一种利用可变形涡轮机对柴油机后处理系统进行废气温度控制的方法

日期:2019-06-26 06:42:47

专利名称:一种利用可变形涡轮机对柴油机后处理系统进行废气温度控制的方法
技术领域
本发明基本上涉及一种控制可变形涡轮机的方法。更具体而非排他地说,本发明涉及这样一种方法,即通过控制可变形涡轮机来把柴油机后处理系统的废气温度调整到理想水平。
背景技术
后处理系统的性能直接关系到从中通过的废气温度。后处理系统的设计人员认识到,在任何运行状态和环境条件下,理想的情况是废气温度必须高于一个临界温度。该临界温度大体处于大约500°F和大约700°F的范围内。后处理系统在临界温度范围以下运行将会导致后处理系统中聚积起所不期望的聚积物。这种不期望的聚积物必须在再生循环中燃烧掉才能使后处理系统恢复到理想的性能。另外,在没有再生循环的情况下,后处理系统在临界温度以下的持续运行会损坏后处理系统,并使发动机变得不符合政府的有关法规。
人们已经认识到,柴油机大多数运行范围的废气温度基本上都高于所期望的临界温度。但是,低负荷运行状态和/或低的环境温度经常导致废气温度降低到所期望的临界温度以下。
本发明提供了一种新的和非显而易见的控制可变形涡轮增压器的方法,可以将后处理系统的废气温度增大到所期望的临界温度以上。

发明内容
本发明一个方法的实施例包括操作涡轮增压器,该涡轮增压器包括可变形涡轮机,该可变形涡轮机包括通向涡轮机的具有一定流体流动面积的进气通道,内燃机在正常运行范围内运行时,流体流动面积具有正常的大小尺寸;为了进行废气加热,将流体流动面积的大小从正常尺寸减小到较小的尺寸;使一部分废气绕可变形涡轮机的导向叶片旁路进入进气通道。
本发明另一个方法的实施例包括操作涡轮增压器,该涡轮增压器包括可移动喷口叶片的可变形涡轮机,该涡轮机包括进气通道,进气通道具有与废气气流相适应的废气流体面积,废气流体面积具有相应于内燃机正常运行范围的第一尺寸;确定可变形涡轮增压器已有的废气气流的第一温度;如果第一温度不满足临界温度条件,移动可变形涡轮机内的喷嘴环从而把废气流体面积从第一尺寸减小到较小的尺寸;和,使一部分废气绕可变形涡轮机的多个叶片旁路进入进气通道。
本发明另一个方法的实施例包括操作涡轮增压器,该涡轮增压器包括转动叶片可变形涡轮机,该可变形涡轮机具有多个导向叶片,该涡轮机包括进气通道,进气通道具有与废气气流相适应的废气流体面积,废气流体面积具有相应于内燃机正常运行范围的第一面积尺寸;确定最接近可变形涡轮增压器排气口的废气的第一温度;如果第一温度不满足临界温度,转动可变形涡轮机内的多个导向叶片从而把废气流体面积从第一面积尺寸减小到较小的面积尺寸;和,使一部分废气绕可变形涡轮机的多个导向叶片进入进气通道。
本发明的一个目的是提供一种独特的控制可变形涡轮增压器的方法。
本发明的相关目的和优点将在下面的说明书中体现出来。


图1是现有技术中的可变形涡轮增压器的截面图,该可变形涡轮增压器包括喷嘴环。
图1a是涡轮增压器与后处理系统流体连接的示意图。
图2a和图2b所示是按照本发明对图1中涡轮增压器的改进。
图3a和图3b所示是本发明的第二实施例。
图4a和图4b所示是本发明的第三实施例的示意图。
图5是转动叶片可变形涡轮机的轴向截面图,其中叶片处于关闭位置。
图6是图5中涡轮机叶片处于打开位置的局部放大视图。
图7是图6中叶片的放大图,表示侧壁的一个实施例。
图8所示是叶片沿涡轮机叶轮处于关闭位置的侧视图。
图9所示是叶片沿涡轮机叶轮处于打开位置的侧视图。
图10所示是本发明另一个构型的截面侧视图,在其中一个侧壁上具有凹槽。
图11所示是叶片处于中间位置的侧视图,并示出了侧壁上的凹槽。
具体实施例方式
为了帮助理解本发明的原理,将参照附图中所示的实施例,并且采用具体详细的语言进行描述。但是应当理解的是,这里的描述并不是对本发明范围的限制,本发明相关领域的技术人员可以根据对发明装置的描述进行变化和改进,也可以根据在此对本发明原理的描述进行进一步申请。
涡轮增压器是一种公知装置,用于将空气以高于大气压的压力(增压)供应给内燃机进气管。传统的涡轮增压器基本上包括由废气驱动的涡轮机叶轮,该涡轮机叶轮安装在涡轮机壳体内的旋转轴上。涡轮机叶轮的旋转使压缩机叶轮转动,压缩机叶轮安装在旋转轴的另一端并位于压缩机壳体内。压缩机叶轮将压缩空气输送给发动机进气歧管。涡轮机可以是固定形状的或可变形的。可变形涡轮机不同于固定形状涡轮机的地方在于,可变形涡轮机的进气通道尺寸可以变化,使得在质量流速范围内的气流速度达到最佳,这样可以改变涡轮机的功率输出以适应变化的发动机需求。本发明申请涉及所有类型的可变形涡轮机,包括但不限于可动喷嘴和转动叶片类型的涡轮机。
传统上,可变形涡轮机在发动机控制单元(ECU)的控制下调节进入内燃机的气流。基本上,涡轮增压器喷嘴环用于控制通过涡轮机级的废气,从而控制通过涡轮增压器压缩机级所输送的发动机气流。本申请可以应用于压燃式柴油机,也可以应用于火花点火发动机以及燃烧任何燃料的发动机,无论是液体燃料还是气体燃料。
参照图1,其所示为美国专利5,044,880公开的一种公知涡轮增压器。该涡轮增压器包括涡轮机级1和压缩机级2。涡轮机级1是可变形涡轮机,包括涡轮机壳体3,该壳体3用于形成蜗壳或进气腔4,来自内燃机(未示出)的废气输送到蜗壳或进气腔4内。来自进气腔4的废气气流通过环形进气通道6到达排气通道5,进气通道6的一侧由可动环形元件8的径向壁7形成,另一侧由面对径向壁7的壳体3的径向壁9形成,可动环形元件8在此处是喷嘴环。一组喷嘴叶片10从叶片支承环11穿过喷嘴环8上的槽沿进气通道6延伸,支承环11安装在支承销12上。叶片10沿进气通道6延伸的程度是可控制的,这种控制与喷嘴环8无关,这里不对此进行详细描述。
从进气腔4到排气通道5的气流流过涡轮机叶轮12,从而通过涡轮增压器轴14驱动压缩机叶轮13,涡轮增压器轴14在轴承组件15上转动,轴承组件15在轴承壳体16内,轴承壳体16将涡轮机壳体2与压缩机壳体17连接。压缩机叶轮13的转动通过压缩机进气口18吸气,并通过出口蜗壳19将压缩空气输送给发动机进气口(未示出)。参照图1a,其所示为废气从排气通道5到后处理系统的通道。相信本领域普通技术人员对各种后处理系统都很熟悉。这里所说的后处理系统可以清除颗粒、氮氧化合物和其他规定的排放物。
在一个实施例中,后处理系统包括用于检测后处理系统内温度的温度检测器2100。温度检测器可以象传感器那样直接检测温度,也可以通过计算和/或在算法或软件程序中的迭代法来确定温度。温度检测器2100确定系统内的温度并将信号提供给ECU,从而控制可变形涡轮机把废气温度改变为所需的温度。另外,对温度的检测可以在其他位置进行,例如是但不限于是涡轮机的流体流出口。轴承壳体还容纳供油和密封装置,这些细节对于理解本发明并不是必需的。
喷嘴环8包括径向延伸的环形部分和径向延伸的内外环形凸缘20、21,环形部分形成径向壁7,内外环形凸缘20、21分别延伸到涡轮机壳体3的环形腔22内。由图中涡轮机的结构可以看出,事实上环形腔22的大部分由轴承壳体16形成—这完全是由于本发明在这个例子中应用的涡轮增压器的特定结构造成的结果,对于本发明在这一点上说,涡轮机壳体和轴承壳体之间没有差别。腔22具有径向延伸的环形开口23,该环形开口23由径向的内外环形表面24和25形成。密封环26位于外部环形表面25的环形槽中并且靠在喷嘴环8的外部环形凸缘21上,从而防止废气在涡轮机内通过腔22而不是进气通道6流动。
气动致动器27通过致动器输出轴28来控制喷嘴环8的位置,致动器输出轴28与镫形元件29连接,镫形元件29与轴向延伸的导杆30(图中只能看到一个导杆)连接,导杆30通过连接板31支承喷嘴环8。此外,喷嘴环8的运动也可以由任何合适的致动装置来控制。致动器装置包括但不限于气动、电动或液压装置。因此,通过恰当地控制致动器27,可以对导杆的轴向位置进行控制,从而对喷嘴环8的轴向位置进行控制。图1所示的喷嘴环8处于全开位置,进气通道6具有最大宽度。
根据本发明,当需要时,可以控制可变形涡轮机(例如图1所示的涡轮机),使进气通道6关闭到最小宽度。用来控制废气温度的本系统最小宽度小于正常发动机运行状态的最小宽度。具体地说,在一个构型中,用于控制废气温度的最小宽度被预计处于大约0毫米至大约4毫米之间。相反,在一个构型中,喷嘴环8被基本上关闭,从而给处于正常发动机运行范围内的发动机运行提供大约3毫米至大约12毫米的最小宽度/间隙。但是,最小宽度的大小也取决于涡轮机的大小和构造。再次考虑正常运行范围内的发动机的最小宽度,可以采用最大间隙宽度的大约25%至100%。在设置最小间隙宽度从而控制废气温度的加热时,在一个构型中,可以采用最大间隙宽度的大约0%至25%。但是,在此也可以考虑其他的百分比。最小宽度/间隙或喷口面积用于确定与流过环形进气通道6的流体有关的参数。
图2a和图2b所示是按照本发明对图1中涡轮增压器的改进。图2a和图2b中只示出了那些为了理解本发明而需要进行描述的部件,图2a和图2b分别是喷嘴环处于全开和全闭位置的涡轮增压器的喷嘴环/进气通道区域的放大图。喷嘴环8被一组圆周排列的孔眼32所改变,孔眼32穿过径向的外凸缘21。孔眼32的定位是这样的,即除了当喷嘴环接近关闭位置时,这些孔眼在远离进气通道6的密封环26的一侧(见图2a),在这一点上,孔眼32穿过密封26(见图2b)。这些开口绕过流体通道,从而允许一些废气通过腔22而不是进气通道6从进气腔4流到涡轮机叶轮12。旁路通过进气通道6和喷嘴叶片10的废气气流比通过进气通道6的废气气流做功少,这是由于被叶片10沿切向转动造成的。也就是说,一旦孔眼32与进气通道6相连通,涡轮增压器的效率立即会降低,相应地,压缩机输出压力(增压压力)和发动机汽缸压力都会降低。
因此,在涡轮增压器正常运行状态下,本发明提供的进气口旁路孔眼32对于涡轮增压器的效率没有影响,但是当涡轮机处于废气加热模式下时,进气通道减小到最小值,同现有技术中不对发动机汽缸进行过增压的情况相比,孔眼32更有利于减小进气通道的尺寸。更具体地说,在本发明的一个构型中,在正常的发动机运行状态下,旁路孔眼32通常是关闭的。
通过恰当地选择孔眼32的数量、尺寸、形状和位置,就可以预先决定由于对涡轮增压器的影响而使其降低的效率。
图3a和3b所示是可变形涡轮机的第二实施例。参见图2a和2b,其中只示出了涡轮机喷嘴环/进气通道区域的细节。图3a和3b中使用与图1和2中相同的附图标记。图3a和3b所示是本技术方案应用到其他的传统涡轮机上的情况,这与图1中的涡轮机有多处不同。首先,喷嘴叶片10安装在喷嘴环8上,并且通过位于屏蔽板34上的各个凹槽而经进气通道6延伸进入腔33,屏蔽板34与喷嘴环8的径向壁7共同确定进气通道6的宽度。这是一种公知的结构。
其次,根据欧洲专利0654587的教导,压力平衡孔眼35穿过喷嘴环8的径向壁7,各个密封环36将内部环形凸缘20相对于壳体3而密封,密封环36位于壳体3的径向内部环形部分24上的环形凹槽内。孔眼35确保腔22中的压力与通过进气通道6的废气气流施加到喷嘴环8的径向面7上的静压力相同。这样就减小了喷嘴环上的负荷,并且增大了对喷嘴环8的位置的控制精度,当进气通道6向最小宽度减小时尤其如此。
由于具有径向内部密封环36,本发明的应用需要喷嘴环8的内部环形凸缘20上的气体旁路通道32a。通道32a位于与密封环26有关的位置,这样,这些通道32a打开并与密封环26的进气通道侧连通,同时外部环形凸缘21中的通道32b也是如此,从而通过腔22提供旁路气体通道,这样可以获得与图2a和2b中实施例相同的上述效果。
作为可选择的方式,外部通道32b可以被省略,这取决于为与内部通道32a相连接而提供旁路气流通道的压力平衡孔眼35。
同样公知的是,可以通过将内部和/或外部密封环固定在喷嘴环的定位凹槽内把喷嘴环相对于壳体密封,而不是固定在壳体上的定位凹槽内。在这种情况下,密封环与喷嘴环一起移动。具体地说,图4a和4b所示是根据本发明对欧洲专利0654587中公开的涡轮机喷嘴环/进气通道区域改进的示意图。图4a和4b中所用的附图标记与前面中使用的相同。对于图3a和3b中的涡轮机结构,喷嘴叶片10被喷嘴环8支承并通过进气通道6而延伸,并且穿过屏蔽板34进入腔33。压力平衡孔眼35穿过喷嘴环8的径向壁7,喷嘴环8被内部和外部环形密封26和37相对于腔22而密封。但是,由于密封环26位于壳体3上的凹槽中,径向外部密封环37位于喷嘴环8的外部环形凸缘21内的凹槽38中,因此密封环与喷嘴环一起移动。
根据本发明,喷嘴环8的内部环形凸缘20具有进气口旁路孔眼32,当喷嘴环移动从而将进气通道6关闭到最小时,进气口旁路孔眼32穿过密封环26(见图4b)。但是,外部进气口旁路通道不具有穿过喷嘴环的孔眼,而是具有腔22上开口23的外部环形部分25中形成的一组圆周排列的凹槽39。由图4a可以看出,在正常运行状态下,密封环37位于凹槽39内部,从而防止沿喷嘴环8和穿过腔22形成废气通道。但是,如图4b所示,当喷嘴环移动而将进气通道6关闭到最小时,密封环37移动到与凹槽39轴向对齐的位置,从而提供沿密封环37的旁路通道,从而允许气体穿过腔22流动,并通过喷嘴环8的内部环形凸缘上的进气口旁路孔眼32而流到涡轮机叶轮。凹槽39的作用与孔眼32的作用相同,在实际运行中,本发明的该实施例与本发明的前述实施例以基本相同的方式工作。
应当认识到,可以对本发明的上述实施例进行各种改进。例如,如果图8的实施例中只需要一个密封环,并且位于喷嘴环上,那么就不需要提供喷嘴环上内部凸缘中的孔眼32。同样,如果在壳体上有内外密封环,就需要给壳体的内部和外部环形部分都提供旁路凹槽,而不是提供穿过喷嘴环的旁路孔眼。
对于图1-4所示本发明的实施例来说,旁路通过喷嘴环8的废气气流以干扰关系的方式被排到来自进气通道的废气气流的其余部分中。旁路通过喷嘴环的废气气流以很陡的角度或大体垂直地进入来自喷嘴环的废气气流。
图5-11所示是转动叶片型可变形涡轮机。本申请在此参考和合并了申请日为2004年4月8日的英国专利No.0407978.6。转动叶片型可变形涡轮机包括涡轮机叶轮上游的导向叶片,该涡轮机叶轮可以被调节从而控制涡轮机叶轮流体截面积。转动导向叶片使其弦杆基本上径向朝向涡轮机叶轮,这样可以增大弦杆之间的距离,即所谓的喷口。转动导向叶片使其弦杆方向基本上与涡轮机叶轮相切,这样可以减小弦杆之间的喷口距离。叶片的喷口尺寸和固定轴长的积可以确定任何给定叶片角度的流体面积。
进一步参考图5-11,其所示的可变形涡轮机包括涡轮机壳体100,壳体100包括蜗壳或进气腔200,来自内燃机(未示出)的废气被输送到蜗壳或进气腔200中。来自进气腔200的废气气流通过环形径向导向的进气通道400到达排气通道300,进气通道400的一侧由环形壁元件500形成,另一侧由径向延伸的环形套管700形成。在该环形套管700上,一组圆周分布的叶片800以这样的方式被支承,即它们可以通过杆800a的转动而同步转动,每个叶片800都穿过进气通道而延伸。
从进气腔200流到排气通道300的废气经过向心的涡轮机叶轮900的多个轮叶900a,因此将转矩施加到涡轮增压器轴1000(被轴承装置1000a支承)上,涡轮增压器轴1000驱动离心的压缩机叶轮1100。压缩机叶轮1100的转动将进气口1200处的外界空气压缩并将压缩空气输送给空气出口或蜗壳1300,空气从空气出口或蜗壳1300供给内燃机(未示出)。涡轮机叶轮900的转速取决于通过环形通道流动的气体速度。对于固定流速的废气来说,气体速度是相邻叶片之间通道的喷口宽度的函数,可以通过控制叶片800的角度来调节喷口宽度。
图8所示是环形进气通道400的叶片800关闭到最小喷口宽度的示意图。对于图8所示叶片的状态,一些流过侧壁上的凹穴和/或任何形变的废气旁路流过叶片800。图9所示是叶片处于基本打开状态的示意图。由于叶片800之间的喷口宽度减小,所以流过叶片800之间的气流速度增大。在进气通道400内叶片的旁路使涡轮机效率降低。
叶片800的移动可以由任何合适的对杆800a起作用的致动装置来控制,例如连杆1400。叶片最好由一个环控制为可以一致地运动,该环可以通过杆或互连的连杆将叶片连接在一起。主连杆可以与致动器连接(未示出),致动器可以是气动、电动或液压装置。
图7所示是本发明的一个实施例,其中,侧壁3000和3001中的一个或两个是轴对称的锥形。侧壁的锥度允许废气的一部分沿叶片流动从而有效地旁路通过喷嘴叶片。由于叶片800从关闭状态向打开状态的转动,叶片后沿朝涡轮机叶轮进气口方向径向向内移动。侧壁的锥度是这样的,即侧壁3000和3001之间的宽度在侧壁朝向涡轮机叶轮的方向上增大。图7中的实施例所示是线性锥度。但是,本发明并不只限于线性锥度,也不只限于两个侧壁都有锥度。在叶片处于打开位置的一个实施例中,间隙将处于最大,而当叶片关闭时,间隙将减小到最小允许通过间隙。本发明认为,可以选择锥度的比率和锥度开始的径向位置,从而适应发动机的具体性能要求。
图10和11所示是一个系统的实施例,该系统具有比前面的实施例更大程度的适应性。图10和11的实施例包括叶片800,该叶片800具有与之相连的离散凹穴1500。离散凹穴1500可以位于两侧壁的一个或两个上。在一种构型中,凹穴1500基本上是扇面形式的,叶片800转动时扫过该扇面。在一种构型中,多个叶片中的每一个都与凹穴联系。可以通过定位凹穴的前沿和后沿来控制流过凹穴1500的流体流动的开始和结束。流过凹穴的流体的量可以通过凹穴的宽度和深度来控制。凹穴用于沿叶片外表面的部分废气的通道,从而使废气可以旁路流过喷口级的叶片。可以采用各种形状的凹穴,从而满足涡轮机的设计参数。在正常的发动机运行范围内,凹穴1500基本上暴露于废气气流,在这期间,由于沿叶片的至少一部分没有形成大体封闭的通道,所以凹穴1500起的作用很小。在叶片朝废气加热位置打开期间,凹穴暴露于废气气流。废气的一部分流过凹穴,并旁路流过位于进气通道400内的叶片10。
前面参考图1-11描述了一些可变形涡轮机系统。尽管本申请优选应用于对上述可变形涡轮机的控制,但是应当理解的是,本发明的方法也可以用于控制很多其他类型的可变形涡轮机。通过改变废气通道的尺寸并使部分废气旁路流过涡轮增压器进气通道内的叶片,本发明可以对废气温度进行控制。
对于采用喷嘴环的可变形涡轮机系统来说,其可以响应于后处理系统中的温度低于临界温度的情况,使喷嘴环轴向移动从而关小进气通道的尺寸。后处理系统中的温度可以由温度检测器来确定。在一种构型中,废气温度在多个闭合的时间间隔内被查询,而在另一种构型中,对温度的检测则几乎是连续的。但是,为进行检测而对时间间隔的确定在技术人员或本领域普通技术人员的能力范围之内。如果检测到的后处理系统内的温度低于临界温度,喷嘴环朝废气加热位置的方向轴向移动从而满足正常发动机运行的要求。在废气加热位置,喷嘴环被保持一段时间,直到检测到的温度等于或高于临界温度为止。喷嘴环位于废气加热位置时,旁路通道暴露于废气气流,废气沿背面或在喷口下旁路通过叶片。
由于喷嘴环的轴向运动,减小了进气通道的流体面积,暴露的旁路通道允许废气沿喷口流动。这样导致涡轮机级的效率降低,使气流减少,增大发动机的泵做功从而保持所期望的功率水平。在一种构型中,所期望的功率水平是指在确定增大废气温度之前确定的功率水平。在一种构型中,所获得的废气温度被显著增大地高于临界温度。
参见图2a和2b的系统,废气气流通过腔22而不是进气通道6从进气腔4流到涡轮机叶轮12。参见图3a和3b的系统,该系统包括通道32a,通道32a打开并与密封环26的进气通道侧连通。废气旁路通过通道32a进入腔22,并从腔22进入涡轮机叶轮12。参见图4a和4b,其中的系统为了进行废气加热使喷嘴环移动从而把进气通道6关到最小宽度,密封环37与凹槽39对齐。这样为废气的通过建立了从密封环37到腔22的旁路通道。
对于采用转动叶片型可变形涡轮机的系统来说,多个叶片进行一致移动从而响应于后处理系统中的温度低于临界温度的情况而关小进气通道的尺寸。后处理系统中的温度由温度检测器来确定。在一种构型中,废气温度在多个闭合的时间间隔内被查询,而在另一种构型中,对温度的检测则几乎是连续的。但是,为进行温度检测而对时间间隔的确定在技术人员或本领域普通技术人员的能力范围之内。如果检测到的温度低于临界值,叶片转动到废气加热位置,形成的流体通道比正常发动机运行所需的更小。在废气加热位置,叶片被保持在一定的位置,直到温度达到临界温度为止。当多个叶片位于废气加热位置时,废气气流的至少一部分在流向涡轮机叶轮时沿着/旁路通过叶片。
尽管在附图和前面说明书中对本发明进行了详细论述,但是这些论述只是描述性的而非对技术特征的限制,应当理解的是,对于所示和所描述的实施例来说,在本发明精神实质范围内对其进行的任何变化和改进都落入本发明保护范围内。应当理解的是,在前面的说明书中采用的词汇—优选、最好、最可取的—只是表示这样描述的特征更合乎需要,尽管如此,它们并不是必需的,不包括上述词汇的实施例同样属于本发明的范围,本发明的范围由如下权利要求书限制。在权利要求中出现的“一”、“一个”、“至少一个”、“至少一部分”并不是将权利要求中相应的特征限定为一个,除非在权利要求中有与此相反的具体说明。另外,当采用“至少一部分”和/或“一部分”这样的说法时,相应的特征可能包括一部分和/或整个部分,除非有与此相反的具体说明。
权利要求
1.一种方法,包括操作涡轮增压器,该涡轮增压器包括可变形涡轮机,该可变形涡轮机包括通向涡轮机的具有一定流体流动面积的进气通道,内燃机在正常运行范围内运行时,流体流动面积具有正常的大小尺寸;为了进行废气加热,将流体流动面积的大小从正常尺寸减小到较小的尺寸;和旁路进入在可变形涡轮机的导向叶片周围的进气通道的一部分废气。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述旁路流动的部分废气是在涡轮增压器内部流动的。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述减小步骤包括移动可变形涡轮机的一部分。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述移动包括喷嘴环的轴向运动。
5.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述移动包括多个导向叶片的转动。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述流体流动面积具有最大流体面积,相应于所述较小的尺寸,流体面积范围在最大流体面积的大约0%至大约25%之间。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,来自所述旁路的废气部分使其余废气以陡的角度或大体垂直地从进气通道流到涡轮机叶轮。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括确定来自可变形涡轮机排气口的废气温度,还包括根据来自可变形涡轮机排气口的废气温度是否满足临界温度条件而对所述减小步骤进行操作控制。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述减小步骤把旁路流体流动通道暴露于进气通道内的废气,当流体流动面积是正常尺寸大小时,旁路流体流动通道通常是封闭的。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括使废气从可变形涡轮机流到后处理系统;以及还包括确定后处理系统中的废气温度,根据后处理系统中的废气温度是否满足临界温度条件而对所述减小步骤可操作地进行控制。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述临界温度条件的范围是大约500°F至大约700°F之间。
12.一种方法,包括操作涡轮增压器,该涡轮增压器包括可移动喷口叶片的可变形涡轮机,该涡轮机包括进气通道,进气通道具有与废气气流相适应的废气流体面积,废气的流通面积具有相应于内燃机正常运行范围的第一尺寸;确定可变形涡轮增压器已有的废气的第一温度;如果第一温度不满足临界温度条件,移动可变形涡轮机内的喷嘴环从而把废气的流通面积从第一尺寸减小到较小的尺寸;和旁路进入在可变形涡轮机的多个叶片周围的进气通道的一部分废气。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,在所述移动中喷嘴环沿轴向运动;所述部分废气的旁路流动是在涡轮增压器内进行的。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,来自所述旁路的废气部分使其余废气以陡的角度从进气通道流到涡轮机叶轮。
15.如权利要求12所述的方法,其特征在于,来自所述旁路的废气部分使其余废气以大体垂直的方向从进气通道流到涡轮机叶轮。
16.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述移动步骤打开与进气通道内废气流体连通的至少一个旁路流体流动通道,当流体流动面积是正常尺寸大小时,旁路流体流动通道通常被关闭。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述旁路流动的部分废气是通过至少一个旁路流体流动通道流动的。
18.如权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括使废气从可变形涡轮机流到后处理系统;以及在所述确定步骤中,确定后处理系统中的废气温度,还包括根据后处理系统中的废气温度是否满足临界温度条件而对所述移动可操作地进行控制。
19.如权利要求1 8所述的方法,其特征在于,所述临界温度条件的范围是大约500°F至大约700°F之间。
20.如权利要求12所述的方法,其特征在于,废气流动面积具有最大宽度,相应于所述较小的尺寸的宽度范围在最大宽度的大约0%至大约25%之间。
21.一种方法,包括操作涡轮增压器,该涡轮增压器包括转动叶片可变形涡轮机,该可变形涡轮机具有多个导向叶片,该涡轮机包括进气通道,进气通道具有与废气气流相适应的废气流体面积,废气流体面积具有用于内燃机正常运行范围的第一面积尺寸;确定接近可变形涡轮增压器排气口的废气的第一温度;如果第一温度不满足临界温度,转动可变形涡轮机内的多个导向叶片从而把废气流体面积从第一面积尺寸减小到较小的面积尺寸;和使进入进气通道的一部分废气在可变形涡轮机的多个导向叶片的周围流动。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述流动包括废气的一部分在多个导向叶片的周围旁路流动。
23.如权利要求21所述的方法,其特征在于,在所述转动中,多个导向叶片中的每一个的至少一部分的径向位置是变化的。
24.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述流动包括废气的一部分在多个导向叶片的周围旁路流动;以及来自所述流动的废气部分使其余废气以陡的角度从进气通道流到涡轮机叶轮。
25.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述流动包括废气的一部分在多个导向叶片的周围旁路流动;以及来自所述旁路的废气部分使其余废气以大体垂直的方向从进气通道流到涡轮机叶轮。
26.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述转动把进气通道内的废气暴露于至少一个流体流动旁路通道,当废气流体面积由第一面积确定时,流体流动旁路通道通常不与废气流体连通。
27.如权利要求26所述的方法,其特征在于,在所述流动中废气的一部分穿过至少一个流体流动旁路通道而流动。
28.如权利要求21所述的方法,其特征在于,还包括使废气从可变形涡轮机流到后处理系统;以及在所述确定步骤中,确定后处理系统中的废气温度,还包括根据后处理系统中的废气温度是否满足临界温度条件而对所述转动可操作地进行控制。
29.一种方法,包括使废气流入涡轮增压器,该涡轮增压器包括可变形涡轮机,该涡轮机具有涡轮机进气通道内的喷嘴环和多个导向叶片;通过喷嘴环径向表面上的至少一个孔眼排放废气的一部分;移动进气通道内的喷嘴环从而减小进气通道内的流体面积,将喷嘴环的至少一个排气口与涡轮机叶轮流体连通;以及使一部分废气通过至少一个排气口并且在旁路通过导向叶片时流到涡轮机叶轮。
30.如权利要求29所述的方法,其特征在于,在所述移动中喷嘴环位于进气通道内一定位置上从而限定流体流动面积,该流体流动面积比正常发动机运行状态下的流体流动面积小。
31.如权利要求30所述的方法,其特征在于,在所述流动中,废气部分的流动完全在涡轮增压器内部进行。
32.如权利要求29所述的方法,其特征在于,在流动中废气部分使其余废气以陡的角度或大体垂直地流到涡轮机叶轮。
33.如权利要求29所述的方法,其特征在于,还包括使废气流到后处理系统;还包括确定流入后处理系统的废气温度;和还包括根据废气温度是否满足临界温度条件而对所述移动可操作地进行控制。
34.如权利要求29所述的方法,其特征在于,多个导向叶片与喷嘴环固定在一起。
35.如权利要求29所述的方法,其特征在于,多个导向叶片不与喷嘴环固定在一起。
36.如权利要求29所述的方法,其特征在于,多个导向叶片与喷嘴环固定在一起;在所述移动中喷嘴环位于进气通道内一定位置上从而限定流体流动面积,该流体流动面积比正常发动机运行状态下的流体流动面积小;还包括废气流到后处理系统;还包括确定流入后处理系统的废气温度;还包括根据废气温度是否满足临界温度条件而对所述移动进行可操作的控制;和废气部分的流动完全在涡轮增压器内部进行。
37.一种可变形涡轮增压器,包括具有废气进气流体通道的壳体;可在所述壳体内转动的涡轮机叶轮;环形喷嘴环,该环形喷嘴环位于所述壳体内并具有径向壁元件,内部壁元件和外部壁元件,所述径向壁元件具有废气进气口,该废气进气口使废气流入所述壁元件限定的体积中,所述内部壁元件具有废气出气口;以及与所述喷嘴环连接的致动器,可操作地改变所述废气进气流体通道内喷嘴环的位置,在一种模式中,所述致动器将所述喷嘴环移动到废气加热位置,并将所述废气排气口与通向所述涡轮机叶轮的通道流体连通。
38.如权利要求37所述的可变形涡轮增压器,其特征在于,所述通道由所述内部壁元件的内表面和所述壳体的一部分限定。
39.如权利要求38所述的可变形涡轮增压器,其特征在于,所述通道能增大所述通道内废气的反压力。
40.如权利要求37所述的可变形涡轮增压器,其特征在于,废气进气流体通道具有一个最大宽度,当位于废气加热位置时,所述废气喷嘴环的位置在此最大宽度的大约0%至大约25%的范围内。
41.如权利要求37所述的可变形涡轮增压器,其特征在于,所述环形环包括多个与之相连的导向元件;所述通道使废气绕多个导向元件流动。
42.如权利要求37所述的可变形涡轮增压器,其特征在于,由于所述喷嘴环位于所述加热位置,涡轮机效率降低。
43.如权利要求37所述的可变形涡轮增压器,其特征在于,所述通道由所述内部壁元件的内表面和所述壳体的一部分限定;所述通道能增大来自所述废气排气口的废气的反压力;正常运行状态下,废气进气流体通道具有额定宽度,当位于废气加热位置时,所述废气喷嘴环限定的流体流动宽度小于所述额定宽度;所述环形环包括多个与.之相连的导向元件;和所述通道使废气绕多个导向元件流动。
44.一种系统,包括用于内燃机的后处理系统;包括涡轮机的可变形涡轮增压器,该涡轮机具有壳体,该壳体具有废气进气流体通道,废气排气流体通道与所述后处理系统流体连通,所述涡轮机具有喷嘴环,该喷嘴环具有径向壁、内壁和外壁,所述径向壁具有废气进气口,该废气进气口使废气流入所述壁形成的体积中,所述内壁具有废气出气口,该废气出气口使废气从所述体积中流出;以及与所述喷嘴环连接的致动器,可以操作致动器以改变所述废气进气流体通道内喷嘴环的位置,所述致动器移动所述喷嘴环以减小废气进气流体通道中流体流动面积的大小,将其从发动机运行的正常尺寸大小减小到用于排气加热的较小的尺寸大小,并使所述废气排气口与所述后处理系统流体连通。
45.如权利要求44所述的系统,其特征在于,所述后处理系统是NOx后处理系统。
46.如权利要求44所述的系统,其特征在于,所述外壁不具有使废气流过的孔眼;以及所述喷嘴环包括多个导向叶片;流过所述废气排气口的废气旁路通过所述多个导向叶片。
全文摘要
一种控制涡轮增压器的可变形涡轮机的方法,可以增加输送到后处理系统的废气的温度。在一种构型中,该方法包括将流向涡轮机的流体流动面积减小到正常尺寸大小以下,并且使废气的一部分沿多个导向叶片旁路流动。
文档编号F02B37/12GK1693679SQ200510078820
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月8日 优先权日2004年5月6日
发明者J·M·穆洛伊, J·F·帕克, S·普林格尔 申请人:卡明斯公司


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