CN100381683C - 用于内燃机的涡轮压缩机*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(10)的涡轮增压器***，该内燃机至少有一个排气管(15、16)，用于将废气从发动机的燃烧室(11)中排出，至少有一个进气管(12)，用于给所述燃烧室供应空气。高压涡轮(17)与高压压缩机(19)相互作用，由此形成具有共用旋转轴的高压涡轮单元(18)。低压涡轮(21)与低压压缩机(23)相互作用，由此形成具有共用旋转轴的低压涡轮单元(22)，用于从发动机的废气流中提取能量，并给发动机的进气增压。低压涡轮(21)为轴流式。高压涡轮单元与低压涡轮单元串联布置，其旋转轴基本同中心，高压涡轮(17)与低压涡轮(21)相互临近布置，通过设置成气流管道的中间件连接在一起。这样的布置允许两个旋转轴之间有一定的偏心。低压涡轮单元(22)连接到内燃机(10)的一部分，同时高压涡轮单元(18)连接到发动机(10)的另一部分。

Description

用于内燃机的涡轮压缩机***
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的涡轮增压器***，至少有一个排气管，用于将废气从发动机的燃烧室中引导出去，至少有一个进气管，用于给所述燃烧室供应空气。该涡轮增压器***包括有高压涡轮，该高压涡轮与高压压缩机相互作用而形成共用一个旋转轴的高压涡轮单元，以及低压涡轮，该低压涡轮与低压压缩机相互作用而形成共用一个旋转轴的低压涡轮单元，用于从发动机的废气流中提取能量，并给发动机的进气增压。
背景技术
关于给柴油型内燃机增压的涡轮增压器***的现有技术水平，特别是用于重型车辆，通常包括由单级涡轮驱动的单级压缩机，这两者都是径向式的。也有采用两级增压的涡轮增压器***，有时还包括中间冷却，但是这种布置通常很占用空间。因此这种类型的技术方案很难应用到空间极其有限的机动车辆上。
因为从高压涡轮中出来的气流是轴向的，同时低压涡轮的入口是径向式的，所以传统的用于两级增压***的涡轮增压器不得不布置成它们的轴侧向偏移。因此，在气流管道中不得不弯曲90°。这个弯曲占据了大量的空间，并且导致较大的压力损失，这对整体效率有不利的影响。
适合于立体容积为6到20升的柴油机的增压器，在稳态工况下，其效率通常在50％和60％之间(ηcompressor·ηmechanical·ηturbine)。在现有的柴油机中，效率的好处不如将来需要更高进气压力的发动机。增加增压需求的***的实例是用于降低氮氧化合物排放的废气再循环，或是拥有进气门可变控制的***。
稳态工况下效率高于60％的涡轮增压器***，提供了符合发动机未来环保和燃油效率需求的更好的前景。迄今为止，对于柴油机的环境需求通常导致效率的削弱，从而意味着燃油能源更加没有被充分利用。
发明内容
因此本发明的目的在于生产一种高效率的涡轮增压器***，可以应用于车辆而没有安装上的问题。
依据本发明这个目设计的用于内燃机的涡轮增压器***，该内燃机至少有一个排气管，用于将废气从发动机的燃烧室中引导出去，至少有一个进气管，用于给所述燃烧室供应空气；该涡轮增压器***包括有高压涡轮，该高压涡轮与高压压缩机相互作用而形成共用一个旋转轴的高压涡轮单元，以及低压涡轮，该低压涡轮与低压压缩机相互作用而形成共用一个旋转轴的低压涡轮单元，用于从发动机的废气流中提取能量，并给发动机的进气增压；依据本发明，其特征在于：低压涡轮为轴流式；高压涡轮单元与低压涡轮单元串联布置，其旋转轴基本同中心，高压涡轮与低压涡轮相临布置，通过设置成气流管道的中间件连接在一起；这样的布置允许两个旋转轴之间有一定的偏心；低压涡轮单元连接到内燃机的一部分，同时高压涡轮单元连接到发动机的另一部分。名词“内燃机”和“发动机”也意味着包括属于发动机的部分，比如气缸盖、飞轮壳和变速器壳。
发明有利的示例性实施例从以下的独立专利权利要求得出。
附图说明
以下将参考附图中所示的示例性实施例更详细的说明本发明，其中：
图1为依据本发明有两级涡轮增压器***的内燃机的示意图；
图2为通过形成涡轮增压器***的两级涡轮增压器的纵向剖视图；以及
图3为图2的局部放大图，其更清楚的显示了两级涡轮增压器之间的中间件；以及
图4为安装有本发明涡轮增压器***的内燃机的局部侧视图。
具体实施方式
本发明涉及一种增压***的安装，该增压***首先是用于立体容积为约6到20升的柴油机，特别是用于重型车辆，比如卡车、公共汽车和施工机械。增压***其特征在于提供比现有***效率更高的增压作用。增压器是通过具有中间冷却的两个串联的两级径向式压缩机来实现的。第一级，指的是低压压缩机，是通过轴流式低压涡轮驱动的。第二级，高压压缩机，是通过径流式高压涡轮驱动的。
图1所示为有六个发动机气缸11的发动机体10，气缸采用传统的方式与一个进气歧管12和两个独立的排气歧管13、14相连通。每个排气歧管从三个气缸中接收废气。通过独立管道15、16将废气引导至高压涡轮单元18中的涡轮17，该高压涡轮单元包括有与涡轮17布置在同一个轴上的压缩机19。
通过管道20将废气向前引导至低压涡轮单元22中的涡轮21，该低压涡轮单元包括有与涡轮21布置在同一个轴上的压缩机23。最后通过管道24将废气向前引导至发动机的排气***，该排气***可以包括废气后处理单元。
过滤后的空气被允许通过管道25进入发动机，并被引导至低压涡轮单元22的压缩机23。管道26向前引导进入的空气，穿过第一中冷器27，到达高压涡轮单元18的压缩机19。在这个采用中间冷却的两级增压作用之后，通过管道28将进入的空气向前引导至第二中冷器29，之后，进入的空气通过管道30到达进气歧管12。
图2中详细显示了依据本发明的涡轮增压器***，图中双蜗管入口15、16连接到高压涡轮17，每个蜗管入口通过进口导轨17a提供给一半涡轮气流量。高压涡轮17为常用的径流式，通过短的中间管道20连接到低压涡轮21，因为低压涡轮是轴流式的，所以该中间管道20是可用的。这种短的气流路径使得涡轮两级之间的压力损失最小。
高压涡轮17和高压压缩机19一起设置在轴31上。低压涡轮21相应的与低压压缩机23一起设置在轴32上。两个涡轮单元18、22是基本沿同一个纵轴定位的。中间管道20设置由密封件33，在图3中该密封件显示的更清楚，该密封件33通过允许在轴向和径向有一定的位移来防止安装张力和泄漏，吸收热应力并弥补装配缺陷。
为此，密封件33设置成弹性活塞环，分别在高压涡轮17出口的圆柱部分34和低压涡轮21入口的圆柱部分35上可轴向移动。密封件33安装在中间件20的凹槽中。中间件20的内部管道为环形，有位于中间位置的本体20a，该本体20a的横截面在管道下游方向增大。
从图4中可以明显看出，低压涡轮单元22通过支架36安装在发动机体10上，该支架36利用螺丝连接到低压涡轮21的出口37。高压涡轮单元18按常规靠着发动机的排气歧管13、14安装。在本发明其它的示例性实施例中，其它的发动机元件可以用于涡轮增压器的悬置安装，比如气缸盖、飞轮壳和变速器壳。也可以将涡轮增压器安装在排气歧管的不同部分。
从而涡轮增压器可以串联布置在发动机旁边，其纵轴基本平行，使得高压压缩机在发动机纵向方向上朝向前方，同时低压压缩机朝向后方。这种布置是有利的，因为在重型货车中发动机空气滤清器的进气孔口通常位于发动机舱的后部，形成短的空气管道25(如图1所示)。相应的，使高压压缩机朝向前方也是有利的，因为它接收从中间冷却器27出来的空气，而中间冷却器就可以布置在发动机舱的前面。
然而，本发明决不限制于这样的涡轮增压器和冷却器。
本发明并不受上述示例性实施例的限制，更多的变化和修改可以看作是在以下专利权利要求的范围之内。比如，依据本发明的涡轮增压器***是与六缸柴油机连接，但是本发明也可以应用于所有不同的活塞发动机，从一缸到一缸以上，为两冲程或四冲程。

Claims (9)

1.一种用于内燃机(10)的涡轮增压器***，该内燃机具有至少一个排气管(15、16)，用于将废气从发动机的燃烧室(11)中排出，和至少一个进气管(12)，用于给所述燃烧室供应空气；该涡轮增压器***包括：高压涡轮(17)，该高压涡轮与高压压缩机(19)相互作用，由此形成具有共用旋转轴(31)的高压涡轮单元(18)；和低压涡轮(21)，该低压涡轮与低压压缩机(23)相互作用，由此形成具有共用旋转轴(32)的低压涡轮单元(22)，用于从发动机的废气流中提取能量，并给发动机的进气增压；其特征在于：低压涡轮(21)为轴流式；高压涡轮单元(18)与低压涡轮单元(22)串联布置，其旋转轴(31、32)基本同中心，高压涡轮(17)与低压涡轮(21)相互临近布置并通过设置成气流管道的中间件(20)连接在一起，布置为允许两个旋转轴之间有一定的偏心；低压涡轮单元(22)连接到内燃机(10)的一部分，同时高压涡轮单元(18)连接到发动机(10)的另一部分。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述低压涡轮单元(22)连接到内燃机的气缸体(10)，同时所述高压涡轮单元(18)连接到发动机的排气歧管(15、16)。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述高压涡轮单元(18)和低压涡轮单元(22)串联布置在内燃机(10)旁边。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述两个单元(18、22)基本平行于发动机(10)的曲轴布置。
5.根据权利要求2和4中的任一个所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述涡轮单元(18、22)定位成使得高压压缩机(19)在发动机(10)纵向方向上朝向前方，同时低压压缩机(23)朝向后方。
6.根据权利要求1，2和4中的任一个所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述中间件(20)设置有密封环(33)，该密封环(33)在径向上具有弹性。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述密封环(33)可移动的分别安装在高压涡轮(17)出口的圆柱部分(34)和低压涡轮(21)入口的圆柱部分(35)中。
8.根据权利要求1，2，4和7中的任一个所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述低压涡轮单元(22)经低压涡轮(21)的出口(37)，通过支架(36)安装在发动机体(10)上。
9.根据权利要求1，2，4和7中的任一个所述的涡轮增压器***，其特征在于：所述中间件(20)的内部管道为环形，有内部本体(20a)，该本体的横截面在下游方向增大。
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