CN1982670A - 双级增压系统 - Google Patents

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Abstract

双级增压系统具有一个第一轴向涡轮增压器(1)和一个第二轴向涡轮增压器(2)，其中第二涡轮增压器(2)有一个空心轴，它可旋转地支承于第一涡轮增压器(2)的轴上。

Description

双级增压系统
技术领域
本发明涉及一种具有两个串联的涡轮增压器的增压系统。
背景技术
由现有技术已知径向涡轮增压器和轴向涡轮增压器。轴向涡轮增压器尤其用在要求有较高功率时。由汽车领域、也就是在径向涡轮增压器的应用领域里已知一前一后相互连接的多个涡轮增压器，用于在内燃发动机的整个工作范围内达到最佳的效率。这就是说，组合地应用一个低压涡轮增压器和一个高压涡轮增压器，用于在内燃发动机部分负荷时保证良好地将增压空气供给内燃发动机。
由技术背景已知的应用两个串联的涡轮增压器的不利之处在于，增加了在涡轮增压器和所需的较大结构空腔之间管路连接用的管道费用。随着管道费用的增加，随之使串联的涡轮增压器的效率较低，因为在管道里出现流动损失。
发明内容
基于现有技术的所述缺点，本发明的任务是提供一种紧凑的涡流增压系统，它在内燃机的整个工作范围内以高的效率工作。
该任务通过本发明的独立权利要求1来解决。从属权利要求是本发明的有利的设计方案。
按照本发明设置一个具有两个集成的涡轮增压器的增压系统。每个涡轮增压器在其轴上具有一个废气涡轮机和一个压缩机转子。因为是指一种轴向涡轮增压器，因此废气涡轮机被轴向地、也就是平行于所述轴地被通过液流。所述两个涡轮增压器的轴相互同轴地布置。
由于所述轴为同轴布置，它例如通过使用一个围绕着第一轴支承的第二空心轴而可以实现，因此使结构空间可以实现优化。通过所述同轴布置，基本上就可以在涡轮增压器之间尽可能地免除附加的管路，从而也可以使所述两个涡轮增压器之间的流动损失达到最小化。
按照本发明的一种优选设计方案，涡轮增压器如此布置在废气流中，使得首先使所述在增压系统里还要布置在外部的第一废气涡轮机、然后才使所述还要位于外壳内部中的第二废气涡轮机被废气通流流过。
所述措施同样也可以使得用来输入废气流的管道费用较小，因为至增压系统中心的位置要求变大了。这就是说，通过对位于内部的废气涡轮之前的位于外部的废气涡轮的加载就可以不必使用管路，这些管路首先应该对位于内部的废气涡轮供以废气。因为这些管路形状复杂、占位多，因此是不利的。此外通过这种措施以及所建议的二级增压系统的紧凑结构形式，可以使按照本发明的增压系统与一种单级增压系统可更换地装入到一个内燃发动机上。
按照本发明的另外一种优选方案，一个或两个涡轮增压器装设有一个驱动装置和/或一个输出装置。若要在内燃发动机上快速接通负荷的话，那么在接通负荷开始时没有足够的增压空气。因此在这个阶段可以通过一个驱动装置使一个或两个涡轮增压器的轴被驱动，从而在该早期时刻就已提供足够的增压空气，并改善内燃发动机的动作响应性能。这种措施因此附带地用于低压-和高压涡轮增压器。此外正好在内燃发动机的部分负荷范围里引起加大的黑烟，因为在内燃发动机里的内燃过程在部分负荷范围里并不是最佳地运行的。为了应对这种问题，可以利用驱动装置，以便在部分负荷时通过输入附加的增压空气使内燃发动机的排放值实现最佳。
此外有利的是，在增压系统的一个或两个轴上设有一个输出装置。该输出装置也可以设计成与驱动装置集成一起。由现有技术已知，应用一种所谓的“废气阀门”，以便使多余的废气经旁路在涡轮增压器旁边流过。通过一个输出装置则可以也利用这种多余的废气，因为对于不需要如生产的那么多增压空气时的情况就接通输出装置。通过将涡轮增压器轴用作功率输出轴就可以利用多余废气的气流能量。
按照本发明的一种有利设计方案，在废气涡轮机之间设有一个导流栅。该导流栅用于使废气涡轮之间的流动情况最佳化。导流栅的元件可以对此根据涡轮增压器的转速而进行调整。
按照本发明的另一种设计方案，设有一种增压空气冷却装置，用于改善无论是低压涡轮增压器还是高压涡轮增压器的增压系统的效率。这就是说，在低压涡轮增压器之后设有一个中间冷却装置。可选择的是，也可以只是其中一个涡轮增压器设有增压空气冷却装置，或者这两个涡轮增压器应用同一个增压空气冷却装置。
附图说明
以下表示出本发明的两个实施方式用于对本发明进一步加以说明。为了加以详细叙述请见附图。附图所示为：
图1：本发明的一种第一实施方式的增压系统简图；
图2：按本发明的一种第二实施方式的增压系统简图。
具体实施方式
图1表示一个第一涡轮增压器1，它具有一个第一轴3，在该轴上设有一个废气涡轮5和一个压缩机转子7。对第一涡轮增压器1来说是指高压涡轮增压器，其废气涡轮5与此相应地可以设计得大于在低压涡轮增压器中的废气涡轮，以便使废气流抵抗小的惯性矩。应该指出的是，与一级涡轮增压器相比两个废气涡轮5，6的直径更小，因此废气涡轮的惯性矩与一级结构相比更小。
第二涡轮增压器2具有第二废气涡轮6和第二压缩机转子8，它们分别在轴4的两端处。轴4设计成空心轴并支承轴3上。通过这种结构形式可以实现增压系统的一种总起来说紧凑的结构方式。在废气涡轮5，6之间设有一个导流栅11，它用于使向着第二废气涡轮的空气流最优化。应该指出，导流栅也可以设置在第一废气涡轮5之前，以便满足对第一废气涡轮5相同的目的。在第一轴3的端部处设有一个组合的驱动/输出装置9，10，以便对于较低转速的情况对轴进行驱动，或者对于较高转速的情况通过能量回收来进行制动。驱动和输出装置也可以用于空心轴4。结构型式当然必须相应地匹配于结构空间15里的位置关系。
流过压缩机转子8的空气引导经过一个中间冷却装置12，然后输送给高压涡轮增压器的压缩机转子7。在流过高压涡轮增压器1的压缩机转子7之后，增压空气就在另外一个空气冷却装置13里冷却。为使增压空气冷却器12，13冷却，在涡轮增压器外壳上设有冷却液体用的接头16。为减小噪声扩散，在涡轮增压器外壳上设有消声器14。
图2表示本发明的另一种实施方式。增压系统的构件对应于第一种实施方式进行编号。第二种实施方式与第一种实施方式的区别在于：第一涡轮增压器1形成低压涡轮增压器，而第二涡轮增压器2-它与第一涡轮增压器1相比在增压系统中位于内部-用作为高压涡轮增压器。与此对应地，中间冷却装置12设置在第一涡轮增压器的压缩机转子7上，而消声器14不再设于增压系统的圆周上，而是设置在其端部。
附图标记列表
1第一涡轮增压器    10输出装置
2第二涡轮增压器    11导流栅
3第一轴            12中间冷却装置
4第二轴            13增压空气冷却装置
5第一废气涡轮      14消声器
6第二废气涡轮      15驱动/输出装置用的装
7第一压缩机转子      入空间
8第二压缩机转子    16冷却液体供给接头
9驱动装置

Claims (10)

1.增压系统，它具有一个第一涡轮增压器(1)，该涡轮增压器在一个第一轴(3)上具有一个轴向被通流的第一废气涡轮(5)和一个第一压缩机转子(7)，所述增压系统还具有一个第二涡轮增压器(2)，它在一个第二轴(4)上具有一个轴向被通流的第二废气涡轮(6)和一个第二压缩机转子(8)，其特征在于，所述第一和第二轴(3，4)同轴地进行支承。
2.按权利要求1所述的增压系统，其特征在于，首先使所述在增压系统中位于更外部的第一废气涡轮(5)、然后才使第二废气涡轮(6)用废气进行通流。
3.按权利要求1或2所述的增压系统，其特征在于，第一和/或第二涡轮增压器(1，2)设有一个驱动装置(9)和/或输出装置(10)。
4.按上述权利要求之一所述的增压系统，其特征在于，第二涡轮增压器(2)的第二轴(4)是空心轴，并且围绕第一轴(3)可旋转地进行支承。
5.按权利要求1至4中之一所述的增压系统，其特征在于，所述涡轮增压器(1，2)中的一个是高压涡轮增压器，另一个涡轮增压器(1，2)是低压涡轮增压器。
6.按权利要求1至5中之一所述的增压系统，其特征在于，在第一废气涡轮(5)和第二废气涡轮(6)之间设有一个导流栅(11)，用于在所述废气涡轮(5，6)之间导引空气。
7.按权利要求6所述的增压系统，其特征在于，导流栅(11)的几何形状取决于转速而可以调整。
8.按权利要求1至7中之一所述的增压系统，其特征在于，在低压涡轮增压器的压缩机转子(7，8)后面设有一个增压空气冷却装置(12)，和/或在高压涡轮增压器的压缩机转子(7，8)后面设有另外一个增压空气冷却装置(13)。
9.按上述权利要求之一所述的增压系统，其特征在于，低压涡轮增压器的废气涡轮(5，6)的直径大于高压涡轮增压器的废气涡轮(5，6)的直径。
10.按上述权利要求之一所述的增压系统，其特征在于，在增压系统上设有一个消声器(13)。
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