CN103649490B - 多级增压系统 - Google Patents

Abstract

一种多级增压系统(1)，其中，对旁通流路开口进行开闭的阀体(51a)以及将上述阀体(51a)相对于安装部(52)固定的垫片(51b)中的至少任一方的厚度比从阀组件(51)到上述第一增压机(2)的涡轮叶轮(2d)的流路的最小宽度更大。

Description

多级增压系统

技术领域

本发明涉及多级增压系统。

背景技术

一直以来，提案有具备两个(多个)增压机的二级增压系统(多级增压系统)。此种二级增压系统具备容量不同的两个增压机，根据从内燃机供给的排气的流量，使对于两个增压机供给排气的状态变化，从而高效地生成压缩空气。

更详细而言，二级增压系统例如具备：被供给从内燃机排出的排气的低压级增压机(第一增压机)、与上述低压级增压机相比配置于上游侧的高压级增压机(第二增压机)、以及进行旁通流路的开闭的排气旁通阀装置，该旁通流路将从内燃机排出的排气绕过高压级增压机的涡轮叶轮而供给至低压级增压机。

作为此种排气旁通阀装置，能够使用例如专利文献2所公开的排气旁通阀装置。

而且，排气旁通阀装置以如下方式构成：在由排气旁通阀装置封闭旁通流路的情况下，排气供给至高压级增压机，在由排气旁通阀装置开放旁通流路的情况下，排气供给至低压级增压机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－92026号公报；

专利文献2：日本特表2002－508473号公报。

发明内容

发明要解决的问题

另外，排气旁通阀装置具备阀组件，该阀组件构成为直接进行旁通流路的开闭的阀体与将该阀体相对于安装部固定的垫片经由轴部而连结。上述排气旁通阀装置通过使安装部转动而使阀组件转动，从而进行旁通流路的开闭。

此种阀组件由于阻挡排气的流动等而受到较大的载荷，因而设计成具有能够充分承受上述载荷的强度。

然而，当在意外的运转状态下长期使用的情况等异常事态时，有可能最大的应力所作用的阀组件的轴部疲劳破坏，上述垫片、阀体脱落到旁通流路中。

有可能此种脱落的垫片、阀体经由旁通流路而到达低压级增压机的涡轮叶轮，低压级增压机的涡轮叶轮损坏，不能够进行压缩空气的生成。

本发明鉴于上述问题点而完成，其目的在于在多级增压系统中，即使在万一阀组件的轴部疲劳破坏的情况下，也降低压缩空气的生成立即停止的可能性。

用于解决问题的方案

本发明的第一方式所涉及的多级增压系统具备：第一增压机，其被供给从内燃机排出的排气；第二增压机，其与上述第一增压机相比配置于上述排气的流动的上游侧；以及排气旁通阀装置，其进行旁通流路的开闭，该旁通流路将从上述内燃机排出的上述排气绕过上述第二增压机的涡轮叶轮而供给至上述第一增压机，上述排气旁通阀装置具备阀组件，该阀组件通过对上述旁通流路开口进行开闭的阀体与将上述阀体相对于安装部固定的垫片经由轴部连结而构成，上述阀体以及垫片中的至少任一方的厚度设定成比从上述阀组件到上述第一增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度更大。

本发明的第二方式所涉及的多级增压系统在上述第一发明中，上述垫片的厚度设定成比从上述阀组件到上述第一增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度更大，上述垫片与上述轴部焊接接合。

本发明的第三方式所涉及的多级增压系统在上述第一或者第二方式所涉及的多级增压系统中，上述阀体以及垫片中的至少任一方的厚度设定成比在上述第一增压机的涡轮叶轮周围形成的扩压段(diffuser)的宽度更大。

发明效果

依照本发明，阀组件所具备的阀体或者垫片的厚度设定成比从阀组件到第一增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度更大。

因此，即使在万一阀组件的轴部疲劳破坏的情况下，阀体或者垫片至少不能够穿过从阀组件到第一增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度，能够降低到达第一增压机的涡轮叶轮的可能性。

即，依照本发明，即使在万一阀组件的轴部疲劳破坏的情况下，也能够防止作为阀组件的拆分物的阀体或者垫片损坏涡轮叶轮。

其结果，对第一增压机的涡轮叶轮继续供给排气，继续压缩空气的生成，因而能够防止压缩空气的生成立即停止，使车辆容易地移动至例如最近的服务站。

附图说明

图1是示出具备本发明的一个实施方式中的二级增压系统的发动机系统的概要构成的模式图。

图2A是示出包含本发明的一个实施方式中的二级增压系统所具备的低压级增压机的涡轮壳体的放大图。

图2B是示出包含本发明的一个实施方式中的二级增压系统所具备的低压级增压机的涡轮壳体的放大图。

图3是示出本发明的一个实施方式中的二级增压系统所具备的阀组件的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明所涉及的多级增压系统的一个实施方式。此外，在以下的附图中，为了使各部件为能够识别的大小，适当变更各部件的比例尺。另外，在以下的说明中，作为多级增压系统的一例，说明具备两个增压机的二级增压系统。

图1是示出具备本实施方式的二级增压系统1的发动机系统100的概要构成的模式图。

发动机系统100搭载于车辆等，具备二级增压系统1、发动机101(内燃机)、中间冷却器102、EGR(ExhaustGasRecirculation，排气再循环)阀103、EGR冷却器104、ECU(EngineControlUnit，发动机控制单元)105。

二级增压系统1将从发动机101排出的排气所包含的能量作为旋转动力而回收，通过上述旋转动力来生成对发动机101供给的压缩空气。

该二级增压系统1具有本发明的特征，之后参照附图详细说明。

发动机101作为搭载的车辆的动力源而起作用，燃烧从二级增压系统1供给的压缩空气与燃料的混合气而生成动力，并且将因混合气的燃烧而产生的排气供给至二级增压系统1。

中间冷却器102冷却从二级增压系统1供给至发动机101的压缩空气，设置在二级增压系统1与发动机101的吸气口之间。

EGR阀103进行将从发动机101排出的排气的一部分返回至发动机101的吸气侧的返流流路的开闭，通过ECU105来调节EGR阀103的开度。

EGR冷却器104冷却经由返流流路而返回至发动机101的吸气侧的排气，配置于EGR阀103的上游侧。

ECU105控制发动机系统100的整体。

而且，在本发动机系统100中，ECU105根据发动机101的转速(即排气的流量)来控制上述EGR阀103和后述排气旁通阀装置5。

在具有此种构成的发动机系统100中，若对在发动机101中混合气燃烧后的排气进行排气，则排气的一部分经由EGR冷却器104而被送回至发动机101的吸气侧，排气的大部分供给至二级增压系统1。然后，在二级增压系统1中生成压缩空气，上述压缩空气在被中间冷却器102冷却之后供给至发动机101。

接着，详细说明二级增压系统1。

如图1所示，二级增压系统1具备低压级增压机2(第一增压机)、高压级增压机3(第二增压机)、止回阀4、排气旁通阀装置5、废料门阀(wastegatevalve)6。

低压级增压机2在排气的流动方向上配置于高压级增压机3的下游侧，比高压级增压机3更大地构成。

该低压级增压机2具备低压级压缩机2a和低压级涡轮2b。

而且，低压级压缩机2a具备压缩机叶轮和包围上述压缩机叶轮并且在内部形成空气流路的压缩机壳体。

另外，低压级涡轮2b具备涡轮叶轮和包围上述涡轮叶轮并且在内部形成排气流路的压缩机壳体。

而且，压缩机叶轮与涡轮叶轮通过轴而连结，涡轮叶轮由排气旋转驱动，从而旋转驱动压缩机叶轮而生成压缩空气。

高压级增压机3在排气的流动方向上配置于低压级增压机2的上游侧。

该高压级增压机3具备高压级压缩机3a和高压级涡轮3b。

而且，高压级压缩机3a具备压缩机叶轮和包围上述压缩机叶轮并且在内部形成空气流路的压缩机壳体。

另外，高压级涡轮3b具备涡轮叶轮和包围上述涡轮叶轮并且在内部形成排气流路的压缩机壳体。

而且，压缩机叶轮与涡轮叶轮通过轴而连结，涡轮叶轮由排气旋转驱动，从而旋转驱动压缩机叶轮而生成压缩空气。

此外，如图2A所示，低压级涡轮2b的涡轮壳体2c与高压级涡轮3b的涡轮壳体3c对接彼此所具有的凸缘而接合。

在高压级涡轮3b的涡轮壳体3c的内部，设有排出通过了高压级涡轮3b的涡轮叶轮的排气的排气流路3d和用于不经由上述涡轮叶轮而对低压级涡轮2b供给的旁通流路3e。

另外，在低压级涡轮2b的涡轮壳体2c的内部，设有用于对低压级涡轮2b的涡轮叶轮2d供给排气的供给流路2e。

而且，通过接合低压级涡轮2b的涡轮壳体2c与高压级涡轮3b的涡轮壳体3c，从而连接排气流路3d以及旁通流路3e与供给流路2e。

另外，如图2A以及图2B所示，在低压级涡轮2b的涡轮壳体2c的内部，收容有涡轮叶轮2d。而且，如图2B所示，在低压级涡轮2b的内部，以包围涡轮叶轮2d的方式设有扩压段2f。

该扩压段2f是通过降低供给至涡轮叶轮2d的排气的流速而升压的部位，是在从后述排气旁通阀装置5所具备的阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路中最窄的部位。即，在本实施方式中，上述扩压段2f的宽度d成为从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度。

返回图1，止回阀4设置于旁通流路，该旁通流路在高压级增压机3的高压级压缩机3a未被驱动的情况下，将从低压级增压机2的低压级压缩机2a排出的压缩空气在不经由高压级压缩机3a的情况下供给至发动机101的吸气侧。而且，如图1所示，止回阀4容许压缩空气从低压级压缩机2a侧向发动机101侧的流动，并且防止压缩空气从发动机101侧向低压级压缩机2a侧的回流。

排气旁通阀装置5进行旁通流路3e的开闭，该旁通流路3e用于将从发动机101排出的排气绕过高压级增压机3的涡轮叶轮而供给至低压级增压机2。

而且，如图2A所示，排气旁通阀装置5具备阀组件51、安装板52(安装部)和致动器53。

图3是阀组件51以及安装板52的放大图。

如该图所示，阀组件51具有如下构成，即，对旁通流路3e的开口进行开闭的阀体51a与将上述阀体51a相对于安装板52而固定的垫片51b经由轴部51c而连结。

如图2A所示，该阀组件51在低压级涡轮2b的涡轮壳体2c与高压级涡轮3b的涡轮壳体3c的边界区域中能够以对旁通流路3e的开口端进行开闭的方式转动。

而且，在本实施方式中，阀体51a的厚度D1设定成比上述扩压段2f的宽度d更大。即，在本实施方式中，阀体51a的厚度D1设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大。

另外，在本实施方式中，垫片51b的厚度D2也设定成比上述扩压段2f的宽度d更大。即，在本实施方式中，垫片51b的厚度D2设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大。

另外，在本实施方式中，在垫片51b的中央部设有贯通孔，通过轴部51c从阀体51a的上部贯通插入垫片51b的贯通孔，轴部51c的顶端从垫片51b突出地配置。

而且，通过焊接接合轴部51c的顶端与垫片51b，从而固定轴部51c与垫片51b。

安装板52具有贯通插入轴部51c的贯通孔，轴部51c贯通插入上述贯通孔，由阀体51a和垫片51b夹持。

而且，安装板52经由未图示的联接板组件而传递来自致动器的驱动力，从而以在图2A中以双点划线示出的那样转动。该安装板52的转动使得阀组件51也转动。

返回图1，废料门阀6将从高压级增压机3排出的排气或者经由旁通流路3e而排出的排气的一部分不经由低压级增压机2的涡轮叶轮2d地绕过。因此，废料门阀6通过ECU105或低压级压缩机2a的增压压力而调节开度。

依照如上的本实施方式的二级增压系统1，阀组件51所具备的阀体51a的厚度D1以及垫片51b的厚度D2设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大。

因此，即使在万一阀组件51的轴部51c疲劳破坏的情况下，如图2B所示，阀体51a以及垫片51b也不能够穿过从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度(扩压段2f)。因此，能够防止阀体51a以及垫片51b到达低压级增压机2的涡轮叶轮2d。

即，依照本实施方式的二级增压系统1，即使在万一阀组件51的轴部51c疲劳破坏的情况下，也能够防止作为阀组件51的拆分物的阀体51a以及垫片51b损坏涡轮叶轮2d。

其结果，对低压级增压机2的涡轮叶轮2d继续供给排气，继续压缩空气的生成，因而能够防止压缩空气的生成立即停止，使车辆容易地移动至例如最近的服务站。

另外，在本实施方式中，阀体51a以及垫片51b二者的厚度设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大。

然而，由于阀体51a与垫片51b相比直径更大，所以难以通过从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的弯曲的流路。因此，能够与从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度无关地设定阀体51a的厚度，还可以仅将垫片51b的厚度设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大。

此外，若仅考虑降低垫片51b到达低压级增压机2的涡轮叶轮2d的可能性，则越加厚垫片51b的厚度D2效果越高。

然而，越加厚垫片51b的厚度D2，垫片51b与低压级增压机2的涡轮壳体2c的内壁越容易干涉，阀体51a的最大开口率降低。因此，垫片51b的厚度D2优选在能够确保所要求的阀体51a的最大开口率的范围内最大限度地设定。

另一方面，还可以只将阀体51a的厚度D1设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大。该情况下，若比较如上所述地仅垫片51b的厚度D2设定成比从阀组件51到低压级增压机2的涡轮叶轮2d的流路的最小宽度更大的情况、以及阀体51a和垫片51b二者的厚度设定成比上述流路的最小宽度更大的情况，则降低垫片51b或阀体51a到达低压级增压机2的涡轮叶轮2d的可能性的效果相对较小。然而，若与以往所见那样的阀体51a的厚度D1和垫片51b的厚度D2都设定成比上述流路的最小宽度更小的情况相比较，则即使在万一阀组件51的轴部51c疲劳破坏的情况下，阀体51a也不能够穿过上述流路的最小宽度。因此，其效果与现有的示例相比较大。

另外，在本实施方式中，垫片51b与轴部51c焊接接合。

一直以来，垫片与轴部通过铆接而接合。但是在本实施方式中，垫片51b的厚度与现有的垫片相比更厚，因而大型化且重量增加。因此，在将垫片与轴部通过铆接而接合的情况下，有可能不能够确保充分的接合强度，在垫片产生晃动。

因此，像本实施方式这样，通过垫片51b与轴部51c焊接接合，从而能够使垫片51b与轴部51c的接合强度提高，防止在垫片51b产生晃动。

此外，为了使垫片51b轻量化，还可以对于垫片51b形成槽部或贯通孔。

另外，在本实施方式中，阀体51a以及垫片51b二者的厚度设定成比扩压段2f的宽度更大。

扩压段一般而言是在从阀组件到低压级增压机的涡轮叶轮的流路中流路宽度最窄的部位。因此，在设定阀体以及垫片的厚度时，将上述扩压段的宽度作为基准，从而能够容易地将阀体以及垫片的厚度设定成比从阀组件到低压级增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度更大。

但是，在扩压段的宽度不是从阀组件到低压级增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度的情况下，也能够将阀体以及垫片的厚度设定成比上述最小宽度更大且比扩压段的宽度更小。

以上，参照附图同时对本发明的优选实施方式进行了说明，但无需赘言，本发明不限于上述实施方式。在上述实施方式中示出的各构成部件的诸形状、组合等为一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等而进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，说明了具备两个增压机的构成。

然而，本发明不限于此，还能够采用具备多个增压机的构成。

产业上的利用可能性

在多级增压系统中，即使在万一阀组件的轴部疲劳破坏的情况下，也能够降低压缩空气的生成立即停止的可能性。

符号说明

1二级增压系统(多级增压系统)

2低压级增压机(第一增压机)

2c涡轮壳体

2d涡轮叶轮

2f扩压段

3高压级增压机(第二增压机)

3c涡轮壳体

3e旁通流路

5排气旁通阀装置

51阀组件

51a阀体

51b垫片

51c轴部

52安装板(安装部)

101发动机(内燃机)。

Claims (4)

1.一种多级增压系统，具备：第一增压机，其被供给从内燃机排出的排气；第二增压机，其与所述第一增压机相比配置于所述排气的流动的上游侧；以及排气旁通阀装置，其进行旁通流路的开闭，所述旁通流路将从所述内燃机排出的所述排气绕过所述第二增压机的涡轮叶轮而供给至所述第一增压机，其特征在于，

所述排气旁通阀装置具备阀组件，所述阀组件通过对所述旁通流路开口进行开闭的阀体与将所述阀体相对于安装部固定的垫片经由轴部连结而构成，

所述阀体以及垫片中的至少任一方的厚度设定成比从所述阀组件到所述第一增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度更大。

2.根据权利要求1所述的多级增压系统，其特征在于，所述垫片的厚度设定成比从所述阀组件到所述第一增压机的涡轮叶轮的流路的最小宽度更大，所述垫片与所述轴部焊接接合。

3.根据权利要求1所述的多级增压系统，其特征在于，所述阀体以及垫片中的至少任一方的厚度设定成比在所述第一增压机的涡轮叶轮周围形成的扩压段的宽度更大。

4.根据权利要求2所述的多级增压系统，其特征在于，所述阀体以及垫片中的至少任一方的厚度设定成比在所述第一增压机的涡轮叶轮周围形成的扩压段的宽度更大。