CN100538044C - 涡轮增压器的工作方法以及涡轮增压器 - Google Patents

涡轮增压器的工作方法以及涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器尤其是废气涡轮增压器，其具有一个涡轮机，以便将在一个第一空气质量流尤其是废气流中的能量转换为用于驱动涡轮增压器的压缩机(3)的机械能，其中一个第二空气质量流(10)尤其是新鲜空气质量流可以输送给涡轮增压器的压缩机(3)。按照本发明，在压缩机(3)之前设置一个用于将一种流体(15)注入到第二空气质量流(10)中尤其是新鲜空气质量流中的装置(16)。按照本发明的涡轮增压器尤其是废气涡轮增压器的工作方法，在第二空气质量流(10)特别是新鲜空气质量流进入到涡轮增压器的压缩机(3)之前将一种流体(15)注入到第二空气质量流中，其中注入的流体(15)在压缩机(3)中蒸发，并且因此使压缩机(3)冷却。

Description

涡轮增压器的工作方法以及涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器尤其是废气涡轮增压器的工作方法。此外，本发明还涉及一种涡轮增压器尤其是废气涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器，尤其是废气涡轮增压器用于提高内燃机的功率。因此例如DE 199 28 925 A1公开了一种具有一个压缩机和一个涡轮机的涡轮增压器，它们通过一根轴相连，其中通过涡轮机从空气质量流中提取能量并且将所述能量转换为用于驱动涡轮增压器的压缩机的机械能。按照现有技术，所述压缩机包括一个压缩机转子并且涡轮机包括一个涡轮。
先进的涡轮增压器在压缩机内部将空气质量流压缩到这样高的压力，使得在压缩机的排气口尤其在压缩机转子的排气口上，绝对温度可达几百度。压缩机的压缩机转子优选由一种铝合金构成，其中在绝对温度为几百度时，在压缩机转子上出现这样的问题，即压缩机转子的铝合金特别在外径上遭受持久的强度损失(热老化)。这能够导致压缩机转子的失效并且由此导致其使用寿命的缩短。因此在压缩机转子的排气口区域中限制温度是值得期待的。
发明内容
由此本发明的任务是提供一种新型的涡轮增压器，尤其是一种新型的废气涡轮增压器和一种涡轮增压器，尤其是废气涡轮增压器的工作方法。
该任务通过一种涡轮增压器的工作方法来解决。在废气涡轮增压器的工作方法中，在一个第一空气质量流中含有的能量转换为用于驱动涡轮增压器的压缩机的机械能，并且其中涡轮增压器的压缩机吸入且压缩一个新鲜空气质量流，其特征在于，在新鲜空气质量流进入到涡轮增压器的压缩机之前通过在压缩机前面设置的相应的装置将一种流体注入到新鲜空气质量流中，所述流体在通过所述装置注入到新鲜空气质量流中时被喷成雾状，在该新鲜空气质量流中，所述待注入的流体在注入前首先借助于泵压缩并且接下来通过热交换器加热到规定的温度，并且所述流体注入到新鲜空气质量流中，使得所述流体在由该流体和新鲜空气质量流组成的整个质量流中的份额在0.1％和5％之间。
按照本发明，在压缩机质量流(以下也称为第二空气质量流)、特别是新鲜空气质量流进入到涡轮增压器的压缩机之前将一种流体注入到第二空气质量流中，其中注入的流体在压缩机中蒸发，并且因此使压缩机、特别是压缩机转子冷却。此外，这些措施也对出口导流装置(Nachleitapparat)起作用，在那里避免出现油的沉积。此外，考虑到NOx的形成确定一种有利的影响。
根据此处的本发明建议，在通过涡轮增压器的压缩机压缩的第二空气质量流进入到压缩机之前将一种流体注入到所述第二空气质量流中，其中该流体在压缩机的内部蒸发并且优选在到达压缩机或压缩机转子的排气口之前被完全地(但是也部分有效)蒸发。由此可以使压缩机或压缩机转子冷却。由于超出压缩机转子的许可温度而使其强度降低的现象可以以简单并且可靠的方式和方法来避免。
按照本发明的一种有利的改进方案，所述流体注入到第二空气质量流中，使得所述流体在由该流体和第二空气质量流组成的整个质量流中的份额优选大约在1％左右。
按照本发明另一种有利的改进方案，所述流体在其注入到第二空气质量流之前被压缩和被加热，使得所述流体在注入时具有的温度在注入的环境条件下高于流体的沸点温度20K至100K。
本发明还提供一种涡轮增压器，其具有一个涡轮机，以便将在一个废气流中含有的能量转换为用于驱动涡轮增压器的压缩机的机械能，其中一个新鲜空气质量流可以输送给涡轮增压器的压缩机，其特征在于，在压缩机之前设置一个用于将一种流体注入到新鲜空气质量流中的装置，其中所述待注入的流体在注入前首先借助于泵压缩并且接下来通过热交换器加热到规定的温度。
附图说明
本发明还给出了优选的改进方案，借助于附图但不只局限于此地进一步说明本发明的实施例。
图1按现有技术的涡轮增压器的原理草图，以及
图2用于说明按照本发明的涡轮增压器的工作方法的原理草图
具体实施方式
以下在参照图2进一步详细地说明本发明之前，首先以一个废气涡轮增压器的例子说明由现有技术已知的废气涡轮增压器的工作原理。
图1非常示意地示出一种与内燃机汽缸2相连的废气涡轮增压器1，其中废气涡轮增压器1包括一个具有一个压缩机转子4的压缩机3和一个具有一个涡轮6的涡轮机5。
按照箭头8的方向，第一空气质量流亦即废气流通过一个配属于内燃机汽缸2的排气门7输送给涡轮机5的涡轮6，其中第一空气质量流的能量通过涡轮6转换为机械能，并且用于驱动涡轮增压器1的压缩机3的压缩机转子4。在涡轮机5的区域内释放的第一空气质量流亦即废气流按照箭头9的方向从涡轮增压器1中排出。
此外，如图1可以得知，第二空气质量流亦即新鲜质量空气流按照箭头10的方向由涡轮增压器1的压缩机3吸入且压缩，其中所述压缩的、第二空气质量流可以按照箭头11的方向通过内燃机的一个进气门12亦即其汽缸输入。如图1可以得知，一种这样的废气涡轮增压器还包括一个增压空气冷却器13以及一个增压调节器14。
在图1中示出的废气涡轮机1的压缩机3的压缩机转子4优选由铝合金构成，其中在压缩第二空气质量流时，在废气涡轮机1的压缩机3的内部在压缩机转子4的排气口上的绝对温度可能为几百度。由此会超出压缩机转子4的许可构件温度，这可以导致其强度损失。
根据在此的本发明(参见图2)建议，在第二空气质量流10进入涡轮增压器的压缩机3之前，将一种流体15注入第二空气质量流10中。所述流体15通过在压缩机3之前设置的相应的装置16注入第二空气质量流10中。注入到第二空气质量流10中的流体15在压缩机3中蒸发并且因此使压缩机亦即其压缩机转子冷却。
注入到第二空气质量流10中的流体15在压缩机中特别地完全蒸发。因此在压缩机转子4的排气口上被注入的流体完全蒸发。为了实现这个目的，在通过装置16将流体15注入第二空气质量流中的时候，把流体15喷成尽可能细的雾状。这优选通过以下措施实现，即待注入的流体15在注入前首先通过一个泵17压缩，并且紧接着通过一个热交换器18加热到一个规定的温度。在此，流体15在其注入到第二空气质量流10之前由热交换器18来加热，使得流体15在注入时也就是在装置16的区域中具有一定的温度，该温度在注入的环境条件下高于流体15的沸点温度20K至100K。在流体15以这样的温度注入到第二空气质量流10中时，流滴的胀裂根据所谓的闪烁效应实现。
流体优选注入到第二空气质量流10中，使得所述流体15在由流体15和第二空气质量流10组成的整个质量流中的份额在0.1％和5％之间，优选在0.5％和2％之间，特别优选在1％左右。优选水作为所述流体注入到第二空气质量流中。
根据此处的本发明建议，由涡轮增压器的压缩机压缩的第二空气质量流在其输入到压缩机之前注入一种流体，其中该流体在压缩机的内部在到达压缩机转子的排气口之前完全蒸发。在蒸发过程中，调整压缩机转子的冷却或温度下降。由此可以避免超过压缩机转子许可的构件温度和防止其由温度造成的强度损失。
附图标记列表
1     废气涡轮增压器
2     汽缸
3     压缩机
4     压缩机转子
5     涡轮机
6     涡轮
7     排气门
8     箭头
9     箭头
10    箭头
11    箭头
12    进气门
13    增压空气冷却器
14    增压调节器
15    流体
16    装置
17    泵
18    热交换器

Claims (7)

1.废气涡轮增压器的工作方法，其中在一个第一空气质量流中含有的能量转换为用于驱动涡轮增压器的压缩机的机械能，并且其中涡轮增压器的压缩机吸入且压缩一个新鲜空气质量流，其特征在于，在新鲜空气质量流进入到涡轮增压器的压缩机之前通过在压缩机(3)前面设置的相应的装置(16)将一种流体注入到新鲜空气质量流中，所述流体在通过所述装置(16)注入到新鲜空气质量流中时被喷成雾状，在该新鲜空气质量流中，所述待注入的流体(15)在注入前首先借助于泵(17)压缩并且接下来通过热交换器(18)加热到规定的温度，并且所述流体(15)注入到新鲜空气质量流中，使得所述流体在由该流体和新鲜空气质量流组成的整个质量流中的份额在0.1％和5％之间。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体在其注入到新鲜空气质量流之前加热，使得流体在注入时的温度高于流体的沸点温度20K至100K。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，水作为所述流体注入到新鲜空气质量流中。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体在由该流体和新鲜空气质量流组成的整个质量流中的份额在0.5％和2％之间。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流体在由该流体和新鲜空气质量流组成的整个质量流中的份额为1％。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一空气质量流是废气流。
7.废气涡轮增压器，其具有一个涡轮机，以便将在一个废气流中含有的能量转换为用于驱动涡轮增压器的压缩机的机械能，其中一个新鲜空气质量流可以输送给涡轮增压器的压缩机，其特征在于，在压缩机(3)之前设置一个用于将一种流体(15)注入到新鲜空气质量流中的装置(16)，其中所述待注入的流体(15)在注入前首先借助于泵(17)压缩并且接下来通过热交换器(18)加热到规定的温度。
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