[发明专利]多级排气涡轮增压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的多级排气涡轮增压器，该涡轮增压器包括高压级涡轮增压器，其具有可由来自发动机的废气驱动的高压涡轮；和低压级涡轮增压器，其具有可由来自高压涡轮的废气驱动的低压涡轮，该涡轮增压器顺序地设置在废气的流动路径中，且由低压级涡轮增压器的低压压气机压缩的供应给发动机的空气经由空气供应管道而供应到高压级涡轮增压器的高压压气机，以由高压压气机进一步压缩。 

背景技术

近年来，在车载引擎发动机领域中，特别是在车载柴油发动机领域中，采用了多级(两级)排气涡轮增压系统，其中具有可由来自发动机的排气歧管的废气驱动的高压涡轮的高压级涡轮增压器和具有可由来自高压涡轮的废气驱动的低压涡轮的低压级涡轮增压器顺序地设置在废气通道内，且由低压级涡轮增压器的低压压气机压缩的供给发动机的空气经由空气供应管道供应到高压级涡轮增压器的高压压气机，以由高压压气机进一步压缩且注入到发动机。 

对于装备有如上所述的多级排气涡轮增压器的发动机，通过允许高压级和低压级涡轮增压器两者的运行来执行两级增压以在发动机的低速和中速运行范围内增加增压压力，和通过允许废气和进气绕开高压级涡轮增压器而仅允许低压级涡轮增压器运行以在发动机的高速运行范围内执行单级增压，可获得具有高效涡轮增压效率的发动机的稳定运行。 

图9是例如在US2003/0159442 A1、US6378308 B1和JP59-82526中公开的两级增压系统的示意性表示。 

在图9中，标号103是排气歧管，1是高压级涡轮增压器，该涡轮增压器具有高压涡轮1a和通过轴连接到该涡轮1a的高压压气机1b，2是低压级涡轮增压器，该增压器具有低压涡轮2a和通过轴连接到该涡轮2a的低压压气机2b。 

标号117是用来控制在排气旁路管116中流动的废气的流速的排气旁路阀装置，5是用来控制在高压压气机旁路管111中流动的旁路进气的流速的压气机旁路阀装置。 

当通过允许高压级和低压级涡轮增压器1和2而允许装备有两级涡轮增压器的发动机运行在两级增压状态时，排气旁路阀装置117和压气机旁路阀装置5都关闭。 

在这种状态中，从排气歧管103流出的废气驱动高压级涡轮增压器1的高压涡轮1a和低压级涡轮增压器2的低压涡轮1b。另一方面，由连接到低压涡轮2a的低压压气机2b压缩的进气由连接到高压涡轮1a的高压压气机1b进一步压缩，且供应到发动机的每个汽缸，作为汽缸内用于燃烧的进气。 

通过在发动机的低速、中速运行范围内执行像这样的两级增压，可增加增压压力，以增加进气压力和发动机的输出。 

当通过允许废气和进气绕开高压级涡轮增压器2而在发动机的高速运行范围内通过低压级涡轮增压器2而允许发动机运行在单级增压状态时，压气机旁路阀装置5打开，且排气旁路阀装置117的打开受控制，以产生需要的进气压力。 

大多数从排气歧管103流出的废气绕开高压涡轮1a，且与流过高压涡轮1a的小部分废气合流以驱动低压涡轮2a。 

另一方面，由连接到低压涡轮2a的低压压气机2b压缩的大部分进气经由高压压气机旁路管111绕开高压压气机1b，且与流过高压压气机1b的一小部分进气合流，以供应到发动机的每个汽缸作为进气。 

在发动机的高速运行范围内，通过允许大多数废气和进气绕开高压级涡轮增压器1而由低压级涡轮增压器2执行单级增压，可实现具有高涡轮增压效率的发动机的稳定运行。 

因为与单级增压器相比，两级排气涡轮增压器的体积必然增加，因而在发动机舱内需要相对较大的安装空间以安装装备有这种类型的两级排气涡轮增压器的发动机。 

在车用发动机的情况中，要求尽可能地减少两级排气涡轮增压器的体积，以将装备有两级排气涡轮增压器的发动机安装在车辆的通常狭窄的发动机舱内。 

然而，在装备有公开于US6378308 B1和JP59-82526中的两级排气涡轮 增压器的发动机中，特别地，从低压压气机2b到高压压气机1b的空气供应路径和从低压压气机2b到高压压气机旁路管111上的压气机旁路阀装置5的空气供应旁路路径设置在水平面内，因此该两级排气涡轮增压器在水平方向的尺寸较大，且难于确保把发动机安装在车辆的狭窄发动机舱内的安装空间。