发动机系统和涡轮增压的发动的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及发动机系统和涡轮增压的发动机。描述了用于运行涡轮增压的发动机的系统。在一个示例中，一种发动机系统包括：具有分别联接于第一和第二组汽缸的第一和第二排气导管的汽缸盖，第一和第二排气导管中的每个将排气引导到安装在汽缸盖里面的轴承上的排气驱动的涡轮，该轴承设置在由汽缸盖支撑的轴承壳体内。以这种方式，排气脉冲保持分离直到安装在汽缸盖里面的涡轮。
【专利说明】发动机系统和涡轮增压的发动机
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及脉冲分离的直接入口轴流式汽车用涡轮。
【背景技术】
[0002]涡轮增压的内燃发动机可以减少外部排放并且增加发动机的比功率输出，从发动机汽缸离开的排气可以被引导通过涡轮并且产生用于驱动压缩机的能量。一种示例性结构结合从发动机汽缸以及涡轮壳体通向汽缸盖本身里的排气口。
[0003]发明人在此已经认识到实现排气脉冲分离能够使排气凸轮持续一段时间有利于改善燃料消耗、改善低发动机速度转矩并且实现当前设计的较好的比功率输出。集成在汽缸盖里的涡轮将同时降低成本并减少发动机占地面积(footprint)。例如，集成的涡轮可以减小系统的总尺寸的同时增加发动机的效率和比功率。集成的轴流式涡轮也会比相应的径流式涡轮具有更快的瞬时响应。但是，在长排气凸轮事件的情况下为了保持有效的燃烧，在多个排气门打开时在排气排出事件期间必须防止残留的排气进入发动机汽缸。这是直到排气进入涡轮的时候在排气的全脉冲分离的情况下实现的。例如，在具有常规点火顺序的1-4发动机中，这可以通过将离开汽缸I和4的排气口一起结合到第一排气导管中并且将离开汽缸2和3的排气口一起结合到第二排气导管中来实现。这两个导管的出口可以连接于涡轮的入口。
[0004]但是，发明人在此已经认识到实现全脉冲分离的当前的歧管设计将径流式涡轮作为目标并且可以不应用利用轴流式涡轮的系统。包含这种歧管会需要外部涡轮增压器，这将增加成本并且具有更差的瞬时响应。
实用新型内容
[0005]在一个示例中，上述问题可以通过一种系统至少部分地解决，该系统包括具有分别联接于第一和第二组汽缸的第一和第二排气导管的汽缸盖，第一和第二排气导管中的每一个通向安装在汽缸盖里面的轴承上的排气驱动的涡轮，该轴承设置在由汽缸盖支撑的轴承壳体内。
[0006]以这种方式，该系统可以使离开汽缸的排气的脉冲分离一直到涡轮的入口，同时保持紧凑的结构。以这种方式，分离的排气脉冲可以引起传递给涡轮的排气的效率增加。
[0007]而且，第一和第二导管中的每一个的出口可以形成与涡轮的气体收集器联接的半圆形横截面，并且第一和第二出口中的每一个的两个半圆形的横截面可以相对于彼此被定位以形成环形的组合出口。以这种方式，轴流式涡轮的定子和转子级(stage)可以插入在汽缸盖中形成的开口里。
[0008]在另一个示例中，涡轮增压的发动机包括形成两个或更多个排气导管的汽缸盖，每一个具有在涡轮或收集器处的出口终点，第一排气导管的出口终点的开口是半圆的环形形状，并且第二排气输出管道的出口终点的开口是半圆的环形形状，彼此相对设置的出口终点形成圆形的环。而且，第一排气导管可以联接于外部的发动机汽缸，而第二排气导管可以联接于内部的发动机汽缸。以这种方式，直到插入汽缸盖里的涡轮在圆形圆环内时可以实现脉冲分离。
[0009]在另一个示例中，一种方法，包括:在汽缸盖中，从发动机里面的直列式汽缸到第一个半圆的环形出口结合排气；在汽缸盖中，从发动机外面的直列式汽缸到位于与第一个半圆的环形出口相对的第二个半圆的环形出口结合排气；并且引导从第一和第二出口出来的排气通过用轴承安装在汽缸盖中的轴流式涡轮，其中轴流式涡轮通过共用轴联接于径向压缩机/离心式压缩机。这种方法还可以包括调节废气门阀，以调节通过设置在汽缸盖中的废气门管路的流。以这种方式，可以控制在汽缸盖内的排气流，以实现最佳发动机性能。
[0010]在其他实施例中，排气导管可以以对涡轮的各种角度进入涡轮收集器，以实现希望的有关气体速度。排气导管的出口终点可以设置成覆盖涡轮的任何各种扇形(sector)，其范围从涡轮圆周的一半到涡轮圆周的非常小的部分。这个扇形结构可以包括用于每一个汽缸的或每一组汽缸的唯一的扇形。以这种方式，可以实现一直到涡轮收集器的脉冲分离而不结合排气脉冲。
[0011]应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的一些概念。这并不意味着视为所要求保护主题的关键的或基本的特征，所要求保护主题的范围由【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开中的任何部分中的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示出根据本公开的涡轮增压的发动机的示意图。
[0013]图2A示出根据本公开的汽缸盖的透视图。
[0014]图2B示出联接到轴承壳体的汽缸盖的透视图。
[0015]图3示出排气歧管和涡轮增压器组件的透视图。
[0016]图4示出配备有机油和冷却液供给的涡轮增压器组件的透视图。
[0017]图5A示出示例性排气歧管的透视图。
[0018]图5B示出示例性涡轮的输入端的透视图。
[0019]图2A、图2B、图3和图5A-5B大致按比例绘制，但是也可以用其他尺度绘制。
【具体实施方式】
[0020]下面的描述涉及用于运行，例如如图1所示的，包括涡轮增压器系统的发动机的系统和方法。
[0021]图1是示出可以包括在汽车的推进系统中的示例性发动机10的示意图。发动机10包括汽缸盖175，该汽缸盖被示出具有四个汽缸30。但是，根据本公开可以使用其他数目的汽缸。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置130来自车辆操作者132的输入至少部分地控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可以包括具有设置在其中的活塞(未示出)的燃烧室壁。该活塞可以联接于曲轴40以便将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统(未示出)联接于车辆的至少一个主动轮。而且，起动机马达可以经由飞轮联接于曲轴40以能够实现发动机10的启动运转。
[0022]燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气空气并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可以经由各自的进气门和排气门(未示出)选择地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或多于两个的进气门和/或两个或多于两个的排气门。
[0023]燃料喷射器50被示出直接联接于燃烧室30，用于与从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例的将燃料直接喷射到其中。以这种方式，燃料喷射器50提供被称之为进入到燃烧室30的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)传递给燃料喷射器50。在一些实施例中，燃烧室30可以可选地，或附加地包括设置在进气歧管44中的燃料喷射器，其布置成提供被称之为从每个燃烧室30进入到进气道上游的燃料的进气道喷射。
[0024]进气通道42可以包括分别具有节流板22和24的节气门21和23。在这个具体的示例中，节流板22和24的位置可以经由提供给包括节气门21和23的致动器的信号由控制器12改变。在一个示例中，致动器可以是电致动器(例如，电动马达)，一种通常被称之为电子节气门控制(ETC)的结构。以这种方式，可以操作节气门21和23以改变提供给在其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。节流板22和24的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42还可以包括质量空气流传感器120和歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供相应的信号MAF (质量空气流)和MAP (歧管空气压力)。
[0025]排气通道48可以接收来自汽缸30的排气。汽缸30可以通过在下面并且参考图3进一步描述的多个气门和进气道联接于排气通道48。多个气门可以打开以允许排气离开汽缸30并进入排气口 47，其将排气进一步引入到排气通道48。在图1所示的示例中，排气口 47设置在汽缸盖175里面。应当明白，这种结构可以被称为“集成的排气歧管”，其中排气歧管46设置在汽缸盖175里面。
[0026]排气传感器128被示出在排放控制装置78上游联接于排气通道48。传感器128可以选自用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、NOx, HC或CO传感器。排放控制装置78可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他的排放控制装置或其组合。排气温度可以由设置在排气通道48中的一个或多个温度传感器(未示出)来测量。可替代地，排气温度可以基于诸如速度、负荷、空气-燃料比(AFR)、火花延迟等的发动机工况推知。
[0027]在图1中控制器12被示为微型计算机，其包括:微处理单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O) 104、在这个具体的示例中示为只读存储芯片(ROM) 106的用于可执行的程序和校正值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器12可以接收来自联接于发动机10的传感器的各种信号，除了上面提到的那些信号之夕卜，还包括:来自质量空气流传感器120的引入的质量空气流(MAF)的测量值；来自在发动机10内的一个位置中示意地示出的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT);来自联接于曲轴40的霍尔效应传感器118 (或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);如所讨论的，来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及如所讨论的，来自传感器122的歧管绝对压力信号MAP。发动机速度信号RPM可以从信号PIP由控制器12产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管44中的真空或压力的指示。应当指出，可以用上述传感器的各种组合，例如MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在化学计量比运行期间，MAP传感器能够给出发动机转矩的指示。而且，这个传感器，与检测的发动机速度一起，能够提供引入到汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也可以用作发动机速度传感器的传感器118对于曲轴40的每一圈可以产生预定数目的等间隔脉冲。在一些示例中，存储介质只读存储器106可以用计算机可读的数据以及参与但未列出的其他变量编程，该计算机可读的数据表示用于进行下面描述的方法由处理器102可执行的指令。
[0028]发动机10还可以包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，该压缩装置包括设置在进气歧管44上游的至少一个压缩机60。对于涡轮增压器，压缩机60可以经由，例如轴160，或其他联接装置，至少部分地由涡轮62驱动。涡轮62可以例如经由上述的集成的排气歧管将排气歧管46联接于排气通道48。可以提供各种装置来驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或多个汽缸的压缩的量可以由控制器12改变。在一些情况下，涡轮可以驱动例如发电机，以经由涡轮驱动器对蓄电池提供电力。来自蓄电池的电力然后可以经由马达用来驱动压缩机60。而且，传感器123可以设置在进气歧管44中，用于为控制器12提供升压(BOOST)信号。
[0029]而且，排气通道48可以包括废气门26，用来转移离开涡轮62的排气。在一些实施例中，废气门26可以是多级废气门，例如两级废气门，其中第一级构造成控制升压压力，而第二级构造成增加对排放控制装置78的热通量。废气门26可以用致动器150来操作，例如，致动器150可以是包括永久磁铁的电致动器。在各种实施例中，致动器150可以是电动马达、压力控制的致动器或真空控制的致动器。关于废气门26和致动器150的其他细节将在下面提出。进气通道42可以包括构造成转移压缩机60周围的进气空气的压缩机旁通阀27。例如，当希望较低的升压压力时，可以经由致动器(例如，致动器150)由控制器12控制废气门26和/或压缩机旁通阀27打开。
[0030]进气通道42还可以包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中间冷却器)以降低涡轮增压的或机械增压的进气的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可以是空气至空气的热交换器。在其他实施例中，增压空气冷却器80可以是空气至流体的热交换器。
[0031]排气再循环(EGR)系统可以经由EGR通道140，将希望的排气部分从排气通道48路由到进气通道42。提供给进气通道42的EGR的量可以经由EGR阀142由控制器12改变。而且，EGR传感器(未示出)可以设置在EGR通道内并且可以提供压力、温度和排气浓度中的一个或多个的指示。可替代地，EGR可以基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT (歧管气体温度)和曲轴速度传感器的信号通过计算的值进行控制。而且，EGR可以基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)来控制。在一些条件下，EGR系统可以用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的上游路由到涡轮增压器的压缩机的下游。在其他实施例中，发动机可以附加地或可替代地包括低压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的下游路由到涡轮增压器的压缩机的上游。
[0032]图2A示出根据本公开的汽缸组件210的透视图。图2B示出联接于涡轮增压器300的图2A中所示的汽缸组件210的透视图。汽缸组件210包括可以附接于汽缸体(未示出)的汽缸盖175，该汽缸体包括发动机10的多个燃烧室(例如，汽缸)30，每一个燃烧室可以包括具有设置在其中活塞(未示出)的燃烧室壁。汽缸可以以直列式布局来设置，使得汽缸沿着汽缸盖的中心轴线对齐。可替代地，汽缸可以以V型布局、平坦布局或其他合适的布局来排列。当附接于汽缸体时，所述的汽缸盖175可以形成4个汽缸。在另一个示例中，汽缸组件可以利用可替代数目的汽缸，例如3个汽缸。汽缸盖175可以用诸如铸铁或铝的合适的材料铸造。汽缸盖可以包括在此示例性透视图中未描述的许多部件，包括曲轴、进气和排气门、火花塞、燃料喷射器50、温度传感器112、其他合适的机械部件和例如图1所示的其他合适的传感器和致动器。
[0033]如图所示，汽缸盖175包括四个周边壁。这些壁包括第一侧壁211、第二侧壁212、后端壁213和前端壁214。第一侧壁211可以构造成与发动机的进气门协作的汽缸盖的进气侧，并且可以包括诸如气门的部件和如需要时与进气歧管44连接的进气道，并且允许或限制到汽缸盖里的进气空气流。前端壁214可以包括如需要时与曲轴40邻接的部件，并且允许曲轴40联接于包含在汽缸盖175中的活塞。第二侧壁212可以构造成与发动机的排气门协作的汽缸盖的排气侧，并且可以包括诸如一个或多个螺栓凸台252的部件或用于将轴承壳体280直接安装在汽缸盖的其他合适的装置。在此示例性结构中，涡轮增压器组件可以直接联接于汽缸盖。可替代地，涡轮增压器组件可以间接地联接于汽缸盖。涡轮增压器组件和其可能的结构在下面并且参考图3进一步讨论。汽缸盖175也可以包括多个汽缸封闭部分218。
[0034]汽缸盖175可以包括一个或多个冷却套。例如，第一冷却套可以位于排气歧管46和在汽缸盖175和汽缸体之间的界面之间。第二冷却套可以位于与第一冷却套相对的排气歧管的一侧上。第一和第二冷却套可以通过流动通道联接在一起。在一些示例中，第一和第二冷却套可以通过流动通道联接于涡轮冷却套。在另一个示例中，第一和第二冷却套可以被分开，并且用不同的冷却液或相同的冷却液的不同供给来运行。在另一个示例中，第一冷却套可以位于多个汽缸的进气侧上，而第二冷却套位于汽缸的排气侧上。这两个冷却套可以具有基本不同的冷却能力，并且可以联接于包括散热器、用发动机驱动的冷却泵、恒温器等的冷却水系统。在一个示例中，例如通过较高流率、增加的表面积等，位于汽缸的排气侧上的冷却套可以比位于汽缸的进气侧上的冷却套具有更高的冷却能力。在另一个示例中，位于汽缸的进气侧上的冷却套可以比位于汽缸的排气侧上的冷却套具有更高的冷却能力。
[0035]汽缸盖175包括排气歧管46。排气歧管的部件将在下面并且关于图3、图5A和图5B进一步讨论，并且包括联接于汽缸30的多个排气口 47，和联接于排气口 47的多个排气导管310。排气导管310可以将排气排放到排气收集器320中。每一个汽缸可以具有进气门和排气门。在一些情况下，每一个汽缸可以包括两个或多于两个的进气门和两个或多于两个的排气门。每一个进气门和排气门可以分别由进气凸轮和排气凸轮操作。在另一个示例中，进气门和排气门可以由气门线圈和衔铁组件来致动。
[0036]一个或多个排气导管310还可以构造成包括废气门26 (未示出)。可替代地，废气门26可以包括在排气收集器320中。废气门26可以构造成控制绕过涡轮的排气量。废气门26可以由废气门致动器150致动。废气门致动器150可以安装在汽缸盖175上或轴承壳体280上。废气门可以响应排气收集器275中的压力超过由压力传感器(未示出)测量的阈值或响应MAP传感器测量值高于提供希望的转矩所要求的值被致动。废气门致动器150可以响应由控制器12发送的信号被激活或停用。废气门26的激活允许排气进入排气出口 290并且进一步到排气旁路管道(未示出)，从而允许排气绕过涡轮增压器组件。排气出口 290可以包括在轴承壳体280中。废气门通道可以具有联接于汽缸盖的入口和联接于轴承壳体内的热气收集器的出口。
[0037]轴承壳体280可以通过安装螺栓250和安装螺栓凸台252，或通过其他合适的附接装置，附接于汽缸盖175。如图2B所示，在这种结构中的汽缸盖175的轴承壳体280的直接联接允许涡轮62位于排气收集器320附近，从而允许发动机10内的排气能量的保存。如在下面并且关于图3进一步讨论的，这种示例性结构可以允许有涡轮增压器组件的一些部件，例如，转子级和定子级被直接联接于汽缸盖，从而使被涡轮增压器组件所占用的空间量最小化。轴承壳体280可以包括如需要时用于安装涡轮增压器组件的部件的其他部件，或如需要时安装附加传感器或致动器的部件。例如安装凸台用于排气氧传感器可以包含在轴承壳体280中。
[0038]图3和图4示出根据本公开的涡轮增压器组件的透视图。图3示出根据本公开的排气口 47和排气导管310以及涡轮增压器组件300的透视图。图3示出用于4汽缸发动机的示例性集成的排气歧管46，但是可以包括更少的或附加的汽缸，例如，2个、3个、5个或6个汽缸。图4示出根据本公开的涡轮增压器组件300的侧视图。排气歧管46可以包括在汽缸盖175中，如图2所示。每个汽缸30可以具有联接在汽缸和排气口 47之间的一个或多个排气门。排气口 47可以联接于排气导管310。在发动机运行期间，排气口接收从汽缸释放的排气。可以在来自邻近汽缸或不邻近汽缸的排气口的汇合处形成排气流道(runner)。例如，在14发动机布局中,有利的是将来自汽缸2和3的排气口汇合到第一排气流道中，并且将来自汽缸I和4的排气口汇合到第二排气流道中。对于这种不例性发动机布局，这种结构可以允许排气脉冲分离被保持。
[0039]排气导管310可以终止在排气收集器320的口部的一个或多个开口。一个或多个排气流道也可以包括如上面所述的废气门通道26。在排气收集器320中的排气压力超过预定阈值的条件下，控制器12可以激活废气门致动器150，从而允许排气流过废气门26并且进入排气出口 290中，在那里排气可以路由通过排气旁路管路，从而绕过涡轮增压器组件。
[0040]在另一个示例中，一个或多个排气导管310作为专用的排气再循环系统的部件可以引导排气返回到进气歧管44中用于再进入发动机10。在又一个示例中，在第一条件下气门或其他的转换机构可以使来自一个或多个排气导管310的排气转移到进气歧管44，并且在第二条件下转移到排气收集器320中。
[0041]排气收集器320可以包括在轴承壳体280中。在另一个示例中，排气收集器可以包括在汽缸盖175中。在又一个示例中，排气收集器可以是联接在汽缸盖和轴承壳体之间的独立部件，或可以由汽缸盖和轴承壳体两者的各一部分构成。排气可以从排气收集器320被引导到涡轮增压器组件300。
[0042]涡轮增压器组件300可以包括轴承壳体280、涡轮壳体285、涡轮62、压缩机壳体335、压缩机60以及其部件，其中一些部件在下面并参考图4进一步讨论。排气收集器320可以作为轴承壳体280的部件被制造或可以独立制造。在图3和图4所示的示例性系统中，涡轮62是轴流式涡轮，但是也可以用径流式涡轮或混流式涡轮。涡轮可以具有单级或多级。定子也可以具有单级或多级。对于轴流式涡轮，接近涡轮转子叶片的排气流可以被描述为基本轴向地流动。在这里，“基本轴向地”用来指通过涡轮的排气流平行于涡轮轴。排气入口可以构造成以基本轴向的方向引导排气到涡轮。在另一个示例中，涡轮62可以构造成是径流式涡轮，其中接近涡轮转子叶片的排气流基本径向地流动，并且其中排气入口构造成以基本垂直于涡轮轴的方向引导排气到涡轮轴。在另一个示例中，排气可以以在轴向和径向之间的几何形状接近涡轮，例如，混流式涡轮。
[0043]轴承壳体280可以用铸铁或具有耐高热变形的其他合适的材料制造，或在发动机运行期间适合于暴露在所经受的高温下的其他合适的材料制造。涡轮定子322可以通过将冲压的金属板焊接成合适的形状和结构来制造，或可以通过将材料铸造成合适的形状来制造。涡轮收集器350可以作为轴承壳体280的部件被制造，其也可以用铸铁或具有耐高温能力的其他合适的材料制造。在这个示例中，可以不包括进一步液体冷却系统。
[0044]涡轮壳体285也可以用诸如铝的材料制造，并且因此还可以包括包含在壳体中的或围绕壳体的液体冷却系统。如图4所示，机油和冷却液供给401通过集成在收集器和轴承壳体中的通道402供给轴承壳体280。冷却也可以用外部冷却液管和软管来供给。在另一个示例中，涡轮壳体285可以制造成与轴承壳体280分开的单件并且用螺栓和其他合适的紧固件联接轴承壳体。
[0045]涡轮增压器组件300包括定子322、转子325、涡轮62、压缩机60、压缩机壳体335和轴承壳体280。涡轮62可以经由轴160联接于压缩机60。定子322可以放置在汽缸盖175内。在一个示例中，定子322可以用不锈钢板金属的焊接件制造。定子322可以铸造成单件或铸造成多件。定子322可以用各种方法附接，包括卡扣到位、压到位，或用螺栓或V形带机械连接。定子可以设计成配合在汽缸盖内的互补的定子安装件中，该定子安装件既保持定子又防止其转动。在一些示例中，汽缸盖可以用作定子并且构造成操纵并加速排气流到希望的进入角和速度。
[0046]转子325也可以放置在汽缸盖175内。在一个示例中，轴承壳体280可以经由一个或更多个销安装。轴承壳体可以具有在销安装件附近所路由的(一个或多个)冷却通道，以便使轴承壳体的热变形最小化并且确保转子保持在合适的位置并且在转子叶片和壳体之间保持足够的距离，以便不引起叶片摩擦并保持必要的最小间隙，以保持涡轮效率。
[0047]涡轮增压器组件300也可以包括在涡轮后面的气体收集器350。气体收集器350可以包括喇叭形的通道，其中排气可以从涡轮路由到轴承壳体的单个的出口部件。气体收集器350还可以与排气出口 290汇合，或可以将排气引导到排放控制装置或排气再循环系统。
[0048]轴承壳体可以包括设计成用于轴向和径向载荷两者的多个轴承。该轴承可以是轴颈轴承、球轴承、滚针轴承、空气轴承或其他合适的轴承。涡轮壳体可以被路由以包括由供给管道420馈送的机油和冷却液供给。
[0049]压缩机60包括压缩机壳体335、压缩机收集器、叶轮和空气入口。压缩机叶轮可以经由轴160联接于涡轮62。通过涡轮的排气流可以驱动驱动轴160的旋转运动，这进而又驱动叶轮转动。空气入口为压缩机提供空气，该空气然后被压缩机60压缩。压缩空气然后通过上面所述的并且在图1中示意地示出的一系列的导管被传递返回至进气歧管44。
[0050]涡轮增压器组件300被示出具有单个涡轮和单个涡壳。在另一个示例中，涡轮增压器组件300可以包括多于一个涡轮和多于一个涡壳，例如，双涡壳涡轮。涡轮增压器组件300被示出具有单个压缩机，但是可以包括多于一个压缩机。在具有多于一个涡轮的示例性系统中，涡轮可以具有驱动单个压缩机或多个压缩机的同心轴。在另一个示例中，机械增压器也可以包括在车辆系统中。
[0051]转向图5A-5B，示出根据本公开的用于4汽缸发动机的排气歧管46，排气歧管46可以包含在图1-4的发动机结构中。排气歧管46可以包含在汽缸盖175里。在一个示例中，发动机可以具有1-3-4-2的点火顺序。在这个示例中，通过分离排气脉冲使得汽缸I和4被联接在一起，并且汽缸2和3被联接在一起，可以增加对涡轮的排气效率。在一个示例中，汽缸I和4被联接至涡轮62的第一入口，而汽缸2和3被联接至涡轮62的第二入口。在这种结构中，排放到歧管中的排气会不太可能回流到汽缸里。
[0052]如图5A-5B所示，汽缸I可以包括联接于排气口 47a和47b的排气门。同样地，汽缸2可以包括联接于排气口 47c和47d的排气门，汽缸3可以包括联接于排气口 47e和47f的排气门，并且汽缸4可以包括联接于排气口 47g和47h的排气门。排气口 47a和47b可以在结合点311a处汇合以形成排气导管310a。同样地，排气口 47c和47d可以在结合点311b处汇合以形成排气导管310b。排气口 47e和47f可以在结合点311c处汇合以形成排气导管310c，并且排气口 47g和47h可以在结合点311d处汇合以形成排气导管310d。排气流道310a和310d还可以在位于结合点311a和311d下游的结合点312a处汇合。以这种方式在312a处汇合将汽缸I和4的排气流组合到排气输出导管315a中。排气输出导管315a变成馈送涡轮62的排气歧管46的扇形。同样地，排气流道310b和310c还可以在位于结合点311b和311c下游的结合点312b处汇合。以这种方式在312b处汇合将汽缸2和3的排气流组合到排气输出导管315b。被废气门致动器150致动的废气门26可以设置在排气导管310a、310b、310c和310d中的一个或多个中，或设置在排气输出导管315a和315b中的一个或多个中。
[0053]以这种方式汇合来自汽缸I和4以及汽缸2和3的排气可以允许排气脉冲在排气口内被分开并且可以增加瞬时响应并降低来自排气的能量损失的量。在涡轮62是轴流式涡轮的示例中，通过以半圆的形状形成排气输出导管315a和以对半圆的排气输出导管315a互补的半圆的形状形成排气输出导管315b，可能实现从排气门一直到排气进入涡轮的时候的脉冲分离。
[0054]排气输出导管315a和315b可以分别引导排气到涡轮入口 515和520。在图5B所示的示例中，涡轮入口 515和520设置成使得形成在10°以内的圆的圆或圆形形状。在排气出口之间的空间525因此也可以是在10°以内的圆的圆或圆形形状。空间525可以是汽缸盖材料(例如铝)的冷却部分。在这个示例中，涡轮入口 515和520也可以包括如必需时与定子322和转子325相互作用的元件。在所示的示例中，两个半圆的环形区515和520可以经由与涡轮入口 515和520的端部连续的分隔区530被相互间隔开。分隔区可以由汽缸盖材料的冷却部分形成。如图所示，示出具有对称的分隔区的两个对称的半圆形的出口。但是，也可以使用不对称的结构。可以操纵出口以实现涡轮进入角对于所用的特定涡轮是最有利的。在一些示例中，可以有多于两个的涡轮入口。例如，可以有用于每一个发动机汽缸的涡轮入口。
[0055]如图5A所示，排气歧管口和会集区的特定形状可以首先(关于竖直平行于汽缸的中心轴线)向上转，并且然后在排气汇合之后弯回到向下的出口。以这种方式，与发动机点火顺序结合可以产生有利的排气流，使得两个半圆形圆环的排气出口能够一起馈送轴流式涡轮增压器输入。其他的排气导管几何形状可能实现脉冲分离和用于涡轮入口的正确速度和角度。例如，每一个汽缸可以联接于单个的排气口、排气导管和排气出口导管。在4汽缸发动机中，因此有四个排气出口导管。排气出口导管可以构造成具有四分之一圆出口，四个出口以互补的方式设置以形成引向排气收集器或涡轮入口的环形出口。同样的结构可以用于6或8汽缸发动机。
[0056]图1-5B所不的系统可以实现一种或多种系统。例如，一种系统，其包括:具有分别联接于第一和第二组汽缸的第一和第二排气导管的汽缸盖，第一和第二排气导管中的每一个引向安装在汽缸盖里面的轴承上的排气驱动的涡轮，该轴承位于由汽缸盖支撑的轴承壳体内。汽缸盖还可以包括邻近涡轮的冷却通道和废气门气体通道。涡轮可以是轴流式涡轮、混流式涡轮或径流式涡轮。涡轮可以包括一级或多级，并且该级可以包括一个或多个定子级。定子级可以是特定的轮叶(vane)或可以是汽缸盖的部件。第一和第二排气导管中的每一个的出口可以形成与涡轮的气体收集器联接的半圆形横截面。第一和第二出口中的每一个的半圆形横截面可以相对于彼此设置以形成环形的组合出口。该系统还可以包括分开地联接于第三组汽缸的至少第三排气导管。每一组汽缸可以包括一个汽缸，并且每一个排气导管可以联接于涡轮的气体收集器。排气导管可以具有圆弧形状的出口，其可以组合以形成环形的组合出口。
[0057]在另一个示例中，一种涡轮增压的发动机包括:形成两个或更多个排气导管的汽缸盖，每一个排气导管具有在涡轮或收集器处的出口终点，第一排气导管的出口终点的开口是在5°的半圆内的半圆的环形形状，并且第二排气输出管道的出口终点的开口是在5°的半圆内的半圆的环形形状，彼此相对设置的出口终点形成圆形的环。排气导管可以采取其他结构的各种形式。汽缸盖可以包括用于两个或更多个发动机汽缸的排气口。发动机汽缸可以以直列式、对置或V形设置。涡轮增压的发动机还可以包括至少部分地可旋转地安装在汽缸盖中的轴流式涡轮。轴流式涡轮的转子和定子级可以被定位在汽缸盖中。第一排气导管可以联接于外部的发动机汽缸，而第二排气导管可以联接于内部的发动机汽缸。汽缸盖还可以包括废气门通道。涡轮可以经由共用的轴联接于一个或多个压缩机。
[0058]图1-5B所示的系统可以实现一种或多种方法。例如，一种方法，其包括:在汽缸盖中，组合来自发动机的里面的直列式汽缸的排气到第一个半圆的环形出口 ；在汽缸盖中，组合来自发动机的外面的直列式汽缸的排气到与第一个半圆的环形出口相对设置的第二个半圆的环形出口 ；以及引导从第一和第二出口出来的排气通过用轴承安装在汽缸盖中的轴流式涡轮。轴流式涡轮可以通过共用的轴联接于径流式压缩机。该方法还可以包括调节废气门阀以调节通过设置在汽缸盖中的废气门管道的流。
[0059]应当明白，本文所公开的结构和程序在本质上是示例性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以用于V-8、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0060]下面的权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改本权利要求或在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。这些权利要求，比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种发动机系统，其特征在于，包括: 具有分别联接于第一和第二组汽缸的第一和第二排气导管的汽缸盖，所述第一和第二排气导管中的每一个引向安装在所述汽缸盖里面的轴承上的排气驱动的涡轮，所述轴承设置在由所述汽缸盖支撑的轴承壳体内。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述汽缸盖还包括邻近所述涡轮的冷却通道和废气门气体通道。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述涡轮是轴流式涡轮、混流式涡轮或径流式涡轮，并且其中所述涡轮包括一级或多级，并且其中所述级包括一个或多个定子级。
4.根据权利要求3所述的发动机系统，其特征在于，所述定子级是特定的轮叶或所述汽缸盖的部件。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一和第二排气导管中的每一个的出口形成与所述涡轮的气体收集器联接的半圆的横截面。
6.根据权利要求5所述的发动机系统，其特征在于，所述第一和第二出口中的每一个的两个半圆的横截面相对于彼此被设置以形成环形的组合出口。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于还包括分开地联接于第三组汽缸的至少第三排气导管。
8.根据权利要求7所述的发动机系统，其特征在于，每一汽缸组都包括一个汽缸，并且每一个排气导管都联接于所述涡轮的气体收集器。
9.根据权利要求8所述的发动机系统，其特征在于，每一个所述排气导管包括圆弧形的出口，其组合以形成环形的组合出口。
10.一种涡轮增压的发动机，其特征在于，包括: 汽缸盖，其形成两个或多个排气导管，每一个所述排气导管都具有在涡轮或收集器处的出口终点，第一排气导管的所述出口终点的开口是在5°的半圆内的半圆的环形形状，并且第二排气输出管道的所述出口终点的开口是在5°的半圆内的半圆的环形形状，所述出口终点相对于彼此被设置以形成圆形的环。
11.根据权利要求10所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，所述汽缸盖包括用于两个或多个发动机汽缸的排气口。
12.根据权利要求11所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，所述发动机汽缸以直列式布局、对置布局或V形布局被设置。
13.根据权利要求11所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，还包括至少部分地旋转地安装在所述汽缸盖中的轴流式涡轮。
14.根据权利要求13所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，所述轴流式涡轮的转子和定子级被定位在所述汽缸盖中。
15.根据权利要求14所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，所述第一排气导管联接于外部的发动机汽缸，而所述第二排气导管联接于内部的发动机汽缸。
16.根据权利要求15所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，所述汽缸盖还包括废气门通道。
17.根据权利要求16所述的涡轮增压的发动机，其特征在于，所述涡轮经由共用的轴联接于一个或多个压缩机。
【文档编号】F02B37/00GK204200356SQ201420333177
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】R·A·维德, J·C·里格 申请人:福特环球技术公司