用于在發(fā)動機(jī)進(jìn)口產(chǎn)生渦旋的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本描述大體而言涉及在壓縮機(jī)上游的發(fā)動機(jī)進(jìn)口處的氣流中產(chǎn)生渦旋的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機(jī)可使用渦輪增壓器來增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩/能量輸出密度。在一個(gè)實(shí)例中，渦輪增壓器可包括由驅(qū)動軸連接的壓縮機(jī)和渦輪機(jī)，其中渦輪機(jī)連接至排氣歧管側(cè)并且壓縮機(jī)連接至進(jìn)氣歧管側(cè)。以這種方式，排氣驅(qū)動式渦輪機(jī)將能量供給至壓縮機(jī)以增加進(jìn)氣歧管中的壓力(例如增壓或升壓)以及用以增加進(jìn)入發(fā)動機(jī)的氣流。增壓可通過調(diào)整到達(dá)渦輪機(jī)的氣體的量來控制，例如使用排氣閥門。然而，工作流體(空氣)與壓縮機(jī)的葉片之間的高相對速度可能引起氣流從葉片吸入端的分離，并導(dǎo)致壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)失速和/或壓縮機(jī)喘振。
[0003]其他解決壓縮機(jī)喘振的嘗試包括在壓縮機(jī)上游安裝固定角度導(dǎo)向葉片。一個(gè)示例性方法由Capon等人在美國US8286428 B2中示出。其中，進(jìn)口系統(tǒng)包括用于傳送空氣至內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管；具有栗元件的離心式壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)安裝至栗殼體中以便繞軸線旋轉(zhuǎn)；位于殼體中的進(jìn)口，通過此進(jìn)口氣體被傳送至栗元件；位于殼體中的出口開口，通過此出口開口高壓氣體被傳送至進(jìn)氣歧管；進(jìn)口管道，此進(jìn)口管道連接至進(jìn)口開口以便傳送空氣至離心式壓縮機(jī)；以及具有多個(gè)固定的、徑向延伸的葉片的流量管理裝置，此流量管理裝置布置在進(jìn)口開口上游的進(jìn)口管道中以對穿過進(jìn)口開口進(jìn)入的氣體傳遞渦旋運(yùn)動。進(jìn)口管道具有在進(jìn)口開口的方向中延伸的錐形部分，因此進(jìn)口管道的橫截面積隨著從進(jìn)口開口的距離的減小而減小。流量管理裝置布置在離進(jìn)口開口上游一段距離處，因此通過流量管理裝置的有效流動面積大于如果流量管理裝置鄰近進(jìn)口開口布置時(shí)的有效流動面積并且大于最小值以便于阻止處于高氣體流速的過大背壓。
[0004]然而，本文的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到此系統(tǒng)存在的潛在問題。作為一個(gè)實(shí)例，由于流量控制裝置中的葉片是固定的，所以該流量控制裝置不能容易地適用于不同的運(yùn)行條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)例中，以上描述的問題可通過在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣中產(chǎn)生渦旋的方法解決；通過在低壓排氣再循環(huán)通道中增加排氣再循環(huán)流來增加渦旋；以及通過在低壓排氣再循環(huán)通道中減少排氣再循環(huán)流來減少渦旋。以這種方式，進(jìn)氣可以改善的方式流通至壓縮機(jī)。此夕卜，產(chǎn)生的渦旋可提供良好的新鮮空氣與排氣再循環(huán)(EGR)流的混合。
[0006]作為一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明提供一種包括渦旋發(fā)生器的空氣過濾器箱。該渦旋發(fā)生器具有至少一個(gè)導(dǎo)向葉片，其用于在流通穿過渦旋發(fā)生器的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣中產(chǎn)生渦旋。該至少一個(gè)導(dǎo)向葉片可基于發(fā)動機(jī)的進(jìn)口處的氣流和低壓EGR線路的EGR流調(diào)整。通過基于發(fā)動機(jī)的進(jìn)口處的氣流和低壓EGR中的EGR流調(diào)整該至少一個(gè)導(dǎo)向葉片，使得機(jī)動車輛可更高效地運(yùn)行。此外，在發(fā)動機(jī)艙中沒有額外的空間被渦旋發(fā)生器占據(jù)?？諝膺^濾器箱和渦旋發(fā)生器可作為一個(gè)子組件來實(shí)施，從而簡化了機(jī)動車輛的裝配。
[0007]應(yīng)當(dāng)理解，提供上面的綜述是為了以簡化的形式引入將在下面的詳細(xì)說明書中進(jìn)一步描述的概念的集合。這并不意味著識別要求保護(hù)主題的關(guān)鍵或必要特征，其范圍由所附權(quán)利要求來唯一地限定。另外，所要求保護(hù)的主題不限于解決上面提到的或在本公開的任何部分中提到的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0008]圖1示出了示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
[0009]圖2A示出了根據(jù)第一實(shí)施例的帶有空氣過濾器箱的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣部分。圖2B示出了處于開啟狀態(tài)的渦旋發(fā)生器。圖2C示出了處于關(guān)閉狀態(tài)的渦旋發(fā)生器。
[0010]圖3示出了根據(jù)第二實(shí)施例的帶有空氣過濾器箱的示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣部分。
[0011]圖4示出了調(diào)整渦旋發(fā)生器的示例性方法的流程圖。
[0012]圖5A示出了渦旋發(fā)生器的開口與進(jìn)氣流速之間的關(guān)系。圖5B示出了渦旋發(fā)生器的開口與低壓EGR流速之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下描述涉及產(chǎn)生和調(diào)整發(fā)動機(jī)進(jìn)氣中的渦旋的系統(tǒng)和方法。圖1示出了示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的示意圖。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括用于使排氣循環(huán)至壓縮機(jī)上游位置的低壓EGR通道，以及結(jié)合在安置于低壓EGR通道的出口上游的空氣過濾器箱內(nèi)部的渦旋發(fā)生器。渦旋發(fā)生器的開口可通過至少一個(gè)可調(diào)整的導(dǎo)向葉片開啟或關(guān)閉。圖2A示出了示例性車輛系統(tǒng)的進(jìn)氣部分的第一實(shí)施例，其中空氣過濾器箱相對于進(jìn)氣部分的中心線軸向地布置。進(jìn)氣部分包括空氣過濾器箱、低壓EGR線路的出口以及壓縮機(jī)。圖2B和2C示出了如圖2A中示出的沿A-A’的可視方向的可調(diào)整導(dǎo)向葉片。渦旋發(fā)生器的開啟狀態(tài)在圖2B中示出，并且渦旋發(fā)生器的關(guān)閉狀態(tài)在圖2C中示出。圖3示出了示例性發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣部分的第二實(shí)施例，其中空氣過濾器箱相對于進(jìn)氣部分的中心線徑向地布置。圖4示出了基于運(yùn)行條件調(diào)整渦旋發(fā)生器中的導(dǎo)向葉片的示例性方法。圖5A-B分別說明了基于進(jìn)氣流速或低壓EGR流速的渦旋發(fā)生器開口的調(diào)整。
[0014]現(xiàn)參照圖1，圖1示出了包括低壓EGR通道20的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10進(jìn)一步包括連接至變速器14的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)11。變速器14可以是手動變速器、自動變速器或者二者的組合。進(jìn)一步地，多種額外的部件可以被包括，例如轉(zhuǎn)矩變換器和/或諸如主減速器單元等的其他傳動裝置。變速器14被示出為連接至驅(qū)動輪16，驅(qū)動輪16與路面13接觸。
[0015]發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10可包括最終通向排氣管(圖1中未示出)的排氣通道48，排氣管將排氣傳遞排出至大氣。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10的排氣通道48可包括一個(gè)或多個(gè)排放控制裝置，例如三元催化器71和微粒過濾器72。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括具有壓縮機(jī)15的渦輪增壓器，該壓縮機(jī)15至少部分地由沿排氣通道48布置的渦輪機(jī)70驅(qū)動。渦輪增壓器以已知的方式被設(shè)計(jì)成由通過排氣通道48的排氣驅(qū)動并且借助于壓縮機(jī)15在進(jìn)氣部分12中產(chǎn)生增壓壓力。
[0016]低壓EGR通道20可布置在從渦輪機(jī)70的下游的排氣通道48至壓縮機(jī)15的上游位置以及空氣過濾器18的下游位置的期望的部分。低壓EGR提供的總量可通過低壓EGR閥152響應(yīng)于發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件變化。
[0017]發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括進(jìn)氣部分12，進(jìn)氣部分12被設(shè)計(jì)成將發(fā)動機(jī)11運(yùn)行所需的進(jìn)氣30運(yùn)送至發(fā)動機(jī)11。在這種情況下，該進(jìn)氣30可以是來自發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10的環(huán)境中的新鮮空氣。進(jìn)氣30可流通穿過包括渦旋發(fā)生器17的空氣過濾器18，其中渦旋或者渦流在進(jìn)氣中產(chǎn)生。然后渦流進(jìn)氣可與低壓EGR混合，并且穿過壓縮機(jī)進(jìn)口 19進(jìn)入壓縮機(jī)15。
[0018]發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10可能包括控制系統(tǒng)41?？刂葡到y(tǒng)41被示出具有控制器112，控制器112接收來自多個(gè)傳感器61的信息并且基于接收的信號以及存儲在控制器的存儲器中的指令將控制信號發(fā)送至多個(gè)致動器81。作為一個(gè)實(shí)例，傳感器61可包括位于低壓EGR通道20中的流量傳感器159，其用于確定通過低壓EGR通道20的排氣的流速。傳感器61可進(jìn)一步包括位于發(fā)動機(jī)11上游以及壓縮機(jī)15下游的傳感器158，其用于判斷歧管氣流。傳感器158可以是歧管氣流量(MAF)傳感器或者歧管空氣壓力(MAP)傳感器。作為另一個(gè)實(shí)例，致動器81可包括諸如低壓EGR閥152以及進(jìn)氣歧管中的節(jié)流閥的控制閥。
[0019]圖2示出了根據(jù)第一實(shí)施例的進(jìn)氣部分12，其中空氣過濾器18基于進(jìn)氣部分12的中心線21軸向地布置。這種軸向布置方式可實(shí)施為對于進(jìn)氣部分具有相對較小的周長。
[0020]渦旋發(fā)生器17布置在空氣過濾器箱18中?？諝膺^濾器箱18被設(shè)計(jì)容納用于過濾進(jìn)氣30的過濾器元件25。渦旋發(fā)生器17具有至少一個(gè)導(dǎo)向葉片27或者包括多個(gè)導(dǎo)向葉片27的導(dǎo)向葉片格柵。渦旋發(fā)生器17圍繞進(jìn)氣30的中心軸線21產(chǎn)生渦旋或渦流。渦旋可促進(jìn)進(jìn)氣與來自低壓EGR通道20的排氣在渦旋發(fā)生器出口 29下游以及壓縮機(jī)進(jìn)口 19的上游的混合點(diǎn)24處混合。進(jìn)一步地，進(jìn)氣中的渦旋可改善由壓縮機(jī)葉片26提供的壓縮機(jī)15的運(yùn)行范圍。
[0021]渦旋發(fā)生器17在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10中以如下方式設(shè)定尺寸:渦旋發(fā)生器出口 29的第一半徑22大于壓縮機(jī)進(jìn)口 19的第二半徑23。通過減小半徑可增強(qiáng)渦旋并且渦旋因此伴隨相對較低損耗地在較大的第一半徑22中產(chǎn)生。
[0022]至少一個(gè)導(dǎo)向葉片27的角度可通過調(diào)整裝置28調(diào)整。通過調(diào)整至少一個(gè)導(dǎo)向葉片的角度，渦旋發(fā)生器的開口相應(yīng)地被調(diào)整(見圖2B-C)。調(diào)整裝置28可被連接至發(fā)動機(jī)控制器(例如圖1中的發(fā)動機(jī)控制器112)。該至少一個(gè)導(dǎo)向葉片可基于運(yùn)行條件被調(diào)整，例如，ERG氣流和發(fā)動機(jī)進(jìn)口處氣流。進(jìn)一步地，至少一個(gè)導(dǎo)向葉片可基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或發(fā)動機(jī)負(fù)載被調(diào)整。
[0023]圖2B-C示出了帶有四個(gè)可調(diào)整的導(dǎo)向葉片的渦旋發(fā)生器的示例性實(shí)施例。圖2B和2C都是從圖2A中A-A’指示的方向觀察。在該實(shí)施例中，渦旋發(fā)生器具有四個(gè)可調(diào)整的導(dǎo)向葉片91-94。圖2B示出了渦旋發(fā)生器處于完全開啟位置，在此位置導(dǎo)向葉片角度處于最小值(0度)。圖2C示出了渦旋發(fā)生器處于關(guān)閉位置，其中導(dǎo)向葉片角度95處于最大值。通過增大渦旋發(fā)生器的開口(例如，通過增大導(dǎo)向葉片角度95)，更強(qiáng)的渦旋或渦流可由渦旋發(fā)生器產(chǎn)生。
[0024]圖3示出了根據(jù)第二實(shí)施例的進(jìn)氣部分12，其中空氣過濾器18基于進(jìn)氣部分12的中心線21徑向地布置。徑向布置方式可實(shí)施為對于相對較