CN111350583A - 用于内燃机的涡轮增压器 - Google Patents

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CN111350583A CN201910127705.2A CN201910127705A CN111350583A CN 111350583 A CN111350583 A CN 111350583A CN 201910127705 A CN201910127705 A CN 201910127705A CN 111350583 A CN111350583 A CN 111350583A
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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的涡轮增压器。压缩机，该压缩机包括用于驱动第一压缩机叶轮(4)的电动机(3)，其中在至少一种运行状态中，该内燃机(1)的进气侧的第一气流(5a)被该压缩机(2)压缩，其中该压缩机(2)包括用于该第一气流(5a)的第一压缩机路径(5)和用于该第二气流(6a)的第二压缩机路径(6)，其中尤其该第二气流(6a)在至少一种运行状态中作为次级空气流(6a)通入该内燃机(1)的排气流(8)中。

Description

用于内燃机的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机的增压的压缩机。
背景技术
EP 1 154 133 B1描述了一种具有内燃机、涡轮增压器和辅助压缩机的组件，其中该辅助压缩机用作次级空气泵，以便将空气输送到催化转化器中。
本发明的目的在于，提供一种用于给内燃机增压的压缩机，该压缩机可以实现在内燃机的气体系统中的特别灵活的使用。
发明内容
针对开篇所述的压缩机，该目的根据本发明通过权利要求1的特征来实现。通过为第一气流和第二气流提供两个压缩机路径，尤其可以满足对于质量流量和压力状况不同的要求。
通常，处于至少一种运行状态的第二气流优选地作为次级空气流通入内燃机的排气流中。由此可以实现快速加热，例如在冷启动时用于排气净化的催化器的加热。在此第二压缩机路径满足了通常的次级空气系统的功能，其中可以省去单独的次级空气泵。
原则上，根据本发明的电力驱动的压缩机可以被设计用于永久运行。在这种设计中，压缩机可以作为内燃机的气体系统中的唯一压缩机存在。来自压缩机的压缩气体通常可以是空气或空气-排气混合物。
但是，压缩机通常优选地作为附加部件提供，例如提供给一个或多个涡轮增压器。在这种配置中，电力驱动的压缩机也称为“E升压器(E-Booster)”。电力驱动的压缩机在此主要具有确保气流的快速反应的瞬态压缩的功能，例如在加速过程中。
因此，根据本发明的电力驱动的压缩机可以尤其最佳地集成E升压器和次级空气泵的功能。
本发明优选地涉及用于机动车辆的内燃机的压缩机，特别优选乘用车辆，但不限于此。
在本发明的优选实施方式中提出，第一压缩机路径经由第一压缩机叶轮驱动，而第二压缩机路径经由第二压缩机叶轮驱动。特别优选地，压缩机叶轮在此布置在共同的驱动轴上。由此使得用于这两个气流的质量流量和压力状况的特别独特的设计成为可能。
在第一种可能的细节设计中，压缩机叶轮各自具有轴向指向的气体供应部，其中，压缩机叶轮相对于气体供应部反向地定向。由此，可以实现紧凑的构造形式，其中尤其是两个压缩机叶轮的旋转质量集中在短的轴向距离上。
在一种替代于此的细节设计中，压缩机叶轮各自具有轴向指向的气体供应部，其中，压缩机叶轮相对于气体供应部同向地定向。在此，获得了旋转质量在更大轴向距离上的分布。
通常，为了简单的构造方式可以提出，两个压缩机叶轮布置在电动机的同一侧。
在一种替代于此的实施方式中，电动机也可以布置在这两个压缩机叶轮之间。由此，通过对应的旋转支承件可以实现对所发生的旋转加速力的特别好的和对称的支撑。
在另一替代性的实施方式中可以提出，这两个气流形成为多流压缩机壳体的不同分支。由此，能够以简单的方式产生质量流量和压力状况的不同组合，其中有利地是只需要一个压缩机叶轮。
在通常有利的实施方式中，第二压缩机路径在至少一种运行状态中在用于排气后处理的设备、优选催化器的上游通入到内燃机的排气流中。由此，排气后处理装置或催化器在冷启动时可以通过第二气流的放热反应，例如使用未焚烧的燃料更快地达到运行温度。
同样通常有利的是，除了排气涡轮增压器之外，压缩机可以布置在内燃机的气体系统中。这种布置优选地在空气侧串联地在排气涡轮增压器的上游或下游进行。在此，在静止运行中的排气涡轮增压器很大程度地或完全地进行新鲜空气充气，其中电力驱动的压缩机根据需要作为辅助的压缩机级接通。在这种功能中，该压缩机也称为E升压器。
根据要求，第二压缩机路径可以在排气涡轮增压器的上游或下游通入内燃机的排气流中。特别优选地在排气涡轮增压器的上游进行通入。
通常有利的是，在运行状态中第二气流和第一气流可以汇集。由此避免了摩擦损耗，例如，在不使用的情况下当第二压缩机路径阻塞时可能产生。这种解决方案可以例如通过多向阀，尤其是二路三通阀实现。替代于此，在不使用时第二压缩机路径仍然可以被阻塞或引导到大气中，或者与内燃机或车辆系统共同作用用于其他目的。
从以下描述的实施例及从属权利要求中得出本发明的其他优点和特征。
下面描述本发明的多个优选实施例并结合附图来详述。
附图说明
图1示出了在内燃机的气体系统中的根据本发明的压缩机的功能图。
图2示出了图1的压缩机的第一实施例的空间视图。
图3示出了图2的压缩机沿着轴的轴线的截面视图。
图4示出了图1的压缩机的第二实施例的空间视图。
图5示出了图4的压缩机沿着轴的轴线的截面图。
图6示出了图1的压缩机的第三实施例的空间视图。
图7示出了图6的压缩机沿着轴的轴线的截面图。
图8示出了图1的压缩机的第四实施例的空间视图。
图9示出了在内燃机的气体系统中的根据本发明的压缩机的第二功能图。
具体实施方式
图1中所示的功能图示出了乘用车辆的内燃机1。内燃机的气体系统包括压缩机2，该压缩机由电动机3驱动。
电动机3驱动第一压缩机叶轮4(也参见图3、图6和图7)，借助于该第一压缩机叶轮，内燃机1的入口侧的第一气流5a在内燃机的常规运行状态下通过压缩机2压缩。
根据本发明的压缩机2包括用于第一气流5a的第一压缩机路径5和用于第二气流6a的第二压缩机路径6。第二气流6a至少在一种运行状态下作为次级空气流(SLS)7通入内燃机1的排气流8中。
由此可以实现用于排气后处理9的设备的快速加热，例如在内燃机1冷启动时用于排气净化的催化器9的加热。在此第二压缩机路径6满足了通常的次级空气系统的功能，其中省去了单独的次级空气泵。
原则上，根据本发明的电力驱动的压缩机可以被设计用于永久运行。在这种设计中，压缩机可以作为内燃机的气体系统中的唯一压缩机存在。但是，在根据图1至图9的所有所述实施例的情况下，压缩机作为附加部件设置到排气涡轮增压器10。在这种配置中，电力驱动的压缩机2也称为“E升压器”。电力驱动的压缩机2在此主要具有确保第一气流5a的快速反应的瞬态压缩的功能，例如在内燃机1的加速过程中。根据本发明的电力驱动的压缩机2集成了E升压器和次级空气泵的功能。
此处所描述的压缩机2涉及用于机动车辆、优选乘用车辆的内燃机的压缩机2。
在根据图2和图3的根据本发明的压缩机2的具体的第一实施方式中提出，第一压缩机路径5被第一压缩机叶轮4驱动，而第二压缩机路径6被第二压缩机叶轮11驱动。压缩机叶轮4、11在此布置在共同的驱动轴12上。由此使得用于这两个气流5a、6a的质量流量和压力状况的特别独特的设计成为可能。
如图3中可看到的，压缩机叶轮4、11在此各自具有轴向或平行于驱动轴12的轴线A取向的气体供应部13、14，其中与气体供应部13、14有关的压缩机叶轮4、11相反地定向。由此，可以实现紧凑的构造形式，其中尤其是两个压缩机叶轮4、11的旋转质量集中在短的轴向距离上。
压缩机2的壳体15在此具有相对于轴线A平行并同轴的第一进气空间13作为气体供应部，第一气流5a的气体通过该第一进气空间被引导至第一压缩机叶轮4。
管道16被引导经过第一压缩机路径5的第一螺旋部17到达第二压缩机路径6的第二进气空间14。第二气流6a作为气体供应从管道16进入第二进气空间14，并且在第二进气空间中与第二压缩机叶轮11上的与第一气流5a相反的轴向方向上流动。通过第二压缩机叶轮11，第二气流6a被输送到第二螺旋部18中。
尤其图3的截面视图示出了，压缩机叶轮4、11相反地定向，并且与相应的后侧彼此相对。
旋转支承件19位于基本上呈盘状的、垂直于轴线A延伸的压缩机2的基板20上的两个压缩机叶轮4、11之间。第一壳体部分21和第二壳体部分22各自形成两个压缩机路径5、6的螺旋部17、18。螺旋部17、18的末端各自与对应的管道(未示出)连接，用于输送压缩气体流。在第一实施例的情况下，压缩机叶轮4、11和压缩机路径5、6都布置在电动机3的同一侧。
根据图4和图5的根据本发明的压缩机的第二实施例与第一实施例的不同之处在于，气体供应部13、14的两个压缩机叶轮4、11在相同的方向上定向。在此，获得了旋转质量在更大轴向距离上的分布。
对应于这种构造方式，第二进气空间14在轴向方向上布置在压缩机叶轮4、11之间。用于较大的第一气流5a的第一进气空间13位于壳体15的前端，如第一实施例所示。
只要有意义，第二实施例的功能相同的部件具有与第一实施例相同的附图标记。
根据图6和图7的根据本发明的第三实施例，电动机3布置在两个压缩机叶轮4、11之间。由此，通过对应的旋转支承件可以实现对所发生的旋转加速力的特别好的和对称的支撑。
轴12完全穿过电动机3，并且在电动机的每个末端处突出，以分别安装压缩机叶轮4、11中的一个。两个气流5a、6a在轴向上彼此相反地引导。为此，中心气体供应部23分支成第一气流5a的管道24和第二气流6a的管道16。然后，管道16、24各自包括一个180°的改向器，使得相反方向的汇合在相应的进气空间13、14中进行(参见图6和图7)。
在根据图8的根据本发明的第四实施例中，两个气流5a、6a形成为多流压缩机壳体15’的不同分支。由此，能够以简单的方式产生质量流量和压力状况的不同组合，其中有利地是只需要一个压缩机叶轮4(在图8中未示出)。电动机在图8中未示出，但是如在图2到图5的实施例的情况下侧向地法兰连接到壳体15’上。
根据本发明的压缩机2的所有上述实施例可以各自根据图1或图9的功能图之一用于组件或气体系统中。
在根据图1和图9的每个气体系统中，在至少一种运行状态中第二压缩机路径6的第二气流6a经由用于排气后处理装置9(存在催化剂)的上游管路通入到内燃机1的排气流8中。由此，排气后处理装置9或催化器9在冷启动时可以通过第二气流6a的放热反应，例如使用未焚烧的燃料更快地达到运行温度。
除了排气涡轮增压器10之外，压缩机2布置在内燃机1的根据图1和图9的气体系统中。压缩机在空气侧串联地布置在排气涡轮增压器10的下游。在此，在静止运行中的排气涡轮增压器很大程度地或完全地进行新鲜空气充气，其中电力驱动的压缩机2根据需要作为辅助的压缩机级接通。为此，设置有借助阀25的可切换的旁路管道26，通过该旁路管道，压缩机2在不使用时被完全旁路。阀25可以形成为切换阀或可调节的节流阀。
第二压缩机路径6和第二气流6a在排气涡轮增压器10或其涡轮机的上游通入到内燃机1的排气流中。排气涡轮增压器10可以在当前情况下通过涡轮机侧的旁通阀27调节其功率。
在导向内燃机1的总气流中，还集成了可调节的节流阀28。由此，内燃机1的气体供应通常可以根据需要进行节流。根据运行状态，可以通过节流阀28通过反作用对第二压缩机6中的输送量也产生影响。
在压力侧的第二气流6a中，在根据图1、图9的每个功能图中设置阀29、30，以便根据需要中断用于排气流8的次级进气引导。
在根据图1的第一功能图的情况下，涉及简单的可切换的关闭阀29。根据要求，关闭阀也可以设计为可调节的节流阀。在关闭阀29打开时，第二压缩机路径6的气体或新鲜空气流入排气流8。该切换位置尤其在冷启动期间进行，用于快速加热用于排气后处理装置9。当内燃机1变热时，阀29关闭，次级空气流中断。在此，第二压缩机叶轮11反向于锁定的分支管道工作。
在根据图9的气体系统的变体中，阀30形成为多向阀，在当前情况下形成为二路三通阀。在第一切换位置中，第二气流6a被引导到排气流8中，如根据图1的功能图中所示。然而，在暖运行状态下，选择不同的切换位置，其中第二气流6a和第一气流5a汇集。为此，在阀30和压力侧的第一气流5a之间设置连接管道31。为此避免了第二压缩机途径6的摩擦损耗。
在未在图中示出的、替代性的功能图中，第二压缩机路径6可以在不使用时仍然被引导到大气中，或者与内燃机或车辆系统共同作用用于其他目的。
附图标记清单
1 内燃机
2 压缩机
3 电动机
4 第一压缩机叶轮
5 第一压缩机路径
5a 第一气流
6 第二压缩机路径
6a 第二气流
7 次级空气流
8 排气流
9 用于排气后处理的设备，催化器
10 排气涡轮增压器
11 第二压缩机叶轮
12 驱动轴
13 第一进气空间，第一气体供应部
14 第二进气空间，第二气体供应部
15 压缩机壳体
15’ 多流压缩机壳体
16 第二气流管道
17 第一螺旋部
18 第二螺旋部
19 旋转支承件
20 基板
21 第一壳体部分
22 第二壳体部分
23 中心气体供应部
24 第一气流管道
25 阀
26 旁路管道
27 涡轮增压器的旁通阀
28 节流阀
29 阀，关闭阀或节流阀的变体
30 阀，多向阀、二路三通阀的变体
31 连接管道
A 驱动轴轴线

Claims (11)

1.一种用于内燃机增压的压缩机，该压缩机包括
用于驱动第一压缩机叶轮(4)的电动机(3)，
其中，在至少一种运行状态中，该内燃机(1)的进气侧的第一气流(5a)被该压缩机(2)压缩，
其特征在于，
该压缩机(2)包括用于该第一气流(5a)的第一压缩机路径(5)和用于该第二气流(6a)的第二压缩机路径(6)，其中，尤其该第二气流(6a)在至少一种运行状态中作为次级空气流(6a)通入该内燃机(1)的排气流(8)中。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，该第一压缩机路径(5)经由第一压缩机叶轮(4)驱动，并且该第二压缩机路径(6)经由第二压缩机叶轮(11)驱动，其中，这些压缩机叶轮(4，11)尤其是布置在共同的驱动轴(12)上。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，这些压缩机叶轮(4，11)各自具有轴向指向的气体供应部(13，14)，其中，这些压缩机叶轮(4，11)相对于气体供应部(13，14)反向地定向。
4.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，这些压缩机叶轮(4，11)各自具有轴向指向的气体供应部(13，14)，其中，这些压缩机叶轮(4，11)相对于气体供应部(13，14)同向地定向。
5.根据权利要求2至4之一所述的压缩机，其特征在于，两个压缩机叶轮(4，11)布置在该电动机(3)的同一侧。
6.根据权利要求2至4之一所述的压缩机，其特征在于，该电动机(3)布置在这两个压缩机叶轮(4，11)之间。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，这两个气流(5a，6a)形成为多流压缩机壳体(15’)的不同分支。
8.根据上述权利要求之一所述的压缩机，其特征在于，在至少一种运行状态中，该第二压缩机路径(6)在用于排气后处理的设备(9)、优选催化器的上游通入到该内燃机(1)的排气流(8)中。
9.根据上述权利要求之一所述的压缩机，其特征在于，除了排气涡轮增压器(10)之外，该压缩机(2)布置在该内燃机(1)的气体系统中，尤其是在空气侧串联地布置在该排气涡轮增压器(10)的上游或下游。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，该第二压缩机路径(6)在该排气涡轮增压器的上游或下游通入该内燃机(1)的排气流(8)中。
11.根据上述权利要求之一所述的压缩机，其特征在于，在运行状态中，该第二气流(6a)和该第一气流(5a)汇集。
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