[发明专利]带有可运行在单级模式或两级串联模式的压气机的涡轮增压器

说明书

本发明涉及带有可运行在单级模式或两级串联模式的压气机的涡轮增压器。涡轮增压器包括具有第一和第二叶轮的两级串联压气机，带有用于将空气从第一叶轮引入第二叶轮用于进一步压缩的跨接管。压气机壳体还限定从跨接管到来自压气机的空气排出管的旁通管，和布置在旁通管中的旁通阀。在特定的运行条件（例如高流量、低压力比条件）下，旁通阀可以被打开以绕开第二叶轮，以便压气机表现得同单级压气机一样。在其他的运行条件下，旁通阀被关闭以便压气机提供用于更高压力比的两级压缩。

技术领域

本申请总的涉及用于内燃机的涡轮增压器。

背景技术

废气驱动式涡轮增压器采用涡轮机从来自内燃机的废气流中提取动力，并利用该动力驱动压缩器从而增加供给到汽缸的空气的压力。单级离心式压气机通常设计来产生4.0或更高的峰值压力比。然而，在一些应用中期望更高的压力比，在这种情形下，常见采用两级串联压气机。两级串联压气机具有安装在相同轴上的两个叶轮，两个叶轮有时呈背对背的构造。由第一级叶轮增压的空气被传送到第二级叶轮的进气口，在那儿空气进一步增压，然后被供给到发动机的进气歧管。利用该技术，可实现7.0或更高的峰值压力比。

两级串联压气机的一个缺点是：在具有相对高的流率但低的压力比的运行条件下，压气机的效率急剧下降。

发明内容

本发明的目标是至少部分减轻两级串联压气机在大流量、低压力比条件下效率下降的问题。本公开描述了可运行在单级压缩模式或两级串联压缩模式的涡轮增压器，根据发动机/涡轮增压器的运行条件，运行的模式是可选择的。在本文描述的一个实施例中，涡轮增压器包含涡轮机，所述涡轮机包含涡轮机叶轮和涡轮机壳体，所述涡轮机叶轮被固定到可旋转的轴的一端，所述涡轮机壳体限定穿过其的轴向孔、废气进气口、环绕涡轮机叶轮的大体环形的涡轮机蜗壳和从涡轮机蜗壳引导到涡轮机叶轮中的喷嘴，其中涡轮机叶轮布置在该轴向孔中。涡轮增压器还包含压气机，所述压气机包含压气机叶轮和压气机壳体，压气机叶轮被固定到轴的相反端并被布置在压气机壳体中，压气机叶轮包含第一叶轮和第二叶轮。压气机壳体限定用于将空气引导入第一叶轮的第一空气进气口、用于将空气引导入第二叶轮的第二空气进气口、环绕第一叶轮并构造成接收由第一叶轮增压的空气的第一压气机蜗壳、构造成将增压的空气从第一压气机蜗壳引入第二空气进气口的跨接管、环绕第二叶轮并构造成接收由第二叶轮增压的空气的第二压气机蜗壳，以及构造成引导来自第二压气机蜗壳的空气并将空气引出压气机壳体用于输送到内燃机的进气歧管的空气排出管。

压气机壳体还限定从第一压气机蜗壳和跨接管中的一个延伸到空气排出管的旁通管，和布置在旁通管中的旁通阀，该旁通阀在关闭位置和打开位置之间是可移动的。关闭位置防止在第一压气机蜗壳中的增压空气沿着旁通管行进而绕开第二叶轮，而打开位置允许在第一压气机蜗壳中的增压空气沿着旁通管行进从而绕开第二叶轮。

当发动机运行条件要求中等到高的流率和来自压气机的低压力比时，旁通阀可被移动到打开位置，所述打开位置允许增压空气从第一压气机蜗壳通过旁通管直接行进到空气排出管中。因此，压气机本质上表现得同单级压气机一样，因为第二叶轮对由压气机产生的整个压力比的贡献非常小。从而在这种大流量、低压力比的条件下取得改善的效率。

在其他的运行工况中，旁通阀可被定位在关闭位置以便压气机运行在两级串联模式。

根据一个实施例，旁通阀包含蝶阀。

第一和第二叶轮可被布置成背对背的构造。第一空气进气口引导空气沿第一轴向方向进入第一叶轮，第二空气进气口引导空气沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向进入第二叶轮。跨接管构造成将增压空气引出第一压气机蜗壳，然后大体沿着第一轴向方向穿过第二压气机蜗壳，然后进入第二空气进气口，第二空气进气口构造成大体径向向内地引导增压空气，然后使增压空气转向大体沿着第二轴向方向行进进入第二叶轮。

在一个实施例中，旁通管在跨接管和空气排出管之间延伸。替代地，旁通管可在第一压气机蜗壳和空气排出管之间延伸。