專利名稱：多級(jí)排氣渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的多級(jí)排氣渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括
高壓級(jí)渦輪增壓器，其具有可由來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣驅(qū)動(dòng)的高壓渦輪；和低壓 級(jí)渦輪增壓器，其具有可由來自高壓渦輪的廢氣驅(qū)動(dòng)的低壓渦輪，該渦輪增 壓器順序地設(shè)置在廢氣的流動(dòng)路徑中，且由低壓級(jí)渦輪增壓器的低壓壓氣機(jī) 壓縮的供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)由空氣供應(yīng)管道而供應(yīng)到高壓級(jí)渦輪增壓器 的高壓壓氣機(jī)，以由高壓壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮。
背景技術(shù)：
近年來，在車載引擎發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中，特別是在車載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中， 采用了多級(jí)(兩級(jí))排氣渦輪增壓系統(tǒng)，其中具有可由來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧 管的廢氣驅(qū)動(dòng)的高壓渦輪的高壓級(jí)渦輪增壓器和具有可由來自高壓渦輪的 廢氣驅(qū)動(dòng)的低壓渦輪的低壓級(jí)渦輪增壓器順序地設(shè)置在廢氣通道內(nèi)，且由低 壓級(jí)渦輪增壓器的低壓壓氣機(jī)壓縮的供給發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)由空氣供應(yīng)管道 供應(yīng)到高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)，以由高壓壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮且注入 到發(fā)動(dòng)機(jī)。
對(duì)于裝備有如上所述的多級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過允許高壓級(jí) 和低壓級(jí)渴輪增壓器兩者的運(yùn)行來執(zhí)行兩級(jí)增壓以在發(fā)動(dòng)機(jī)的低速和中速 運(yùn)行范圍內(nèi)增加增壓壓力，和通過允許廢氣和進(jìn)氣繞開高壓級(jí)渦輪增壓器而 僅允許低壓級(jí)渦輪增壓器運(yùn)行以在發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)行范圍內(nèi)執(zhí)行單級(jí)增壓， 可獲得具有高效渦輪增壓效率的發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
圖9是例如在US2003/0159442 Al、 US6378308 Bl和JP59-82526中公 開的兩級(jí)增壓系統(tǒng)的示意性表示。
在圖9中，標(biāo)號(hào)103是排氣歧管，l是高壓級(jí)渦輪增壓器，該渦輪增壓 器具有高壓渦輪la和通過軸連接到該渦輪la的高壓壓氣機(jī)lb, 2是低壓級(jí) 渦輪增壓器，該增壓器具有低壓渦輪2a和通過軸連接到該渦輪2a的低壓壓 氣才幾2b。
標(biāo)號(hào)117是用來控制在排氣旁路管116中流動(dòng)的廢氣的流速的排氣旁路 閥裝置，5是用來控制在高壓壓氣機(jī)旁路管111中流動(dòng)的旁路進(jìn)氣的流速的
壓氣機(jī)旁路閥裝置。
當(dāng)通過允許高壓級(jí)和低壓級(jí)渦輪增壓器1和2而允許裝備有兩級(jí)渦輪增 壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在兩級(jí)增壓狀態(tài)時(shí)，排氣旁路閥裝置117和壓氣機(jī)旁路閥 裝置5都關(guān)閉。
在這種狀態(tài)中，從排氣歧管103流出的廢氣驅(qū)動(dòng)高壓級(jí)渦輪增壓器1的 高壓渦輪la和低壓級(jí)渦輪增壓器2的低壓渦輪lb。另一方面，由連接到低 壓渦輪2a的低壓壓氣機(jī)2b壓縮的進(jìn)氣由連接到高壓渦輪la的高壓壓氣機(jī) lb進(jìn)一步壓縮，且供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)汽缸，作為汽缸內(nèi)用于燃燒的進(jìn)氣。
通過在發(fā)動(dòng)機(jī)的低速、中速運(yùn)行范圍內(nèi)執(zhí)行像這樣的兩級(jí)增壓，可增加 增壓壓力，以增加進(jìn)氣壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出。
當(dāng)通過允許廢氣和進(jìn)氣繞開高壓級(jí)渦輪增壓器2而在發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)行 范圍內(nèi)通過低壓級(jí)渦輪增壓器2而允許發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在單級(jí)增壓狀態(tài)時(shí)，壓氣 機(jī)旁路閥裝置5打開，且排氣旁路閥裝置117的打開受控制，以產(chǎn)生需要的 進(jìn)氣壓力。
大多數(shù)從排氣歧管103流出的廢氣繞開高壓渦輪la，且與流過高壓渦輪 la的小部分廢氣合流以驅(qū)動(dòng)低壓渦輪2a。
另 一方面，由連接到低壓渦輪2a的低壓壓氣機(jī)2b壓縮的大部分進(jìn)氣經(jīng) 由高壓壓氣機(jī)旁路管111繞開高壓壓氣機(jī)lb,且與流過高壓壓氣機(jī)lb的一 小部分進(jìn)氣合流，以供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)汽缸作為進(jìn)氣。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)行范圍內(nèi)，通過允許大多數(shù)廢氣和進(jìn)氣繞開高壓級(jí)渦 輪增壓器1而由低壓級(jí)渦輪增壓器2執(zhí)行單級(jí)增壓，可實(shí)現(xiàn)具有高渦輪增壓
效率的發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
因?yàn)榕c單級(jí)增壓器相比，兩級(jí)排氣渦輪增壓器的體積必然增加，因而在
發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)需要相對(duì)較大的安裝空間以安裝裝備有這種類型的兩級(jí)排氣渦 輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)。
在車用發(fā)動(dòng)機(jī)的情況中，要求盡可能地減少兩級(jí)排氣渦輪增壓器的體 積，以將裝備有兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車輛的通常狹窄的發(fā)動(dòng) 機(jī)搶內(nèi)。
然而，在裝備有公開于US6378308 B1和JP59-82526中的兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)中，特別地，從低壓壓氣機(jī)2b到高壓壓氣機(jī)lb的空氣供應(yīng) 路徑和從低壓壓氣機(jī)2b到高壓壓氣機(jī)旁路管111上的壓氣機(jī)旁路閥裝置5
的空氣供應(yīng)旁路路徑設(shè)置在水平面內(nèi)，因此該兩級(jí)排氣渦輪增壓器在水平方 間。
機(jī)，高壓級(jí)渦輪增壓器1和低壓級(jí)排氣渦輪增壓器2被三維地設(shè)置，以使得 可以用最小長(zhǎng)度的廢氣和空氣供應(yīng)路徑連接和減少該兩級(jí)排氣渦輪增壓器 組件的體積。然而，由于高壓級(jí)和低壓級(jí)渦輪增壓器的殼完全單獨(dú)地構(gòu)成， 且設(shè)置了用于將它們連接起來的廢氣和空氣供應(yīng)通道，因而兩級(jí)廢氣渦輪增 壓器組件的體積仍然沒有足夠地減小，還不能容易地確保用于把發(fā)動(dòng)機(jī)安裝 在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的安裝空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中的這些問題而進(jìn)行，目的是提供一種多級(jí)排氣渦 輪增壓器，其結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化且體積被減小，由此可獲得將裝備有多級(jí)排氣渦輪 增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提出 一種用于內(nèi)燃機(jī)的多級(jí)排氣渦輪增壓器， 其包括具有可由來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管的廢氣驅(qū)動(dòng)的高壓渦輪的高壓級(jí)渦 輪增壓器，和具有可由驅(qū)動(dòng)高壓渦輪后從該高壓渦輪流出的廢氣驅(qū)動(dòng)的低壓 渦輪的低壓級(jí)渦輪增壓器，渦輪增壓器順序地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的流動(dòng)路 徑內(nèi)，且由低壓級(jí)渦輪增壓器的低壓壓氣機(jī)壓縮的供給發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)由空 氣供應(yīng)管道供應(yīng)到高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)，以由高壓壓氣機(jī)進(jìn)一 步 壓縮，設(shè)置的壓氣機(jī)旁路閥裝置允許部分進(jìn)氣經(jīng)由壓氣機(jī)旁路管道繞開高壓 壓氣機(jī)，其中高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)殼被設(shè)置，使得其具有壓氣機(jī) 進(jìn)口通道、旁路進(jìn)口通道、兩個(gè)通道之間的由壓氣機(jī)旁路閥裝置的閥體打開 和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換孔、和連接到旁路進(jìn)口通道以引導(dǎo)旁路空氣穿過由旁路閥打開 的孔到連接到旁路出口管部的壓氣機(jī)旁路管道的旁路出口管部。
在該發(fā)明中，優(yōu)選地是
(1)所述壓氣機(jī)旁路閥裝置組成為壓氣機(jī)旁路閥單元，其包括所述旁 路閥體和致動(dòng)器，該致動(dòng)器用于移動(dòng)所述旁路閥體以打開和關(guān)閉所述轉(zhuǎn)換
孔，且該閥單元可拆除地安裝在所述高壓壓氣機(jī)殼上，和
(2)與高壓壓氣機(jī)殼整體形成的所述旁路閥出口管部被形成，以與高 壓壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸成直角延伸，且靠近可拆除地安裝在所述高壓壓氣機(jī)殼上 的所述壓氣機(jī)旁路閥單元。
根據(jù)本發(fā)明，高壓壓氣機(jī)殼被構(gòu)成，使得其具有用于把進(jìn)氣引導(dǎo)到高壓 壓氣機(jī)的壓氣機(jī)入口管道、當(dāng)旁路閥體打開轉(zhuǎn)換孔時(shí)經(jīng)由轉(zhuǎn)換孔與壓氣機(jī)入 口通道相通的旁路入口通道、和旁路出口管部，旁路出口管部與高壓壓氣機(jī) 的旋轉(zhuǎn)軸成直角延伸，引導(dǎo)穿過該孔的旁路空氣到壓氣機(jī)旁路管道，該管道 連接到與壓氣機(jī)殼整體形成的旁路出口管部，該旁路出口管部如上所述延 伸，靠近安裝在壓氣機(jī)殼上的旁路閥裝置單元，因此高壓壓氣機(jī)殼具有用于 引導(dǎo)進(jìn)氣到高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣入口通道、旁路空氣從中流到壓氣機(jī)旁路管道 的旁路入口通道、和與其整體形成的旁路出口管部，且不需要任何管道來連 接它們。
因此，高壓壓氣機(jī)的空氣入口部和其與壓氣機(jī)旁路管道的連接的結(jié)構(gòu)變 得緊湊且體積減少，因此高壓壓氣機(jī)的安裝空間可減少，且裝備有兩級(jí)排氣 渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)可容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。
而且，通過使壓氣機(jī)旁路閥裝置組成為一單元，使得其包括用于打開和 關(guān)閉壓氣機(jī)入口通道和旁路出口通道之間的轉(zhuǎn)換孔的壓氣機(jī)旁路閥、和用于 驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旁路閥的致動(dòng)器，壓氣機(jī)旁路閥裝置的安裝較容易，這有助于減 少裝配成本。
優(yōu)選的是，由致動(dòng)器致動(dòng)以支撐在沿轉(zhuǎn)換孔的圓周部分形成的閥座上或 離開該閥座從而打開或關(guān)閉該轉(zhuǎn)換孔的所述旁路閥體的座表面形成弓形表 面的4黃截面。
對(duì)于該結(jié)構(gòu)，閥體的座表面線接觸地支撐在形成在隔離壁上的閥座上， 允許座表面和閥座的細(xì)微輪廓誤差，甚至可獲得閥體的座表面和閥座平面之 間的接觸，因而可消除旁路閥的密封功能中的變化，且可獲得具有穩(wěn)定密封 功能的壓氣機(jī)旁路閥裝置。
本發(fā)明提出了 一種用于內(nèi)燃機(jī)的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其包括具有可由 從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管排出的廢氣驅(qū)動(dòng)的高壓渦輪的高壓級(jí)渦輪增壓器和具 有由驅(qū)動(dòng)高壓渦輪后從該渴輪流出的廢氣驅(qū)動(dòng)的低壓渴輪的低壓級(jí)渦輪增 壓器，該渦輪增壓器順序地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的流動(dòng)路徑中，且發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)
氣由低壓級(jí)渦輪增壓器的低壓壓氣機(jī)壓縮，經(jīng)由空氣供應(yīng)管道而供應(yīng)到高壓 級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)，以由高壓壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮，設(shè)置的壓氣機(jī)旁 路閥裝置允許部分進(jìn)氣經(jīng)由壓氣機(jī)旁路管道繞開高壓壓氣機(jī)，其中高壓渦輪 殼與排氣歧管整體鑄造，廢氣引導(dǎo)件在高壓渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭處連接 到高壓渦輪殼，且低壓渦輪殼在所述廢氣引導(dǎo)件的低壓渦輪安裝法蘭處連接 到所述廢氣引導(dǎo)件。
優(yōu)選的是，高壓渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭的法蘭面垂直于排氣歧管的法 蘭的用來連接該歧管到發(fā)動(dòng)機(jī)的法蘭面。
根據(jù)本發(fā)明，廢氣引導(dǎo)件連接到與排氣歧管整體鑄造的高壓渦輪殼，且 低壓渦輪殼在所述廢氣引導(dǎo)件的低壓渦輪安裝法蘭處連接到廢氣引導(dǎo)件，該 法蘭沿平行于高壓級(jí)渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸的方向延伸，高壓渦輪殼、廢氣引 導(dǎo)件和低壓渦輪殼可彼此直接連接，而不需要在它們之間設(shè)置任何管道。因 此，高壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼和低壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼之間的連接件 變得緊湊，因此高壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼和低壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼的 安裝空間可減少，且裝備有兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)可容易地安裝在車 輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。
而且，沖艮據(jù)第二實(shí)施例，排氣歧管的每個(gè)法蘭的法蘭面可容易地加工， 因?yàn)檫@些法蘭面垂直于高壓渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭的法蘭面，且排氣歧管 的法蘭的法蘭面可使用渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭的法蘭面做為參考平面而 力口工。
因此，可容易地加工與高壓渦輪殼整體形成的排氣歧管，且制造和裝配 高壓級(jí)廢氣渦輪增壓器所需的工時(shí)可減少。
根據(jù)本發(fā)明，通過構(gòu)造高壓壓氣機(jī)殼，使得其具有壓氣機(jī)入口通道； 旁路入口通道，當(dāng)轉(zhuǎn)換孔由旁路閥體打開時(shí)，該通道經(jīng)由轉(zhuǎn)換孔與壓氣機(jī)入 口通道相通；以及與旁路入口通道相通的旁路出口管部。高壓壓氣機(jī)殼由與 用于引導(dǎo)進(jìn)氣到高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣入口通道整體構(gòu)造，當(dāng)轉(zhuǎn)換孔由壓氣機(jī)旁 路閥裝置打開時(shí)，旁路空氣穿過旁路入口通道經(jīng)由旁路出口管部流到壓氣機(jī) 旁路管道，且壓氣機(jī)旁路通道連接到旁路出口管部，而不需要在它們之間設(shè) 置任何管道。
因此，高壓壓氣機(jī)的空氣入口部分和其到壓氣機(jī)旁路管道的連接部的結(jié) 構(gòu)變得緊湊，且體積減少，所以高壓壓氣機(jī)的安裝空間可減少，且裝備有兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)可容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。
而且，通過構(gòu)造壓氣機(jī)旁路閥裝置構(gòu)成一單元，使得其包括用于打開和 關(guān)閉壓氣機(jī)入口通道和旁路出口通道之間的轉(zhuǎn)換孔的壓氣機(jī)旁路閥，和用于 驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旁路閥的致動(dòng)器，壓氣機(jī)旁路閥裝置的安裝較容易，這有助于減 少裝配成本。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于廢氣引導(dǎo)件連接到與排氣歧管整體鑄造的高壓 渦輪殼，且低壓渦輪殼在所述廢氣引導(dǎo)件的低壓渦輪安裝法蘭處連接到廢氣 引導(dǎo)件，該法蘭沿平行于高壓級(jí)渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸的方向延伸，高壓渦輪 殼、廢氣引導(dǎo)件和低壓渦輪殼可彼此直接連接，而不需要在它們之間設(shè)置任 何管道。因此，高壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼和低壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼之 間的連接件的結(jié)構(gòu)變得緊湊，因此高壓級(jí)渦輪增壓器的渦輪殼和低壓級(jí)渦輪 增壓器的渦專侖殼的安裝空間可減少，且裝備有兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī) 可容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)搶內(nèi)。
而且，通過使用高壓渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭的與排氣歧管的法蘭面垂 直的法蘭面做為參考平面，排氣歧管的每個(gè)法蘭的法蘭面可容易地加工。
因此，與高壓渦輪殼整體形成的排氣歧管可容易地加工，且制造和裝配 高壓級(jí)排氣渦輪增壓器所需的工時(shí)可減少。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的兩級(jí)排氣渦輪增壓器的第 一 實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)
的側(cè)一見圖2是圖1中的第一實(shí)施例沿高壓級(jí)渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子軸的中心線的截 面圖3A是第 一 實(shí)施例中設(shè)置有壓氣機(jī)旁路閥裝置的高壓壓氣機(jī)殼的透視 外部視圖，且圖3B是壓氣機(jī)旁路閥裝置的外部視圖4是第 一實(shí)施例中的高壓壓氣機(jī)殼的截面視圖5A是壓氣機(jī)旁路閥體的截面視圖，且圖5B是圖5A中的由X圈住 的部分的局部放大視圖6A是顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例中的高壓級(jí)排氣渦輪增壓器的渦輪殼 的側(cè)視圖，且圖6B是沿圖6A中的箭頭Y方向的視圖7是沿圖6A中的箭頭W方向的視排氣系統(tǒng)的示意圖;
圖9是顯示裝備有兩級(jí)排氣渦輪增壓器的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分進(jìn)氣和排
氣系統(tǒng)的示意圖。 具體實(shí)施例
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參考附圖予以詳述。然而，除非特別說明，實(shí)施 例中的組成部分的尺寸、材料和相對(duì)位置等應(yīng)解釋為示例性的，而非對(duì)本發(fā) 明的范圍的限制。
圖8是顯示裝備有應(yīng)用本發(fā)明的兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和 排氣系統(tǒng)的示意圖。
參考圖8,標(biāo)號(hào)100是發(fā)動(dòng)機(jī)，101是發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸(在圖中為四缸)， 102是進(jìn)氣歧管，103是排氣歧管，l是高壓級(jí)渦輪增壓器，其具有高壓渦輪 la和由軸3連接到渦輪la的高壓壓氣機(jī)lb，且2是低壓級(jí)渦輪增壓器，其 具有低壓渦4侖2a和由軸4連接到渦輪2a的低壓壓氣機(jī)2b。
標(biāo)號(hào)104是高壓排氣管道，其把排氣歧管103的排氣出口連接到高壓渦 輪la的排氣入口 ， 115是排氣管道，其把高壓渦輪la的排氣出口連接到低 壓渦輪2a的入口。標(biāo)號(hào)118是排氣管，其用排放從低壓渦輪2a流出的廢
標(biāo)號(hào)105是排氣旁路管道，用于將廢氣從排氣歧管103引導(dǎo)到低壓渦輪 2a繞開高壓渦輪la， 106是級(jí)控閥，用于控制旁路的廢氣的流速。標(biāo)號(hào)116 是排氣旁路管道，用于引導(dǎo)在排氣管道115內(nèi)流動(dòng)的廢氣到排氣管118繞開 低壓渦輪2a， 117是排氣旁路閥裝置，其用于控制在排氣旁路管道116內(nèi)流 動(dòng)的旁路的廢氣的流速。
標(biāo)號(hào)119是吸氣管，用于從外邊引導(dǎo)空氣到低壓壓氣機(jī)2b的入口。標(biāo) 號(hào)21是空氣供應(yīng)管道，其將低壓壓氣機(jī)2b的出口連接到高壓壓氣機(jī)lb的 入口。標(biāo)號(hào)108是空氣供應(yīng)管，其將高壓壓氣機(jī)lb的出口連接到進(jìn)氣歧管 102，且107是設(shè)置在空氣供應(yīng)管108處的空氣冷卻器，用于冷卻注入到發(fā) 動(dòng)機(jī)的空氣。
標(biāo)號(hào)12是高壓壓氣機(jī)旁路管道，其用于引導(dǎo)進(jìn)氣到空氣供應(yīng)管108繞 開高壓壓氣機(jī)lb，且5是壓氣機(jī)旁路閥裝置，其用于控制在壓氣機(jī)旁路管道
12中流動(dòng)的旁路的進(jìn)氣的流速。
標(biāo)號(hào)109是EGR管道，其用于從排氣歧管103抽取部分廢氣且引導(dǎo)其 到空氣供應(yīng)管108作為排出的再循環(huán)氣體，且110是ERG閥，其用于控制 排出的再循環(huán)氣體的流速。
當(dāng)通過允許高壓級(jí)和低壓級(jí)渦輪增壓器1和2運(yùn)行，使得裝備有兩級(jí)渦 輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在兩級(jí)增壓狀態(tài)時(shí)，排氣旁路閥裝置117和壓氣機(jī)旁 路閥裝置5被關(guān)閉，當(dāng)在低壓范圍內(nèi)完成兩級(jí)增壓狀態(tài)時(shí)，且當(dāng)運(yùn)行在可變 的兩級(jí)范圍中時(shí)，壓氣機(jī)旁路閥裝置5和排氣旁路閥裝置117被關(guān)閉，且級(jí) 控閥106的打開受到控制。
在該運(yùn)行模式中，來自排氣歧管103的廢氣驅(qū)動(dòng)高壓渦輪la和低壓渦 輪2a。另一方面，由低壓壓氣機(jī)2b壓縮的進(jìn)氣由高壓壓氣機(jī)lb進(jìn)一步壓縮， 然后由空氣冷卻器107冷卻，且供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)100的汽缸101，作為用于噴 射到汽缸101中的燃油燃燒的進(jìn)氣。
增壓壓力可增加，以通過在發(fā)動(dòng)機(jī)的低速、中速運(yùn)行范圍執(zhí)行這樣的兩 級(jí)增壓來增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出。
當(dāng)通過允許廢氣和進(jìn)氣繞過高壓級(jí)渦輪增壓器2使低壓級(jí)渦輪增壓器2 在高速運(yùn)行范圍以允許發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在單級(jí)增壓狀態(tài)時(shí)，級(jí)控閥106和壓氣機(jī) 旁路閥裝置5打開，且排氣旁路閥裝置117的打開受到控制，使得產(chǎn)生需要 的充氣壓力。
在這個(gè)運(yùn)行模式中，從排氣歧管103流出的大多數(shù)廢氣繞開高壓渦輪la 且經(jīng)由排氣旁路管道105和打開的級(jí)控閥106流到排氣管道115,且與流過 高壓渦輪la的小部分廢氣匯流以驅(qū)動(dòng)低壓渦輪2a。
在這種情況下，由于流過高壓渦輪la的廢氣的流速非常小，高壓級(jí)渦 輪增壓器1實(shí)際上不起作用。
另 一方面，由連接到低壓渴輪2a的低壓壓氣機(jī)2b壓縮的大多數(shù)進(jìn)氣通 過流過高壓壓氣機(jī)旁路通道12繞開高壓壓氣機(jī)lb,且與流過高壓壓氣機(jī)lb 的小部分進(jìn)氣合并，以經(jīng)由冷卻器107和空氣供應(yīng)管108而供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)100 的汽缸101。
通過允許大多數(shù)廢氣和進(jìn)氣繞開高壓級(jí)渦輪增壓器1以通過低壓級(jí)渦輪 增壓器2執(zhí)行單級(jí)增壓，在發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)行范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)具有高渦輪增壓 效率的發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明涉及如上述工作的兩級(jí)排氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。 第一實(shí)施例
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的兩級(jí)排氣渦輪增壓器的第 一實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu) 的側(cè)視圖。圖2是圖1中的第一實(shí)施例沿高壓級(jí)渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子軸的中心
線的截面視圖。圖3A是設(shè)置有壓氣機(jī)旁路閥裝置的高壓壓氣機(jī)殼的透視外 部視圖。圖3b是壓氣機(jī)旁路閥裝置的外部視圖，且圖4是高壓壓氣機(jī)殼的 截面視圖。
參考圖1至4,標(biāo)號(hào)l是高壓級(jí)渦輪增壓器，其具有高壓渦輪la和由軸 3 (參考圖8 )連接到該渦輪la的高壓壓氣機(jī)lb, 2是低壓級(jí)渦輪增壓器， 其具有低壓渦輪2a和由軸4 (參見圖8)連接到渦輪2a的低壓壓氣機(jī)2b。
標(biāo)號(hào)IO是高壓級(jí)渦輪增壓器1的高壓渦輪殼，9是高壓壓氣機(jī)殼，11 是排氣管道，標(biāo)號(hào)2s是低壓級(jí)渦輪增壓器2的低壓渦輪殼，2t是低壓壓氣 機(jī)殼。這些將在后面詳述。
標(biāo)號(hào)21是空氣供應(yīng)管道，其將低壓壓氣機(jī)殼2t連接到高壓壓氣機(jī)殼9。 空氣供應(yīng)管道21由金屬材料制造，例如鋼管和鋁管，或具有柔性的樹脂或 硬橡膠管。管道21通過夾子或其它連接裝置分別連接到壓氣機(jī)殼2t和壓氣 機(jī)殼9。
在沿縱向截面顯示高壓級(jí)渦輪增壓器1的圖2中，標(biāo)號(hào)IO是金屬鑄造 的高壓渦輪殼10, la是徑流式高壓渦輪，lb是連接到渦輪la的高壓壓氣機(jī)， 3是連接渦輪la和壓氣機(jī)lb的高壓級(jí)轉(zhuǎn)子軸，9是金屬鑄造的高壓壓氣機(jī)， 6是金屬鑄造的高壓級(jí)軸承體。
標(biāo)號(hào)11是金屬鑄造的廢氣引導(dǎo)件，其連接到高壓渦輪殼10的法蘭(10a 表示其法蘭面)，以圖中未示出的多個(gè)螺栓的方式，管道的縱向中心線與高 壓渦輪la的旋轉(zhuǎn)軸線M—致。廢氣引導(dǎo)件11具有低壓渦輪安裝法蘭12。 該安裝法蘭12沿平行于旋轉(zhuǎn)軸線M的方向延伸，且低壓渦輪殼2s以多個(gè)螺 栓的方式直接連接到安裝法蘭12 ( 12z表示螺栓孔)。
如圖2和4所示，高壓壓氣機(jī)殼9具有壓氣機(jī)入口通道7，進(jìn)氣經(jīng)由空 氣供應(yīng)管道21和旁路入口通道8a從低壓壓氣機(jī)2b引導(dǎo)到壓氣機(jī)入口通道 7。可由壓氣機(jī)旁路閥裝置5打開和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換孔5c在壓氣機(jī)入口通道7和 旁路入口通道8a之間形成。
高壓壓氣機(jī)殼9還具有旁路出口管部8，壓氣機(jī)旁路管道12連接到該管
部8。旁路出口管部8以沿垂直于旋轉(zhuǎn)軸線M的方向延伸的形式與壓氣機(jī)殼
9整體形成，臨近安裝到壓氣機(jī)殼9的殼體53，壓氣機(jī)旁路閥裝置5連接到 殼體53。
從圖2至4可看出，特別是在圖3A和3B中，壓氣機(jī)旁路閥裝置5設(shè) 置為旁路閥單元，其包括連接到殼體53的致動(dòng)器52和壓氣機(jī)旁路閥51,殼 體53可拆卸地連接在壓氣機(jī)殼9的上部。通過致動(dòng)器52的致動(dòng)，壓氣機(jī)旁 路閥51打開或關(guān)閉轉(zhuǎn)換孔5c,以將壓氣機(jī)入口通道7連通到旁路入口通道 8a，或從旁路入口通道8a切斷壓氣機(jī)入口通道7，從而將壓氣機(jī)入口通道7 連通到壓氣機(jī)旁路管道12,或從壓氣機(jī)旁路通道12切斷壓氣機(jī)入口通道7。 通過致動(dòng)器52的往復(fù)致動(dòng)以允許壓氣機(jī)旁路閥51的閥體51a支撐在形成在 轉(zhuǎn)換孔5c的圓周部分上的閥座55或從其離開，轉(zhuǎn)換孔5c被關(guān)閉或打開。
圖5A是壓氣機(jī)旁路閥體的截面視圖，圖5B是圖5A中的由X圈住部 分的局部放大圖。參考圖5A、 5B、圖2和圖3，壓氣機(jī)旁路閥51具有閥軸 51b，閥體51b固定在該閥軸的端部，且閥軸51b連接到致動(dòng)器52。閥體51a 的圓周部分的下側(cè)形成為用標(biāo)號(hào)51c表示的弓形表面的橫截面，其形成如圖 5B中所示的座表面，使得當(dāng)閥關(guān)閉轉(zhuǎn)換孔5c時(shí)，座表面51c支撐在壓氣機(jī) 殼9的閥座55上。
對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu),座表面51c線接觸地支撐在閥座55上，因此閥座55和座 表面51c的細(xì)微輪廓誤差被允許，甚至可獲得閥體的座表面和閥座平面之間 的接觸，從而可消除旁路閥的密封功能中的變化，且可獲得具有穩(wěn)定的密封 功能的壓氣機(jī)旁路閥裝置。
根據(jù)第一實(shí)施例，其包括這些高壓壓氣機(jī)lb的壓氣機(jī)殼9具有壓氣 機(jī)入口通道7，進(jìn)氣從低壓壓氣機(jī)2b經(jīng)由空氣供應(yīng)管道21和旁路入口通道 8a引導(dǎo)到壓氣機(jī)入口通道7，由壓氣機(jī)旁路閥裝置5打開和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換孔5c 形成在壓氣機(jī)入口通道7和旁路入口通道8a之間；且另外，壓氣機(jī)殼9具 有旁路出口管部8，壓氣機(jī)旁路管道12連接到該管部，旁路出口管部8以沿 垂直于旋轉(zhuǎn)軸線M的方向延伸的形式與壓氣機(jī)殼9整體形成，且靠近連接 到壓氣機(jī)殼9的殼體53,壓氣機(jī)旁路閥裝置5連接到殼體53;高壓壓氣機(jī) 殼9可與進(jìn)氣入口通道7整體形成，用于把進(jìn)氣引導(dǎo)到高壓壓氣機(jī)lb，當(dāng)轉(zhuǎn) 換孔5c由壓氣機(jī)旁路閥裝置5打開時(shí)，通過旁路入口通道8a的旁路空氣經(jīng) 由旁路出口管部8流到壓氣機(jī)旁路管道12,且壓氣機(jī)旁路管道12連接到旁路出口管部分8，而在它們之間不需要任何管道。
因此，高壓壓氣機(jī)lb的空氣入口部和其到壓氣機(jī)旁路管道12的連接部 的結(jié)構(gòu)變得緊湊且體積減少，所以高壓壓氣機(jī)lb的安裝空間可減少，且裝
內(nèi)。 ' 、 一 口 、'、 一
而且，通過構(gòu)造壓氣機(jī)旁路闊裝置5作為一單元，該單元包括用于打開 和關(guān)閉壓氣機(jī)入口通道7和旁路入口通道8a之間的轉(zhuǎn)換孔5c的壓氣機(jī)旁路 閥51,和用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旁路閥51的致動(dòng)器52,壓氣機(jī)旁路閥裝置5的安 裝較容易，這有助于減少裝配成本。
第二實(shí)施例
圖6A是顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例中的高壓級(jí)排氣渦輪增壓器的渦輪殼 的側(cè)視圖，且圖6B是沿圖6A中的箭頭Y的方向的視圖。圖7是沿圖6A 中的箭頭W的方向的視圖。
參考圖6-7，標(biāo)號(hào)103是排氣歧管，其與高壓級(jí)渦輪增壓器1的高壓渦 輪殼10整體形成，且由金屬鑄造。廢氣引導(dǎo)件11由圖中未示出的多個(gè)螺栓 連接到高壓渦輪殼10的廢氣排出側(cè)法蘭10b的法蘭面10a，廢氣引導(dǎo)件11 的縱向中心線與高壓渦輪la的旋轉(zhuǎn)軸線M —致。
標(biāo)號(hào)103a是排氣歧管103的法蘭。每個(gè)法蘭103a的法蘭面103b垂直 于高壓渦輪殼IO的法蘭10b的法蘭面10a,且排氣歧管通過圖中未示出的多 個(gè)螺栓的方式經(jīng)由法蘭103a固定到發(fā)動(dòng)機(jī)。
廢氣引導(dǎo)件11具有低壓渦輪安裝法蘭12，用于連接低壓級(jí)渦輪增壓器 2b,低壓渦輪安裝法蘭12沿平行于旋轉(zhuǎn)軸線M的方向延伸。低壓渦輪殼2s 通過多個(gè)螺栓的方式連接到安裝法蘭12 (12z為螺栓孔)，如圖1所示。從 高壓渦輪la流出而進(jìn)入廢氣引導(dǎo)件11中的廢氣通道lis的廢氣被引導(dǎo)到低 壓渦輪2a的入口，該低壓渦輪的低壓渦輪殼2s連接到廢氣引導(dǎo)件11的安裝 法蘭12,如圖1所示。
標(biāo)號(hào)15是EGR法蘭，用于抽取再循環(huán)廢氣的管道連接到該法蘭。
根據(jù)第二實(shí)施例，通過形成與排氣歧管103整體形成的高壓渦輪殼10 的法蘭10b，將廢氣引導(dǎo)件11連接到高壓渦輪殼10的法蘭10b,且將低壓 級(jí)渦輪增壓器2的渦輪殼2s連接到廢氣引導(dǎo)件11的安裝法蘭12,高壓渦輪 殼10、廢氣引導(dǎo)件11和低壓渦輪殼2s可彼此直接連接而不需要在它們之間
提供任何管道。因此，高壓級(jí)渦輪增壓器1的渦輪殼10和低壓級(jí)渦輪增壓
器2的渦輪殼2s之間的連接件的結(jié)構(gòu)變得緊湊，所以高壓級(jí)渦輪增壓器1 的渦輪殼10和低壓級(jí)渦輪增壓器2的渦輪殼2s的安裝空間可減少，且裝備 有兩級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)可容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。 此外，根據(jù)第二實(shí)施例，，因?yàn)榉ㄌm面103b垂直于高壓渦輪殼10的法 蘭10b的法蘭面10a，且法蘭面103b可使用渦輪殼IO的法蘭面10a作為參 考平面而加工，因此可方便地加工排氣歧管103的每個(gè)法蘭103a的法蘭面 103b。
因此，可容易地加工與高壓渦輪殼IO整體形成的排氣歧管103,且制造 和裝配高壓級(jí)廢氣渦輪增壓器所需的工時(shí)可減少。
工業(yè)實(shí)用性
根據(jù)本發(fā)明，多級(jí)排氣渦輪增壓器可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和減少體積，且裝備有該 多級(jí)排氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)可容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其包括具有可由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管排出的廢氣驅(qū)動(dòng)的高壓渦輪的高壓級(jí)渦輪增壓器、和具有可由驅(qū)動(dòng)所述高壓渦輪后從所述高壓渦輪流出的廢氣驅(qū)動(dòng)的低壓渦輪的低壓級(jí)渦輪增壓器，所述渦輪增壓器順序地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的流動(dòng)路徑內(nèi)，由所述低壓級(jí)渦輪增壓器的低壓壓氣機(jī)壓縮的供給發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)由空氣供應(yīng)管道供應(yīng)到所述高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)，以由所述高壓壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮，設(shè)置的壓氣機(jī)旁路閥裝置允許部分進(jìn)氣經(jīng)由壓氣機(jī)旁路管道繞開所述高壓壓氣機(jī)，其中所述高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)殼被設(shè)置成使得其具有壓氣機(jī)進(jìn)口通道、旁路進(jìn)口通道、兩個(gè)通道之間的由所述壓氣機(jī)旁路閥裝置的閥體打開和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換孔、和連接到所述旁路進(jìn)口通道以引導(dǎo)旁路空氣穿過由所述旁路閥打開的孔到所述壓氣機(jī)旁路管道的旁路出口管部，所述壓氣機(jī)旁路管道連接到所述旁路出口管部。
2. 如權(quán)利要求1所述的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其中所述壓氣機(jī)旁路閥裝置構(gòu)造為壓氣機(jī)旁路閥單元，所述單元包括所述旁路閥體和致動(dòng)器，所述致 動(dòng)器用于移動(dòng)所述旁路閥體以打開或關(guān)閉所述轉(zhuǎn)換孔，且所述閥單元可拆除 地安裝在所述高壓壓氣機(jī)殼上。
3. 如權(quán)利要求1所述的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其中與所述高壓壓氣機(jī)殼 整體形成的所述旁路出口管部被形成為在可拆除地安裝在所述高壓壓氣機(jī) 殼上的所述壓氣機(jī)旁路閥單元附近，所述旁路出口管部與所述高壓壓氣機(jī)的 旋轉(zhuǎn)軸線成直角地延伸。
4. 如權(quán)利要求2所述的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其中所述旁路閥體的座表 面形成弓形表面的橫截面，所述旁路閥體由所述致動(dòng)器致動(dòng)以支撐在沿所述 轉(zhuǎn)換孔的圓周部分形成的閥座上和離開所述閥座，從而打開和關(guān)閉所述轉(zhuǎn)換 孔。
5. —種用于內(nèi)燃機(jī)的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其包括具有可由發(fā)動(dòng)機(jī)的排 氣歧管排出的廢氣驅(qū)動(dòng)的高壓渦輪的高壓級(jí)渦輪增壓器、和具有可由驅(qū)動(dòng)所 迷高壓渦輪后從所述高壓渦輪流出的廢氣驅(qū)動(dòng)的低壓渦輪的低壓級(jí)渦輪增 壓器，所述渦輪增壓器順序地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的流動(dòng)路徑中，由所述低壓 級(jí)渦輪增壓器的低壓壓氣機(jī)壓縮的供給發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)由空氣供應(yīng)管道而供應(yīng)到所述高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)，以由所述高壓壓氣機(jī)進(jìn)一步壓 縮，設(shè)置的壓氣機(jī)旁路閥裝置允許部分進(jìn)氣經(jīng)由壓氣機(jī)旁路管道繞開所述高 壓壓氣機(jī)，其中高壓渦輪殼與所述排氣歧管整體鑄造，廢氣引導(dǎo)件在所述高 壓渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭處連接到所述高壓渦輪殼，且低壓渦輪殼在所述 廢氣引導(dǎo)件的低壓渦輪安裝法蘭處連接到所述廢氣引導(dǎo)件。
6.如權(quán)利要求5所述的多級(jí)排氣渦輪增壓器，其中所述高壓渦輪殼的廢氣出口側(cè)法蘭的法蘭面垂直于所述排氣歧管的法蘭的用來將所述歧管連接 到發(fā)動(dòng)^L的法蘭面。
全文摘要
通過簡(jiǎn)化多級(jí)排氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)且減小其體積，由此提供了一種裝備有多級(jí)排氣渦輪增壓器的可容易地安裝在車輛的狹窄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)。多級(jí)排氣渦輪增壓器具有高壓級(jí)渦輪增壓器和低壓級(jí)渦輪增壓器。高壓級(jí)渦輪增壓器的高壓壓氣機(jī)殼構(gòu)造為使得其具有壓氣機(jī)入口通道、旁路入口通道、在兩個(gè)通道之間的可由壓氣機(jī)旁路閥裝置的閥體打開和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換孔、和連接到旁路入口通道以穿過由旁路閥打開的孔將旁路空氣引導(dǎo)到壓氣機(jī)旁路管道的旁路出口管部，該壓氣機(jī)旁路管道連接到旁路出口管部。高壓渦輪殼與排氣歧管整體鑄造，排氣引導(dǎo)件連接到高壓渦輪殼，且低壓渦輪殼連接到廢氣引導(dǎo)件。
文檔編號(hào)F02B37/013GK101341320SQ20078000079
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者安秉一, 白石隆, 脅田守, 菊地亨 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社