[发明专利]多级式废气涡轮增压器和内燃机

说明书

本发明涉及一种多级式废气涡轮增压器，其包括具有至少一个涡轮机转子的废气涡轮机和压缩机。涡轮机转子和第二压缩机转子部段以及第一压缩机转子部段布置在围绕旋转轴线可旋转地支承的共同的轴上。第一压缩机级在第一压缩机转子部段的上游具有用于连接至新鲜空气导管的轴向的压缩机进入管接头，且在第一压缩机转子部段的下游具有至少两个第一螺旋通道结构，第一螺旋通道结构过渡到第二压缩机级的在第二压缩机转子部段的上游延伸的至少两个第二螺旋通道结构。为减少热负荷，设有至少在第一螺旋通道结构之间延伸的第一冷却剂通道结构和/或在第二螺旋通道结构之间延伸的第二冷却剂通道结构。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的多级式废气涡轮增压器、特别是高压涡轮增压器，该涡轮增压器包括具有至少一个涡轮机转子的废气涡轮机、以及压缩机，该压缩机包括带有第一压缩机转子部段的第一压缩机级和带有第二压缩机转子部段的第二压缩机级，其中，涡轮机转子和第二以及第一压缩机转子部段布置在围绕旋转轴线可旋转地支承的共同的轴上，其中，第一压缩机级在第一压缩机转子部段的上游具有用于连接至新鲜空气导管的轴向压缩机进入管接头，并且在第一压缩机转子部段的下游具有至少两个第一螺旋通道结构，这些第一螺旋通道结构过渡到第二压缩机级的在第二压缩机转子部段的上游延伸的至少两个第二螺旋通道结构。本发明此外还涉及具有至少一个这种废气涡轮增压器的内燃机。

背景技术

为了提供较高的燃料经济性、较高的额定功率和改善的排放效率，在内燃机中需要具有高压缩比的涡轮增压器。

为了实现高压缩比，可升高废气涡轮增压器的工作轮的旋转速度。然而，在此会造成超出所用材料的负荷能力的负荷。

WO 2012/107481 A1描述了一种单级式废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器具有涡轮机外壳和与涡轮机外壳连接的轴承外壳。经由涡轮机外壳进行冷却剂供给。此外，DE10 2013 203 376A1描述了用于内燃机的可液体冷却的单级式径向涡轮机，其中冷却剂通道集成到该涡轮机外壳中。

已知用两个或更多个废气涡轮增压器来实施增压空气的多级压缩，这些废气涡轮增压器与串联连接的压缩机一起工作，其中中间冷却器布置在各压缩机之间。大致从US2014/0358404 A1已知这种方案。然而缺点在于，这些方案非常复杂并且耗费结构空间。类似方法是将在共同的轴上的多级式压缩机转子用于实现各压缩机级，包括组合轴向压缩机级和径向压缩机级。然而，在此也特别是由于废气涡轮增压器的增加长度而在包装尺寸方面、以及还在转子动力学和储存问题方面是不利的。

对此，DE 699 14 199 T2示出具有两级式压缩机的缓慢运转的高压涡轮机，其中，涡轮机转子和压缩机转子经由共同的轴彼此连接。压缩机转子在接近空气入口的正面处具有第一转子叶片并且在背面上具有第二转子叶片。经压缩的空气经由扩散器从前面和背面并且从那里传递到进气系统。EP 1 825 149 B1示出类似的方案。但是由US 6,834,501 B1、US 6,792,755 B2或者US 6,920,754 B2已知一种废气涡轮增压器，其中，在两级式压缩机的正面和背面之间构造有环形间隙。

尽管由此可实现较高的压缩比，但由于较高的温度而会对材料造成较大负荷：尽管空气入口处的空气具有约25℃的温度，但是直至第二转子叶轮的温度在超过4巴的压缩比的情况下明显升高超过200℃。在此，转子叶轮以及涡轮增压器外壳和轴承遭受较高的热负荷。此外，从约180℃的温度起会导致在空气中一起运送的油成分、例如含机油燃气堵住。

EP 1 957 802 B1在这方面建议了采用耐受温度的材料或者在轴承和轴的设计中涉及这方面的预防措施。

所有已知的方案的缺点在于，一方面是经压缩的空气流的高温度，另一方面是涡轮增压器外壳和所用的各部件由此产生的热负荷。

发明内容

本发明的任务是减小多级式废气涡轮增压器的热负荷。