CN110603376B - 多级增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多级增压器，具备：涡轮壳体(TH)，其包括具有第一涡轮叶轮收纳室(29)的第一副壳体(26)以及具有与第一涡轮叶轮收纳室(29)串联地排列的第二涡轮叶轮收纳室(49)的第二副壳体(46)；第一压缩机壳体(24)，其经由第一轴承壳体(28)与涡轮壳体(TH)连结；以及第二压缩机壳体(44)，其经由第二轴承壳体(48)与涡轮壳体(TH)连结。第一副壳体(26)和第二副壳体(46)一体形成。

Description

多级增压器
技术领域
本公开涉及一种具备串联地排列的多个增压器的多级增压器。
背景技术
多级增压器是具备多个增压器的增压装置，并且已知与仅具备一台增压器的增压装置相比，能够确保更大的工作范围。各种多级增压器中，沿废气的流动方向串联地排列有两台增压器的装置被称作串联型多级增压器、串联连续双涡轮增压器(series sequentialtwin turbo)等。在串联型多级增压器中，在发动机的低速旋转区域内高压侧的(第一级的)增压器工作，并在发动机的高速旋转区域内低压侧的(第二级的)增压器工作。通过这样的工作，工作范围扩大。
专利文献1中公开上述的串联型多级增压器。专利文献1的多级增压器具有形成于各增压器的压缩机外壳(压缩机壳体)的旁通流路。被抽吸至多级增压器的空气在旁通流路流动，从而绕过压缩机叶轮。通过这样的构造的导入，不需要与压缩机外壳相独立地准备旁通流路，并且抑制发动机周围的配管变得复杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-85043号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1关注发动机周围的配管的复杂化，如此，发动机室内的部件件数的增加阻碍车辆的轻型化、油耗的降低，降低组装时、修理时的作业性，这是永久的课题。这对于多级增压器也是相同的。
本公开是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够确保工作范围的扩大且能够实现小型化的串联型多级增压器。
用于解决课题的方案
本公开的一个方案是一种多级增压器，其主旨在于，具备：涡轮壳体，其包括具有第一涡轮叶轮收纳室的第一副壳体、以及具有与上述第一涡轮叶轮收纳室串联地排列的第二涡轮叶轮收纳室的第二副壳体；第一压缩机壳体，其经由第一轴承壳体与上述涡轮壳体连结；以及第二压缩机壳体，其经由第二轴承壳体与上述涡轮壳体连结，上述第一副壳体和上述第二副壳体一体形成。
优选上述涡轮壳体具有：与第一涡轮叶轮收纳室连通的第一进气路及第一排气路；以及与第二涡轮叶轮收纳室连通的第二进气路及第二排气路。优选上述第一进气路在上述第一副壳体的凸缘处开口，上述第二进气路也在上述第一副壳体的凸缘处开口，上述第二排气路在上述第二副壳体的凸缘处开口，上述第一进气路在上述第一副壳体的凸缘处、上述第二进气路在上述第一副壳体的凸缘处以及上述第二排气路在上述第二副壳体的凸缘处朝向上述第一副壳体和上述第二副壳体的外部朝向大致相同的方向开口。
优选上述第一副壳体以及上述第二副壳体经由上述第二进气路而相互连接并且相互分离。
优选上述第二进气路相对于上述第二涡轮叶轮收纳室的涡旋流路延伸的面倾斜。
优选上述第一压缩机壳体以及上述第二压缩机壳体分别独立地形成。
发明的效果如下。
根据本公开，可提供一种能够确保工作范围的扩大且能够实现小型化的串联型多级增压器。
附图说明
图1是具备本公开的一个实施方式的多级增压器的增压系统的简要结构图。
图2是示出本实施方式的多级增压器的壳体的俯视图(顶视图)。
图3是示出本实施方式的涡轮壳体的主视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式的多级增压器进行说明。此外，对各图中共同的部分标注同一符号，并省略重复的说明。图1是具备本实施方式的多级增压器的增压系统的简要结构图。
本实施方式的增压系统10例如适用于图1所示的发动机系统100。因此，首先说明发动机系统100。发动机系统100具备增压系统10、发动机101、中间冷却器102、净化装置103、以及ECU(Engine Control Unit)104。发动机系统100例如搭载于车辆。
发动机101是搭载有发动机系统100的车辆的动力源。发动机101是内燃机，使由增压系统10压缩后的空气和燃料的混合气体燃烧来生成动力。并且，发动机101使混合气体燃烧，并将燃烧所产生的废气供给至增压系统10。
中间冷却器102对从增压系统10供给至发动机101的压缩空气进行冷却。中间冷却器102的入口侧与后述的增压系统10的第一压缩机(后述)21以及第二压缩机(后述)41连接，中间冷却器102的出口侧经由发动机101的进气歧管105与增压系统10连接。
净化装置103对从增压系统10排出的废气进行净化。净化装置103例如由捕捉粒子状物质的过滤器、促进有害成分的氧化反应或者还原反应的催化剂等构成。
ECU104控制发动机系统100整体。例如，ECU105根据发动机101的输出(例如转速、从转速估计的废气的流量)来控制增压系统10内的进气切换阀(后述)60、排气切换阀(后述)61以及废气闸阀(后述)62的开闭、其开度。
接下来说明增压系统10。
增压系统10利用发动机101的废气来压缩空气，并将该压缩空气供给至发动机101。如图1所示，增压系统10具备第一增压器(主增压器、高压级增压器)20、第二增压器(副增压器、低压级增压器)40、进气切换阀60、排气切换阀61、以及废气闸阀62。第一增压器20和第二增压器40沿废气的流动方向串联地排列。即，本实施方式的增压系统10采用串联型多级增压器。
第一增压器20在废气的流动方向上配置于比第二增压器40靠上游侧的位置。第一增压器20具备第一压缩机(高压级压缩机)21和第一涡轮(高压级涡轮)22。此外，第一增压器20也可以具备对朝向第一涡轮22的废气的喷出速度进行调整的可变喷嘴单元(未图示)。
第一压缩机21具备第一压缩机叶轮23和能够旋转地收纳第一压缩机叶轮23的第一压缩机壳体24。第一涡轮22具备第一涡轮叶轮25和能够旋转地收纳第一涡轮叶轮25的第一涡轮壳体(第一副壳体)26。第一轴27连结第一压缩机叶轮23与第一涡轮叶轮25，并由该轴承(未图示)支撑为能够旋转。轴承(未图示)安装于第一轴承壳体28。若第一涡轮叶轮25因废气的流通而旋转，则第一压缩机叶轮23也旋转。通过该第一压缩机叶轮23的旋转，生成压缩空气。
第二增压器40在废气的流动方向上配置于比第一增压器20靠下游侧的位置，并具有比第一增压器20大的容量。第二增压器40具备第二压缩机(低压级压缩机)41和第二涡轮(低压级涡轮)42。此外，第二增压器40也可以具备对朝向第二涡轮42的废气的喷出速度进行调整的可变喷嘴单元(未图示)。
第二压缩机41具备第二压缩机叶轮43和能够旋转地收纳第二压缩机叶轮43的第二压缩机壳体44。第二涡轮42具备第二涡轮叶轮45和能够旋转地收纳第二涡轮叶轮45的第二涡轮壳体(第二副壳体)46。第二轴47连结第二压缩机叶轮43与第二涡轮叶轮45，并由该轴承(未图示)支撑为能够旋转。轴承(未图示)安装于第二轴承壳体48。若第二涡轮叶轮45因废气的流通而旋转，则第二压缩机叶轮43也旋转。通过该第二压缩机叶轮43的旋转，生成压缩空气。
此外，第一涡轮22的第一涡轮壳体26和第二涡轮42的第二涡轮壳体46一体形成为单个涡轮壳体TH(参照图2)。即，第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46不经由凸缘等连接部件而相互连接。
进气切换阀60设于绕过第一压缩机21且连通第一压缩机21的进气侧与排出侧的旁通流路63，对旁通流路63进行开闭。进气切换阀60在第一压缩机21驱动的情况下关闭。在该情况下，从第二压缩机41排出的压缩空气流入第一压缩机21并被压缩，之后经由进气歧管105供给至发动机101的进气侧。
另一方面，进气切换阀60在第一压缩机21未驱动的情况下打开。在该情况下，从第二压缩机41排出的压缩空气绕过第一压缩机21，并且经由进气歧管105供给至发动机101的进气侧。即，进气切换阀60允许经由旁通流路63从第二压缩机41向发动机101流动压缩空气。此外，进气切换阀60构成为防止压缩空气从发动机101向第二压缩机41逆流。也就是说，进气切换阀60也作为所谓的止回阀发挥功能。
排气切换阀61设于绕过第一涡轮22且连通第一涡轮22的进气侧与排出侧的旁通流路64，对旁通流路64进行开闭。在排气切换阀61关闭的期间，从发动机101排出的废气通过第一增压器20的第一涡轮叶轮25，之后从第一增压器20排出。其结果，第一涡轮叶轮25旋转，通过该旋转，第一压缩机21执行空气的压缩。
另一方面，在排气切换阀61打开的期间，从发动机101排出的废气通过旁通流路64并从第一增压器20排出，之后供给至第二增压器40。换言之，废气绕过第一涡轮叶轮25而从第一增压器20排出，并供给至第二增压器40。也就是说，排气切换阀61通过打开旁通流路64，来使第一压缩机21所执行的空气的压缩停止。
废气闸阀62设于绕过第二涡轮42且连通第二涡轮42的进气侧与排出侧的旁通流路65，对旁通流路65进行开闭。在废气闸阀62打开的期间，上述废气的一部分通过旁通流路65并从第二增压器40排出，之后流入净化装置103。换言之，上述废气的一部分绕过第二涡轮叶轮45而从第二增压器40排出，之后流入净化装置103。此外，通过ECU105或者第二压缩机41的增压压力来调节废气闸阀62的开度。
另一方面，在废气闸阀62关闭的期间，从第一增压器20排出或者经由旁通流路64排出的废气通过第二增压器40的第二涡轮叶轮45，之后从第二增压器40排出。其结果，第二涡轮叶轮45旋转，通过该旋转，第二压缩机41执行空气的压缩。
此外，废气闸阀62的开度根据发动机101要求的增压压力等而变化。即，废气闸阀62的开度从全开变化至全闭。由此能够对流入第二涡轮叶轮45的废气的量(即第二涡轮叶轮45以及第二压缩机叶轮43的转速)进行调整。
接下来说明本实施方式的多级增压器的壳体。图2是示出本实施方式的多级增压器的壳体的俯视图(顶视图)。图3是示出本实施方式的涡轮壳体的主视图。
如图2所示，第一增压器20的壳体由第一涡轮壳体26、第一压缩机壳体24、以及第一轴承壳体28构成。在第一轴承壳体28的一端连接有第一涡轮壳体26，在第一轴承壳体28的另一端连接有第一压缩机壳体。换言之，第一压缩机壳体24经由第一轴承壳体28与第一涡轮壳体26连结。
同样，第二增压器40的壳体由第二涡轮壳体46、第二压缩机壳体44、以及第二轴承壳体48构成。在第二轴承壳体48的一端连接有第二涡轮壳体46，在第二轴承壳体48的另一端连接有第一压缩机壳体。换言之，第二压缩机壳体44经由第二轴承壳体48与第二涡轮壳体46连结。
此外，第一增压器20以及第二增压器40的各壳体例如通过铸造来形成。
如上所述，第一涡轮壳体26以及第二涡轮壳体46一体形成为单个涡轮壳体TH。即，第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46不经由凸缘等连接部件而相互连接，从而构成作为单个构造体的涡轮壳体TH。
如图3所示，第一涡轮壳体26具有第一涡轮叶轮收纳室29。第一涡轮叶轮收纳室29包括与第一涡轮叶轮25的形状相配的轴对称形状，对第一涡轮叶轮25进行收纳。第一涡轮叶轮收纳室29具有第一涡轮叶轮25的插入口30。插入口30在面向第一轴承壳体28的凸缘(肋)31处开口。
第一涡轮壳体26具有第一涡旋流路32、第一进气路33、以及第一排气路34。第一涡旋流路32设于第一涡轮叶轮收纳室29的外周，并与第一涡旋流路32连通。第一涡旋流路32以第一涡轮叶轮收纳室29的对称轴(即第一涡轮叶轮的旋转中心轴)为基准，呈漩涡状地沿第一涡轮叶轮25的周向延伸。并且，第一涡旋流路32的截面积从其卷绕开始侧起沿废气的流动方向渐渐减少。
第一进气路33与第一涡旋流路32的卷绕开始侧的端部(即截面积最大的部分)连接。并且，第一进气路33在第一涡轮壳体26的凸缘(肋)35处开口，并与发动机101的排气歧管106连接。此外，凸缘35隔着第一涡轮叶轮收纳室29而位于与凸缘31相反的一侧。
第一排气路34(第一排气路34的一端侧)以朝向第一涡轮叶轮25的后缘(Trailingedge)开口的方式与第一涡轮叶轮收纳室29连通。并且，在第一涡轮壳体26的内部，第一排气路34(第一排气路34的另一端侧)与第二增压器40的第二进气路53连通。
第二涡轮壳体46具有第二涡轮叶轮收纳室49。第二涡轮叶轮收纳室49包括与第二涡轮叶轮45的形状相配的轴对称形状，对第二涡轮叶轮45进行收纳。第二涡轮叶轮收纳室49具有第二涡轮叶轮45的插入口50。插入口50在面向第二轴承壳体48的凸缘(肋)51处开口。
如上所述，本实施方式的增压系统10采用串联型多级增压器。因此，第一涡轮壳体26的第一涡轮叶轮收纳室29和第二涡轮壳体46的第二涡轮叶轮收纳室49在涡轮壳体TH内沿废气的流动方向串联地排列。
第二涡轮壳体46具有第二涡旋流路52、第二进气路53、以及第二排气路54。第二涡旋流路52设于第二涡轮叶轮收纳室49的外周，并与第二涡旋流路52连通。第二涡旋流路52以第二涡轮叶轮收纳室49的对称轴(即第二涡轮叶轮的旋转中心轴)为基准，呈漩涡状地沿第二涡轮叶轮45的周向延伸。并且，第二涡旋流路52的截面积从其卷绕开始侧起沿废气的流动方向渐渐减少。
第二进气路53与第二涡旋流路52的卷绕开始侧的端部(即截面积最大的部分)连接。第二进气路53从第二涡旋流路52延伸至第一涡轮壳体26的凸缘35，并在凸缘35处开口。也就是说，第一进气路33和第二进气路53在同一凸缘35处开口。第二进气路53经由排气切换阀61与发动机101的排气歧管106连接。
第二进气路53形成为筒状，其截面积(开口面积)随着从第二涡旋流路52朝向凸缘35而渐渐增加。第二进气路53在第二涡旋流路52至凸缘35之间构造不断开。也就是说，第二进气路53不具有用于连接第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46的接头构造(例如凸缘)。
第二排气路54(第二排气路54的一端侧)以朝向第二涡轮叶轮45的后缘(Trailingedge)开口的方式与第二涡轮叶轮收纳室49连通。并且，第二排气路54(第二排气路54的另一端侧)在第二涡轮壳体46的凸缘(肋)55处开口。凸缘55隔着第二涡轮叶轮收纳室49而位于与凸缘51相反的一侧。
废气闸阀62设置于第二涡轮壳体46。旁通流路65形成于第二进气路53的内壁53a，并与第二排气路54连通。废气闸阀62对第二排气路54的第二进气路53侧进行开闭。
在本实施方式中，第一涡轮壳体(第一副壳体)26和第二涡轮壳体(第二副壳体)46一体形成为单个涡轮壳体TH。也就是说，不需要用于连接各壳体的接头构造(例如凸缘)。因此，能够确保工作范围的扩大，并且使多级增压器变得小型。
此外，如图2以及图3所示，构成第二进气路53的配管连接第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46。换言之，第二增压器40的第二进气路53的入口侧与第一增压器20的第一涡轮壳体26形成为一体。这样，第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46也可以经由第二进气路53相互连接、且相互分离。换言之，除第二进气路53之外，第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46也可以经由空隙设置。在该情况下，第二进气路53作为弹性体发挥功能，极力抑制(绝缘)伴随废气的流通产生的第一涡轮壳体26的热变形与第二涡轮壳体46的热变形的相互影响(例如应力的混合)。并且，由于抑制第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46之间的相互的热流动，所以也能够抑制由这样的热流动产生的热损失。
并且，在能够维持第一涡轮壳体26与第二涡轮壳体46的连结、防止废气的泄漏的范围内，构成第二进气路53的配管的厚度也可以设定为极小的值。由于随着配管的厚度变小而配管的热容量减少，所以至少能够抑制在第二进气路53内流动的废气的热损失。
如图2以及图3所示，凸缘35与凸缘55也可以相互平行地定位。即，第一进气路33、第二进气路53以及第二排气路54也可以朝向相同的方向开口。但是，此处所述的“相同”是指“大致相同”、换言之“实际上相同”的意思，并非要求它们在完全相同的方向上开口。在该情况下，由于上述关联部件在各流路开口的方向上存在的比例增加，所以提高作业性。
如图2所示，第二进气路53也可以相对于第二涡旋流路52延伸的面R倾斜。此处，面R例如是与第二涡轮叶轮收纳室49的对称轴正交的平面。由于能够避免经由第二进气路53向第二涡旋流路52流动的废气的流动方向急剧地偏转，所以能够抑制涡轮效率的减少。
如图2所示，第一压缩机壳体24以及第二压缩机壳体44也可以分别独立地形成。在该情况下，连接第一压缩机壳体24与第二压缩机壳体44的配管优选具有赋予挠性的构造。如上所述，伴随废气的流通，第一涡轮壳体26以及第二涡轮壳体46热变形。通过分别独立地形成第一压缩机壳体24以及第二压缩机壳体44，能够抑制由程度不同的各涡轮壳体的变形引起的新应力的产生。
此外，本公开不限定于上述的实施方式，而由权利要求书的记载示出，并且包括在与权利要求书的记载均等的意思以及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种多级增压器，其特征在于，具备：
涡轮壳体，其包括具有第一涡轮叶轮收纳室的第一副壳体、以及具有与上述第一涡轮叶轮收纳室串联地排列的第二涡轮叶轮收纳室的第二副壳体；
第一压缩机壳体，其经由第一轴承壳体与上述涡轮壳体连结；以及
第二压缩机壳体，其经由第二轴承壳体与上述涡轮壳体连结，
上述第一副壳体和上述第二副壳体一体形成，
上述涡轮壳体具有：
与上述第一涡轮叶轮收纳室连通的第一进气路及第一排气路；以及
与上述第二涡轮叶轮收纳室连通的第二进气路及第二排气路，
上述第一进气路在上述第一副壳体的凸缘处开口，上述第二进气路也在上述第一副壳体的凸缘处开口，上述第二排气路在上述第二副壳体的凸缘处开口，
上述第一进气路在上述第一副壳体的凸缘处、上述第二进气路在上述第一副壳体的凸缘处以及上述第二排气路在上述第二副壳体的凸缘处朝向上述第一副壳体和上述第二副壳体的外部朝向大致相同的方向开口。
2.根据权利要求1所述的多级增压器，其特征在于，
上述第一副壳体以及上述第二副壳体经由上述第二进气路而相互连接并且相互分离。
3.根据权利要求2所述的多级增压器，其特征在于，
上述第二进气路相对于上述第二涡轮叶轮收纳室的涡旋流路延伸的面倾斜。
4.根据权利要求1～3任一项中所述的多级增压器，其特征在于，
上述第一压缩机壳体以及上述第二压缩机壳体分别独立地形成。
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