冷卻式兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻式兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)往往被要求在可靠的基礎(chǔ)上長(zhǎng)期產(chǎn)生可觀(guān)水平的動(dòng)力。很多這樣的ICE使用增壓裝置，譬如排氣渦輪驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器，以在空氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣集管之前壓縮空氣流，以便于增加動(dòng)力和效率。
[0003]特別地，渦輪增壓器是離心氣體壓縮器，相比于利用大氣壓可實(shí)現(xiàn)的空氣量而言，其迫使更多的空氣、且由此更多的氧氣進(jìn)入到ICE的燃燒室中。被迫入ICE的附加質(zhì)量的含氧空氣提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，允許它在給定循環(huán)內(nèi)燃燒更多的燃料，且由此產(chǎn)生更大的動(dòng)力。
[0004]在增加總發(fā)動(dòng)機(jī)效率和響應(yīng)的努力中，一些ICE使用兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)，其包括由較低排氣流驅(qū)動(dòng)的較小的渦輪增壓器和由較高的排氣流驅(qū)動(dòng)的較大的渦輪增壓器。在這樣的系統(tǒng)中的兩個(gè)渦輪增壓器之間的過(guò)渡通常基于特定發(fā)動(dòng)機(jī)配置和操作要求來(lái)控制。
[0005]在較高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載下，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的溫度通常會(huì)升高。結(jié)果，渦輪增壓器頻繁經(jīng)受實(shí)質(zhì)熱應(yīng)力，其可能需要使用結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和高溫材料來(lái)確?？煽康臏u輪增壓器操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括缸體。缸體限定汽缸和安裝到缸體的缸蓋。缸蓋配置為供應(yīng)空氣和燃料到汽缸，用于在其中燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括排氣集管，其操作地連接到缸蓋且配置為從汽缸排出燃燒后氣體。發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)被配置為對(duì)用于輸送到汽缸的空氣流進(jìn)行加壓。
[0007]該渦輪增壓系統(tǒng)包括具有第一渦輪殼體的低流量渦輪增壓器，和具有第二渦輪殼體的高流量渦輪增壓器。低流量和高流量渦輪增壓器的每個(gè)被配置為由來(lái)自排氣集管的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)，以加壓空氣流，并將加壓的空氣流排放到汽缸。該渦輪增壓系統(tǒng)還包括流動(dòng)控制裝置，用于選擇性地引導(dǎo)燃燒后氣體到低流量和高流量渦輪增壓器。渦輪增壓系統(tǒng)附加地包括冷卻模塊，配置為冷卻第二渦輪殼體。
[0008]發(fā)動(dòng)機(jī)可限定冷卻劑通道，且冷卻模塊可限定冷卻劑套，其與冷卻劑通道流體連通。
[0009]排氣集管可包括與渦輪增壓系統(tǒng)流體連通的單個(gè)出口。此外，第一渦輪殼體和第二渦輪殼體每個(gè)可包括入口和出口，排氣集管的單個(gè)出口可與第一渦輪殼體的入口流體連通，且第一渦輪殼體的出口可與第二渦輪殼體的入口流體連通。渦輪增壓系統(tǒng)可附加地包括旁路，該旁路由流動(dòng)控制裝置控制，且被配置為選擇性地引導(dǎo)燃燒后氣體到第一渦輪殼體的入口和第二渦輪殼體的入口。在這樣的情況下，冷卻模塊可配置為冷卻旁路。
[0010]第一渦輪殼體和第二渦輪殼體可以結(jié)合為單個(gè)渦輪殼體組件。在這樣的情況下，流動(dòng)控制裝置可并入到渦輪殼體組件中，且冷卻模塊可被配置為冷卻第一渦輪殼體的入口、第二渦輪殼體的入口和流動(dòng)控制裝置。
[0011]冷卻模塊可包括排氣流通道。冷卻劑套可以配置為冷卻排氣流通道。冷卻模塊可以為鑄造部件，且冷卻劑套則可以鑄入到冷卻模塊中。
[0012]冷卻模塊可并入到第二渦輪殼體的入口中。
[0013]冷卻模塊可包括冷卻劑入口和冷卻劑出口。冷卻劑入口和冷卻劑出口每個(gè)可與發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻劑通道流體連通。
[0014]排氣集管可包括第一出口和第二出口。排氣集管的第一出口和第二出口的每個(gè)可被配置為從汽缸排放燃燒后氣體。低流量渦輪增壓器可以配置為由來(lái)自第一出口的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)，而高流量渦輪增壓器可以配置為由來(lái)自第二出口的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)。流動(dòng)控制裝置可以被直接附接到第二出口且與其流體連通。此外，冷卻模塊可以使得冷卻劑繞流動(dòng)控制裝置流通。
[0015]冷卻模塊還可以被并入到流動(dòng)控制裝置中。
[0016]發(fā)動(dòng)機(jī)還可以包括可編程控制器，以調(diào)節(jié)流動(dòng)控制裝置的操作。在這種情況下，控制器可以被編程為關(guān)閉流動(dòng)控制裝置以引導(dǎo)燃燒后氣體到低流量渦輪增壓器，和打開(kāi)流動(dòng)控制裝置以引導(dǎo)燃燒后氣體到高流量渦輪增壓器?？刂破骺梢跃幊虨樵谌紵髿怏w低于預(yù)定流量的情況下關(guān)閉流動(dòng)控制裝置，且在處于或高于預(yù)定流量的情況下打開(kāi)流動(dòng)控制裝置。此外，控制器可以編程為經(jīng)由流體閥調(diào)節(jié)冷卻模塊的操作。
[0017]排氣集管可以集成到缸蓋中。此外，缸蓋可以集成到缸體中，或與缸體一起鑄造。
[0018]本公開(kāi)的另一實(shí)施例涉及使用如上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛。
[0019]車(chē)輛可以包括:
[0020]被驅(qū)動(dòng)輪；以及
[0021]動(dòng)力傳動(dòng)系，包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器組件，變速器組件操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)且配置為將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳遞到被驅(qū)動(dòng)輪，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括:
[0022]缸體，限定汽缸；
[0023]缸蓋，安裝到缸體，且配置為供應(yīng)空氣和燃料到汽缸以用于在其中燃燒；
[0024]排氣集管，操作地連接到缸蓋且配置為從汽缸排出燃燒后氣體；以及
[0025]渦輪增壓系統(tǒng)，配置為對(duì)從大氣接收的用于輸送到汽缸的空氣流進(jìn)行加壓，該渦輪增壓系統(tǒng)包括:
[0026]低流量渦輪增壓器，具有第一渦輪殼體且配置為由來(lái)自排氣集管的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)，以加壓空氣流，并將加壓的空氣流排放到汽缸；
[0027]高流量渦輪增壓器，具有第二渦輪殼體且配置為由來(lái)自排氣集管的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)，以加壓空氣流，并將加壓的空氣流排放到汽缸；
[0028]流動(dòng)控制裝置，配置為選擇性地引導(dǎo)燃燒后氣體到低流量渦輪增壓器和高流量渦輪增壓器；以及
[0029]冷卻模塊，配置為冷卻第二渦輪殼體。
[0030]優(yōu)選地，發(fā)動(dòng)機(jī)限定冷卻劑通道，且冷卻模塊限定冷卻劑套，所述冷卻劑套與冷卻劑通道流體連通。
[0031]優(yōu)選地，冷卻模塊包括排氣流通道，且冷卻劑套被配置為冷卻所述排氣流通道。
[0032]其中冷卻模塊包括冷卻劑入口和冷卻劑出口，其中冷卻劑入口和冷卻劑出口的每個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻劑通道流體連通。
[0033]優(yōu)選地，排氣集管包括與渦輪增壓系統(tǒng)流體連通的單個(gè)出口 ；
[0034]第一渦輪殼體和第二渦輪殼體的每個(gè)包括入口和出口，排氣集管的單個(gè)出口與第一渦輪殼體的入口流體連通，且第一渦輪殼體的出口與第二渦輪殼體的入口流體連通；
[0035]渦輪增壓系統(tǒng)包括旁路，所述旁路由流動(dòng)控制裝置控制，且被配置為選擇性地引導(dǎo)燃燒后氣體到第一渦輪殼體的入口和第二渦輪殼體的入口 ；以及
[0036]冷卻模塊被配置冷卻所述旁路。
[0037]優(yōu)選地，第一渦輪殼體和第二渦輪殼體被結(jié)合為單個(gè)渦輪殼體組件，流動(dòng)控制裝置被并入到渦輪殼體組件中，且冷卻模塊被配置為冷卻第一渦輪殼體的入口、第二渦輪殼體的入口、和流動(dòng)控制裝置。
[0038]優(yōu)選地，排氣集管包括第一出口和第二出口；
[0039]第一出口和第二出口的每個(gè)被配置為從汽缸排放燃燒后氣體；
[0040]低流量渦輪增壓器被配置為由來(lái)自第一出口的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)；
[0041]高流量渦輪增壓器被配置為由來(lái)自第二出口的燃燒后氣體驅(qū)動(dòng)；
[0042]流動(dòng)控制裝置被直接附接到第二出口且與該第二出口流體連通；以及
[0043]冷卻模塊使得冷卻劑繞流動(dòng)控制裝置流通。
[0044]優(yōu)選地，冷