渦輪泵的制作方法
【專利摘要】一種內燃機的排氣渦輪泵，該排氣渦輪泵具有能夠圍繞共同的軸線旋轉的多對渦輪機葉輪和壓縮機葉輪，葉輪的內部對通過能夠相對于連接葉輪的外部對的心軸旋轉的管狀軸連接。葉輪的一對葉輪包括用于入口空氣的渦輪增壓器，并且葉輪的另一對葉輪包括低壓EGR泵。
【專利說明】
渦輪泵
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于車輛發動機的渦輪泵，并且特別地涉及一種包括渦輪增壓器的排氣驅動渦輪泵。本發明的各方面涉及泵、組件、系統、發動機以及車輛。
【背景技術】
[0002]用于車輛發動機的排氣驅動渦輪增壓器是眾所周知的。通過廢氣驅動的渦輪增壓器的渦輪機在入口側上驅動壓縮機，并且從而增加了發動機的每個燃燒周期的充量容積。
[0003]還已知廢氣再循環(EGR)的技術，由此出于減少有害排放物的目的，廢氣再循環至發動機的入口側以在冷發動機起動期間稀釋新鮮空氣充量。
[0004]高壓EGR在排氣歧管處或鄰近排氣歧管處提供廢氣。該布置由于廢氣流是熱的而有些不利，并且從而基于與廢氣的混合提高了入口充量的溫度。另外這種廢氣是未過濾的，并且因此含有碳以及可能引起發動機潤滑劑的劣化的其他污染物。
[0005]所謂的低壓EGR為從通常的柴油機氧化催化器(DOC)和柴油機微粒過濾器(DPF)的下游排氣系統中的點提供廢氣的替代物。這種氣體相對冷的且清潔，但基本處于尾管壓力下。相對低壓的結果是不足的容量可以流動、或者被抽吸進入到發動機進氣道中。因此，可以提供一種泵以確保足量的相對冷的和清潔的廢氣可以根據需要提供至進氣道。
【發明內容】
[0006]鑒于此背景，已經構想出本發明。本發明的實施方式可以提供一種解決以上問題的改進的泵。本發明的其他目的和優點從以下描述、權利要求和附圖中將變得顯而易見。
[0007]根據本發明的一方面提供了一種車輛發動機的排氣渦輪泵組件，并且具有能夠圍繞共同的軸線旋轉的成對的壓縮機葉輪和渦輪機葉輪，所述葉輪的內部對通過能夠相對于穿過所述軸并且連接所述葉輪的外部對的心軸旋轉的管狀軸連接，葉輪的一對葉輪包括排氣驅動渦輪增壓器，并且所述葉輪的另一對葉輪包括用于再循環至發動機進氣道的廢氣的排氣驅動渦輪泵。這種泵在本文中被稱為EGR渦輪泵。
[0008]這種布置可以提供緊湊的渦輪泵組件，在該渦輪泵組件中，所述對壓縮機葉輪和渦輪機葉輪圍繞相同的旋轉軸線獨立地操作以提供渦輪增壓器和EGR渦輪泵。
[0009]在一個實施方式中，提供了一種雙渦輪泵組件。附加的成對的渦輪機葉輪和壓縮機葉輪可以被提供并且通過能夠關于共同的軸線旋轉的相應的管狀軸聯接。例如，三渦輪泵組件可以包括兩級渦輪增壓器和EGR渦輪泵。
[0010]在本發明的實施方式中，渦輪泵組件的外部葉輪是環形的，直通通道提供至相應的內部葉輪的氣體流動路徑。
[0011 ] 在本發明的實施方式中，EGR渦輪泵能夠根據要求操作，并且包括其渦輪機葉輪上游的關閉閥。該關閉閥可以被關閉，使得EGR泵的渦輪機葉輪的主動旋轉被避免并且所有廢氣均穿過渦輪增壓器渦輪機葉輪。關閉閥可以被逐步打開以設置用于增加超過EGR泵渦輪機葉輪的流量，從而根據與EGR泵渦輪機葉輪成對的EGR泵壓縮機葉輪來實現期望的泵送效果。
[0012]渦輪增壓器可以包括常規的廢氣門等以避免其過壓和/或使渦輪增壓器渦輪不能適應的流動轉向。
[0013]在一個實施方式中，渦輪增壓器包括葉輪的內部對，而EGR渦輪泵包括葉輪的外部對。
[0014]在本發明的實施方式中，EGR渦輪泵的壓縮機葉輪的出口以及渦輪增壓器的壓縮機葉輪的出口是連接的。在該布置中，已經通過EGR渦輪泵加壓的廢氣與來自渦輪增壓器的加壓的入口空氣在兩者的壓縮機葉輪的下游的位置處混合。
[0015]在另一實施方式中，EGR渦輪泵的壓縮機葉輪的出口以及渦輪增壓器的壓縮機葉輪的入口是連接的。在該布置中，相對較低壓的廢氣需要用于在渦輪增壓器壓縮機葉輪上游的進氣道中混合。
[0016]EGR渦輪泵的壓縮機葉輪定尺寸成在混合位置處提供足夠流量的再循環廢氣，并且可以根據需要提供合適的壓力調節器、限流器和/或止回閥。
[0017]在本發明的實施方式中，再循環廢氣可以被直接提供至渦輪增壓器壓縮機上游的進氣道而沒有來自EGR渦輪泵的附加增壓。這種布置提供了用于將廢氣混合和分布至發動機的入口側的額外的選項，并且可以補充經由EGR渦輪泵引入的廢氣。可以結合合適的分流閥和/或限流器以確保期望比例的廢氣流經相應的路徑。
[0018]在另一實施方式中，來自發動機的進氣道的清潔空氣可以被引入到EGR渦輪泵的壓縮機葉輪上游的廢氣再循環管道中。因此可以允許流量控制的合適的閥允許稀釋再循環廢氣；這對獲得發動機進氣口中的再循環廢氣的期望比例是有用的。
[0019]因此，稀釋的廢氣隨后穿過EGR渦輪泵壓縮機葉輪并且或者被引導至渦輪增壓器壓縮機上游的進氣道，或者被引導至渦輪增壓器壓縮機下游的點并且優選地在發動機進氣道的中間冷卻器的上游。
[0020]在另一實施方式中，四通閥可以設置在EGR渦輪泵壓縮機上游的廢氣再循環管道中。這種閥包括廢氣入口、來自進氣道的新鮮空氣入口、至渦輪增壓器壓縮機上游的進氣道的出口、以及至EGR渦輪泵壓縮機的出口。
[0021]在使用中，四通閥可以被關閉，以防止廢氣再循環，或可以被打開以允許下列中的一者:
[0022]a)將許可進入的未加壓廢氣引導至發動機的進氣道；
[0023]b)將許可進入的未加壓的廢氣引導至EGR渦輪泵壓縮機；
[0024]c)以期望的比例的a)和b)的組合；
[0025]d)以來自進氣道的新鮮空氣稀釋再循環廢氣充量，組合的流傳遞至EGR渦輪泵壓縮機；以及
[0026]e) a)和 d)的組合。
[0027]通過本發明的實施方式提供的各種流動路徑允許再循環廢氣在渦輪增壓器壓縮機的上游和下游的若干位置處混合。這些變化也允許相對熱的氣體和相對冷的氣體以還可以在發動機入口側上的位置處實現所期望的氣體溫度分布的比例有利地混合。
[0028]在本申請的范圍內，可以設想到在前面段落中、在權利要求中和/或在下文的描述以及附圖中所述的各個方面、各實施方式、各示例和各替代方案、并且特別是其各自的特征可以被獨立地采用或以任意組合的方式采用。例如，關于一個實施方式所描述的特征能夠應用于所有實施方式，除非這樣的特征是不相容的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]現在將參照附圖僅通過示例的方式對本發明的實施方式進行描述，在該附圖中:
[0030]圖1和圖2示意性地示出了處于“關閉”狀態和“打開”狀態的本發明的第一實施方式；
[0031]圖3和圖4示意性地示出了處于“關閉”狀態和“打開”狀態的本發明的第二實施方式；
[0032]圖5、圖6a和圖6b示意性地示出了處于“關閉”狀態和“打開”狀態的本發明的第三實施方式；
[0033]圖7和圖8示意性地示出了處于“關閉”狀態和“打開”狀態的本發明的第四實施方式；
[0034]圖9、圖1Oa和圖1Ob示意性地示出了處于“關閉”狀態和“打開”狀態的本發明的第五實施方式；以及
[0035]圖11以及圖12a至圖12e示意性地示出了處于“關閉”狀態和“打開”狀態的本發明的第六實施方式。
【具體實施方式】
[0036]在附圖中，示意性地示出了雙渦輪泵組件。成對的渦輪機葉輪11、12和壓縮機葉輪13、14安裝用于圍繞共同的軸線旋轉，內部對11、12通過管狀軸15聯接，并且外部對13、14通過在管狀軸15內延伸的軸(未圖示)聯接。
[0037]每對葉輪均獨立于另一對葉輪，并且外部對13、14是環形的以允許流動至內部對以及從內部對流動，如將從下面的描述中變得顯而易見的。
[0038]在使用中，提供流量控制閥以將流動引導至一個或另一個渦輪機葉輪，并且引導至一個或另一個壓縮機葉輪。內部葉輪對11、12包括內燃機的常規渦輪增壓器，并且外部葉輪對包括用于再循環至發動機入口側的低壓廢氣的泵(EGR渦輪泵)。
[0039]參照圖1，雙渦輪泵組件由排氣驅動渦輪機12、14構成，該排氣驅動渦輪機12、14供應有來自柴油發動機(未圖示)的排氣歧管19的廢氣。廢氣在穿過渦輪級之后穿過柴油機氧化催化器16和柴油機微粒過濾器17至排氣尾管18。與渦輪泵組件上游的廢氣壓力相比較，在尾管中，廢氣壓力可以表征為低的。
[0040]在附圖中，可能的流動路徑由虛線表示，而實際的流動路徑由實線表示。
[0041]圖1示出了與EGR渦輪泵相關聯的渦輪機14不起作用的構型，在該構型中，排氣流供應閥21關閉，并且所有廢氣流經由形成發動機渦輪增壓器的一部分的渦輪機12。廢氣流穿過渦輪機14中的中央孔口，盡管一些自由旋轉可能被故意地允許以確保其軸承的潤滑，但沒有實質的旋轉力被給予至該中央孔口。
[0042]在該布置中，渦輪增壓器的壓縮機葉輪11常規地操作成給發動機的入口歧管20充氣，并且接納通過壓縮機葉輪13的中央孔口的入口空氣，這可以由于至渦輪機14的連接而自由旋轉。
[0043]廢氣再循環道22朝向壓縮機葉輪13引導廢氣，但該道在該實施方式中通過閥23關閉。
[0044]因此，在圖1的實施方式中，EGR泵是“關閉”的。
[0045]在圖2中，EGR泵是“開啟”的，并且閥21允許流經由渦輪機14，這進而驅動壓縮機葉輪13。閥23也被打開以允許壓縮機葉輪13經由管道22抽吸EGR氣體并且將其泵送至入口歧管20以補充來自壓縮機葉輪11的加壓空氣。EGR氣體和入口空氣的混合優選地發生在位于入口歧管20的上游的常規的空氣對空氣中間冷卻器(未圖示)的上游。
[0046]該實施方式允許在廢氣的壓力過低而不足以有效地流動到入口歧管下的再循環，而不用泵送。
[0047]合適的渦輪機葉輪和壓縮機葉輪、閥、流量和其他變量的設計和規格是在技術人員的能力范圍內的，并且不需要在此進一步描述。
[0048]在再循環廢氣的溫度過高的情況下，合適的冷卻器24可以及結合到EGR管道中，例如與發動機冷卻系統相關聯的氣體/水冷卻器。
[0049]圖3和圖4中示出了替代性布置。相同的部件使用相同的附圖標記。
[0050]除加壓廢氣從壓縮機葉輪13穿過以與壓縮機葉輪11的上游的入口空氣混合之夕卜，該實施方式與圖1和圖2的實施方式相對應。圖3示出了“關閉”構型，在該“關閉”構型中，閥21和閥23是關閉的。圖4示出了 “打開”構型，在該“打開”構型中，低壓廢氣泵送至空氣入口管道。圖3和圖4的布置可以提供氣體的更好的混合，并且用于安裝在擁擠的發動機艙內的替代性構型。
[0051]在圖5和圖6a中示出的構型中，排氣側是不改變的。圖5表示“關閉”狀態，而圖6a示出了“打開”狀態，由此廢氣直接傳遞至進氣道，并且未被推進。EGR管道的第二閥25關閉至壓縮機葉輪13的流動路徑。
[0052]EGR氣體和空氣的混合物通過壓縮機葉輪11推進，以供應入口歧管20。
[0053]在圖6b的實施方式中，閥25也被打開以允許一定比例的廢氣被直接推進至壓縮機葉輪11下游的進氣道。限流器、或其他裝置可以被提供以確定用于EGR氣體流的兩種路徑的流量比例。
[0054]圖7和圖8中示出了又一布置。排氣側是不改變的。圖7表示“關閉”狀態，并且圖8表示“打開”狀態。
[0055]附加閥26被結合在進氣道中，由此空氣可以被引導以與壓縮機葉輪13上游的EGR氣體混合。此外，可以提供限流器或其他裝置以確定用于與EGR氣流混合的朝向閥23引導的空氣的比例。
[0056]盡管閥26在圖7中可以是打開的，但是將理解的是，閥26還可以被關閉以避免穿過EGR管道22回流的任何風險。當閥26和閥23打開時(圖8)，EGR氣流與新鮮空氣以期望的比例混合。
[0057]圖9、圖1Oa和圖1Ob示出了與圖7和圖8密切對應的具有閥23、27的另一實施方式，除用于被引導至壓縮機葉輪的上游的進氣口的被推進的EGR氣體的流動路徑之外。排氣側是不改變的。
[0058]因此，在圖9的“關閉”構型中，閥23和閥27是關閉的，并且EGR流被防止。
[0059]在圖1Oa的“打開”構型中，閥23被打開以允許廢氣通過壓縮機葉輪13被推進并且允許進入進氣道(該實施方式也與圖4對應)。
[0060]在圖1Ob的“打開”構型中，閥27也被打開以允許進入壓縮機葉輪13的廢氣的稀釋。
[0061]圖11以及圖12a至圖12e中示出了另一實施方式。圖11表示“關閉”構型，而圖12a至圖12e示出了各種“打開”構型。在這些實施方式中，4通閥28設置在EGR管道中。
[0062]在第一“打開”情況下(圖12a)，廢氣被引導至壓縮機葉輪11上游的入口管道(也與圖6a對應)并且未被推進。
[0063]在圖12b中，廢氣經由壓縮機葉輪13推進(也與圖2對應)。
[0064]在圖12c中，廢氣被推進并且被直接供應至進氣道(也與圖6b對應)。
[0065]在圖12d中，閥28引導入口空氣以與壓縮機葉輪13上游的廢氣混合(也與圖8對應)。
[0066]在圖12e中，入口空氣和廢氣是混合的，并且按比例供應至壓縮機葉輪13上游的進氣道以及供應至壓縮機葉輪11。
[0067]由本文中所述的構型允許的不同流動路徑既可以適應擁擠的發動機艙中的安裝，并且也允許廢氣和新鮮空氣以合適的比例混合，以獲得對入口歧管的所期望的充量。特別地，除廢氣和空氣的所期望的比例之外，獲得入口充量的所期望的溫度是可能的。
【權利要求】
1.一種用于內燃機的泵組件，所述泵組件包括能夠圍繞共同的軸線旋轉的成對的渦輪機葉輪和成對的壓縮機葉輪，所述葉輪的內部對通過能夠相對于心軸旋轉的管狀軸連接，所述心軸穿過所述軸并且連接所述葉輪的外部對，所述葉輪的一對葉輪包括用于所述發動機的入口的渦輪增壓器，并且所述葉輪的另一對葉輪包括用于再循環至所述入口的廢氣的栗。
2.根據權利要求1所述的組件，其中，所述葉輪的外部對是環形的并且限定用于至所述葉輪的內部對的氣流的直通通道。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的組件，并且具有兩對渦輪機葉輪和壓縮機葉輪。
4.根據權利要求3所述的組件，其中，所述渦輪增壓器包括所述葉輪的內部對。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的組件，其中，所述心軸以軸頸方式位于所述管狀軸中。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的組件，并且包括能夠操作成控制廢氣流過所述泵的所述渦輪機的閥。
7.一種包括根據權利要求1至6中的任一項所述的泵以及其中具有關閉閥的廢氣返回管道的EGR系統。
8.根據權利要求7所述的EGR系統，其中，所述管道結合有降低流過所述管道的氣體的溫度的冷卻器。
9.根據權利要求8或權利要求9所述的EGR系統，其中，所述閥能夠操作成將廢氣引導至所述泵的所述壓縮機葉輪，所述泵的出口連接至所述渦輪增壓器的所述壓縮機葉輪下游的發動機的進氣道。
10.根據權利要求8或權利要求9所述的EGR系統，其中，所述閥能夠操作成將廢氣引導至所述泵的所述壓縮機葉輪，所述泵的所述出口連接至所述渦輪增壓器的所述壓縮機葉輪上游的發動機的進氣道。
11.根據權利要求9或權利要求10所述的EGR系統，其中，所述閥能夠操作成將能夠選擇的比例的廢氣流引導至所述渦輪增壓器的所述壓縮機葉輪上游的所述進氣道。
12.根據權利要求9至11中的任一項所述的EGR系統，其中，所述閥能夠操作成允許來自所述發動機的所述進氣道的空氣來補充引導至所述泵的所述壓縮機葉輪的廢氣。
13.根據權利要求7至12中的任一項所述的EGR系統，其中，所述關閉閥包括能夠操作成以組合的方式獲得所期望的流動路徑的多個閥元件。
14.根據權利要求7至12中的任一項所述的EGR系統，其中，所述關閉閥包括多路徑閥，所述多路徑閥具有能夠切換的閥元件以獲得所期望的流動路徑。
15.根據權利要求7至14中的任一項所述的EGR系統，并且包括殼體，所述殼體具有單個進氣口、單個排氣口、用于進氣歧管的單個連接件以及用于排氣歧管的單個連接件。
16.一種具有根據前述權利要求中的任一項所述的組件或系統的發動機或車輛。
【文檔編號】F02C3/34GK104169559SQ201380014041
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月8日 優先權日:2012年3月12日
【發明者】菲利普·紐曼 申請人:捷豹路虎有限公司