[發(fā)明專利]活塞發(fā)動機的渦輪增壓器結構

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980101959.1
• 申請日: 2009-01-07
• 公開（公告）號: CN101910580A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 安特羅·阿凱奧;加考·拉約加
• 申請（專利權）人: 瓦錫蘭芬蘭有限公司
• 主分類號: F02B37/10
• 分類號: F02B37/10;F02B39/00;F02B39/16;F02C6/12;F01D15/10;F02B29/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;孫海龍

技術領域

本發(fā)明涉及根據權利要求1前序的活塞發(fā)動機的渦輪增壓器結構(turbocharger?arrangement)。

背景技術

已有技術已知對活塞發(fā)動機進行增壓，對活塞發(fā)動機進行增壓具有很多優(yōu)勢。因為使用了原本可能被浪費的廢氣中包含的能量，所以，廢氣增壓(即，渦輪增壓)尤其是執(zhí)行增壓的一種非常有優(yōu)勢的方法。在渦輪增壓器中，發(fā)動機的廢氣流中的渦輪部被設置為驅動在到發(fā)動機的進氣流中的壓縮部。渦輪部和壓縮部通常位于公共軸末端，此軸被軸向地并且徑向地安裝在渦輪增壓器的機身上的軸承中。

對渦輪增壓器中的軸承系統(tǒng)有很高的要求。增壓器的轉子以每分鐘幾萬次的轉速旋轉，軸承面臨高溫。廢氣流經由渦輪部的渦輪機葉輪將軸向力發(fā)送到軸上，需要由軸向軸承來補償此力。另一方面，渦輪機葉輪以及壓縮葉輪和它們各自外殼之間的徑向間隙非常小，從而對軸向軸承有很高的要求。

美國專利申請公開2005/0198956A1公開了一種利用磁軸承實現(xiàn)的用于渦輪增壓器的軸承系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，徑向軸承被實現(xiàn)為無源永磁鐵，而軸向軸承被實現(xiàn)為有源永磁鐵。利用感應器確定軸的軸向位置，感應器的信號引導有源軸承的電磁，從而，軸向偏移將得到補償。

由于渦輪增壓器的操作原理，在其中廢氣的溫度和質量流率低(例如，具有低負載和操作速度)的發(fā)動機運行條件下，通常不可能利用渦輪增壓器的壓縮機來產生發(fā)動機的送氣系統(tǒng)所希望的增壓壓力。另一方面，渦輪增壓器的操作也受其質量影響。在發(fā)動機負載的暫態(tài)情況下，渦輪增壓器的操作并不總能夠以足夠的速度跟上發(fā)動機負載的變化，渦輪增壓器的響應具有一定延時，這也相應阻滯了發(fā)動機的反應。

已經有建議解決與渦輪增壓器的操作相關的上述問題，例如，通過將獨立供電的附加壓縮機串聯(lián)至渦輪增壓器的壓縮機，以及利用與渦輪增壓器的軸相連接的輔助電動機。

美國專利公開6,390,789B1公開了一種電動機驅動的渦輪壓縮機裝置，其中，利用氣流冷卻電動機及其軸承，所述氣流從壓縮級的壓力側流向電動機，然后，再返回壓縮級的吸氣端。此結構所提供的制冷不夠充分。

德國專利申請公開10?2005?056797A1公開了一種兩級渦輪增壓器結構，其同時包括兩級壓縮機和渦輪。渦輪-壓縮機對都連接至它們各自的軸，并且軸被互相安置。在嵌套軸的一端設置渦輪，而在另一端設置壓縮機。這種解決方案相對復雜，對于兩個獨立的渦輪-壓縮機對的軸承系統(tǒng)的情況尤其如此。

此公開總體上示出了可以結合軸來調整所組合的發(fā)動機-發(fā)電機，以便或者向軸提供能量，或者從軸提取能量。為內部渦輪-壓縮機對特別配備這樣的發(fā)動機-發(fā)電機在技術上是非常困難的。無論從構造還是操作來看，此解決方案都很復雜。

2007年出版的《Modern?Engine?Technology?from?A?to?Z(現(xiàn)代發(fā)動機技術大全)》(SAE)第956-957頁示出了一種渦輪增壓器，其中，在連接壓縮機和渦輪的軸上設置電動機。利用該文公開的解決方案給壓縮機提供充分的壓力比會導致效率降低，從而出現(xiàn)問題。

盡管以上解決方案具有所述的優(yōu)勢，但是，最近對于改進渦輪增壓器操作以及發(fā)動機操作的需求增加。為了使用電動機以及使其適應于渦輪增壓器是非常有挑戰(zhàn)性的，這是因為例如需要相對高的旋轉速度。為了在其它組件的整個使用期內可靠操作，這類電動機的構造和操作需要滿足渦輪增壓器的操作和構造對于電動機的要求。

發(fā)明內容

因此，具體而言，本發(fā)明的目的在于，通過呈現(xiàn)這樣的渦輪增壓器結構提高現(xiàn)有技術的技術水平，該渦輪增壓器結構包括壓縮部、渦輪部以及電機，其中，壓縮部包括第一壓縮級以及第二壓縮級，并且，其操作為，當連接至發(fā)動機時，在不同的操作條件下提供更好的發(fā)動機整體操作。

根據本發(fā)明的渦輪增壓器結構的特征主要在于壓縮部、渦輪部和電機連接到相同的軸。

這樣，高效地操作壓縮部，并且，在各種操作狀態(tài)下，發(fā)動機和增壓器結構的操作更可控。通過利用兩級壓縮機來實現(xiàn)增壓，還可以實現(xiàn)比單級壓縮機明顯更高的增壓。并且，通過兩級增壓，可以顯著提高渦輪增壓器的效率，此外，具體而言，利用電機，兩極壓縮部的操作可以例如在發(fā)動機的暫態(tài)情況下快速響應。

優(yōu)選地，在軸上設置所述壓縮部、渦輪部以及電機，從而所述壓縮部在軸向上安裝在所述電機和所述渦輪部之間。這樣，氣體流經所述壓縮機，并且可以通過為電機提供至少一個流路并將壓縮部的吸管設置為與所述電機的氣體流路進行連通，從而壓縮部的吸入空氣被設置為流經所述電機的所述至少一個氣體流路，來高效、緊湊地設置所述電動機的制冷。