專(zhuān)利名稱(chēng)：采用裝有一整體泵、一控制閥及一混合器的透平增壓器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互參照本申請(qǐng)享有標(biāo)題為“采用裝有一整體泵、一控制閥及一混合器的透平增壓器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)”于1997年3月3日申請(qǐng)的臨時(shí)申請(qǐng)60/039，246的申請(qǐng)日。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及改善排放的內(nèi)燃機(jī)廢氣再循環(huán)(EGR)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種透平增壓器壓縮機(jī)葉輪，葉輪轉(zhuǎn)子葉片安裝在與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子相反的一側(cè)，作為EGR泵，有單獨(dú)的擴(kuò)壓道和蝸殼，供EGR自該泵流量輸出用，還有單獨(dú)通至EGR的蝸旋進(jìn)氣道；一種計(jì)量被再循環(huán)的廢氣的控制閥和一種將再循環(huán)廢氣混入發(fā)動(dòng)機(jī)充量空氣中的混合器。
相關(guān)技術(shù)說(shuō)明EGR是降低內(nèi)燃機(jī)中Nox排放的已知方法。為有效利用，EGR系統(tǒng)必須在一般為現(xiàn)代高效率柴油機(jī)兩端在其至少部分運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)用正的壓力梯度來(lái)克服負(fù)壓力梯度。實(shí)現(xiàn)EGR的各種方法都包括；將部分廢氣自排氣岐管泵吸到進(jìn)氣岐管。將廢氣引入普通透平增壓器或發(fā)動(dòng)機(jī)上現(xiàn)有增壓器的壓縮進(jìn)口來(lái)完成泵吸，或者，用另一種方法，設(shè)置一單獨(dú)的壓氣機(jī)來(lái)接收廢氣，并將其加壓到一適當(dāng)?shù)膲毫?，以便加入到在發(fā)動(dòng)機(jī)沖量空氣增壓系統(tǒng)下游的沖量空氣中，由于這些系統(tǒng)的存在，通常招致燃料消耗的某些惡化。
EGR還要求再循環(huán)廢氣與進(jìn)入的新鮮空氣沖量充分混合以避免性能下降，并減少混合損失以避免額外的燃料消耗惡化。此外，要求對(duì)再循環(huán)廢氣流量的可靠控制，以確保在變工況下供給發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的沖量空氣混合物的正確比例。此外，EGR系統(tǒng)的部件和特點(diǎn)必須適應(yīng)對(duì)適于配置在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)隔艙內(nèi)的有限容積的約束。
因此，希望在與現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)部件，諸如透平增壓器，密切的機(jī)械和功能配合方面提供一種采用廢氣再循環(huán)的泵部件的高度整體EGR。還希望成形一條EGR流道，并設(shè)置新穎的控制部件，以允許對(duì)廢氣流量和混合到發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的沖量空氣中進(jìn)行必要的控制，以使氣缸間廢氣百分比的變化減至最小。
發(fā)明概述內(nèi)燃機(jī)的ERG系統(tǒng)包括一透平增壓器，后者具有一個(gè)包含一廢氣進(jìn)口和一透平出口的透平殼體，它裝有一透平，由經(jīng)廢氣進(jìn)口接收的廢氣驅(qū)動(dòng)，并連于一旋轉(zhuǎn)軸上。一個(gè)支承裝有旋轉(zhuǎn)軸的軸承組件的中央殼體連于透平殼體和具有一空氣進(jìn)口的一沖量空氣出口的壓氣機(jī)殼體。一壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子連于該旋轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)子具有第一組葉片，經(jīng)壓氣機(jī)殼體進(jìn)口接收空氣，并將壓縮空氣排至沖量空氣出口。該轉(zhuǎn)子具有第二組葉片，它們與第一組件葉片對(duì)置，安裝在該轉(zhuǎn)子上，與其成一體，自ERG進(jìn)口接收廢氣，并經(jīng)一種壓管將受縮廢氣排至廢氣出口。該廢氣出口和充量空氣出口均為獨(dú)立的流道。一塊在轉(zhuǎn)子周邊分隔該流道的隔板將廢氣和沖量空氣的流道隔開(kāi)。
一混合器設(shè)置在透平增壓器的下游，它接收廢氣和沖量空氣，并經(jīng)連于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的出口輸送該混合沖量。一控制閥設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣岐管和ERG進(jìn)口的中間，以控制再循環(huán)到透平增壓器中的第二組葉片的廢氣量。一些適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管將廢氣出口連接到混合器，并將充量空氣出口連接到混合器。
附圖簡(jiǎn)述根據(jù)詳細(xì)的說(shuō)明和附圖，會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的細(xì)節(jié)和特點(diǎn)，其中

圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)與采用本發(fā)明的組合和部件的EGR系統(tǒng)的附圖；圖2是在本發(fā)明實(shí)施例中所采用的與透平增壓器成一體的EGR泵的詳細(xì)剖視圖；圖3是包含在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施例中的來(lái)自EGR泵的再循環(huán)廢氣和來(lái)自透平增壓器壓氣機(jī)的新鮮充量空氣的混合器的詳細(xì)剖視圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中所采用的用以控制再循環(huán)廢氣的閥的詳細(xì)剖視圖；圖5是圖4閥的操作與元件的簡(jiǎn)圖；圖6是圖3混合器第二實(shí)施例的詳細(xì)剖視圖。
發(fā)明詳述參照各附圖，圖1表示內(nèi)燃機(jī)10，有一進(jìn)氣岐管12和一排氣岐管14。設(shè)置透平增壓器16來(lái)將充量空氣增壓，由壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子18接收輸入空氣，該轉(zhuǎn)子在壓力空氣輸入到進(jìn)氣岐管之前提供壓力空氣給充量空氣冷卻器20。該壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子由連于透平24的軸22驅(qū)動(dòng)，透平接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣岐管的廢氣。
再循環(huán)的廢氣自排氣岐管流出，經(jīng)一控制閥26被轉(zhuǎn)移到EGR冷卻器28。來(lái)自EGR冷卻器的氣體被供給EGR泵的進(jìn)口，對(duì)于附圖中所示的實(shí)施例，該EGR泵為一壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子30，它安裝于受透平驅(qū)動(dòng)的透平增壓器軸上。來(lái)自EGR泵的壓力廢氣流至一混合器32，該混合器使再循環(huán)廢氣流與充量空氣混合，形成大致均勻的輸入進(jìn)氣岐管的流量流。
圖2表示采用本發(fā)明的整體EGR壓氣機(jī)的透平增壓器的細(xì)節(jié)。該透平被包含在一鑄造的透平殼體34內(nèi)，該透平殼體包含一徑向廢氣進(jìn)口36，在圖示的實(shí)施例中，該進(jìn)口通至一分叉的蝸殼38。流經(jīng)透平的氣體在透平出口40處排出。軸22由包含被隔離件44分隔的軸頸軸承42和帶軸承48的止推軸套46的軸承系統(tǒng)支承，所有的軸承均被安裝在一個(gè)包含一些潤(rùn)滑通道52的中央殼體50內(nèi)。充量空氣壓氣機(jī)被包含在一鑄造的壓氣機(jī)殼體54內(nèi)，該殼體設(shè)有壓縮充量空氣的一空氣進(jìn)口56，一擴(kuò)壓道58和一渦殼60。
EGR泵被裝入透平增壓器的現(xiàn)有轉(zhuǎn)子組內(nèi)，在壓氣機(jī)葉輪的背面增加轉(zhuǎn)子葉片62。一渦旋進(jìn)口64提供再循環(huán)廢氣，一單獨(dú)的擴(kuò)壓道66將壓縮廢氣輸送到一蝸殼68。EGR泵進(jìn)口，擴(kuò)壓道和蝸殼均被安裝在一殼體70內(nèi)，該殼體代替了透平增壓器的傳統(tǒng)的壓氣機(jī)背板，因而大體上只需要稍微增加轉(zhuǎn)子組和透平增壓器的長(zhǎng)度。壓氣機(jī)中充量空氣流和EGR泵中再循廢氣的分隔由隔板72保持，該隔板固定在壓氣機(jī)殼體和EGR泵外殼之間。該隔板以臺(tái)階密封或離心密封方式與轉(zhuǎn)子周邊接合。另一些實(shí)施例采用一種渦旋密封，以產(chǎn)生一壓差，分隔透平增壓器中的EGR流和充量空氣流，避免諸如在透平增壓器下游的充量空氣冷卻器的充量空氣流部件被沾污，這在隨后詳細(xì)說(shuō)明。EGR泵外殼利用一保持環(huán)74和裝在壓氣機(jī)殼體內(nèi)的螺栓76安裝于壓氣機(jī)殼體。
來(lái)自EGR泵的壓力廢氣和來(lái)自透平增壓器壓氣機(jī)與充量空氣冷卻器的壓力充量空氣在圖3中詳細(xì)表示的混合器32內(nèi)混合。來(lái)自該泵的廢氣經(jīng)進(jìn)口78通到圍繞主新鮮空氣流道沿圓周分布的蝸殼80而被輸入到混合器，該主新鮮空氣流道自充量空氣冷卻器進(jìn)入直通的進(jìn)口82。該蝸殼引導(dǎo)廢氣經(jīng)槽84均勻地繞圍新鮮空氣流道周?chē)?，?4有一直徑較小的特別的上游唇86和一直徑較大的下游唇88，使EGR產(chǎn)生一三維角度，有助于穿透到該中心流和渦流內(nèi)，與該下游進(jìn)一步混合。
將新鮮空氣流道內(nèi)壁90的形狀制成能產(chǎn)生漸縮/漸擴(kuò)噴咀效應(yīng)，這種效應(yīng)提高了新鮮空氣充量的速度，降低該氣流的靜壓，從而增強(qiáng)EGR進(jìn)入新鮮空氣充量的夾帶作用。混合流經(jīng)出口92排出。
圖6表示混合器的第二實(shí)施例，它包含一漸擴(kuò)噴咀區(qū)91，以進(jìn)一步增強(qiáng)EGR新鮮空氣沖量的混合，并改善氣流內(nèi)的速度匹配。
圖1表示混合器為一個(gè)配置在進(jìn)氣岐管進(jìn)口附近的單獨(dú)部件。然而，在其它的實(shí)施例中混合器的配置有變化，在那些實(shí)施例中采用了EGR冷卻器，該混合器配置充量空氣冷卻器出口附近或與其制成一體，或作為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的鑄造或機(jī)加工的一部分。在不采用EGR冷卻器的一些應(yīng)用場(chǎng)合，混合器配置在壓氣機(jī)殼體出口或充量空氣冷卻器進(jìn)口附近，或合并為它們的一整體部分。
再循環(huán)廢氣經(jīng)控制閥26供應(yīng)EGR泵。圖4和5描寫(xiě)該閥一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械構(gòu)形和操作。一平衡電動(dòng)螺線管94以由一活塞或膜片97產(chǎn)生的反向力作用在一三通氣動(dòng)或液壓閥96上，由經(jīng)一單獨(dú)的廢氣再循環(huán)閥98的流動(dòng)產(chǎn)生的壓差又作用在該三通氣動(dòng)或液壓閥96上。該壓差通過(guò)通道100和102被檢測(cè)。該三通閥自管路104提供供應(yīng)空氣給EGR閥的作動(dòng)器106，或通至作動(dòng)器通氣管108。當(dāng)電動(dòng)螺線管力由活塞力實(shí)際平衡時(shí)，不發(fā)生流到EGR閥作動(dòng)器的流動(dòng)或自該作動(dòng)器的流動(dòng)。當(dāng)活塞力不足以平衡電動(dòng)螺線管力時(shí)，該三向閥開(kāi)啟，對(duì)作動(dòng)器供給空氣，于是提高了自主廢氣流動(dòng)管路110經(jīng)EGR閥進(jìn)入EGR流動(dòng)管路112的EGR流量，從而提高了該閥兩端的壓差，恢復(fù)了兩力的平衡。相反，當(dāng)活塞力大于電動(dòng)螺線管力時(shí)，該三向閥開(kāi)啟，自EGR閥作動(dòng)器通向大氣，于是減少EGR流量和閥兩端的壓差，再次恢復(fù)這兩種力的平衡。如圖4中所示，對(duì)于附圖中所示的實(shí)施例，EGR閥作動(dòng)器采用封閉在壓力殼體118內(nèi)的一膜片114和彈簧116，該殼體配置一軸120，用以控制閥座124上的菌形閥122，以計(jì)量EGR流量。該三通閥采用包含供應(yīng)與通氣管道的多通道體126，支承在軸130上的可移動(dòng)孔口連接螺線管和活塞。一中心彈簧132平衡螺線管和壓力活塞的反作用力。
現(xiàn)在已按專(zhuān)利法規(guī)的要求詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，熟悉本技術(shù)的人們會(huì)認(rèn)辨對(duì)本文中所公開(kāi)的具體實(shí)施例的種種修改和替代。這些修改和替代均處在被下列權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的范圍和意圖內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包含一整體廢氣再循環(huán)(EGR)泵的透平增壓器，包括一個(gè)包含一廢氣進(jìn)口和一透平出口的透平殼體；一個(gè)由經(jīng)該廢氣進(jìn)口接收的廢氣驅(qū)動(dòng)的并連于一可旋轉(zhuǎn)軸上的透平；一個(gè)支承一軸承組件的中央殼體，該軸承組件裝有該可旋轉(zhuǎn)軸，該中央殼體包括供連于透平殼體用的裝置；一個(gè)有一空氣進(jìn)口和一充量空氣出口的壓氣機(jī)殼體；一個(gè)連于該可旋轉(zhuǎn)軸的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子有一第一組葉片，經(jīng)該壓氣機(jī)殼體進(jìn)口接收空氣，并將壓縮空氣排至充量空氣出口，該轉(zhuǎn)子有一第二組葉片，與第一組葉片對(duì)置，安裝在該轉(zhuǎn)子上，與其成一體，并自EGR一進(jìn)口接收廢氣，經(jīng)一擴(kuò)壓道將壓縮廢氣排至一廢氣出口，該廢氣出口和充量空氣出口由單獨(dú)的流道構(gòu)成；在該轉(zhuǎn)子周邊處分隔這些流道以分隔排氣和充量空氣流道的裝置；用以將廢氣出口連接到一混合器的裝置；用以將充量空氣出口連接到該混合器的裝置。
2.按權(quán)利要求1所述的透平增壓器，其特征在于該EGR進(jìn)口和廢氣出口被結(jié)合為一個(gè)被安裝在該壓氣機(jī)殼體和透平殼體中間的鑄件。
3.按權(quán)利要求2所述的透平增壓器，其特征在于該鑄件包含該壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的一背板，還包括用以將該鑄件安裝到該中央殼體的裝置和用以將該壓氣機(jī)殼體安裝到該鑄件的裝置。
4.按權(quán)利要求1所述的透平增壓器，其特征在于該壓縮廢氣出口包括一個(gè)終止于出口道的蝸殼。
5.按權(quán)利要求1所述的透平增壓器，其特征在于EGR是一個(gè)終止于一大致圓柱形通道的蝸殼。
6.按權(quán)利要求1所述的透平增壓器，其特征在于該分隔裝置包括一塊自該壓氣機(jī)殼體延伸到該轉(zhuǎn)子周邊的隔板。
7.一種內(nèi)燃機(jī)和EGR系統(tǒng)，包括一個(gè)具有包括一廢氣進(jìn)口和一透平出口的一透平的透平增壓器；一個(gè)由經(jīng)該廢氣進(jìn)口接收的廢氣驅(qū)動(dòng)的并連于一可旋轉(zhuǎn)軸上的透平；一個(gè)支承一軸承組件的中央殼體，該軸承組件裝有該可旋轉(zhuǎn)軸，該中央殼體包括供連于殼體用的裝置；一個(gè)有一空氣進(jìn)口和一充量空氣出口的壓氣機(jī)殼體；一個(gè)連于該可旋轉(zhuǎn)軸的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子有一第一組件葉片，經(jīng)該壓氣機(jī)殼體進(jìn)口接收空氣，并將壓縮空氣排至充量空氣出口，該轉(zhuǎn)子有一第二組葉片，與第一組葉片對(duì)置，安裝在該轉(zhuǎn)子上，與其成一體，并自EGR一進(jìn)口接收廢氣，經(jīng)一擴(kuò)壓道將壓縮廢氣排至一廢氣出口，該廢氣出口和充量空氣出口由單獨(dú)的流道構(gòu)成；在該轉(zhuǎn)子周邊處分隔這些流道以分隔排氣和充量空氣流道的裝置；一個(gè)在該透平增壓器下游接收該廢氣和充量空氣的混合器，所述混合器有一出口；一個(gè)處在排氣岐管和EGR進(jìn)口中間以控制被再循環(huán)至透平增壓器內(nèi)的第二組葉片的廢氣量的控制閥；用以將廢氣出口連接到一混合器的裝置；用以將充量空氣出口連接到該混合器的裝置；用以將該混合器出口連接到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管的裝置。
8.按權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)EGR系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)處在控制閥和通至透平增壓器的EGR進(jìn)口中間的EGR冷卻器。
9.按權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)EGR系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)處在透平增壓器的充量空氣出口和混合器中間的充量空氣冷卻器。
10.按權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)EGR系統(tǒng)，其特征在于EGR進(jìn)口和廢氣出口結(jié)合成一個(gè)安裝在壓氣機(jī)殼體和透平殼體中間的鑄件。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)包含一透平增壓器,透平增壓器具有一壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子,在轉(zhuǎn)于盤(pán)的相反兩側(cè)有兩組葉片,供充量空氣和再循環(huán)廢氣壓縮用。充量空氣流和再循環(huán)廢氣流在透平增壓器內(nèi)被分隔,一進(jìn)口和再循環(huán)廢氣的出口蝸殼與透平增壓器的中央殼體制成一體。一混合器接收充量空氣冷卻器下游的充量空氣并混合再循環(huán)廢氣,以便輸入進(jìn)氣歧管。在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管和透平增壓器EGR進(jìn)口蝸殼的進(jìn)口中間的可變閥控制再循環(huán)量。
文檔編號(hào)F02M59/10GK1249800SQ98803026
公開(kāi)日2000年4月5日 申請(qǐng)日期1998年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月3日
發(fā)明者S·D·阿諾爾德 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司