压器和具有该增压器的空气 引入系统及其制造和使用方法，更具体地涉及一种具有整体式废气再循环(EGR)管道的涡 轮机壳体、涡轮增压器和具有该增压器的空气引入系统及其使用方法。
背景技术：
有效利用废气再循环(EGR)的技术对于所有现代内燃机来说都是很重要的，包括 对于汽油机和柴油机两者。有效使用EGR技术通常用于在实现这些发动机的高动力输出的 同时获得高的燃料效率和经济性，并适应日益严厉的发动机排放标准。在这些发动机中广 泛地使用增压吸气，特别是使用涡轮增压器，来增加发动机吸气的质量空气流和发动机的 动力输出。然而，由于涡轮增压器也是由废气驱动的，因此，为了有效使用EGR和涡轮增压 的强制进气必须要协同设计这些系统。
为了提高发动机的整体效率和燃料经济性，涡轮增压柴油机在利用排气系统-尤 其是EGR废气流的可用能量方面尤其高效。柴油机EGR系统需要向发动机的进气系统中输 送大体积的EGR。为了达到该目的，排气系统必须通过所述系统-包括流量控制阀、旁通阀 和冷却器来提供足够的压力变化，以驱动所需要的EGR流进入到增压进气系统中。所述排 气系统同时必须提供充足的能量以使涡轮机具有足够的动力来提供所需的增压。典型的柴 油机EGR系统通过各种排气系统部件构成EGR供给管道。由涡轮机壳体构成EGR供给管道 已经被提出；但是，这种EGR供给管道使用弯管等方式，所以通常不能与涡轮机涡壳中期望 的气体流动方向成一个最优角度，因此产生了大量流体损失且降低了效率，从而减少了进 气系统中可利用的EGR流体的量。这种设置没有提供充足体积量的进气EGR。
在美国专利6430929中，提出了一种将EGR出口与涡轮机涡壳和EGR阀联接的设 计。这种设计将EGR出口设置在涡壳的切线方向上，基本上线性地沿着气流进入到涡轮机 壳体入口的方向。这样，EGR出口被设置在涡壳入口处，使其看起来限定了涡壳入口。该专 利描述的涡轮增压器包括EGR阀，所述EGR阀具有带法兰的弯管，法兰上设置的孔图案可 以被调节以定位所述弯管从而适应各种不同的发动机设置。EGR出口和涡轮机入口的直线 或线性布置使得还有必要使用弯管。然而，使用弯管的方案会带来相应的效率损失。专利 64309 中的涡轮增压器还包括可变几何形状的喷嘴，其用来增加EGR系统中的背压。虽然 可变几何形状的喷嘴本质上是有用的，但是可变几何形状的喷嘴涡轮增压器的成本显著地 高于那些采用固定喷嘴的涡轮增压器。另外，通过关闭可变几何形状喷嘴的涡轮叶片获得 的背压升高基本上被吸入空气所增加的压力所抵消，使得所期望的空气引入系统中增加的 EGR流量就不能实现。
因此，期望提供一种涡轮机壳体、以及采用该壳体的涡轮增压器和进气系统、以及 相关的利用它们来增强所述进气系统中可利用的EGR的方法，这些方法和装置同时能提供 足够的排气流来驱动涡轮，并产生所期望的增压以及进入吸气系统的空气吸入量，而不论 涡轮增压器是使用固定喷嘴还是可变喷嘴的涡轮机。发明内容
在本发明的一个示范性实施例中，提供一种涡轮增压器。所述涡轮增压器包括涡 轮机，涡轮机包括连接到涡轮机轴上的涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮和涡轮机轴可旋转地 设置在具有涡轮机进气管道的涡轮机壳体中，所述涡轮机进气管道具有涡轮机进气通道， 所述涡轮机进气通道与具有涡轮机涡壳通道和涡轮机涡壳进气口的涡轮机涡壳管道以及 具有EGR管道通道的EGR管道流体连通，所述EGR管道通道具有EGR管道进气口，所述EGR 管道进气口设置在所述涡轮机进气管道上，所述涡轮机进气管道构造成用于从发动机接收 到的废气流的第一部分到所述涡轮机叶轮的流体连通，所述EGR管道构造成用于所述废气 流的第二部分到发动机进气歧管的流体连通。涡轮增压器还包括具有压缩机叶轮的压缩 机，压缩机叶轮连接至涡轮机轴并且构造成用于强制吸入的空气流与发动机进气歧管之间 的流体连通。
在本发明的另一个示范性实施例中，提供一种用于内燃机的进气系统。所述进气 系统包括具有涡轮机和压缩机的涡轮增压器。所述涡轮包括连接至涡轮机轴的涡轮机叶 轮，涡轮机叶轮和轴可旋转地设置在涡轮机壳体中。涡轮机壳体包括具有涡轮机进气通道 的涡轮机进气管道，涡轮机进气通道与具有涡轮机涡壳通道和涡轮机涡壳进气口的涡轮机 涡壳管道以及具有EGR管道通道的EGR管道流体连通，所述EGR管道通道具有EGR管道进 气口，所述EGR管道进气口设置在涡轮机进气管道上，EGR管道与EGR阀进气口流体连通。 所述压缩机构造成用于强制吸入的空气流与发动机进气歧管之间的流体连通。所述进气系 统还包括可以在至少一个打开位置和关闭位置之间切换、并且具有EGR阀进气口和EGR阀 排气口的EGR阀，所述EGR阀排气口也与发动机进气歧管流体连通，所述打开位置使得EGR 管道与发动机进气歧管能够流体连通并定义第一运行模式，所述关闭位置不允许EGR管道 与发动机进气歧管流体连通并定义第二运行模式，其中在第一运行模式中来自EGR管道的 EGR气流在发动机进气歧管内被增强。
在本发明的又一个示范性实施例中，提供一种使用内燃机的进气系统的方法。所 述方法包括提供具有涡轮增压器的内燃机，所述涡轮增压器与内燃机进气歧管流体连通， 并构造成提供具有第一压力的强制引入空气流，所述涡轮增压器包括涡轮机壳体，所述涡 轮机壳体包括具有涡轮机进气通道的涡轮机进气管道和具有EGR通道的EGR管道，所述EGR 通道具有EGR管道进气口，所述EGR管道进气口设置在所述涡轮机进气管道上，所述EGR管 道构造成使EGR流与可以在打开位置和关闭位置之间切换的EGR阀流体连通，所述打开位 置使得具有第二压力的EGR流能够与所述进气歧管流体连通并定义了第一运行模式，而所 述关闭位置不允许EGR管道与所述进气歧管流体连通并定义了第二运行模式，其中在第一 模式中所述第二压力大于所述第一压力，并且流向内燃机的EGR流在所述进气歧管内被增 强。所述方法还包括运行发动机以产生进入涡轮机涡壳进气口的废气流。所述方法还包括 在运行内燃机的同时选择第一模式或第二模式。
方案1、一种涡轮增压器，包括具有连接到涡轮机轴上的涡轮机叶轮的涡轮机， 所述涡轮机叶轮和涡轮机轴可旋转地设置在具有涡轮机进气管道的涡轮机壳体中，所述涡 轮机进气管道具有涡轮机进气通道，所述涡轮机进气通道与具有涡轮机涡壳通道和涡轮机 涡壳进气口的涡轮机涡壳管道以及具有EGR通道的EGR管道流体连通，所述EGR通道具有EGR管道进气口，所述EGR管道进气口设置在所述涡轮机进气管道上，所述涡轮机进气管道 构造成用于从发动机接收到的废气流的第一部分与所述涡轮机叶轮的流体连通，所述EGR 管道构造成用于所述废气流的第二部分与发动机进气歧管的流体连通。
方案2、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述EGR管道设置在所述涡轮机涡壳管 道上。
方案3、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述EGR管道从所述涡轮机涡壳管道分1 O
方案4、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述EGR管道具有靠近所述EGR进气口 的EGR管道轴线，并且所述涡轮机进气管道具有靠近所述EGR进气口的涡轮机进气管道轴 线，并且其中所述涡轮机进气管道轴线与所述EGR管道轴线以小于大约30°的角度α分离 开。
方案5、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述涡轮机进气管道包括多个进气管 道。
方案6、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述EGR进气口设置在靠近所述涡轮机 涡壳进气口的位置。
方案7、如方案1所述的涡轮增压器，还包括具有第一排气口和第二排气口的柴油 机，其中所述涡轮机进气管道包括第一管道分支和第二管道分支。
方案8、如方案7所述的涡轮增压器，其中所述柴油机是V-型发动机，其具有第一 气缸列和径向分隔开的第二气缸列，所述第一排气口设置在所述第一气缸列上并与所述第 一管道分支流体连通，所述第二排气口设置在所述第二气缸列上并与所述第二管道分支流 体连通。
方案9、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述涡轮机涡壳管道和EGR管道包括整 体式金属铸件。
方案10、如方案1所述的涡轮增压器，其中所述涡轮机涡壳管道、EGR管道和进气 管道包括整体式金属铸件。
方案11、一种用于内燃机的进气系统，包括具有涡轮机和压缩机的涡轮增压器， 所述涡轮机包括连接到涡轮机轴上的涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮和涡轮机轴可旋转地设 置在涡轮机壳体中，所述涡轮机壳体具有涡轮机进气管道，所述涡轮机进气管道具有涡轮 机进气通道，所述涡轮机进气通道与具有涡轮机涡壳通道和涡轮机涡壳进气口的涡轮机涡 壳管道以及具有EGR管道通道的EGR管道流体连通，所述EGR管道通道具有EGR管道进气 口，所述EGR管道进气口设置在所述涡轮机进气管道上，所述EGR管道与EGR阀进气口流体 连通，所述压缩机构造成用于强制吸入的空气流到发动机进气歧管的流体连通；以及EGR 阀，其可以在至少一个打开位置和关闭位置之间切换并且具有所述EGR阀进气口和EGR阀 出气口，所述EGR阀出气口与发动机进气歧管流体连通，所述打开位置使得从所述EGR管道 到发动机进气歧管能够流体连通并定义了第一运行模式，所述关闭位置不允许从所述EGR 管道到发动机进气歧管的流体连通并定义了第二运行模式，其中在第一运行模式中来自所 述EGR管道的EGR气流在发动机进气歧管内被增强。
方案12、如方案11所述的进气系统，其中所述EGR管道设置在所述涡轮机涡壳管 道上。
方案13、如方案11所述的进气系统，其中所述EGR管道从所述涡轮机涡壳管道分1 O
方案14、如方案11所述的进气系统，其中所述EGR管道具有靠近所述EGR进气口 的EGR管道轴线，并且所述涡轮机进气管道具有靠近所述EGR进气口的涡轮机进气管道轴 线，并且其中所述涡轮机进气管道轴线与所述EGR管道轴线以小于大约30°的角度α分离 开。
方案15、如方案11所述的进气系统，其中所述涡轮机进气管道包括多个进气管道。
方案16、如方案11所述的进气系统，其中所述EGR进气口设置在靠近所述涡轮机 涡壳进气口的位置。
方案17、如方案11所述的进气系统，还包括具有第一排气口和第二排气口的柴油 机，其中所述涡轮机进气管道包括第一管道分支和第二管道分支。
方案18、如方案17所述的进气系统，其中所述柴油机是V-型发动机，其具有第一 气缸列和径向分隔开的第二气缸列，所述第一排气口设置在所述第一气缸列上并与所述第 一管道分支流体连通，所述第二排气口设置在所述第二气缸列上并与所述第二管道分支流 体连通。
方案19、一种使用内燃机的进气系统的方法，包括提供具有涡轮增压器的内燃 机，所述涡轮增压器与内燃机进气歧管流体连通，并构造成提供具有第一压力的强制引入 空气流，所述涡轮增压器包括涡轮机壳体，所述涡轮机壳体包括具有涡轮机进气通道的涡 轮机进气管道和具有EGR通道的EGR管道，所述EGR通道具有EGR管道进气口，所述EGR管 道进气口设置在所述涡轮机进气管道上，所述EGR管道构造成使EGR流与可以在打开位置 和关闭位置之间切换的EGR阀流体连通，所述打开位置使得具有第二压力的EGR流能够与 所述进气歧管流体连通并定义了第一运行模式，而所述关闭位置不允许EGR管道与所述进 气歧管流体连通并定义了第二运行模式，其中在第一模式中所述第二压力大于所述第一压 力，并且流向内燃机的EGR流在所述进气歧管内被增强；运行所述内燃机以产生进入所述 涡轮机进气管道的废气流；和在内燃机运行时选择所述第一模式或第二模式。
方案20、如方案19所述的方法，所述EGR阀是能够在打开位置、关闭位置以及介于 它们两者之间的多个部分打开位置之间切换的可变EGR阀，所述多个部分打开位置定义了 相应的多个部分打开运行模式，并且其中所述方法还包括选择所述多个部分打开运行模式 中的一个，并且其中在所述第一运行模式和所述多个部分打开运行模式中，所述第二压力 大于所述第一压力，从而增强流向内燃机进气管道中的相应的多股EGR流。
本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将参考相应的附图在下面对实施 本发明的最佳模式的详细描述中得到体现。


其它目的、特征、优点和细节将仅通过示例的方式在下面实施例的详细描述中得 到体现，所述详细描述将参考以下附图
图1是本申请公开的内燃机强制引入进气系统的示范性实施例的示意图2是本申请公开的涡轮增压器的示范性实施例的主视立体图3是图2的涡轮增压器的主视图4是图3的涡轮机壳体沿4-4剖面的截面图5是本申请公开的涡轮增压器的第二示范性实施例的主视立体图6是图5的涡轮机壳体沿6-6剖面的截面图；以及
图7是使用本申请公开的进气系统的示范性方法的流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种涡轮机壳体的示范性实施例，以及具有所述涡轮机壳体的涡轮 增压器和空气引入系统的示范性实施例，以及使用它们来增强空气吸入系统中的可用EGR 量的方法，该方法和装置同时提供充足的废气流来驱动涡轮机并产生期望的压力增加和进 入吸气系统的引入空气流。所述涡轮机壳体具有EGR管道或通道，用于从涡轮增压器中直 接地旁通或者分流一部分废气流，并提供EGR流体与强制引入吸气空气流相混合从而产生 包含EGR的燃烧空气流。
本发明提供了可用于引入系统的EGR，同时提供了足量的废气用于驱动涡轮机，并 产生期望的压力增加和进入到吸气系统的空气引入量。同时还向内燃机的进气歧管系统提 供大体积的EGR。通过分流邻近涡轮机涡壳入口的排气，本发明平衡了气缸排气能量在驱动 涡轮和为吸气系统提供期望的ERG流两方面的利用。尽管本发明尤其适用于与可变喷嘴涡 轮机(VNT’ s)结合使用，但是所公开的装置和方法可与(VNT)和固定喷嘴涡轮机两者结合 使用，从而提供一种优异的空气吸入系统，使得在实施复杂度和成本最小化的情况下向发 动机提供最大量的EGR。这些装置和方法通过EGR系统向进气系统提供低限制、高动态压力 的输送点，且尤其适用于向空气吸入系统提供EGR。
如图1所示，根据本发明的一个示范性实施例，内燃机10包括强制引入系统12，强 制引入系统12包括涡轮增压器14，EGR系统16，它们分别向进气系统18提供吸入空气或 EGR，或者两者的混合物。进气系统18包括与用箭头22表示的加压或者强制引入EGR流流 体连通的进气管道20，以及与用箭头沈表示的加压、强制引入空气流流体连通的涡轮增压 器进气管道对。EGR流22和空气流沈用于构成加压的或强制引入的燃烧气流观，所述气 流观向发动机10提供加压的、强制引入的空气或者EGR，或者两者的混合物，以用于燃烧。 进气系统18还包括进气歧管30，或者多个进气歧管，用于接收燃烧气流观并将其分配到发 动机气缸(未示出)。进气系统18也可以优选地包括其他位于ERG进气管道20和涡轮增 压器进气管道M下游，且位于进气歧管30上游的进气系统装置，包括用于冷却EGR 22和 强制引入空气流沈的冷却器，以及用于混合如上所述的这些气流的混合器。
强制引入系统12包括涡轮增压器14，其具有包含在涡轮机壳体36内的涡轮机34 和包含在压缩机壳体40内的压缩机38，所述压缩机用于压缩用箭头41表示的大气空气并 产生加压的、强制引入空气流26，以用于发动机10的燃烧。吸入空气流41在涡轮增压器的 压缩过程中被加热，且其可以被冷却，通过等容冷却增加吸入空气填料密度来改善容积效 率。所述冷却可以通过将涡轮增压器14排出的强制引入空气流沈经进气管道M引导进 入涡轮增压器空气冷却器42而实现，这也可以称为内部冷却或者在后冷却。涡轮增压器空 气冷却器42可固定在发动机上。强制引入空气流沈随后从涡轮增压器冷却器42中通过 涡轮增压器进气管道M被引导到进气歧管30，以分配到发动机10的气缸中。
强制引入系统12还包括EGR系统16。EGR系统16包括EGR控制阀46。ERG控制 阀46与来自涡轮机壳体36的排气通过EGR管道48流体连通，并且调节所述排气的排放，正 如将进一步描述的那样。EGR控制阀46控制从排气歧管32抽出的排气流52的一部分的释 放，否则该部分将通过涡轮机涡壳管道50 (如图6所示)流动通过涡轮机壳体36，用作EGR 流22。EGR流22流动通过EGR管道48和作为EGR系统16 —部分的EGR控制阀46，在这里， 所述EGR流22与强制引入空气系统12相混合。EGR系统16还可以包括EGR冷却器M，或 者热交换器，其可以固定在发动机上用于冷却流动通过所述系统的EGR流。通过在EGR系 统16中提供热交换器，EGR冷却器M也可以被提供来增加发动机10的效率。EGR冷却器 54也可以包括，在不需要或不冷却期间，例如发动机冷起动期间，用来将EGR流22旁通过所 述冷却器旁通阀阳。流通过或者旁通过EGR冷却器M的ERG流22与已经依次通过涡轮增 压器空气冷却器42的强制引入空气流沈相混合以形成强制引入燃烧气流(空气+EGR08。 气流22和沈可以使用进气填料混合器56来进行混合以在进入到发动机10的进气歧管30 之前改善燃烧气流观的均勻性。通过使用与EGR控制阀46相连接的排气管道45，强制引 入系统12可以在不过多的产生影响涡轮增压器14的效率的不需要的压力和流动脉动的情 况下运行。当EGR控制阀46打开时，EGR流体22被供给到吸气系统18，当所述阀关闭时， 供应到所述阀的EGR流22可以通过适当的管道(未示出)被分流到排气系统(未示出)， 作为排气流52排出(也就是，作为EGR废气门)。这样，由于EGR控制阀的打开和关闭，排 气流52中流通EGR管道48作为EGR流22的那部分与流过涡轮机涡壳通道50的那部分基 本上相同。因此，当所述EGR阀打开或关闭时，防止了进入到涡轮机涡壳中的那部分排气流 52的增加或减少，因此提高了涡轮机效率。可选地，EGR控制阀46包括简单的不具有分流 功能的如图1所示的开闭阀结构，涡轮增压器14可包括废气门(wastegate)(未示出)来 转移由于EGR阀46的关闭而导致的排气流52中的增加，从而避免了不期望的压力或流体 脉动。
图1-4更详细地示出了示范性实施例的涡轮机壳体36，和使用所述壳体的涡轮增 压器14。涡轮机壳体36可具有一个或多个安装法兰37用于将所述壳体安装到发动机10 上。涡轮机壳体36包括一个或多个涡轮机进气口 76。涡轮机进气口 76和图6中的涡轮机 进气管道77连通，由此限定了涡轮机进气通道79。一个或多个涡轮机进气口 76可以与进 气管道77的一个或多个独立的分支92、94相连接。例如，在图1-8所示的实施例中，有两 个涡轮机进气口 76，它们各自的管道92、94包括并入到单一进气管道77的两个分支。涡轮 机壳体36还包括壳体主体78，所述壳体主体78具有限定了涡壳管道50、相关联的涡轮机 涡壳通道58和涡轮机出气口 80的涡轮机涡壳75。壳体36还包括设置在靠近涡轮机涡壳 进气口 82并位于其上游的EGR管道进气口 74。
参考图1-4，涡轮机壳体进气口 76可以直接连接到发动机10的排气歧管32，或者 多个歧管上，或者通过额外的排气管道(未示出)间接地连接到排气歧管32上。涡轮机壳 体进气口 76可以具有一个或多个安装法兰84，通过使用多个螺栓、夹子等(未示出)进行 上述可分离的连接。进入到涡轮机壳体进气口 76的排气流52 (图幻混合成一股单独的在 涡轮机涡壳进气口 82处流入涡轮机涡壳管道50的排气流52。参考图6，涡轮机涡壳管道 50具有向内弯曲和会聚的涡轮机涡壳通道58，例如螺旋状的弯曲通道。由于涡轮机涡壳通 道58会聚远离涡轮机进气口 82，因此所述通道的截面面积是逐渐减小的。涡轮机涡壳通道58的逐渐减小使得通道内的排气流52的速度逐渐增加。涡轮机涡壳管道50绕着涡轮 机叶轮60(图1)向内螺旋，所述涡轮机叶轮与所述管道50流体连通并通过周向延伸的涡 轮喷嘴25与涡轮机涡壳通道58流体连通。喷嘴25引导排气流52通过涡轮机叶轮60上 的涡轮机叶片(未示出)，然后通过涡轮机出气口 80排出，这就引起了涡轮机叶轮60和涡 轮机轴64的转动，如图1所示，从而引起了连接到轴64的相反端的压缩机叶轮66的转动。 压缩机叶轮64的转动将空气吸入压缩机进气口 68，并在其通过压缩机喷嘴(未示出)的过 程中被压缩，然后作为强制引入空气流沈从压缩机涡壳管道70排出。
参考图4，来自涡轮机进气管道77的EGR管道进气口 74或开口被构建在涡轮机壳 体36中。在一个示范性实施例中，EGR管道进气口 74被设置在涡轮机进气管道77中靠近 涡轮机涡壳进气口 82并位于其上游。EGR管道进气口 74和设置在涡轮机壳体36上的位于 EGR管道进气口 74上方的ERG管道48连通。EGR管道48限定了 EGR管道通道86。EGR管 道48可以具有与EGR管道进气口 74基本上相似的尺寸和形状，使得涡轮机进气管道77和 EGR管道48之间平滑过渡。EGR管道通道86 (图6)和EGR管道进气口 74可以具有任意适 合的横截面形状或面积以及相对于涡轮机进气管道77的方位，涡轮机进气通道79足以提 供预定的EGR流22，以及提供通过涡轮机涡壳通道58和涡轮机喷嘴25的排气流52。在一 个示范性实施例中，EGR管道通道86的横截面积小于或等于涡轮涡壳通道58的横截面积。 EGR管道通道86的横截面积可以在长度方向上相同，或者可选择地，逐渐收缩或者扩张。在 图4的示范性实施例中，为了最小化EGR流22的损失，EGR管道进气口 74被定位在EGR管 道48和EGR管道通道86的中轴线49与涡轮机进气管道77和涡轮机进气通道79的中轴线 81相交的交点附近，两中轴线相交成一个锐角(α)。优选地，所述角度α取最小值以最小 化EGR流22的能量损失，优选地所述角度α小于大约30°，更优选地小于大约10°。EGR 管道通道86和涡轮机涡壳通道58被确定尺寸以获得预定的EGR流22和预定的强制引入 空气流26，其中EGR流22的压力大于强制引入空气流沈的压力，以提供预定的EGR流22 作为强制引入燃烧气流观的一部分。EGR管道48也可以具有安装法兰88，如图3所示，其 靠近EGR管道出气口 90用于EGR进气管道20的流体连通和可分离连接，如此处所描述的， 使用多个螺栓、夹子等进行这种连接(未示出)。
参考图1-6，有利的是EGR管道48沿着壳体78的外周延伸从而在所期望的方位上 提供EGR管道出气口 90，用于EGR系统16的剩余部分-包括控制阀46或管道20的连接。 在特定的实施例中，EGR管道48环绕壳体78的外周延伸大约30°到大约190°。例如，在 图1-6的示范性实施例中，EGR管道48环绕壳体78的外周延伸120°。这种设计上的灵活 性有利于各种设备的组装以及与强制引入系统12相联的各种管道的定位。在图5和6示 出的另一个示例中，EGR管道48被引导离开壳体主体78，使得其不沿着壳体主体78的外周 延伸，实际上是被引导离开所述主体。由于EGR管道48是涡轮机壳体36的一体化部分，因 此壳体主体78的连接-尤其是涡轮机涡壳75与EGR管道48的连接是柔性的，这就提供了 相对于涡轮机涡壳78在宽的变化范围内定位EGR管道出气口 90的可能性。例如，EGR管 道48可以如图14所示地定位在涡轮机涡壳管道50的内部，在这里，这些管道沿着它们的 部分长度共用一个壁93。可选地，如图14示出的EGR管道48被相似地定位，但与涡轮机涡 壳管道50相分开，这样它们不共用一个壁，而是包括如图1-4所示的常规定位的两个分开 的管道。作为具有与EGR管道48的位置相关的柔性连接优点的另一个例子是，参考图5和6，所述管道可以被定位成完全与涡轮机涡壳75和涡轮机涡壳管道50相分离。
具有上述结构的涡轮机壳体36可以用在宽变化范围的内燃机10中，尤其适用于 柴油机中。在另一个示范性实施例中，涡轮机壳体36可具有单一的涡轮机进气管道77和相 应的涡轮机进气口 76，并且可以用在具有与涡轮机进气管道77相连接的单一排气管道(未 示出)的发动机10中，例如所述发动机是具有单一排气歧管和排气管道的直线或直列气缸 结构发动机。在另一个示范性实施例中，所述发动机可以具有气缸列相互隔开的V-型气缸 结构，所述气缸列相对于曲轴轴线径向隔开，每一列气缸都具有排气管道，在与涡轮机进气 管道77连接之前先聚合成一个单一的排气管道(未示出)。在图1所示的例子中，V-型发 动机10具有第一气缸列96和第二气缸列98，第一气缸列96具有与之相连的排气口，排气 口包括与第一进气管道分支92流体连通的歧管32，第二气缸列98具有与排气歧管32相连 的第二排气口，所述歧管与第二进气管道分支94流体连通。
上述涡轮机壳体36和位于其上的部分可以独立地制造，以任意组合方式组装在 一起而形成所述壳体。可选地，涡轮机壳体36，如此处所描述的，可以整体地形成，例如通过 铸造所述壳体的方式。可作为涡轮机壳体36的各种适合的材料包括各种等级和合金的铸 铁和钢。另外，涡轮机壳体36可以接受任意适宜的辅助精加工操作，如清洗、机加工等。
参考图1-9，根据本发明的另一个示范性实施例，提供一种在内燃机10中使用进 气系统18的方法100。方法100包括110提供具有涡轮增压器14的内燃机10，所述涡轮 增压器14与发动机的进气歧管30流体连通，并构造成提供具有第一压力的强制引入空气 流沈。所述涡轮增压器14包括具有涡轮机进气管道77的涡轮机壳体36。涡轮机进气管 道77具有涡轮机进气口 82和沿着涡轮机涡壳管道与涡壳进气口径向分开的EGR管道进气 口 74，所述EGR管道进气口 74与设置在涡轮机壳体36上的EGR管道48连通。所述EGR管 道48构造成用于EGR流22到可以在打开和关闭位置之间切换的EGR控制阀46的流体连 通。所述打开位置可以使具有第二压力的EGR流22与进气歧管30流体连通并定义了第一 运行模式。所述关闭位置不允许EGR管道48与进气歧管30流体连通从而定义第二运行模 式。在第一模式中，EGR流22的第二压力大于强制引入空气流沈的第一压力，且进入发动 机的EGR流22在进气歧管30内被增强。方法100还包括120运行发动机10以在涡轮机 涡壳管道50中在涡轮机涡壳进气口 82处产生排气流52。方法100还包括130在发动机 运行期间选择第一或第二模式。选择操作130可以通过使用合适的控制器来实现，例如发 动机控制单元(ECU)。在第一模式中，涡轮增压器14的效率和第一压力都会被降低，同时 向进气歧管30输送EGR流22。可选择地，如此处所描述地，方法100还包括140选择涡轮 机涡壳进气口 82和EGR管道进气口 74的径向隔开距离，以获得预定的EGR流22。可选择 地，EGR控制阀46是可以在打开位置和关闭位置以及它们之间的多个部分打开位置之间切 换的可变EGR控制阀46，从而定义了相应的多个运行模式，其中所述方法进一步包括150选 择所述多个运行模式的其中一个，并且其中在第一运行模式和所述多个运行模式中，第二 压力大于第一压力，从而增强流向进气歧管30的相应的多个EGR流。
尽管已经参考示范性实施例描述了本发明，然而本领域技术人员将会理解的是， 在没有超出本发明的范围的情况下，各种改变和元件的等同替换都是可行的。另外，在没有 超出本发明的本质范围的情况下，各种修正都可以被采用从而使本发明的教导适应特定情 况或者材料。因此，应当指出的是，本发明并不限于在这里作为实施本发明的最佳模式而公11开的特定实施例，相反，本发明将包括落入本申请的保护范围之内的所有实施例。
权利要求
1.一种涡轮增压器，包括具有连接到涡轮机轴上的涡轮机叶轮的涡轮机，所述涡轮机叶轮和涡轮机轴可旋转地 设置在具有涡轮机进气管道的涡轮机壳体中，所述涡轮机进气管道具有涡轮机进气通道， 所述涡轮机进气通道与具有涡轮机涡壳通道和涡轮机涡壳进气口的涡轮机涡壳管道以及 具有EGR通道的EGR管道流体连通，所述EGR通道具有EGR管道进气口，所述EGR管道进气 口设置在所述涡轮机进气管道上，所述涡轮机进气管道构造成用于从发动机接收到的废气 流的第一部分与所述涡轮机叶轮的流体连通，所述EGR管道构造成用于所述废气流的第二 部分与发动机进气歧管的流体连通。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述EGR管道设置在所述涡轮机涡壳管道上。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述EGR管道从所述涡轮机涡壳管道分离。
4.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述EGR管道具有靠近所述EGR进气口的EGR 管道轴线，并且所述涡轮机进气管道具有靠近所述EGR进气口的涡轮机进气管道轴线，并 且其中所述涡轮机进气管道轴线与所述EGR管道轴线以小于大约30°的角度α分离开。
5.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述涡轮机进气管道包括多个进气管道。
6.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述EGR进气口设置在靠近所述涡轮机涡壳 进气口的位置。
7.如权利要求1所述的涡轮增压器，还包括具有第一排气口和第二排气口的柴油机， 其中所述涡轮机进气管道包括第一管道分支和第二管道分支。
8.如权利要求7所述的涡轮增压器，其中所述柴油机是V-型发动机，其具有第一气缸 列和径向分隔开的第二气缸列，所述第一排气口设置在所述第一气缸列上并与所述第一管 道分支流体连通，所述第二排气口设置在所述第二气缸列上并与所述第二管道分支流体连ο
9.一种用于内燃机的进气系统，包括具有涡轮机和压缩机的涡轮增压器，所述涡轮机包括连接到涡轮机轴上的涡轮机叶 轮，所述涡轮机叶轮和涡轮机轴可旋转地设置在涡轮机壳体中，所述涡轮机壳体具有涡轮 机进气管道，所述涡轮机进气管道具有涡轮机进气通道，所述涡轮机进气通道与具有涡轮 机涡壳通道和涡轮机涡壳进气口的涡轮机涡壳管道以及具有EGR管道通道的EGR管道流体 连通，所述EGR管道通道具有EGR管道进气口，所述EGR管道进气口设置在所述涡轮机进气 管道上，所述EGR管道与EGR阀进气口流体连通，所述压缩机构造成用于强制吸入的空气流 到发动机进气歧管的流体连通；以及EGR阀，其可以在至少一个打开位置和关闭位置之间切换并且具有所述EGR阀进气口 和EGR阀出气口，所述EGR阀出气口与发动机进气歧管流体连通，所述打开位置使得从所述 EGR管道到发动机进气歧管能够流体连通并定义了第一运行模式，所述关闭位置不允许从 所述EGR管道到发动机进气歧管的流体连通并定义了第二运行模式，其中在第一运行模式 中来自所述EGR管道的EGR气流在发动机进气歧管内被增强。
10.一种使用内燃机的进气系统的方法，包括提供具有涡轮增压器的内燃机，所述涡轮增压器与内燃机进气歧管流体连通，并构造 成提供具有第一压力的强制引入空气流，所述涡轮增压器包括涡轮机壳体，所述涡轮机壳 体包括具有涡轮机进气通道的涡轮机进气管道和具有EGR通道的EGR管道，所述EGR通道具有EGR管道进气口，所述EGR管道进气口设置在所述涡轮机进气管道上，所述EGR管道构 造成使EGR流与可以在打开位置和关闭位置之间切换的EGR阀流体连通，所述打开位置使 得具有第二压力的EGR流能够与所述进气歧管流体连通并定义了第一运行模式，而所述关 闭位置不允许EGR管道与所述进气歧管流体连通并定义了第二运行模式，其中在第一模式 中所述第二压力大于所述第一压力，并且流向内燃机的EGR流在所述进气歧管内被增强； 运行所述内燃机以产生进入所述涡轮机进气管道的废气流；和 在内燃机运行时选择所述第一模式或第二模式。
全文摘要
本发明涉及涡轮增压器和具有该增压器的空气引入系统及其使用方法，具体公开了一种包括具有整体式EGR管道的涡轮机壳体的涡轮增压器。涡轮机包括连接到涡轮机轴上的涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮可旋转地设置在具有涡轮机进气管道的涡轮机壳体内，所述涡轮机进气管道具有涡轮机进气通道，所述涡轮机进气通道与具有涡轮机涡壳通道和涡轮机涡壳进气口的涡轮机涡壳管道以及具有EGR管道通道的EGR管道流体连通，所述EGR管道通道具有EGR管道进气口，所述EGR管道进气口设置在涡轮机进气管道上。所述涡轮机进气管道构造成用于从发动机接收到的废气流的第一部分到涡轮机叶轮的流体连通。所述EGR管道构造成用于废气流的第二部分到发动机进气歧管的流体连通。
文档编号F02M25/07GK102042076SQ20101058017
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月15日 优先权日2009年10月16日
发明者E·R·罗姆布洛姆, G·J·阿文, R·M·特凯克 申请人:通用汽车环球科技运作公司