專利名稱：兩級(jí)渦輪增壓器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩級(jí)渦輪增壓器組件。
背景技術(shù)：
為了減小NOx和(X)2的排放，已知在工業(yè)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用米勒正時(shí)(Miller timing)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)需要高壓力比的渦輪增壓器，這大大超過(guò)了目前從單級(jí)渦輪增壓器可獲得的壓力比。參見(jiàn)例如維克C.和霍爾白克B.的“作為排放減少裝置的兩級(jí)渦輪增壓在瓦錫蘭四沖程中速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用”的論文，2007年維也納舉辦的國(guó)際內(nèi)燃機(jī)會(huì)議的論文 101 (Wik C. and Hallback B. “Utilisation of 2-stage turbo charging as an emission reduction mean on a Wartsila 4-stroke medium-speed diesel engine”， paper 101，CIMAC Congress，Vienne，2007)。在卡丹E.和瑪斯C.的“排放-渦輪增壓的新挑戰(zhàn)”，2007年維也納舉辦的國(guó) M1/1 ^il W JC 245 (Codan, Ε. and Mathey, C. "Emission-Α new Challenge for
Turbocharging” Paper 245, CIMAC Congress, Vienne, 2007)的圖 13 中總結(jié)了實(shí)現(xiàn)較高壓力比的傳統(tǒng)方法。一種辦法采用兩級(jí)渦輪增壓器組件，其基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)分離的渦輪增壓器較大的低壓(LP)渦輪增壓器，其從大氣中獲取空氣并且將中等壓力的空氣傳送至中間冷卻器；和較小的高壓(HP)渦輪增壓器，其從中間冷卻器獲取中等壓力的空氣并且將高壓空氣輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)增壓空氣冷卻器。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣導(dǎo)至HP渦輪增壓器的渦輪(以驅(qū)動(dòng)HP壓氣機(jī))并且從這里導(dǎo)至LP渦輪增壓器的渦輪(以驅(qū)動(dòng)LP壓氣機(jī))。具體地，當(dāng)使用米勒正時(shí)時(shí)，希望能夠改變渦輪增壓器組件的壓氣機(jī)和渦輪的特性以提供低負(fù)荷下的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。實(shí)現(xiàn)這的一種方式是采用可變幾何形狀的HP渦輪，在該HP渦輪中靠近渦輪喉部的定子葉片能夠被移動(dòng)。然而，使用作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的重質(zhì)燃料油能夠?qū)е翲P渦輪中沉積很多的灰。這使得可變幾何形狀的HP渦輪的有效使用變得困難。典型地，與LP級(jí)相比，HP級(jí)具有較低的壓力比。這確保了 LP級(jí)的尺寸能夠保持為不大于具有較低等級(jí)的米勒正時(shí)的典型的單級(jí)渦輪增壓器。在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷改變時(shí)，HP壓力比通常是恒定的，而LP渦輪增壓器的壓力比基本上隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增加而增加。然而， 在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變過(guò)程中，較小的HP級(jí)傾向于產(chǎn)生加速度。因此渦輪遲滯主要受到HP級(jí)的慣性的支配。DE 102006011188 A提出一種渦輪增壓器組件，在該渦輪增壓器組件中，兩個(gè)HP 渦輪增壓器彼此并聯(lián)地布置。GB 2294729 A提出了一種渦輪增壓器組件，在該渦輪增壓器組件中，兩個(gè)LP渦輪增壓器彼此并聯(lián)地布置。

發(fā)明內(nèi)容
概括地講，本發(fā)明提供了一種兩級(jí)渦輪增壓器組件——低壓渦輪增壓器和彼此并聯(lián)布置的多個(gè)HP渦輪增壓器。本發(fā)明的第一方面提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的兩級(jí)渦輪增壓器組件，該組件具有LP渦輪增壓器，和彼此并聯(lián)布置的多個(gè)HP渦輪增壓器，LP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口在操作上連接于HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口，并且HP渦輪增壓器的渦輪出口在操作上連接于LP渦輪增壓器的渦輪入口；其中，該組件具有多于兩個(gè)的HP渦輪增壓器。該組件可具有下列可選特征中的任何一個(gè)或——如果它們是兼容的——任何組
口 O優(yōu)選地，該組件具有四個(gè)或更多個(gè)HP渦輪增壓器。更加優(yōu)選地，該組件具有六個(gè)或更多個(gè)或者八個(gè)或更多個(gè)HP渦輪增壓器。通過(guò)采用相對(duì)較大數(shù)量的并聯(lián)的HP渦輪增壓器，能夠使用較小的HP渦輪增壓器并且能夠顯著地減小它們的總重量。例如，在六個(gè)HP渦輪增壓器的情況下，HP渦輪增壓器的總重量可以僅僅是等效的單個(gè)HP渦輪增壓器的總重量的40%。由于每個(gè)HP渦輪增壓器較小，所以能夠明顯地降低HP級(jí)的總慣量。因此，六個(gè)HP渦輪增壓器能夠具有等效的單個(gè) HP渦輪增壓器的慣量的大約1%。這樣大大地降低了渦輪遲滯。采用相對(duì)較大數(shù)量的小的并聯(lián)的HP渦輪增壓器的另外的優(yōu)點(diǎn)在于，通常可以以低于較大的渦輪增壓器的價(jià)格獲得以較大數(shù)量制造的小的渦輪增壓器。因此，盡管HP級(jí)包含較多渦輪增壓器，仍能夠降低總成本?？商娲兀绻⒙?lián)的HP渦輪增壓器的渦輪的尺寸增加(例如，相對(duì)于較小的HP 渦輪增壓器增加大約25% )，能夠產(chǎn)生高的效率優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以將HP慣量保持在等效的單個(gè)HP渦輪增壓器的慣量的大約2 %以內(nèi)。因此，HP渦輪增壓器的數(shù)量能夠設(shè)定成使得它們的總重量和慣量低，但是它們也不能太多而使得每個(gè)HP渦輪增壓器的尺寸太小以至于效率低或用于提供LP渦輪增壓器和HP渦輪增壓器之間的連接的成本變得太高。典型地，該組件具有能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷的情況下提供至少3千克/秒的壓縮空氣的空氣容量。更典型地，該組件具有能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷的情況下提供至少5千克/秒的壓縮空氣的空氣容量。典型地，該組件能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷的情況下提供數(shù)值至少為八的LP渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口和HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口之間的壓力比。更加典型地，該組件能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷的情況下提供數(shù)值至少為十的LP渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口和HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口之間的壓力比。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)HP渦輪增壓器能夠被可控制地切換成在線和離線以便改變?cè)摻M件的壓氣機(jī)和渦輪的特性，特別是HP級(jí)的壓氣機(jī)和渦輪的特性。例如，可切換的HP渦輪增壓器中的每一個(gè)可具有控制排氣流入其渦輪入口或從其渦輪出口流出并且由此改變其在線或離線狀態(tài)的閥。另外地或可替代地，可切換的HP渦輪增壓器中的每一個(gè)可具有控制壓縮氣體流入其壓氣機(jī)入口或從其壓氣機(jī)出口流出并且由此改變其在線或離線狀態(tài)的閥。以這種方式改變組件的壓氣機(jī)和渦輪特性的能力能夠有利地用于在低負(fù)荷下實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)控制，特別是當(dāng)使用米勒正時(shí)的情況下。該閥能夠是蝶形閥、球閥或閘閥。這種閥即使在暴露于積灰時(shí)也能夠可靠地運(yùn)行。 通常，與具有可移動(dòng)的定子葉片的單個(gè)可變幾何形狀的HP渦輪相比，可切換的并聯(lián)的HP渦輪增壓器更加堅(jiān)固并且具有改善了的積灰耐受度。典型地，每個(gè)HP渦輪增壓器具有允許排氣旁通其渦輪的排廢門(mén)。典型地，LP渦輪增壓器具有允許排氣旁通其渦輪的排廢門(mén)。典型地，提供有從每個(gè)HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口至渦輪入口的空氣旁路。空氣旁路能夠由一個(gè)閥或多個(gè)閥控制。該組件可進(jìn)一步具有將LP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口在操作上連接于HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口的一個(gè)或多個(gè)中間冷卻器。一個(gè)(或多個(gè))中間冷卻器能夠顯著地增加該組件的性能。此外，為了增強(qiáng)控制，該組件能夠具有與一個(gè)(或多個(gè))中間冷卻器并聯(lián)并且允許旁通該一個(gè)(或多個(gè))中間冷卻器的一個(gè)或多個(gè)分流管道。該組件可進(jìn)一步具有在使用中將HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口在操作上連接于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)(或多個(gè))燃燒室的一個(gè)或多個(gè)增壓空氣冷卻器。一個(gè)(或多個(gè))增壓空氣冷卻器也能夠顯著地增加該組件的性能。一些發(fā)動(dòng)機(jī)可安裝有多于一個(gè)的兩級(jí)渦輪增壓器組件。例如，V形發(fā)動(dòng)機(jī)可具有兩個(gè)組件，發(fā)動(dòng)機(jī)的每一側(cè)裝有一個(gè)。在這種布置中，多個(gè)組件能夠共享一個(gè)(或多個(gè))中間冷卻器和/或一個(gè)(或多個(gè))增壓空氣冷卻器。優(yōu)選地，各個(gè)HP渦輪增壓器基本上彼此相同。這能夠進(jìn)一步有助于降低組件的成本。高壓渦輪增壓器能夠適于安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋處。特別是當(dāng)采用相對(duì)較小的HP渦輪增壓器時(shí)，HP渦輪增壓器的尺寸允許它們安裝在該位置，方便地允許減小在操作上連接從HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口和渦輪入口至發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)(或多個(gè))燃燒室的管道的長(zhǎng)度。例如，每個(gè)HP渦輪增壓器可適于將壓縮氣體輸送至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的燃燒室并且從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的燃燒室接收排氣，該HP渦輪增壓器在組件中布置成使得每個(gè)HP渦輪增壓器當(dāng)被安裝在氣缸蓋處時(shí)與其相應(yīng)的一個(gè)(或多個(gè)) 燃燒室相鄰，并且HP渦輪增壓器被分成兩個(gè)或更多個(gè)組，每組HP渦輪增壓器不服務(wù)于其它組的燃燒氣缸。優(yōu)選地，每組包括一個(gè)或多個(gè)可切換的HP渦輪增壓器，由此發(fā)動(dòng)機(jī)控制能夠應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的所有燃燒氣缸。可替代地，當(dāng)組件具有中間冷卻器時(shí)，HP渦輪增壓器能夠被安裝在該中間冷卻器上?？商娲?，HP渦輪增壓器能夠安裝于LP渦輪增壓器的殼體上。例如，LP渦輪增壓器能夠具有與LP渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸線軸向?qū)R的渦輪入口，并且每個(gè)HP渦輪增壓器能夠具有與其HP渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸線軸向?qū)R的渦輪出口。方便地，該HP渦輪增壓器因而能夠被安裝于LP渦輪增壓器的殼體，從而使得HP渦輪出口軸向地對(duì)齊或至少在30°內(nèi)軸向地對(duì)齊LP渦輪入口并且直接通向LP渦輪入口。這樣能夠提供在HP和LP渦輪之間的排出路徑上具有低壓力損失的緊湊的組件。盡管HP渦輪出口與LP渦輪入口軸向地對(duì)齊典型地產(chǎn)生了一種具有最低的壓力損失的構(gòu)造，但是允許HP渦輪出口的軸線與LP渦輪入口的軸線呈較小的角度(即最大30° )的構(gòu)造仍能夠提供低的壓力損失，同時(shí)在某些情況下有助于HP渦輪增壓器與LP渦輪增壓器的更堅(jiān)固的聯(lián)接和/或有助于接近聯(lián)接區(qū)域。本發(fā)明的另一方面提供了一種安裝有第一方面的兩級(jí)渦輪增壓器組件的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)可以能夠提供至少3兆瓦(MW)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。例如，該發(fā)動(dòng)機(jī)可具有多個(gè)排氣歧管，每個(gè)排氣歧管將排氣輸送至各子組的高壓渦輪增壓器。優(yōu)選地，每個(gè)子組包括一個(gè)或多個(gè)可切換的HP渦輪增壓器。當(dāng)HP渦輪增壓器適于被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋處時(shí)，該子組可對(duì)應(yīng)于前述組的HP渦輪增壓器。


現(xiàn)在，將參考附圖以示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖1示意性地示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的空氣側(cè)的連接；圖2示意性地示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接；圖3示意性地示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接；圖4示意性地示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接；圖5示意性地示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接；圖6示意性地示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的空氣側(cè)和排放側(cè)的連接；以及圖7示出了兩級(jí)渦輪增壓器組件的安裝布置的示意性立體圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的空氣側(cè)的連接， 該組件安裝于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1。箭頭線指示空氣穿過(guò)該組件的流動(dòng)。該組件具有LP渦輪增壓器2和六個(gè)并聯(lián)的相同的HP渦輪增壓器3。LP和HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)被標(biāo)示為C，LP和HP渦輪增壓器的渦輪被標(biāo)示為T(mén)。來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道(未示出)的空氣進(jìn)入LP渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口。在離開(kāi)LP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口后，壓縮空氣穿過(guò)中間冷卻器4并且行進(jìn)至HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口。進(jìn)一步壓縮的空氣然后離開(kāi)HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口，穿過(guò)增壓空氣冷卻器5，并且進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室(未示出)。與中間冷卻器4并聯(lián)的分流管道10在需要的時(shí)候允許對(duì)中間冷卻器進(jìn)行旁通。在第一實(shí)施方式的變型中，沒(méi)有設(shè)置分流管道。圖2示意性地示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接。 在該示例中，箭頭線指示排氣穿過(guò)組件的流動(dòng)。排氣離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室并且進(jìn)入兩個(gè)排氣歧管6a、6b中的任一個(gè)。來(lái)自歧管 6a的排氣進(jìn)入第一子組的三個(gè)HP渦輪增壓器3a的渦輪入口，而來(lái)自歧管6b的排氣進(jìn)入不同的第二子組的三個(gè)HP渦輪增壓器北的渦輪入口。由于歧管接收來(lái)自不同燃燒氣缸的排氣，因此效果是每一子組的HP渦輪增壓器不服務(wù)于另一子組的燃燒氣缸。在離開(kāi)HP渦輪增壓器的渦輪出口后，排氣行進(jìn)至LP渦輪增壓器2的渦輪入口。然后其離開(kāi)LP渦輪增壓器的渦輪出口并且輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道(未示出)。由于具有大量的相對(duì)較小的HP渦輪增壓器，所以能夠降低HP級(jí)中的渦輪遲滯。此外，小的相同的HP渦輪增壓器的采購(gòu)相對(duì)便宜，降低了組件的成本。
圖3示意性地示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接。 相同的參考標(biāo)記指示與第一實(shí)施方式中的那些特征相同的特征。排氣側(cè)的連接除了每一子組的三個(gè)HP渦輪增壓器中的兩個(gè)具有例如蝶形閥的隔離閥7之外與圖2所示的那些相同，隔離閥7控制排氣向各個(gè)渦輪入口的流動(dòng)?？商娲?， 該閥可以定位在渦輪出口處。具有閥7的每個(gè)HP渦輪增壓器還具有用于控制壓縮空氣流至其壓氣機(jī)入口或從其壓氣機(jī)出口流出的另外的隔離閥(未示出)。當(dāng)HP渦輪增壓器的兩個(gè)閥都關(guān)閉時(shí)，渦輪增壓器被有效地隔離并且離線。因此閥的控制允許具有閥的這些渦輪增壓器被可控制地切換成在線和離線。該切換改變了組件的壓氣機(jī)和渦輪的特性，并且對(duì)于HP級(jí)尤其如此，并且允許在低負(fù)荷下實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)控制，這在結(jié)合采用米勒正時(shí)時(shí)特別有用。有利地可以采用例如蝶形閥、球閥或閘閥之類的穩(wěn)健的閥設(shè)計(jì)，特別是在排氣側(cè)，因?yàn)樗鼈兡艿挚褂捎诜e灰而導(dǎo)致的性能下降。圖4示意性地示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接。 相同的參考標(biāo)記指示與第一和第二實(shí)施方式的那些等同的特征。除了排廢門(mén)8允許排氣旁通HP渦輪增壓器3a、3b的渦輪以及另外的排廢門(mén)9允許排氣旁通LP渦輪增壓器的渦輪之外，排氣側(cè)的連接與圖2中所示的那些相同。相似的排廢門(mén)能夠應(yīng)用于第二實(shí)施方式。圖5示意性地示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的排氣側(cè)的連接。 相同的參考標(biāo)記指示與前述的實(shí)施方式的那些等同的特征。在本實(shí)施方式中，排氣離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室并且進(jìn)入單個(gè)排氣歧管6c。從這里排氣行進(jìn)至六個(gè)HP渦輪增壓器3。HP渦輪增壓器中的四個(gè)在通向它們的渦輪的入口處具有隔離閥7，并且在通向它們的壓氣機(jī)的入口處具有相應(yīng)的另外的隔離閥(未示出)。再一次提及，閥的控制允許具有閥的這些HP渦輪增壓器被可控制地切換成在線和離線。HP渦輪增壓器和LP渦輪增壓器能夠設(shè)置有各自的排廢門(mén)。圖6示意性地示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪增壓器組件的空氣側(cè)和排氣側(cè)的連接。相同的參考標(biāo)記指示與前述的實(shí)施方式的那些等同的特征。第五實(shí)施方式采用多于兩個(gè)的HP渦輪增壓器3，盡管如此，為了簡(jiǎn)化，圖6中只示出了兩個(gè)HP渦輪增壓器。相對(duì)較小的HP渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)1的氣缸蓋處。限定數(shù)量的氣缸(例如 1至3個(gè))供給每一個(gè)HP渦輪增壓器，該每一個(gè)HP渦輪增壓器不接收來(lái)自其它HP渦輪增壓器的氣缸的排氣。HP渦輪增壓器因此能夠定位成接近它們各自的氣紅，在此處它們能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)緊密地聯(lián)接。此外，能夠減小連接氣缸與HP渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口和渦輪入口的管道的長(zhǎng)度。中間歧管11然后將HP渦輪增壓器的渦輪出口接合于LP渦輪增壓器的渦輪入口。 有利地，該歧管處于較低溫度和壓力并且與前述實(shí)施方式的歧管6a_6c相比將經(jīng)歷強(qiáng)度較小的脈動(dòng)，從而導(dǎo)致較低的損失和改善的性能。代替單個(gè)HP渦輪增壓器服務(wù)于每一限定數(shù)量的氣缸，多于一個(gè)的HP渦輪增壓器能夠服務(wù)于各自的氣缸。那么需要歧管將排氣分配至每組HP渦輪增壓器。然而，每組的HP 渦輪增壓器中的某些能夠設(shè)置有隔離閥，允許渦輪增壓器切換和改變?cè)摻M件的壓氣機(jī)和渦輪的特性。
在第五實(shí)施方式中，HP渦輪增壓器3和LP渦輪增壓器2能夠設(shè)置有各自的排廢門(mén)。能夠提供分流管道以便可控制地旁通中間冷卻器4。圖7示出了兩級(jí)渦輪增壓器組件的安裝布置的示意性立體圖。該安裝布置適于將第一至第四實(shí)施方的渦輪增壓器組件應(yīng)用于實(shí)際。該安裝布置包括LP渦輪增壓器2和六個(gè)并聯(lián)的相同的HP渦輪增壓器3。LP渦輪增壓器具有與LP渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸線軸向?qū)R的渦輪入口，并且每個(gè)HP渦輪增壓器具有與HP渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸線軸向?qū)R的渦輪出口。在HP渦輪增壓器安裝于LP渦輪增壓器的殼體上的情況下，LP和HP渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸線平行，從而使得軸向流出HP渦輪的排氣自然地與LP渦輪的入口對(duì)齊且直接流至LP渦輪的入口。HP和LP渦輪的緊密聯(lián)接能夠降低在HP和LP渦輪之間的排氣路徑上的壓力損失。此外，由于LP渦輪增壓器是相對(duì)較大的渦輪增壓器，其為安裝HP渦輪增壓器形成了穩(wěn)定的基座。LP渦輪增壓器2壓縮后的空氣流入中間冷卻器4并且從那里進(jìn)入六個(gè)HP壓氣機(jī) 3的軸向入口。HP壓縮后的空氣切向地流入蝸殼12，該蝸殼12將排氣排出至發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)上的增壓空氣冷卻器(未示出)。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流入蝸殼13，該蝸殼13通向HP渦輪的切向流入連接部(不可清晰地看到)。如上文所討論的，HP渦輪出口緊密地聯(lián)接于LP渦輪入口。在圖7的視圖中，來(lái)自LP渦輪的排氣幾乎豎直向上地排放。盡管已結(jié)合上述示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在看到本公開(kāi)時(shí)，做出許多等效的改進(jìn)和變型將變得顯而易見(jiàn)。相應(yīng)地，上文所闡述的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)所描述的實(shí)施方式進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的兩級(jí)渦輪增壓器組件，所述組件包括低壓渦輪增壓器，和彼此并聯(lián)布置的多個(gè)高壓渦輪增壓器，所述低壓渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口在操作上連接于所述高壓渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口，并且所述高壓渦輪增壓器的渦輪出口在操作上連接于所述低壓渦輪增壓器的渦輪入口；其中，所述組件具有多于兩個(gè)的所述高壓渦輪增壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，具有四個(gè)或更多個(gè)并且優(yōu)選地六個(gè)或更多個(gè)所述高壓渦輪增壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，所述高壓渦輪增壓器中的一個(gè)或多個(gè)能夠被可控制地切換成在線和離線以改變所述組件的壓氣機(jī)和渦輪的特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，可切換的所述高壓渦輪增壓器中的每一個(gè)具有控制排氣流向其渦輪入口或從其渦輪出口流出并由此改變其在線或離線狀態(tài)的閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，可切換的所述高壓渦輪增壓器中的每一個(gè)具有控制壓縮氣體流向其壓氣機(jī)入口或從其壓氣機(jī)出口流出并因此改變其在線或離線狀態(tài)的閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，所述閥是蝶形閥、球閥或閘閥。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，每個(gè)高壓渦輪增壓器具有允許排氣旁通其渦輪的排廢門(mén)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，所述低壓渦輪增壓器具有允許排氣旁通其渦輪的排廢門(mén)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，進(jìn)一步具有一個(gè)或多個(gè)中間冷卻器，所述中間冷卻器將所述低壓渦輪增壓器的所述壓氣機(jī)出口在操作上連接于所述高壓渦輪增壓器的所述壓氣機(jī)入口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，進(jìn)一步具有與所述一個(gè)或多個(gè)中間冷卻器并聯(lián)且允許旁通所述一個(gè)或多個(gè)中間冷卻器的一個(gè)或多個(gè)分流管道。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，進(jìn)一步具有一個(gè)或多個(gè)增壓空氣冷卻器，所述增壓空氣冷卻器在使用中將所述高壓渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口在操作上連接于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)燃燒室。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，各個(gè)高壓渦輪增壓器基本上彼此相同。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，所述高壓渦輪增壓器適于安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋處。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，每個(gè)高壓渦輪增壓器適于輸送壓縮氣體至所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的燃燒室并且從所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的燃燒室接收排氣，所述高壓渦輪增壓器在所述組件中布置成使得每個(gè)高壓渦輪增壓器在安裝在所述氣缸蓋處時(shí)與其相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)燃燒室相鄰，并且所述高壓渦輪增壓器分成兩個(gè)或更多個(gè)組，每組的高壓渦輪增壓器不服務(wù)于其它組的燃燒氣缸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述并且從屬于權(quán)利要求3時(shí)的兩級(jí)渦輪增壓器組件，其中，每組包括一個(gè)或多個(gè)可切換的高壓渦輪增壓器。
16.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其安裝有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的兩級(jí)渦輪增壓器組件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，具有多個(gè)排氣歧管，每個(gè)排氣歧管將排氣輸送至相應(yīng)子組的高壓渦輪增壓器。
18.根據(jù)的權(quán)利要求17所述并且從屬于權(quán)利要求3時(shí)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，各子組包括一個(gè)或多個(gè)可切換的高壓渦輪增壓器。
19.一種如參考附圖所描述的和/或如附圖所示的兩級(jí)渦輪增壓器組件。
20.一種如參考附圖所描述的和/或如附圖所示的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的兩級(jí)渦輪增壓器組件。該組件具有低壓渦輪增壓器和彼此并聯(lián)布置的多于兩個(gè)的高壓渦輪增壓器組件。低壓渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口在操作上連接于高壓渦輪增壓器的壓氣機(jī)入口。高壓渦輪增壓器的渦輪出口在操作上連接于低壓渦輪增壓器的渦輪入口。
文檔編號(hào)F02B37/007GK102272425SQ200980154139
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者弗朗西斯·約瑟夫·杰弗瑞·赫耶斯 申請(qǐng)人:內(nèi)皮爾渦輪增壓器有限公司