多级涡轮增压器系统技术方案

本发明专利技术公开一种涡轮增压器系统，包括串联连接的第一相对小的涡轮增压器和第二相对大的涡轮增压器以及排气流控制阀。排气流控制阀具有：进气口，在第一涡轮机上游与排气流连通；第一排出口，在第一涡轮机下游但是第二涡轮机上游与排气流连通；第二排出口，在第二涡轮机的下游与排气流连通。阀可操以选择性地允许或阻塞通过第一排出口和第二排出口的流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及多级涡轮增压器系统。特别地，但不排除地，本专利技术涉及两级涡轮增压 器系统。
技术介绍
众所周知，涡轮增压器是用于在高于大气压的压力(增压)下将空气供给内燃机 的吸入口的装置。常规涡轮增压器基本上包括废气(排气)驱动的涡轮机叶轮，所述排气 驱动的涡轮机叶轮安装在在涡轮机壳体内的可旋转轴上，所述涡轮机壳体接合在发动机出 口歧管的下游。涡轮机叶轮的旋转转动安装在压缩机壳体内部的轴的另一端上的压缩机 叶轮。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机进气歧管。涡轮增压器轴通常由位于接合在 涡轮机与压缩机叶轮壳体之间的中心轴承箱内的轴颈轴承(journal bearing)和止推轴承 (thrust bearing)(包括适当的润滑系统)支撑。在已知的涡轮增压器中，涡轮级包括涡轮室，涡轮机叶轮安装在涡轮室内；环状 入口通路，限定在面对的径向壁(facing radial wall)之间，所述面对的径向壁布置在涡 轮室的周围；进气蜗壳，布置在入口通路周围；以及出口通路，从涡轮室延伸。这些通路和 室连通，使得允许进入进气室的加压排气经由涡轮机通过入口通路流动到出口通路，并旋 转涡轮机叶轮。还已知的是，通过在入口通路内设置叶片(称为喷嘴叶片)以偏转朝向涡 轮机叶轮的旋转方向流动通过入口通路的气体而提高涡轮机性能。已知的改善具有宽的速度/负载范围的发动机的涡轮增压效率是提供顺序的两 级涡轮增压系统，包括一个相对小的高压涡轮增压器和另一个相对大的低压涡轮增压器。 涡轮增压器串联设置，使得来自发动机的排气首先流过高压涡轮增压器的较小的涡轮机， 随后流过低压涡轮增压器的较大的涡轮机。阀控制的旁路通道设置为用于允许排气以高发 动机速度和/或负载旁路高压涡轮机。类似地，两个涡轮增压器的压缩机也串联设置，使得 空气首先流过低压涡轮增压器的相对大的压缩机，随后流过高压涡轮增压器的相对小的压 缩机。再一次，阀控制的旁路设置为允许进口空气以高发动机速度和/或负载旁路高压涡 轮增压器的压缩机。
技术实现思路
本专利技术的各实施方式是提供替换的或改进的多级涡轮增压器系统。根据本专利技术，提供了一种涡轮增压器系统，包括第一相对小的涡轮增压器；第二 相对大的涡轮增压器；第一涡轮增压器包括位于第一排气通道中的第一排气涡轮机；第二 涡轮增压器包括位于所述第一涡轮机下游的所述第一排气通道中的第二排气涡轮机；排气 流控制阀，包括进气口，在所述第一涡轮机上游与所述第一排气通道连通；第一排出口， 在所述第一涡轮机下游但所述第二涡轮机上游与所述第一排气通道连通；第二排出口，在 所述第二涡轮机的下游与所述第一排气通道连通；其中所述阀可操作为选择性地允许或阻 塞通过所述第一排出口和第二排出口的流动。根据本专利技术，排气控制阀可操作为选择性地允许排气流仅旁路第一涡轮机，或者 旁路第一和第二涡轮机。照这样，该阀可操作为第一涡轮机旁路阀和第二涡轮机的“排气 门”阀。在本专利技术的优选实施方式中，所述阀可在下述模式下操作用来阻塞通过所述第 一排出口和第二排出口的流动的第一模式、其中允许流动通过所述第一排出口以允许至少 一部分排气流单独旁路所述第一涡轮机的第二模式、以及其中允许流动通过所述第二排出 口以允许至少一部分排气流旁路所述第一涡轮机和第二涡轮机的第三模式。为了允许流动通过第一和第二排出口，各个端口可以部分或全部未被阻塞。在本 文中，“全部未被阻塞(unobstructed) ”理解为端口相对于阀的正常操作可以打开的最大程 度。优选地，所述排气流量控制阀为包括阀转子的回转阀，所述阀转子围绕阀轴线可 旋转，以选择性地阻塞或不阻塞所述第一排出口和第二排出口。根据本专利技术的另一个实施方式，涡轮增压器系统还可以包括位于所述第一排气通 道中的排气制动阀。如本领域技术人员将会认识到的那样，排气制动阀为位于发动机排出 歧管下游的阀。在某些发动机操作条件下，该阀可以关闭，以限制通过该阀的流动。限制通 过该阀的流动限制了来自发动机出口歧管的排气的流通，并且照这样，由于排气的压缩，在 发动机歧管和发动机汽缸中产生了反压力。反压力产生施加至发动机的制动力。用作排气制动阀的常用类型的阀为蝶形阀。然而，如本领域技术人员将会认识到 的那样，可以使用任何适合的阀类型，如片状阀或回转阀。在本专利技术的一些实施方式中，排气制动阀在打开位置和关闭位置之间是可活动 的，在所述打开位置上，通过所述排气制动阀的流动至少基本上未被阻塞，在所述关闭位置 上，通过所述排气制动阀的流动至少基本上被阻止。排气制动阀可以是能够移动至打开和 关闭位置之间的一个或多个位置上的，以选择期望的通过流。然而，在其它实施方式中，排 气制动阀可以仅在打开和关闭位置之间移动，使得排气制动阀有效地具有“打开/关闭”功 能。在这种实施方式中，通过合适的排气流控制阀的控制，可以提供对排气制动力的调整。 与其它实施方式相比，这样做的好处之处在于，排气制动阀可以要求降低的控制复杂度，并 且属于轻质、小型类型的。将会认识到，当排气制动阀位于其中通过排气制动阀的流动至少基本上未被阻塞 的打开位置上时，通过该阀的流动可以完全未被阻塞；并且当排气制动阀位于其中通过排 气制动阀的流动至少基本上被阻止的关闭位置上时，通过该阀的流动可能完全被阻塞。根据本专利技术，排气制动阀可以位于所述第一排气涡轮机的上游和与所述排气流控 制阀的进气口连通的接头的下游。在第一涡轮机将不暴露至由排气制动阀引起的任何反压 力时，这在某些实施方式中可能是有好处的。在本专利技术的可替换实施方式中，排气制动阀可 以位于所述第一排气涡轮机的下游和与所述排气流控制阀的第二排出口连通的接头的上 游。在这种实施方式，排气制动阀可以位于与排气流控制阀的第二排出口连通的接头的上 游。在本专利技术的另一个实施方式中，排气制动阀可以位于与所述排气流控制阀的第一排出 口连通的接头的上游。上述接头例如可以限定在第一排气通道和与排气流控制阀连通的导管之间，或者 可以由排气流控制阀的直接通向第一排气通道的对应的端口限定。本专利技术还提供了一种操作根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮增压器系统 的方法，该方法包括下述步骤(i)以第一模式操作所述排气流控制阀，以将所有的排气流传递通过所述第一涡 轮机；(ii)以第二模式操作所述排气流控制阀，以允许至少一部分排气流旁路所述第一 涡轮机；以及(iii)以第三模式操作所述排气流控制阀，以允许排气流旁路所述第一涡轮机，并 且还允许至少一部分排气流旁路所述第二涡轮机。如果如上所述，涡轮增压器系统包括排气制动阀，则该方法还可以包括⑴关闭所述排气制动阀，以至少基本阻止通过排气制动阀的流动；以及(ii)在排气制动模式下操作排气流控制阀，以允许至少一部分排气流旁路所述排 气制动阀。通过调整通过下述部件中的任何一种的排气流，所述排气流控制阀操作为调整所 述排气流的允许旁路排气制动阀的量(i)所述排气流控制阀的进气口 ；(ii)所述排气流控制阀的第一排出口 ；和(iii)所述排气流控制阀的第二排出口。根据本专利技术的另一方面，提供了一种涡轮增压器系统，包括第一相对小的涡轮增 压器；第二相对大的涡轮增压器；第一涡轮增压器包括位于第一排气通道中的第一排气涡 轮机；第二涡轮增压器包括所述第一涡轮机下游的位于所述第一排气通道中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮增压器系统，包括：相对小的第一涡轮增压器；相对大的第二涡轮增压器；所述第一涡轮增压器包括位于第一排气通道中的第一排气涡轮机；所述第二涡轮增压器包括位于所述第一涡轮机下游的所述第一排气通道中的第二排气涡轮机；排气流控制阀，所述排气流控制阀包括：进气口，在所述第一涡轮机上游与所述第一排气通道连通；第一排出口，在所述第一涡轮机下游但在所述第二涡轮机上游与所述第一排气通道连通；第二排出口，在所述第二涡轮机的下游与所述第一排气通道连通；其中，所述阀可操作以选择性地允许或阻塞通过所述第一排出口和第二排出口的流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-9-5 0717212.5一种涡轮增压器系统，包括相对小的第一涡轮增压器；相对大的第二涡轮增压器；所述第一涡轮增压器包括位于第一排气通道中的第一排气涡轮机；所述第二涡轮增压器包括位于所述第一涡轮机下游的所述第一排气通道中的第二排气涡轮机；排气流控制阀，所述排气流控制阀包括进气口，在所述第一涡轮机上游与所述第一排气通道连通；第一排出口，在所述第一涡轮机下游但在所述第二涡轮机上游与所述第一排气通道连通；第二排出口，在所述第二涡轮机的下游与所述第一排气通道连通；其中，所述阀可操作以选择性地允许或阻塞通过所述第一排出口和第二排出口的流动。2.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀能够在下述模式中操作用来 阻塞通过所述第一排出口和第二排出口两者的流动的第一模式、其中允许流动通过所述第 一排出口以允许至少一部分排气流单独旁路所述第一涡轮机的第二模式、以及其中允许流 动通过所述第二排出口以允许至少一部分排气流旁路所述第一涡轮机和第二涡轮机两者 的第三模式。3.根据权利要求2所述的涡轮增压器系统，其中，在所述第三模式中，允许排气流通过 所述第一排出口和第二排出口两者。4.根据权利要求2或3所述的涡轮增压器系统，其中，当以所述第二模式操作时，所述 第一排出口至少部分地未被阻塞，且所述第二排出口被完全阻塞。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，当以所述第三模式操 作时，所述第一排出口完全未被阻塞，且所述第二排出口至少部分未被阻塞。6.根据权利要求5所述的涡轮增压器系统，其中，当以所述第三模式操作时，所述第二 排出口完全未被阻塞。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，在所述第一、第二和 第三模式中的每一种模式中，所述进气口都至少基本上未被阻塞。8.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，所述排气流控制阀为 包括阀转子的回转阀，所述阀转子能够围绕阀轴线旋转以选择性地阻塞或不阻塞所述第一 排出口和第二排出口。9.根据权利要求8所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀转子能够在第一位置、第二位 置和第三位置之间旋转，其中在所述第一位置上，第一排出口和排出口完全被阻塞，在所述 第二位置上，所述第一排出口未被阻塞且所述第二排出口完全被阻塞，在所述第三位置上， 所述第一排出口未被阻塞且所述第二排出口至少部分未被阻塞。10.根据权利要求6所述的涡轮增压器系统，其中，当所述转子位于所述第三位置上 时，所述第二排出口完全未被阻塞。11.根据权利要求9或10所述的涡轮增压器系统，其中，所述转子能够选择地定位在所 述第一位置和第二位置之间的多个位置上。12.根据权利要求9至11中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀转子能够选 择地定位在所述第二位置和第三位置之间的多个位置上。13.根据权利要求9至12中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀转子能够选 择地定位在所述第一位置、第二位置和第三位置之间的任意位置上。14.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，所述第二端口具有比 所述进气口或第一排出口小的最大流动面积。15.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮增压器系统，其中，所述进气口与排气旁 路流动通路的第一部分连通，所述第一部分与第一涡轮机上游的第一排气通道连通；所述 第一排出口与所述排气旁路流动通路的第二部分连通，所述第二部分与在第一涡轮机和第 二涡轮机之间与所述第一排气通道连通；并且所述第二排出口与所述排气旁路流动通路的 第三部分连通，所述第三部分与所述第二涡轮机下游的所述第一排气通道连通。16.根据权利要求12所述的涡轮增压器系统，其中，所述排气旁路通路的所述第三部 分尺寸形成为在所述第一阀排出口和第二阀排出口两者完全未被阻塞时仅流过全部排气 流中的一部分。17.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器系统，其中，所述阀封装在所述第二 涡轮机的壳体内。18.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文加勒特，欧文阿利斯泰尔赖德，李J鲁宾逊，詹姆士A麦克伊万，
申请(专利权)人：康明斯涡轮增压技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]