[发明专利]多级涡轮增压器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级涡轮增压器系统。特别地而不是排除地，本发明涉及一个两级涡轮增压器系统和一个运行该系统的方法。

背景技术

涡轮增压器是公知的装置，用于在高于大气压力的压力(增压)下将空气供给内燃机的入口。一个常规的涡轮增压器主要地包含安装在可转动轴上的废气驱动的涡轮机叶轮，其设置在与发动机排出歧管的下游连接的涡轮机壳体内。涡轮机叶轮的转动使安装在所述轴的另一端且在压缩机壳体内的压缩机叶轮转动。压缩机叶轮传送压缩空气给发动机进气歧管。涡轮增压器轴通常通过轴颈和止推轴承支撑，包含合适的润滑系统并且位于连接在涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中间轴承壳体内。

在已知的涡轮增压器中，涡轮机级包含其中安装有涡轮机叶轮的涡轮机腔室；在环绕涡轮机腔室设置的面对的径向壁之间限定的环形入口通道；围绕入口通道设置的入口；从涡轮机腔室延伸的出口通道。通道和腔室连通，以使得进入进气室的增压排气通过涡轮机由入口通道流到出口通道并且使得涡轮机叶轮转动。还公知地，通过在入口通道中设置被称为喷嘴叶片的叶片来改善涡轮机性能，从而使得气体朝着涡轮机叶轮旋转的方向偏转流过入口通道。

公知的另一种改进用于具有宽的速度/负载范围的发动机的涡轮增压效率的方式是提供连续两级涡轮增压系统，包括一个相对小的高压(HP)涡轮增压器和另一个相对大的低压(LP)涡轮增压器。涡轮增压器串联设置，以使得来自发动机的排气首先流动通过高压涡轮增压器的较小涡轮机，然后通过低压涡轮增压器的较大涡轮机。阀控制旁通路径被提供来允许排气以例如在高的发动机速度和/或负载下旁通高压涡轮机。同样地，两个涡轮增压器的压缩机还被串联设置，空气首先流动通过低压涡轮增压器的相对大的压缩机，然后通过高压涡轮增压器的相对小的压缩机。此外，提供阀控制旁路来允许进气以例如在高的发动机速度和/或负载下旁通高压涡轮增压器的压缩机。

在WO2008/015400中公开的连续的两级涡轮增压系统中，通过高压涡轮机、低压涡轮机和高压旁通路径的排气流被单个回转阀控制，所述单个回转阀可以设置在高压涡轮机的上游或者下游。更详细地，主要的排气流动路径包括将排气传送到高压涡轮机的入口部分和将排气从高压涡轮机传送到低压涡轮机的中间部分。旁通路径将主流动路径的入口部分和主流动路径的中间部分之间连通。排气流量控制阀是回转阀，位于旁通路径和主路径的结合处(如果阀位于高压涡轮机的上游，可以是主路径的入口部分；或者如果阀位于高压涡轮机的下游，可以是主路径的中间部分)。回转阀包含阀转子，其在阀室内转动并且可操作地容许或者阻止流过旁通路径和/或主路径，也就是说根据阀分别是在高压涡轮机的上游还是在下游来决定是在主路径的入口部分还是在中间部分。在一个实施例中，阀位于高压涡轮机的上游，阀包括与主流动路径的入口部分连通的入口、与主流动路径的入口部分连通的主出口(从而进入高压涡轮机的气流通过入口和主出口流过阀)、和为与低压涡轮机的入口连通的旁通路径提供出口的旁通口(其可以通过主流动路径的中间部分)。在另一个实施例中，阀位于高压涡轮机的下游，阀包括与主流动路径的中间部分连通的主入口、和与低压涡轮机入口连通的主出口(通过主流动路径的中间部分)，以及与旁通路径连通的旁通入口。

通过使阀转子旋转到打开、关闭或者部分打开/关闭的单独口，涡轮增压器系统可以在各种模式下运行，包括用于调节到高压和低压涡轮机的排气流的常规点火模式，操作阀来在排气系统中提供制动背压的制动模式(非点火模式)，和操作阀来限制排气流从而加热排气流的排气加热模式(点火操作模式)。

WO2008/015400的接下来的涡轮增压器系统的实施例可以包括装有废气门(wastegated)的低压涡轮机。本领域技术人员将明白废气门是一个控制围绕涡轮机的旁通流动路径的阀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可替换的或者改进的多级涡轮增压器系统。