[发明专利]具有有效旁路的多级涡轮增压系统

权利要求书

1.一种内燃机系统，包括：

内燃机，产生具有第一废气能级的压缩废气；

连接至所述内燃机的废气歧管，用于将所述压缩废气朝着废气管线导向流动；

第一高压级涡轮机，其连接至废气管线，具有与废气管线流体地连接的进口和出口，用于从所述压缩废气提取功，并且通过其出口以第二较低废气能级传递所述压缩废气；

至少一个低压级涡轮机，其具有至少一个流体地连接至第一涡轮机出口的进口，用于进一步从第二较低废气能级的所述压缩废气提取功；

旁路装置，用于将一部分具有第一废气能级的所述压缩废气流旁路绕过第一涡轮机，从第一涡轮机的上游到至少一个低压级涡轮机的至少一个进口；和

喷嘴装置，用于将仍然基本上接近第一废气能级的废气旁路流中的一部分废气能量以加速旁路废气流的形式转换为动能，以便在所述加速旁路废气流实质上消散之前在至少一个低压级涡轮机中将动能转换为机械功。

2.如权利要求1的内燃机系统，其中用于将旁路废气流中的一部分废气能量转换为动能的喷嘴装置是可变几何形状机构。

3.如权利要求2的内燃机系统，其中可变几何形状机构是常规的VGT叶片。

4.如权利要求2的内燃机系统，其中可变几何形状机构是可变几何形状阀。

5.如权利要求1的内燃机系统，其中仅有一个低压级涡轮机，但是具有第一和第二涡旋。

6.如权利要求5的内燃机系统，其中低压级涡轮机的第一涡旋流体地连接至旁路装置用于接收压缩废气的旁路流，并且其中低压级涡轮机的第二涡旋流体地连接至第一涡轮机的出口用以接收已经通过第一涡轮机的废气流以进行从压缩废气流的第一级功提取。

7.如权利要求6的内燃机系统，其中低压级涡轮机的第一涡旋具有可变几何形状机构。

8.如权利要求7的内燃机系统，其中低压级涡轮机的第一涡旋中的可变几何形状机构是常规的旋转VGT叶片。

9.如权利要求7的内燃机系统，其中低压级涡轮机的第一涡旋中的可变几何形状机构是具有铰接后缘的VGT叶片。

10.如权利要求7的内燃机系统，其中低压级涡轮机的第一涡旋中的可变几何形状机构是构造为可变地调节所述第一涡旋中的流动的滑动机构。

11.如权利要求1的内燃机系统，包括两个低压级涡轮机，其中这两个低压级涡轮机之一流体地连接至旁路装置用以接收压缩废气流的旁路流，并且这两个低压级涡轮机中的另一个流体地连接至第一涡轮机的出口用以接收已经通过第一涡轮机的废气流以进行从压缩废气流的第一级功提取。

12.如权利要求11的内燃机系统，其中两个低压级涡轮机由共同轴连接起来。

13.如权利要求1的内燃机系统，包括单个低压级涡轮机，其具有流体地连接至第一涡轮机出口和旁路装置的单个进口。

14.一种为内燃机提供增压的方法，包括：

使由内燃机产生的压缩废气通过具有高压涡轮增压器和至少一个低压涡轮增压器的多级涡轮增压系统；

旁路一部分压缩废气流绕过高压涡轮增压器达到低压涡轮机中的涡轮机；

在将旁路的压缩废气流与任何其余未被旁路的废气再结合之前或者没有再结合而非在再结合之后，将旁路的压缩废气流的一部分废气能量转换为动能；和

利用旁路废气流中转换的动能将增大的动量赋予低压涡轮增压器中涡轮机的涡轮机叶片。

15.一种涡轮增压器，包括空气压缩机以及通过轴连接至空气压缩机的双涡旋型涡轮机气体膨胀机，其中双涡旋型涡轮机气体膨胀机包括：第一可变几何形状涡旋，其具有与膨胀机流体地连接的第一涡轮机进口；和第二固定几何形状涡旋，其具有相应地流体连接至所述第二涡旋的第二涡轮机进口。

16.如权利要求15的涡轮增压器，其中第一可变几何形状涡旋利用常规的旋转VGT叶片。

17。如权利要求15的涡轮增压器，其中第一可变几何形状涡旋利用具有铰接后缘的VGT叶片。

18.如权利要求15的涡轮增压器，其中第一可变几何形状涡旋利用滑动机构来为涡旋提供可变流几何形状。