[发明专利]利用内燃机的排气增压的方法和装置

说明书

本发明涉及一种利用带至少两个废气涡轮增压器的内燃机的排气来增压的方法及装置。

一种由废气涡轮增压器所增压的内燃机应该时常在低转速下实现高转矩，也就是说，实现一个相应的增压压力。但是也表明，在借助一废气涡轮增压器直接有较高的增压时，内燃机会出现一种不利的运转特性。

为了改进内燃机的运行特性和转矩特性，公知的有各种措施：—在两个或多个废气涡轮增压器上使内燃机的排气进行转换，亦即所谓的排气用于增压(见，DE-C22537863)；—在废气涡轮增压器上的调节措施，例如通过对废气涡轮之导流栅的导流叶片进行调节(见，DE-A14309637)。

在传统的排气增压情况下，至少两个相互平行安置的废气涡轮增压器与内燃机配合工作。因此，即使在内燃机低转数情况下也可实现高转矩。为了排气用于增压，应用了所谓的固定涡轮增压器，它总具有一个对于其轮廓刚性时也就是不可调的涡轮。

如果内燃机在低的负荷范围内工作，则只有一个废气涡轮增压器与内燃机为作用连接。按照负荷情况，平行地接通一个或多个废气涡轮增压器。为了改变内燃机的部分负荷特性或加速特性或转矩特性，每个首先接通的废气涡轮增压器还可再断开。这一点可借助在进气管和排气管道中安置的截止机构来实现。

但是，由于这种转接过程会产生相当大的增压突跳。与增压相关的运行参数如功率、空气比例，燃料消耗和内燃机及涡轮增压器的热力载荷也因此同样发生脉动变化，进而导致整个内燃机—涡轮增压器系统的不连续的运行特性。

为更好地适应于内燃机实际的运行状态，例如采用了具有可变涡轮几何结构的废气涡轮增压器。与已经在上面描述的固定涡轮增压器相反，它标志为调节涡轮增压器。必需的废气涡轮横截面在这种废气涡轮增压器情况下通过调节其导流栅的导流叶片来实现。用其变化的涡轮面积就可使其连续地适应于内燃机，因此，其运行状态及增压总是最佳的。但是这种调节涡轮增压器的基本缺陷是，与涡轮相连的压缩机在容积流或增压压力波动时就倾向于喘振，因为它是相当靠近喘振边界运行的。在这种状态下，内燃机就不再被增压了，也就是说，必需的功率就不可能达到了。

本发明力图所有上述缺陷加以避免。其任务在于，设置一个利用排气为内燃机增压的方法，它可确保整个内燃机涡轮增压器系统的连续运行特性以及连续地使涡轮增压器适应于内燃机最佳的运行状态。此外，还表明了按此方法运行的装置。

按照发明要求，如此实现上述任务的：在权利要求1前序部分的方法基础上，在内燃机较小的负荷变化情况下，至少第一废气涡轮增压器的涡轮横截面首先相应地扩大或减小。在达到一个确定的开关点时，另一个废气涡轮增压器才接通或断开，从上述开关点起，负荷变化不可能通过涡轮横截面的适应性加以补偿。在接通的同时，至少第一废气涡轮增压器的涡轮横截面相应地减小或在断开时相应地扩大。以后的负荷变化则重新通过至少第一废气涡轮增压器的涡轮横面的相应地适配性来补偿。

为此，作为第一废气涡轮增压器应用一个调节涡轮增压器，它连续地与内燃机作用连接。另外的废气涡轮增压器则既可为调节涡轮增压器的结构又可为固定涡轮增压器的结构。在每个调节涡轮增压器的废气涡轮中，设置一个公知的带可调导流叶片的导流栅。

通过本发明在排气增压的装置中应用至少一个调节涡轮增压器，就使得这些迄今为改善内燃机转矩特性而分别应用的措施的优点相互有机联系起来。因为，与内燃机连续有效连接的第一废气涡轮增压器设置为调节涡轮增压器，因此，较小的负荷变化就可以毫无问题地被补偿了。

当至少第一调节涡轮增压器的涡轮横截面同时相应地与一个或多个另外的废气涡轮增压器的断开或接通适应时，则废气涡轮的整个横截面就在开关点上获得一个相对连续的变化。以此方式，就可避免增压压力的大跳动并且整个内燃机涡轮增压器的运行特性也是基本连续的。

在本发明有利的实施方案中，两个废气涡轮增压器与内燃机相连接，同时，该第二废气涡轮增压器既可以是一个固定涡轮增压器，而且可以是另一个调节涡轮增压器。在第二废气涡轮增压器的进气管中安置一个单向阀和在其排气管道中安置一个控制阀门。为此最好应用不同结构参数的废气涡轮增压器，因为，这样对于增压系统合成的总涡轮面积来说可得到一个较大的可能调节范围。