用于导引排气的系统和方法
【专利摘要】本发明提供用于导引来自发动机的排气的各种系统和方法。在一个例子中，系统包括高压涡轮机和低压涡轮机。所述系统还包括第一通道，用于将来自气缸的第一子组且旁路通过所述高压涡轮机的排气导引到发动机的排气通道中的所述低压涡轮机的上游，以及第二通道，用于将来自气缸的第二、不同子组的排气导引到所述高压涡轮机的上游。
【专利说明】用于导引排气的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明所公开的主题的实施例涉及导引来自发动机系统中的发动机的排气。
【背景技术】
[0002]发动机可以使用从发动机排气系统到发动机进气系统的排气的再循环以减小管制的排放，该过程被称为排气再循环(Exhaust Gas Recirculat1n ;简称EGR)。在一些例子中，一个或多个气缸的组可以具有排气歧管，所述排气歧管选择性地联接到发动机的进气通道使得气缸组至少在一些条件下用来生成用于EGR的排气。这样的气缸可以被称为“供体气缸(donor cylinder)”。此外，一些EGR系统可以包括多个阀以基于EGR的预期量将来自供体气缸的排气引导到进气通道和/或排气通道。
[0003]在一个例子中，来自供体气缸的排气可以被引导到高压涡轮增压器的高压涡轮机的上游的排气通道(例如，高压涡轮机可以在以较低压力操作的第二涡轮增压器的涡轮机的串联上游)。在一些条件下，可能期望排气旁路通过高压涡轮机，并且因而，排气系统还包括具有排气阀门的高压涡轮机旁路。然而在这样的例子中，需要较大量的空间来容纳各种排气通道、旁路、阀等，并且包装空间可能被限制。
【发明内容】
[0004]因此，在一个实施例中，一种系统包括高压涡轮机和低压涡轮机。所述系统还包括第一通道，用于将来自气缸的第一子组且旁路通过所述高压涡轮机的排气导引到发动机的排气通道中的所述低压涡轮机的上游，以及第二通道，用于将来自气缸的第二、不同子组的排气导引到所述高压涡轮机的上游。
[0005]在这样的配置中，来自气缸的第一子组的排气从气缸的第一子组直接导引到排气通道中的高压涡轮机的下游的位置。因而，来自气缸的第一子组的排气不在高压涡轮增压器的上游与来自气缸的第二子组的排气混合。通过将来自气缸的第一子组的排气直接引导到高压涡轮机的下游，涡轮增压器旁路和旁路阀可以被消除，由此减小系统的尺寸和系统所需的包装空间的大小。此外，由于来自气缸的第一子组的排气围绕高压涡轮机被导引，因此第二通道和高压涡轮机上的压力脉动可以减小。
[0006]应当理解提供以上的简要描述是为了以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。它不意味着确定权利要求的主题的关键或必要特征，权利要求的主题的范围仅仅由紧接着详细描述的权利要求限定。此外，权利要求的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中所述的任何缺陷的实现方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]参考附图通过阅读非限制性实施例的以下描述将更好地理解本发明，其中在下面:
[0008]图1显不具有排气再循环系统的发动机的不意图。
[0009]图2显示流程图，示出用于调节排气系统中的第一阀和第二阀的方法。
[0010]图3-8显示发动机系统的近似按比例的透视图，其中排气从气缸的第一子组导引到高压涡轮机的上游或下游。
[0011]图9-12显示发动机系统的近似按比例的透视图，其中排气从气缸的第一子组导引到高压涡轮机的下游。
[0012]图13-14显示发动机系统的近似按比例的透视图，其中排气从气缸的第一子组导引到高压涡轮机的下游。
[0013]图15显示发动机系统的近似按比例的透视图，其中排气从气缸的第一子组导引到高压涡轮机的下游。
【具体实施方式】
[0014]以下描述涉及用于导引来自发动机的排气的方法和系统的各实施例。在一个例子中，一种系统包括高压涡轮机，低压涡轮机，以及第一通道，用于将来自气缸的第一子组的、旁路通过所述高压涡轮机的排气导引到发动机的排气通道中的所述低压涡轮机的上游。所述系统还包括第二通道，用于将来自气缸的第二、不同子组的排气导引到所述高压涡轮机的上游。通过将来自气缸的第一子组的排气导引到高压涡轮机的下游的位置，来自气缸的第一子组的排气不在高压涡轮机的上游与来自气缸的第二子组的排气混合。以该方式，高压涡轮机和第二通道上的压力脉动可以减小，由此减小第二通道和高压涡轮机上的磨损。此外，由于来自气缸的第一子组的排气直接导引到高压涡轮机的下游的位置，因此可以从系统去除高压涡轮机旁路和旁路阀。以该方式，系统的尺寸可以减小，导致容纳系统所需的包装空间更小。
[0015]在一个实施例中，第一和第二通道可以是联接到交通工具中的发动机的排气系统的一部分。在一些实施例中，机车系统可以用于举例说明具有可以附连有排气系统的发动机的交通工具的类型中的一种。其它类型的交通工具可以包括除了机车或其它轨道交通工具以外的道路交通工具或非道路交通工具，例如采矿设备和船舶。本发明的其它实施例可以用于联接到固定发动机的排气系统。发动机可以是柴油发动机，或者可以燃烧另一燃料或燃料的组合。这样的替代燃料或燃料的组合可以包括汽油、煤油、生物柴油、天然气和/或乙醇。合适的发动机可以使用压缩点火和/或火花点火。
[0016]图1显示具有发动机104(例如内燃机)的发动机系统100的示例性实施例的方块图。
[0017]发动机104从进气管(例如进气歧管115)接收用于燃烧的进入空气。进气管(intake)可以是任何合适的一个或多个管道，气体流动通过所述管道以进入发动机。例如，进气管可以包括进气歧管115、进气通道114等。进气通道114接收来自空气滤清器(未显示)的环境空气，所述空气滤清器过滤来自发动机104可以定位在其中的交通工具的外部的空气。由发动机104中的燃烧产生的排气供应到排气管(exhaust)，例如排气通道116。排气管可以是任何合适的管道，气体从发动机流动通过所述管道。例如，排气管可以包括排气歧管117、排气通道116、第一通道192、第二通道194、第三通道196等。排气流动通过排气通道116。
[0018]在图1所示的示例性实施例中，发动机104是具有十二个气缸的V-12发动机。在其它例子中，发动机可以是V-6、V-8、V-10、V-16、1-4、1_6、1_8、对置4或另一发动机类型。如图所示，发动机104包括供体气缸107的第一子组，其包括将排气专门供应到供体气缸排气歧管119的六个气缸，以及非供体气缸105的第二、不同子组，其包括将排气专门供应到非供体气缸排气歧管117的六个气缸。在其它实施例中，发动机可以包括至少一个供体气缸和至少一个非供体气缸。例如，发动机可以具有四个供体气缸和八个非供体气缸，或三个供体气缸和九个非供体气缸。应当注意，发动机可以具有任何期望数量的供体气缸和非供体气缸，供体气缸的数量典型地低于非供体气缸的数量。
[0019]如图1中所示，气缸(例如，供体气缸107)的第一子组可以将排气提供给进气通道114和高压涡轮增压器124的高压涡轮机125的下游的排气通道116的每一个。在图1所示的实施例中，来自供体气缸107的所有排气供应到进气通道114、高压涡轮机125的下游的排气通道116、或进气通道114和高压涡轮机125的下游的排气通道116的组合。第一通道192被提供用于将来自供体气缸107的排气导引到高压涡轮机125的下游和低压涡轮增压器120的低压涡轮机121的上游的位置，使得来自供体气缸107的排气旁路通过高压涡轮机125。第一通道192不将来自供体气缸107的排气导引到高压涡轮机125的上游的位置并且不将来自供体气缸107的排气导引到低压涡轮机121的下游的位置。以该方式，来自供体气缸107的排气与离开高压涡轮机125的排气混合。当来自供体气缸107的排气在高压涡轮机125的下游而不是在高压涡轮机125的上游与来自非供体气缸105的排气混合时，例如，涡轮增压器124和排气通道116上的压力脉动可以减小。例如，压力脉动的频率可以减小一半，原因是仅仅六个气缸而不是十二个气缸将排气供应到高压涡轮机125的上游。
[0020]第二通道194被提供用于将来自气缸(例如，非供体气缸105)的第二、不同子组的所有排气导引到高压涡轮机125的上游。以该方式，来自非供体气缸的所有排气通过高压涡轮机125和低压涡轮机121。
[0021]第三通道196被提供用于将来自供体气缸107的排气导引到进气通道114。在图1所示的例子中，排气被导引到定位在EGR冷却器166的下游的排气再循环(EGR)混合器172。因而，来自供体气缸107的排气被导引到高压涡轮增压器124的高压压缩机126和低压涡轮增压器120的低压压缩机122的下游。来自供体气缸107的排气不被导引到高压压缩机126的上游的位置并且不被导引到低压压缩机122的上游的位置。以该方式，供体气缸107提供高压EGR，并且发动机系统100包括高压EGR系统160。因此，第三通道196可以是例如将EGR提供给发动机104的EGR通道。在图1所示的示例性实施例中，在排气返回到进气通道114之前流动通过第三通道196的排气通过热交换器、例如EGR冷却器166以减小排气的温度(例如，冷却)。EGR冷却器166可以是例如空气-液体热交换器。
[0022]此外，在这样的例子中，布置在进气通道114中(例如，在再循环排气进入处的上游)的一个或多个增压空气冷却器(例如，中间冷却器132和后冷却器134)可以被调节以进一步增加增压空气的冷却使得增压空气和排气的混合温度保持在期望温度。通过将经冷却的排气引入发动机104，可用于燃烧的氧气的量减小，由此减小燃烧火焰温度并且减小氮氧化物(例如，NOx)的形成。
[0023]如图1中所示，发动机系统100还包括EGR混合器172，所述EGR混合器172混合再循环排气和增压空气，使得排气可以均匀地分布在增压空气和排气混合物内。在图1所示的示例性实施例中，EGR系统160是高压EGR系统，其将来自供体气缸107的排气导引到进气通道114中的压缩机122和126的下游的位置。在其它实施例中，发动机系统100可以附加地或替代地包括低压EGR系统，其中排气从低压涡轮机121的下游导引到低压压缩机的上游(例如，当排气进入进气通道114时排气在低压排气系统中比在高压排气系统中具有更低压力，原因是排气已通过高压和低压涡轮机125、121)。
[0024]在图1所示的示例性实施例中，发动机系统100还包括布置在第一通道192中的第一控制元件164和布置在第三通道196中的第二控制元件170以控制通过第一通道192和第二通道194的排气流动。第一控制元件164和第二控制元件170可以是由控制系统180控制的开/关阀(用于打开或关闭EGR的流动)，或者它们可以控制例如EGR的可变量。在图1所示的示例性实施例中，第一控制元件164和第二控制元件170可以是发动机油或液压致动的阀，例如具有往复阀(未显示)以调节发动机油。在一些例子中，控制元件可以被致动使得第一和第二控制元件164和170中的一个是常开的并且另一个是常闭的。在其它例子中，第一和第二控制元件164和170可以是气动阀、电动阀或另一合适的阀。
[0025]在这样的配置中，第一控制元件164可操作以将来自供体气缸107的排气导引到高压涡轮机125的下游的发动机104的排气通道116并且第二控制元件170可操作以将来自供体气缸107的排气导引到发动机104的进气通道114。在一些例子中，第一控制元件164可以被致动使得EGR量减小(例如，更大量的排气从供体气缸排气歧管119流动到高压涡轮机125的下游和低压涡轮机121的上游的排气通道116)。在其它例子中，第一控制元件164可以被致动使得EGR量增加(例如，更大量的排气从供体气缸排气歧管119流动到进气通道114)。
[0026]在一些实施例中，可以基于从分别布置在进气通道114中的后冷却器134的下游和第三通道196中的EGR混合器的上游的第一和第二压力传感器161和162获得的第一压力的信息和第二压力的信息控制第一和第二控制元件164和170。第一控制元件164和第二控制元件170可操作以基于第一和第二压力将排气的部分选择性地导引到进气通道114和排气通道116中的一个或多个。作为一个例子，如果第一压力大于第二压力，则可以打开第一控制元件164以通过第一通道192导引排气并且可以闭合第二控制元件170以减小通过第三通道196的排气的流动。以该方式，例如当进气通道114中的第一压力大于第三通道196中的第二压力时可以防止增压空气进入第三通道196。
[0027]如图1中所示，发动机系统100还包括具有串联布置的低压涡轮增压器120和高压涡轮增压器124的二级涡轮增压器，涡轮增压器120和124的每一个布置在进气通道114和排气通道116之间。二级涡轮增压器增加吸入到进气通道114中的环境空气的空气填充量(air charge)以便在燃烧期间提供更大的进气密度从而增加功率输出和/或发动机操作效率。低压涡轮增压器120在较低压力下操作，并且包括驱动低压压缩机122的低压涡轮机121。低压涡轮机121和低压压缩机122经由低压涡轮增压器轴123机械地联接。高压涡轮增压器124在比低压涡轮增压器120较高的压力下操作，并且包括驱动高压压缩机126的高压涡轮机125。高压涡轮机125和高压压缩机126经由高压涡轮增压器轴127机械地联接。如图所示，低压涡轮机121在排气通道116中在高压涡轮机125的下游流体地联接，并且低压压缩机122在进气通道114中在高压压缩机126的上游流体地联接。
[0028]发动机系统100还包括联接在排气通道116中的后处理系统130以便减小管制排放。如图1中所示，后处理系统130布置在低压涡轮机121的下游。在其它实施例中，排气处理系统可以附加地或替代地布置在低压涡轮机121的上游。后处理系统130可以包括一个或多个部件。例如，后处理系统130可以包括柴油微粒过滤器(DPF)、柴油氧化催化剂(DOC)、选择性催化还原(SCR)催化剂、三元催化剂、集器和/或各种其它排放控制装置或它们的组合。
[0029]发动机系统100还包括控制系统180，所述控制系统180被提供并且配置成控制与发动机系统100相关的各部件。在一个例子中，控制系统180包括计算机控制系统。控制系统180还包括非暂时性、计算机可读存储介质(未显示)，其包括用于允许发动机操作的机载监测和控制的代码。在监视发动机系统100的控制和管理的同时，控制系统180可以配置成接收来自各种发动机传感器的信号，如本发明中进一步阐述，以便确定操作参数和操作状态，并且相应地调节各种发动机致动器以控制发动机系统100的操作。例如，控制系统180可以接收来自各种发动机传感器的信号，包括但不限于发动机速度、发动机负荷、升压、环境压力、排气温度、排气压力等。相应地，控制系统180可以通过将命令发送到各部件，例如牵引马达、交流发电机、气缸气门、节气门、热交换器、排气阀门或其它阀或流动控制元件等来控制发动机系统100。
[0030]作为另一例子，控制系统180可以接收来自布置在整个发动机系统中各个位置处的各种压力传感器的信号。例如，控制系统可以接收来自定位在进气通道114中的EGR混合器172的上游的第一压力传感器161和定位在第三通道196中的EGR混合器172的上游的第二压力传感器162的信号。基于指示第一和第二压力的接收信号，例如，可以调节第一控制元件164和第二控制元件170中的一个或两者使得获得进入进气通道114的期望排气流动。在其它例子中，可以调节第一控制元件164和第二控制元件170以调节流动通过EGR冷却器的排气的量从而满足排放目标或将排气的期望量导引到高压涡轮机125的下游的排气通道116。
[0031 ] 实施例涉及方法。所述方法包括将来自发动机气缸的第一子组的排气选择性地导引到进气通道和高压涡轮机的下游和低压涡轮机的上游的排气通道的每一个。方法还包括改变导引到排气通道的排气的量，并且改变导引到进气通道的排气的量。在图2的流程图中示出方法的另一实施例的例子。图2显示流程图，示出用于具有供体气缸的发动机系统的方法200，该方法将排气导引到进气通道和高压涡轮机的下游的排气通道的每一个，所述发动机系统例如是上面参考图1所述的发动机系统100。具体地，图2中所示的方法确定排气循环的期望量并且基于EGR的期望量和在进气通道中(例如，图1中所示的第三通道196)的从后冷却器(例如，图1中所示的后冷却器134)出来的增压空气处和在EGR通道中测量的压力来调节第一和第二控制元件。
[0032]在步骤202，将排气从发动机的供体气缸导引到供体气缸排气歧管。在步骤204，确定操作状态。操作状态的非限制性例子可以包括排气温度、环境温度、环境压力、发动机负荷等。
[0033]在步骤206，确定EGR的期望量。EGR的期望量可以基于例如操作状态。作为一个例子，可以基于来自发动机的管制排放的量(例如NOx的量)确定EGR的期望量。一旦确定EGR的期望量，在步骤208确定进气通道中的第一压力并且确定第三通道(例如，EGR通道)中的第二压力。第一和第二压力的信息可以例如分别从第一压力传感器和第二压力传感器获得。
[0034]在步骤210，确定第二压力是否大于第一压力。如果确定第二压力小于第一压力，则方法移动到步骤214，其中打开第一控制元件并且闭合第二控制元件。以该方式，来自供体气缸的排气被引导到第一通道并且不被引导到第三通道，使得排气被导引到排气通道中的高压涡轮机的下游。通过闭合第二控制元件，例如增压空气由于进气通道中比第三通道中的压力更高而会流动到排气系统中的机会减小。
[0035]在另一方面，如果确定第二压力大于第一压力，则方法继续步骤212。在步骤212，基于EGR的期望量调节第一和第二控制元件。例如，如果增加量的EGR是期望的，则可以将第一控制元件调节为更闭合(例如，较少流动通过第一控制元件)并且可以将第二控制元件调节为更打开(例如，更多流动通过第二控制元件)。作为另一例子，如果减小量的EGR是期望的，则可以将第一控制元件调节为更打开并且可以将第二控制元件调节为更闭合。在一个例子中，如果没有EGR是期望的，则打开第一阀并且闭合第二阀使得来自供体气缸的大致所有排气通过第一通道被引导到排气通道中的高压涡轮机的下游。
[0036]因此，可以调节第一和第二控制元件以改变从供体气缸进入进气通道和高压涡轮机的下游的排气通道的排气的量。还可以基于分别在进气通道和EGR通道中测量的第一和第二压力调节第一和第二控制元件。例如，为了防止进入空气进入EGR系统，当第一压力大于第二压力时可以闭合第二控制元件。只要第一压力小于第二压力，可以调节第一和第二控制元件以获得EGR的期望量。
[0037]图3-8显示包括具有旁路阀314的高压涡轮机旁路312的发动机系统300的透视图。近似按比例显示图3-8中所示的透视图。图3显示包括发动机302、排气系统和后处理系统306的发动机系统300的视图。在图3所示的视图中，发动机302的前部304面朝着页面的右侧并且显示气缸310 (例如，供体气缸)的第一子组。
[0038]如图所示，发动机302是V型发动机，其包括相对于彼此成小于180度的角定位的两组气缸使得它们具有V形内侧区域并且当沿着发动机的纵轴线观察时看上去像V。在该例子中发动机的纵轴线由其最长尺度限定。在图3-8的例子中，纵向方向由391指示，竖直方向由392指示，并且横向方向由393指示。未在图3中显示的第二组气缸308可以是参考上面图1所述的气缸105的第二子组，并且图3中所示的一组气缸310可以是上述气缸107 (例如，供体气缸)的第一子组。
[0039]每组气缸包括多个气缸(例如，图3-8中的六个气缸)。多个气缸的每一个包括进气气门(intake valve)，所述进气气门由凸轮轴控制以允许压缩进气流动进入气缸以便燃烧。在图3-8所示的例子中，增压空气进入进气歧管，在纵向方向上从发动机302的前部304朝着发动机302的后部流动。气缸的每一个还包括排气气门，所述排气气门由凸轮轴控制以允许燃烧气体(例如，排气)流动离开气缸。在图3-8的例子中，排气离开气缸，进入定位在V内的排气歧管(例如，在内侧取向上)，并且然后在纵向方向上朝着发动机的前部304流动到排气系统。在其它实施例中，排气歧管可以例如在外侧取向上，其中排气歧管定位在V的外部。
[0040]在图3-8所示的示例性实施例中，后处理系统306竖直地定位在发动机302之上。后处理系统306定位在发动机302的顶部上使得它配合在由发动机302的排气歧管的顶表面、发动机罩(未显示)的顶盖总成和发动机罩的侧壁限定的空间内。如图3中所示，后处理系统306的纵轴线与发动机302的纵轴线平行地对准。该配置例如提供期望的空间利用。
[0041]发动机系统300还包括在横向方向上彼此相邻地安装在发动机302的前部304上的低压涡轮增压器316和高压涡轮增压器318。在图3-8所示的例子中，来自每组气缸的排气可以进入第二排气通道317使得来自每组气缸的排气通过高压涡轮增压器318的高压涡轮机320并且然后通过低压涡轮增压器316的低压涡轮机322。通过调节旁路阀314(例如，排气阀门)来自气缸310的第一子组(例如，图3中所示的一组气缸)的排气可以被导引通过高压涡轮机旁路312。因而，来自气缸310的第一子组的排气可以基于旁路阀314的位置与来自气缸308的第二子组(例如，未在图3中所示的一组气缸)的排气混合和/或可以被引导到高压涡轮机320的下游。
[0042]特别地，排气从气缸310的第一子组流动到第一通道330。基于流动控制阀342的位置，来自气缸310的第一子组的排气可以流动到高压涡轮机320的入口 332和/或经由EGR通道334流动到进气通道。流动到高压涡轮机320的、来自气缸310的第一子组的排气在高压涡轮机320的入口 332的上游与来自气缸308的第二子组的排气混合。基于旁路阀314的位置，来自气缸310的第一子组的排气可以在横向方向上向上引导并越过第一通道330并且然后向下引导回到高压涡轮机320的出口 338的下游的排气通道336。离开高压涡轮机320的排气在第一通道330和第二通道317之下在横向方向上流动到低压涡轮机322 的入口 340。
[0043]图9-12显示发动机系统400、例如上面参考图1所述的发动机系统100的透视图。近似按比例显示图9-12中所示的透视图。图9-12显示发动机系统400的视图，其中来自气缸408 (例如，供体气缸)的第一子组的排气不被导引到高压涡轮机420的上游。图9显示包括发动机402、排气系统和后处理系统406的发动机系统400的视图。在图9所示的视图中，发动机402的前部404面朝着页面的右侧并且显示气缸408的第一子组。
[0044]如图所示，类似于发动机302，发动机402是V型发动机，其包括相对于彼此成小于180度的角定位的两组气缸使得它们具有V形内侧区域并且当沿着发动机的纵轴线观察时看上去像V。在该例子中发动机的纵轴线由其最长尺度限定。在图9-12的例子中，纵向方向由491指示，竖直方向由492指示，并且横向方向由493指示。在图9中显示的一组气缸408可以是上面参考图1所述的气缸107(例如，供体气缸)的第一子组。
[0045]每组气缸包括多个气缸(例如，图9-12中的六个气缸)。多个气缸的每一个包括进气气门，所述进气气门由凸轮轴控制以允许压缩的进入空气的流动进入气缸以便燃烧。在图9-12所示的例子中，增压空气进入进气歧管，在纵向方向上从发动机402的前部404朝着发动机402的后部流动。气缸的每一个还包括排气气门，所述排气气门由凸轮轴控制以允许燃烧气体(例如，排气)流动离开气缸。在图9-12的例子中，排气离开气缸，进入定位在V内的排气歧管(例如，在内侧取向上)，并且然后在纵向方向上朝着发动机的前部404流动到排气系统。在其它实施例中，排气歧管可以例如在外侧取向上，其中排气歧管定位在V的外部。
[0046]在图9-12所示的示例性实施例中，后处理系统406竖直地定位在发动机402之上。后处理系统406定位在发动机402的顶部上使得它配合在由发动机402的排气歧管的顶表面、发动机罩(未显示)的顶盖总成和发动机罩的侧壁限定的空间内。如图9中所示，后处理系统406的纵轴线与发动机402的纵轴线平行地对准。该配置例如提供期望的空间利用。
[0047]发动机系统400还包括在横向方向上彼此相邻地安装在发动机402的前部404上的低压涡轮增压器416和高压涡轮增压器418。在图9-12所示的例子中，来自气缸的第二子组(例如，在图9中不可见的一组气缸)的排气进入第二排气通道417，并且只有来自气缸的第二子组的排气通过高压涡轮增压器418的高压涡轮机420。第二排气通道417可以是例如上面参考图1所述的第二通道194。来自气缸408的第一子组(例如，图9中所示的一组气缸)的排气可以围绕高压涡轮机420被导引到高压涡轮机420的下游和低压涡轮机422的上游的位置和/或被导引到进气歧管(例如，例如经由上面参考图1所述的第三通道196)。同样地，来自气缸408的第一子组的排气在高压涡轮机420的上游与来自气缸的第二子组(例如，在图9中不可见的一组气缸)的排气混合。
[0048]特别地，排气从气缸408的第一子组流动到第一通道430。基于流动控制阀442的位置，来自气缸408的第一子组的排气可以流动到高压涡轮机420的下游的排气通道436和/或经由EGR通道434(例如，图1中所示的第三通道196)流动到进气通道。因而，来自气缸408的第一子组的排气不在高压涡轮机420的上游与来自气缸的第二子组的排气混合。在这样的例子中，来自气缸408的第一子组的排气直接被导引到高压涡轮机420的出口 438的下游而没有旁路。离开高压涡轮机420的排气通过排气通道436在第一通道430和第二通道417之下在横向方向上流动到低压涡轮机422的入口 440。
[0049]因此，在图9-12所示的例子中，可以改善包装并且可以简化设计。例如，没有高压涡轮机旁路和旁路阀，系统的尺寸减小。作为另一例子，没有高压涡轮机旁路，线束分支的数量可以减小。此外，没有旁路阀，控制逻辑可以简化并且部件的数量可以减小。例如，当没有旁路阀时旁路阀的位置相对于发动机速度和负荷和/或其它参数的映射不再必要。当没有旁路阀时阀的供油和返回管线也被消除，由此减小部件的数量和系统的控制逻辑。此夕卜，如上所述，通过将来自气缸408的第一子组的排气导引到高压涡轮机420的下游，高压涡轮增压器418和排气通道上的紊流和/或压力脉动可以减小。由于旁路阀的运动引起的高压涡轮机420处的压力脉动也可以被消除。
[0050]图13-14显示发动机系统500、例如上面参考图1所述的发动机系统100的透视图。近似按比例显示图13-14中所示的透视图。图13-14显示发动机系统500的视图，其中来自气缸508的第一子组的排气不被导引到高压涡轮机520的上游。图13显示包括发动机502、排气系统和后处理系统506的发动机系统500的视图。在图13所示的视图中，发动机502的前部504面朝着页面的右侧并且显不气缸508的第一子组。
[0051]如图所示，类似于发动机302和402，发动机502是V型发动机，其包括相对于彼此成小于180度的角定位的两组气缸使得它们具有V形内侧区域并且当沿着发动机的纵轴线观察时看上去像V。在该例子中发动机的纵轴线由其最长尺度限定。在图13-14的例子中，纵向方向由591指示，竖直方向由592指示，并且横向方向由593指示。在图13中显示的一组气缸508可以是上面参考图1所述的气缸107 (例如，供体气缸)的第一子组。
[0052]每组气缸包括多个气缸(例如，图13-14中的六个气缸)。多个气缸的每一个包括进气气门，所述进气气门由凸轮轴控制以允许压缩的进入空气的流动进入气缸以便燃烧。在图13-14所示的例子中，增压空气进入进气歧管，在纵向方向上从发动机502的前部504朝着发动机502的后部流动。气缸的每一个还包括排气气门，所述排气气门由凸轮轴控制以允许燃烧气体(例如排气)流动离开气缸。在图13-14的例子中，排气离开气缸，进入定位在V内的排气歧管(例如，在内侧取向上)，并且然后在纵向方向上朝着发动机的前部404流动到排气系统。在其它实施例中，排气歧管可以例如在外侧取向上，其中排气歧管定位在V的外部。
[0053]在图13-14所示的示例性实施例中，后处理系统506竖直地定位在发动机502之上。后处理系统506定位在发动机502的顶部上使得它配合在由发动机502的排气歧管的顶表面、发动机罩(未显示)的顶盖总成和发动机罩的侧壁限定的空间内。如图13中所示，后处理系统506的纵轴线与发动机502的纵轴线平行地对准。该配置例如提供期望的空间利用。
[0054]发动机系统500还包括在横向方向上彼此相邻地安装在发动机502的前部504上的低压涡轮增压器516和高压涡轮增压器518。在图13-14所示的例子中，来自气缸的第二子组(例如，在图13中不可见的一组气缸)的排气进入第二排气通道517，并且只有来自气缸的第二子组的排气通过高压涡轮增压器518的高压涡轮机520。第二排气通道517可以是例如上面参考图1所述的第二通道194。来自气缸508的第一子组(例如，图13中所示的一组气缸)的排气可以围绕高压涡轮机520被导引到高压涡轮机520的下游和低压涡轮机522的上游的位置和/或被导引到进气歧管(例如，如经由上面参考图1所述的第三通道196)。同样地，来自气缸508的第一子组的排气在高压涡轮机520的上游与来自气缸的第二子组(例如，在图13中不可见的一组气缸)的排气混合。
[0055]特别地，排气从气缸508的第一子组流动到第一通道530。来自气缸508的第一子组的排气流动到高压涡轮机520的下游的排气通道536。因而，来自气缸508的第一子组的排气不在高压涡轮机520的上游与来自气缸的第二子组的排气混合。在这样的例子中，来自气缸508的第一子组的排气直接被导引到高压涡轮机520的出口 538的下游而没有旁路。离开高压涡轮机420的排气通过排气通道536在第一通道530和第二通道517之下在横向方向上流动到低压涡轮机522的入口 540。
[0056]因此，在图13-14所示的例子中，可以改善包装并且可以简化设计。例如，没有高压涡轮机旁路、旁路阀和流动控制阀(例如，图9-12中所示的阀442)，系统的尺寸减小。此夕卜，没有旁路阀和流动控制阀，控制逻辑可以简化并且部件的数量可以减小。例如，旁路阀和/或流动控制阀的位置相对于发动机速度和负荷和/或其它参数的映射不再必要。阀的供油和返回管线也被消除，由此减小部件的数量和系统的控制逻辑。
[0057]图15显示发动机系统600、例如参考上面图1所述的发动机系统100的透视图。近似按比例地显示图15中所示的透视图。图15显示发动机系统600的视图，其中来自气缸608(例如，供体气缸)的第一子组的排气不被导引到高压涡轮机620的上游。图15显示包括发动机602和排气系统的发动机系统600的视图。在图15所示的视图中，发动机602的前部604面朝着页面的右侧并且显示气缸608的第一子组。
[0058]如图所示，类似于发动机302、402和502，发动机602是V型发动机，其包括相对于彼此成小于180度的角定位的两组气缸使得它们具有V形内侧区域并且当沿着发动机的纵轴线观察时看上去像V。在该例子中发动机的纵轴线由其最长尺度限定。在图15的例子中，纵向方向由691指示，竖直方向由692指示，并且横向方向由693指示。在图15中显示的一组气缸608可以是参考上面图1所述的气缸107 (例如，供体气缸)的第一子组。
[0059]每组气缸包括多个气缸(例如，图15中的六个气缸)。多个气缸的每一个包括进气气门，所述进气气门由凸轮轴控制以允许压缩的进入空气的流动进入气缸以便燃烧。在图15所示的例子中，增压空气进入进气歧管，在纵向方向上从发动机602的前部604朝着发动机602的后部流动。气缸的每一个还包括排气气门，所述排气气门由凸轮轴控制以允许燃烧气体(例如，排气)的流动离开气缸。在图15的例子中，排气离开气缸，进入定位在V内的排气歧管(例如，在内侧取向上)，并且然后在纵向方向上朝着发动机的前部604流动到排气系统。在其它实施例中，排气歧管可以例如在外侧取向上，其中排气歧管定位在V的外部。
[0060]发动机系统600还包括在横向方向上彼此相邻地安装在发动机602的前部604上的低压涡轮增压器616和高压涡轮增压器618。在图15所示的例子中，类似于图9-12中所示的例子，来自气缸的第二子组(例如，在图15中不可见的一组气缸)的排气进入第二排气通道，并且只有来自气缸的第二子组的排气通过高压涡轮增压器618的高压涡轮机620。第二排气通道可以是例如上面参考图1所述的第二通道194。来自气缸608的第一子组(例如，图9中所示的一组气缸)的排气可以围绕高压涡轮机620被导引到高压涡轮机620的下游和低压涡轮机的上游的位置和/或被导引到进气歧管(例如，例如经由上面参考图1所述的第三通道196)。同样地，来自气缸608的第一子组的排气在高压涡轮机620的上游与来自气缸的第二子组(例如，在图9中不可见的一组气缸)的排气混合。
[0061]如上所述，术语“高压”和“低压”是相对的，意味着“高”压是高于“低”压的压力。相反地，“低”压是低于“高”压的压力。
[0062]当在本发明中使用时，以单数叙述并在前面具有词语“一”的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地说明这样的排除。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不旨在解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。而且，除非明确相反地说明，“包括”、“包含”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施例可以包括不具有该性质的附加的这样的元件。术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的简明等价语言。而且，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标记，并且不旨在对它们的对象强加数值要求或特定位置顺序。
[0063]该书面描述使用例子来公开包括最佳模式的本发明，并且也使相关领域的普通技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的普通技术人员想到的其它例子。这样的其它例子旨在属于权利要求的范围内，只要它们具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元件。
【权利要求】
1.一种系统，其包括: 高压涡轮机； 低压涡轮机； 第一通道，用于将来自气缸的第一子组且旁路通过所述高压涡轮机的排气导引到发动机的排气通道中的所述低压涡轮机的上游；以及 第二通道，用于将来自气缸的第二、不同子组的排气导引到所述高压涡轮机的上游。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其还包括第三通道，用于将来自所述气缸的第一子组的排气导引到进气通道。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第三通道定位成将来自所述气缸的第一子组的排气导引到所述进气通道中的高压压缩机的下游，所述高压压缩机经由轴机械地联接到所述高压涡轮机。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其还包括第一控制元件和第二控制元件，所述第一控制元件可操作以控制从所述气缸的第一子组到所述排气通道的排气流动，所述第二控制元件可操作以控制从所述气缸的第一子组到所述进气通道的排气流动。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，其还包括控制系统，所述控制系统可操作以基于排气再循环的期望量改变所述第一控制元件和所述第二控制元件的位置。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制元件还配置成基于在所述进气通道中获得的第一压力和在所述第三通道中获得的第二压力改变所述第一控制元件和所述第二控制元件的位置。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，只有来自所述气缸的第二子组的排气被导引到所述高压涡轮机的上游。
8.一种系统，其包括: 具有多个气缸的发动机； 高压涡轮机； 低压涡轮机，所述低压涡轮机流体地联接到发动机的排气通道中的所述高压涡轮机的下游； 第一通道，用于将来自多个气缸的第一子组且旁路通过所述高压涡轮机的排气导引到所述低压涡轮机的上游； 第二通道，用于将来自所述多个气缸的第二、不同子组的排气导引到所述高压涡轮机的上游； 第三通道，用于将来自所述多个气缸的所述第一子组的排气导引到所述发动机的进气通道； 第一控制元件，所述第一控制元件可操作以调节所述第一通道中的排气流动；以及 第二控制元件，所述第二控制元件可操作以调节所述第三通道中的排气流动。
9.一种方法，其包括: 将来自发动机气缸的第一子组的排气选择性地导引到进气通道和在高压涡轮机的下游和低压涡轮机的上游的排气通道中的每一个； 改变导引到所述排气通道的排气的量；以及 改变导引到所述进气通道的排气的量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括将来自发动机气缸的第二、不同子组的所有排气导引到所述高压涡轮机的上游。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括将来自所述气缸的所述第一子组的所有排气导引到所述排气通道和所述进气通道中的每一个。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，改变导引到所述排气通道的排气的量包括调节第一控制元件，并且其中改变导引到所述进气通道的排气的量包括调节第二控制元件。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括获得所述进气通道中的后冷却器的下游和排气再循环混合器的上游的第一压力的第一信息，并且获得排气再循环通道中的排气再循环冷却器的下游和排气再循环混合器的上游的第二压力的第二信息。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其还包括基于所述第一信息和所述第二信息，改变导引到所述排气通道的排气的量和改变导引到所述进气通道的排气的量。
15.一种系统，其包括: 高压涡轮机； 低压涡轮机； 第一控制元件，所述第一控制元件可操作以将来自发动机的气缸的第一子组的排气导引到所述发动机的排气通道中的所述高压涡轮机的下游和所述低压涡轮机的上游的位置；以及 第二控制元件，所述第二控制元件可操作以将来自所述气缸的第一子组的排气导引到所述发动机的进气通道。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，其还包括布置在所述进气通道中的后冷却器的下游和排气再循环混合器的上游的第一压力传感器和布置在排气再循环通道中的排气再循环冷却器的下游和排气再循环混合器的上游的第二压力传感器。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，其还包括控制系统，所述控制系统配置成获得来自所述第一压力传感器的第一压力和来自所述第二压力传感器的第二压力，并且基于所述第一压力和所述第二压力控制所述第一控制元件和所述第二控制元件的位置以将排气的多个部分选择性地导引到所述进气通道和所述排气通道中的一个或多个。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述气缸的第一子组的气缸是供体气缸。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，其还包括第一通道，用于将来自所述气缸的第一子组且旁路通过所述高压涡轮机的排气导引到所述发动机的所述排气通道中的所述低压涡轮机的上游。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，其还包括第二通道，用于将来自气缸的第二、不同子组的全部排气导引到所述高压涡轮机的上游。
21.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，其还包括第三通道，用于将来自所述气缸的第一子组的排气导引到所述发动机的所述进气通道。
【文档编号】F02M25/07GK104508287SQ201380039449
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】D. 彼得斯 E., B. 帕里克 C. 申请人:通用电气公司