專利名稱：具有兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有排氣管、進(jìn)氣管和渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，所述 排氣管用于排出來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的廢氣，所述進(jìn)氣管用于提供空氣 至所述燃燒室，所述渦輪增壓系統(tǒng)具有高壓渦輪和低壓渦輪，所述高 壓渦輪與高壓壓縮機(jī)相互作用，所述低壓渦輪與低壓壓縮機(jī)相互作用， 渦輪增壓系統(tǒng)用于從發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣氣流中提取能量并增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn) 氣的壓力，所述高壓渦輪通過(guò)管路連接至所述低壓渦輪。
背景技術(shù)：
用于重型車輛的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常要求較大的空間，因?yàn)樗鼈兙哂?各種用于增壓、冷卻和廢氣后處理的系統(tǒng)。例如，存在具有二級(jí)增壓 的渦輪增壓系統(tǒng)，其通常基于為單級(jí)增壓而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置。
廢氣壓力調(diào)節(jié)器用于多種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)中，以在排氣系統(tǒng)內(nèi)生成 背壓，例如以便改善四沖程內(nèi)燃機(jī)的制動(dòng)力。此外，可以利用來(lái)自廢
氣壓力調(diào)節(jié)器的背壓，以增加進(jìn)入進(jìn)氣側(cè)的再循環(huán)氣體(所謂的EGR 氣體)的量。此外，當(dāng)起動(dòng)時(shí)，可以利用背壓來(lái)更快速地加熱發(fā)動(dòng)機(jī)。 廢氣壓力調(diào)節(jié)器通常位于渦輪增壓系統(tǒng)的下游，以免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率 帶來(lái)負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種具有兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)和廢 氣壓力調(diào)節(jié)器的內(nèi)燃機(jī)，所述廢氣壓力調(diào)節(jié)器不會(huì)在空間和重量方面 形成顯著需求。
為實(shí)現(xiàn)此目的，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)包括排氣管、進(jìn)氣管和渦輪增壓系統(tǒng)，所述排氣管用于排出來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的廢氣，所述 進(jìn)氣管用于提供空氣至所述燃燒室，所述渦輪增壓系統(tǒng)具有高壓渦輪 和低壓渦輪，所述高壓渦輪與高壓壓縮機(jī)相互作用，所述低壓渦輪與 低壓壓縮機(jī)相互作用，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流中提取能量并增加發(fā)動(dòng) 機(jī)的進(jìn)氣的壓力，所述高壓渦輪通過(guò)管路連接至所述低壓渦輪，并且， 根據(jù)本發(fā)明，所述內(nèi)燃機(jī)的特征在于廢氣壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置在高壓渦 輪和低壓渦輪之間的管路內(nèi)。由于根據(jù)本發(fā)明的廢氣壓力調(diào)節(jié)器的位 置設(shè)置，可以利用現(xiàn)有的渦輪增壓系統(tǒng)中的部件來(lái)進(jìn)行廢氣壓力調(diào)節(jié)， 其結(jié)果是節(jié)約了空間和重量。
可以從所附的從屬權(quán)利要求中得出本發(fā)明的有利的實(shí)施例。


下面將參照附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其
中
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)和廢氣
壓力調(diào)節(jié)器的內(nèi)燃機(jī)，
圖2是包含在渦輪增壓系統(tǒng)內(nèi)的兩個(gè)渦輪增壓級(jí)的縱剖面圖，
圖3是管路的縱剖面圖，所述管路連接包含在渦輪增壓系統(tǒng)內(nèi)的
兩個(gè)渦輪增壓級(jí)，并且包括顯示為處于開啟工作位置的廢氣壓力調(diào)節(jié)
器，以及
圖4是與圖3相對(duì)應(yīng)的縱剖面圖，其示出了處于關(guān)閉工作位置的 廢氣壓力調(diào)節(jié)器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要涉及活塞沖程排量大約為6至20升之間的柴油發(fā)動(dòng)
機(jī)，優(yōu)選地是用于重型車輛比如卡車、公共汽車和工程機(jī)械。通過(guò)具 有中間冷卻的兩個(gè)串聯(lián)的徑向型壓縮機(jī)的兩級(jí)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)增壓。第一壓 縮機(jī)級(jí)稱為低壓壓縮機(jī)，其由軸向式低壓渦輪驅(qū)動(dòng)。第二壓縮機(jī)級(jí)稱 為高壓壓縮機(jī)，其由徑向型高壓渦輪驅(qū)動(dòng)。圖1示出了具有六個(gè)汽缸11的發(fā)動(dòng)機(jī)體IO，所述汽缸以傳統(tǒng)的方
式連通進(jìn)氣歧管12和兩個(gè)分開的排氣歧管13、 14。這兩個(gè)排氣歧管中
的每一個(gè)都接收來(lái)自三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的排出廢氣。排出廢氣通過(guò)分開
的管路15、 16輸送至位于高壓渦輪單元18內(nèi)的渦輪17，所述高壓渦 輪單元18包括與渦輪17 —起安裝在公共軸上的壓縮機(jī)19。
排出廢氣通過(guò)具有廢氣壓力調(diào)節(jié)器20a的管路20輸送至位于低壓 渦輪單元22內(nèi)的渦輪21，所述低壓渦輪單元22包括與渦輪21 —起安 裝在公共軸上的壓縮機(jī)23。排出廢氣最終通過(guò)管路24輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)的 排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括用于對(duì)排出廢氣進(jìn)行后處理的裝置。
過(guò)濾后的進(jìn)氣通過(guò)管路25進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，并且被輸送至低壓渦輪單 元22的壓縮機(jī)23。通過(guò)第一中間冷卻器27，管路26將進(jìn)氣輸送至高 壓渦輪單元18的壓縮機(jī)19。在經(jīng)過(guò)此具有中間冷卻的二級(jí)增壓之后， 進(jìn)氣通過(guò)管路28輸送至第二中間冷卻器29，其后，進(jìn)氣通過(guò)管路30 到達(dá)進(jìn)氣歧管12。
圖2更詳細(xì)地示出了渦輪增壓系統(tǒng)，其清楚地示出了至高壓渦輪 17的兩個(gè)螺旋狀的入口 15、 16，所述各入口經(jīng)由進(jìn)氣導(dǎo)管17a向渦輪 提供氣流。高壓渦輪17是徑向式，并且通過(guò)較短的中間管路20連接 至低壓渦輪21，由于低壓渦輪是軸向式，所以可以使用較短的中間管 路20。此短的流動(dòng)通道使渦輪增壓級(jí)之間的壓力損失最小化。
高壓渦輪17與高壓壓縮機(jī)19 一起安裝在軸31上。以相應(yīng)的方式， 低壓渦輪21與低壓壓縮機(jī)23 —起安裝在軸32上。兩個(gè)渦輪單元18、 22基本上沿著相同的縱向軸布置。中間管路20裝配密封件，該密封件 通過(guò)允許由熱量力(thermal force)引起的一定程度的軸向運(yùn)動(dòng)和徑向運(yùn) 動(dòng)以及一定程度的裝配公差，抑制內(nèi)應(yīng)力和泄漏。廢氣壓力調(diào)節(jié)器20a 位于管路20內(nèi)，下面將對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。軸向式低壓渦輪設(shè)置有具有進(jìn)氣導(dǎo)管的固定環(huán)34。高壓壓縮機(jī)19
是徑向式壓縮機(jī)。出口擴(kuò)壓器37設(shè)置在低壓渦輪21后面，以便恢復(fù) 來(lái)自渦輪的動(dòng)壓。擴(kuò)壓器通向廢氣收集器38，所述廢氣收集器38引導(dǎo) 廢氣至排氣管24。
圖3和4中更詳細(xì)地示出了廢氣壓力調(diào)節(jié)器20a的設(shè)計(jì)，管路20 具有由外壁39和中心部40構(gòu)成的環(huán)形橫截面，所述外壁39環(huán)繞其旋 轉(zhuǎn)軸線對(duì)稱且具有這樣的橫截面，該橫截面在朝向低壓渦輪21的方向 上尺寸增大，所述中心部40同心地設(shè)置在壁39內(nèi)，其橫截面同樣在 朝向低壓渦輪的方向上尺寸增大。
中心部40安裝在軸41的端部上，與固定環(huán)34相距一定的距離， 所述軸41接附至固定環(huán)，并且，所述中心部40包括控制活塞42，所 述控制活塞42以可移動(dòng)的方式安裝在軸41上?？刂苹钊?2包括具有 外閥套筒44的內(nèi)活塞室43。其被設(shè)計(jì)成一個(gè)具有外壁表面和內(nèi)壁表面 的開口汽缸。
控制活塞42可以在中心部和外壁39之間相對(duì)于螺旋壓簧45的作 用而軸向移動(dòng)，以調(diào)節(jié)管路20的流通面積?？刂苹钊?2和軸41一起 形成環(huán)形室43，環(huán)形室43通過(guò)用于加壓介質(zhì)的管路47連接至用于廢 氣壓力調(diào)節(jié)器外部的加壓介質(zhì)(附圖中未示出)的連接部分，所述加 壓介質(zhì)部分穿過(guò)軸41的具有較大直徑的部分以及部分穿過(guò)固定環(huán)34。
通過(guò)改變室43的排量，控制活塞42因此能在加壓介質(zhì)例如壓縮 空氣的作用下，與閥套44 一起在不激活的開啟位置和激活的封閉位置 之間移動(dòng)，所述加壓介質(zhì)的作用方向與壓縮彈簧的作用力的方向相反。 在不激活的控制位置(參見(jiàn)圖3)，閥套44在中心部和固定環(huán)34之間 形成中心部40的軸向延伸部分。在激活的控制位置(參見(jiàn)圖4)，閥套 44的內(nèi)壁表面在外壁和中心部40之間形成外壁39的軸向延伸部分?？刂苹钊?2的環(huán)形端面48形成活塞表面，在控制活塞運(yùn)動(dòng)期間， 所述活塞表面與中心部40的圓柱形部分49內(nèi)的裝配密封件一起滑動(dòng)。 因此，中心部的內(nèi)部形成室50，所述室50通過(guò)管路51與高壓渦輪17 的緊接著的下游的壓力相通。此外，存在開口52，其平衡低壓渦輪21 的上游側(cè)的壓力與中心部40的圓柱形部分49外部的空間內(nèi)的壓力。 由于室50設(shè)置在中心部40內(nèi)，所以能夠以適當(dāng)?shù)姆绞酱_定活塞的面 積，以便實(shí)現(xiàn)廢氣壓力調(diào)節(jié)器的壓力平衡，使其根據(jù)廢氣流利用自調(diào) 節(jié)功能來(lái)自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
當(dāng)廢氣壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)圖4激活時(shí)，高壓渦輪17下游的壓力升高 (由于氣體是可壓縮的，所示存在一定的延遲)。壓力通過(guò)管路51傳 播入室50。壓力平衡后，由于面積相對(duì)類似(室50的面積稍大)，所 以此壓力將大致與室43內(nèi)的控制壓力相同。例如，如果閥上游的壓力 增加，以致室43內(nèi)的控制壓力過(guò)高，那么此壓力將通過(guò)管路51進(jìn)入 室50，并且將作用在端面48上。當(dāng)控制活塞42已稍微向左移動(dòng)時(shí)， 將出現(xiàn)平衡，并且控制活塞找到平衡位置。
因此，如上所述的廢氣壓力調(diào)節(jié)器具有自調(diào)節(jié)功能，并且當(dāng)在上 游側(cè)具有一定壓力時(shí)自動(dòng)開啟。此外，由于密封件具有氣密性，所以
能夠在廢氣壓力調(diào)節(jié)器的上游快速地建立起壓力。
上面以用于內(nèi)燃機(jī)增壓的具有兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行了描述?？蛇x地，本發(fā)明可用于具有渦輪增壓器裝置和渦輪 組合裝置的應(yīng)用場(chǎng)合，其中力可以在渦輪組合裝置和內(nèi)燃機(jī)的曲軸之 間傳遞，以便為不同的目的來(lái)利用動(dòng)能。
不能認(rèn)為本發(fā)明僅僅限于如上所述的實(shí)施例，多種變型與改進(jìn)可 能處于所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。例如，本發(fā)明是參照六缸柴油機(jī)進(jìn) 行描述，但是本系統(tǒng)可以用于不同的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，從單缸至多缸；可以用于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還可以用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)， 用于具有不同活塞沖程排量的上述發(fā)動(dòng)機(jī)。上面已經(jīng)描述了軸向式低 壓渦輪的實(shí)施例，但是，本發(fā)明還可以用于徑向式低壓渦輪。氣動(dòng)裝 置以外的其他裝置可以用于操作閥套，例如機(jī)械裝置。
權(quán)利要求
1. 一種具有排氣管(15， 16)，進(jìn)氣管(12)和渦輪增壓系統(tǒng)的 內(nèi)燃機(jī)(10)，所述排氣管(15， 16)用于排出來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(11) 的廢氣，所述進(jìn)氣管(12)用于提供空氣至所述燃燒室，所述渦輪增 壓系統(tǒng)具有高壓渦輪(17)和低壓渦輪(21)，所述高壓渦輪(17)與 高壓壓縮機(jī)(19)相互作用，所述低壓渦輪(21)與低壓壓縮機(jī)(23) 相互作用，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣氣流中提取能量并增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣 的壓力，所述高壓渦輪(17)通過(guò)管路(20)連接至低壓渦輪(21)， 所述內(nèi)燃機(jī)(10)的特征在于廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20a)位于高壓渦輪(17)和低壓渦輪(21)之間的管路(20)內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于低壓渦輪(21)為 軸向式，并且管路(20)具有由外壁(39)和中心部(40)構(gòu)成的環(huán) 形橫截面，所述外壁(39)環(huán)繞其旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)稱并且具有這樣的橫截 面，該橫截面在朝向低壓渦輪(21)的方向上尺寸增大，所述中心部(40) 同心地設(shè)置在壁內(nèi)，且橫截面同樣在朝向低壓渦輪的方向上尺寸增大。
3. 如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于中心部(40)設(shè)置 有控制活塞(42)，所述控制活塞(42)以能夠在中心部和外壁(39) 之間移動(dòng)的方式安裝在中心部上，用于調(diào)節(jié)管路的流通面積。
4. 如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制活塞(42)以 能夠移動(dòng)的方式安裝在軸(41)上，所述軸(41)附接至固定環(huán)(34)， 所述固定環(huán)(34)安裝在低壓渦輪(21)的入口上。
5. 如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制活塞(42)能 相對(duì)于彈簧裝置(45)的作用力在兩個(gè)端部位置之間移動(dòng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于通過(guò)加壓介質(zhì)的作用，控制活塞(42)能在不激活的開啟位置和激活的關(guān)閉位置之間移動(dòng)，所述加壓介質(zhì)的作用方向與彈簧裝置(45)的作用力的方向相反。
7. 如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制活塞(42)和 軸(41) 一起形成環(huán)形室(43)，所述環(huán)形室(43)對(duì)于加壓介質(zhì)具有 可變排量。
8. 如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于室(43)通過(guò)用于 加壓介質(zhì)的管路(47)，連接至用于管路(20)外部的加壓介質(zhì)的連接 部分，所述用于加壓介質(zhì)的管路(47)延伸穿過(guò)軸(41)和固定環(huán)(34)。
9. 如權(quán)利要求3 — 8中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控 制活塞(42)設(shè)置有活塞表面(48)，所述活塞表面(48)能在中心部(40)的內(nèi)部室(50)中移動(dòng)，并且通過(guò)管路(51)承受廢氣壓力調(diào) 節(jié)器(20a)的上游的壓力的作用，用于廢氣壓力調(diào)節(jié)器的控制壓力的 壓力平衡。
10. 如權(quán)利要求3 — 9中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控 制活塞(42)被設(shè)計(jì)成具有外壁表面和內(nèi)壁表面的開口汽缸，該外壁 表面在不激活的控制位置在中心部和固定環(huán)(34)之間形成中心部(40) 的軸向延伸部分，該內(nèi)壁表面在激活的控制位置在外壁和中心部(40) 之間形成外壁(39)的軸向延伸部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有排氣管(15，16)和進(jìn)氣管(12)和的內(nèi)燃機(jī)(10)，所述排氣管(15，16)用于排出來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(11)的廢氣；所述進(jìn)氣管(12)用于提供空氣至所述燃燒室。內(nèi)燃機(jī)包括具有高壓渦輪(17)和低壓渦輪(21)的渦輪增壓系統(tǒng)，所述高壓渦輪(17)與高壓壓縮機(jī)(19)相互作用，所述低壓渦輪(21)與低壓壓縮機(jī)(23)相互作用，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流中提取能量并增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣的壓力。高壓渦輪(17)通過(guò)管路(20)連接至低壓渦輪(21)。廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20a)位于高壓渦輪(17)和低壓渦輪(21)之間的管路(20)內(nèi)。
文檔編號(hào)F02D9/06GK101313135SQ200580052128
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者拉爾斯·松丁, 肯特·伊塞爾莫 申請(qǐng)人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司