CN107448280A - 包括两个排气涡轮增压器的内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)，其包括第一以及第二排气涡轮增压器(10b)。第二排气涡轮增压器(10b)的轴承壳体(14)、压缩机壳体(16)和压缩机轮(12b)限定用于新鲜空气的流动导管(18)，新鲜空气被引导通过内燃机(1)的新鲜空气导管(5)。在第二排气涡轮增压器(10b)的压缩机壳体(16)和轴承壳体(14)之间提供热绝缘(17)，用于降低从轴承壳体(14)至压缩机壳体(16)的热传递。

Description

包括两个排气涡轮增压器的内燃机

技术领域

本发明涉及包括两个排气涡轮增压器的内燃机。

背景技术

现代内燃机装备有排气涡轮增压器以改善性能以及降低污染物释放。为了改善效率，同时公知于现有技术的是，内燃机不仅装备有单个这种涡轮增压器，而且甚至类似“串联”连接两个排气涡轮增压器。

不期望的热量在排气涡轮增压器中流动，排气涡轮增压器直接连接在内燃机的上游或下游，所谓的高压排气涡轮增压器，从而通常被证明是有问题的：典型地，不可忽略的热流量从其轴承壳体传递，包括涡轮以及压缩机轮的排气涡轮增压器的轴可旋转地支撑在轴承壳体中，并且典型地接收来自涡轮壳体的热量，通过涡轮壳体热排气流入压缩机壳体，由此排气涡轮增压器的效率降低。

在该背景下，DE102007023142A1论述了一种排气涡轮增压器的压缩机。通过垂直冷却导管，从排气涡轮增压器的涡轮输入压缩机壳体的热量降低，垂直冷却导管集成在压缩机轮壳体的后壁中。

US2012/057975A1描述了一种排气涡轮增压器，在该情形下空气间隙通过邻接其的两个部件形成在压缩机后壁上。

US3,565,497论述了一种排气涡轮增压器，在该情形下空气间隙由隔热板和轴承壳体限定。

US4,198,192描述了一种排气涡轮增压器，在该情形下，依靠腔室排气涡轮增压器的轴以及用于将轴支撑在壳体上的轴承设备被保护而免于来自涡轮的不期望热输入，腔室形成在两个板之间。

发明内容

本发明的迫切的目是创建一种内燃机，其包括两个排气涡轮增压器，它们呈高压排气涡轮增压器和低压排气涡轮增压器的形式，在该情形下高压排气涡轮增压器的压缩机壳体设置有改进的保护，免于来自轴承壳体的不期望热输入。

该目的依靠独立专利权利要求的主题解决。优选实施例是从属专利权利要求的主题。

因而，本发明的基本构思是在高压排气涡轮增压器的压缩机壳体和轴承壳体之间提供热绝缘。从而所述热绝缘具有的特性为，与不具有这种热绝缘的普通排气涡轮增压器相比，其至少降低压缩机壳体和轴承壳体之间的热耦合。这导致增加压缩机的效率，因而增加高压排气涡轮增压器的效率。

在理想情形下，压缩机壳体甚至与轴承壳体完全热解耦，使得相比于不具有这种热绝缘的排气涡轮增压器，从轴承壳输入至压缩机壳体的热量几乎完全降低，但至少相当大的降低。在当前的情况下，术语“热绝缘”还特别地表示一种设备，其降低了从轴承壳体至压缩机壳体的热量传递，在热节流方面–对本领域技术人员还公知为“热扼流”。

根据本发明的包括多个气缸的内燃机具有新鲜空气侧和排气侧。经由新鲜空气侧，包括要返回至气缸的排气的新鲜空气被引入气缸。为了该目的，内燃机具有新鲜空气导管，其连通新鲜空气侧。内燃机进一步具有排气导管，其连通排气侧。此外，内燃机包括第一排气涡轮增压器，其具有第一涡轮和第一压缩机轮，第一压缩机轮以抗转矩方式经由第一轴连接。从而第一涡轮布置在排气导管中，第一压缩机轮布置在新鲜空气导管中。此外内燃机包括第二排气涡轮增压器，其具有第二涡轮以及第二压缩机轮，第二压缩机轮以抗转矩方式经由第二轴连接。第二排气涡轮增压器的第二涡轮布置在排气侧和第一排气涡轮增压器的第一涡轮之间的排气导管中。第二排气涡轮增压器的第二压缩机轮布置在新鲜空气侧和第一排气涡轮增压器的第一压缩机轮之间的新鲜空气导管中。第二压缩机轮布置于壳体内部，其由第二排气涡轮增压器的压缩机壳体限定。第二轴可旋转地支撑在第二排气涡轮增压器的轴承壳体上。在根据本发明的内燃机的情形下，第一排气涡轮增压器接管了低压排气涡轮增压器的功能，第二排气涡轮增压器接管了高压排气涡轮增压器的功能。用于被引导通过新鲜空气导管的新鲜空气的流动导管由第二排气涡轮增压器的轴承壳体、第二压缩机轮以及压缩机壳体限定。根据本发明，在第二排气涡轮增压器的压缩机壳体和轴承壳体之间提供热绝缘，用于降低从轴承壳体至述压缩机壳体的热传递。

在优选实施例的情形下，热绝缘形成为使得通过其提供的热绝缘的水平能够变化。

在尤其优选实施例的情形下，在第一排气涡轮增压器中在其压缩机壳体和其轴承壳体之间不提供热绝缘。由于第一排气涡轮增压器充当低压排气涡轮增压器的事实，其中压缩机的热应力相当低–尤其相比于充当高压排气涡轮增压器的第二排气涡轮增压器。在该可替换的情形下，由于成本原因，显著用于本发明的热绝缘不是必须在第一排气涡轮增压器中。

在本发明的另一有利发展的情形下，形成热绝缘的中空空间存在于中介部件中，中介部件布置于面向流动导管的轴承壳体的一侧上。

依靠这种中空空间，压缩机壳体和轴承壳体之间的热接触显著降低，使得其充当热绝缘或者至少充当热扼流。

中介部件优选以环形方式形成。中介部件优选由塑料组成，塑料具有低导热系数，因而很适合于作为热扼流或者热绝缘体。

在另一有利发展的情形下，中介部件具有孔口，用于用流体填充中空空间。这种流体能够是液体或者气体，尤其空气。取决于流体的导热系数，因而能够获得预定的热绝缘效应。当安装在第二排气涡轮增压器中时，在该可替换的情形下所述中空空间被压缩机壳体关闭。以该方式确保流体在操作排气涡轮增压器期间不能够从中空空间逃离。

在优选实施例的情形下，中介部件机械撑在轴承壳体和压缩机壳体之间，该优选实施例提供了一种用于尤其简单的，但是可靠的将中介部件机械固定至轴承壳体。

在另一优选实施例的情形下，依靠铸造方法生产中介部件，因而该另一优选实施例是铸件，其能够以尤其简单的方式生产。特别优选地，中介部件是铝铸件，这是由于其具有尤其低的净重。

在另一优选实施例的情形下，轴承壳体盖布置在面向流动导管的轴承壳体的一侧。为了形成热绝缘，在轴承壳体盖中提供凹部。在轴承壳体盖布置在轴承壳体上的状态中，在该可替换的情形下凹部被轴承壳体关闭。

在另一有利发展的情形下，轴承壳体盖撑在压缩机壳体和轴承壳体之间，另一有利发展提供了尤其简单的，但是可靠的将轴承壳体盖机械固定至轴承壳体。

在另一优选实施的情形下，轴承壳体盖形成为深拉模制板材金属件或者形成为依靠精冲以及冲压生产的模制板材金属件，另一优选实施例同时关联于尤其低的生产成本。

在还关联于低的生产成本的可替换变型的情形下，轴承壳体盖形成为铸件，优选形成为注塑模制件。

在另一优选实施例的情形下，形成热绝缘的凹槽存在于轴承壳体的面向流动导管的一侧。在该实施例的情况下，凹槽以流体密封方式被轴承壳体盖关闭，使得凹槽能够被流体填充，尤其被包括低导热系数的气体或者液体填充。

特别有利地，优选由塑料制成的轴承壳体盖能够连接至轴承壳体以便能够通过螺栓连接释放。这种螺栓连接允许将轴承壳体盖简单的固定至轴承壳体。塑料轴承壳体盖能够以尤其简单的因而成本-有效的方式生产。

在另一优选实施例的情形下，形成热绝缘的中空空间直接形成在轴承壳体中，中空空间以尤其简单的设计构建，使得能够摒弃提供中介部件或者轴承壳体盖。包括这种中空空间的轴承壳体例如能够通过沙铸造法生产。

特别优选地，中空空间被气体填充，尤其被空气填充。在可替换中，真空能够形成在中空空间中。通过真空能够降低从轴承壳体传送至压缩机壳体的热量。

在另一有利发展的情形下，依靠孔口，中空空间能够被填充或者从外侧被流体填充，优选被气体或者液体填充，最优选地被空气填充，孔口形成在轴承壳体中。取决于气体的导热系数能够调节导热系数。

在另一优选实施例的情形下，中空空间能够被连接或者经由孔口连接至流体储罐。依靠形成为压力活塞的压力应用设备，流体，尤其气体，能够从流体储罐被引入中空空间，压力应用设备存在于这种流体储罐中或者这种流体储罐上。特定量的流体能够以该方式被引入中空空间，并且能够依靠热绝缘生成的绝缘的热水平因而能够变化。能够甚至能够尤其借助于与压力活塞相互作用的合适的控制设备来调节热绝缘的绝缘的期望热水平。

在另一有利发展的情形下，另一中空空间形成在第二排气涡轮增压器的涡轮壳体中，即，类似于上文描述的连接轴承壳体的中空空间。以该方式还能够最小化从涡轮壳体热输入至轴承壳体的热量。

依靠附图，本发明的进一步重要的特征及优势跟随在从属权利要求、附图以及对应的附图说明中。

附图说明

毫无疑问，以上提到的特征以及以下将讨论的特征不仅能够使用在分别指定的组合中，而且能够使用在其他组合中或者单独使用，这并未脱离迫切的本发明的范围。

本发明的优选示范实施例图示于附图并且将在以下说明中更详细地讨论。

在每个情况下示意地：

图1-图7示出了在第二排气涡轮增压器中用于热绝缘的技术实现的不同例子，这对本发明是重要的，

图8示出了包括两个排气涡轮增压器的内燃机的基本设置，附图中讨论了根据本发明的内燃机1的不同例子。但是，将依靠图8初始讨论包括两个排气涡轮增压器10a、10b的内燃机1的基本设定。

具体实施方式

根据图8，内燃机1包括多个气缸2并且具有新鲜空气侧3以及排气侧4。经由能够引入到气缸2的新鲜空气导管5从气缸2喷出并且返回至气缸的新鲜空气以及排气，新鲜空气导管5连通新鲜空气侧3。

此外，内燃机1包括第一排气涡轮增压器10a，第一排气涡轮增压器10a具有第一涡轮11a以及第一压缩机轮12a，第一压缩机轮12a以抗转矩方式经由第一轴13a连接。第一涡轮11a布置在排气线6中。第一压缩机轮12a布置在新鲜空气导管5中。

此外，第二排气涡轮增压器10b包括第二涡轮11b和第二压缩机轮12b，第二压缩机轮12b以抗转矩方式经由第二轴13b连接。第二涡轮布置在排气侧4和第一排气涡轮增压器10的第一涡轮11a之间的排气导管6中。第二压缩机轮12b布置在新鲜空气侧3和第一压缩机轮12a之间的新鲜空气导管5中。因而第一排气涡轮增压器10a充当低压排气涡轮增压器，第二排气涡轮增压器10b充当高压排气涡轮增压器。

图1示出了内燃机1的第二排气涡轮增压器10b的第一例子，因而在详细视图中具有高压排气涡轮增压器。图1清楚地示出了第二轴13b支撑在第二排气涡轮增压器10b的轴承壳体14上，以便能够绕其中央纵向轴线M旋转。中央纵向轴线M限定第二排气涡轮增压器10b的轴向方向A。以抗转矩方式连接至第二轴13b的第二压缩机轮12b布置于壳体内部15，壳体内部15由第二排气涡轮增压器10b的压缩机壳体16限定。

正如进一步可见于图1的，在第二排气涡轮增压器10b的压缩机壳体16和轴承壳体14之间提供了热绝缘17，用于最小化从轴承壳体至压缩机壳体16的热传递。用于流过新鲜空气导管5的新鲜空气的流动导管18局部由压缩机壳体16、第二压缩机轮12b和轴承壳体14限定。

在图1的例子中，由金属环形形成或者优选地由塑料(由于其具有低导热系数)环形形成的中介部件20布置在轴承壳体14的面向流动导管18的一侧19，以形成热绝缘17。形成热绝缘17的中空空间21，存在于中介部件20中。中空空间21和中介部件20能够具有中空气缸的几何形状。中介部件20优选撑在轴承壳体14和压缩机壳体16之间。中介部件20能够是铸件，尤其是铝铸件。

图2示出了图1的例子的可替换例子。在图2的例子中，提供了形成热绝缘17的凹槽22，代替面向流动导管18的轴承壳体14的一侧19上的中介部件20。形成热绝缘17的所述凹槽22被轴承壳体盖23关闭。轴承壳体盖23优选由塑料或者另一具有低导热系数的合适材料组成，并且在图2的示范方案中连接至轴承壳体14以便能够依靠螺栓连接30释放。通过释放螺栓连接30以及通过随后移除轴承壳体盖23，流体，尤其气体，诸如空气，例如，或者另一包括低热传递系数的合适流体或者气体，分别能够引入凹槽22。轴承壳体盖23能够随后安装在轴承壳体14上，凹槽22能够以该方式关闭。

图3示出了根据图1的进一步发展的例子。根据此，中介部件20能够具有孔口24，其用于用流体填充中空空间21。为了提供期望的热绝缘，这种流体能够是液体或者气体，包括预定的，优选低导热系数。孔口24能够布置在中空柱形中介部件20的径向外周向壁26中。孔口24能够实现为通孔25。

在如图3所示中介部件20安装在第二排气涡轮增压器10b中的状态中，孔口24或者通孔25分别被压缩机壳体16关闭。为了分别靠着流动导管18或者壳体内部15密封中空空间21，密封元件32，例如以密封圈方式，能够布置在形成在周向壁26中的凹部31中。

在另一发展中，中空空间21能够经由孔口24连接至流体储罐，流体储罐未详细示出在附图中，流体或者气体供给分别存储在流体储罐中。压力应用设备优选是压力活塞方式，能够存在于该流体储罐中。流体、尤其气体通过其能够从流体储罐引入中空空间21。取决于依靠压力应用被引入中空空间21的流体的量，通过热绝缘生成的热绝缘的水平能够变化。不管量如何，获得的热绝缘水平还取决于所选择的流体的导热系数。

图4示出了图2的例子的可替换例子。在图4的例子中，轴承壳体盖23形成在轴承壳体14的面向流动导管18的一侧19。轴承壳体盖23与轴承壳体14一起限定形成热绝缘17的中空空间21。与图2的例子相反，在图4的例子中没有凹槽22形成在轴承壳体14的用于形成中空空间21的一侧19。实际上，轴承壳体14的一侧19以大致扁平方式实现。取而代之，通过形成中空空间21的凹部27来实现热绝缘17，凹部27存在于轴承壳体盖23中。根据图4，轴承壳体盖23能够实现为铸件，尤其实现为塑料铸件。在图4的例子中，轴承壳体盖23轴向撑在压缩机壳体16和轴承壳体14之间，并且以该方式可靠地固定至第二排气涡轮增压器10b。

图5示出了图4的例子的可替换例子，在图5的例子中，轴承壳体盖23形成为深拉模制板材金属件28。根据图5，模制板材金属件28能够轴向撑在压缩机壳体16和轴承壳体14之间。

图6示出了图5的例子的可替换例子，在该情形下轴承壳体盖23形成为模制板材金属件28，模制板材金属件28通过精冲和冲压生产。在沿着如图6所示的轴向方向的纵向剖面中，模制板材金属件28具有径向内剖面29a，其从第二轴13b过渡至径向外剖面29b。径向内剖面29a和径向外剖面29b相对于彼此呈钝角角度α布置。类似于图5的例子，凹部27以该方式形成，凹部27被轴承壳体14的一侧19关闭。在图6的例子中，模制板材金属件28也轴向撑在压缩机壳体16和轴承壳体14之间。在可替换例子中，铸件34，优选塑料铸件，包括与模制板材金属件28相同的几何形状，铸件34还能够被使用而代替图5和图6的模制板材金属件28作为轴承壳体盖23。

图7示出了图3的例子的简化可替换例子。在图7的例子中，形成热绝缘17的中空空间21直接形成在轴承壳体14中。类似于图3的例子，能够分别依靠孔口24或者通孔26从外侧用流体填充中空空间21，孔口24或者通孔25还能够直接形成在轴承壳体14中。孔口24能够依靠合适的关闭元件(未示出)关闭。还能够通过压缩机壳体16(未示出)关闭。

借助于图1至图7讨论的中空空间21原则上能够被流体填充，流体优选气体，最优选地空气，空气优选具有低导热系数。在可替换例子中，真空能够形成在中空空间中。以该方式能够降低从轴承壳体14传送至压缩机壳体16的热量。在图7的例子中，类似于图3的例子也能够提供流体储罐。

在能够结合所有上述例子的另一有利发展中，充当热绝缘或者至少充当热扼流的中空空间还能够被形成以用于在第二排气涡轮增压器10b的涡轮壳体(未示出)中形成额外热绝缘。

在图1至图7的例子中，仅以概略示意方式提议的热绝缘层33能够额外地施加在轴承壳体14或中介部分20或轴承壳体盖23的面向流动导管18的一侧。热绝缘层33的材料能够包括塑料，优选陶瓷，或者分别能够是塑料，优选陶瓷。有利地，热绝缘层33的材料能够包括多孔材料，优选泡沫，或者能够是多孔材料，优选泡沫；但是，包括小导热系数的适合于涂层的其他材料也是可行的。在可替换例子中，热绝缘层33能够是膜，其优选被金属化，或者以不同方式形成镜面涂层，其对热辐射具有反射效应。

轴承壳体盖23和/或中介部件20还能够由多孔金属或者多孔塑料制成。

Claims (18)

1.一种内燃机(1)，包括：

-新鲜空气侧(3)和排气侧(4)，

-连通所述新鲜空气侧(3)的新鲜空气导管(5)以及连通所述排气侧(4)的排气导管(6)，

-第一排气涡轮增压器(10a)，其具有第一涡轮(11a)和第一压缩机轮(12a)，所述第一压缩机轮(12a)以抗转矩方式经由第一轴(13a)连接，

其中，所述第一涡轮(11a)布置在所述排气导管(6)中，所述第一压缩机轮(12a)布置在所述新鲜空气导管(5)中，

-第二排气涡轮增压器(10b)，其具有第二涡轮(11b)和第二压缩机轮(12b)，所述第二压缩机轮(12b)以抗转矩方式经由第二轴(12b)连接，

-其中，所述第二涡轮(11a)布置在所述排气侧(4)和所述第一涡轮(11a)之间的所述排气导管(6)中，所述第二压缩机轮(12b)布置在所述新鲜空气侧(3)和所述第一压缩机轮(12a)之间的所述新鲜空气导管(5)中，

-其中，所述第二压缩机轮(12b)布置在壳体内部(15)，所述壳体内部(15)局部由所述第二排气涡轮增压器(10b)的压缩机壳体(16)限定，并且其中，所述第二轴(13b)可旋转地支撑在所述第二排气涡轮增压器(10b)的轴承壳体(14)上，

-其中，用于被引导通过所述新鲜空气导管(5)的新鲜空气的流动导管(18)由所述第二排气涡轮增压器(10b)的所述轴承壳体(14)、所述压缩机壳体(16)和所述第二压缩机轮(12b)限定，

其特征在于，

在所述第二排气涡轮增压器(10b)的所述压缩机壳体(16)和所述轴承壳体(14)之间提供热绝缘(17)，用于降低从所述轴承壳体(14)至所述压缩机壳体(16)的热传递。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述热绝缘(17)形成为使得热绝缘的水平能够变化。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，

在第一排气涡轮增压器(10a)中在其压缩机壳体和其轴承壳体之间不提供热绝缘。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机，其特征在于，

中介部件(20)优选以环形方式形成，优选由金属或者塑料制成，形成所述热绝缘(17)的中空空间(21)存在于所述中介部件(20)中，所述中介部件(20)布置于所述轴承壳体(14)的面向所述流动导管(18)的一侧(19)。

5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述中介部件(20)具有孔口(24)，用于用流体填充所述中空空间(21)，当安装在第二排气涡轮增压器(10b)中时，所述孔口(24)被所述压缩机壳体(16)关闭。

6.根据权利要求4或5所述的内燃机，其特征在于，

所述中介部件(20)撑在所述轴承壳体(14)和所述压缩机壳体(16)之间。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的内燃机，其特征在于，

所述中介部件(20)是铝铸件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，

凹部(27)形成在轴承壳体盖(23)中以形成所述热绝缘(17)，所述轴承壳体盖(23)布置于所述轴承壳体(14)的面向所述流动导管(18)的一侧(19)，

-在所述轴承壳体盖(23)布置在所述轴承壳体(14)上的状态中，所述凹部(27)被所述轴承壳体(14)关闭。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其特征在于，

所述轴承壳体盖(23)撑在所述压缩机壳体(16)和所述轴承壳体(14)之间。

10.根据权利要求8或9所述的内燃机，其特征在于，

所述轴承壳体盖(23)形成为依靠精冲以及冲压生产的深拉模制板材金属件(28)或者模制板材金属件(28)。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的内燃机，其特征在于，

所述轴承壳体盖(23)形成为铸件，优选由塑料制成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，

形成所述热绝缘(17)且被轴承壳体盖(23)关闭的凹槽(22)存在于所述轴承壳体的面向所述流动导管(18)的一侧(19)。

13.根据权利要求12所述的内燃机，其特征在于，

优选由塑料制成的所述轴承壳体盖(23)连接至所述轴承壳体(14)以便能够依靠螺栓连接(30)释放。

14.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，

形成所述热绝缘(17)的中空空间(21)存在于所述轴承壳体(14)中。

15.根据权利要求4至14中任一项所述的内燃机，其特征在于，

孔口(24)能够被所述压缩机壳体(16)覆盖，并且所述中空空间(21)依靠所述孔口(24)能够被流体、优选气体填充或者从外侧被填充，所述孔口(24)形成在所述轴承壳(14)中。

16.根据权利要求4至15中一任项所述的内燃机，其特征在于，

真空形成在所述中空空间(21)中。

17.根据权利要求4至16中一任项所述的内燃机，其特征在于，

-所述中空空间(21)能够经由所述孔口(24)被连接或者连接至流体储罐，

-依靠压力应用设备、尤其压力活塞，流体、尤其气体能够从所述流体储罐被引入所述中空空间，所述压力应用设备存在于所述流体储罐中。

18.根据权利要求4至17中一任项所述的内燃机，其特征在于，

另一中空空间形成在所述第二排气涡轮增压器(10b)的涡轮壳体中，用于降低从所述涡轮壳体输入至所述轴承壳体(14)的热量。