[实用新型]两级涡轮增压器系统和内燃发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及两级涡轮增压器系统的新构造。该新系统特别适用于高功率的内燃发动机，且更特别地适用于具有高单位功率的柴油发动机。

背景技术

涡轮增压器，简称“涡轮”，是用来允许给定尺寸的发动机生产更多功率的强制进气装置。涡轮的益处在于，其压缩大量的进气空气进入燃烧室，由此带来增加的功率和/或效率。涡轮增压器通常用于卡车、汽车、火车和建筑设备发动机上。它们普及地用于奥托循环和柴油循环内燃发动机，且在汽车燃料电池中得到应用。还已知可用于高性能发动机的两级涡轮增压器。

两级涡轮增压器系统的示例在DE 10 2004 061 023 A1中有所描述。其公开了发动机，该发动机具有带有两个排气气体涡轮-增压器的排气气体增压器布置，其中排气气体涡轮-增压器中的一个是可切换的。两个排气气体涡轮增压器彼此连接，使得通过其中一个涡轮-增压器压缩的被增压空气使用另一个涡轮-增压器被间歇地再次加压。中冷器布置用于增压空气的中间冷却。

用于两级增压系统的一个现有解决方案是所称的“串行序列(Serial sequential)”类型。这意味着，峰值功率操作通过使用仅一个涡轮增压器(低压涡轮增压器)进行。当使用仅一个涡轮增压器时，单个的低压压气机必须提供大约为4的压比，以提供空气用于高功率发动机，所述发动机的单位功率输出在90kW/l的范围内。这样的高压比引起压气机出口温度的高数值，和作为结果的压气机中的油焦化。

用于两级增压系统的另一个解决方案是所称的“完全串行(full series)”类型。根据该解决方案，所有进气空气穿过低压压气机和随后高压压气机二者行进。这引起的事实是，每个压气机可提供所需压比的一半(例如2x2＝4)。通过该解决方案，压气机出口温度的高数值可被避免。另一方面，“完全串行”模式的使用产生排气歧管中的非常高的背压，主要是由于高压涡轮，该 高压涡轮是较小的涡轮。当然，排气歧管中的高背压意味着发动机功率的损失。如果使用更高压力的涡轮，则这将导致瞬变相的恶化，因此更大的涡轮不是合适的解决方案。

因此，需要一种新的两级增压系统构造用于高功率内燃发动机，特别地用于具有90kW/l和更高的范围内的单位输出的柴油发动机。

本实用新型的目的是，提供用于高功率内燃发动机的两级涡轮增压系统，其具有两个涡轮增压器，其可根据切换阀的新布置而可切换。

这些目的通过具有在独立权利要求中记述的特征的发动机和两级涡轮增压器而实现。

从属权利要求描述了优选和/或特别有优势的方案。

实用新型内容

本公开的实施例提供了一种用于内燃发动机的两级涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括高压涡轮，其联接到内燃发动机的排气歧管；低压涡轮，其入口联接到高压涡轮且其出口联接到发动机的排气系统；低压压气机，其入口联接到环境且其出口联接到高压压气机，所述高压压气机还联接到内燃发动机的进气歧管，其中高压涡轮设置有包括高压受控旁通阀的高压旁通管线，低压涡轮设置有包括低压受控旁通阀的低压旁通管线，且受控阀设置在高压涡轮和低压涡轮之间。

该实施例的优势是，其提供具有非常灵活构造的两级涡轮增压器，其可在每种操作条件中支持高功率内燃发动机。事实上，以完全串行方式操作压气机的这种系统允许降低压气机级的出口温度，并通过选择性地切换涡轮受控阀，根据需要令涡轮串行、并行或以混合配置工作，由此将排气歧管中排气气体背压保持在可接受的值。

根据另一实施例，高压涡轮和低压涡轮通过包括所述受控阀的导管联接，高压旁通管线流体地连接在排气歧管的节点和联接涡轮的导管的第一节点之间，低压旁通管线流体地连接在联接涡轮的导管的第二节点和排气系统的排气管的节点之间。

以此方式，可以限定穿过受控阀或受控旁通管线的每一个的三个路径。根据相关的阀打开，气体可流动穿过这些路径中的一个或多个。

根据本实用新型的另一实施例，所述高压涡轮是可变几何结构涡轮。

本实施例的优势在于，可变几何结构涡轮可根据发动机操作条件、通过改变其分配器的通道叶片的宽度且更具体地通过在排气气体流量增大时增大该宽度而被优化。

根据本实用新型的另一实施例，所述低压涡轮是固定几何结构涡轮。

该另一实施例的优势在于，第二低压受控旁通可用作废气门阀，因此不需要可变几何结构涡轮。如已知的，固定几何结构涡轮更便宜，且因此这种两级涡轮增压器的成本可保持在可接受的水平。

根据再一实施例，低压中冷器位于空气进气管中，在低压压气机与高压压气机之间。