CN103375259B - 用于内燃发动机的涡轮增压器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器装置。本发明提供了一种内燃发动机中的涡轮增压器装置。该涡轮增压器装置包括包围密封的内部空间的涡轮增压器外壳和延伸通过该涡轮增压器外壳的轴。该涡轮增压器装置还包括布置在该轴上并驱动压缩机单元的涡轮叶轮、安装在该涡轮增压器外壳内的该轴上的轴承装置、润滑该轴承装置的机油供应设备以及与该密封的内部空间流体连通的压力改变单元，该压力改变单元被配置为基于发动机工况调整密封的内部空间中的压力。

Description

用于内燃发动机的涡轮增压器装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月23日提交的德国专利申请No.102012206650.0的优先权，该申请的整体内容出于所有目的并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器装置，以及用于操作涡轮增压器装置的方法。

背景技术

内燃发动机，特别是柴油和汽油发动机，越来越多地设有涡轮增压器装置。涡轮增压器装置用于压缩供应给内燃发动机的增压空气，因此导致动力增加。相反地，规定的动力能够由具有较小立体容积的机械增压发动机实现，由此能够获得较小和较轻的版本以及具有较低燃料消耗的驱动器。这种类型的涡轮增压器通常由内燃发动机的排气流驱动，为了该目的，涡轮增压器装置具有布置在排气流中的涡轮叶轮。涡轮叶轮经由共用轴来驱动压缩发动机增压空气的压缩机单元。涡轮叶轮和压缩机单元可以在外部邻近涡轮增压器外壳，以便能够限定涡轮增压器外壳或内部空间的压缩机侧和涡轮叶轮侧端部。

可以在涡轮增压器内提供密封系统，以便相对于涡轮和压缩机叶轮密封涡轮轴和被润滑的组件。然而，在一些工况下，机油可能从被润滑的组件漏入涡轮增压器的压缩机和/或涡轮侧。在压缩机侧端部漏出的机油污染增压空气，从而导致燃烧期间的不期望的影响。这些不期望的影响中的一些例如是通常所说的“超级爆震”或不完全燃烧。颗粒排放物由此产生，并且因此难以实现排放调节。如果机油在涡轮叶轮侧漏出，其可能停留于下游颗粒滤清器和催化剂，结果限制滤清器和催化剂的作用能力，这同样对排放物有不利的影响。US2010/0139270公开了一种密封系统，其被配置为相对于压缩机和涡轮叶轮密封被润滑的组件。然而，上述关于密封系统的缺点可能在US2010/0139270中所公开的密封系统中经历。

发明内容

为了解决至少一些上面讨论的缺点，提供了一种内燃发动机中的涡轮增压器装置。该涡轮增压器装置包括包围密封的内部空间的涡轮增压器外壳和延伸通过涡轮增压器外壳的轴。该涡轮增压器装置还包括布置在轴上并驱动压缩机单元的涡轮叶轮、安装在涡轮增压器外壳内的轴上的轴承装置、润滑轴承装置的机油供应设备以及与密封的内部空间流体连通的压力改变单元，该压力改变单元被配置为基于发动机工况调整密封的内部空间中的压力。

以此方式，内部空间中的压力可以被调整，以减小涡轮增压器中的内部空间与压缩机和/或涡轮侧之间的压力差。因此，降低机油漏入压缩机和/或涡轮内的可能性，从而提高燃烧操作并减少排放物。

当单独或结合附图考虑时，参照下面的具体实施例，本说明的上述优势或其它优势以及特征将是显而易见的。

应当理解，提供以上概述以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的选择的概念。这并不意味着辨别要求保护的主题的关键特征或必要特征，要求保护的主题的范围通过所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实现方式。另外，本文发明人已经认识到上述论点，并且认为不是上述论点已知的。

附图说明

图1示出涡轮增压器装置的第一示例；

图2示出涡轮增压器装置的第二示例；以及

图3示出用于操作涡轮增压器装置的方法。

具体实施方式

本文公开了一种用于内燃发动机的涡轮增压器装置。涡轮增压器装置可以包括包围内部空间的涡轮增压器外壳以及穿过或延伸通过涡轮增压器外壳的轴，其中在轴上布置用于驱动压缩机单元的至少一个涡轮叶轮。涡轮增压器装置还可以包括安装在涡轮增压器外壳中的轴上的轴承装置、润滑轴承装置的机油供应设备以及将涡轮增压器外壳相对于轴密封起来的密封系统。

相比于现有涡轮增压器装置，上面所讨论的涡轮增压器装置减少来自发动机的颗粒排放物。包括在密封系统中的压力改变单元可以被配置为调整内部空间中的压力，从而减少排放物。应当明白，作用于涡轮增压器装置中密封系统的压力条件可能造成机油从包围轴的封闭区域泄漏进入涡轮叶轮或压缩机叶轮内。在一些工况下，低静压力可能在压缩机侧占主导地位，然而环境压力可能在密封系统处或在密封系统中或者在内部空间中占主导地位。该压力差可能导致压缩机侧的机油泄漏。因此，能够经由压力改变单元来改变内部空间中的压力，该压力改变单元可以被配置为减小压力差以减少压缩机侧以及涡轮侧的机油泄漏。具体地，压力改变单元可以降低内部空间中的压力，以便能够减小压缩机侧的压力差，并且由此减小机油泄漏的倾向。然而，在其它示例中，压力改变单元可以增加内部空间中的压力，以减小压力差。因此，压力改变单元有助于减少内燃发动机的颗粒排放物，因此减少环境污染。

在一个示例中，压力改变单元可以具有通向内部空间的真空管路，并且被连接至真空系统。真空系统可以使空气能够经由真空管路被吸出内部空间，并且因此内部空间中的压力能够降低至使得压力差在操作期间发生的程度，特别地，作用于密封系统的压缩机侧的压力差能够被减小或甚至被完全补偿。在这种情况下，真空管路可以在任何期望的位置通向内部空间，并且被连接至真空系统。然而，在一个示例中，根据使用的密封系统，在这种情况下可以期望真空管路是否通向紧邻密封系统的内部空间。

另外，从上面陈述可以推测高压力差可能在涡轮增压器工作期间出现，特别是在压缩机侧，因此可期望邻近内部空间中密封系统的压缩机侧设置真空管路输出。

压缩机系统还可以用于涡轮增压器系统中，从而增加内部空间中的压力，以减少润滑剂泄漏。

在一个示例中，用于控制内部空间中的压力的真空控制阀被布置在真空管路中。真空控制阀可以被配置为基于涡轮增压器的工况可变地调整内部空间中的压力。因此，在一个示例中，可以根据轴的转速或发动机的其它合适的工作参数，控制内部空间中的压力。此外，调节压力也是可能的，为了该目的，在另一个示例中，压力传感器可以被布置在内部空间中，通过该压力传感器的信号激活真空控制阀。此外，在另一个示例中，可以提供具有处理器单元的控制回路，以便使内部空间中的压力的期望值/实际值平衡成为可能。在这个示例中，基于一个或更多个工况（例如主要的工况）可变地调整内部空间中的压力，以便减少机油泄漏。

涡轮增压器装置还可以包括机油流出管路，其与内部空间连通并具有单向阀。单向阀可以是止回阀。因此，可以降低（例如防止）当经由压力改变单元减小内部空间中的压力时经由机油流出管路与油底壳发生的不期望的压力补偿的可能性，该压力补偿通常近似在大气压力之下。

在另一示例中，单向阀可以具有与闭塞方向相反的预定的泄漏阈值压力，以便降低内部空间中预定的泄漏阈值压力（例如最小压力）未及目标的可能性。这可以用于例如保护涡轮增压器装置的密封系统和其它组件免受压力不足状况的影响。

在一些示例中，还可以经由单向阀处的可控旁路进行主动压力调节。在一个示例中，这样的压力调节或控制对于经由真空管路中的控制阀的调节或控制可以可替代地或额外地发生，也就是说如果真空管路中的控制阀适合，则其被分配用于在止回阀的区域中调节。

此外在一些示例中，机油流出管路可以不仅用于排出机油，而且也同时用于将空气排出内部空间。就此而言，这种改进以结构紧凑和简化的设计为特征，从而降低了生产成本。在这种情况下，真空系统还可以被容纳在曲轴外壳中或其上，并在那里接入机油流出管路。就此程度而言，由于真空系统的布置可以被灵活选择，因此增加了可用于结构配置的自由空间。而且，真空系统接入机油流出管路的位置和方式可以在很大程度上自由选择。因此使真空管路在内燃发动机与涡轮增压器装置之间的任何期望的点接入机油流出管路是可能的。

特别地，当机油流出管路同时也被连接至真空管路（例如与其流体连通）时，可以在真空管路与机油流出管路之间提供机油收集区域（或稳定区域）。因此，机油能够被捕获，并且，降低（例如防止）在抽空内部空间时机油被吸入真空系统的可能性。可以通过额外的体积来实现机油收集区域。然而，根据实际机油流动条件，还可以提供迷宫式装置或滤清器，以便降低油滴或油雾渗入真空系统的可能性。

应明白，上面讨论的涡轮增压器装置可以用于内燃发动机中，并且上面讨论的益处可以扩展至内燃发动机。

图1示出用于内燃发动机的涡轮增压器装置10的第一示例的侧视图。涡轮增压器装置10包括涡轮增压器外壳12，其包围内部空间14。轴16穿过或延伸通过内部空间14，并通过轴承装置18安装在内部空间14中。在图1示出的示例中，轴承装置18包括安装到轴16的第一滑动轴承20和第二滑动轴承22。此外，轴承装置18包括轴向轴承24。在涡轮增压器外壳12的外部，涡轮叶轮26可以以旋转方式被固定布置在轴16上，并且在运转期间由内燃发动机的排气流使其旋转。在可以与涡轮叶轮26相反布置的涡轮增压器外壳12一侧，提供压缩机单元28，其包括压缩机叶轮30。压缩机单元可以被配置为向内燃发动机供应增压空气，并且压缩机叶轮可以被配置为增加流动通过其中的进气的压力。

经由密封系统32相对于轴16密封内部空间14，从而降低（例如防止）机油从内部空间14漏出的可能性。密封系统32包括位于压缩机侧的压力环34，其可以被安装在轴16上，并且为了固定的目的，可以相对于涡轮增压器外壳12以及轴瓦（insert）36密封轴16。密封系统32可以包括涡轮叶轮侧的密封件，其被配置为相对于涡轮增压器外壳12密封轴16。

为了润滑轴承装置18，可以提供机油供应设备38。机油供应设备可以包括机油入口40，经由该机油入口40能够将机油引入内部空间14。机油供应设备38可以具有多个分配器管道42，经由这些分配器管道42机油被供应至各种轴承。轴向轴承24还可以包括出口44，经由该出口44能够将机油从轴向轴承24中再次排出。而且，提供机油流出管路46。机油流出管路可以被配置为从内部空间14中移除机油。在一个示例中，流出管路可以被连接至油底壳66（例如与其流体连通），其可以处于大气压力水平。

为了改变内部空间14中的压力，可以提供压力改变单元48。压力改变单元可以包括真空管路50，其与内部空间14流体连通。此外，在示出的示例中，压力改变单元48包括真空系统52。真空系统52可以被配置为经由真空管路50将空气排出内部空间14，并因此能够降低内部空间14中的压力。可以从机动车辆的进气系统或通过泵等获得真空。为了控制内部空间14中的压力，可以提供真空控制阀54，其可以被配置为例如节气门56。为了降低由于内部空间14中压力降低以及不期望的压力补偿由此发生而导致机油从机油流出管路46再次流入内部空间14内的可能性，油量控制阀58可以被布置在机油流出管路46中，在示出的示例中以单向阀60实现油量控制阀58。单向阀也可以被称为止回阀。

当内燃发动机运行时，与内部空间14中的压力相比减小的压力可能显著形成于压缩机侧。借助于压力改变单元48，能够减小内部空间14中的压力，并由此降低泄漏的倾向，这对内燃发动机的颗粒排放具有有利影响。

图2示出涡轮增压器装置200的第二示例。真空系统52与机油流出管路46流体连通，因此如果需要可以不使用通向涡轮增压器外壳的单独真空管路50。内部空间14中的压力可以再次通过压力改变单元48改变，压力改变单元48在示出的示例中可以配置为真空系统52。此外，提供被设计为节气门56的真空控制阀54，以便控制内部空间14中的压力。而且，可以提供机油收集区域，在其中能够收集被排出的机油，使得其不能进入真空系统52。为了降低经由机油流出管路46发生不期望的压力补偿情况的可能性，被设计为单向阀60（例如止回阀）的油量控制阀58可以被布置在机油流出管路46中。

图1和2提供了内燃发动机中的涡轮增压器装置，其包括包围密封的内部空间的涡轮增压器外壳、延伸通过涡轮增压器外壳的轴、布置在轴上并驱动压缩机单元的涡轮叶轮、安装在涡轮增压器外壳内的轴上的轴承装置、润滑轴承装置的机油供应设备以及与密封的内部空间流体连通的压力改变单元，该压力改变单元被配置为基于发动机工况调整密封的内部空间中的压力。

图1和2还提供了这样的涡轮增压器装置，其中压力改变单元被配置为基于涡轮增压器转速减小密封的内部空间中的压力。图1和2还提供了这样的涡轮增压器装置，其中压力改变单元包括与密封的内部空间流体连通的真空系统。

图1和2还提供了这样的涡轮增压器装置，其中压力改变单元被连接至与油底壳流体连通的机油流出管路。图1和2还提供了这样的涡轮增压器装置，其中压力改变单元被连接至真空管路，该真空管路在与机油流出管路的入口间隔开的位置处通向密封的内部空间。

图3示出用于操作涡轮增压器装置的方法300。方法300可以经由上面关于图1和2讨论的涡轮增压器装置实现，或可以经由另外合适的涡轮增压器装置实现。

在302处，该方法包括操作涡轮增压器装置向发动机提供增压空气。其次在304处，该方法包括经由压力改变单元基于一个或更多个发动机工况调整涡轮增压器装置的密封的内部空间中的压力，其中压力改变单元与密封的内部空间流体连通，密封的内部空间的边界由涡轮增压器外壳以及延伸通过经由轴承装置支撑的涡轮增压器外壳的轴限定。

在一个示例中，调整密封的内部空间中的压力包括减小和增加密封的内部空间中的压力。在另一示例中，发动机工况包括涡轮增压器转速。在另一示例中，压力改变单元与真空源流体连通。

应注意到，本文包括的示例程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以以说明的顺序执行、并行地执行或者在一些情况下被省略。同样地，不必需要按所述处理顺序实现本文所描述的示例实施例的特征和优点，而是为了便于图示说明和描述的目的提供该处理顺序。取决于所使用的具体策略，所示出的动作或功能中的一个或更多个可以被重复执行。

应理解，本文所公开的构造和方法本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本发明的主题包括本文所公开的各种系统和构造以及其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当理解，这样的权利要求包括纳入一个或更多个这样的元件，既不需要也不排除两个或更多个这样的元件。通过修改本权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求，来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围宽、窄、相同或不同，均被认为包含在本发明的主题内。

参考标识列表

10,200 涡轮增压器装置

12 涡轮增压器外壳

14 内部空间

16 轴

18 轴承装置

20 第一滑动轴承

22 第二滑动轴承

24 轴向轴承

26 涡轮叶轮

28 压缩机单元

30 压缩机叶轮

32 密封系统

34 压力环

36 轴瓦

38 机油供应设备

40 机油入口

42 分配器管道

44 出口

46 机油流出管路

48 压力改变单元

50 真空管路

52 真空系统

54 真空控制阀

56 节气门

58 油量控制阀

60 单向阀

66 油底壳

Claims (15)

1.一种用于内燃发动机的涡轮增压器装置，其包括：

包围内部空间的涡轮增压器外壳；

延伸通过所述涡轮增压器外壳的轴；

布置在所述轴上并驱动压缩机单元的涡轮叶轮；

安装在所述涡轮增压器外壳内的所述轴上的轴承装置；

润滑所述轴承装置的机油供应设备；以及

相对于所述轴密封所述涡轮增压器外壳的密封系统，所述密封系统包括包含真空管路的压力改变单元，所述压力改变单元与所述内部空间流体连通并且被配置为调整所述内部空间的压力，其中所述涡轮增压器装置具有与所述内部空间流体连通的机油流出管路并具有止回阀，所述止回阀阻碍所述内部空间和油底壳之间的压力补偿。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器装置，其中所述真空管路通向所述内部空间，并且所述真空管路与真空系统配合。

3.根据权利要求2所述的涡轮增压器装置，其中所述压力改变单元包括控制所述内部空间中的压力的真空控制阀，所述真空控制阀被布置在所述真空管路中。

4.根据权利要求1所述的涡轮增压器装置，其中所述压力改变单元与所述机油流出管路流体连通。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压器装置，其中所述止回阀具有旁路，所述旁路允许沿闭塞方向的通流具有固定的或可调节的通流并且改变所述内部空间中的压力。

6.根据权利要求2所述的涡轮增压器装置，其中所述真空管路与所述机油流出管路流体连通。

7.根据权利要求6中所述的涡轮增压器装置，进一步包括机油收集区域，所述机油收集区域被设置在所述真空管路和机油流出管路之间。

8.根据权利要求7所述的涡轮增压器装置，其中所述真空管路与曲轴外壳的区域内的所述机油流出管路流体连通。

9.一种发动机中的涡轮增压器装置，其包括：

包围密封的内部空间的涡轮增压器外壳；

延伸通过所述涡轮增压器外壳的轴；

布置在所述轴上并驱动压缩机单元的涡轮叶轮；

安装在所述涡轮增压器外壳内的所述轴上的轴承；

润滑所述轴承的机油供应设备；以及

包含真空管路的压力改变单元，所述压力改变单元与所述密封的内部空间流体连通以基于发动机状况调整所述密封的内部空间中的压力，其中所述压力改变单元被配置为基于涡轮增压器转速减小所述密封的内部空间中的所述压力。

10.根据权利要求9所述的涡轮增压器装置，其中所述压力改变单元进一步包括真空系统，所述真空系统与所述密封的内部空间流体连通。

11.根据权利要求9所述的涡轮增压器装置，其中所述压力改变单元被连接至机油流出管路，所述机油流出管路与油底壳流体连通。

12.根据权利要求9所述的涡轮增压器装置，其中所述压力改变单元被连接至真空管路，所述真空管路在与机油流出管路的入口间隔开的位置处通向所述密封的内部空间。

13.一种用于操作涡轮增压器装置的方法，其包括：

操作所述涡轮增压器装置以向发动机提供增压空气；以及

经由包含真空管路的压力改变单元基于发动机工况调整所述涡轮增压器装置的密封的内部空间中的压力，所述压力改变单元与所述密封的内部空间流体连通，所述密封的内部空间的边界由涡轮增压器外壳以及延伸通过经由轴承装置支撑的所述涡轮增压器外壳的轴限定；

其中所述发动机工况包括涡轮增压器转速。

14.根据权利要求13所述的方法，其中调整所述密封的内部空间中的压力包括减小和增加所述密封的内部空间中的压力。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述压力改变单元与真空源流体连通。