具有渦輪增壓器冷卻模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利摘要】一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括限定了氣缸的氣缸體、氣缸蓋以及操作地連接至氣缸蓋的排氣歧管，并且所述排氣歧管被構(gòu)造成從氣缸排出燃燒后的氣體。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括具有渦輪機(jī)殼體的渦輪增壓器，并且所述渦輪增壓器被構(gòu)造成由來自排氣歧管的燃燒后的氣體驅(qū)動(dòng)，以使得從周圍環(huán)境接收的空氣流加壓，并且將加壓的空氣流排放至氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)另外地包括布置在渦輪機(jī)殼體和缸體蓋之間的冷卻模塊，并且所述冷卻模塊限定了被構(gòu)造成冷卻渦輪機(jī)殼體的第三冷卻劑套。本發(fā)明還公開了使用這種發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛。
【專利說明】
具有渦輪増壓器冷卻模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及具有用于渦輪增壓器的冷卻模塊的渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICS)通常被要求在可靠的基礎(chǔ)上長時(shí)間產(chǎn)生相當(dāng)高水平的功率。許多這類ICE組件使用增壓裝置(例如排氣渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器)在空氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管之前對其進(jìn)行壓縮，以便提高功率和效率。
[0003]具體地，渦輪增壓器是一種離心式氣體壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)推動(dòng)更多的空氣(因此，有更多的氧氣)進(jìn)入ICE的燃燒室，此時(shí)的空氣進(jìn)入量大于不使用壓縮機(jī)時(shí)在周圍環(huán)境大氣壓下可達(dá)到的空氣進(jìn)入量。被推動(dòng)進(jìn)入ICE的額外質(zhì)量的含有氧氣的空氣提高了 ICE單位體積的效率，從而允許ICE在一個(gè)給定周期中燃燒更多的燃料，并且借此產(chǎn)生更高的功率。
[0004]在高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度通常升高。結(jié)果是，發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器組件會(huì)經(jīng)受大量的熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力會(huì)需要實(shí)施結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和使用高溫材料以保證渦輪增壓器組件的可靠運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一種實(shí)施例針對包括氣缸體的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸體限定了氣缸和安裝至氣缸體的氣缸蓋。氣缸蓋被構(gòu)造成向氣缸提供用于在其中燃燒的空氣和燃料。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括排氣歧管，該排氣歧管有效連接至氣缸蓋，并且被構(gòu)造成從氣缸排出燃燒后的氣體。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有渦輪機(jī)殼體，并且被構(gòu)造成由來自排氣歧管的燃燒后的氣體驅(qū)動(dòng)，以使得從周圍環(huán)境中接收的空氣流加壓，并且將加壓的空氣流排放至氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)另外地包括冷卻模塊，該模塊布置在渦輪機(jī)殼體和氣缸蓋之間，并且限定了被構(gòu)造成冷卻渦輪機(jī)殼體的第三冷卻劑套。
[0006]排氣歧管可以整合至氣缸蓋中。
[0007]渦輪增壓器可以包括渦輪機(jī)殼體的入口，并且第三冷卻劑套可以整合至渦輪機(jī)殼體的入口中。
[0008]冷卻模塊可以包括用于將渦輪增壓器安裝至排氣歧管的連接器，其中連接器可以限定連接排氣歧管和渦輪機(jī)殼體的排氣流通路。
[0009]第三冷卻劑套可以被構(gòu)造成冷卻排氣流通路。
[0010]第三冷卻劑套可以處于與第二冷卻劑并行的流體路徑。
[0011 ] 冷卻模塊可以包括冷卻劑入口和冷卻劑出口。冷卻劑入口和冷卻劑出口的每一個(gè)可以與第一冷卻劑套流體連通。
[0012]發(fā)動(dòng)機(jī)還可以包括流體控制閥門，該閥門被構(gòu)造成有選擇地導(dǎo)通或阻止通過第三冷卻劑套的冷卻劑流動(dòng)。
[0013]發(fā)動(dòng)機(jī)可以另外地包括溫度傳感器，該傳感器被構(gòu)造成檢測第三冷卻劑套中的冷卻劑的溫度。
[0014]發(fā)動(dòng)機(jī)還可以包括與流體控制閥門和溫度傳感器電子通信的電子控制器。所述控制器可以被構(gòu)造成響應(yīng)由溫度傳感器檢測到的溫度而調(diào)控流體控制閥門的運(yùn)行。
[0015]本發(fā)明的另一種實(shí)施例針對使用了上述具有冷卻模塊的渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛。
[0016]本發(fā)明提供一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括:氣缸體，其限定了氣缸和第一冷卻劑套;氣缸蓋，其安裝至氣缸體，并且被構(gòu)造成向氣缸提供用于在其中燃燒的空氣和燃料，并且限定了第二冷卻劑套;排氣歧管，其操作地連接至氣缸蓋，并且被構(gòu)造成從氣缸排出燃燒后的氣體;渦輪增壓器，其具有渦輪機(jī)殼體，并且被構(gòu)造成由來自排氣歧管的燃燒后的氣體驅(qū)動(dòng)，以使得從周圍環(huán)境接收的空氣流加壓，并且將加壓的空氣流排放至氣缸；以及冷卻模塊，其被布置在渦輪機(jī)殼體和氣缸蓋之間，并且限定了被構(gòu)造成讓渦輪機(jī)殼體冷卻的第三冷卻劑套。
[0017]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣歧管被整合至氣缸蓋中。
[0018]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪增壓器包括渦輪機(jī)殼體的入口，并且第三冷卻劑套整合至渦輪機(jī)殼體的入口中。
[0019]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，冷卻模塊包括用于將渦輪增壓器安裝至排氣歧管的接合器，并且其中所述接合器限定了連接排氣歧管和渦輪機(jī)殼體的排氣流通路。
[0020]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，第三冷卻劑套被構(gòu)造成冷卻排氣流通路。
[0021 ]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，第三冷卻劑套處于與第二冷卻劑套并行的流體路徑。
[0022]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中，冷卻模塊包括冷卻劑入口和冷卻劑出口，并且其中冷卻劑入口和冷卻劑出口的每一個(gè)與第一冷卻劑套流體連通。
[0023]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包含流體控制閥門，該閥門被構(gòu)造成有選擇地導(dǎo)通和阻止通過第三冷卻劑套的冷卻劑流動(dòng)。
[0024]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包含溫度傳感器，該傳感器被構(gòu)造成檢測第三冷卻劑套中的冷卻劑的溫度。
[0025]所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包含電子控制器，該控制器與流體控制閥門和溫度傳感器的每一個(gè)以電子通信，并且被構(gòu)造成響應(yīng)于溫度傳感器檢測到的溫度而調(diào)控流體控制閥門的運(yùn)行。
[0026]本發(fā)明提供一種車輛，其包含:從動(dòng)輪；以及動(dòng)力系統(tǒng)，其包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和有效連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)組件，該傳動(dòng)組件被構(gòu)造成將發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩傳輸至從動(dòng)輪，發(fā)動(dòng)機(jī)包括:氣缸體，其限定了氣缸和第一冷卻劑套;氣缸蓋，其安裝至氣缸體，并且被構(gòu)造成向氣缸提供用于在其中燃燒的空氣和燃料，并且限定了第二冷卻劑套;排氣歧管，其操作地連接至氣缸蓋，并且被構(gòu)造成從氣缸排出燃燒后的氣體；以及渦輪增壓器，其具有渦輪機(jī)殼體，并且被構(gòu)造成由來自排氣歧管的燃燒后的氣體驅(qū)動(dòng)，以使得從周圍環(huán)境接收的空氣流加壓，并且將加壓的空氣流排放至氣缸；以及冷卻模塊，其被布置在渦輪機(jī)殼體和氣缸蓋之間，并且限定了被構(gòu)造成冷卻渦輪機(jī)殼體的第三冷卻劑套。
[0027]所述的車輛中，排氣歧管整合至氣缸蓋中。
[0028]所述的車輛中，渦輪增壓器包括渦輪機(jī)殼體的入口，并且第三冷卻劑套整合至渦輪機(jī)殼體的入口中。
[0029]所述的車輛中，冷卻模塊包括將渦輪增壓器安裝至排氣歧管的接合器，并且其中接合器限定了連接排氣歧管和渦輪機(jī)殼體的排氣流通路。
[0030]所述的車輛中，第三冷卻劑套被構(gòu)造成冷卻排氣流通路。
[0031]所述的車輛中，第三冷卻劑套處于與第二冷卻劑套并行的流體路徑。
[0032]所述的車輛中，冷卻模塊包括冷卻劑入口和冷卻劑出口，并且其中冷卻劑入口和冷卻劑出口的每一個(gè)與第二冷卻劑套流體連通。
[0033]所述的車輛進(jìn)一步包含流體控制閥門，該閥門被構(gòu)造成有選擇地導(dǎo)通和阻止通過第三冷卻劑套的冷卻劑流動(dòng)。
[0034]所述的車輛進(jìn)一步包含溫度傳感器，該傳感器被構(gòu)造成檢測第三冷卻劑套中的冷卻劑的溫度。
[0035]所述的車輛進(jìn)一步包含電子控制器，該控制器與流體控制閥門和溫度傳感器的每一個(gè)電子通信，并且被構(gòu)造成響應(yīng)溫度傳感器檢測到的溫度而調(diào)控流體控制閥門的運(yùn)行。
[0036]通過下文對實(shí)行本發(fā)明的實(shí)施例和最佳實(shí)施模式的詳細(xì)說明，并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書，容易理解上述特征和優(yōu)勢以及本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0037]圖1是根據(jù)本發(fā)明的車輛的示意圖，所述車輛包括了具有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)，所處渦輪增壓器使用了冷卻模塊。
[0038]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的圖1所示的具有渦輪增壓器和冷卻模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性局部橫截面俯視圖。
[0039]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的圖1所示的具有渦輪增壓器和冷卻模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性局部橫截面俯視圖。
[0040]圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一種實(shí)施例的圖1所示的具有渦輪增壓器和冷卻模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性局部橫截面俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]參考附圖，其中同樣的附圖標(biāo)記在各圖中對應(yīng)同樣或相似的部件，圖1顯示車輛1，該車輛使用用于通過被驅(qū)動(dòng)車輪14推動(dòng)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)12。如圖所示，動(dòng)力系統(tǒng)12包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)16(例如火花點(diǎn)火式或壓縮點(diǎn)火式)，以及操作地連接至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)組件18。動(dòng)力系統(tǒng)12還可以包括一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，雖然它們均未示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其存在。
[0042]如圖2-4所示，發(fā)動(dòng)機(jī)16包括在其中布置有多個(gè)氣缸22的氣缸體20，以及安裝至氣缸體的氣缸蓋24。如圖2-4所示，氣缸體20限定了第一冷卻劑套21，該套被構(gòu)造成使專門調(diào)配的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通過其循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通常通過電動(dòng)的或機(jī)械的流體栗機(jī)23貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)而循環(huán)。氣缸蓋24接收用于隨后在氣缸22內(nèi)部燃燒的空氣和燃料。另外，氣缸蓋24限定了第二冷卻劑套26，該套被構(gòu)造成使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通過其循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通常經(jīng)過熱交換器27(例如空氣-冷卻劑散熱器)，用于去除從發(fā)動(dòng)機(jī)16帶出的熱能。在經(jīng)過熱交換器27之后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑可以通過流體栗機(jī)23返回至第二冷卻劑套26。
[0043]每個(gè)氣缸22包括活塞，雖然并未具體地示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員理解活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。燃燒室28在氣缸22中形成，且在氣缸蓋24的底部表面和活塞的頂部之間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，燃燒室28的每一個(gè)從氣缸蓋24接收燃料和空氣，所述燃料和空氣形成用于隨后在燃燒室主體內(nèi)部燃燒的燃料-空氣混合物。盡管圖示為直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但是不排除本發(fā)明適用于具有不同氣缸數(shù)量和/或不同氣缸布置方式的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0044]發(fā)動(dòng)機(jī)16還包括被構(gòu)造成在氣缸體20內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的曲軸(未示出)ο如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，合適比例的燃料-空氣混合物在燃燒室28中燃燒，導(dǎo)致曲軸由活塞帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在空氣-燃料混合物在具體的燃燒室28內(nèi)部燃燒之后，具體的活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)用來將燃燒后的氣體32從各自的氣缸22排出。如圖2-4所示，氣缸24還被構(gòu)造成將燃燒后的氣體32通過排氣歧管34從燃燒室28中排出。如下文所述，第二冷卻劑套26可以具體地被構(gòu)造成從整合的排氣歧管34去除熱能。
[0045]如圖2所示，排氣歧管34可以內(nèi)部鑄造(即整合)至氣缸蓋24中，或者，如圖1、3和4所示，排氣歧管可以被構(gòu)造成分離的、可附接的部件，用于從氣缸22排除燃燒后的氣體32。如圖2-4的每一個(gè)所示，從不同氣缸22延伸出的排氣流道(exhaust runners)可以在排氣歧管34中匯集進(jìn)入出口 35。雖然未示出，但是從不同氣缸22延伸出的排氣流道可以在排氣歧管34中分組以匯集進(jìn)入兩個(gè)分離的出口。
[0046]發(fā)動(dòng)機(jī)16還包括渦輪增壓器系統(tǒng)36，該系統(tǒng)被構(gòu)造成產(chǎn)生增壓，即將從周圍環(huán)境接收的空氣流38加壓，以用于遞送至氣缸22。渦輪增壓器系統(tǒng)36被構(gòu)造為用于發(fā)動(dòng)機(jī)16的強(qiáng)制進(jìn)氣裝置(forced induct1n arrangement)。雖然未示出，但是禍輪增壓器系統(tǒng)36還可以被構(gòu)造為具有與所述渦輪增壓器40相似的兩個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器的兩級式(例如順序式的或階段式的)系統(tǒng)。這種兩級式渦輪增壓器系統(tǒng)的單個(gè)渦輪增壓器可以由燃燒后的氣體32驅(qū)動(dòng)，所述燃燒后的氣體來自如上文所述的單個(gè)排氣歧管出口 35或兩個(gè)分離的排氣歧管出口。
[0047]如圖2-4所示，渦輪增壓器40包括旋轉(zhuǎn)組件40-1。旋轉(zhuǎn)組件40-1包括安裝至轉(zhuǎn)軸40-3的渦輪機(jī)葉輪40-2。渦輪機(jī)葉輪40-2被構(gòu)造成借助從氣缸22射出的燃燒后的氣體32而與轉(zhuǎn)軸40-3—起旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)葉輪40-2通常由耐高溫和抗氧化的材料(例如鎳鉻基“英科耐爾(inconel)”超合金)構(gòu)建，以可靠地耐受燃燒后的氣體32的溫度。渦輪機(jī)葉輪40-2設(shè)置在渦輪機(jī)殼體40-4內(nèi)部，該渦輪機(jī)殼體通常由鑄鐵或鋼構(gòu)建。渦輪機(jī)殼體40-4包括被合適構(gòu)造(即設(shè)計(jì)和確定尺寸)的相應(yīng)蝸道(volutes)或渦管(scroll)。渦輪機(jī)殼體40-4的渦輪機(jī)渦管接收燃燒后的氣體32，并且將所述氣體引導(dǎo)至渦輪機(jī)葉輪40-2。
[0048]渦輪機(jī)殼體40-4的渦輪機(jī)渦管被構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器40的特定性能特性(例如效率和響應(yīng)性)。在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下，進(jìn)入渦輪機(jī)殼體40-4的燃燒后的氣體的溫度通常低于1560華氏度。另一方面，在較高的轉(zhuǎn)速和負(fù)載的情況下，進(jìn)入禍輪機(jī)殼體40-4的燃燒后的氣體32的溫度可以達(dá)到甚至超過2000華氏度。渦輪機(jī)殼體40-4包括入口 40-5和相應(yīng)出口40-6。渦輪機(jī)殼體40-4還可以包括整合的排氣門閥(未示出)，以便更加精確地控制渦輪增壓器40產(chǎn)生的增壓。
[0049]旋轉(zhuǎn)組件40-1還包括安裝至轉(zhuǎn)軸40-3的壓縮機(jī)葉輪40-7。壓縮機(jī)葉輪40-7被構(gòu)造成使得從周圍環(huán)境接收的空氣流38加壓，用于最終遞送至氣缸22。壓縮機(jī)葉輪40-7設(shè)置在相應(yīng)壓縮機(jī)覆蓋體40-8內(nèi)部。壓縮機(jī)覆蓋體40-8通常由招構(gòu)建，并且包括相應(yīng)壓縮機(jī)蝸道或渦管。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，在發(fā)動(dòng)機(jī)16的整個(gè)工作范圍中，燃燒后的氣體32變化的流動(dòng)和壓力影響壓縮機(jī)葉輪40-7可以產(chǎn)生的增壓量。壓縮機(jī)葉輪40-7通常由高強(qiáng)度鋁合金構(gòu)建，所述鋁合金為壓縮機(jī)葉輪提供降低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和更快速的旋轉(zhuǎn)響應(yīng)。
[0050]發(fā)動(dòng)機(jī)16還包括進(jìn)氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括空氣導(dǎo)管和在渦輪增壓器上游的空氣過濾器，所述進(jìn)氣系統(tǒng)被構(gòu)造成將空氣流38從周圍環(huán)境中導(dǎo)通至渦輪增壓器。盡管進(jìn)氣系統(tǒng)未示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解其存在。渦輪增壓器40還可以流體地連接至進(jìn)氣歧管(未示出)，該進(jìn)氣歧管被構(gòu)造成將加壓的空氣流38分配至氣缸22的每一個(gè)，用于與適量的燃料相混合，并且用于所產(chǎn)生的空氣-燃料混合物隨后的燃燒。
[0051 ]發(fā)動(dòng)機(jī)16另外包括冷卻模塊42。冷卻模塊42操作地連接至渦輪機(jī)殼體40-4，以便使冷卻劑鄰近地循環(huán)至渦輪機(jī)殼體。具體地，冷卻劑模塊42布置在渦輪機(jī)殼體40-4和氣缸蓋24之間，并且限定了被構(gòu)造成冷卻渦輪機(jī)殼體的第三冷卻劑套44。在熱能滲透至渦輪機(jī)殼體40-4之前，冷卻模塊42將這些熱能從燃燒后的氣體32去除，以便降低渦輪增壓器40的運(yùn)行溫度。在多種益處中，渦輪增壓器40運(yùn)行溫度的降低可以允許渦輪機(jī)殼體40-4的耐久性的提升，并且允許渦輪機(jī)殼體材料的質(zhì)量和等級的降低，和/或允許精密設(shè)備的使用，例如可變幾何結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣機(jī)構(gòu)(variable geometry inlet mechanism)(雖然未示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解)。第三冷卻劑套44可以與氣缸體20的第一冷卻劑套21以及氣缸蓋24的第二冷卻劑套26流體連通。
[0052]如圖所示，冷卻劑模塊42可以包括用于將渦輪增壓器40安裝至排氣歧管34的接合器(adaptor)43。接合器43可以附接在渦輪增壓器40和排氣歧管34之間，分別通過合適的緊固件(例如螺栓，未示出)附接至排氣歧管出口 35和渦輪機(jī)殼體入口 40-5 ο接合器43可以是鑄造部件，并且第三冷卻劑套44可以隨后鑄造至接合器中。如圖所示，接合器43限定了排氣流通路48，該通路連接排氣歧管和渦輪機(jī)殼體40-4。在這種情況下，第三冷卻劑套44通?？梢試@(即臨近并且至少部分地環(huán)繞)排氣流通路48，以便冷卻通過其中流動(dòng)的燃燒后的氣體32 ο
[0053]在圖1、3和4所示的冷卻模塊42的替代性實(shí)施例中，冷卻模塊可以將第三冷卻劑套44的至少一部分并入(例如鑄造)到分離的可附接(S卩非整合的)排氣歧管的結(jié)構(gòu)中，以便在熱能進(jìn)入渦輪機(jī)殼體40-4之前，將熱能從燃燒后的氣體32中去除。在圖4具體所示的冷卻模塊42的又一實(shí)施例中，冷卻模塊可以將至少第三冷卻劑套44的部分并入(例如鑄造)渦輪機(jī)殼體40-4的入口 40-5，以便在渦輪機(jī)殼體的入口從燃燒后的氣體32中去除熱能。在所有所示實(shí)施例中，第三冷卻劑套44的所有單獨(dú)部分應(yīng)流體地互相連接，從而發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑可以通過第三冷卻劑套的所有相應(yīng)部分而循環(huán)。因此，渦輪機(jī)殼體40-4的運(yùn)行溫度可以借助發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑經(jīng)第三冷卻劑套的循環(huán)而降低，所述套整合至排氣歧管34中和/或整合至渦輪機(jī)殼體的入口 40-5。
[0054]如圖2-4所示，冷卻模塊42還包括冷卻劑入口 50和冷卻劑出口 52。冷卻劑入口 50和冷卻劑出口 52的每一個(gè)可以與氣缸蓋24的第二冷卻劑套26流體連通。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑可以通過冷卻模塊42循環(huán)，經(jīng)過第二冷卻劑套26達(dá)到冷卻劑入口 50，并且經(jīng)過冷卻劑出口52返回至第二冷卻劑套26。在渦輪增壓器系統(tǒng)36運(yùn)行過程中，這種冷卻劑的循環(huán)過程可以連續(xù)地將熱能從燃燒后的氣體32去除，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)殼體40-4的運(yùn)行溫度。第三冷卻劑套44布置在與第一冷卻劑套21串聯(lián)的流體路徑。另外，第三冷卻劑套44與第二冷卻劑套26流體地并行布置(即處于與第二冷卻劑套并行的流體路徑)。因此，第二冷卻劑套26可以從第一冷卻劑套21接收一部分發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑，同時(shí)，第三冷卻劑套44可以從第一冷卻劑套接收另一部分發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。
[0055]車輛10還可以包括可編程控制器54，該控制器被構(gòu)造成調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)16的運(yùn)行，例如通過控制用于與經(jīng)增壓空氣流38混合并且隨后燃燒的噴射進(jìn)入氣缸22的燃料量?？刂破?4還被構(gòu)造成調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑在第一和第二套21、26之間的循環(huán)。另外，控制器54可以調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通過冷卻模塊42的第三冷卻劑套44的循環(huán)，所述調(diào)控過程響應(yīng)于渦輪增壓器40的工作循環(huán)，并且取決于運(yùn)行參數(shù)(例如發(fā)動(dòng)機(jī)16的負(fù)載、溫度和轉(zhuǎn)速)。這種對冷卻劑循環(huán)的調(diào)控可以通過流體控制閥門56(如圖2-4所示)實(shí)現(xiàn)，該閥門被構(gòu)造成有選擇地導(dǎo)通和阻止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通過第三冷卻劑套44的流動(dòng)。下文將更為詳細(xì)地描述流體控制閥門56 ο
[0056]通常，控制器54可以是用于發(fā)動(dòng)機(jī)16的專用控制器，用于動(dòng)力系統(tǒng)12的控制器，或者用于整個(gè)車輛10的中央處理單元?？刂破?4包括存儲(chǔ)器，至少一些該存儲(chǔ)器是有形且非瞬時(shí)的。存儲(chǔ)器可以是任何可記錄的介質(zhì)，該介質(zhì)參與提供計(jì)算機(jī)可讀取的數(shù)據(jù)或過程指令。這一介質(zhì)可以采用多種形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)和易失性介質(zhì)。非易失性介質(zhì)可以包括，例如，光盤或磁盤以及其他永久性存儲(chǔ)器。易失性介質(zhì)可以包括，例如，可組成主存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)。這類指令可以由一個(gè)或多個(gè)傳輸介質(zhì)傳輸(包括同軸電纜、銅線和光纖)，所述傳輸介質(zhì)包括包含有聯(lián)接至計(jì)算機(jī)處理器的系統(tǒng)總線的線路?？刂破?4的存儲(chǔ)器還可以包括軟磁盤(floppy disks)、軟盤(flexible disks)、硬盤、磁帶、任何其他的磁性介質(zhì)、CD-R0M、DVD、任何其他的光學(xué)介質(zhì)等等?？刂破?4可以被構(gòu)造成或配置有其他需要的計(jì)算機(jī)硬件，例如高速時(shí)鐘、必要地模-數(shù)(A/D)和/或數(shù)-模(D/A)電路，任何必需的輸入/輸出電路和設(shè)備(1/0)，以及合適的信號調(diào)節(jié)和/或緩存電路?？刂破?4所需要的或可獲取的任何算法可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且自動(dòng)地執(zhí)行以提供所需功能。
[0057]控制器54可以被編程以響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)16的運(yùn)行條件而調(diào)控流體控制閥門56的運(yùn)行。如圖2-4所示，流體控制閥門56控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑在流體栗機(jī)23和熱交換器27之間的流動(dòng)。流體控制閥門56可以布置在冷卻模塊42中，在冷卻劑出口 52和流體栗機(jī)26之間，以便控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑在第一流體套21和流體并行的第二和第三冷卻劑套26、44之間的流動(dòng)。流體控制閥門56可以是多位置裝置，在第一模式，所述裝置可阻止冷卻劑流動(dòng)通過第三冷卻劑套44;在第二模式，所述裝置允許發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)通過第三冷卻劑套44，并且通過流體栗機(jī)23回流至第一冷卻劑套21;在第三模式，所述裝置允許發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流動(dòng)通過第三冷卻劑套44，并且流動(dòng)至熱交換器27。
[0058]在發(fā)動(dòng)機(jī)16的升溫過程中，當(dāng)冷卻模塊42上的熱負(fù)載較低時(shí)，流體控制閥門56可以在第一模式保持閉合，以阻止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流入第三冷卻劑套44。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)升溫，并且冷卻模塊42上的熱負(fù)載增加，流體控制閥門56可以在第二模式打開，以允許發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑通過第三冷卻劑套44流動(dòng)至流體栗機(jī)23，并且回流至第一冷卻劑套21。在負(fù)載情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)16驅(qū)動(dòng)車輛10并且渦輪增壓器40產(chǎn)生增壓時(shí)，氣缸體20和冷卻模塊42 二者可以充分升溫，從而需要發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的流動(dòng)以及向熱交換器27的排熱。因此，在需要冷卻劑的流動(dòng)以維持氣缸體20的目標(biāo)運(yùn)行溫度的情況下，控制器54可以控制流體控制閥門56在第三模式打開，并且允許冷卻劑通過第三冷卻劑套44流動(dòng)至熱交換器27，并且隨后流動(dòng)至流體栗機(jī)23。當(dāng)在第二或第三模式打開時(shí)，流體控制閥門56將允許冷卻劑流動(dòng)通過第一冷卻劑套21，第二冷卻劑套26和第三冷卻劑套44中的每一個(gè)。
[0059]如圖2-4所示，可以使用溫度傳感器58檢測第三冷卻劑套44中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的溫度，并且將檢測到的溫度通信至控制器54。在一些條件下，渦輪增壓器40會(huì)需要在冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)缸體20之前被冷卻。在這種情況下，控制器54可以響應(yīng)溫度傳感器58檢測到的溫度而打開流體控制閥門56，以使控制閥門56在第二和第三模式中的任何一種模式下運(yùn)行。
[0060]上述公開系統(tǒng)另外的益處可以是擴(kuò)展的發(fā)動(dòng)機(jī)16的朗姆達(dá)(λ)= 1.0運(yùn)行狀態(tài)的范圍，即發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣-燃料的化學(xué)計(jì)量比情況下運(yùn)行，從而有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性。所導(dǎo)致的排氣溫度的下降可以為發(fā)動(dòng)機(jī)的多種部件(例如排氣閥門(未示出)和排氣歧管34)提供提高的持久性，特別地，如果排氣歧管是未整合至氣缸蓋24的分離的、可附接的部件的話，這可能又會(huì)允許所述多種部件和其他相關(guān)的部件使用更低成本的材料。另外，渦輪機(jī)殼體40-4的質(zhì)量可以降低，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)16的冷啟動(dòng)排放。
[0061]雖然詳細(xì)描述和附圖或圖示支持和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書所限定。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)行本發(fā)明的一些最佳模式和其他實(shí)施例，但是仍然存在用于實(shí)施所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的多種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。進(jìn)一步，附圖所示的實(shí)施例或本文提及的多種實(shí)施例的特征并不一定要作為彼此獨(dú)立的實(shí)施例而理解。相反，一種實(shí)施例的一個(gè)舉例中所述的每個(gè)特征可以與其他實(shí)施例中其他期望的一個(gè)或多個(gè)特征相結(jié)合，從而導(dǎo)致并未以文字或借助參考附圖而描述的其他實(shí)施例。因此，這類其他實(shí)施例落入所附權(quán)利要求書的范圍的框架中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括: 氣缸體，其限定了氣缸和第一冷卻劑套； 氣缸蓋，其安裝至氣缸體，并且被構(gòu)造成向氣缸提供用于在其中燃燒的空氣和燃料，并且限定了第二冷卻劑套； 排氣歧管，其操作地連接至氣缸蓋，并且被構(gòu)造成從氣缸排出燃燒后的氣體； 渦輪增壓器，其具有渦輪機(jī)殼體，并且被構(gòu)造成由來自排氣歧管的燃燒后的氣體驅(qū)動(dòng)，以使得從周圍環(huán)境接收的空氣流加壓，并且將加壓的空氣流排放至氣缸;以及 冷卻模塊，其被布置在渦輪機(jī)殼體和氣缸蓋之間，并且限定了被構(gòu)造成讓渦輪機(jī)殼體冷卻的第三冷卻劑套。2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中排氣歧管被整合至氣缸蓋中。3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中渦輪增壓器包括通往渦輪機(jī)殼體的入口，并且第三冷卻劑套整合至渦輪機(jī)殼體的入口中。4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中冷卻模塊包括用于將渦輪增壓器安裝至排氣歧管的接合器，并且其中所述接合器限定了連接排氣歧管和渦輪機(jī)殼體的排氣流通路。5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中第三冷卻劑套被構(gòu)造成冷卻排氣流通路。6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中第三冷卻劑套處于與第二冷卻劑套并行的流體路徑。7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中冷卻模塊包括冷卻劑入口和冷卻劑出口，并且其中冷卻劑入口和冷卻劑出口的每一個(gè)與第一冷卻劑套流體連通。8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其進(jìn)一步包含流體控制閥門，該閥門被構(gòu)造成有選擇地導(dǎo)通和阻止通過第三冷卻劑套的冷卻劑流動(dòng)。9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其進(jìn)一步包含溫度傳感器，該傳感器被構(gòu)造成檢測第三冷卻劑套中的冷卻劑的溫度。10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其進(jìn)一步包含電子控制器，該控制器與流體控制閥門和溫度傳感器的每一個(gè)以電子通信，并且被構(gòu)造成響應(yīng)于溫度傳感器檢測到的溫度而調(diào)控流體控制閥門的運(yùn)行。
【文檔編號】F02B39/00GK106014604SQ201610169178
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】A.W.海曼, R.S.麥卡爾平
【申請人】通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司