[发明专利]朝向后方的压缩机转轮的进气道及与之结合的涡轮增压器

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压器，特别涉及具有离心压缩机的涡轮增压器，该离心压缩机包括一对以背靠背构形配置的叶轮，以便气体(或空气)沿第一轴向方向进入一个叶轮，而气体沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向进入另一叶轮。

背景技术

传统的涡轮增压内燃机使用具有接纳来自发动机的废气且利用废气驱动以旋转包括单个叶轮的离心压缩机转轮的单涡轮转轮的涡轮增压器。叶轮压缩气体(或空气)且将气体输送给发动机进气系统，在进气系统中气体与燃料混合且供应给发动机气缸用以燃烧。涡轮增压使得发动机能够实现比同排量的非涡轮增压发动机更高的功率输出。

发动机设计中的各种趋势，特别相对柴油发动机，使得利用上述传统的单涡轮增压器来获得足够的涡轮增压性能愈加困难。这些趋势包括增加对发动机动力的需求，以及降低NO_x且特别是颗粒排放的允许限度的政府规定。已经发现单压缩机不能满足目前发展现状的发动机系统所需要的压力比和流量范围。

对该问题的认识导致使用多压缩机级的各种类型涡轮增压系统的发展。例如，串联设置的涡轮增压器已经被研制，其中双涡轮增压器的涡轮串联设置且压缩机也串联设置。虽然这种串联的涡轮增压器能获得高于单涡轮增压器的性能改善，但他们价格昂贵且体积大，因此很难装入空间已经狭小的发动机舱。

对该问题的创造性解决方法公开在授予Arnold等人的共同受让的美国专利No.6948314中。专利‘314描述了具有压缩机转轮的单涡轮增压器，该压缩机转轮包括两个安装在同一轴上且以背靠背构形配置的叶轮。每个叶轮具有自己的进气口，且每个叶轮增压的气体被排入共同的蜗壳中。可动的流量控制部件设置在压缩机转轮和涡壳之间，并且可在两叶轮都向蜗壳排放的第一位置和其中一个叶轮的排放通道被有效关闭使得仅另一叶轮向蜗壳排放的第二位置之间移动。该压缩机的配置相对传统的单压缩机使压缩机流体范围能被延伸，且使压缩机转轮直径能被减小。直径减小导致转子惯性的降低，由此改善涡轮增压器的瞬态反应。该配置也便于压缩机和涡轮之间的匹配。

发明内容

本发明表明是上述专利‘314所公开类型的涡轮增压器的进一步发展。在专利‘314中，气体通过由压缩机壳体的涡壳部分形成的进气道供应给第二叶轮(也就是位于第一叶轮和涡轮转轮之间的叶轮)。因而压缩机壳体是很难铸造的高度复杂的构形。另外，用于第二叶轮的入口气体经过涡壳的壁，且因此存在有从涡壳中高温气体到低温入口气体的不希望的热传递。

按照本发明一实施例，涡轮增压器包括固定在旋转轴的一端且设置在涡轮壳体中的涡轮转轮，该涡轮壳体构形成引导废气从发动机进入涡轮转轮，用来旋转驱动涡轮转轮和轴，该涡轮增压器还包括固定在轴的相对端的压缩机转轮。压缩机转轮包括第一叶轮和第二叶轮，每个叶轮都具有毂和多个从毂大致径向向外延伸的叶片，每个叶轮的叶片在叶轮的前侧确定供气体穿过被吸入叶轮的进口段，每个叶轮具有与前侧相对的后侧。第一(或“朝前”)叶轮的后侧面朝涡轮转轮，而第二(或“朝后”)叶轮的后侧面朝第一叶轮的后侧。压缩机壳体包含压缩机转轮，压缩机壳体确定包围用于接纳从每个叶轮排出的增压气体的压缩机转轮的径向外周而周向延伸的涡壳，压缩机壳体进一步确定管状的第一进气道，该第一进气道设置成引导气体沿第一轴向方向进入第一叶轮的进口段(inducer)。

第二进气道从压缩机壳体分别成形，用来引导气体进入第二叶轮的进口段。第二进气道包括具有上游端和下游端且与第一轴向方向大致平行延伸的管状通道(或管道)。该管状通道在下游端被分叉为一对分开的管道分支，该分开的管道分支将流过管状通道的气体流分隔成为一对分开的气体流，每个管道分支构形成使相应的气体流从第一轴向方向转向与另一管道分支的方向大致相反的径向向内方向。每个管道分支具有径向内端，该径向内端与另一管道分支的径向内端连接以便气体流重新合并，该径向内端构形成使重新合并的气体流转向与第一轴向方向相反的第二轴向方向，且引导重新合并的气体流入第二叶轮的进口段。

在一实施例中，每个管道分支的径向内端具有大约180度的周向范围。两个管道分支彼此镜像反向。

在一实施例中涡轮增压器包括设置在涡轮壳体和压缩机壳体之间的中部壳体，该中部壳体确定中心孔，该中心孔容纳旋转支承从中延伸穿过的轴的轴承。第二进气道的管道分支设置在中部壳体和压缩机壳体之间。

在本发明一实施例中，第二进气道的管状通道径向向外经过压缩机壳体的涡壳的径向外表面。该配置消除或至少大大降低涡壳中高温气体和管状通道中低温气体之间的热传递。