КОМПРЕССОР ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к компрессору турбонагнетателя транспортного средства, используемому при рециркуляции выхлопных газов.
Уровень техники
Для сжатия впускного воздуха и увеличения полезной мощности двигателя может быть использован нагнетатель или турбонагнетатель. Кроме того, в двигателях может происходить рециркуляция части выхлопных газов, выходящих из выпускного канала и поступающих во впускной канал, называемая в данном описании рециркуляцией выхлопных газов (EGR). В системе EGR низкого давления (LP) выхлопные газы направляются из участка ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в участок выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
Использование системы LP EGR может привести к конденсации воды перед компрессором, тем самым увеличивая риск повреждения крыльчатки компрессора. В системе высокого давления (HP) EGR выхлопные газы направляются из участка выше по потоку от турбины на участок ниже по потоку от компрессора. Система HP EGR может позволить уменьшить конденсацию на компрессоре, однако если давление наддува превышает обратное давление турбины, система может иметь ограниченный поток. Также известны попытки преодолеть ограничения системы HP EGR и системы LP EGR с помощью двойной системы EGR, в которой система HP EGR и система LP EGR используются совместно.
Подобная система известна, например, из публикации патентной заявки Великобритании 2434406 (A) от 25.07.2007, которая может быть выбрана в качестве ближайшего аналога полезной модели.
Однако такие двойные системы EGR могут быть дорогостоящими.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является снижение ограничений потока рециркулируемых газов при одновременном увеличении срока службы крыльчатки компрессора.
Для достижения указанного эффекта предложен компрессор турбонагнетателя, который содержит крыльчатку, вращающуюся вокруг центральной оси компрессора, а также впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов, имеющую отверстие для ввода газов под давлением, расположенное ниже по потоку от задней кромки крыльчатки компрессора. Компрессор может дополнительно содержать вторую улитку, расположенную в корпусе компрессора и имеющую диффузор.
Таким образом, выхлопные газы из впускной улитки для газов EGR могут быть смешаны с всасываемым воздухом внутри диффузора ниже по потоку от крыльчатки компрессора. Скорость потока воздуха в пределах данной области выше по потоку в диффузоре может быть относительно высокой, в то время как давление воздуха может быть ниже, чем давление ниже по потоку в диффузоре и улитке.
Отверстие для ввода газов под давлением представляет собой изогнутую щель между впускной улиткой для рециркулированных выхлопных газов и диффузором ниже по потоку от задней кромки.
Впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов может быть расположена в корпусе компрессора.
Диаметр второй улитки может увеличиваться от ее первого конца к ее второму концу, причем первый конец расположен в корпусе, а второй конец расположен на выпуске второй улитки.
Диаметр впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов может уменьшаться от ее первого конца к ее второму концу, причем первый конец расположен на ее впуске, а второй конец расположен на корпусе.
Компрессор также может иметь впускной трубопровод, выровненный по центру относительно центральной оси компрессора.
Центральная ось второй улитки может быть изогнута вокруг впускного трубопровода по внешней окружности компрессора.
Центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов может быть изогнута вокруг впускного трубопровода по внутренней кромке второй улитки.
Центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов на ее впускном конце может быть параллельна центральной оси второй улитки на ее выпускном конце.
Центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов и центральная ось второй улитки могут быть перпендикулярны центральной оси компрессора.
Впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов может быть расположена в задней стенке компрессора.
В другом варианте предложен компрессор турбонагнетателя, который содержит корпус с улиткой, которая соединена с диффузором, крыльчатку, вращающуюся вокруг центральной оси компрессора и имеющую лопатку, а также впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов, расположенную в корпусе компрессора и имеющую отверстие для ввода газов под давлением, соединенное с диффузором ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора, но выше по потоку от конца диффузора рядом с улиткой.
При этом впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов может представлять собой круговой канал, центральная ось которого изогнута вокруг впускного трубопровода компрессора.
Впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов также может быть установлена внутри корпуса между улиткой компрессора и впускным трубопроводом, при этом улитка компрессора может быть изогнута вокруг впускного трубопровода с большим радиусом изгиба, чем впускной трубопровод для рециркулированных выхлопных газов. При этом радиус изгиба улитки может соответствовать расстоянию между центральной осью компрессора и центральной осью улитки компрессора, а улитка компрессора и впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов могут иметь противоположно увеличивающиеся площади поперечного сечения в одном направлении вокруг центральной оси компрессора.
Диаметр канала впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов может уменьшаться от ее впускного конца до ее второго конца, расположенного в корпусе компрессора. Центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов может быть параллельна центральной оси улитки компрессора на впускном конце впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов и на выпускном конце улитки компрессора, и перпендикулярна центральной оси компрессора.
Отверстие для ввода газов под давлением может представлять собой изогнутую щель, проходящую вокруг окружности крыльчатки компрессора и изогнутую в направлении воздушного потока.
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание представлено в упрощенной форме для изложения сущности нескольких концепций, которые будут подробно описаны далее. При этом полезная модель не ограничена вариантами выполнения, которые исправляют вышеуказанные недостатки или недостатки, упомянутые в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение примера системы двигателя, включающей в себя систему рециркуляции выхлопных газов.
На Фиг. 2 схематически представлено поперечное сечение первого варианта выполнения компрессора с впускной улиткой для газов EGR.
На Фиг. 3 схематически представлено поперечное сечение второго варианта выполнения компрессора с впускной улиткой для газов EGR.
На Фиг. 4 представлен вид в изометрии компрессора с впускной улиткой для газов EGR.
Осуществление полезной модели
Данное описание относится к системе подачи (например, введения) выхлопных газов из системы рециркуляции выхлопных газов на участок ниже по потоку от крыльчатки компрессора. Как показано на Фиг. 1, канал системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) может соединять выпускной канал и компрессор. В частности, компрессор может иметь впускную улитку для газов EGR в своем корпусе. В альтернативном варианте выполнения, представленном на Фиг. 3, впускная улитка для газов EGR может быть установлена на задней стенке компрессора, но не в корпусе. Фиг. 4 представляет собой схему компрессора с впускной улиткой для газов EGR, дополнительной к улитке компрессора. Впускная улитка для газов EGR может осуществлять введение выхлопных газов из канала системы EGR в диффузор компрессора рядом с задней кромкой лопатки крыльчатки компрессора. На Фиг. 2-3 приведены два варианта выполнения впускного канала системы EGR, расположенных в компрессоре. Впрыск выхлопных газов системы EGR ниже по потоку от крыльчатки компрессора может уменьшить повреждение крыльчатки, вызываемое конденсатом, тем самым увеличив срок службы крыльчатки компрессора. Кроме того, в диффузоре рядом с задней кромкой лопатки компрессора скорость воздушного потока может быть выше, а давление воздуха может быть ниже по сравнению с точками ниже по потоку в компрессоре. Таким образом, благодаря повышенному давлению могут быть уменьшены ограничения воздушного потока системы EGR.
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение примера двигателя 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30, однако также может быть использовано и другое количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, а также сигналов, вводимых водителем 132 автомобиля с помощью устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для подачи пропорционального сигнала PP о положении педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с установленным в ней поршнем (не изображено). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня переходило во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по крайней мере с одним ведущим колесом транспортного средства и использовать выходной крутящий момент двигателя для обеспечения движения транспортного средства. Коленчатый вал 40 также может быть использован для привода генератора 152 переменного тока.
Камеры 30 сгорания могут получать воздух из впускного коллектора 44 и выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48 (также называемый в данном описании выпускной системой). Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно соединяться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах камера 30 сгорания может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально ширине импульса сигнала FRW от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует принять во внимание, что также возможно использование впрыска во впускные каналы. Топливо может быть подано на топливную форсунку топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Во время процесса, называемого в данном документе зажиганием, происходит зажигание впрыснутого топлива с помощью известных устройств зажигания, например, с помощью свечи 52 зажигания, что приводит к его горению. Момент зажигания может быть установлен таким образом, чтобы искра подавалась до (с опережением) или после (с запаздыванием) времени, установленного производителем. Например, момент зажигания может быть установлен с запаздыванием относительно момента максимального крутящего момента (MBT) для управления детонацией в двигателе или с опережением при условиях высокой влажности. В частности, MBT может быть установлен с опережением для компенсации низкой скорости горения. В одном примере момент зажигания может быть установлен с запаздыванием во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (нажатии педали газа).
Воздух во впускной коллектор 44 может поступать из первого впускного канала 42. Впускной канал 42 включает в себя дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22 для регулировки потока, проходящего через первый канал 32 во впускной коллектор 44. В данном конкретном примере положение (TP) дроссельной заслонки 22 может быть изменено контроллером 12 для обеспечения электронного управления дросселем (ETC). Таким образом, дроссель 21 может быть использован для изменения количества впускного воздуха, поступающего в камеры сгорания 30. Например, контроллер 12 может регулировать положение дроссельной заслонки 22 для увеличения степени открытия дросселя 21. Увеличение степени открытия дросселя 21 может привести к увеличению количества воздуха, поступающего во впускной коллектор 44. В качестве альтернативы степень открытия дросселя 21 может быть уменьшена или он может быть полностью закрыт для перекрывания потока воздуха во впускной коллектор 44. В некоторых вариантах осуществления во впускном канале 42 могут быть установлены дополнительные дроссели, например, дроссель может быть расположен выше по потоку от компрессора 60 (не показан).
Двигатель 10 может также содержать компрессионное устройство, например, турбонагнетатель или компрессор наддува, содержащий, по меньшей мере, компрессор 60, размещенный вдоль впускного канала 42. Для турбонагнетателя: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другой соединительный механизм. Турбина 62 может быть размещена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в движение компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12.
В вариантах осуществления с Фиг. 1 компрессор 60 может приводиться в действие, в основном, турбиной 62. Турбина 62 может приводиться в действие от выхлопных газов, проходящих через выпускной канал 48. Таким образом, работа турбины 62 может привести в действие компрессор 60. Следовательно, скорость компрессора 60 может зависеть от скорости турбины 62. По мере увеличения скорости компрессора 60 будет увеличиваться наддув через впускной канал 42 во впускной коллектор 44.
Кроме того, выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора (CRV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CRV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува. Например, при обнаружении помпажа компрессора или высокой вероятности возникновения помпажа компрессора контроллер 12 может открыть CRV 27 для понижения давления на выпуске компрессора 60, что может уменьшить или прекратить помпаж компрессора. В некоторых вариантах CRV 27 может представлять собой двухпозиционный клапан, переключаемый между закрытым и открытым положениями. В альтернативных вариантах CRV 27 может представлять собой многопозиционный клапан, который может переключаться среди множества различных положений между полностью открытым и полностью закрытым состояниями. В данном случае для изменения расхода в компрессоре 60 может быть отрегулировано положение CRV 27.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры турбонагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В некоторых вариантах охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». CAC 80 может представлять собой CAC с переменным объемом. Горячий наддувочный воздух из компрессора 60 поступает во впускное отверстие CAC 80, охлаждается по мере прохождения через CAC, а затем выходит, попадая через дроссель 21 во впускной коллектор 44 двигателя. Поток наружного воздуха может попасть в двигатель 10 через переднюю часть автомобиля и пройти через CAC, способствуя охлаждению наддувочного воздуха.
Согласно предложенному решению, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал EGR, такой как канал 140 EGR. Количество EGR, передаваемое во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг. 1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляется от участка выше по потоку турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где EGR направляется от участка ниже по потоку турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку компрессора турбонагнетателя. При наличии, система EGR может приводить к образованию конденсата из сжатого воздуха, особенно когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что будет описано более подробно далее. Канал 140 EGR может также включать в себя охладитель 144 EGR, предназначенный для охлаждения выхлопных газов, проходящих через канал 140 EGR. Канал 140 EGR направляет газы EGR из участка выше по потоку от турбины 62 непосредственно в компрессор 60. В частности, канал 140 EGR соединен с компрессором 60 посредством улитки (например, впускной улитки для газов EGR) и осуществляет подачу газов EGR ниже по потоку от крыльчатки компрессора 60. На Фиг. 2-4, описанных далее, подробно показано, как газы EGR могут быть поданы в компрессор 60.
Как показано на Фиг. 1, система EGR аналогична известной системе EGR высокого давления (HP), которая направляет газы системы EGR из участка выше по потоку от турбины на участок ниже по потоку от компрессора. Однако, как изложено ниже со ссылкой на Фиг. 2-4, канал 140 EGR осуществляет впрыск газов EGR в компрессор 60 рядом с задней кромкой лопатки (крыльчатки) компрессора 60. Данная область может иметь более низкое давление, чем ниже по потоку от компрессора 60. В результате могут быть уменьшены ограничения потока известных систем HP EGR, возникающие, когда давление во впускном коллекторе (или давление наддува) превышает обратное давление в турбине. Кроме того, смешивание газов EGR и всасываемого воздуха в конфигурации, представленной на Фиг. 1, может быть больше, чем в известных системах HP EGR.
В других вариантах выполнения двигатель может иметь систему EGR низкого давления (LP) (не показана), где EGR направляется от участка ниже по потоку турбины 62 на участок выше по потоку компрессора 60. В варианте, изображенном на Фиг. 1, система EGR может иметь преимущества по сравнению с известными системами LP EGR. Например, поскольку газы EGR вводятся под давлением после крыльчатки компрессора, конденсация потока газов EGR не может повлиять на крыльчатку компрессора, что позволяет снизить коррозию лопатки и крыльчатки компрессора и увеличить срок службы. Кроме того, введение газов EGR под давлением во впускную систему ниже по потоку от крыльчатки компрессора может увеличить производительность компрессора по сравнению с вариантом применения известной системы LP EGR. В конфигурации, представленной на Фиг. 1, компрессор 60 сжимает воздух из охладителя (например, сжимает только всасываемый воздух без газов EGR), поскольку смешивание газов EGR с всасываемым воздухом происходит только после лопатки крыльчатки компрессора. В результате температура лопатки компрессора остается более низкой, чем в случае, когда введение газов EGR осуществляется во впускной канал 42 выше по потоку от компрессора 60. Поддержание низкой температуры лопатки компрессора позволяет увеличить срок службы лопатки и производительность компрессора, а также уменьшить степень коксования масла.
Система EGR, представленная на Фиг. 1 и описанная далее со ссылкой на Фиг. 2-4, позволяет также сократить общие затраты на систему двигателя. Например, размер охладителя 144 EGR может быть уменьшен, поскольку CAC 80 может способствовать охлаждению газов EGR под высоким давлением (известные системы LP EGR осуществляют введение газов EGR под давлением ниже по потоку от САС, что требует дополнительного охлаждения, обеспечиваемого охладителем газов EGR). Кроме того, система EGR, представленная на Фиг. 1, может не содержать дроссель низкого давления перед компрессором, который используется в известных системах LP EGR. Преимущества конфигурации системы EGR, представленной на Фиг. 1, изложены далее со ссылкой на Фиг. 2-4.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (I/O), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (KAM) и обычную шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ECT) от датчика температуры 112, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RMP, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В стехиометрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.
Другими датчиками, которые могут направлять сигналы контроллеру 12, являются температурный датчик 124, расположенный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Также могут иметься другие датчики, не показанные на схеме, например, датчик для определения скорости воздушного потока на входе охладителя наддувочного воздуха, датчик для определения влажности впускного воздуха и другие датчики.
На Фиг. 2-4 представлено схематическое изображение компрессора 60, имеющего впускную улитку 204 для газов EGR для подачи (например, введения) газов EGR после лопатки (например, крыльчатки) компрессора. На Фиг. 2-3 приведены поперечные сечения турбонагнетателя 202, включающего в себя компрессор 60 и турбину 62, показанных на Фиг. 1. На Фиг. 4 приведен вид в изометрии компрессора 60 с впускной улиткой 204 для газов EGR.
На Фиг. 2 представлено схематическое изображение 200 первого варианта выполнения турбонагнетателя 202. В частности, на схеме 200 показано, что впускная улитка 204 для газов EGR, расположена в корпусе 206 или кожухе компрессора 60. Как описано выше, выхлопные газы после горения попадают в турбину 62 через одну или несколько спиральных камер 208. Выхлопные газы проходят через спиральные камеры 208, которые окружают турбину 62. Спиральные камеры 208 сообщаются с колесом турбины 210. В данном случае поток выхлопных газов через спиральные камеры 208 может взаимодействовать с лопаткой 212 колеса 210 турбины, тем самым заставляя колесо 210 турбины вращаться вокруг оси 214 вращения турбонагнетателя 202. Колесо 210 турбины соединено с первым концом вала 216. Вал 216 также соединен со стороны второго конца вала 216 с крыльчаткой 218 компрессора. В данном случае вращательное движение колеса 210 турбины приводит к вращению вала 216 и далее к вращению крыльчатки 218 компрессора вокруг оси 214 вращения. Таким образом, ось 214 вращения турбонагнетателя 202 также является осью 214 вращения крыльчатки 218 компрессора и колеса 210 турбины. Кроме того, ось 214 вращения может быть также центральной осью турбонагнетателя 202, компрессора 60 и/или турбины 62.
Крыльчатка 218 компрессора включает в себя лопатку 220 компрессора со множеством крыльев, расположенных по окружности крыльчатки 218 компрессора. На Фиг. 2 показано поперечное сечение лопатки 220. Лопатка 220 компрессора имеет входную сторону 222 и выходную сторону 224. Всасываемый воздух 226 поступает в компрессор 60 через впускной трубопровод 228 компрессора 60. Впускной трубопровод 228 может быть соединен с впускным каналом, например, впускным каналом 42, показанным на Фиг. 1. Всасываемый воздух 226 поступает в компрессор 60 через лопатку 220 крыльчатки 218 компрессора. В частности, при вращении крыльчатки компрессора вокруг оси 214 вращения всасываемый воздух 226 поступает на лопатку 220 с входной стороны 222. Далее всасываемый воздух 226 продавливается от выходной стороны 224 лопатки 220 компрессора благодаря центробежной силе вращающейся крыльчатки 218 компрессора. В результате всасываемый воздух 226 поступает в диффузор 220 компрессора 60 на большей скорости, чем когда он поступает во впускной трубопровод 228. Область диффузора 230 рядом с задней кромкой 234 (например, у задней кромки) лопатки 220 компрессора, показанная стрелкой 232, может представлять собой область относительно низкого давления и относительно высокой скорости воздушного потока. Например, скорость воздушного потока в диффузоре в месте, показанном стрелкой 232, может быть выше, чем скорость воздушного потока ниже по потоку в компрессоре 60. Кроме того, задняя кромка 234 лопатки 220 компрессора может быть наиболее удаленной от центра кромкой лопатки 220 компрессора и крыльчатки 218 компрессора.
Воздух проходит вниз по потоку через диффузор 230 и поступает в улитку 236 компрессора 60. Улитка 236 компрессора 60 может представлять собой впускную улитку. Таким образом, диффузор 230 может быть соединен с улиткой 236 и являться ее частью. В данном случае диффузор 230 может быть расположен между задней кромкой 234 лопатки 220 компрессора и улиткой 236. Воздух может проходить через диффузор 230 радиально наружу от оси вращения 214 и поступать в улитку 236. На Фиг. 4, как описано далее, представлен вид в изометрии компрессора 60 с улиткой 236, проходящей по внешней окружности корпуса 206 компрессора 60. После того как воздух проходит через улитку 236, он выходит из компрессора 60 через выпускное отверстие (показано на Фиг. 4), при этом выпускное отверстие соединено с впускным каналом, а затем воздух попадает на участок ниже по потоку от CAC (например, CAC 80, представленного на Фиг. 1) и/или впускного коллектора (например, впускного коллектора 44, представленного на Фиг. 1).
Как описано выше со ссылкой на Фиг. 1, газы из системы EGR могут быть введены ниже по потоку от лопатки 220 компрессора. Как показано на Фиг. 2, газы EGR могут проходить через впускную улитку 204 для газов EGR, расположенную в корпусе 206 компрессора 60. Впускная улитка для газов EGR также может представлять собой впускную улитку компрессора. Впускная улитка 204 для газов EGR расположена радиально между улиткой 236 и крыльчаткой 218 компрессора. Как показано на Фиг. 4 и описано далее, впускная улитка 204 для газов EGR окружает компрессор между улиткой 236 и впускным трубопроводом 228. В данном случае впускная улитка 204 для газов EGR вместе с корпусом 206 может образовывать кольцо вокруг, по крайней мере, части впускного трубопровода 228 и крыльчатки 218 компрессора. Улитка 236 внутри корпуса 206 может образовывать кольцо вокруг, по крайней мере, части впускного трубопровода 228 и крыльчатки 218 компрессора. Как показано на Фиг. 2, радиус кольца впускной улитки 204 газов EGR, определенный между осью 214 вращения и впускной улиткой 204 для газов EGR, является внутренним и имеет меньший размер по сравнению с радиусом кольца улитки 236, определенным между осью 214 вращения и улиткой 236.
Как показано на Фиг. 2, диаметры (например, диаметр канала) улитки 236 и впускной улитки 204 для газов EGR может быть различными по окружности компрессора. В частности, диаметр улитки 236 может увеличиваться по мере того, как воздух проходит вниз по потоку от улитки 236 и достигает выпускного отверстия улитки 236 и компрессора 60. Диаметр впускной улитки 204 для газов EGR может уменьшаться по мере удаления от впускного отверстия впускной улитки 204 для газов EGR дальше вниз по потоку во впускной улитке 204 для газов EGR. Эти диаметры изображены на Фиг. 4, которая описана далее.
Выхлопные газы могут проходить от впускной улитки 204 для газов EGR в диффузор 230 рядом с зоной диффузора, наиболее приближенной к задней кромке 234 лопатки 220 компрессора, как показано стрелкой 232. В частности, впускная улитка 204 для газов EGR может иметь впускное отверстие 240, соединенное с диффузором 230 ниже по потоку от лопатки 220 компрессора, но выше по потоку от конца диффузора 230 рядом с улиткой 236. Другими словами, впускное отверстие 240 может быть соединено с диффузором 230 в точке диффузора 230, расположенной ближе к задней кромке 234 лопатки 220 компрессора, чем улитка 236. Кроме того, впускное отверстие 240 изогнуто в сторону диффузора в направлении воздушного потока. Как показано на Фиг. 2, впускное отверстие 240 изогнуто наружу от главного канала впускной улитки 204 для газов EGR в направлении относительно оси 214 вращения (например, центральной оси компрессора 60). Кроме того, впускное отверстие 240 может представлять собой изогнутая щель между главным каналом впускной улитки 204 для газов EGR к диффузору 230, при этом изогнутая щель проходит по окружности крыльчатки компрессора. Всасываемый воздух и выхлопные газы из потока газов EGR могут быть смешаны в диффузоре 230 и поступать в улитку 236, где их смешивание может быть продолжено. Смешанные газы могут проходить через улитку 236 и затем выходить из компрессора 60. В одном примере изогнутая щель впускного отверстия 240 может иметь такую форму, что всасываемый воздушный поток от крыльчатки компрессора может увлечь за собой входящий поток газов EGR, в то время как газы EGR протекают без значительного уменьшения скорости воздушного потока.
На Фиг. 3 приведено схематическое изображение 300 второго варианта выполнения турбонагнетателя 202. В частности, схематическое изображение 300 показывает, что впускная улитка 204 для газов EGR, расположена не в корпусе 206, а в задней стенке 302 компрессора 60. На схематическом изображении 300 представлены те же элементы, которые описаны выше со ссылкой на Фиг. 2. Кроме того, воздушный поток, проходящий через элементы компрессора, аналогичен потоку, описанному со ссылкой на Фиг. 2. Однако впускная улитка 204 для газов EGR теперь расположена на противоположной стороне диффузора 230 относительно улитки 236. В данном варианте впускная улитка 204 для газов EGR может быть закручена вокруг окружности задней стенки 302. В других вариантах основная часть впускной улитки 204 для газов EGR может быть расположена снаружи или рядом с задней стенкой 302. В данном варианте входное отверстие 240 впускной улитки 204 для газов EGR может проходить через заднюю стенку 302 к диффузору 230.
На Фиг. 4 приведено схематическое изображение 400 вида в изометрии компрессора 60 с впускной улиткой 204 для газов EGR. На Фиг. 4 показаны оси 402 координат, включая горизонтальную ось 408, вертикальную ось 410 и поперечную ось 412. Впускной трубопровод 228 компрессора является цилиндрической трубой, которая может быть соединена с впускным каналом (например, впускным каналом 42, показанным на Фиг. 1) двигателя. Кроме того, центр впускного трубопровода 228 выровнен по оси вращения 214. Как описано выше, ось вращения 214 также представляет собой центральную ось компрессора 60. Впускной трубопровод 228 параллелен горизонтальной координатной оси 408. Всасываемый воздух 226 поступает в компрессор 60 через впускной трубопровод 228 в направлении горизонтальной координатной оси 408.
Как описано выше, компрессор 60 имеет кожух или корпус 206. Корпус 206 имеет улитку 236 и впускную улитку 204 для газов EGR. Улитка 236 может также являться в данном описании улиткой для впускного воздуха. Улитка 236 и впускная улитка для газов EGR могут представлять собой впускные улитки, расположенные внутри корпуса компрессора во впускном канале двигателя. Выхлопные газы 414 из канала системы EGR (например, канала 140 системы EGR, показанного на Фиг. 1) поступают в компрессор 60 через впускную улитку 204 для газов EGR. Впускная улитка 204 для газов EGR не имеет внутреннего клапана. Вместо этого, клапан газов EGR может быть расположен выше по потоку от впускной улитки 204 для газов EGR. Как показано на Фиг. 2-3, впускная улитка 204 для газов EGR осуществляет введение выхлопных газов 414 EGR под давлением в диффузор 230 ниже по потоку от крыльчатки компрессора. Там происходит смешивание выхлопных газов 414 EGR с всасываемым воздухом 226, вытесняемым из крыльчатки компрессора. В частности, выхлопные газы 414 EGR присоединяются к потоку всасываемого воздуха ниже по потоку от крыльчатки компрессора рядом с задней кромкой лопатки компрессора (не показана на Фиг. 4). В улитку 236 поступают выхлопные газы 414 EGR, смешанные с всасываемым воздухом 226. Смешанные газы 416 могут проходить через улитку 236 и затем покидать компрессор 60 через выпускное отверстие 418 улитки 236. Выпускное отверстие 418 может быть соединено с впускным каналом (например, впускным каналом 42). Таким образом, смешанные газы (например, наддувочный воздух), выходящий из улитки 236, может продолжать протекать по впускному каналу по направлению к элементам двигателя, расположенным ниже по потоку, например, охладителю наддувочного воздуха и впускному коллектору.
Как улитка 236, так и впускная улитка 204 для газов EGR представляют собой круговые каналы внутри корпуса 206. Круговые каналы изогнуты и имеют диаметр (например, диаметр канала) и площадь поперечного сечения, которые могут изменяться по длине каждого канала. Например, улитка 236 имеет центральную ось 404, которая выровнена по центру внутри круглого канала улитки 236. Центральная ось 404 улитки 236 имеет изгиб, поскольку улитка огибает компрессор 60. Изгиб центральной оси 404 может соответствовать внешней окружности компрессора 60. Кроме того, улитка 236 изогнута вокруг впускного трубопровода 228. Вблизи выходного отверстия 418 улитки 236 центральная ось 404 параллельна поперечной координатной оси 412. Кроме того, центральная ось 440 улитки 236 перпендикулярна оси вращения 214 и впускному трубопроводу 228. Диаметр 420 улитки 236 увеличивается по мере прохождения от первого конца 422 в корпусе 206 компрессора до второго конца (например, выпускного конца) на выпускном отверстии 418 улитки 236.
Смешанный воздушный поток, проходящий через улитку 236, проходит по изогнутому каналу, заданному изогнутой центральной осью 404. Улитка 236 направляет воздушный поток вокруг компрессора 60 по изогнутому каналу. Поскольку диаметр улитки 236 увеличивается по мере того, как канал проходит вниз по потоку по направлению к выпускному отверстию 418, скорость воздушного потока в улитке 236 может снижаться.
Аналогичным образом, впускная улитка 204 для газов EGR имеет центральную ось 406, выровненную по центру в круговом канале впускной улитки 204 для газов EGR. Центральная ось 406 имеет изгиб, поскольку улитка огибает компрессор 60. Изгиб центральной оси 406 может совпадать с изгибом центральной оси 404, тем самым изгибаясь вокруг центральной оси (например, оси 214 вращения) компрессора 60. Впускная улитка 204 для газов EGR изогнута вокруг впускного трубопровода 228 по внутреннему краю улитки 236. В частности, впускная улитка 236 для газов EGR расположена между улиткой 236 и впускным трубопроводом 228 в корпусе 206. Радиус изгиба центральной оси 406 впускной улитки 204 для газов EGR меньше, чем радиус изгиба центральной оси 404 улитки 236, при этом радиусы изгиба определены относительно оси 214 вращения (например, центральной оси компрессора 60). Другими словами, улитка 236 изогнута вокруг впускного трубопровода 228 с большим радиусом изгиба, чем впускной трубопровод 204 газов EGR, при этом радиус изгиба улитки 236 задан между центральной осью компрессора и центральной осью 404 улитки 236. Аналогичным образом радиус изгиба впускной улитки 204 для газов EGR может представлять собой расстояние между центральной осью компрессора (например, осью 214 вращения) и центральной осью 406 впускной улитки 204 для газов EGR.
Вблизи впускного отверстия 424 впускной улитки 204 для газов EGR центральная ось 406 параллельна поперечной оси 412. Центральная ось 406 впускной улитки 204 для газов EGR перпендикулярна оси 214 вращения. Кроме того, как показано на Фиг.4, центральная ось 406 впускной улитки 204 для газов EGR может быть параллельна центральной оси 404 улитки 236 во впускном конце впускной улитки 204 для газов EGR и выпускном конце улитки 236. В другом варианте впускное отверстие 424 впускной улитки 204 для газов EGR может быть расположено в другом месте по окружности компрессора 60. В данном случае центральная ось 406 может не быть параллельна центральной оси 404.
Диаметр 426 впускной улитки 204 для газов EGR может уменьшаться от первого конца (например, впускного конца) впускного отверстия 424 впускной улитки 204 для газов EGR ко второму концу 428, при этом второй конец 428 инкорпорирован в корпус 206 компрессора. Как показано на Фиг.4, диаметр 426 впускного отверстия 424 впускной улитки 204 для газов EGR может быть меньше, чем диаметр 420 выпускного отверстия 418 улитки 236. Однако в других вариантах выполнения диаметр 426 впускного отверстия 424 может быть практически таким же, как диаметр 420 выпускного отверстия 418. В еще одном варианте диаметр 426 впускного отверстия 424 может быть больше, чем диаметр 420 выпускного отверстия 418. Кроме того, как показано на Фиг.4, улитка 236 и впускная улитка 204 для газов EGR имеют с разных сторон увеличивающиеся площади поперечного сечения (и диаметры) в одном направлении вокруг центральной оси компрессора. Например, площадь поперечного сечения и диаметр 426 впускной улитки 204 для газов EGR возрастают по мере того, как происходит загиб впускной улитки 204 по часовой стрелке вокруг оси вращения 214 (при этом направление по часовой стрелке в компрессоре определяется со стороны впускного трубопровода). И наоборот, площадь поперечного сечения и диаметр 420 впускной улитки 236 возрастают по мере того, как происходит загиб впускной улитки 236 против часовой стрелки вокруг оси вращения 214 (при этом направление против часовой стрелки в компрессоре определяется со стороны впускного трубопровода).
Воздушный поток, проходящий через впускную улитку 204 для газов EGR, течет по изогнутому каналу, заданному изогнутой центральной осью 406. Впускная улитка 204 для газов EGR направляет воздушный поток по окружности вокруг впускного трубопровода 228 компрессора 60 по изогнутому каналу. Поскольку диаметр 426 впускной улитки 204 для газов EGR уменьшается по мере того, как канал проходит вниз по потоку по направлению ко второму концу 428, скорость воздушного потока во впускной улитке 204 для газов EGR может возрастать.
Система с Фиг. 1-4 относится к системе двигателя, включающей в себя двигатель с впускным каналом и выпускным каналом, компрессор, расположенный во впускном канале и имеющий впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов, турбину, расположенную в выпускном канале и приводящую в действие компрессор, а также систему рециркуляции выхлопных газов с каналом рециркуляции, соединяющим выпускной канал двигателя выше по потоку от турбины и впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов компрессора. Компрессор может также включать в себя улитку с диффузором. Кроме того, улитка для рециркулированных выхлопных газов может иметь входное отверстие, сообщающееся с диффузором на участке рядом с задней кромкой лопатки компрессора.
Как было сказано выше, соединение канала EGR с впускным каналом в компрессоре может иметь преимущества по сравнению с известными системами LP EGR и HP EGR. Как показано на Фиг. 1-4, газы EGR могут быть введены в компрессор ниже по потоку от крыльчатки компрессора рядом с задней кромкой лопатки компрессора. Хотя данный участок находится ниже по потоку от крыльчатки и лопатки компрессора, может быть использован также участок с относительно более низким давлением, чем еще ниже по потоку в диффузоре и улитке.
Например, давление в улитке может быть выше, чем давление в диффузоре, рядом с задней кромкой лопатки компрессора. Кроме того, в диффузоре рядом с задней кромкой лопатки компрессора можно наблюдать более высокую скорость воздушного потока, чем еще ниже по потоку в компрессоре. При движении смешанных газов EGR и всасываемых газов вниз по потоку скорость воздушного потока может понижаться, а давление газов может возрастать. Введение выхлопных газов EGR рядом с задней кромкой лопатки компрессора имеет несколько преимуществ. Во-первых, как было сказано выше, введение газов EGR таким образом может увеличить объем потока газов EGR. В частности, если давление наддува или давление во впускном коллекторе превышает обратное давление турбины, более низкое давление на стороне введения газов EGR может привести к большему потоку газов EGR по сравнению с известными системами HP EGR. Кроме того, введение газов EGR в область диффузора с более высокой скоростью потока может способствовать лучшему смешиванию выхлопных газов EGR и впускного воздуха. Более того, введение газов EGR в участок ниже по потоку от лопатки компрессора может увеличить срок службы крыльчатки и лопатки компрессора. Например, конденсат в потоке газов EGR не будет контактировать с крыльчаткой компрессора, что позволит уменьшить коррозию и повреждения крыльчатки компрессора. Кроме того, введение выхлопных газов EGR более высокой температуры после крыльчатки компрессора может обеспечить поддержание более низкой температуры крыльчатки, тем самым также увеличивая срок службы крыльчатки компрессора.
Таким образом, выхлопные газы из системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) могут быть поданы во впускной канал в компрессоре. В частности, выхлопные газы EGR могут проходить через впускную улитку для газов EGR, встроенную в корпус компрессора. Впускная улитка для газов EGR может осуществлять введение выхлопных газов в диффузор рядом с задней кромкой лопатки крыльчатки компрессора. Таким образом, газы EGR могут поступать в диффузор ниже по потоку от крыльчатки компрессора в зоне относительно высокой скорости воздушного потока и низкого давления воздуха, чем ниже по потоку в диффузоре и улитке компрессора. Соединение канала EGR с впускной системой таким образом позволяет увеличить срок службы лопатки компрессора и увеличивает диапазон расхода газов EGR. Кроме того, массовый расход воздуха в компрессоре может быть увеличен путем сжатия более холодного воздуха.
В одном варианте осуществления полезной модели компрессор турбонагнетателя имеет крыльчатку, вращающуюся вокруг центральной оси компрессора, и впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов, имеющую впускное отверстие, расположенное рядом с задней кромкой крыльчатки компрессора. Компрессор также содержит улитку, расположенную в его корпусе и имеющую диффузор. Впускное отверстие представляет собой изогнутую щель между впускной улиткой для рециркулированных выхлопных газов и диффузором, ниже по потоку от задней кромки.
В одном примере впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов расположена в корпусе компрессора. Диаметр этой улитки увеличивается от ее первого конца до второго конца, при этом первый конец расположен в корпусе, а второй конец расположен на выпуске улитки. И наоборот, диаметр впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов уменьшается при прохождении от ее первого конца до ее второго конца, при этом первый конец расположен на впуске, а второй конец расположен в корпусе. Компрессор также имеет впускной трубопровод, выровненный по центру относительно центральной оси компрессора. Центральная ось улитки изогнута вокруг впускного трубопровода по внешней окружности компрессора, при этом центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов изогнута вокруг впускного трубопровода по внутренней кромке улитки. Кроме того, центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов во впускном конце впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов параллельна центральной оси улитки на ее выпускном конце. Более того, центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов и центральная ось улитки перпендикулярны центральной оси компрессора. В другом примере впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов расположена в задней стенке компрессора.
В соответствии с другим вариантом осуществления полезной модели компрессор турбонагнетателя имеет корпус, содержащий улитку, которая соединена с диффузором, крыльчатку компрессора, вращающуюся вокруг центральной оси компрессора и имеющую лопатку компрессора, впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов, расположенную в корпусе компрессора и имеющую впускное отверстие, соединенное с диффузором ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора, но выше по потоку от конца диффузора рядом с улиткой. Впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов представляет собой круговой канал, центральная ось которого изогнута вокруг впускного трубопровода компрессора. Кроме того, впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов установлена между улиткой и впускным трубопроводом внутри корпуса, при этом улитка изогнута вокруг впускного трубопровода с большим радиусом изгиба, чем впускной трубопровод для рециркулированных выхлопных газов, при этом радиус изгиба улитки соответствует расстоянию между центральной осью компрессора и центральной осью улитки, при этом улитка и впускная улитка для рециркулированных выхлопных газов имеют противоположно увеличивающиеся площади поперечного сечения в одном направлении вокруг центральной оси компрессора.
Диаметр канала впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов может уменьшаться от впускного конца впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов до ее второго конца, при этом второй конец расположен в корпусе компрессора. Кроме того, центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов параллельна центральной оси улитки на ее впускном конце и выпускном конце улитки. Более того, центральная ось впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов перпендикулярна центральной оси компрессора. Впускное отверстие представляет собой изогнутую щель, проходящую по окружности крыльчатки компрессора, причем щель изогнута в направлении воздушного потока.
В одном варианте осуществления полезной модели система двигателя включает в себя двигатель со впускным каналом и выпускным каналом, компрессор, расположенный во впускном канале и имеющий впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов с впускным отверстием, расположенным ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора; турбину, расположенную в выпускном канале и приводящую в действие компрессор, а также систему рециркуляции выхлопных газов с каналом рециркуляции, соединяющим выпускной канал выше по потоку от турбины и впускную улитку для рециркулированных выхлопных газов компрессора. Компрессор может также иметь улитку с диффузором, а впускное отверстие впускной улитки для рециркулированных выхлопных газов соединено с диффузором ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора.
В одном варианте осуществления полезной модели способ управления системой двигателя предусматривает подачу потока газов системы рециркуляции выхлопных газов под высоким или низким давлением в улитку компрессора отдельно от улитки компрессора для впускного воздуха, при этом улитка вводит газы EGR ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора. Система управления двигателем, например, система, показанная на Фиг. 1, может регулировать количество газов EGR, подаваемое ниже по потоку от задней кромки, в соответствии с рабочими условиями двигателя. В одном примере количество газов EGR может быть увеличено при увеличении давления ниже по потоку от компрессора.
В другом варианте осуществления полезной модели выполняют подачу газов системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) во впускную улитку для газов EGR компрессора в воздухозаборнике двигателя, при этом впускная улитка для газов EGR отделена от другой впускной улитки и имеет впускное отверстие, расположенное ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора. Компрессор приводят в действие с помощью турбины, расположенной в выпускной системе двигателя, при этом газы EGR подают с помощью системы EGR, имеющей канал рециркуляции выхлопных газов, который соединяет выпускную систему выше по потоку от турбины и впускную улитку для газов EGR компрессора, причем другая впускная улитка имеет диффузор, и впускное отверстие впускной улитки для газов EGR соединено с диффузором ниже по потоку от задней кромки лопатки компрессора.
Можно отметить, что примеры управляющих и оценочных программ, приведенные в данном описании, могут быть использованы для различных конфигураций двигателей и/или систем транспортного средства. Конкретные программы, могут включать в себя один или более алгоритмов обработки из любого количества аналитических стратегий, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и подобные. Таким образом, различные шаги, операции или функции могут быть выполнены в приведенной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях могут быть исключены. Аналогичным образом, данный порядок обработки не обязательно должен соблюдаться для достижения целей, характеристик или преимуществ, описанных в данном документе, но предоставлен для простоты иллюстрирования и описания. Один или более из приведенных шагов или функций могут выполняться многократно, в зависимости от конкретного используемого алгоритма. Кроме того, описанные действия могут графически представлять программный код для записи на машиночитаемый носитель данных в системе управления двигателем
Следует понимать, что описанные конфигурации и способы являются примерными по свое сути, и точное их воспроизведение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому и другим видам двигателя. Полезная модель охватывает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие особенности, функции и/или свойства, описанные выше.