專利名稱：用于燃燒發動機的排氣制動的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用于燃燒發動機的排氣制動 的裝置。
背景技術：
傳統的排氣制動器在多數情況下包括被布置用于在燃燒發動機的排氣管線內樞 轉的大致盤狀的阻尼器。當所述排氣制動器被啟動時，所述阻尼器被樞轉到其完全或部分 地阻塞通過排氣管線的氣流的位置。由此建立了在燃燒發動機的排氣階段期間燃燒發動機 的活塞向上運動的阻力，產生了制動效果。當排氣制動器不啟動時，盤狀的阻尼器樞轉到使 得廢氣可以大致沒有阻力地流過阻尼器的位置。阻尼器被布置在增壓燃燒發動機的渦輪單 元上游或下游的排氣管線中。傳統的渦輪單元包括驅動壓縮機的渦輪機，所述壓縮機壓縮被引導至燃燒發動機 的空氣。渦輪單元還包括旁通管和閥器件(廢氣門)，所述閥器件具有限制渦輪單元的增壓 壓力的功能。當渦輪單元的增壓壓力達到預定值時，閥器件打開以使得排氣管線中的廢氣 被引導通過旁通管并且流過渦輪單元。渦輪單元于是減慢并且壓縮機的增壓壓力減小。傳 統的渦輪單元的一個缺陷是，在低發動機速度時它們難以提供期望的增壓壓力。特別是在由柴油發動機驅動的車輛中，被稱為VTG (可變幾何結構渦輪)的帶有可 變幾何結構的渦輪單元越來越普遍地被使用。所述渦輪單元包括導軌，朝向渦輪機的廢氣 的流量可以通過所述導軌變化。導軌可以是可樞轉的，或者可以使用可動引導圍欄。渦輪 機的性能由此可以在不同的發動機速度時被最優化。所述控制還使得可以調節到燃燒發動 機的增壓空氣(charge air)的流量以及再循環廢氣EGR(廢氣再循環)的量。一種已知的 做法是，為了實現車輛的排氣制動，使用可樞轉導軌和可動引導圍欄以在渦輪單元上游的 排氣管線中建立反壓力。所述壓力與在排氣制動期間獲得的制動效果相關。當排氣制動將 被實施時，可樞轉導軌或引導圍欄被置于這樣的位置以使得它們完全或幾乎完全切斷到渦 輪機的氣體流動。由于導軌或引導圍欄的非常小的位置改變都會引起反壓力的大的偏差， 因此這種排氣制動器的一個問題在于其難以以良好的精度建立反壓力。
發明內容
本發明的目的是提出一種裝置，其包括裝配有具有可變幾何結構的渦輪機的增壓 燃燒發動機，由此期望的排氣制動效果可以通過簡單的調節機構以很好的精度被提供。所述目的利用在引言中提到的類型的裝置而實現，所述裝置的特征在于權利要求 1的特征部分中所指出的特征。流量元件在此指的是可樞轉導軌、可動引導圍欄或被布置 用于運動的其它類型的元件，到渦輪機的廢氣的流量可以通過所述元件被調節。本發明因 此使用控制單元，其在排氣制動過程將被實施時將流量元件初始地置于關閉位置。當導軌 處于關閉位置時，來自燃燒發動機的氣體被阻止流過排氣通道中的流量元件。因此排氣通 道中流量元件上游的氣體在它們受到由節流機構限定的流動阻力時，可以僅僅經由旁通管
3線被進一步引導到排氣通道中。當流量元件關閉時，流量元件上游的排氣通道中的壓力迅 速增大到由節流機構限定的壓力水平。前述的旁通管線和節流機構構成非常簡單的調節機 構，壓力水平以及因此在排氣制動過程期間出現的制動效果可以通過所述調節機構以很好 的精度被確定。根據本發明的一個優選實施方式，渦輪機被包括在渦輪單元內，并且排氣通道包 括位于渦輪單元上游的第一排氣管線和位于渦輪單元下游的第二排氣管線。渦輪單元有利 地呈包圍在殼體中的組合單元的形式。渦輪單元有利地包括由渦輪機驅動的壓縮機。旁通 管線的入口孔可以被布置在位于渦輪單元上游的第一排氣管線中。備選地，旁通管線的入 口孔可以被布置在位于渦輪單元內的排氣通道的一部分中。旁通管線的出口孔可以被布置 在位于渦輪單元下游的第二排氣管線中。備選地，旁通管線的出口孔可以被布置在位于渦 輪單元內的排氣通道的一部分中。旁通管線由此可以呈完全或部分地延伸經過渦輪單元的 外部管道的形式。旁通管線還可以呈渦輪單元中的短內部通道的形式。根據本發明的另一個優選實施方式，節流機構被構成為允許在排氣制動過程期間 處于導軌上游的所述位置處的排氣通道中維持恒定正壓力。在這種情況下產生在整個排氣 制動過程期間與恒定正壓力的值相關的制動效果。節流機構在這種情況下可以包括彈簧加 載的閥機構。當閥機構受到給定值的壓力時，其抵抗所述彈簧的作用而打開。所述彈簧使 得閥機構以這樣的方式打開和關閉，以使得恒定正壓力以良好的精度被維持在關閉的流量 元件上游的排氣通道中。節流裝置備選地被構成為允許在排氣制動過程期間處于導軌上游 的所述位置處的排氣通道中維持可變正壓力。在這種情況下產生在不同的制動情形期間具 有不同的值的制動效果。所述制動效果還可以在排氣制動過程的時期內變化。在這種情況 下裝置有利地包括適于控制節流機構的控制單元。控制單元可以接收涉及與制動相關的各 種參數的信息，并且可以使用所述信息以按照最優化的方式控制排氣制動過程。
下面將通過以參考所附附圖的示例的方式描述本發明的優選實施方式，其中圖1示出了根據本發明第一實施方式的包括帶有排氣制動器的增壓燃燒發動機 的裝置，圖2示出了圖1中渦輪單元的剖面圖，圖3示出了排氣制動器未被啟動時圖2中渦輪單元在平面A-A中的剖視圖，圖4示出了排氣制動器被啟動時圖2中渦輪單元在平面A-A中的剖視圖，以及圖5示出了根據本發明第二實施方式的帶有排氣制動器的渦輪單元。
具體實施例方式圖1示意性地示出了由增壓燃燒發動機2驅動的交通工具1。燃燒發動機可以是 驅動重型車輛的柴油發動機。來自燃燒發動機2的氣缸的廢氣經由排氣集管3被引導至第 一排氣管線4a。第一排氣管線4a中處于大氣壓力之上的廢氣被引導至渦輪單元5。渦輪 單元5包括由廢氣驅動的渦輪機6，以及壓縮機7。當廢氣已經流過渦輪機6時，它們具有 較低的壓力。廢氣在第二排氣管線4b中被引導前進，所述第二排氣管線4b可以包括未示 出的排氣處理組件。渦輪機6提供經由連接件被傳輸至壓縮機7的驅動力。壓縮機7將環
4境空氣經由空氣過濾器8抽吸到第一空氣管線9a中。所述空氣被壓縮機7壓縮到大氣壓 力之上。第二空氣管線9b將壓縮空氣引導至燃燒發動機2。在壓縮之后，空氣處于相對高 的溫度下。增壓空氣冷卻器10被布置在第二空氣管線9b中以在壓縮空氣被弓I導至燃燒發 動機2之前冷卻所述壓縮空氣。為了使一部分廢氣被再循環，回流管線11被布置在第一排氣管線4a和第二空氣 管線9b之間。所述再循環通常被稱為EGR(廢氣再循環)。將廢氣添加到被引導至發動機 氣缸的壓縮空氣中降低了燃燒溫度，并且由此還降低了在燃燒發動機的燃燒過程期間形成 的氮氧化物(NOx)的含量。回流管線11包括EGR閥12，通過所述EGR閥12可以控制經過 回流管線11的廢氣的流量。控制單元13適于基于關于燃燒發動機2當前運行狀態的信息 控制EGR閥12以使得期望的量的廢氣被再循環至燃燒發動機2。控制單元13可以是裝有 適用于這一目的的軟件的計算機單元。回流管線11包括廢氣在其中被冷卻的EGR冷卻器 14。回流管線11最后包括示意性地示出的混合器15，所述混合器15具有將回流管線11中 的再循環廢氣與第二空氣管線％中的空氣混合的功能。混合器15被安裝為接近于回流管 線11和第二空氣管線9b之間的連接件。當再循環廢氣已經與第二空氣管線9b中的壓縮 空氣混合時，該混合物經由集管16被引導至燃燒發動機2的相應的氣缸。所述情況涉及包括帶有稱為VTG (可變幾何結構渦輪)的可變幾何結構的渦輪機 6的類型的渦輪單元5的使用。圖2-4更詳細地示出了渦輪單元5。渦輪單元5包括多個 形狀符合空氣動力學且可樞轉的導軌17。導軌17可以以各種角度設定以使其可以沿各個 方向朝向渦輪機6的葉片引導廢氣流。為了獲得渦輪單元5的最佳運行，導軌17被設置為 取決于燃燒發動機2的速度變化的角度。借助于示意性地示出的運行元件18，導軌17可 以以傳統的方式被設定為變化的角度，所述運行元件18可以被電力地、液壓地或氣動地驅 動。控制單元13適于控制運行元件18以使得在燃燒發動機2運行期間導軌17被大致連 續地設定在最優角度。所述類型的渦輪單元5的優點在于，它們具有小的滑動和低的啟動 閾值，這意味著相對于傳統的渦輪單元，它們能夠在顯著地較低的發動機速度下被使用。所 述類型的渦輪單元5在高的發動機速度下也非常有效。渦輪單元5包括與第一排氣管線4a連接的螺旋入口通道19。螺旋入口通道19引 導至導軌17被布置在其中的徑向排氣通道20。當廢氣已經在渦輪機6中被壓縮時，它們從 渦輪單元5被引導出，經由出口通道21至第二排氣管線4b。渦輪單元5包括用于從第一空 氣管線9a接收空氣的入口通道22。當空氣已經在壓縮機7中被壓縮時，其在徑向空氣通道 23中沿徑向向外地被引導。徑向空氣通道23引導至與第二空氣管線9b連接的螺旋出口通 道24。旁通管線25具有與第一排氣管線4a連接的入口孔25a以及與第二排氣管線4b連 接的出口孔25b。旁通管線25包括可調節的節流機構26，通過所述節流機構26，旁通管線 25中的流動阻力可以被調節。控制單元13適于控制節流機構26。在燃燒發動機2運行期間，控制單元13接收關于燃燒發動機2速度的信息。控制 單元13于是啟動運行元件18，以使得它們針對主導的發動機速度將導軌17連續地設定在 最優角度。圖3示出了處于在燃燒發動機2運行于相對高的速度下時的角度位置的導軌 17。在此導軌17大致處于全開位置，以使得最佳寬度的排氣通道形成于相鄰的導軌17之 間，同時廢氣朝向渦輪機6沿大致徑向被引導。控制單元13還可以控制EGR閥12以及調 節經由回流管線11返回燃燒發動機2的廢氣的量。通過控制導軌17，控制單元13還可以調節排氣管線的第一部分4a中的壓力。控制單元13由此設有另一個控制設施以用于調節 在回流管線11中再循環的廢氣的量。在燃燒發動機2的常規運行期間，控制單元13常規 地適于將旁通管線25中的節流機構26置于關閉位置。如果在車輛向前行進時控制單元13接收到表示車輛1的駕駛員已經松開加速踏 板并且壓下制動踏板的信息，那么控制單元13開始啟動車輛的排氣制動過程。控制單元13 于是啟動運行元件18以將導軌17置于圖4中示出的全閉位置。在所述位置，基本沒有氣 體可以被引導經過導軌17。離開燃燒發動機2的所有氣體然后不得不經過旁通管線25以 到達第二排氣管線4b。旁通管線25在此將氣體從第一排氣管線4a引導至第二排氣管線 4b。旁通管線25由此引導氣體經過整個渦輪單元5。控制單元13適于將節流機構26置于 使得適當正壓力在第一排氣管線4a中建立的位置，由此在燃燒發動機2排氣階段期間抑制 燃燒發動機2的活塞的向上運動。在導軌17上游的第一排氣管線4a中建立的所述反壓力 與排氣制動過程期間獲得的制動效果相關。控制單元13可以調節節流機構26以在排氣制 動過程期間產生恒定或可變的期望值的節流，并且由此對應于制動效果。借助于旁通管線 25和節流機構26，可以實現非常簡單的調節機構，壓力水平以及因此在排氣制動過程期間 獲得的制動效果可以通過所述調節機構以很好的精度被確定。圖5示出了旁通管線25的一個備選結構。在這種情況下旁通管線25位于渦輪單 元5內。旁通管線25在此包括與渦輪單元的螺旋入口通道19連接的入口孔25a以及與渦 輪單元的出口通道21連接的出口通道25b。由于出口管21位于螺旋入口管19的徑向內 部，旁通管線25可以具有非常短的尺寸。旁通管線25在這種情況下包括呈彈簧加載的閥 機構26的形式的節流機構，所述閥機構26適于在預定壓力差出現在渦輪單元的螺旋入口 通道19和出口通道21中的廢氣之間時打開。在這種情況下可動引導圍欄27被布置在通 道中，通過所述可動引導圍欄27，徑向排氣通道20的寬度以及由此通過通道20的廢氣的流 量可以變化。固定導軌28被布置在引導圍欄27徑向內部的位置以朝向渦輪機6引導廢氣 流。當控制單元13接收到表示將實施交通工具1的排氣制動過程的信息時，控制單元 13啟動運行元件18，所述運行元件18將引導圍欄27切換至關閉位置。被連續地供給到第 一排氣管線4a的來自燃燒發動機2的氣體以及引導圍欄27上游的渦輪單元5中的氣體使 得作用在彈簧加載的閥機構26上的壓力差迅速上升到彈簧加載的閥機構26打開的值。彈 簧加載的閥機構26此后承受引導圍欄27上游的排氣通道中的恒定壓力。在這種情況下產 生了在整個排氣制動過程期間都具有非常好的精度的相應的制動效果。本發明不限于在附圖中示出的實施方式，而是可以在權利要求書的范圍內自由變 化。
權利要求
一種用于燃燒發動機(2)的排氣制動的裝置，所述裝置包括適于接收和引導來自所述燃燒發動機(2)的廢氣的排氣通道(4a、4b、19 21、25)、布置在所述排氣通道(4a、4b、19 21、25)中的渦輪機(6)、可設定到變化的位置以控制通過所述渦輪機(6)的廢氣的流量的至少一個流量元件(17、27)、以及適于控制所述流量元件(17、27)的控制器件(13、18)，其特征在于，所述裝置(4a、4b、19 21、25)包括旁通管線(25)，所述旁通管線(25)設有入口孔(25a)、出口孔(25b)以及節流機構(26)，相對于在所述排氣通道(4a、4b、19 21)中流動的廢氣的預定方向，在所述流量元件(17、27)上游的位置處所述入口孔(25a)與所述排氣通道(4a、19、20)連接，在所述流量元件(17、27)下游的位置處所述出口孔(25b)與所述排氣通道(21、4b)連接，并且所述控制器件(13、18)適于在將要實施排氣制動過程時將所述流量元件(17、27)置于大致關閉位置，以使得在所述流量元件(17、27)上游的位置處正壓力出現在所述排氣通道(4a、19)中，所述正壓力由所述節流機構(26)限定。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述渦輪機(5)包括在一渦輪單元(5) 內，并且所述排氣通道包括位于所述渦輪單元(5)上游的第一排氣管線(4a)和位于所述渦 輪單元(5)下游的第二排氣管線(4b)。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述旁通管線的所述入口孔(25a)被布置 在位于所述渦輪單元(5)上游的所述第一排氣管線(4a)中。
4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述旁通管線的所述入口孔(25a)被布置 在位于所述渦輪單元(5)內的所述排氣通道(19)的一部分中。
5.根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述旁通管線的所述出口孔(25b)被 布置在位于所述渦輪單元(5)下游的所述第二排氣管線(4b)中。
6.根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述旁通管線的所述出口孔(25b)被 布置在位于所述渦輪單元(5)內的所述排氣通道(21)的一部分中。
7.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述節流機構(26)被構造為 使得可以在排氣制動過程期間在所述流量元件(17、27)上游的所述排氣通道(4a、19)中維 持恒定正壓力。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述節流機構包括彈簧加載的閥機構 (26)。
9.根據以上權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述節流機構(26)被 構造為使得可以在排氣制動過程期間在所述流量元件(17、27)上游的所述排氣通道(4a、 19)中維持可變正壓力。
10.根據權利要求7或9所述的裝置，其特征在于，所述控制器件包括適于控制所述節 流機構(26)的控制單元(13)。
全文摘要
本發明涉及一種用于燃燒發動機(2)的排氣制動的裝置，其裝有帶有至少一個流量元件(17、27)的渦輪單元，所述流量元件可設定到變化的位置以控制通過渦輪機(6)的廢氣的流量。裝置包括旁通管線(25)，所述旁通管線設有在流量元件(17、27)上游的位置處與排氣通道(4a、19、20)連接的入口孔(25a)、在流量元件(17、27)下游的位置處與排氣通道(21、4b)連接的出口孔(25b)、以及節流機構(26)。一控制器件(13、18)適于在將要實施排氣制動過程時將流量元件(17、27)置于大致關閉位置，以使得在流量元件(17、27)上游的位置處正壓力出現在排氣通道(4a、19)中，所述正壓力由節流機構(26)限定。
文檔編號F02D9/06GK101932807SQ200980103637
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月26日 優先權日2008年2月1日
發明者H·弗蘭松, R·奧爾松 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司