CN101027459A - 用于内燃机的涡轮增压器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于多缸内燃机的涡轮增压器装置(18)，所述内燃机具有至少两根排气管路和至少一根进气管路，所述排气管路用于将来自发动机的燃烧室的废气排出，所述进气管路用于供应空气至所述燃烧室。涡轮增压器装置包括至少一个涡轮(17)，其与至少一个压缩机(19)协同工作，以从发动机的排气流中提取能量，并且对发动机的吸入空气进行增压。涡轮设置有螺旋状的壳体，该壳体具有至少两个流动通道(15，16)，流动通道(15，16)由壳体内的导向楔片(35)限定，并且通过定子叶片(34)将互相分离的排气流输送到至少一个涡轮(17，23)。为了保持分离的排气流的动能，各自的导向楔片(35)都与朝向楔片延伸的定子叶片(37)相接触。

Description

用于内燃机的涡轮增压器装置
技术领域
本发明涉及用于多缸内燃机的涡轮增压器装置，所述内燃机具有至少两根排气管路和至少一根进气管路，所述排气管路用于将来自发动机的燃烧室的废气排出，所述进气管路用于供应空气至所述燃烧室，所述涡轮增压器装置包括至少一个涡轮，所述涡轮与至少一个压缩机协同工作，以从发动机的排气流中提取能量，并且对发动机的吸入空气进行增压。所述涡轮设置有螺旋状的壳体，该壳体具有至少两个流动通道，该流动通道由壳体内的楔片(tongue)限定，并且通过定子叶片将互相分离的排气流输送到涡轮。
背景技术
在现有技术中，关于用于柴油型内燃机增压的涡轮增压器系统，特别是用于重型车辆的涡轮增压器系统，其通常包括由单级涡轮驱动的单级压缩机，压缩机和涡轮都为径流式。
通常，在稳态条件下，适合于排量为6至20升的柴油机的增压器的效率位于50％和60％之间(η压缩机*η机械*η涡轮)。在当前的柴油发动机中，所获得的效率要比未来的发动机低，未来的发动机将需要更高的增压压力。例如，提高增压需要的系统的示例为用于更低的氮氧化合物排放的废气再循环或者提供进气阀可变控制的系统。
在稳态条件下，效率高于60％的涡轮增压器系统提供满足环境友好、节省燃料方面的需求的更大前景。迄今为止，对柴油发动机在环保方面的需求通常导致较低的效率，因此，意味着燃料的能量没有得到很好的利用。
传统上，用于六缸柴油机的涡壳为“双进气(twin-entry)”式。气缸1-3的废气在一根管道内传输，气缸4-6的废气则在另一根管道内传输。这些管道平行延伸直到涡轮入口处，使得在叶片的上方形成分界。也可采用“两侧进气(double-entry)”式涡壳(turbine worm)。这种类型的涡壳以如下方式制造，即，来自一组气缸的管道提供180度的涡轮入口；另一组气缸提供剩余的180度的涡轮入口。当发动机的排气阀打开时，获得废气的强有力的脉冲。在六缸发动机中，在以120度相间(曲轴)的前后气缸组内，交替地产生这种脉冲。两组气缸内的压力可能如下图所示。
前后气缸组的排气歧管压力(绝对值和总值)
当采用“两侧进气”式涡壳，同时一起采用涡轮的进气导轨时，重要的是尽可能地使管道分离；理想情况是在到达导轨前管道不应相连通。其原因是，来自一组气缸的压力脉冲(例如气缸1-3)必须不能渗漏至另一组气缸，因为这样将导致很大的损失。
导轨的传统结构可如图3所示。由于两个叶片可以与涡壳的两个楔片(tongue)直接相邻，故有利地制造导轨的数量为偶数。通过模铸法，螺旋状的涡轮机壳体通常与楔片制造成为一个整体。导轨设置在环形部件上，所述环形部件安装在涡轮机壳体的排气开口处。因此，由于制造方面的原因，楔片不可能在导轨的平台直径(platformdiameter)内通过。
发明内容
因此，本发明的一个目的是制造一种涡轮增压器装置，其有效地利用来自多缸发动机的废气脉冲，以便增加发动机的瞬态响应能力和效率。
根据本发明以及为实现上述目的构造的用于多缸内燃机的涡轮增压器装置，所述内燃机具有至少两根排气管路和至少一根进气管路，所述排气管路用于将来自发动机的燃烧室的废气排出，所述进气管路用于供应空气至所述燃烧室，所述涡轮增压器装置包括至少一个涡轮，其与至少一个压缩机协同工作，以从发动机的排气流中提取能量，并且对发动机的吸入空气进行增压，所述涡轮设置有螺旋状的壳体，该壳体具有至少两个流动通道，所述两个流动通道由壳体内的楔片限定，并且通过定子叶片将互相分离的排气流输送到涡轮，其特征在于：各自的楔片都接触朝向楔片延伸的定子叶片。涡轮增压器装置的这种结构允许保持高效率，同时改善其瞬态响应能力。
可以从以下的独立权利要求得出本发明有利的示例性实施例。
附图说明
本发明将参照附图所示的示例性实施例对本发明进行详细描述，其中：
图1示出了内燃机的示意图，所述内燃机具有二级涡轮增压器系统，
图2是通过两个涡轮增压器级的纵剖面图，所述两个涡轮增压器级属于涡轮增压器系统，
图3以局部平面图的形式示出了传统的具有定子叶片和楔片的传统的涡轮，和
图4以与图3相对应的形式示出了根据本发明的具有定子叶片和楔片的涡轮。
具体实施方式
本发明被描述为用于二级增压系统，其主要用柴油发动机，所述柴油发动机的排量大约在6到20升之间，其特别是用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑机械。增压系统的一个特征是，与现有的系统的相比具有相当有效的增压。利用两个串联的径流式压缩机通过两级实现增压，且具有中间冷却。第一级压缩机称为低压压缩机，其由轴流式低压涡轮驱动。第二级压缩机称为高压压缩机，其由径流式高压涡轮驱动。
图1示出了发动机组10，其包括六个发动机气缸11，该六个发动机气缸11通常连通至进气歧管12和两根分离的排气歧管13，14。这两根排气歧管中的每一根都接收来自三个发动机气缸的废气。废气通过分离的管路15，16输送至高压涡轮装置18中的涡轮17，所述高压涡轮装置18包括与涡轮17安装在公共轴上的压缩机19。
废气通过管路20向前输送至低压涡轮装置22中的涡轮21，所述低压涡轮装置22包括与涡轮21安装在公共轴上的压缩机23。废气最终通过管路24向前输送至发动机的排气系统，所述排气系统可包括用于对废气进行再处理的装置。
过滤后的进入空气通过管路25进入发动机，并且输送至低压涡轮装置22的压缩机23。管路26通过第一增压空气冷却器27将进入空气向前输送至高压涡轮装置18的压缩机19。在经过具有中间冷却的二级增压之后，进入空气通过管路28向前输送至第二增压空气冷却器29，其后，进入空气通过管路30到达进气歧管12。
图2更详细地示出了涡轮增压器系统，其示出了通向高压涡轮17的两个螺旋状的入口15，16，所述入口都通过定子叶片34向半个涡轮提供气流。高压涡轮17为径流式涡轮，并且通过中间管路20连接至低压涡轮21。高压涡轮17与高压压缩机19一起安装在轴31上。相应地，低压涡轮机21与低压压缩机23一起安装在轴32上。
图3示出了具有定子叶片34和导向楔片35的传统涡轮的一部分，导向楔片35后来以如下方式将入口分开，即流过入口15，16的气流被相互分开，直到它们接触设置在公共环36上的定子叶片34。相对应的导向楔片(未示出)设置在涡轮壳体的相对侧上，以致来自入口15(参见图2)的气流朝向定子环36的一半输送，而来自入口16(参见图2)的气流则朝向另一半输送。从图3中可以看出，传统构造的环36上的定子叶片34完全相同，令人遗憾的是，这将在两个入口15，16之间出现一定的泄漏流动。这意味着不能完全利用在入口15，16内交替产生的压力脉冲内的最大动能。
图4示出了根据本发明构造并具有定子叶片的环，所述环通过如下方式实现，即各自的楔片35都接触定子叶片37，该定子叶片37朝向楔片延伸。两个较长的定子叶片37与涡壳的两个导向楔片35相连接。因此，泄漏可以减少至可以忽略的水平。
不能认为本发明仅限于上述的示例性实施例，而应当认为，本发明包括在所附权利要求的范围内预想的多种变型与改进。例如，根据本发明的涡轮增压器装置是结合具有两级涡轮增压的六缸柴油机进行描述，但是，本发明适合于所有不同类型的活塞发动机，从单缸发动机到二冲程或四冲程驱动的单级或多级增压的发动机。本发明还可以应用于船舶发动机，以及应用于排量不同于上述排量的发动机。

Claims (5)

1.一种用于多缸内燃机(10)的涡轮增压器装置(18)，所述内燃机具有至少两根排气管路(15，16)和至少一根进气管路(12)，所述排气管路(15，16)用于将来自发动机燃烧室(11)的废气排出，所述进气管路(12)用于供应空气至所述燃烧室，所述涡轮增压器装置(18)包括至少一个涡轮(17)，其与至少一个压缩机(19)协同工作，以从发动机的排气流中提取能量，并且对发动机的吸入空气进行增压，所述涡轮设置有螺旋状的壳体，该壳体具有至少两个流动通道(15，16)，所述流动通道由壳体内的导向楔片(35)限定，并且通过定子叶片(34)将互相分离的排气流输送到涡轮(17)，其特征在于：各自的导向楔片(35)都与朝向楔片延伸的定子叶片(37)相接触。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：朝向每个各自的导向楔片(35)延伸的定子叶片(37)要比另外的定子叶片(34)更长。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述定子叶片(34，37)的数量为偶数。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述定子叶片(34，37)的数量为奇数。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的涡轮增压器在六缸柴油机中的应用，其中，来自气缸1-3的废气在一个流动通道内输送，来自气缸4-6的废气在另一个流动通道内输送。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103967534A (zh) * 2013-01-07 2014-08-06 通用电气公司 高压涡轮进口管道和发动机

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8448626B2 (en) * 2008-08-13 2013-05-28 International Engine Intellectual Property Company, Llc Exhaust system for engine braking
JP4838830B2 (ja) * 2008-08-28 2011-12-14 三菱重工業株式会社 可変容量排気ガスタービンの製造方法
DE102008053169A1 (de) * 2008-10-24 2010-04-29 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Ladeeinrichtung
JP4894877B2 (ja) * 2009-03-26 2012-03-14 マツダ株式会社 過給機付きエンジン
US9759228B2 (en) * 2009-10-16 2017-09-12 GM Global Technology Operations LLC Turbocharger and air induction system incorporating the same and method of using the same
WO2013064674A2 (de) * 2011-11-03 2013-05-10 Duerr Cyplan Ltd. Strömungsmaschine
EP2626531A1 (de) * 2012-02-08 2013-08-14 Ford Global Technologies, LLC Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
GB201909819D0 (en) 2019-07-09 2019-08-21 Cummins Ltd Turbine assembly

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US41567A (en) * 1864-02-09 Improvement in water-wheels
US2646210A (en) * 1951-05-05 1953-07-21 Eberspaecher J Turbocompressor
NL99624C (zh) * 1955-08-29
US3137477A (en) * 1960-10-25 1964-06-16 Geratebau Eberspacher Ohg Gas turbine having adjustable nozzle flow means
GB987582A (en) * 1960-10-25 1965-03-31 Walter Eberspacher Radial flow gas turbines
US3383092A (en) * 1963-09-06 1968-05-14 Garrett Corp Gas turbine with pulsating gas flows
US3313518A (en) * 1966-02-25 1967-04-11 Garrett Corp Turbine control
US3423926A (en) * 1966-08-31 1969-01-28 Garrett Corp Turbocharger control arrangement
US3664761A (en) * 1969-12-19 1972-05-23 Zastrow A Turbine housing with two inlet passages
GB1426554A (en) * 1972-04-13 1976-03-03 Cav Ltd Turbo superchargers for internal combustion engines
US4111598A (en) * 1974-04-30 1978-09-05 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Turbine casing for superchargers
US4177005A (en) * 1975-09-06 1979-12-04 Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg Aktiengesellschaft (M.A.N.) Variable-throat spiral duct system for rotary stream-flow machines
DE2934041C2 (de) * 1979-08-23 1983-08-11 Günther Prof. Dr.-Ing. 5100 Aachen Dibelius Gesteuerte Abgasturboladerturbine
US4389845A (en) * 1979-11-20 1983-06-28 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Turbine casing for turbochargers
JPS603500A (ja) * 1983-06-20 1985-01-09 Kubota Ltd ボリユ−ト状吸込流路の整流装置
JPS618421A (ja) * 1984-06-22 1986-01-16 Toyota Motor Corp タ−ボチヤ−ジヤの排気バイパス装置
EP0212834B1 (en) * 1985-07-17 1990-11-14 Geoffrey Light Wilde Variable inlet for a radial turbine
JPS6456922A (en) * 1987-08-26 1989-03-03 Hino Motors Ltd Variable capacity type turbocharger
JPH04140425A (ja) * 1990-09-28 1992-05-14 Aisin Seiki Co Ltd ターボチヤージヤ
DE4242494C1 (en) * 1992-12-16 1993-09-09 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 70327 Stuttgart, De Adjustable flow-guide for engine exhaust turbocharger - has axially-adjustable annular insert in sectors forming different kinds of guide grilles supplied simultaneously by spiral passages
US6324847B1 (en) * 2000-07-17 2001-12-04 Caterpillar Inc. Dual flow turbine housing for a turbocharger in a divided manifold exhaust system having E.G.R. flow
DE10312324B3 (de) * 2003-03-19 2004-06-17 Borgwarner Turbo Systems Gmbh Turbinengehäuse eines Abgasturboladers
SE525219C2 (sv) * 2003-05-15 2004-12-28 Volvo Lastvagnar Ab Turboladdarsystem för en förbränningsmotor där båda kompressorstegen är av radialtyp med kompressorhjul försedda med bakåtsvepta blad
SE525218C2 (sv) * 2003-05-15 2004-12-28 Volvo Lastvagnar Ab Turboladdarsystem för en förbränningsmotor innefattande två seriellt och väsentligen koncentriskt med rotationsaxlarna placerade turboenheter
EP1650415A4 (en) * 2003-07-29 2009-06-24 Hino Motors Ltd TURBOCHARGER
CN1892046A (zh) * 2005-07-07 2007-01-10 上海东方泵业(集团)有限公司 一种双涡壳泵
US7481056B2 (en) * 2006-03-30 2009-01-27 Blaylock Jimmy L Turbocharger with adjustable throat

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103967534A (zh) * 2013-01-07 2014-08-06 通用电气公司 高压涡轮进口管道和发动机

Also Published As

Publication number Publication date
EP1797282A1 (en) 2007-06-20
WO2006038836A8 (en) 2006-11-16
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WO2006038836A1 (en) 2006-04-13
JP2008513672A (ja) 2008-05-01
BRPI0419058A (pt) 2007-12-11
US20090019849A1 (en) 2009-01-22

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