CN107667226A - 多级式废气涡轮增压器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于内燃机的多级式废气涡轮增压器(2)，所述废气涡轮增压器包括具有至少一个涡轮机转子的废气涡轮机(16)和压缩机(1a)，所述压缩机具有第一压缩机级(3)和第二压缩机级(4)，所述压缩机(1a)包括布置在废气涡轮增压器外壳(8)的压缩机外壳部分(7)中的至少一个压缩机转子(9)，其中，涡轮机转子和压缩机转子(9)布置于在废气涡轮增压器外壳(8)中围绕旋转轴线(10a)可旋转地支承的共同的轴(10)上，其中，所述压缩机外壳部分(7)具有连接到新鲜空气管路的轴向的压缩机入口(11)，其中，中间冷却器(15)在流动方面布置在所述第一压缩机级(3)和所述第二压缩机级(4)之间，并且所述中间冷却器(15)与来自所述第一压缩机级(3)的至少一个压缩机级出口(13)流动连接，并且与进入所述第二压缩机级(4)的至少一个压缩机级入口(14)流动连接。为了减少多级式废气涡轮增压器(2)的热负荷规定了，中间冷却器(15)具有与所述压缩机外壳部分(7)连接的冷却器外壳(16)，并且所述中间冷却器(15)直接连接到所述至少一个压缩机级出口(13)和所述至少一个压缩机级入口(14)，其中，来自所述第一压缩机级(3)的所述至少一个压缩机级出口(13)和进入所述第二压缩机级(4)的所述至少一个压缩机级入口(14)布置在所述压缩机外壳部分(7)的第一端面(7a)的区域内。
Description
本发明涉及一种用于内燃机的多级式废气涡轮增压器、特别是高压涡轮增压器，该废气涡轮增压器包括具有至少一个涡轮机转子的废气涡轮机和压缩机，该压缩机具有第一压缩机级和第二压缩机级，该压缩机包括布置在废气涡轮增压器外壳的压缩机外壳部分中的至少一个压缩机转子，其中，涡轮机转子和压缩机转子布置于在废气涡轮增压器外壳中围绕旋转轴线可旋转地支承的共同的轴上，其中，压缩机外壳部分具有用于连接到新鲜空气管路的轴向压缩机入口，其中，中间冷却器在流动方面布置在第一压缩机级和第二压缩机级之间，并且中间冷却器与来自第一压缩机级的至少一个压缩机级出口流动连接，以及与进入第二压缩机级的至少一个压缩机级入口流动连接。
为了提供较高的燃料经济性、较高的额定功率和改善的排放效率，在内燃机中需要具有高压缩比的涡轮增压器。
为了实现高压缩比，可升高废气涡轮增压器的工作轮的旋转速度。然而，在此会造成超出所用材料的负荷能力的负荷。
已知用两个或更多个废气涡轮增压器来实施增压空气的多级压缩，这些废气涡轮增压器与串联连接的压缩机一起工作，其中中间冷却器布置在各压缩机之间。大约从出版物DE 10 2011 087 259 A1或者US2014/0358404 A1已知这种方案。然而缺点在于，这些方案非常复杂并且耗费结构空间。文献EP 1 426 576 A2、DE 603 19 111 T2、US 2,612,310A以及DE 2 233 970 B1同样示出这种方案，在这些方案中，中间冷却的位置受限，并且不可能适应于各种应用场合。
类似方法是将在共同的轴上的多级式压缩机转子用于实现多个压缩机级，其中能组合轴向压缩机级和径向压缩机级。然而，在此也特别是由于废气涡轮增压器的增加长度而在包装尺寸方面、以及还在转子动力学和储存问题方面是不利的。
对此，DE 699 14 199 T2示出具有两级式压缩机的缓慢运转的高压涡轮机，其中，涡轮机转子和压缩机转子经由共同的轴彼此连接。压缩机转子在接近空气入口的正面处具有第一转子叶片并且在背面上具有第二转子叶片。经压缩的空气经由扩散器从前面和背面并且从那里传递到进气系统。EP 1 825 149 B1示出类似的方案。但是由US 6,834,501 B1、US 6,792,755B2或者US 6,920,754 B2分别已知一种废气涡轮增压器，其中，在两级式压缩机的正面和背面之间构造有环形间隙。
尽管由此可实现较高的压缩比，但由于较高温度而会对材料造成较大负荷：尽管空气入口处的空气具有约25℃的温度，但是直至第二转子叶轮的温度升高超过200℃。在此，转子叶轮以及涡轮增压器外壳和轴承遭受较高的热负荷。此外，从约180℃的温度起会导致在空气中一起携带的油成分、例如含机油燃气堵住。
EP 1 957 802 B1在这方面建议了采用耐受温度的材料或者在轴承和轴的设计中涉及这方面的预防措施。
所有已知的方案的缺点在于，一方面是经压缩的空气流的高温度，另一方面是涡轮增压器外壳和所用的各部件由此产生的热负荷。
本发明的任务是减小多级式废气涡轮增压器的热负荷。
根据本发明，这是通过以下手段来实现的：中间冷却器具有与压缩机外壳部分连接的冷却器外壳，并且中间冷却器直接连接到至少一个压缩机级出口和至少一个压缩机级入口，其中，来自第一压缩机级的至少一个压缩机级出口和进入第二压缩机级的至少一个压缩机级入口布置在压缩机外壳部分的较佳为环形的第一端面的区域内。
本发明允许在第一压缩机级之后对经预压缩的空气进行冷却。尽管空气以约25℃进入第一压缩机级，但在其出口处空气有几乎200℃，在第二压缩机级中出现不允许的高升温，这种高升温会对涡轮增压器部件造成高负荷。借助中间冷却器可以将增压空气冷却到约60℃。由此，除了压缩机、特别是第二压缩机级的更高效率之外，还导致供给有经压缩的增压空气的马达的效率提高。
通过冷却剂冷却，一方面对增压空气进行冷却、另一方面也对压缩机外壳以及其余废气涡轮增压器进行冷却，由此给出更高的机械耐久性。冷却液体能接下来用于冷却废气涡轮增压器的轴承，这使得能够节省连接件和导管。
中间冷却器建立来自第一压缩机级的至少一个压缩机级出口和进入第二压缩机级的至少一个压缩机级入口之间的流动连接。
固定到废气涡轮增压器的压缩机外壳部分处的冷却器外壳相比于与废气涡轮增压器分开的外部中间冷却器具有以下优点：可节省结构空间、管路和紧固装置。
特别有利的是，冷却器外壳具有基本上环面的形状(甜甜圈或者硬面包圈形状)、较佳地具有梯形或者矩形环面，其中，冷却器外壳布置成相对于旋转轴线同心，并且较佳地围绕轴向的压缩机入口。由此，通过中间冷却器仅需要极少的附加结构空间，并且同时确保良好的冷却。
当第一端面布置在压缩机外壳部分的背向废气涡轮机的那侧上时，产生紧凑结构。在此，环形的第一端面围绕轴向的压缩机入口，该压缩机入口延伸通过第一端面的中心。
在本发明的有利实施变型中可规定，至少一个压缩机级出口和/或至少一个压缩机级入口构造成相对于废气涡轮增压器的轴的旋转轴线同轴延伸，其中，较佳地至少一个压缩机级出口和/或至少一个压缩机级入口在压缩机外壳部分中布置成围绕废气涡轮增压器的轴的旋转轴线环形或者螺旋形延伸。由此，第一压缩机级的热的压缩空气从由围绕旋转轴线环形或者螺旋形形成的压缩机级出口流出，并且经由敞开构造的第一冷却器端面直接到达中间冷却器的冷却腔室中，在该冷却腔室中将热量送到冷却介质中。然后，空气离开中间冷却器并且又经由敞开构造的第一端面流到第二压缩机级的压缩机级入口中。在第二压缩机级中的压缩之后，经压缩空气离开压缩机，并且以常见方式经由至少一个增压空气管路引导到内燃机的进气收集器。
替代于围绕轴的旋转轴线环形或者螺旋形布置的压缩机级出口和压缩机级入口，各个分别具有例如圆形横截面的压缩机级入口和压缩机级出口或者对应多个在环形端面上沿周向分布地布置的压缩机级入口和压缩机级出口关于旋转轴线布置在不同的角度范围内。
换言之，在环形端面上沿周向设有多个压缩机级入口和压缩机级出口，它们较佳地具有圆形横截面。在本发明的变型中，沿周向交替地设有压缩机级入口和压缩机级出口。在本发明的另一变型中，环形端面分成多个环段，这些环段在相同的或者不同的角度范围内延伸，并且至少一对压缩机级入口和压缩机级出口分配给每个环段。
为了实现有效冷却而有利的是，将中间冷却器构造成空气/水－换热器或者空气/油－换热器。在本发明的变型中，在冷却器外壳中布置有引导冷却液、较佳地围绕旋转轴线环形和/或螺旋形盘绕的冷却管路。在此，冷却管路可以仅被引导经过环面形状的一部分，并且由此覆盖仅一个环段，但也可以具有围绕旋转轴线绕了多次的完整的环形形状或者螺旋形状。
冷却管路可构造成冷却蛇状件，并且例如具有圆形横截面。当冷却管路构造成平管管路、例如具有矩形横截面的平管管路时，可通过扩大润湿的表面来改善至冷却液中的热量输入。在本发明的变型中，中间冷却器和/或冷却器外壳在第一冷却器端面的朝向压缩机外壳部分的区域中构造成基本上敞开的。由此，实现从压缩机区域良好的散热。
中间冷却器具有至少一个冷却剂入口和至少一个冷却器出口，其中，冷却剂入口和/或冷却剂出口布置在中间冷却器的至少一个冷却器端面的区域内、较佳地布置在背向压缩机外壳部分的第一端面的第二冷却器端面上。
在本发明的框架下还规定了，在中间冷却器内布置有至少一个较佳为金属的、用于待冷却的空气的冷却壁和/或引导壁。
根据本发明的变型，冷却壁和/或引导壁与相邻布置的冷却壁和/或引导壁处于热连接，并且与冷却管路处于直接或者间接的热连接。直接连接在此是指冷却壁和/或引导壁与冷却管路相邻布置并且与该冷却管路处于热连接。间接连接在此是指冷却壁和/或引导壁并不直接布置在冷却管路旁边，而是一个或多个冷却壁和/或引导壁布置在冷却壁和/或引导壁与冷却管路之间，并且冷却壁和/或引导壁通过与它和冷却管路之间的冷却壁和/或引导壁的热接触而与冷却管路处于热连接。
本发明的特别较佳的实施变型规定了，至少一个第一冷却壁和/或引导壁、较佳是多个第一冷却壁和/或引导壁布置成关于旋转轴线径向延伸、特别较佳地围绕周缘均匀地分布。径向延伸在此是指冷却壁和/或引导壁实施成基本上平的，并且由通过旋转轴线延伸的径向平面来描述。较佳地，冷却壁和/或引导壁具有用于冷却管路的至少一个凹陷部。在此，该凹陷部实施成狭槽或者对应于冷却管路的横截面的开口，该狭槽允许例如简单的安装，因为冷却壁和/或引导壁能简单地沿轴向经由冷却管路插入并且与冷却管路焊接起来。在开口的情况下，通过将冷却壁和/或引导壁与冷却管路焊接起来也同样可以实现特别好的热接触。
在此，至少两个第一冷却壁和/或引导壁和冷却器外壳夹出基本上环面段状的部分冷却腔室，其中，较佳地至少一个环面段状的部分冷却腔室延伸至少约10°的角度范围。原则上，更小或者更大的部分冷却腔室也是可以的。
部分冷却腔室是第一和第二压缩机级之间的流动连接件，其中，流动连接件强制地起到位于部分冷却腔室内的冷却管路的环流的作用。冷却管路与冷却壁和/或引导壁的热连接使得能够扩大中间冷却器的有效热面积，并且能从经预压缩的空气中特别好地散热。由此，有利于空气和金属之间通常不良的热传递，在冷却管路处金属－冷却液的良好热传递使得能够快速运送走热能。
在本发明的第一实施变型中规定了，在部分冷却腔室中来自第一压缩机级的至少一个压缩机级出口和进入第二压缩机级的至少一个压缩机级入口具有相对于旋转轴线的不同的径向距离，其中较佳地，至少一个压缩机级出口沿径向布置在压缩机级入口和旋转轴线之间，或者至少一个压缩机级入口沿径向布置在压缩机级出口和旋转轴线之间。压缩机级出口和压缩机级入口与旋转轴线的不同径向距离起到在对应的部分冷却腔室内基本上沿径向的压滚流动，其中冷却管路沿横向环流。为了避免沿切向的流动偏差，在此有利的是，环面段状的部分冷却腔室的角度范围最大为约90°、较佳地最大为约60°、例如约18°。原则上，但是部分冷却腔室的角度范围也可以选择成更小。
然而，在部分冷却腔室中在压缩机级出口和压缩机级入口之间流动的空气的短接流动不利地影响冷却效果。为了避免这种短接流动，有利的是，在至少一个压缩机级出口和同一部分冷却腔室的相邻的压缩机级入口之间布置有至少一个流动引导元件。该流动引导元件可由压缩机外壳部分或者由冷却器外壳构成。在示例性实施方式中，该流动引导元件实施成圆形的环凸缘，该环凸缘从压缩机外壳部分沿远离废气涡轮机引导的方向延伸。
根据本发明的第二实施变型可规定，在至少一个部分冷却腔室中，来自第一压缩机级的至少一个压缩机级出口和进入第二压缩机级的至少一个压缩机级入口沿周向彼此间隔开，其中，较佳地在部分冷却腔室内，压缩机级出口和压缩机级入口布置成与旋转轴线隔开基本上相等的距离。
在部分冷却腔室之内、在压缩机级出口和压缩机级入口之间的沿周向的距离起到在对应的部分冷却腔室内围绕旋转轴线基本上沿周向的旋流，其中，冷却管路沿纵向环流。对于形成显著的旋流有利的是，环面段状的部分冷却腔室的角度范围至少约为90°、较佳为至少约120°。
当至少一个第二冷却壁和/或引导壁布置成基本上平行于冷却管路延伸时，可以避免部分冷却腔室中的漩涡，其中，较佳地第二冷却壁和/或引导壁具有相对于至少一个相邻的第一冷却壁和/或引导壁的定义距离。此外，为了改善冷却可规定，至少两个相邻的冷却壁和/或引导壁通过至少一个导热的连接件彼此固定连接。导热的连接件可例如通过对第二冷却壁和/或引导壁的局部的冲压部或者波状成型以及与对应相邻的冷却壁和/或引导壁焊接来实现。除了避免漩涡，这种变型还可以允许进一步提高有效的热面积，以使得流过的经预压缩空气存在更多接触面积，并且改善热传递。
接下来，根据非限制性实施例来进一步阐释本发明。附图示出：
图1以纵剖图示出在第一实施变型中根据本发明的废气涡轮增压器；
图2以剖视图示出根据图1中的线II–II剖取的废气涡轮增压器；
图3以剖面斜视图示出中间冷却器的冷却器外壳；
图4以斜视图示出冷却管路；
图5以剖面斜视图示出中间冷却器；
图6以另一剖面斜视图示出该中间冷却器；
图7以斜视图示出图1中不带有冷却管路的中间冷却器；
图8以斜视详图示出冷却和/或空气引导壁；
图9以斜视图示出图1中连同冷却管路的中间冷却器；
图10以剖视斜视图示出图9的中间冷却器；
图11以至第一冷却器端面上的俯视图来示出图9的中间冷却器；
图12以斜视图示出在第二实施变型中根据本发明的废气涡轮增压器；
图13以另一斜视图示出该废气涡轮增压器；
图14以斜视图示出图12中不带有中间冷却器的废气涡轮增压器；
图15以另一斜视图示出图14的废气涡轮增压器；
图16以轴视图示出图14的废气涡轮增压器；
图17以斜视图示出在图14中所示的废气涡轮增压器的拆下的中间冷却器；
图18以斜视图示出该中间冷却器的细节；
图19以及图20以斜视图示出第二冷却和/或空气引导壁的细节；
图21以斜视图示出没有冷却和/或空气引导壁的图14的中间冷却器；以及
图22示出图21中所示的中间冷却器的冷却管路。
功能相同的部件在各实施例中设有相同的附图标记。
图1示出废气涡轮增压器2的压缩机1a，该压缩机具有第一压缩机级3和第二压缩机级4。在两侧构造有转子叶轮5、6并且布置在废气涡轮增压器外壳8的压缩机外壳部分7内的压缩机转子9经由在废气涡轮增压器外壳8中围绕旋转轴线10a可旋转地支承的轴10与废气涡轮增压器2的废气涡轮机的未进一步示出的涡轮机转子不可转动地连接。压缩机外壳部分7具有连接到用于吸入新鲜空气的未进一步示出的新鲜空气管路的轴向压缩机入口11以及由附图标记12表示的连接到内燃机的增压空气管路的用于增压空气的压缩机出口。空气的流动由箭头S来表示。
在布置于压缩机外壳部分7的基本上正交于旋转轴线10a构造的环形第一端面7a的区域中的离开第一压缩机级3的压缩机级出口13与同样布置在第一端面7a的区域内的进入第二压缩机级4的压缩机级入口14之间的流动路径中布置有例如构造成空气/水－换热器或者空气/油－换热器的中间冷却器15。压缩机级出口13与第一压缩机级3的压力侧3a流动连接，且压缩机级入口14与第二压缩机级4的吸入侧4a流动连接。
用7b来表示压缩机外壳部分的朝向废气涡轮增压器2的废气涡轮机的第二端面。
中间冷却器15具有基本上环面状的冷却器外壳16，该冷却器外壳带有同样基本上环面状的冷却腔室17。冷却器外壳16在该实施例中在朝向压缩机外壳部分7的第一冷却器端面18上实施成是敞开的，并且在背向压缩机外壳部分7的第二冷却器端面19上实施成基本上是闭合的，其中，在该实施例中，为了将冷却液馈送到布置在冷却器外壳的冷却腔室17中的构造成环形、螺旋线或盘绕形的冷却管路22并且将冷却液从该冷却管路22排走，在第二冷却器端面19上布置有冷却剂入口20和冷却剂出口21。图4例如示出带有环形横截面的冷却管路22，该冷却管路由多个同心的盘绕状通道构成。与此不同，在图22中示出构造成在冷却剂入口20和冷却剂出口21之间的平管管路的环形冷却管路22。图18示出将冷却剂入口20和冷却剂出口21连接到由平管构成的冷却管路22。
在图1到图11中所示的第一实施例中，离开第一压缩机级3的压缩机级出口13和进入第二压缩机级4的压缩机级入口14分别由环形的和同心地围绕旋转轴线10a构造的开口形成在压缩机外壳部分7的第一端面7a上，如图2中所示。
图3示出中间冷却器15的冷却器外壳16，该冷却器外壳在其第一冷却器端面18的区域内实施成敞开的，并且在其第二冷却器端面19的区域内实施成闭合的。冷却腔室17在内部的外壳套16a和外部的外壳套16b之间延伸。内部的外壳套16a在此围绕轴向的压缩机入口11。
图5和6示出带有布置于冷却腔室17中的冷却管路22的冷却器外壳16。
如在图7到11中所示，冷却腔室17通过金属的平坦的第一冷却壁和/或引导壁24分成各个环面段状的部分冷却腔室23，其中，第一冷却壁和/或引导壁24布置成辐条状地沿径向在冷却腔室17中均匀地围绕周缘分布。
第一冷却壁和/或引导壁24在此分别从冷却器外壳16的内部的外壳套16a延伸到外部的外壳套16b。在此，两个第一冷却壁和/或引导壁24和冷却器外壳16分别夹出基本上环面段状的部分冷却腔室23，其中，在第一实施例中，环面段状的部分冷却腔室23延伸约18°的角度范围β。每个冷却壁和/或引导壁24具有用于接纳冷却管路22的狭槽状凹陷部25(图8)。凹陷部25可实施成开口、较佳地具有与废气涡轮增压器2的横截面相同的形状。由此可以实现简化的安装。一方面，经预压缩的空气的流动管路经由冷却壁和/或引导壁24通过中间冷却器15。另一方面，通过冷却壁和/或引导壁24起到扩大与空气的热作用面积或接触面积的作用。冷却管路22和冷却壁和/或引导壁24处于热接触，这专门通过使冷却壁和/或引导壁24与冷却管路22焊接来实现。由此从空气中送到冷却壁和/或引导壁24处的热量传递到冷却管路22，并且该热量通过在其内流动的冷却剂排走。
压缩机级出口13和压缩机级入口14针对每个部分冷却腔室23位于相对窄的角度段中，其中，在该实施例中，压缩机级出口13布置在压缩机级入口14和旋转轴线10a之间。由此，在每个部分冷却腔室23中产生在压缩机级出口13和压缩机级入口14之间关于旋转轴线10a基本上沿径向定向的压滚流动，其中，冷却管路22基本上沿横向环流(被流过)。
为了在部分冷却腔室23中避免压缩机级出口13和压缩机级入口14之间的短接流动，在压缩机级出口13与同一部分冷却腔室23的相邻的压缩机级入口14之间布置有至少一个流动引导元件31，该流动引导元件例如可由压缩机外壳部分7构成。但也可以使流动引导元件31由冷却器外壳16或者单独的附加部件来形成。例如，该流动引导元件31可实施成环形凸缘元件，如图1中的横截面中可见。
在图12到22中所示的带有压缩机1a和废气涡轮机1b的废气涡轮增压器2的第二实施例与第一实施例的区别之处在于，在压缩机外壳部分7的第一端面7a的区域内设有多个、在此为三个离开第一压缩机级3的压缩机级出口13和多个、在此为三个进入第二压缩机级4的压缩机级入口14，其中，压缩机级出口13和压缩机级入口14例如具有圆形的完全横截面。
压缩机级出口13经由集成到压缩机外壳部分7中的出口通道26与第一压缩机级3的压力侧流动连接。同样，压缩机级入口14经由入口通道27与第二压缩机级4的吸入侧连接。出口通道26可在此在第一压缩机级3的压力侧的区域内螺旋形地围绕旋转轴线10a引导。压缩机级出口13和压缩机级入口14如此布置在第一端面7a的区域内，以使得压缩机级出口13和压缩机级入口14沿径向具有离旋转轴线10a基本上相等的间距。当压缩机级出口13和压缩机级入口14围绕旋转轴线10a虚拟旋转时至少部分地(按部段地)重叠时，存在压缩机级出口13和压缩机级入口14离旋转轴线10a的基本上相等的间距，如图16中明显可看出的那样。在图14中由箭头S示出压缩机级出口13和压缩机级入口14之间的空气流动。
中间冷却器15在此也具有第一冷却壁和/或引导壁24，该第一冷却壁和/或引导壁24径向地在内部的外壳套16a和外部的外壳套16b之间延伸，并且将冷却腔室17分成环面段状的部分冷却腔室23，如由图17和21最清楚地强调的那样。在所示的第二实施例中，部分冷却腔室23延伸约120°的角度范围β。在每个部分冷却腔室23中，还可布置有多个第二冷却壁和/或引导壁28，这些第二冷却壁和/或引导壁布置成基本上平行于冷却管路22、即相对于旋转轴线10a同心。第二冷却壁和/或引导壁28以及冷却管路22形成围绕旋转轴线10a的环面段状的流动通道32，该流动通道用于待冷却的空气，其中，冷却管路22基本上沿纵向由待冷却的空气流过。
第二冷却壁和/或引导壁28的端部与和第二冷却壁和/或引导壁28正交的第一冷却壁和/或引导壁24间隔开，以在此使得能够在流动通道32之间实现流动转移。关于部分冷却腔室23，来自第一压缩机级3的对应压缩机级出口13和进入第二压缩机级4的至少一个压缩机级入口14沿周向尽可能远地彼此间隔开，由此实现沿冷却管路22的纵向的显著流动以及将经预压缩空气良好地热量送到冷却壁和/或引导壁24、28或者冷却管路22。为了阐明这一点，在图17中插入压缩机级出口13和压缩机级入口14的位置。
当至少两个相邻的第二冷却壁和/或引导壁28经由导热的连接件29彼此热连接时，还可改善冷却效果。相邻的第二冷却壁和/或引导壁28之间的导热连接可例如由第二冷却壁和/或引导壁28的局部冲压部30来构成，该冲压部经由钎焊连接与相邻的第二冷却壁和/或引导壁28连接，如图19和20中所示那样。由此，一方面起到热连接的作用，另一方面将流动影响减到最小。
为了一目了然的原因没有示出特别较佳的变型，即所有冷却壁和/或引导壁24、28彼此热连接并且直接或者间接与冷却管路22热连接，例如以上面描述的方式进行热连接。
通过每个实施变型，能以非常紧凑的方式实现第一压缩机级3和第二压缩机级4之间预压缩空气的有效中间冷却，并且因此显著避免对废气涡轮增压器2的热负荷。由此给出更高的机械耐久性。此外，通过对空气的冷却，提高了第二压缩机级4以及后面安装的发动机的效率。
Claims (19)
1.一种用于内燃机的多级式废气涡轮增压器(2)、特别是高压涡轮增压器，所述废气涡轮增压器包括具有至少一个涡轮机转子的废气涡轮机(1b)和压缩机(1a)，所述压缩机具有第一压缩机级(3)和第二压缩机级(4)，所述压缩机(1a)包括布置在废气涡轮增压器外壳(8)的压缩机外壳部分(7)中的至少一个压缩机转子(9)，其中，涡轮机转子和压缩机转子(9)布置于在废气涡轮增压器外壳(8)中围绕旋转轴线(10a)可旋转地支承的共同的轴(10)上，其中，所述压缩机外壳部分(7)具有连接到新鲜空气管路的轴向的压缩机入口(11)，其中，中间冷却器(15)在流动方面布置在所述第一压缩机级(3)和所述第二压缩机级(4)之间，并且所述中间冷却器(15)与来自所述第一压缩机级(3)的至少一个压缩机级出口(13)流动连接，并且与进入所述第二压缩机级(4)的至少一个压缩机级入口(14)流动连接，其特征在于，所述中间冷却器(15)具有与所述压缩机外壳部分(7)连接的冷却器外壳(16)，并且所述中间冷却器(15)直接连接到所述至少一个压缩机级出口(13)和所述至少一个压缩机级入口(14)，其中，来自所述第一压缩机级(3)的所述至少一个压缩机级出口(13)和进入所述第二压缩机级(4)的所述至少一个压缩机级入口(14)布置在所述压缩机外壳部分(7)的较佳为环形的第一端面(7a)的区域内。
2.如权利要求1所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，所述冷却器外壳(16)具有基本上环面的形状(甜甜圈或者硬面包圈形状)、较佳地具有梯形或者矩形环面，其中，所述冷却器外壳(16)布置成相对于所述旋转轴线(10a)同心，并且较佳地围绕轴向的压缩机入口(11)。
3.如权利要求1或2所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，所述第一端面(7a)布置在所述压缩机外壳部分(7)的背向所述废气涡轮机(1b)的侧面上。
4.如权利要求1到3中任一项所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少一个压缩机级出口(13)和/或至少一个压缩机级入口(14)构造成相对于所述废气涡轮增压器(2)的所述轴(10)的所述旋转轴线(10a)同轴延伸。
5.如权利要求1到4中任一项所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少一个压缩机级出口(13)和/或至少一个压缩机级入口(14)在所述压缩机外壳部分(7)中布置成围绕所述废气涡轮增压器(2)的所述轴(10)的所述旋转轴线(10a)环形或者螺旋形延伸。
6.如权利要求1到3中任一项所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少一个压缩机级出口(13)和/或至少一个压缩机级入口(14)关于所述旋转轴线(10a)布置在不同的角度范围内。
7.如权利要求1到6中任一项所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，在所述冷却器外壳(16)中布置有引导冷却液的、较佳地围绕所述旋转轴线(10a)环形和/或螺旋形盘绕的冷却管路(22)。
8.如权利要求1到7中任一项所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，所述中间冷却器(15)和/或所述冷却器外壳(16)在第一冷却器端面(18)的朝向所述压缩机外壳部分(7)的区域中构造成基本上是敞开的。
9.如权利要求1到8中任一项所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，在所述中间冷却器(15)内布置有至少一个较佳为金属的、用于待冷却空气的冷却壁和/或引导壁(24,28)。
10.如权利要求9所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少一个第一冷却壁和/或引导壁(24)、较佳是多个第一冷却壁和/或引导壁(24)布置成关于所述旋转轴线(10a)径向延伸、特别较佳地围绕周缘均匀地分布。
11.如权利要求9或10所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少一个冷却壁和/或引导壁(24,28)具有用于所述冷却管路(22)的至少一个凹陷部(25)。
12.如权利要求10或11所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少两个第一冷却壁和/或引导壁(24)和所述冷却器外壳(16)夹出基本上环面段状的部分冷却腔室(23)，其中，较佳地至少一个环面段状的部分冷却腔室(23)延伸至少约10°的角度范围(β)。
13.如权利要求12所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，在至少一个部分冷却腔室(23)之内，来自所述第一压缩机级(3)的至少一个压缩机级出口(13)和进入所述第二压缩机级(4)的至少一个压缩机级入口(14)具有相对于所述旋转轴线(10a)的不同的径向距离，其中较佳地，至少一个压缩机级出口(13)沿径向布置在压缩机级入口(14)和旋转轴线(10a)之间，或者至少一个压缩机级入口(14)沿径向布置在压缩机级出口(13)和旋转轴线(10a)之间。
14.如权利要求13所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，环面段状的部分冷却腔室(23)的角度范围(β)最大为约90°、较佳地最大为约60°、特别较佳地为约18°。
15.如权利要求13或14所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，在至少一个压缩机级出口(13)和同一个部分冷却腔室(23)的相邻的压缩机级入口(14)之间布置有至少一个流动引导元件(31)。
16.如权利要求12所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，在至少一个部分冷却腔室(23)中，来自所述第一压缩机级(3)的至少一个压缩机级出口(13)和进入所述第二压缩机级(4)的至少一个压缩机级入口(14)沿周向彼此间隔开，其中，较佳地在所述部分冷却腔室(23)内，所述压缩机级出口(13)和所述压缩机级入口(14)布置成与所述旋转轴线(10a)隔开基本上相等的距离。
17.如权利要求16所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，环面段状的部分冷却腔室(23)的角度范围(β)至少为约90°、较佳地至少为约120°。
18.如权利要求16或17所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少一个第二冷却壁和/或引导壁(28)布置成基本上平行于冷却管路(22)延伸，其中，较佳地所述第二冷却壁和/或引导壁(28)相对于至少一个相邻的第一冷却壁和/或引导壁(24)具有一距离。
19.如权利要求18所述的废气涡轮增压器(2)，其特征在于，至少两个相邻的第二冷却壁和/或引导壁(28)通过至少一个导热的连接件(29)彼此固定连接。
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