專利名稱：多級渦輪增壓器安排的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據權利要求1前序部分所述的一種用于內燃發(fā)動機的多級渦輪增壓器安排。
背景技術：
從現有技術已知的常規(guī)多級渦輪增壓器安排一般由至少兩個串聯安排的渦輪增壓器構成。在所述系統中、特別是在關閉的高壓渦輪機旁路閥的下游處發(fā)生的排氣泄露阻止了渦輪增壓器安排在所有運行狀態(tài)下最佳地起作用。在現有技術中，所述泄露得以防止是在于所使用的旁路閥在閥座處具有非常輕微的泄露。在現有技術的多級渦輪增壓器安排中，這些多級渦輪增壓器安排具有一個空氣間隙以便減小排氣流動管道與渦輪機殼體之間的熱傳遞，并且這些多級渦輪增壓器安排具有同樣被空氣間隙所環(huán)繞的一個高壓渦輪機旁路閥，但在關閉的高壓渦輪機旁路閥的下游還是會通過這個環(huán)繞著高壓渦輪機旁路閥的空氣間隙而發(fā)生可觀的排氣泄露。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種其效率相對于已知的渦輪增壓器安排得到改進的多級渦輪增壓器安排。所述目的是通過權利要求1的這些特征來實現的。多項從屬權利要求涉及本發(fā)明的多個有利改進。在這些渦輪機殼體中安排一個用于引導排氣的整合的內殼因為排氣至渦輪機的供應得以優(yōu)化而導致了效率上的改進。此外，這就導致了在渦輪機殼體區(qū)域內排氣泄露量相對于現有技術的渦輪增壓器安排的急劇減小。此外，這種整合的內殼的結果是，特別有可能實現關于這些渦輪機單元和軸承單元的改進的熱隔離。


本發(fā)明的進一步的細節(jié)、特征和優(yōu)點將從以下基于附圖的多個示例性實施方案的說明中顯現出，在附圖中圖1示出了根據本發(fā)明多級渦輪增壓器安排的第一實施方案的示意性簡化的圖示，圖2示出了根據本發(fā)明多級渦輪增壓器安排的第二實施方案的示意性簡化的圖示，并且圖3示出了現有技術的一種多級渦輪增壓器安排的示意性簡化的圖示。
具體實施例方式參見圖1，下面將對根據本發(fā)明的多級渦輪增壓器安排1的第一實施方案進行說明。如從圖1中可見，多級渦輪增壓器安排1具有一個高壓渦輪增壓器20以及一個低壓渦輪增壓器21，這個高壓渦輪增壓器具有一個高壓渦輪機4，這個高壓渦輪機通過一個軸14 連接到一個高壓壓縮機10上；以及這個低壓渦輪增壓器具有一個低壓渦輪機6，這個低壓渦輪機通過一個軸15連接到一個低壓壓縮機9上。高壓渦輪機4和低壓渦輪機6被安排在一個共用的渦輪機殼體單元26中，這個共用的渦輪機殼體單元被分為高壓渦輪增壓器20 的一個渦輪機殼體區(qū)段26A和低壓渦輪增壓器21的一個渦輪機殼體區(qū)段^^。可以由于熱量而膨脹的一個內殼23被插入這個渦輪機殼體單元沈的內部，在這個內殼23的內部，熱的發(fā)動機排氣^Vg流動通過這個高壓渦輪機4以及這個低壓渦輪機6。多級渦輪增壓器安排 1的所述第一實施方案的這種內殼23具有一個全向的密封護套23A，這個密封護套被安排在內殼23的、與這個空氣間隙22相鄰的這些表面上。在內殼23的密封護套23A與渦輪機殼體單元沈還與軸承殼體單元27之間形成了一個將內殼23隔離開的空氣間隙22，相對于渦輪機殼體單元沈和軸承殼體單元27而言，這個內殼被發(fā)動機排氣A加熱。此外，這個渦輪機殼體單元沈和軸承殼體單元27分別具有在它們中形成的多個冷卻管道M和25用于一種在其中流動的冷卻劑，這就降低了渦輪機殼體單元沈和軸承殼體單元27的溫度或者將所述溫度保持在一個水平上，這個水平在渦輪增壓器安排1的所有運行狀態(tài)下都是可容許的。高壓渦輪增壓器20的渦輪機殼體區(qū)段2隊中還形成了高壓渦輪機4的一個旁路 5，這個旁路5具有一個調節(jié)閥5a，借助這個調節(jié)閥，在調節(jié)閥fe打開時，發(fā)動機排氣A旁路經過這個高壓渦輪機4。此外，在低壓渦輪增壓器21的渦輪機殼體區(qū)段^B中形成了一個廢氣門安排7，在廢氣門安排7的內部安排有一個廢氣門閥7a。當廢氣門閥7a打開時，發(fā)動機排氣A的流動的一部分可以旁路經過這個低壓渦輪機6并且直接流動進入一個排氣管 8中(見圖3)。高壓渦輪增壓器20的軸14和低壓渦輪增壓器21的軸15被安裝在一個共用的軸承殼體單元27中，這個共用的軸承殼體單元由高壓渦輪增壓器20的一個軸承殼體區(qū)段27A 以及低壓渦輪增壓器21的一個軸承殼體區(qū)段27B組裝而成。高壓渦輪增壓器20的高壓壓縮機10和低壓渦輪增壓器21的低壓壓縮機9被安排在一個共用的壓縮機殼體單元觀中，這個共用的壓縮機殼體單元由高壓渦輪增壓器20 的一個壓縮機殼體區(qū)段28k以及低壓渦輪增壓器21的一個壓縮機殼體區(qū)段28B組裝而成并且通過一個壓縮機蓋四來關閉。如從圖1的圖示中可見，高壓壓縮機10也是部分地形成在這個軸承殼體單元27中并且低壓壓縮機9也是部分地形成在壓縮機蓋四中。如同樣從圖1中可見的，空氣L經過在壓縮機蓋四內形成的一個管道16從外部被供應至低壓壓縮機9，這個管道16在其進一步的輪廓上是形成于低壓壓縮機9與高壓壓縮機10之間的這個壓縮機殼體單元觀之中、并且延伸過這個軸承殼體單元27、這個壓縮機殼體單元觀以及在高壓壓縮機10下游的這個壓縮機蓋四。此外，一個壓縮機旁路管道 11形成于壓縮機蓋四中、在高壓壓縮機10的區(qū)域內，這個壓縮機旁路管道11包括一個壓縮機旁路閥11a。穿過所述壓縮機旁路管道11，增壓空氣L可以全部或部分地圍繞這個高壓壓縮機10來引導，以便防止高壓壓縮機10在大的空氣流動量下減壓。共用的渦輪機殼體單元沈、軸承殼體單元27以及壓縮機殼體單元28的這些基本上平行于彼此地形成的連接表面通過螺釘連接、焊接連接、粘合連接和/或夾鉗連接而彼此連接，雖然這在圖1中未展示出。
在內殼23帶有相對于周圍的空氣間隙22全向的密封護套23A的情況下，高壓渦輪機4的旁路5中的這個調節(jié)閥fe就被整合到內殼23之中，這樣使得當調節(jié)閥fe被關閉時，基本上沒有排氣可以不穿過高壓渦輪機4就從高壓渦輪機4上游的一個區(qū)域A穿入高壓渦輪機4下游的一個區(qū)域C中。此外，低壓渦輪機6的廢氣門閥7a被整合到內殼23之中，這樣使得當廢氣門閥7a 被關閉時，基本上沒有排氣可以不穿過低壓渦輪機6就從低壓渦輪機6上游的一個區(qū)域C 穿入低壓渦輪機6下游的一個區(qū)域D中。此外，內殼23是完全密閉的，這樣使得來自在高壓渦輪機4上游和下游的這些區(qū)域A、B以及來自在低壓渦輪機6上游和下游的這些區(qū)域C、D的排氣既不能逃逸到這個周圍空氣間隙23的一個區(qū)域E中，所述排氣也不能旁路穿過這個高壓渦輪機4、或這個低壓渦輪機6、或這個高壓渦輪機調節(jié)閥5a、或這個低壓渦輪機旁路閥7a、或是逸出到環(huán)境中。內殼 23被設計為使其可以按一種依賴于熱量的方式來膨脹和收縮，以便對于在一個溫度循環(huán)過程中發(fā)生的熱應力進行補償而不損失其密封能力。在此，內殼23必須能夠進行最大可能的熱膨脹。此外，內殼23的所有部件以及以下這些連接處，即內殼23的這些不同部件彼此鄰接以及內殼23開始和終止的連接處，都必須經受住高壓和壓力沖擊而不損失其密封能力。此外，內殼23內的所有連接處都必須提供密封，即使這些熱的部件的熱膨脹造成了移動。此外，內殼23的密封表面有可能根據內殼23的部件數目來進行特殊設計。下面將參考圖2來對根據本發(fā)明的多級渦輪增壓器安排的第二實施方案進行說明。此處，用與圖1示出的第一實施方案中的相同的參考號來表示相同的部件。第二實施方案與以上描述的第一實施方案的不同之處在于內殼23在此配備有一個部分密封護套23B， 并且在高壓渦輪機4的下游配備有一個氣體障壁30。在內殼23帶有部分密封護套2 的所述第二實施方案中，至少這個高壓渦輪機調節(jié)閥fe也有可能被整合到內殼23中。此外，在此至少一個氣體障壁30有可能被實施為使得一個流動不可能從空氣間隙22在高壓渦輪機4的區(qū)域中的這個區(qū)域E進入這個空氣間隙22在低壓渦輪機6的區(qū)域中的一個區(qū)域F之中。當高壓渦輪機調節(jié)閥如是關閉的，一個可觀的壓力差產生在調節(jié)閥 5a的上游與下游處，并且因此在高壓渦輪機4上游的區(qū)域A與空氣間隙22在高壓渦輪機4 的區(qū)域內的區(qū)域E之間，并且還在高壓渦輪機4下游的區(qū)域B與低壓渦輪機上游和下游的區(qū)域C、D、F之間。由于這個氣體障壁，排氣就不可能經過空氣間隙22在高壓渦輪機4的區(qū)域中的這個區(qū)域E并且經過空氣間隙22在低壓渦輪機6的區(qū)域中的這個區(qū)域F而旁路穿過這個調節(jié)閥fe。在內殼23的這種更簡單且更有成本效益但不是完全無泄露的實施方案中，這個內殼在高壓渦輪機4上游的區(qū)域A內以及在低壓渦輪機6上游的區(qū)域C周圍不具有密封護套，穿過氣體障壁30從區(qū)域E到區(qū)域F的氣體泄露是不可能的，但在氣體障壁30上游的區(qū)域A、E與氣體障壁30下游的區(qū)域C、F之間會在小程度上發(fā)生微量的泄露或壓力均衡化并且因此這種泄露或壓力均衡化是可接受的。內殼23沒有密封護套的這些僅僅隔離的區(qū)域A和C(在高壓渦輪機上游和低壓
5渦輪機上游)可以被設計成多個“浮動”元件，這些元件帶有使其無限制地膨脹和收縮的特性。以此方式，在所述元件中僅發(fā)生輕微的熱應力。在高壓渦輪機4下游的這個區(qū)域B以及低壓渦輪機6下游的這個區(qū)域D周圍的這個內殼23必須具有完全密封的能力，以便防止一個流動從空氣間隙22的區(qū)域E(在高壓渦輪機4的區(qū)域內)進入區(qū)域B (在高壓渦輪機4的下游)中。所述區(qū)域B和D的尺寸或容積對應地被最小化。此外，在內殼23內的一個“瓶頸”位置，氣體障壁30被形成為使得所要求的密封表面是最小的。此外，一個金屬密封件有可能被用在這個氣體障壁上，這個金屬密封件可以吸收這種熱膨脹但仍然會相對于冷卻的鄰接殼體來密閉這個內殼23。替代地，有可能使用一種具有足夠流動阻擋功能的彈性隔離材料(例如像纖維氈)來密閉在氣體障壁30中的、在高壓渦輪機調節(jié)閥fe的殼體周圍的所要求的空氣間隙 23，其中也可以替代地使用具有對應的流動阻擋功能的其他材料。還有利的是將氣體障壁30的區(qū)域冷卻，因為所述區(qū)域是熱的內殼23與冷卻的外部殼體之間相接觸的主要區(qū)域之一。這個氣體障壁30優(yōu)選被設計為使得一種自密封功能在運行中由高壓渦輪機4上游的區(qū)域A與低壓渦輪機6上游的區(qū)域C之間的壓力差來輔助。此外，這個氣體障壁30可以被優(yōu)選地設計以便通過一個彈簧力的壓力來提供密封。在圖1和2展示的根據本發(fā)明的多級渦輪增壓器安排的實施方案中，這個熱的排氣僅在內殼23中流動，這個內殼以一種類夾層的方式被安排在渦輪機殼體單元沈與軸承殼體單元27之間，這些殼體單元具有冷卻管道M和25，以便防止渦輪機殼體單元沈和軸承殼體單元27的過熱。冷卻管道M和25也可以替代地彼此相連接。在另外的可想象的實施方案中，殼體單元26、27和觀也可以與在此展示的實施方案中不同地進行劃分。此夕卜，替代地也有可能的是使所有這些殼體單元冷卻或是通過一個空氣間隙來使這些排氣流動管道的僅僅多個部分隔離。在這兩個實施方案中，高壓渦輪機4以及低壓渦輪機6或低壓壓縮機9以及高壓壓縮機10可以各自具有一種可變的渦輪機幾何形狀，在高壓渦輪機4的情況下這種幾何形狀在圖3中按舉例的方式以參考號如表示。此外，壓縮機旁路閥Ila可以是一個自動的或調整的閥，并且廢氣門閥7a在一些安排中可以省略以節(jié)約成本。圖3示出了現有技術的一種多級渦輪增壓器安排的示意性簡化的圖示，如用在例如柴油發(fā)動機的一種常規(guī)兩級渦輪增壓器系統中。此處，用與圖1和圖2中的相同的參考號來表示相同的部件。圖3中展示的多級渦輪增壓器安排10指示了發(fā)動機2的排氣A從一個排氣歧管3通過一個排氣管8來排放的這種流動輪廓、以及吸入的空氣L經一個進氣管線16到發(fā)動機2的進氣歧管13的這種流動輪廓。所述常規(guī)的渦輪增壓器安排在大量相似的設計和變體中是已知的，而其構造在此將不會進行任何更詳細的描述。根據本發(fā)明的多級渦輪增壓器安排相對于現有技術的已知渦輪增壓器安排具有顯著改進的效率，這是因為在渦輪機殼體的、旁路閥的以及廢氣門閥的這些區(qū)域中泄露被顯著減小并且這些排氣管道與鄰接的殼體部件之間的熱隔離得到進一步改進。
為補充本披露，明確地參考了本發(fā)明在圖1和圖2中的圖示說明。參考號清單1 多級渦輪增壓器安排2 發(fā)動機3 排氣歧管4 高壓渦輪機4a 可變的渦輪機幾何形狀5 高壓渦輪機的旁路5a 調節(jié)閥6 低壓渦輪機7 廢氣門安排7a 廢氣門閥8排氣管9低壓壓縮機10高壓壓縮機11壓縮機旁路管道Ila壓縮機旁路閥12增壓空氣冷卻器13進氣歧管14高壓渦輪增壓器的軸15低壓渦輪增壓器的軸16 管道20高壓渦輪增壓器21低壓渦輪增壓器22空氣間隙23 內殼23A全向的密封護套23B部分密封護套M渦輪機殼體單元中的冷卻管道25軸承殼體單元中的冷卻管道26渦輪機殼體單元26A高壓渦輪增壓器的渦輪機殼體區(qū)段26B低壓渦輪增壓器的渦輪機殼體區(qū)段27軸承殼體單元27A高壓渦輪增壓器的軸承殼體區(qū)段27B低壓渦輪增壓器的軸承殼體區(qū)段28壓縮機殼體單元28A高壓渦輪增壓器的壓縮機殼體區(qū)段28B低壓渦輪增壓器的壓縮機殼體區(qū)段
29壓縮機蓋30氣體障壁Ag發(fā)動機排氣L吸入的空氣
權利要求
1.一種多級渦輪增壓器安排(1)，具有一個高壓渦輪增壓器(20)，該高壓渦輪增壓器具有一個渦輪機殼體(26A)， 一個軸承殼體(27A)， 一個壓縮機殼體08A)；并且具有一個低壓渦輪增壓器(21)，該低壓渦輪增壓器具有一個渦輪機殼體(26B)， 一個軸承殼體(27B)， 一個壓縮機殼體08B)；其中這些渦輪機殼體06AJ6B)配備有一個用于引導排氣的整合的內殼03)。
2.如權利要求1所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該內殼03)被一個空氣間隙 (22)環(huán)繞。
3.如權利要求1或2所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該內殼03)具有一個全向的密封護套(23A)。
4.如權利要求3所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該密封護套(23A)被安排在該內殼03)的、與該空氣間隙02)相鄰的那些表面上。
5.如權利要求1所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該內殼03)配備有一個部分密封護套0:3B)，并且在該高壓渦輪機的下游配備有一個氣體障壁(30)。
6.如權利要求1所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中這些渦輪機殼體06AJ6B)是結合的以便形成至少一個渦輪機殼體單元(26)，和/或其中這些軸承殼體(27Α，27Β)是結合的以便形成至少一個軸承殼體單元(27)，和/或其中這些壓縮機殼體是結合的以便形成至少一個壓縮機殼體單元08)。
7.如權利要求6所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該渦輪機殼體單元(沈)、該軸承殼體單元(XT)以及該壓縮機殼體單元08)通過一種螺釘連接、焊接連接、粘合連接或夾鉗連接而彼此相連接。
8.如權利要求1至7之一所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該高壓渦輪增壓器(20)的一個高壓渦輪機(4)具有一個帶旁路閥(5a)的整合的旁路(5)。
9.如權利要求1至8之一所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該低壓渦輪增壓器(21)的一個低壓渦輪機(6)具有一個整合的廢氣門安排(7)。
10.如權利要求1至9之一所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該軸承殼體單元(11) 配備有至少一個冷卻管道OO)。
11.如權利要求1至10之一所述的多級渦輪增壓器安排(1)，其中該渦輪機殼體單元 (10)配備有至少一個冷卻管道01)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級渦輪增壓器安排(1)，該安排具有一個高壓渦輪增壓器(20)，該高壓渦輪增壓器具有一個渦輪機殼體(26A)、一個軸承殼體(27A)、一個壓縮機殼體(28A)；并且具有一個低壓渦輪增壓器(21)，該低壓渦輪增壓器具有一個渦輪機殼體(26B)、一個軸承殼體(27B)、一個壓縮機殼體(28B)；其中這些渦輪機殼體(26A，26B)配備有一個用于引導排氣的整合的內殼(23)。
文檔編號F01D11/04GK102459843SQ201080025767
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權日2009年6月29日
發(fā)明者T·克瑞汀格, T·齊納爾, V·喬格 申請人:博格華納公司