CN103392058B - 多级涡轮增压器安排 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级涡轮增压器安排(TLA)，该安排具有一个高压级(15)，该高压级的高压涡轮机(15A)具有一个相关联的第一旁路阀门(11);并且具有一个低压级(16)，该低压级如在排气的流动方向(5)上观察是被安排在下游并且具有一个低压涡轮机(16A)和一个第二旁路阀门(12)，其中这些旁路阀门(11，12)中的至少一个被安排在一个相关联的、冷却的壳体模块(10;20;30;40)中。
Description
本发明涉及一种多级涡轮增压器安排。
在图11A和图11B中展示了这样一种已知的涡轮增压器安排。
所展示的实例是一种具有一个高压级5和一个低压级6的两级涡轮增压器安排，该高压级和低压级在各自情况下被设计为带有一个涡轮机并带有一个压缩机的常规排气涡轮增压器。在此，高压级5被指定一个高压旁路阀门1并且低压级6被指定一个低压旁路阀门2。已知的多级涡轮增压器安排是以通常的方式通过一个排气管线而联接到一台内燃发动机的一个汽缸盖8的一个排气歧管9上。如在图11A中还示出的，该高压压缩机配备有一个高压压缩机旁路7。
在这种已知的涡轮增压器安排中，从汽缸盖8流出的气体被引入非冷却的排气歧管9中。排气于是被分成流动经过高压级5的涡轮机的一个部分以及旁路通过该高压级5并且直接流动到低压级6的涡轮机的一个部分。被转向的排气流的这个部分是由旁路阀门1控制。低压级6的涡轮机同样可以被旁路通过。为此目的，可以打开旁路阀门2以使排气流被引导通过该低压级的涡轮机并且直接流动进入一个后处理装置4中。新鲜空气进入低压级6的压缩机中进行压缩、并且然后流动经过高压级5或者经由旁路7而旁路通过高压级5的压缩机、并且然后流动进入该发动机的汽缸盖中。
在这种已知的安排中，排气歧管9、高压级5的涡轮机、包括该旁路阀门或废气门阀2的低压级6的涡轮机、以及旁路阀门1是由耐高温钢或铸铁生产的。
由于在这种已知的安排中的情况是调节的两级涡轮增压器***的所有气体侧部件都必须由耐高温钢或铸铁生产，铸造和机加工所述部件是困难和昂贵的。
在此，不可能通过简化或者甚至免除在热气体侧的这些调节阀门来降低生产成本，这是因为这样将同样导致配备有该涡轮增压器安排的发动机的性能和燃料消耗特性的退化。
尤其是由于对燃油消耗特性的不利影响，产生降低的最大可容许的排气峰值温度的廉价材料是不可接受的。
尽管在图11A和图11B中以简化形式展示的涡轮增压器安排不仅可以用在柴油发电机中而且可以用在汽油发动机中，然而这样一种使用是与上述的技术问题以及相关联的成本问题是对立的。
因此本发明的一个目的是提供一种多级涡轮增压器安排，该多级涡轮增压器安排具有暴露于低温水平的多个旁路阀门部件，因此允许更广泛地应用具有同时降低的生产成本的涡轮机安排。
所述目的是通过以下特征来实现的。
一种多级涡轮增压器安排（TLA），具有一个高压级，该高压级的高压涡轮机具有一个相关联的第一旁路阀门；并且具有一个低压级，该低压级如在排气的流动方向上观察是被安排在下游并且具有一个低压涡轮机和一个第二旁路阀门，其中这些旁路阀门中的至少一个被安排在一个相关联的、冷却的壳体模块中。
由于提供了一个（直接或间接）冷却的壳体模块，有可能使暴露在热排气中的这些旁路阀门中的至少一个（但优选是两个）重新定位到该壳体模块的冷却的区域中，这样使得将阀门致动器连接到阀瓣上的这些轴现在是在这个冷却的壳体模块中延伸。此外这样产生的优点是由于这些部件所暴露在的温度降低，对于这些旁路阀门元件的材料成本而言可以获得相当大的减少。此外，相对于现有技术，这个整体***布局更简单并且更清楚。具体地说，特别有可能的是可以使有待被容纳在一个模块（壳体模块）中的所有阀瓣以及该一个或多个涡轮机壳体的尺寸最小化，这是因为在根据本发明的涡轮增压器中对于集成在该涡轮机壳体中的一个废气门通道而言没有严格的需要。
以下技术方案涉及本发明的多个有利优化。
在所述涡轮增压器安排中，该第一旁路阀门被安排在一个高压旁路管线中，该高压旁路管线在该高压涡轮机的入口的上游从一个排气管线分支出来并且在该低压涡轮机的入口的上游再次通入该排气管线中。
在所述涡轮增压器安排中，该第二旁路阀门被安排在一个低压旁路管线中，该低压旁路管线在该高压涡轮机的入口的上游从一个排气管线分支出来并且在该低压涡轮机的出口的下游再次通入该排气管线中。
在所述涡轮增压器安排中，该第二旁路阀门被安排在一个低压旁路管线中，该低压旁路管线在该低压级的上游从该排气管线分支出来并且在该低压涡轮机的出口的下游再次通入该排气管线中。
在所述涡轮增压器安排中，该高压旁路阀门具有一个阀板和一个冷却的阀座。
在所述涡轮增压器安排中，该低压旁路阀门具有一个阀板和一个冷却的阀座。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块配备有多个钢制***件。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块被集成在一个冷却的排气歧管中，该排气歧管被集成在一个汽缸盖中。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块被集成在一个冷却的排气歧管中，该排气歧管被凸缘安装在一个汽缸盖上。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块被凸缘安装在一个排气歧管上，该排气歧管被凸缘安装在一个汽缸盖上。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块被集成在该高压级的或者该低压级的一个冷却的涡轮机壳体中。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块具有两个旁路阀门。
在所述涡轮增压器安排中，该壳体模块只具有这些旁路阀门中的一个，并且其中，在各自情况下另一个旁路阀门被安排在该高压级的或者该低压级的一个冷却的涡轮机壳体中。
从以下基于附图的多个示例性实施例的说明中将显现出本发明的进一步的细节、优点和特征，在附图中：
图1A、图1B示出了根据本发明的涡轮增压器安排的一个第一实施例的多个示例性高度简化的图解展示；
图2A、图2B示出了根据本发明的涡轮增压器安排的第二实施例的对应于图1A、图1B的多个图示；
图3、图4示出了根据图1A、图1B以及图2A、图2B的涡轮增压器安排的多种示例性高度简化的结构设计；
图5至图10示出了根据本发明的涡轮增压器安排的另外的设计变体的对应于图1B和图2B的多个图示，并且
图11A、图11B示出了根据现有技术的一种涡轮增压器安排的对应于图1A、图1B的图示。
图1A和图1B示出了根据本发明的一种多级涡轮增压器安排的一个第一实施例，在该实施例中该安排被设计为一种两级涡轮增压器安排TLA。
该涡轮增压器安排TLA具有带一个高压涡轮机15A和一个高压压缩机15B的一个高压级15。高压级15被指定了在一个旁路管线11A中的一个第一旁路阀门11。
涡轮增压器安排TLA此外具有如在排气的流动方向S上观察到的被安排在下游的一个低压级16，该低压级具有一个低压涡轮机16A和一个低压压缩机16B。低压级16被指定一个第二旁路阀门12，该第二旁路阀门被安排在一个旁路通道13中，如特别是从图1A的图示中可详细看出。涡轮增压器安排TLA还具有在一个排气管线11B中的一个后处理装置14，该后处理装置如在流动方向S上观察是被定位在低压级16的下游。
高压压缩机15B配备有一个高压压缩机旁路17。
涡轮增压器安排TLA不言自明还具有此类安排的所有其他部件，如一个排气冷却器25和一个排气再循环安排26；然而将不对这些部件进行详细说明，因为它们对于说明本发明的原理而言并不具有重要性。
如在图1A中还示出的，涡轮增压器安排TLA通过该排气管线11B而连接到一台发动机M的一个汽缸盖18的一个排气歧管19上。
为了获得在前言中说明的这些优点，在图1A和图1B中展示的安排中提供的是指定给该高压级15的第一旁路阀门11以及还有第二旁路阀门12被安排在一个相关联的直接或间接冷却的壳体模块10中。借助所述安排，有可能使这些旁路阀门11和12的所有部件以一个相对低的温度暴露在排气中，这同时使得这种整体安排的设计更紧凑并且还使得这些阀门元件有可能使用较少的耐热材料。
具体地说，整个旁路阀门模块可以由铝来生产（特别还作为一个分开的部件来生产）并且通过水来冷却。这样进而允许涡轮增压器安排TLA的一种更成本有效的实施例，该实施例不仅适用于柴油发动机而且还适用于汽油发动机，尽管汽油发动机的排气温度要高于柴油发动机的排气温度。
如在图1A中还示出的，高压旁路管线11A在涡轮机15A的入口的上游从排气管线11B分支出来并且在低压涡轮机16A的入口的上游再次通入排气管线11B中。因此，通过第一旁路阀门11，排气流是在排气歧管19的压力水平与低压涡轮机16的入口的压力水平之间调节的。
由于低压旁路管线13A的在高压涡轮机15A的入口的上游从排气管线11B分支出来并且在低压涡轮机16A的出口的下游再次通入该排气管线11B中的这种安排，实现的是第二旁路阀门12在高压涡轮机15A的入口压力水平与低压涡轮机16A的出口压力水平或后处理装置14的入口压力水平之间调节排气流。
在一同观察图2A和图2B时显现出根据本发明的涡轮增压器安排TLA的一个第二实施例。所述第二实施例的设计和功能基本上对应于根据图1A和图1B的实施例的这些设计和功能，这样对于所有共同的特征，可以参照以上的说明。
高压旁路管线11A以同根据图1A的实施例一样的方式安排。然而低压旁路管线13A在高压涡轮机15A的下游从排气管线11B分支出来并且在低压涡轮机16A的出口的下游再次通入该排气管线11B中。由于这种安排，旁路阀门11在排气歧管19的压力水平与低压涡轮机16A的入口压力水平之间调节排气流。第二旁路阀门12在低压涡轮机16A的入口压力水平与低压涡轮机16A的出口压力水平之间调节排气流。
还在这个实施例中，旁路阀门11和12两者都被安排在一个相关联的冷却的壳体模块中，该壳体模块是以示例性高度简化的方式展示的并且由参考数字20标示。此实施例因此还产生了同根据图1A和图1B的实施例一样的优点。
图3以示意性高度简化的形式展示了根据图1A和图1B的实施例的涡轮增压器安排TLA的一种结构设计。在此，如由方块18、19象征的，一个汽缸盖18配备有一个集成的排气歧管19，该排气歧管就流动而言被连接到壳体模块10上。如由该图所指示的，在此实施例中，提供了任选的多个钢制***件21和22，这些***件起隔热屏的作用以帮助减少热传导到这个冷却的壳体模块10中。此外，图3示出了用于这些旁路阀门11和12的阀瓣11C和12C的阀座23和24，其中所述阀座23和24由于它们处于壳体模块10中的安排而同样是冷却的。在此实施例中，旁路管线13在高压旁路阀门11的上方分支出来。
图4示出了根据图2A和图2B的实施例的对应于图3的图示。这个实施例再次具有多个冷却的阀座23和24以及用于隔热的任选的多个钢制***件21和22。
图5至图10示出了多个替代实施例的对应于图1B和图2B的另外的示意性高度简化的图示。
图5示出了涡轮增压器安排TLA的一个实施例，该实施例具有一个汽缸盖18并且具有包括壳体模块10的一个集成的排气歧管19。
图6示出了一种涡轮增压器安排TLA，该安排具有一个汽缸盖18、具有一个冷却的排气歧管19并且具有附接到该排气歧管上的一个壳体模块10。
图7示出了一种涡轮增压器安排TLA，该安排具有一个汽缸盖18、具有一个凸缘安装的（冷却的或非冷却的）排气歧管19并且具有一个凸缘安装的壳体模块10。
图8示出了一种汽缸盖18，该汽缸盖具有一个集成的排气歧管19并且具有凸缘安装在该排气歧管上的一个高压级壳体模块10。
图9示出了一种涡轮增压器安排TLA，该安排具有一个汽缸盖18、并且具有一个集成的排气歧管19并且具有一个凸缘安装的高压级壳体模块30。
图10示出了带有一个集成的排气歧管19以及带有一个高压级壳体模块40的汽缸盖18，其中必须强调的是该壳体模块10；20；30；40可以包围一个或两个旁路阀门11、12。如仅仅这些旁路阀门中的一个阀门11或12被安排在该壳体模块中的话，另一个旁路阀门在各自情况下可以被安排在一个冷却的高压级涡轮机壳体35中（见图9）或者被安排在一个冷却的低压涡轮机壳体46中（见图10）。
概括地说，结果是可以得出上述的涡轮增压器安排TLA特别适用于配备有集成在汽缸盖中的一个冷却的排气歧管的发动机（柴油发动机或汽油发动机）。在此，该排气歧管可以是例如由铝来生产的，由于所使用的材料以及包装，这产生了相当大地成本节约。
该涡轮增压器安排TLA或该壳体模块可以此外被集成在一个冷却的排气歧管中，该排气歧管是凸缘安装在该汽缸盖上的。
此外，该涡轮增压器安排TLA或该壳体模块可以被凸缘安装在一个排气歧管上，该排气歧管然后进而是凸缘安装在该汽缸盖上的。在此，可以冷却该排气歧管并且因此冷却该壳体。
如以上描述的，该壳体模块可以最终被集成在一个和/或在各自情况下均被冷却的涡轮机壳体中，这使之有可能使得这种安排制造得更紧凑。
除了对本发明的以上书面披露之外，特此明确地参考在图1A至图10中的图解展示。
Claims (13)
1.一种多级涡轮增压器安排（TLA），
-具有一个高压级（15），该高压级的高压涡轮机（15A）具有一个相关联的第一旁路阀门（11）；并且
-具有一个低压级（16），该低压级如在排气的流动方向（S）上观察是被安排在下游并且具有一个低压涡轮机（16A）和一个第二旁路阀门（12），
其中
-这些旁路阀门（11，12）中的至少一个被安排在一个相关联的、冷却的壳体模块（10，20，30，40）中。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器安排，其中，该第一旁路阀门（11）被安排在一个高压旁路管线（11A）中，该高压旁路管线在该高压涡轮机（15A）的入口的上游从一个排气管线（11B）分支出来并且在该低压涡轮机（16A）的入口的上游再次通入该排气管线（11B）中。
3.如权利要求1或2所述的涡轮增压器安排，其中，该第二旁路阀门（12）被安排在一个低压旁路管线（13A）中，该低压旁路管线在该高压涡轮机（15A）的入口的上游从一个排气管线（11B）分支出来并且在该低压涡轮机（16A）的出口的下游再次通入该排气管线（11B）中。
4.如权利要求2所述的涡轮增压器安排，其中，该第二旁路阀门（12）被安排在一个低压旁路管线（13A）中，该低压旁路管线在该低压级（16）的上游从该排气管线（11B）分支出来并且在该低压涡轮机（16A）的出口的下游再次通入该排气管线（11B）中。
5.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该第一旁路阀门（11）具有一个阀板（11C）和一个冷却的阀座（24）。
6.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该第二旁路阀门（12）具有一个阀板（12C）和一个冷却的阀座（23）。
7.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（10，20，30，40）配备有多个钢制***件（21，22）。
8.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（10，20）被集成在一个冷却的排气歧管（19）中，该排气歧管被集成在一个汽缸盖（18）中。
9.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（10，20）被集成在一个冷却的排气歧管（19）中，该排气歧管被凸缘安装在一个汽缸盖（18）上。
10.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（10，20）被凸缘安装在一个排气歧管（19）上，该排气歧管被凸缘安装在一个汽缸盖（18）上。
11.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（10，20）被集成在该高压级（15）的或者该低压级（16）的一个冷却的涡轮机壳体中。
12.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（10，20）具有两个旁路阀门（11，12）。
13.如权利要求1－2和4之一所述的涡轮增压器安排，其中，该壳体模块（30，40）只具有这些旁路阀门中的一个（11，12），并且其中，在各自情况下另一个旁路阀门被安排在该高压级（15）的或者该低压级（16）的一个冷却的涡轮机壳体中。
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