专利名称: | 排气控制阀分支连通和废气门 | ||
专利名称(英文): | Branch is communicated with the exhaust control valve and the wastegate | ||
专利号: | CN201610028813.0 | 申请时间: | 20160115 |
公开号: | CN105804861A | 公开时间: | 20160727 |
申请人: | 福特环球技术公司 | ||
申请地址: | 美国密歇根州 | ||
发明人: | G·P·麦康威尔; D·J·斯黛奥兹; B·A·波伊尔 | ||
分类号: | F02B37/18 | 主分类号: | F02B37/18 |
代理机构: | 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 | 代理人: | 赵志刚; 赵蓉民 |
摘要: | 本发明涉及排气控制阀分支连通和废气门。本发明提供用于调节双涡管涡轮增压器系统中的分支连通和废气门阀的方法和系统。在一个示例中,一种方法可包括调节连接第一涡管、第二涡管和废气门通道的通道中的分支连通和废气门阀,该分支连通和废气门阀可在某些发动机工况期间控制至涡轮的排气流的量。 | ||
摘要(英文): | Methods and systems for adjusting a branch communication and wastegate valve in a dual scroll turbocharger system are provided. In one example, a method may include adjusting the branch communication and wastegate valve in a passage connecting a first scroll, a second scroll, and a wastegate passage may control an amount of exhaust flow to a turbine during certain engine operating conditions. |
1.一种方法,其包括: 当涡轮速度小于阈值时并且在第一负载工况期间,调节定位在连接 涡轮的第一涡管和第二涡管的通道中的阀以增加至所述涡轮的排气流的 量;以及 当所述涡轮速度大于所述阈值时,调节所述阀以减少至所述涡轮的 所述排气流的量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述阀与使排气在所述涡轮周 围流动的废气门通道流体连通。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述第一负载条件包括升压压 力小于期望升压压力、发动机负载大于阈值负载以及扭矩需求增加中的 一个或多个。
4.根据权利要求3所述的方法,还包括当涡轮速度小于所述阈值时 并且在第二负载工况期间,调节所述阀以减少至所述涡轮的所述排气流 的量,所述第二负载工况包括升压压力大于所述期望升压压力、发动机 负载小于所述阈值负载以及降低的扭矩需求中的一个或多个。
5.根据权利要求2所述的方法,其中当发动机速度小于阈值发动机 速度时,调节所述阀以增加至所述涡轮的所述排气流的量包括将所述阀 调节到第一位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间以及从所 述第一涡管和第二涡管到所述废气门通道不连通,所述第一位置包括所 述阀对所述第一涡管、第二涡管和所述废气门通道中的每一个完全关闭。
6.根据权利要求2所述的方法,其中当发动机速度大于所述阈值发 动机速度时,调节所述阀以增加至所述涡轮的所述排气流的量包括将所 述阀调节到第四位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间连通 但不从所述第一涡管和第二涡管到所述废气门通道连通,所述第四位置 包括所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开,并且对所 述废气门通道完全关闭。
7.根据权利要求2所述的方法,其中当所述发动机速度小于所述阈 值发动机速度时,调节所述阀以减少至所述涡轮的所述排气流的量包括 将所述阀调节到第二位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间 部分地连通,并且使排气从所述第一涡管和第二涡管之间到所述废气门 通道完全连通,所述第二位置包括所述阀对所述第一涡管和第二涡管中 的每一个打开计量的量,并且对所述废气门通道完全打开。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括随着发动机速度增加,增加 对所述第一涡管和第二涡管中的每一个打开的所述计量的量。
9.根据权利要求2所述的方法,其中当所述发动机速度大于所述阈 值发动机速度时,调节所述阀以减少至所述涡轮的所述排气流的量包括 将所述阀调节到第三位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间 完全连通,并且使排气从所述第一涡管和第二涡管之间到所述废气门通 道部分连通,所述第三位置包括所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的 每一个完全打开,并且对所述废气门通道打开计量的量。
10.根据权利要求9所述的方法,还包括随着发动机速度减小,增加 对所述废气门通道打开的所述计量的量。
11.根据权利要求2所述的方法,其中所述阀为圆柱形阀,所述圆柱 形阀绕垂直于排气流穿过所述第一涡管和所述第二涡管中的每一个的方 向的第一轴线旋转。
12.根据权利要求2所述的方法,其中所述阀为滑阀,所述滑阀具有 被配置成沿第二轴线移动的可移动元件,以在所述第一涡管、所述第二 涡管和所述废气门通道中的每一个之间提供选择性流体连通。
13.一种双涡管涡轮增压器系统,其包括: 第一涡管; 经由分隔壁与所述第一涡管流体地分开的第二涡管; 定位在所述分隔壁内的流体地桥接所述第一涡管和所述第二涡管的 通道;以及 定位在所述通道内且在选择的位置之间可移动的阀,一组所述选择 的位置提供所述第一涡管和所述第二涡管之间的流体连通,并且第二组 所述选择的位置提供所述第一涡管和第二涡管中的一者或两者与涡轮下 游的点之间的流体连通。
14.根据权利要求13所述的双涡管涡轮增压器系统,其中所述阀以 连续方式通过所述选择的位置是可定位的,所述所选择的位置包括: 第一位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个关闭, 并且对所述涡轮下游的所述点关闭; 第二位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个打开 计量的量,并且对所述涡轮下游的所述点打开; 第三位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全 打开,并且对所述涡轮下游的所述点打开规定的量;以及 第四位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全 打开,并且对所述涡轮下游的所述点关闭。
15.根据权利要求13所述的双涡管涡轮增压器系统,其中所述阀被 整合进被配置成使用所述涡轮增压器系统的发动机的汽缸盖、涡轮增压 器或排气歧管中的一个中,其中所述阀包括阀体,并且其中所述阀包括 设置成允许从所述阀体除去热量的一个或多个外表面。
16.一种发动机系统,其包括: 第一通道,其用于从第一组燃烧室到涡轮的流体输送; 第二通道,其用于从第二组燃烧室到所述涡轮的流体输送,并且由 分隔壁与所述第一通道分开; 第三通道,其用于从所述第一通道和所述第二通道到所述涡轮下游 的位置的流体输送;以及 阀,其定位在所述分隔壁中,用于选择性地允许流体从所述第一通 道和第二通道中的一个到所述第一通道和第二通道中的另一个,并且用 于选择性地允许流体从所述第一通道和第二通道中的一者或两者到所述 涡轮下游的所述位置。
17.根据权利要求16所述的发动机系统,其中所述阀被整合进被配 置成使用涡轮增压器系统的发动机的汽缸盖、排气歧管和涡轮增压器中 的一个中。
18.根据权利要求17所述的发动机系统,其中所述阀为圆柱形阀, 所述圆柱形阀绕垂直于排气流穿过所述第一涡管和所述第二通道中的每 一个的方向的第一轴线旋转。
19.根据权利要求17所述的发动机系统,其中所述阀为滑阀,所述 滑阀具有被配置成沿第二轴线移动的可移动元件,以在所述第一通道、 所述第二通道和所述第三通道中的一个或多个组合之间提供选择性流体 输送。
20.根据权利要求16所述的发动机系统,其中所述阀以连续方式通 过选择的范围经由从控制器接收的信号是可定位的,其包括: 其中当升压压力小于期望压力并且发动机速度小于阈值发动机速度 时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个关闭,并且对所述涡轮 下游的所述点关闭; 其中当升压压力大于所述期望压力并且发动机速度小于所述阈值发 动机速度时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的 量,并且对所述涡轮下游的所述点打开; 其中当升压压力大于所述期望压力并且发动机速度大于所述阈值发 动机速度时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开, 并且对所述涡轮下游的所述点打开规定的量;以及 其中当升压压力小于所述期望压力并且发动机速度大于所述阈值发 动机速度时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开, 并且对所述涡轮下游的所述点关闭。
1.一种方法,其包括: 当涡轮速度小于阈值时并且在第一负载工况期间,调节定位在连接 涡轮的第一涡管和第二涡管的通道中的阀以增加至所述涡轮的排气流的 量;以及 当所述涡轮速度大于所述阈值时,调节所述阀以减少至所述涡轮的 所述排气流的量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述阀与使排气在所述涡轮周 围流动的废气门通道流体连通。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述第一负载条件包括升压压 力小于期望升压压力、发动机负载大于阈值负载以及扭矩需求增加中的 一个或多个。
4.根据权利要求3所述的方法,还包括当涡轮速度小于所述阈值时 并且在第二负载工况期间,调节所述阀以减少至所述涡轮的所述排气流 的量,所述第二负载工况包括升压压力大于所述期望升压压力、发动机 负载小于所述阈值负载以及降低的扭矩需求中的一个或多个。
5.根据权利要求2所述的方法,其中当发动机速度小于阈值发动机 速度时,调节所述阀以增加至所述涡轮的所述排气流的量包括将所述阀 调节到第一位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间以及从所 述第一涡管和第二涡管到所述废气门通道不连通,所述第一位置包括所 述阀对所述第一涡管、第二涡管和所述废气门通道中的每一个完全关闭。
6.根据权利要求2所述的方法,其中当发动机速度大于所述阈值发 动机速度时,调节所述阀以增加至所述涡轮的所述排气流的量包括将所 述阀调节到第四位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间连通 但不从所述第一涡管和第二涡管到所述废气门通道连通,所述第四位置 包括所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开,并且对所 述废气门通道完全关闭。
7.根据权利要求2所述的方法,其中当所述发动机速度小于所述阈 值发动机速度时,调节所述阀以减少至所述涡轮的所述排气流的量包括 将所述阀调节到第二位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间 部分地连通,并且使排气从所述第一涡管和第二涡管之间到所述废气门 通道完全连通,所述第二位置包括所述阀对所述第一涡管和第二涡管中 的每一个打开计量的量,并且对所述废气门通道完全打开。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括随着发动机速度增加,增加 对所述第一涡管和第二涡管中的每一个打开的所述计量的量。
9.根据权利要求2所述的方法,其中当所述发动机速度大于所述阈 值发动机速度时,调节所述阀以减少至所述涡轮的所述排气流的量包括 将所述阀调节到第三位置,并且使排气在所述第一涡管和第二涡管之间 完全连通,并且使排气从所述第一涡管和第二涡管之间到所述废气门通 道部分连通,所述第三位置包括所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的 每一个完全打开,并且对所述废气门通道打开计量的量。
10.根据权利要求9所述的方法,还包括随着发动机速度减小,增加 对所述废气门通道打开的所述计量的量。
11.根据权利要求2所述的方法,其中所述阀为圆柱形阀,所述圆柱 形阀绕垂直于排气流穿过所述第一涡管和所述第二涡管中的每一个的方 向的第一轴线旋转。
12.根据权利要求2所述的方法,其中所述阀为滑阀,所述滑阀具有 被配置成沿第二轴线移动的可移动元件,以在所述第一涡管、所述第二 涡管和所述废气门通道中的每一个之间提供选择性流体连通。
13.一种双涡管涡轮增压器系统,其包括: 第一涡管; 经由分隔壁与所述第一涡管流体地分开的第二涡管; 定位在所述分隔壁内的流体地桥接所述第一涡管和所述第二涡管的 通道;以及 定位在所述通道内且在选择的位置之间可移动的阀,一组所述选择 的位置提供所述第一涡管和所述第二涡管之间的流体连通,并且第二组 所述选择的位置提供所述第一涡管和第二涡管中的一者或两者与涡轮下 游的点之间的流体连通。
14.根据权利要求13所述的双涡管涡轮增压器系统,其中所述阀以 连续方式通过所述选择的位置是可定位的,所述所选择的位置包括: 第一位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个关闭, 并且对所述涡轮下游的所述点关闭; 第二位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个打开 计量的量,并且对所述涡轮下游的所述点打开; 第三位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全 打开,并且对所述涡轮下游的所述点打开规定的量;以及 第四位置,其中所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全 打开,并且对所述涡轮下游的所述点关闭。
15.根据权利要求13所述的双涡管涡轮增压器系统,其中所述阀被 整合进被配置成使用所述涡轮增压器系统的发动机的汽缸盖、涡轮增压 器或排气歧管中的一个中,其中所述阀包括阀体,并且其中所述阀包括 设置成允许从所述阀体除去热量的一个或多个外表面。
16.一种发动机系统,其包括: 第一通道,其用于从第一组燃烧室到涡轮的流体输送; 第二通道,其用于从第二组燃烧室到所述涡轮的流体输送,并且由 分隔壁与所述第一通道分开; 第三通道,其用于从所述第一通道和所述第二通道到所述涡轮下游 的位置的流体输送;以及 阀,其定位在所述分隔壁中,用于选择性地允许流体从所述第一通 道和第二通道中的一个到所述第一通道和第二通道中的另一个,并且用 于选择性地允许流体从所述第一通道和第二通道中的一者或两者到所述 涡轮下游的所述位置。
17.根据权利要求16所述的发动机系统,其中所述阀被整合进被配 置成使用涡轮增压器系统的发动机的汽缸盖、排气歧管和涡轮增压器中 的一个中。
18.根据权利要求17所述的发动机系统,其中所述阀为圆柱形阀, 所述圆柱形阀绕垂直于排气流穿过所述第一涡管和所述第二通道中的每 一个的方向的第一轴线旋转。
19.根据权利要求17所述的发动机系统,其中所述阀为滑阀,所述 滑阀具有被配置成沿第二轴线移动的可移动元件,以在所述第一通道、 所述第二通道和所述第三通道中的一个或多个组合之间提供选择性流体 输送。
20.根据权利要求16所述的发动机系统,其中所述阀以连续方式通 过选择的范围经由从控制器接收的信号是可定位的,其包括: 其中当升压压力小于期望压力并且发动机速度小于阈值发动机速度 时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个关闭,并且对所述涡轮 下游的所述点关闭; 其中当升压压力大于所述期望压力并且发动机速度小于所述阈值发 动机速度时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的 量,并且对所述涡轮下游的所述点打开; 其中当升压压力大于所述期望压力并且发动机速度大于所述阈值发 动机速度时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开, 并且对所述涡轮下游的所述点打开规定的量;以及 其中当升压压力小于所述期望压力并且发动机速度大于所述阈值发 动机速度时,所述阀对所述第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开, 并且对所述涡轮下游的所述点关闭。
翻译:相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年1月16日提交的题为“EXHAUSTCONTROL VALVEBRANCHCOMMUNICATIONANDWASTEGATE(排气控制 阀分支连通和废气门)”的美国临时专利申请号62/104,565的优先权, 其全部内容以引用方式由此并入以用于所有目的。
技术领域
本公开涉及发动机的涡轮增压器。
背景技术
双重(twin)或双(dual)涡管涡轮增压器配置可用在涡轮增压的 发动机中。双重涡管涡轮增压器配置可将涡轮的入口分成连接到排气 歧管流道的两个分开的通道。以这种方式,来自其排气脉冲可能相互 干扰的发动机汽缸的排气被流体地分开。
例如,在具有排气歧管流道的汽缸点火顺序1-3-4-2的I4发动机上, 排气歧管流道1和4可以连接到双重蜗管涡轮的第一入口,并且排气 歧管流道2和3可以连接到所述双重蜗管涡轮的第二入口,其中第二 入口不同于第一入口,并且与第一入口流体地分开。在一些情况下, 以这种方式,使排气脉冲分开可以导致排气递送至涡轮的效率增加。
然而,在一些发动机工况下,如上所述使排气脉冲分开可降低排 气递送至涡轮的效率。例如,在某些发动机工况下,例如高速度和高 负载状况,使排气脉冲分开可导致背压和泵唧功的增加。与在单涡管 涡轮中未分开的通道相比较,背压和泵唧功的这种增加可以是由于双 涡管涡轮中排气和涡轮之间的更受限制的更小体积的通道所致。因此, 与相对较大体积的未分开的通道相比较,汽缸中排气的量可使较小体 积通道中的压力上升。增加的背压也可导致汽缸中较高水平的热残余 气体,并且可减少发动机的输出功率。
用于减少双重涡管涡轮增压器中的背压和泵唧功的一种示例方法 已由Styles等人在美国US2014/0219849中示出。本文中,提供了将分 支连通阀定位在双重(例如,双)涡管涡轮增压器系统中的第一涡管和 第二涡管之间的系统。在一个示例中,可邻近将双涡轮增压器的第一涡 管和第二涡管分开的分隔壁定位分支连通阀。在打开位置中,分支连通 阀可增加第一涡管和第二涡管之间的流体连通,并且在关闭位置中,分 支连通阀可减少第一涡管和第二涡管之间的流体连通。在一些示例中, 每个涡管可包括对应的废气门和对应的废气门阀以控制穿过涡轮的排气 的量。
本文发明人已经认识到Styles等人的示例方法的潜在问题。例如, 可以存在与包括涡轮增压器和发动机系统中的分支连通阀和一个或多 个废气门阀两者相关联的成本、重量和包装损失。进一步地,当两个 或更多个阀基于发动机工况通过前述系统实施和调节时,也可以存在 发动机控制和监测系统的附加负担。
发明内容
本文发明人已经确认了一种至少部分地解决以上问题的方法。在 一个示例方法中,提供一种方法,其包括:当涡轮速度小于阈值时并 且在第一负载状况期间,调节定位在连接涡轮的第一涡管和第二涡管 的通道中的阀以增加至涡轮的排气流的量,以及当涡轮速度大于阈值 时并且在第二负载状况期间,调节阀以减少至涡轮的排气流的量。在 该示例中,阀与使排气在涡轮周围流动的废气门通道流体连通。以这 种方式,第一涡管和第二涡管和到废气门通道之间的流体连通和输送 的量可以基于各种发动机工况被调节以提供期望的升压压力。
例如,第一工况可包括升压压力小于期望升压压力、发动机负载 大于阈值负载以及扭矩需求增加中的一个或多个。在另一方面,在另 一个示例中,第二工况可包括升压压力大于期望升压压力、发动机负 载小于阈值负载以及扭矩需求降低中的一个或多个。通过响应于各种 发动机工况调节单个阀诸如组合的分支连通和废气门阀(branch communicationandwastegatevalve)以控制升压压力,也可减少背压和 泵唧功。进一步地,与实施分开的分支连通阀和废气门阀相比较,当 实施和调节单个阀时,发动机控制和监测系统的附加负担也减少。
应当理解,提供上述发明内容以便以简化的形式介绍在具体实施 方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着确定所要求保护的主题 的关键或必要特征,所述要求保护的主题的范围由随附权利要求书唯 一地限定。此外,所要求保护的主题并不限于解决上述或本公开任何 部分提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括双(双重)涡管涡轮增压器以及分支连通和废气门 阀的第一示例发动机的示意图。
图2示出包括双(双重)涡管涡轮增压器以及分支连通和废气门 阀的第二示例发动机的示意图。
图3A至图3D示出处于四个示例位置或状态的示例分支连通和废 气门阀的剖视图。
图4A至图4D示出处于四个示例位置或状态的另一个示例分支连 通和废气门阀的剖视图。
图5示出一种用于调节分支连通和废气门阀的示例方法。
图6示出响应于发动机工况用于调节分支连通和废气门阀的示例 操作曲线图。
具体实施方式
以下描述涉及用于控制在发动机系统(诸如图1至图2的发动机 系统)中具有分支连通和废气门阀的双(即,双重)涡管涡轮增压器 系统中的第一涡管和第二涡管之间的流体连通的系统和方法。如图3A 至图4D所示,在一些实施例中,可提供组合的双和/或整合的功能阀, 诸如单个分支连通和废气门阀,以控制第一涡管和第二涡管之间的流 体连通的增加或减少以及穿过涡轮和废气门的排气流。组合的分支连 通和废气门阀可以是如图3A至图3D所示的圆柱形阀或图4A至图4D 所示的滑阀或它们的任何组合。打开分支连通和废气门阀可允许第一 涡管和第二涡管之间的增加的流体连通,而关闭分支连通和废气门阀 可减少第一涡管和第二涡管之间的流体连通。因此,第一涡管和第二 涡管之间的流体连通和输送的量可基于发动机工况调节,如以下参照 图5所示。基于发动机工况的示例阀调节在图6中示出。
现在转向图1,示出了被包括在车辆的推进系统中的发动机10的 示意图。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统控制以及 由车辆操作员14经由输入装置16的输入控制。控制器12可以是微型计 算机,其包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值 的电子存储介质、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。如所描绘 的,控制器12可以接收来自多个传感器(未示出)的输入,其可包括用 户输入和/或传感器(诸如变速器齿轮位置、气动踏板输入、排气歧管温 度、空燃比、车辆速度、发动机速度、穿过发动机的质量气流、升压压 力、环境温度、环境湿度、进气温度、冷却系统传感器等等)。控制器也 可将多个控制信号发送到各种发动机致动器(未示出),以便基于从传感 器(未示出)接收的信号调节发动机操作。在该示例中,输入装置16包 括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器18。 发动机10可被包括在车辆中,诸如公路车辆、其他类型的车辆等。虽然 发动机10的示例应用将参考车辆进行描述,但应当理解,可以使用各种 类型的发动机和车辆推进系统,包括客车、货车等。
发动机10可包括多个燃烧室(即,汽缸)。在图1至图2所示的示 例中,发动机10可包括以直列式四缸配置布置的燃烧室20、22、24和 26。然而,应当理解,虽然图1示出四个汽缸,但发动机10可包括任何 数量的汽缸。例如,发动机10可包括呈任何配置例如V-6、I-6、V-12、 对置4缸等的任何合适数量的汽缸,例如,2个、3个、4个、5个、6 个、8个、10个、12个或更多个汽缸。虽然在图1至图2中未示出,但 发动机10的每个燃烧室(即,汽缸)可包括其中定位有活塞的燃烧室壁。 活塞可联接到曲轴,使得活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。例如, 曲轴可经由中间变速器系统联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地, 起动马达可经由飞轮联接到曲轴,以启用发动机10的起动操作。
每个燃烧室可经由进气通道30接收来自进气歧管28的进气。进 气歧管28可经由进气口联接到燃烧室。例如,在图1中,所示进气歧 管28分别经由进气口32、34、36和38联接到汽缸20、22、24和26。 每个相应的进气口可将空气和/或燃料供应到相应的汽缸用于燃烧。
每个燃烧室可经由与其联接的排气口排放燃烧气体。例如,图1所 示的排气口40、42、44和46分别联接到汽缸20、22、24、26。每个相 应的排气口可将来自相应汽缸的排气燃烧气体引导到排气歧管或排气通 道。
每个汽缸进气口能够经由进气门与汽缸选择性地连通。例如,图1 所示的汽缸20、22、24和26分别具有进气门48、50、52和54。同样, 每个汽缸排气口可经由排气门与汽缸选择性地连通。例如,图1所示的 汽缸20、22、24和26分别具有排气门56、58、60和62。在一些示例中, 每个燃烧室可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
虽然在图1至图2中未示出,但在一些示例中,每个进气门和排气 门可分别由进气凸轮和排气凸轮操作。另选地,进气门和排气门中的一 个或多个可由机电控制的阀线圈和电枢组件(未示出)操作。进气凸轮 的位置可由进气凸轮传感器(未示出)确定。排气凸轮的位置可由排气 凸轮传感器(未示出)确定。
进气通道30可包括具有节流板66的节气门64。在一个示例中, 节流板66的位置可通过控制器12经由提供给被包括在节气门64中的 电动马达或致动器的信号而改变,这是通常被称为电子节气门控制 (ETC)的配置。以这种方式,可操作节气门64以改变提供给燃烧室 的进气。节流板66的位置可由来自节气门位置传感器68的节气门位 置信号TP提供给控制器12。进气通道30可包括用于将相应信号MAF 和MAP提供给控制器12的质量空气流量传感器70和歧管空气压力传 感器72。
在图1至图2中,所示燃料喷射器直接联接到燃烧室,用于将燃料 直接喷射到燃烧室中,所述燃料喷射与经由例如电子驱动器从控制器12 接收的信号FPW的脉冲宽度成比例。例如,图1所示的燃料喷射器74、 76、78和80分别联接到汽缸20、22、24和26。以这种方式,燃料喷射 器提供了所谓的燃料到燃烧室中的直接喷射。例如,每个相应的燃料喷 射器可安装在相应燃烧室的侧面或相应燃烧室的顶部。在其他示例中, 一个或多个燃料喷射器可以这样的配置被布置在进气歧管28中,该配置 提供所谓的燃料到燃烧室上游的进气口(例如,进气口32、34、36和38) 中的进气道喷射。虽然在图1中未示出,但燃料喷射器可被配置成递送 经由高压燃料泵(未示出)和燃料导轨(未示出)接收的燃料。另选地, 燃料可在低压下由单级燃料泵递送,在这种情况下,直接燃料喷射的正 时在压缩冲程期间可比使用高压燃料系统的情况更受限制。进一步地, 燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。在一些示例中,燃料 可直接喷射到每个相应的燃烧室中。这可被称为直接喷射。直接喷射可 用在其他示例中。
发动机10的燃烧室可以在有或没有点火火花的情况下以压缩点火模 式操作。在一些示例中,响应于控制器12,无分电器点火系统(未示出) 可向联接到燃烧室的火花塞提供点火火花。例如,图1所示的火花塞82、 84、86和88分别联接到汽缸20、22、24和26。
如上所提及的,进气通道30可与发动机10的一个或多个汽缸连通。 在一些实施例中,进气通道中的一个或多个可包括升压装置诸如涡轮增 压器90。涡轮增压器90可包括在共同轴96上联接的涡轮92和压缩机 94。当从发动机10排出的排气气流(exhaustgasstream)或排气流(exhaust gasflow)的一部分撞击在涡轮的叶片上时,可以引起涡轮92的叶片围 绕共同轴96旋转。压缩机94可联接到涡轮92,使得当引起涡轮92的叶 片旋转时可以致动压缩机94。当被致动时,压缩机94然后可将加压的新 鲜气体引导到进气通道28,在进气通道28中加压的新鲜气体然后可被引 导到发动机10。涡轮的速度可根据一个或多个发动机工况推断。在一些 示例中,涡轮92的旋转速度可用传感器测量。例如,速度传感器97可 与共同轴96联接。例如,指示速度的信号可递送到控制器12。
涡轮92可包括至少一个废气门,以控制由所述涡轮提供的升压量。 在双涡管系统中,两个涡管可共用废气门以控制穿过涡轮92的排气的量。 例如,在图1中,第一涡管100和第二涡管102包括废气门通道104。穿 过废气门通道104的排气流可以由阀(诸如以下所讨论的阀140)控制, 以调整绕过涡轮92的排气的量。在一个实施例中,废气门通道104的开 口的区域可定位成均等地对涡管中的每一个打开,使得在一些工况期间 基本上相似量的排气流可离开涡管中的每一个并且进入废气门通道104 中。
发动机10可采用双涡管(或双重涡管或双脉冲)涡轮增压器系统98, 其中至少两个分开的排气进入路径流入以及流经涡轮92。双涡管涡轮增 压器系统可被配置成使当排气供应到涡轮92时来自其的排气脉冲彼此干 扰的汽缸的排气分开。例如,图1示出第一涡管100和第二涡管102,其 中第一涡管和第二涡管中的每一个可用于向涡轮92供应分开的排气流。 第一涡管100和第二涡管102的横截面形状可以为各种形状,包括圆形、 正方形、矩形、D形等。
例如,如果四缸发动机(例如,诸如图1所示的I4发动机)具有点 火顺序1-3-4-2(例如,汽缸20,接着是汽缸24,接着是汽缸26,接着 是汽缸22),则汽缸20可以结束其膨胀冲程并且打开其排气门,同时汽 缸22仍使其排气门打开。在单涡管或未分开的排气歧管中,来自汽缸20 的排气压力脉冲可干扰汽缸22排出其排气的能力。然而,通过使用双涡 管涡轮增压器系统,其中汽缸20和26的排气口40和46连接到第一涡 管100的一个入口,并且汽缸22和24的排气口42和44连接到第二涡 管102,可使排气脉冲或排气流分开,并且可增加驱动涡轮的脉冲能量。
经由废气门通道104离开涡轮92和/或废气门的排气可穿过排放控 制装置112。在一个示例中,排放控制装置112能够包括多个催化剂砖。 在另一个示例中,可使用每个均具有多个砖的多个排放控制装置。在 一些示例中,排放控制装置112可以是三元型催化剂。在其他示例中, 排放控制装置112可包括一个或多个柴油氧化催化剂(DOC)、选择 性催化还原催化剂(SCR)和柴油微粒过滤器(DPF)。在穿过排放控 制装置112之后,排气可被引导至排气管114。
发动机10可包括排气再循环(EGR)系统116。EGR系统116可将 离开发动机10的排气的一部分递送到发动机进气通道30。EGR系统包 括EGR管道118,该EGR管道118联接到涡轮92下游的管道或排气通 道122并且联接到进气通道30。在一些示例中,EGR管道118可包括被 配置成控制再循环的排气的量的EGR阀120。如图1所示,EGR系统116 是低压EGR系统,其将排气从涡轮92的下游传送到压缩机94的上游。 在一些示例中,EGR冷却器(未示出)可沿EGR管道118放置,所述 EGR冷却器用以降低被再循环的排气的温度。在另一个示例中,除了低 压EGR系统之外或代替低压EGR系统,可使用高压EGR系统。因此, 高压EGR系统可将排气从涡轮92上游的第一涡管100和第二涡管102 中的一个或多个传送到压缩机94下游的进气通道30。
在一些工况下,EGR系统116可用于调整燃烧室内的空气和燃料混 合物的温度和/或稀释,因此在一些燃烧模式期间提供控制点火正时的方 法。进一步地,在一些工况期间,通过控制排气门正时可以将燃烧气体 的一部分保持或捕集在燃烧室内。
在一些示例中,控制器12可以是微型计算机,其包括微处理器单元、 输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存 储器、保活存储器和数据总线。如所描绘的,控制器12可以接收来自多 个传感器(未示出)的输入,其可包括用户输入和/或传感器(诸如变速 器齿轮位置、气动踏板输入(gaspedalinput)、排气歧管温度、空燃比、 车辆速度、发动机速度、穿过发动机的质量气流、环境温度、环境湿度、 进气温度、冷却系统传感器等等)。控制器也可将多个控制信号发送到各 种发动机致动器(未示出),以便基于从传感器(未示出)接收的信号调 节发动机操作。在该示例中,输入装置16包括加速器踏板和用于生成比 例踏板位置信号PP的踏板位置传感器18。进一步地,图1所示的控制 器12接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号,除先前讨论的那 些信号外,还包括:来自温度传感器128的发动机冷却液温度(ECT); 发动机位置传感器130,例如感测曲轴位置的霍尔效应传感器。大气压力 也可被感测(未示出传感器),用于由控制器12进行处理。在一些示例 中,发动机位置传感器130在曲轴每转产生预定数目的等间隔脉冲,由 此能够确定发动机速度(RPM)。另外,各种传感器可用于确定涡轮 增压器增压压力。例如,压力传感器132可以设置在压缩机94下游的 进气通道30中,以确定升压压力。另外,双涡管系统98的每个涡管 可包括用于监测双涡管系统的工况的各种传感器。例如,第一涡管100 可包括排气传感器134,并且第二涡管102可包括排气传感器136。排 气传感器134和136可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的 传感器,诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双 态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。 在一些情况下,单个传感器可用于例如感测空燃比。单个传感器可用于 代替使用传感器134和136,并且可定位在例如管道或排气通道122中涡 轮的下游。
每个涡管可经由具体排气歧管节段和不同入口接收来自具体汽缸 组的排气。流经第一涡管100的排气和流经第二涡管102的排气由分 隔壁138分开。如上所讨论的,使第一涡管和第二涡管中的排气流(即, 排气脉冲)分开可增加低端发动机扭矩并且减少实现所述扭矩所期望 的持续时间。因此,在某些工况诸如高发动机负载期间,使排气脉冲 分开可导致至涡轮的排气流递送效率的增加。然而,在某些发动机工 况期间,如上所述使排气脉冲分开可降低至涡轮的排气递送的效率。 例如,在高发动机速度期间,与组合的未分开的单涡轮入口涡管相比 较,部分由于排气门和涡轮之间的更小的、更受限制的较小涡管体积, 如上所述,使排气脉冲分开可增加背压和泵唧功。换句话说,与涡管 或通道未分开的涡管配置相比较,由于分开的第一涡管和第二涡管可 具有相对较小的体积,离开一个或多个汽缸的排气的体积可在前述双 涡管配置中使压力升高更多。作为响应,发动机功率输出可减小。
在某些发动机工况(诸如高速度和/或高负载)期间增加第一涡管 和第二涡管之间的流体连通和输送可允许增加的发动机效率和功率输 出。因此,通道139可流体地桥接第一涡管100和第二涡管102,使得 第一涡管100中的一定量的排气可流到第二涡管102并且与第二涡管 102中的一定量的排气混合。同样,第二涡管102中的一定量的排气可 流到第一涡管100并且与第一涡管100中的一定量的排气混合。进一 步地,阀140可被提供在定位在分隔壁138内的通道139内,以在某 个发动机工况期间允许第一涡管和第二涡管之间的流体连通和输送。 在另一个示例中,阀140可设置在分隔壁的开口处。此外,经由从控 制器12接收的一个或多个信号,阀可以以连续方式如以下所讨论的通 过所选定的位置或范围是可定位或可调节的。
在一个实施例中,阀140可被称为组合的分支连通和废气门阀140, 或简称为阀140。因此,如本文所用的术语“阀”可被理解成是指障碍 物,其可以是可移动的或可定位的以控制流体流,并且可以被理解成 是指可移动的障碍物,其可被容纳在诸如壳体或主体等的各种部件中 并且/或者与诸如壳体或主体等的各种部件联接。如在图1至图2所示 的示例实施例中所示,阀140可定位成使得阀桥接第一涡管100和第 二涡管102。因此,在一个示例中,打开阀140可提供通道以增加涡轮 的第一涡管和第二涡管之间的流体连通和输送。进一步地,阀140可 对第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的量,使得流体连通可被 限制为期望的量。以这种方式,只有排气量的一部分可以在第一涡管 和第二涡管之间流动。在另一个示例中,阀140可完全或全部打开, 使得与阀140打开计量的量时的排气流的量的部分相比较,在第一涡 管和第二涡管之间可以存在较大量的排气流和流体连通。
在又一个示例中,关闭阀140可减少第一涡管和第二涡管之间的 流体连通和输送。在一些情况下,阀可完全或全部关闭,使得显著没 有排气可以在第一涡管和第二涡管之间连通。换句话说,基本上第一 涡管内的所有排气流和第二涡管内的所有排气流可分开并且单独引导 到涡轮(诸如涡轮92)。如图1至图2所示,本文所述的阀140的实 施例可用在涡轮增压器壳体组件内和/或排气通道中的第一涡管和/或 第二涡管中(例如,通向涡轮增压器的入口的第一涡管100和/或第二 涡管102)。
因此,阀可以在所选择的位置之间调节。例如,阀140可以在四 个所选择的位置之间可移动,如参照图3A至图4D所示。在该示例中, 第一组所选择的位置可提供第一涡管100和第二涡管102之间的流体 连通和输送。此外,第二组所选择的位置可提供第一涡管100和第二 涡管102与涡轮92下游的点106中的一者或两者之间的流体连通和输 送。
因此,如所描述的,对阀140的位置的调节可控制涡轮92的旋转 速度,并且继而调整压缩机94的速度。因此,在一些实施例中,只有 单个元件诸如阀140可以提供对穿过废气门通道104的排气和可存在 于发动机10中的两个或更多个涡管之间的受控的流体连通和输送这两 者的控制。使流体连通和输送增加可包括允许来自第一涡管100的排 气和来自第二涡管102的排气混合并进入相对或其他一个或多个涡管。 在一个示例中,废气门控制可包括允许来自第一涡管100和第二涡管 在102中的每一个的排气的至少一部分进入废气门通道104,从而绕过 涡轮92。在其他示例中,废气门控制可包括关闭废气门以防止来自第 一涡管和第二涡管(和/或附加的一个或多个涡管)的基本上所有排气 绕过涡轮。由于阀140的位置可控制涡轮的旋转速度,在一些示例中, 阀140对第一涡管和第二涡管中的每一个和/或对废气门通道的打开量 (例如,计量的或规定的量,或完全打开或完全关闭)可基于一个或 多个发动机工况,诸如发动机速度、发动机负载、期望或需求的扭矩 和/或增加或减少的扭矩。
现在转向图2,示出了双涡管涡轮增压器系统98的另一个示例实 施例。根据本发明,未具体示出的其他布置也可以是可能的。类似于 图1,双涡管涡轮增压器系统98可包括第一涡管100和第二涡管102。 在一个实施例中,第二涡管102可以与第一涡管100通过分隔壁138 流体地分开,并且通道139可流体地桥接第一涡管100和第二涡管102, 使得第一涡管100和第二涡管102中的每一个内的一定量的排气可以 与相对涡管中的一定量的排气混合。在一些实施例中,通过基于发动 机工况调节阀140,涡轮可以以变化模式操作,并且涡轮增压器能够提 供的升压的动态范围提高。此外,前述布置可减轻重量、减少成本和/ 或降低包装损失。
如图2所示,阀140可以被整合进被配置成使用涡轮增压器系统 98的发动机10的汽缸盖39中或与该汽缸盖39位于相同的位置。在另 一个示例中,阀140可被整合进被配置成使用涡轮增压器系统98的发 动机10的排气歧管41中或与排气歧管41位于相同的位置。在另一个 示例中,阀140可被整合进包含整合的排气歧管41的汽缸盖39中。 另选地,在又一个示例中,阀140可被整合进被配置成使用涡轮增压 器系统98的发动机10的涡轮增压器90中。进一步地,阀140可被整 合进具体用于将阀140牢固地保持在适当位置中的阀接合件(未示出)。 在一些实施例中,阀140可包括阀体。阀140可包括一个或多个外表 面,以允许热量从阀体消散到周围环境中。因此,可减少阀的热衰退。
现在参照图3A至图3D,示出了处于四个示例位置或状态的第一 示例分支连通和废气门阀的剖视图。如从纸平面观看,本文中也称为 第一通道的第一涡管100可以在本文中称为第二通道的第二涡管102 的前面、后面或上方。在一个实施例中,可以通过涡管(诸如第一涡 管100)的中心观看或观察该剖视图。另一个涡管(例如第二涡管102) 可以在剖视图平面的前面或后面。
如图3A至图3D所示,阀140可以为圆柱形阀140。在该实施例 中,阀140可以绕基本上垂直于第一涡管100和第二涡管102中的每 一个内的排气流的轴线141旋转(并且如图所示,阀可以垂直于纸平 面旋转)。进一步地,在该实施例中,阀140可包括元件147,其绕基 本上垂直于第一涡管和第二涡管中的每一个内的排气流的轴线141旋 转。在一个示例中,圆柱形阀140可至少定位在基本上邻近第一涡管 100和第二涡管102的区域中并且与第一涡管100和第二涡管102共用 界面。以这种方式,阀140可以在第一涡管100、第二涡管102和至涡 轮92下游的点106(如上文图1至图2所描绘的)的废气门通道104 中的一个或多个组合之间的选择性流体连通和输送。
在一个实施例中,阀140可以以连续方式通过所选择的范围、位 置或状态是可调节和可移动的,如图3A至图3D和图4A至图4D中 详细所述。进一步地,穿过第一涡管和/或第二涡管的排气流可基于发 动机工况(诸如发动机速度和负载和/或期望的升压压力和扭矩)调节。 例如,阀140的位置可调节,使得升压压力(即,压缩机出口压力) 可足以满足但不超过期望的升压压力。在一个示例中,如果所测量的 升压压力高于期望的升压压力,则可以调节阀以增加绕过涡轮的排气 流的量。换句话说,排气流可引导到涡轮下游的点106。因此,涡轮和 压缩机的旋转速度可以减小,从而减少升压压力。在另一方面,如果 升压压力低于期望的升压压力,则可以调节阀140以通过对废气门通 道提供计量的量的打开来减少绕过涡轮的排气流的量。因此,涡轮和 压缩机的旋转速度可以增加,从而增加升压压力。在另一个示例中, 如果涡轮速度超过预定阈值速度,则可以调节阀以减少至涡轮的排气 的量,以便减少对涡轮增压器的损坏。
如图3A所示,示出了阀140的示例第一位置,其中可将阀140调 节为关闭,使得第一涡管100内的基本上所有排气流可以基本上被包 含在第一涡管100内,并且可以传递到涡轮92。进一步地,第二涡管 102内的基本上所有排气流可基本上被包含在第二涡管102内,并且可 以传递到涡轮92。另外,阀140的第一位置也可减少或防止排气流进 入废气门通道104。以这种方式,将阀调节到第一位置可通过防止第一 涡管和第二涡管之间的以及从第一涡管和第二涡管到废气门通道的排 气流体连通来增加至涡轮的排气流的量。因此,在第一位置中,阀可 以对第一涡管、第二涡管和废气门通道中的每一个完全关闭,使得第 一涡管100和第二涡管102中的绝大多数或几乎所有的排气流可以分 开地和单独地递送到涡轮92。进一步地,没有排气流可经由废气门通 道104绕过涡轮。在一个示例中,在涡轮速度小于阈值涡轮速度、升 压压力小于期望的升压压力、发动机负载大于阈值负载、扭矩需求增 加和发动机速度小于阈值发动机速度中的一个或多个时的工况期间, 阀140可以处于第一位置,或处于基本上类似于该第一位置的位置。
本文中,例如,前述阈值涡轮速度可以为这样的速度,即在该速 度下或高于该速度可发生涡轮的机械损坏。在另一个示例中,阈值负 载可以为这样的发动机负载,即高于该发动机负载可被认为是高发动 机负载工况,诸如当车辆牵引拖车或爬坡时。在又一个示例中,阈值 发动机速度可以为这样的速度,即在该速度下或高于该速度,在双涡 管涡轮增压器系统中可发生过量的发动机排气背压。在其他示例中, 阈值负载、阈值涡轮速度和/或阈值发动机速度可以基于其他发动机工 况。
在另一个示例中,如图3B所示,提供了阀140的示例第二位置, 其中阀140可以对第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的量,并 且可以对废气门通道完全打开。因此,处于第二位置的阀140可允许 第一涡管和第二涡管之间的排气流的部分连通,以及从第一涡管和第 二涡管中的每一个之间到废气门通道的排气流的完全连通。换句话说, 阀140可对第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的量,使得在第 一涡管100和第二涡管102中的每一个之间的界面处的一定量的排气 流可分别离开第一涡管100和第二涡管102,并且经由废气门通道104 绕过涡轮92。进一步地,在该示例中,由于阀140打开的计量的量可 受限制,处于第二位置的阀140可减少第一涡管100和第二涡管102 之间的排气流连通和输送。
在一个示例中,当涡轮速度大于阈值涡轮速度、升压压力大于期 望的升压压力、发动机负载小于阈值负载、需求扭矩减少,并且发动 机速度小于阈值发动机速度中的一个或多个时,阀140可处于第二位 置,或处于基本上类似于第二位置的位置。在另一个示例中,阀140 打开的计量的量可基于发动机速度、发动机负载和/或需求的扭矩。因 此,在示例中,阀140对第一涡管和第二涡管中的每一个打开的计量 的量可随发动机负载或需求的扭矩降低而增加。在另一个示例中,阀 140对第一涡管和第二涡管中的每一个打开的计量的量可随发动机速 度增加而增加。以这种方式,响应于一个或多个发动机工况,处于第 二位置的阀140可允许期望量的排气流离开第一涡管和第二涡管中的 每一个,以进入废气门通道104并且绕过涡轮92。
现在转向图3C,示出了阀140的示例第三位置,其中可将阀140 调节为对第一涡管100和第二涡管102中的每一个基本上打开,并且 对废气门通道104打开规定的量。此外,当阀处于第三位置时,可存 在具有一定体积的在第一涡管和第二涡管之间并邻近第一涡管和第二 涡管中的每一个的区域形成的空间。因此,处于第三位置的阀可允许 第一涡管100和第二涡管102中的每一个中的排气流“吹动”到前述 空间中,与当阀对第一涡管和第二涡管中的每一个关闭时(诸如第一 位置)在第一涡管和第二涡管中的每一个中的空间的体积相比较,所 述前述空间具有较大体积。因此,处于第三位置的阀140可允许第一 涡管100和第二涡管102之间的相当大的排气流连通和输送。同时, 通过阀140对废气门通道104打开规定的量,排气流的一部分可逸出。 因此,至涡轮92的排气流可减少。在一个示例中,阀140可以处于第 三位置,以允许排气流的部分绕过涡轮,从而限制升压压力并且/或者 保持涡轮速度或将涡轮速度减小到低于阈值涡轮速度。
在一个实施例中,阀140打开的规定的量可基于发动机工况,诸 如发动机速度、发动机负载和/或发动机扭矩。例如,当涡轮速度大于 阈值涡轮速度时,阀140可处于第三位置。在另一个示例中,在升压 压力大于期望的升压压力、发动机负载小于阈值负载、需求扭矩减少 和发动机速度大于阈值发动机速度中的一个或多个时的工况期间,阀 可以处于第三位置。在又一个示例中,阀140对废气门通道104打开 的规定的量可随发动机负载或需求扭矩降低而增加。在一些情况下, 阀140对废气门通道104打开的规定的量可随发动机速度降低而增加。 以这种方式,响应于某些发动机工况,阀140可以移动到第三位置以 减少升压压力,以便减轻排气歧管的背压。
图3D示出阀140的示例第四位置,其中阀140对第一涡管100和 第二涡管102中的每一个基本上或完全打开。此外,阀140对废气门 通道104关闭,使得没有排气流可以离开第一涡管和第二涡管中的每 一个到达废气门通道104。因此,处于第四位置的阀140可以允许第一 涡管100和第二涡管102之间的相当大的排气流连通和输送。
此外,类似于第三位置,当阀处于第四位置时,具有一定体积的 在第一涡管和第二涡管之间并邻近第一涡管和第二涡管中的每一个的 界面处形成的空间可允许第一涡管100和第二涡管102中的排气流“吹 动”到与当阀对第一涡管和第二涡管中的每一个关闭时在每个单独涡 管中的体积相比较具有较大体积的所述空间中。以这种方式,处于第 四位置的阀140可允许第一涡管100和第二涡管102之间的完全排气 流连通和输送,使得所有排气流穿过涡轮以增加升压压力。因此,第 四位置可减少排气背压,同时增加至涡轮的排气流和能量,以更快速 地增加升压压力。
在一个示例中,在涡轮速度小于阈值涡轮速度、升压压力小于期 望的升压压力、发动机负载大于阈值负载、需求扭矩增加和发动机速 度大于阈值发动机速度中的一个或多个时的工况期间,阀140可处于 第四位置,或处于基本上类似于第四位置的位置。换言之,前述阀配 置可提供一定量的升压压力,以实现期望的升压压力,同时减少高发 动机速度期间的排气歧管背压。虽然未示出,但根据本公开,其他附 加和/或另选的位置或状态或范围是可以的。
现在转向图4A至图4D,示出了处于四个示例位置或状态的第二 示例分支连通和废气门阀的剖视图。在一个示例中,如从纸平面观看, 第一通道或第一涡管100可以以一段隔开距离邻近第二通道或第二涡 管102定位。在一个实施例中,阀140可以以连续方式和通过所选择 的位置、范围和/或状态是可调节或可移动的,使得穿过第一涡管和第 二涡管并且到达废气门通道的排气流可以基于发动机工况以及例如期 望的升压和扭矩被调节。如图4A至图4D所示,在一个实施例中,阀 140可包括滑阀。在该实施例中,阀140可包括被配置成沿轴线149移 动的可移动元件143,以在第一涡管100、第二涡管102和至涡轮92 下游的点106(如上文图1至图2所描绘的)的废气门通道104中的一 个或多个组合之间的选择性流体连通和输送。
在一个实施例中,参照图4A至图4D所示的前述示例位置可基本 上与图3A至图3D所示的示例位置相同,使得对阀(诸如阀140)的 位置的调节可控制第一涡管、第二涡管和废气门通道中的一个或多个 中的排气流。
例如,如图4A所示,具有线轴形配置(spoolconfiguration)的阀 140的第一位置可基本上类似于具有图3A所述的圆柱形配置的阀140 的第一位置。因此,阀140可关闭,使得第一涡管100内的基本上所 有排气流可以基本上被包含在第一涡管100内,并且可以传递到涡轮 92。类似地,如参照图1至图2所示,第二涡管102内的基本上所有 排气流可基本上被包含在第二涡管102内,并且可以传递到涡轮92。 此外,没有排气流可通过废气门通道104绕过涡轮。类似于图3A所述 的阀140,在涡轮速度小于阈值涡轮速度、升压压力小于期望的升压压 力、发动机负载大于阈值负载、扭矩需求增加和发动机速度小于阈值 发动机速度中的一个或多个时的工况期间,具有线轴形配置的阀140 可处于第一位置,或处于基本上类似于第一位置的位置。以这种方式, 将阀140调节到第一位置增加了至涡轮的排气流的量,从而增加升压 压力。
在另一个示例中,如图4B所示,示出了具有线轴形配置的阀140 的第二位置,其可以基本上类似于图3B所述的第二位置。具体地,具 有线轴形配置的阀140可以对第一涡管和第二涡管中的每一个打开计 量的量,并且可以对废气门通道104完全打开。因此,处于第二位置 的阀140可允许第一涡管和第二涡管之间的排气流的部分连通,以及 从第一涡管和第二涡管中的每一个之间到废气门通道的排气流的完全 流体连通。因此,在第一涡管100和第二涡管102中的每一个的界面 处的排气流的一部分可分别离开第一涡管100和第二涡管102,并且经 由废气门通道104绕过涡轮92。以这种方式,将阀140调节到第二位 置可减少至涡轮的排气流的量,从而限制或降低升压压力。
在一个示例中,当涡轮速度大于阈值涡轮速度、升压压力大于期 望的升压压力、发动机负载小于阈值负载、需求扭矩减少和/或发动机 速度小于阈值发动机速度中的一个或多个时,具有线轴形配置的阀140 可处于第二位置,或处于基本上类似于第二位置的位置。类似于图3B 所示的阀,具有线轴形配置的阀140打开的计量的量可基于发动机速 度、发动机负载和/或需求的扭矩。例如,阀140对第一涡管和第二涡 管中的每一个打开的计量的量可随发动机负载或需求的扭矩降低而增 加。在另一个示例中,阀140对第一涡管和第二涡管中的每一个打开 的计量的量可随发动机速度增加而增加。
现在转向图4C,示出了具有线轴形配置的阀140的第三位置,其 可基本上类似于图3C所述的第三位置。在一个示例中,在第三位置中, 阀140可对第一涡管100和第二涡管102中的每一个完全打开,并且 对废气门通道104打开规定的量。因此,处于第三位置的阀140可允 许第一涡管100和第二涡管102之间的大量的排气流连通和输送。同 时,通过打开规定的量,排气流的一部分可逸出并进入废气门通道104。 因此,至涡轮92的排气流可减少。以这种方式,将阀140调节到第三 位置可限制或降低升压压力。
在一个示例中,在涡轮速度大于阈值涡轮速度、升压压力大于期望 的升压压力、发动机负载小于阈值负载、需求扭矩减少和/或发动机速 度大于阈值发动机速度中的一个或多个时的工况期间,阀可以处于第 三位置。类似于图3C的第三位置,图4C所示的阀140打开的规定的 量可基于发动机工况,诸如发动机速度、发动机负载和/或需求扭矩。 在又一个示例中,阀140对废气门通道104打开的规定的量可随发动 机负载或需求扭矩降低而增加。在一些情况下,阀140对废气门通道 104打开的规定的量可随发动机速度降低而增加。以这种方式,响应于 某些发动机工况,阀140可以移动到第三位置以减少升压压力,以便 减轻高发动机速度期间的排气歧管的背压。
现在转向图4D,示出了具有线轴形配置的阀140的第四位置,其 可基本上类似于图3D所述的第四位置。在一个示例中,阀140对第一 涡管100和第二涡管102中的每一个基本上或完全打开,并且对废气 门通道104关闭。因此,在第四位置中,阀140可以允许第一涡管100 和第二涡管102之间的完全排气流连通和输送,使得每个涡管内的基 本上所有排气流穿过涡轮以增加升压压力。以这种方式,将阀140调 节到第四位置可增加至涡轮的排气流的量,从而增加升压压力。
在一个示例中,在涡轮速度小于阈值涡轮速度、升压压力小于期 望的升压压力、发动机负载大于阈值负载、需求扭矩增加和/或发动机 速度大于阈值发动机速度中的一个或多个时的工况期间,阀140可处 于第四位置,或处于基本上类似于第四位置的位置。换言之,在另一 个示例中,第四阀位置可提供一定量的升压压力,以实现期望的或目 标升压压力,同时减少高发动机速度期间的排气歧管的背压。虽然未 示出,但根据本公开,其他位置、状态或范围是可以的。
因此,在一个示例中,可以提供双涡管涡轮增压器系统,其包括 第一涡管、经由分隔壁与第一涡管流体地分开的第二涡管、定位在分 隔壁内的流体地桥接第一涡管和第二涡管的通道以及定位在通道内且 在所选择的位置之间可移动的阀,一组所选择的位置提供第一涡管和 第二涡管之间的流体连通,第二组所选择的位置提供第一涡管和第二 涡管中的一者或两者与涡轮下游的点之间的流体连通。
在一个示例中,阀可以以连续方式通过所选择的位置是可定位的, 所选择的位置包括:第一位置,其中阀可以对第一涡管和第二涡管中 的每一个关闭,并且对涡轮下游的点关闭;第二位置,其中阀可以对 第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的量,并且对涡轮下游的点 打开;第三位置,其中阀可以对第一涡管和第二涡管中的每一个完全 打开,并且对涡轮下游的点打开规定的量;以及第四位置,其中阀可 以对第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开,并且对涡轮下游的点 关闭。
进一步地,在一个示例中,阀可被整合进汽缸盖中。在另一个示例 中,阀可被整合进被配置成使用涡轮增压器系统的发动机的涡轮增压 器或排气歧管中。在一个实施例中,阀可包括阀体,其中阀包括设置 成允许从阀体除去热量的一个或多个外表面。阀也可以包括附接机构, 诸如用于与发动机流体联接的紧固件和/或密封布置。
图5是示出示例程序500的流程图,所述示例程序500用于调节 可调节的或可定位的一个或多个可移动障碍物诸如图1至图4所示的 阀140,以提供引导排气从第一涡轮入口涡管(例如,第一涡管100) 和/或从第二涡轮入口涡管(例如,第二涡管102)传递到涡轮(例如, 涡轮92)和/或到废气门(例如,废气门通道104)的多个位置。具体 地,阀的位置可基于一个或多个发动机工况和/或期望或需求的发动机 操作调节。例如,阀的位置可响应于发动机速度和负载以及车辆操作 员请求的需求扭矩。用于执行程序500的指令可存储在控制器的存储 器中,诸如图1至图2所示的控制器12。
在502处,所述程序包括估计和/或测量发动机工况,诸如发动机 速度、负载、升压、MAP、需求的升压压力等。在504处,可确定诸 如涡轮92的涡轮的速度是否低于预定阈值速度。在一个示例中,阈值 涡轮速度可以为涡轮输出可降低发动机性能和/或损坏涡轮增压器或其 他发动机部件的速度。在另一个示例中,速度传感器诸如速度传感器 97可测量涡轮的速度。另选地,涡轮的速度可基于一个或多个发动机 工况估计。以这种方式,如果涡轮速度超过预定阈值速度,则可调节 阀(诸如阀140)以减少对涡轮增压器的损坏并且/或者增加发动机性 能。在另一个实施例中,代替将涡轮速度与阈值涡轮速度比较,可以 相对于对应阈值比较和确认一个或多个其他发动机工况。
如果在504处确认涡轮速度小于阈值涡轮速度,则程序继续到506, 其中确认所测量的升压压力是否高于目标或期望的升压压力。在另一 个示例中,在506处,可以另外或另选地确认发动机负载是否小于阈 值发动机负载,其中阈值负载可以为这样的发动机负载,即在该发动 机负载下或高于该发动机负载,可存在高发动机负载,诸如在爬坡或 牵引期间。换句话说,阈值发动机负载可以为这样的状况,即高于该 发动机负载,需要高发动机负载(扭矩),其中高发动机负载可以基 于各种发动机工况。在又一个示例中,在506处,可以另外或另选地 确认需求扭矩是否减少。如果所测量的升压压力低于期望的升压压力, 发动机负载大于阈值负载,并且/或者需求扭矩增加,则该程序在508 处可调节阀以增加至涡轮的排气的量。换句话说,该程序可增加至涡 轮的排气流的量,以便将所测量的升压压力和/或发动机扭矩分别增加 到期望的升压压力和/或发动机扭矩。
调节阀以增加至涡轮的排气的量可包括将阀调节到第一位置和第 四位置中的一个,如上文在图3A和图3D以及图4A和图4D中所述。 作为一个示例,调节阀以增加至涡轮的排气流的量还可通过510处的 发动机速度确定。如此,程序500可确认发动机速度是否小于预定阈 值发动机速度。在一个示例中,阈值发动机速度可以为排气歧管中可 发生增加的背压的速度或速度范围。在其他实施例中,所述程序可确 认一个或多个附加或另选的发动机工况诸如需求的扭矩或发动机负载 是否大于对应的预定阈值。例如,在510处,在确定发动机速度大于 阈值发动机速度的同时、之前或之后,所述程序可确认是否需要增加 发动机负载(扭矩)并且/或发动机负载是否大于阈值负载。
在一个实施例中,如果发动机速度小于阈值发动机速度,则程序 前进至512,并且可将阀调节到如上文参照图3A和图4A所述的第一 位置。在另一个示例中,可将阀调节到基本上类似于第一位置的位置, 使得第一涡管和第二涡管中的每一个内的基本上所有排气流均引导到 涡轮。进一步地,阀可以对一个或多个任何其他涡管和废气门通道例 如废气门通道104同时关闭。以这种方式,第一涡管和第二涡管中的 每一个内的相当大的所有排气流可驱动涡轮,以便当发动机速度小于 阈值发动机速度时(例如,在低发动机速度期间)提供增加的升压压 力以实现期望的升压压力。
然而,如果在510处确认发动机速度(或其他工况)高于阈值发 动机速度(或其他预定阈值水平),则所述程序在514处可将阀调节 到例如第四位置,如上文参照图3D和图4D所述。在另一个示例中, 可将阀调节到基本上类似于第四位置的位置,使得阀可以对第一涡管 和第二涡管中的每一个完全打开,并且对废气门通道关闭。换句话说, 第一涡管100中的排气流的一部分可以与第二涡管102中的排气流的 一部分混合并组合。然而,没有来自第一涡管100或第二涡管102的 一定量的排气可经由废气门通道104离开任一个涡管。此外,当阀处 于第四位置时,具有一定体积的在邻近第一涡管和第二涡管的区域之 间形成的空间可允许第一涡管100和第二涡管102中的排气的部分“吹 动”到较大体积的空间中(与当阀对第一涡管和第二涡管中的每一个 关闭时在每个单独涡管中的体积相比较)。以这种方式,处于第四位 置或基本上类似位置的阀可引导第一涡管和第二涡管中的基本上所有 排气流以驱动涡轮。因此,当发动机速度大于阈值发动机速度时(例 如,在高发动机速度期间),阀140的前述第四阀位置可提供增加的 升压压力以实现期望的升压压力,同时减少排气歧管的背压。
在另一方面,如果在504处确认涡轮速度大于阈值涡轮速度,或 如果在506处确认所测量的升压压力大于期望或目标升压压力、发动 机负载小于阈值负载、并且/或者扭矩需求降低,则所述程序可继续到 516,其中可调节阀以减少至涡轮的排气流的量或体积。以这种方式, 在一个示例中,调节阀以减少至涡轮的排气的量可减少当涡轮速度超 过阈值速度时对涡轮增压器的潜在损坏。在另一个示例中,当升压压 力超过期望的升压压力时,当发动机负载小于阈值负载时,并且/或者 当扭矩需求降低时,调节阀以减少至涡轮的排气的量。
调节阀以减少至涡轮的排气的量可包括将阀调节到第二位置和第 三位置中的一个,如上文参照图3B和图3C以及图4B和图4C所述。 作为一个示例,调节阀以减少至涡轮的排气流的量还可通过518处的 发动机速度确定。
如此,在518处,所述程序可确认发动机速度是否大于第二阈值 发动机速度。类似于在510处,第二阈值发动机速度可以为在排气歧 管中可发生过多背压的速度或速度范围。换句话说,在518处的第二 阈值发动机速度可以与在510处的第一预定阈值速度相同。在另一个 实施例中,在一个或多个其他工况在前述步骤未被确认的情况下,所 述程序可另外或替代地确认这些工况是否高于一个或多个对应的预定 阈值水平。作为示例,所述程序可确认需求扭矩和/或发动机负载是否 大于对应的预定阈值。
在518处,如果发动机速度小于阈值发动机速度,程序500可前 进至522,其中可将阀(例如,阀140)调节到第二位置或基本上类似 于第二位置的位置,如上文参照图3B和图4B所述。第二位置可包括 阀对第一涡管和第二涡管中的每一个打开计量的量,并且对废气门通 道完全打开。因此,将阀调节到第二位置可允许第一涡管和第二涡管 之间的排气的部分连通,以及从第一涡管和第二涡管之间到废气门通 道的排气的完全连通。以这种方式,将阀调节到第二位置可在低发动 机速度、低发动机负载和/或低或减少的需求扭矩期间保持或减少升压 压力。
进一步地,阀140打开的计量的量可基于各种发动机工况调节。 例如,打开的计量的量可随增加的发动机扭矩需求和/或发动机负载而 减少。在另一个示例中,阀140打开的计量的量可随发动机速度增加 而增加。
然而,如果在518处确认发动机速度(或一个或多个其他工况) 大于阈值发动机速度,则所述程序在520处可将阀调节到第三位置或 基本上类似于第三位置的位置,如上文参照图3C和图4C所述。因此, 阀140可对第一涡管100和第二涡管102中的每一个完全打开,并且 对废气门通道104打开规定的量,以减少至涡轮的排气流的量。换句 话说,在第一涡管和第二涡管之间可存在排气的完全连通,并且从第 一涡管和第二涡管之间到废气门通道可存在排气的部分连通。以这种 方式,前述阀配置可提供期望的升压压力以满足稳定或减少的扭矩需 求,同时减少高发动机速度期间的排气歧管的背压。阀140打开的计 量的量可基于各种发动机工况调节。例如,打开的计量的量可随增加 发动机扭矩需求和/或发动机负载而减少。
因此,在一些实施例中,程序500可允许基本上没有排气绕过涡 轮(例如,将阀调节到如图3A和图4A所述的第一位置和/或如图3D 和图4D所述的第四位置),并且/或者允许排气的一部分绕过涡轮(例 如,将阀调节到如图3B和图4B所述的第二位置和/或图3C和图4C 所示的第三位置)。因此,通过调节组合的分支连通和废气门阀(例 如阀140),第一涡管100、第二涡管102和废气门通道104中的流体 连通的量也可通过控制器12基于各种发动机工况(诸如,发动机负载、 发动机速度、期望增压和/或需求扭矩)调节。因此,涡轮(和涡轮增 压器)的效率和排气歧管中背压的量可被控制以实现期望的升压水平 和发动机扭矩。在其他实施例中,调节该阀可提供(一个或多个)预 定范围内的涡轮增压器的效率和背压。所述效率可通过例如监测进气 压力确定,进气压力可用例如压力传感器132测量。本文中当前未描 述的其他发动机传感器和/或传感器和/或不可用在当前发动机设计中 的传感器可另外或另选地使用。例如,排气脉冲轮廓可通过一个或多 个传感器读数或其他测量结果直接地测量和/或确定,并且通过控制器 (例如控制器12)推断或计算。
图6包括图表600,其示出响应于发动机工况,包括发动机负载、 发动机速度、需求的升压压力和涡轮速度中的一个,对阀的位置的示 例调节。具体地,图表600以曲线602示出对阀位置的调节,以曲线 604示出发动机负载的变化,以曲线606示出发动机速度的变化,以虚 线曲线610示出期望升压压力的变化,以曲线608示出测量的升压压 力,以曲线612示出涡轮速度的变化,以及以曲线614示出至涡轮的 排气量的变化。图6所讨论的阀可以是组合的分支连通和废气门阀, 如参照图1至图5所述。例如,图6的阀可以是图3和图4所描绘的 阀中的一个。进一步地,在该示例中,阀的位置可以是第一位置(由 “1”表示)、第二位置(由“2”表示)、第三位置(由“3”表示) 和第四位置(由“4“表示)中的一个,如上文参照图3A至图4D所 讨论。时间沿x轴线绘制,并且时间从x轴的左侧向右侧增加。进一 步地,阈值发动机负载(例如,T1)由线624表示,阈值发动机速度 (例如,T2)由线626表示,而阈值涡轮速度(例如,T3)由线622 表示。
在时间t1之前,发动机关闭,使得没有燃烧发生。在时间t1,发 动机制动并且可开始燃烧。在时间t1和时间t2之间,车辆可以沿具有 略微斜坡的道路行驶。因此,发动机负载逐渐增加,但保持低于阈值 发动机负载T1(例如,线624)。类似地,发动机速度稳定地增加, 但仍保持低于阈值发动机速度T2(例如,线626)。响应于前述发动 机工况,阀在时间t1可以调节到第二位置(或基本上类似于第二位置 的位置)并且在时间t1和时间t2之间可以保持在第二位置。例如,在 第二位置中,阀可以对涡轮的第一涡管和第二涡管中的每一个打开计 量的量,并且对废气门通道完全打开。因此,来自涡管中的每一个的 计量的量的排气进入废气门通道,从而绕过涡轮,并且与阀对废气门 通道完全关闭时的工况相比较减少了至涡轮的排气的量。由于发动机 负载在时间t1和时间t2之间不高于阈值发动机负载,所测量的升压压 力(例如,线610)可达到期望的升压压力(例如,线608),使得所 测量的期望升压压力基本上相同。进一步地,涡轮速度保持小于阈值 涡轮速度T3(例如,线622),因为一定量的排气可通过打开的计量 的量经由废气门通道绕过涡轮。
在时间t2,车辆可在较陡斜坡的道路上行驶。因此,发动机负载 增加以满足和/或超过阈值发动机负载T1,高于该阈值发动机负载T1, 车辆操作员可在时间t2需求增加的升压压力。进一步地,在时间t2, 发动机速度增加,但未达到阈值发动机速度T2。因此,可将阀调节到 第一位置或基本上类似于第一位置的位置,其中阀对第一涡管和第二 涡管中的每一个关闭,并且对废气门通道关闭。以这种方式,在时间 t2和时间t3之间,来自第一涡管和第二涡管中的每一个的基本上所有 排气引导到涡轮,并且可不通过废气门通道逸出。因此,响应于增加 的发动机负载,期望的升压压力和测量的升压压力增加。在该特定示 例中,测量的升压压力在时间t2和时间t3之间可不满足期望的升压压 力。
在时间t3,发动机速度可达到和/或超过阈值发动机速度T2。如上 所讨论的,阈值发动机速度可以为这样的速度,即在该速度或高于该 速度,在双涡管涡轮增压器系统中可发生过量的发动机排气背压。车 辆在时间t3和时间t4之间可继续爬坡,并且发动速度和发动机负载两 者均高于它们相应的阈值T1和T2。同时,涡轮速度也可增加,但保 持低于阈值涡轮速度T3。作为响应,可将阀调节到第四位置或基本上 类似于第四位置的位置,其中阀对第一涡管和第二涡管中的每一个打 开,并且对废气门通道关闭。因此,如上所讨论的,来自第一涡管和 第二涡管中的每一个的基本上所有排气被引导到涡轮,并且不可通过 废气门通道逸出。进一步地,具有一定体积的空间可在邻近第一涡管、 第二涡管中的每一个和废气门通道的界面的区域处形成,使得一定量 的排气可“吹动”到所述空间中。以这种方式,可存在背压和泵唧功 的减少,同时增加至涡轮的排气的量,从而增加所测量的升压压力以 满足期望的升压压力。因此,到时间t4之前,至涡轮的排气流的量导 致所测量的升压压力基本上类似于期望的升压压力。
在时间t4,车辆可不在爬坡,但相反可以在具有小斜坡的道路上 行驶。在其他示例中,车辆可以下坡移动。在前述示例中,发动机负 载可以降低到低于阈值发动机负载。然而,发动机速度仍可高于阈值 发动机速度。因此,响应于下降的发动机负载,期望的升压压力可降 低,并且在时间t4可将阀调节到第三位置或基本上类似的位置。在第 三位置中,阀对第一涡管和第二涡管中的每一个完全打开,并且对废 气门打开规定的量。因此,一定量的排气可绕过涡轮,并且进入废气 门通道到达涡轮下游的点。类似于第四位置,第三位置也可提供具有 一定体积的在邻近第一涡管、第二涡管中的每一个和废气门通道的界 面的区域处形成的空间。因此,当发动机负载或需求的扭矩如图所示 那样为稳定的或正在降低,并且发动机速度大于阈值发动机速度T2时, 可以将阀调节到第三位置,以减少背压和泵唧功。进一步地,涡轮速 度稳定地下降。
在时间t5,车辆可继续下坡移动或在具有小斜坡的道路上移动, 并且发动机速度降低到低于阈值发动机速度T2。进一步地,发动机负 载继续稳定降低,从而减少时间t5和时间t6之间的期望的升压压力。 在该示例中,期望的升压压力和所测量的升压压力在时间t5和时间