CN103422980A

CN103422980A - 涡轮增压器

Info

Publication number: CN103422980A
Application number: CN2013101891085A
Authority: CN
Inventors: 柳田悦豪
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-12-04
Also published as: JP2013241898A; DE102013209267A1; JP5664595B2; US20130309106A1

Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，包括第一旁路开口（12）和第二旁路开口（13），该第一旁路开口从第一排出涡旋部（7）向涡轮叶轮（1）下游的下游区域（α）引入排出气体，该第二旁路开口从第二排出涡旋部（8）向下游区域（α）引入排出气体。涡轮增压器还包括废气闸阀（11），其同时打开和关闭第一旁路开口（12）和第二旁路开口（13）。这样，即使切换阀（10）完全关闭，废气闸阀（11）也能够起作用。由于经由第一旁路开口（12）和第二旁路开口（13）朝着下游区域（α）引入排出气体，因此压力损失被限制并且排出气体的排出压力能够被限制。此外，涡轮效率能够提高。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器，其能够通过第一排出涡旋部和第二排出涡旋部改变其容积。第一排出涡旋部和第二排出涡旋部使排出气体回旋并且继而朝着涡轮叶轮引入排出气体。具体地，本发明涉及一种排出气体的旁通技术。

背景技术

JP-S62-251422A描述了一种参照图6的使用传统技术的涡轮增压器。与将在下文中描述的本发明实施例中相同的零件和部件通过同一附图标记表示。

涡轮增压器包括第一排出涡旋部7、第二排出涡旋部8、切换开口9、和切换阀10。切换开口9从第一排出涡旋部7向第二排出涡旋部8引入排出气体。切换阀10打开或关闭切换开口9。

当切换阀10关闭切换开口9时，达到小流量状态。在小流量状态中，排出气体从第一排出涡旋部7引入涡轮叶轮，因此排出气体的量较小。

当切换阀10打开切换开口9时，达到大流量状态。在大流量状态，排出气体从第一排出涡旋部7和第二排出涡旋部8引入涡轮叶轮，因此排出气体的量较大。

涡轮增压器还包括废气闸阀11和旁路开口13。

旁路开口13从第二排出涡旋部8向下游区域α引入排出气体，该下游区域被限定在涡轮叶轮下游。旁路开口13可以由通路或孔替代。废气闸阀11打开或关闭旁路开口13。

在大流量状态中，当排出气的体流量增大时，废气闸阀11通过打开旁路开口13调节向涡轮叶轮供应的排出气体的排出压力。

当切换阀10完全关闭时，不向第二排出涡旋部8引入排出气体。这样，废气闸阀11不能起作用。

当切换阀10打开时，因为绕过涡轮叶轮的排出气体流经切换阀10，所以排出气体的压力损失增大。这样，即使废气闸阀11打开，涡轮叶轮上游排出气体的排出压力也可能增大。

发明内容

本发明针对以上问题点而做出，并且本发明的目的为提供一种涡轮增压器，在该涡轮增压器中，废气闸阀即使在切换阀完全关闭时也能够起作用，并且排出气体的压力损失能够被限制，该排出气体通过废气闸阀绕过涡轮叶轮。

根据本发明的一方面，即使切换阀完全关闭，也能够通过打开废气闸阀将排出气体引入涡轮下游区域。即，即使切换阀完全关闭，废气闸阀也能够起作用。

由于废气闸阀打开，因此排出气体流经第一旁路开口和第二旁路开口。这样，排出气体的压力损失能够被限制，并且涡轮叶轮上游排出气体的排出压力能够被限制，该排出气体通过废气闸阀绕过涡轮叶轮。

附图说明

本发明的以上和其它目的、特征和优点将通过以下详细描述并结合附图而更加显而易见。在图中：

图1是沿根据本发明实施例的图4中涡轮增压器的线I-I截取的剖视图；

图2是沿根据实施例的图4中箭头II方向截取的剖视图；

图3是沿根据实施例的图4中涡轮增压器的一部分的线III–III截取的剖视图；

图4是示出根据实施例的涡轮增压器的外形的示意图；

图5A和5B是以不同方式示出根据实施例的切换阀和废气闸阀的框图；并且

图6是示出根据传统示例的涡轮增压器的一部分的剖视图。

具体实施方式

下文中将描述本发明的实施例。每个实施例中相同的部分和部件通过同一附图标记表示，并且相同的描述将不会重复。

参照附图，本发明的实施例将在下文中描述。

涡轮增压器把通过内燃机供应的吸入气体增压。如图1所示，涡轮增压器包括涡轮叶轮1、涡轮外壳2、压缩机叶轮3、压缩机外壳4、轴5、和中央外壳6。下文中内燃机被称为发动机。

涡轮外壳2包括第一排出涡旋部7和第二排出涡旋部8，该第一排出涡旋部和第二排出涡旋部朝着涡轮叶轮1引入发动机的排出气体。

如图2和3所示，涡轮增压器还包括切换阀10和废气闸阀11。

切换阀10调节切换开口9的开度，该切换开口从第一排出涡旋部7向第二排出涡旋部8引入排出气体。切换开口9可以由通路或孔替代。下文中，每种类型的开口均可以由通路或孔替代。

废气闸阀11向涡轮叶轮1下游的下游区域α引入涡轮叶轮1上游的排出气体。即，排出气体绕过涡轮叶轮1。

废气闸阀11打开或关闭第一旁路开口12和第二旁路开口13。

第一旁路开口12用于从第一排出涡旋部7向下游区域α引入排出气体。

第二旁路开口13用于从第二排出涡旋部8向下游区域α引入排出气体。

下文中，应用到本发明的实施例将参照附图更具体地描述。本发明不被限制到实施例中。

在实施例中，与传统示例中相同的部分和部件通过同一附图标记表示。

涡轮增压器接附到用于车辆行驶的发动机。发动机可以是通过燃料燃烧产生旋转动力的内燃机，诸如汽油发动机或柴油发动机。

涡轮增压器可以是增压器，该增压器通过来自发动机的排出气体的能量压缩吸入气体。

如图1所示，涡轮增压器包括涡轮叶轮1、涡轮外壳2、压缩机叶轮3、压缩机外壳4、轴5、和中央外壳6。

涡轮叶轮1通过来自发动机的排出气体驱动以旋转。涡轮外壳2为螺形，并且容纳涡轮叶轮1。压缩机叶轮3通过涡轮叶轮1的旋转力驱动以压缩吸入气体。压缩机外壳4为螺形，并且容纳压缩机叶轮3。轴5向压缩机叶轮3传递涡轮叶轮1的旋转。中央外壳6支撑轴5，以使得轴5能够以高速自由旋转。

在涡轮增压器中，涡轮外壳2、压缩机外壳4、和中央外壳6沿轴向方向通过紧固件（诸如V形箍、卡环、或螺栓）彼此连接。

第一排出涡旋部7包括环形并且配置在远部的第一排出出口7a。第一排出涡旋部7旋转来自发动机的排出气体，并且朝着涡轮叶轮1的排出上游部引入排出气体。排出上游部配置在涡轮外壳2靠近中央外壳6的部分。

第二排出涡旋部8包括环形并且配置在远端的第二排出出口8a。第二排出涡旋部8沿同一方向旋转被引入第一排出涡旋部7的排出气体的一部分，并且朝着涡轮叶轮1的中央部引入排出气体。中央部配置在涡轮外壳2相对于第一排出出口7a与中央外壳6相反的位置。

第一排出涡旋部7的排出上游部与涡轮外壳2的排出入口一直连通，以使得向第一排出涡旋部7一直供应排出气体。排出入口可以对应于连接到排出歧管的连接开口。

第二排出涡旋部8的排出上游部经由切换开口9与第一排出涡旋部7连通。切换开口9通过切换阀10打开或关闭。

具体地，参照图2，涡轮外壳2具有配置在第一排出涡旋部7和第二排出涡旋部8之间的隔离壁14。此外，在涡轮外壳2中，节流部β由隔离壁14限定在第一排出涡旋部7的位置，以使得用于引入排出气体的流动通路面积能够被缩减。

切换开口9被限定在隔离壁14在节流部β上游的位置。即，切换开口9被限定在第一排出涡旋部7中流动通路面积较大的位置。

由于切换阀10调节切换开口9的开度，因此向第二排出涡旋部8供应的排出气体被控制。

具体地，当切换阀10关闭切换开口9时，达到小流量状态。在小流量状态中，排出气体从第一排出涡旋部7流向涡轮叶轮1，因此排出气体的量较小。

当切换阀10打开切换开口9时，达到大流量状态。在大流量状态中，排出气体从第一排出涡旋部7和第二排出涡旋部8流向涡轮叶轮1，因此排出气体的量较大。

在涡轮外壳2中，配置废气闸阀11以便向下游区域α引入涡轮叶轮1上游的排出气体。即，排出气体绕过涡轮叶轮1。

如图2和3所示，第一旁路开口12和第二旁路开口13配置在涡轮外壳2中。

第一旁路开口12的上游端部被限定在第一排出涡旋部7中节流部β上游的位置，该第一旁路开口是第一排出涡旋部7的连接开口。即，第一旁路开口12的上游端部和切换开口9都被限定在第一排出涡旋部7中流动通路面积较大的位置。

第二排出涡旋部8的上游端部包括可移动空间γ，在该可移动空间中切换阀10能够自由地打开和关闭。在可移动空间γ中，切换阀10以预定范围移动。

第二旁路开口13的上游端部被限定在可移动空间γ附近，该第二旁路开口是第二排出涡旋部8的连接开口。即，第二旁路开口13的上游端部被限定在第二排出涡旋部8中流动通路面积较大的位置。

如图3所示，第一旁路开口12的下游端部和第二旁路开口13的下游端部被限定在彼此附近，以使得二者均通过单个废气闸阀11同时打开或关闭。

由于废气闸阀11调节第一旁路开口12和第二旁路开口13的开度，因此供应到第一排出涡旋部7和第二排出涡旋部8排出气体被控制。

具体地，当单位时间段中排出气体的量过多时（诸如在发动机处于高速旋转中的情况下），废气闸阀11打开，从而使得向下游区域α引入第一排出涡旋部7和第二排出涡旋部8上游的排出气体。

这样，供应到涡轮叶轮1的排出气体的排出压力过度增加被防止，并且涡轮效率能够提高。

切换阀10和废气闸阀11可以通过单独的致动器15驱动。

替代地，切换阀10和废气闸阀11可以由单个致动器和连结机构驱动。连结机构可以单独调节切换阀10的开度和废气闸阀11的开度以改变移动特性。

参照图4，优选的是，致动器15接附到在热力上与涡轮外壳2隔开的构件上。致动器15可以是电磁致动器，该电磁致动器是电机和减速器的组合，并且该构件可以是压缩机外壳4。

图5A和5B是为了易于理解实施例的框图。

如图5A和5B所示，将描述切换阀10和废气闸阀11的示例。

切换阀10可以是提升阀，该提升阀用于打开或关闭切换开口9。提升阀是从其座部垂直地升起的伞形阀。切换阀10经由切换轴16从涡轮外壳2外部移动。切换轴16通过涡轮外壳2支撑以在涡轮外壳2中自由地移动。

具体地，切换臂17与切换轴16远端连接，该切换轴放置在涡轮外壳2外侧。切换臂17远端与杆18连接，该杆通过致动器15驱动。因此，切换阀10通过致动器15移动。

废气闸阀11还可以使用与切换阀10相同的构造。

废气闸阀11可以是提升阀，该提升阀用于打开或关闭第一旁路开口12和第二旁路开口13。废气闸阀11经由废气闸轴19从涡轮外壳2外部移动。废气闸轴19通过涡轮外壳2支撑以在涡轮外壳2中自由地移动。

具体地，废气闸臂20与废气闸轴19远端连接，该废气闸轴放置在涡轮外壳2外侧。废气闸臂20远端与废气闸杆21连接，该废气闸杆通过致动器15驱动。因此，废气闸阀11通过致动器15移动。

致动器15通过未示出的发动机控制单元（ECU）控制。

ECU基于发动机运行状态（诸如发动机速度或加速器位置）计算目标吸入量。ECU基于目标吸入量计算目标增压压力。ECU基于目标增压压力和运行状态之间的关系计算切换阀10的开度。ECU控制切换阀10，以使得能够获得切换阀10的目标角度。

ECU控制废气闸阀11，以使得通过压缩机叶轮3压缩的吸入气体的吸入压力小于或等于第一预定压力。吸入压力可以通过增压压力传感器检测。替代地，ECU控制废气闸阀11，以使得排出压力小于或等于第二预定压力。排出压力可以通过涡轮排出压力传感器检测，或可以通过计算获取。此外，ECU相对于切换阀10优先控制废气闸阀11。

根据本实施例，可以获得以下优点。

（1）因为即使当切换阀10完全关闭时废气闸阀11也被打开，所以涡轮增压器能够经由第一旁路开口12朝着下游区域α引入排出气体。

这样，即使切换阀10完全关闭，废气闸阀11也能够起作用。

（2）因为废气闸阀11被打开，所以涡轮增压器能够经由第一旁路开口12和第二旁路开口13朝着下游区域α引入排出气体。这样，废气闸阀11的压力损失能够被限制。

即使在单位时间段中排出气体的量过多的情况下，排出压力也能够减小，并且涡轮效率能够提高。

（3）在第一旁路开口12被限定在第一排出涡旋部7中节流部β下游的位置的情况下，第一旁路开口12的压力损失可能变大。此外，在节流部β下游位置，流动通路面积较小，即，通路较窄。由于流经第一旁路开口12的排出气体的量较小，因此通过第一旁路开口12减小排出压力的效果较差。

而根据本实施例，第一旁路开口12被限定在第一排出涡旋部7中节流部β上游的位置。即，第一旁路开口12限定在第一排出涡旋部7中流动通路面积较大的位置。这样，第一旁路开口12的压力损失能够被限制，并且能够经由第一旁路开口12朝着下游区域α引入大量排出气体。因此，排出压力能够减小。

（4）第二旁路开口13被限定在第二排出涡旋部8中除了可移动空间γ以外的位置的情况下，第二旁路开口13的压力损失可能变大。由于流经第二旁路开口13的排出气体的量较小，因此通过第二旁路开口13减小排出压力的效果较差。

而根据本实施例，第二旁路开口13被限定在可移动空间γ中的位置。即，第一旁路开口12被限定在第一排出涡旋部7中流动通路面积较大的位置。这样，第一旁路开口12的压力损失能够被限制，并且能够经由第一旁路开口12朝着下游区域α引入大量排出气体。因此，排出压力能够减小。

如上所描述的，第一旁路开口12的压力损失和第二旁路开口13的压力损失能够被限制。

这样，因为废气闸阀11被打开，所以能够通过第一旁路开口12和第二旁路开口13朝着下游区域α引入大量排出气体。即使在单位时间段中排出气体的量过多的情况下，排出压力也能够减小，并且涡轮效率能够提高。

根据本实施例，致动器15不被限制于电力致动器。致动器15可以是能够通过ECU控制的其它致动器。例如，油压致动器或负压致动器。

Claims

1.一种涡轮增压器，包括：

涡轮叶轮（1），其驱动压缩机叶轮（3）以压缩吸入气体；

第一排出涡旋部（7），其使从发动机排放的排出气体回旋并且向所述涡轮叶轮（1）引入所述排出气体；

第二排出涡旋部（8），其相对于所述第一排出涡旋部（7）独立配置，所述第二排出涡旋部（8）将从发动机排放的排出气体回旋并且向所述涡轮叶轮（1）引入所述排出气体；

切换阀（10），其调节切换开口（9）的开度，所述切换开口从所述第一排出涡旋部（7）向所述第二排出涡旋部（8）引入所述排出气体；和

废气闸阀（11），其使得所述排出气体绕过涡轮叶轮，以便向所述涡轮叶轮（1）下游的下游区域（α）引入所述涡轮叶轮（1）上游的排出气体，其中

所述废气闸阀（11）同时打开和关闭所述第一旁路开口（12）和所述第二旁路开口（13），

所述第一旁路开口（12）用于从所述第一排出涡旋部（7）向所述下游区域（α）引入所述排出气体，并且

所述第二旁路开口（13）用于从所述第二排出涡旋部（8）向所述下游区域（α）引入所述排出气体。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，还包括：

节流部（β），其缩减所述第一排出涡旋部（7）上游的流动通路面积，其中

所述第一旁路开口（12）被限定在第一排出涡旋部（7）中所述节流部（β）上游的位置。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中

所述第二旁路开口（13）被限定在所述第二排出涡旋部（8）中切换阀（10）的可移动空间（γ）附近的位置。