CN201507350U - 用于燃烧发动机的涡轮增压器系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供用于燃烧发动机的涡轮增压器系统，包括至少两个涡轮增压器，其中的主涡轮增压器具有设置在第一新鲜空气管中的压缩机和设置在第一排气管中的涡轮，副涡轮增压器具有设置在第二排气管中的涡轮和设置在第二新鲜空气管中的压缩机，副涡轮增压器的涡轮与用于在燃烧发动机处于高负荷时开启副涡轮增压器的控制系统关联，且第一新鲜空气管和第二新鲜空气管在相应的压缩机下游组合为公共供给管，进气冷却器设置在公共供给管中。体积补偿装置设置在第二新鲜空气管中，用于在副涡轮增压器开启时向副涡轮增压器的压缩机提供新鲜空气体积补偿，设置在第二新鲜空气管中的止回阀分配给体积补偿装置。该系统成本低且制造和控制工作量少。

Description

用于燃烧发动机的涡轮增压器系统
技术领域
本实用新型涉及用于燃烧发动机的涡轮增压器系统。
背景技术
DE 29 11 727(＝US 4,299,090)公开了一种具有至少两个排气涡轮增压器的活塞式内燃发动机。两个涡轮增压器并联，且能够关闭其中一个涡轮增压器。在能够关闭的涡轮增压器的吸入管中设置止回阀。为了在能够关闭的涡轮增压器开启后增加排气量，可以使用进气管和排气管之间的燃烧室，空气的量可通过燃烧室上游的可控阀来控制。
DE 602 11 384 T2(＝EP 1 472 444 B1)类似地涉及具有并联的至少两个涡轮增压器的涡轮增压器系统。在第一新鲜空气管中在第一压缩机的入口处设置流量调节装置，第一压缩机设置有新鲜空气再循环系统。新鲜空气再循环系统包括附加的调节装置，用于调节再循环通过第一压缩机的新鲜空气的量。
具有两个不同尺寸的涡轮增压器且两个涡轮增压器并联的燃烧发动机是已知的。主涡轮增压器持续工作，而副涡轮增压器仅在燃烧发动机处于高负荷时开启。因此主涡轮增压器可以单独工作且所覆盖的负荷范围可达到燃烧发动机的较低满负荷范围。主涡轮增压器在性能方面的配置对于快速加速来说很关键。另一方面，副涡轮增压器的额定性能较低且所述副涡轮增压器仅在高转速下和较高满负荷范围中开启。已证明该系统在实践中有用，但如果要确保状态之间的转换(单增压器操作、联合操作)则需要繁多的控制装置(阀、执行器)。对此，可以在系统中设置三个阀，且每个阀均分配有执行器：
一个控制阀分配给副涡轮增压器的涡轮，以便通过开启或关闭该控制阀来关闭该副涡轮增压器的涡轮；
一个控制阀分配给副涡轮增压器的压缩机，以便防止新鲜空气在关闭状态中流失；
此外，可以在第一新鲜空气管和第二新鲜空气管之间设置新鲜空气再循环管，类似地在新鲜空气再循环管中设置具有执行器的控制阀。新鲜空气再循环管必须定制为尽可能靠近相应的燃烧发动机或两个涡轮增压器。
该三阀系统完全是按照实际需求设置。然而，在从一种状态转换到另一种状态的情况下，需要两个涡轮增压器和所有的阀及对应的执行器进行精确得多的同步化操作。
对于三阀系统，视为不利的是由于三个阀和对应的执行器、制造和控制所涉及的高复杂性和可观的工作量，所述三阀系统成本非常高。由于控制阀增加的数目，由于所有执行器以气动方式工作，还对低压系统提出了严格的要求。为使执行器同时工作，各执行器同时需要来自真空泵的低压。因此，所述真空泵必须相应地具有大尺寸和大功率，以便始终能够提供所需的真空。这不仅带来高成本，还增加了燃料消耗。另外，如果用于控制副涡轮增压器的压缩机的控制阀设置在压缩机下游，则由于在主涡轮增压器单独工作的情况下引起的吸入，还必须提供用于副涡轮增压器的机油密封系统。
实用新型内容
因此本实用新型的目标是用简单的装置改进上述类型的燃烧发动机或涡轮增压器系统，以使其成本更低、较不复杂且要求较少的制造和控制工作量，其中仅需要同时提供少量的低压力且可以省略用于副涡轮增压器的单独的机油密封系统。
根据本实用新型，该目标可以通过一种用于燃烧发动机的涡轮增压器系统实现，该系统包括至少两个涡轮增压器，其中的主涡轮增压器具有设置在第一新鲜空气管中的压缩机和设置在第一排气管中的涡轮，副涡轮增压器具有设置在第二排气管中的涡轮和设置在第二新鲜空气管中的压缩机，副涡轮增压器的涡轮与用于在燃烧发动机处于高负荷时开启副涡轮增压器的控制系统关联，且第一新鲜空气管和第二新鲜空气管在相应的压缩机下游组合为公共供给管，进气冷却器设置在公共供给管中，在所述涡轮增压器系统中，体积补偿装置设置在第二新鲜空气管中，用于在副涡轮增压器开启时向副涡轮增压器的压缩机提供新鲜空气体积补偿，设置在第二新鲜空气管中的止回阀分配给体积补偿装置。
体积补偿装置可以设置在新鲜空气管的外部，并通过连接管与新鲜空气管连接。对于本实用新型的目的有利的是将体积补偿装置直接设置在新鲜空气管中，或多或少作为新鲜空气管的较粗的部分，以使第二新鲜空气管在体积补偿装置的区域中与第一新鲜空气管相比具有较大的体积。同时还可以设计体积补偿装置以在副涡轮增压器起动时避免副涡轮增压器的压缩机喘振。
本实用新型的一个有益效果是可以不必使用现有技术中一直采用的多个控制阀及对应的执行器。仅在第二排气管中设置一个具有执行器的控制阀(控制系统)，打开该控制阀可开启副涡轮增压器。对此，根据本实用新型的涡轮增压器系统的复杂性和调节工作量明显降低，这可产生成本低的有益效果。另外，在两个新鲜空气管之间可以不必使用单独的新鲜空气再循环，也可以不必使用用于副涡轮增压器的单独的机油密封系统。
在第一实施例中，有利的是具有执行器的控制阀在第二排气管中设置在副涡轮增压器的涡轮上游。体积补偿装置在该情况下可以设置在副涡轮增压器的压缩机上游，止回阀在第二新鲜空气管中设置在体积补偿装置上游。
在第二实施例中，如第一实施例，具有执行器的控制阀设置在副涡轮增压器的涡轮上游，体积补偿装置设置在副涡轮增压器的压缩机下游，且止回阀在第二新鲜空气管中设置在体积补偿装置下游。
在第三实施例中，具有执行器的控制阀设置在副涡轮增压器的涡轮下游，体积补偿装置如第一实施例中所示设置在副涡轮增压器的压缩机上游，且止回阀在第二新鲜空气管中设置在体积补偿装置上游。
在第四实施例中，具有执行器的控制阀设置在副涡轮增压器的涡轮下游，体积补偿装置设置在副涡轮增压器的压缩机下游，且止回阀在第二新鲜空气管中设置在体积补偿装置下游。
附图说明
图1是燃烧发动机的涡轮增压器系统的示意图；
图2示出根据现有技术的三阀系统；
图3示出根据本实用新型的涡轮增压器系统；及
图4至图7是根据本实用新型的涡轮增压器系统的各种实施例的示意图。
具体实施方式
本实用新型的其他有利配置在下面对附图的说明中公开。
相同的部件在各个附图中始终具有相同的附图标记，因此这些部件原则上仅描述一次。
图1示出燃烧发动机2的涡轮增压器系统1，作为示例涡轮增压器系统1包括并联的相继连接的(connected sequentially in parallel)两个涡轮增压器3和4。涡轮增压器中的一个采取主涡轮增压器3的形式，涡轮增压器中的另一个采取副涡轮增压器4的形式。作为示例，燃烧发动机2包括两个排气管6和7，第一排气管6分配给一组汽缸，第二排气管7分配给另一组汽缸。两个排气管6和7连接在一起或彼此连通。
两个涡轮增压器3和4并联，副涡轮增压器4可相继于主涡轮增压器3参与操作。主涡轮增压器3具有设置在第一排气管6中的涡轮8，副涡轮增压器4具有设置在第二排气管7中的涡轮9。主涡轮增压器3具有设置在第一新鲜空气管12中的压缩机11，副涡轮增压器4具有设置在第二新鲜空气管14中的压缩机13。
两个新鲜空气管12和14在两个压缩机11和13下游组合为公共供给管16，公共供给管16连接到燃烧发动机2的进气导管17。进气冷却器18设置在公共供给管16中。
在两个压缩机11和13上游，相应的新鲜空气管12和14作为示例连接到空气盒19(见图2)，在空气盒19中可以设置例如空气过滤器。然而，也可以如图2所示，第二新鲜空气管14从连接到空气盒19的第一新鲜空气管12分支。
图2作为示例示出用于涡轮增压器系统1的三阀系统21，具有执行器23的第一控制阀22(控制系统22、23)在第二排气管7中设置在副涡轮增压器4的涡轮9上游。具有执行器26的第二控制阀24设置在副涡轮增压器4的压缩机13下游。新鲜空气再循环装置27设置在第一新鲜空气管12和第二新鲜空气管14之间。新鲜空气再循环装置27包括回流管28，回流管28在副涡轮增压器4的压缩机13下游但在第二控制阀24上游从第二新鲜空气管14分支并在主涡轮增压器3的压缩机11上游连接到第一新鲜空气管12。具有执行器31的第三控制阀29设置在回流管28中。
在图2所示的示例实施例中，第二新鲜空气管14在压缩机11和13下游连接到第一新鲜空气管12，作为示例进气冷却器18可以设置在第一新鲜空气管12中。第一排气管6作为示例在两个涡轮8和9下游连接到第二排气管7。
通过作为示例在图2中示出的涡轮增压器系统1的三阀系统21，可以切换两个涡轮增压器3和4，以便可以仅在燃烧发动机2的特定工况下，例如在对持续工作的主涡轮增压器3有高负荷要求的情况下开启然后再关闭副涡轮增压器4。
然而，图2所示的三阀系统21需要相当的控制工作量以便对两个涡轮增压器3和4保持精确和同步的控制，特别是对副涡轮增压器4的控制及通过对应的执行器23、26和31对三个阀22、24和29的控制。
为了避免该相当的控制工作量，可以作为示例如图3所示有利地在第二新鲜空气管14中设置体积补偿装置32，并将简单的止回阀33分配给体积补偿装置32。
为了开启和关闭副涡轮增压器4，具有执行器23的第一控制阀22(控制系统22、23)如上文所述设置在第二排气管7中。另一方面在第二新鲜空气管14中设置具有止回阀33的体积补偿装置32。图2所示的第二控制阀24和该情况下所需的具有第三控制阀29的再循环系统27在根据图3中所示本实用新型的示例中有利地省略。
在所示的视图中，体积补偿装置32作为示例为方形结构，但体积补偿装置32当然也可以具有其他适合的配置。原则上，配置或设计体积补偿装置32以避免副涡轮增压器4的压缩机13的喘振。这意味着作为存储在体积补偿装置32中的(新鲜空气)体积的结果，在副涡轮增压器4开启时，压缩机13可以无困难地加速转动(run-up)，因为当副涡轮增压器4开启时补偿体积对压缩机13可用。
显然，在根据图3所示本实用新型的示例实施例中，与图2相比只需要相当少的控制和安装工作量，因为可以不必使用三个控制阀中的两个及对应的执行器。相反，只用提供体积补偿装置32及关联的单向止回阀33，而止回阀33不需要执行器。
在图3所示的示例实施例中，具有执行器23的控制阀22设置在副涡轮增压器4的涡轮9上游。体积补偿装置32设置在副涡轮增压器4的压缩机13上游。止回阀33在第二新鲜空气管14中设置在体积补偿装置32上游，即在空气盒19之后以及体积补偿装置32之前。
该实施例应视为不具有限制性。相反，可以将控制阀22和体积补偿装置32定位在不同的位置。这在图4至图7中示意性地示出，图4示出与图3相同的控制阀22和体积补偿装置32的设置。图4预期仅用作简化的表示并用于帮助理解图5至图7，在这些附图中在每种情况下仅示出第二新鲜空气管14和第二排气管7的部分。
在第二实施例中(图5)，具有执行器23的控制阀22正如第一实施例(图3和图4)所示设置在副涡轮增压器4的涡轮9上游，但体积补偿装置32设置在副涡轮增压器4的压缩机13下游，且止回阀33在第二新鲜空气管14中设置在体积补偿装置32下游。
在第三实施例中(图6)，具有执行器23的控制阀22设置在副涡轮增压器4的涡轮9下游，如第一实施例(图3和图4)所示体积补偿装置32设置在副涡轮增压器4的压缩机13上游，且止回阀33在第二新鲜空气管14中设置在体积补偿装置32上游。
在第四实施例中(图7)，具有执行器23的控制阀22设置在副涡轮增压器4的涡轮9下游，体积补偿装置32设置在副涡轮增压器4的压缩机13下游，且止回阀33在第二新鲜空气管14中设置在体积补偿装置32下游。

Claims (6)

1.一种用于燃烧发动机(2)的涡轮增压器系统，该系统包括至少两个涡轮增压器(3、4)，其中的主涡轮增压器(3)具有设置在第一新鲜空气管(12)中的压缩机(11)和设置在第一排气管(6)中的涡轮(8)，副涡轮增压器(4)具有设置在第二排气管(7)中的涡轮(9)和设置在第二新鲜空气管(14)中的压缩机(13)，副涡轮增压器(4)的涡轮(9)与用于在燃烧发动机(2)处于高负荷时开启副涡轮增压器(4)的控制系统(22、23)关联，且第一新鲜空气管和第二新鲜空气管(12、14)在相应的压缩机(11、13)下游组合为公共供给管(16)，进气冷却器(18)设置在公共供给管(16)中，其特征在于，体积补偿装置(32)设置在第二新鲜空气管(14)中，用于在副涡轮增压器(4)开启时向副涡轮增压器(4)的压缩机(13)提供新鲜空气体积补偿，设置在第二新鲜空气管(14)中的止回阀(33)分配给体积补偿装置(32)。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述体积补偿装置(32)设置在第二新鲜空气管(14)中以使第二新鲜空气管(14)在体积补偿装置(32)的区域中与第一新鲜空气管(12)相比具有较大的体积。
3.如权利要求1或2所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述控制系统(22、23)设置在副涡轮增压器(4)的涡轮(9)上游，体积补偿装置(32)设置在副涡轮增压器(4)的压缩机(13)上游，且止回阀(33)在第二新鲜空气管(14)中设置在体积补偿装置(32)上游。
4.如权利要求1或2所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述控制系统(22、23)设置在副涡轮增压器(4)的涡轮(9)上游，体积补偿装置(32)设置在副涡轮增压器(4)的压缩机(13)下游，且止回阀(33)在第二新鲜空气管(14)中设置在体积补偿装置(32)下游。
5.如权利要求1或2所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述控制系统(22、23)设置在副涡轮增压器(4)的涡轮(9)下游，体积补偿装置(32)设置在副涡轮增压器(4)的压缩机(13)上游，且止回阀(33)在第二新鲜空气管(14)中设置在体积补偿装置(32)上游。
6.如权利要求1或2所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述控制系统(22、23)设置在副涡轮增压器(4)的涡轮(9)下游，体积补偿装置(32)设置在副涡轮增压器(4)的压缩机(13)下游，且止回阀(33)在第二新鲜空气管(14)中设置在体积补偿装置(32)下游。
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