CN114427493B - 增压器及具有该增压器的发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压器及具有该增压器的发动机，该增压器包括涡轮部分，所述涡轮部分包括涡壳部件、高压级涡轮和低压级涡轮，所述涡壳部件只有一个废气进口端和一个废气出口端，所述涡壳部件还包括设于所述废气进口端和所述废气出口端之间的第一流道结构，所述第一流道结构用于所述高压级涡轮、所述低压级涡轮、所述废气进口端和所述废气出口端之间气体流路的连接，所述第一流道结构包括阀组件，所述阀组件用于调节流入所述涡轮部分的废气流经所述高压级涡轮的流量和流经所述低压级涡轮的流量。通过结构优化，简化了增压器的管路连接结构，整体结构更紧凑，占用空间较小。

Description

增压器及具有该增压器的发动机

技术领域

本发明涉及发动机增压技术领域，特别是涉及一种增压器及具有该增压器的发动机。

背景技术

目前，发动机的两级涡轮增压技术通常是通过设置两个单独的涡轮增压器来实现的。两个涡轮增压器通过串联或并联的方式安装在发动机的排气歧管上，其管路连接的结构复杂，占用空间大。

发明内容

本发明的目的是提供一种增压器及具有该增压器的发动机，通过结构优化，简化了增压器的管路连接结构，整体结构更紧凑，占用空间较小。

为解决上述技术问题，本发明提供一种增压器，包括涡轮部分，所述涡轮部分包括涡壳部件、高压级涡轮和低压级涡轮，所述涡壳部件只有一个废气进口端和一个废气出口端，所述涡壳部件还包括设于所述废气进口端和所述废气出口端之间的第一流道结构，所述第一流道结构用于所述高压级涡轮、所述低压级涡轮、所述废气进口端和所述废气出口端之间气体流路的连接，所述第一流道结构包括阀组件，所述阀组件用于调节流入所述涡轮部分的废气流经所述高压级涡轮的流量和流经所述低压级涡轮的流量。

该增压器在涡轮部分设有高压级涡轮和低压级涡轮，该涡轮部分的涡壳部件只有一个废气进口端和一个废气出口端，将废气进口端、废气出口端与高压级涡轮、低压级涡轮之间的气体流路连接以流道的形式形成于涡壳部件上，即两级涡轮之间的气体流路连接结构集成在涡壳部件内部，密封性好，且有利于减少能量损耗；这样，两级涡轮的涡轮部分只需设置一个废气进口端，避免现有两级涡轮需要有两个进口的设计，以及设在两级涡轮之间的外部复杂管路，该增压器的结构设计简化了涡轮部分的管路连接结构，使得增压器的整体结构更紧凑，占用空间较小。

如上所述的增压器，所述第一流道结构包括第一流道、第二流道和第三流道；

所述第一流道连通所述废气进口端和所述高压级涡轮的进口端，所述第二流道连通所述废气进口端和所述高压级涡轮的出口端；

所述高压级涡轮的出口端通过连接流道连通所述低压级涡轮的进口端，所述低压级涡轮的出口端连通所述废气出口端；

所述第三流道连通所述废气进口端和所述低压级涡轮的出口端；

所述阀组件包括阀部件和旁通阀，所述阀部件用于调节流入所述第一流道的废气流量和流入所述第二流道的废气流量；所述旁通阀的流量可调且设于所述第三流道。

如上所述的增压器，所述涡壳部件包括高压级涡壳部分、低压级涡壳部分以及连接所述高压级涡壳部分和所述低压级涡壳部分的过渡壳部分。

如上所述的增压器，所述涡壳部件为一体结构，或者，所述高压级涡壳部分、所述低压级涡壳部分以及所述过渡壳部分为分体结构，各部分之间可拆卸连接。

如上所述的增压器，所述增压器包括压轮部分，所述压轮部分包括压壳部件、高压级压轮和低压级压轮，所述压壳部件只有一个空气进口端和一个空气出口端，所述压壳部件还包括设于所述空气进口端和所述空气出口端之间的第二流道结构，所述第二流道结构用于所述高压级压轮、所述低压级压轮、所述空气进口端和所述空气出口端之间气体流路的连接。

如上所述的增压器，所述第二流道结构包括第四流道，所述第四流道连通所述高压级压轮的进口端和所述空气出口端，所述第四流道上设有开关阀；

所述低压级压轮的出口端通过连接流道连通所述高压级压轮的进口端，所述低压级压轮的进口端与所述空气进口端连通。

如上所述的增压器，所述压壳部件包括高压级压壳部分、低压级压壳部分以及连接所述高压级压壳部分和所述低压级压壳部分的连接壳部分。

如上所述的增压器，所述压壳部件为一体结构，或者，所述高压级压壳部分、所述低压级压壳部分以及所述连接壳部分为分体结构，各部分之间可拆卸连接。

本发明还提供一种发动机，包括排气歧管和排气管，还包括上述任一项所述的增压器，所述排气歧管的出口端与所述涡轮部分的所述废气进口端连接，所述涡轮部分的所述废气出口端与所述排气管连接。

本发明还提供一种发动机，包括排气歧管、进气歧管和设于所述排气歧管和所述进气歧管之间的增压器，所述增压器为上述所述的增压器，还包括控制器，所述控制器用于根据所述发动机的转速控制所述阀组件的开度及所述开关阀的通断。

由于上述增压器具有上述技术效果，所以包括该增压器的发动机也具有相同的技术效果，此处不再重复论述。

附图说明

图1为本发明所提供具有增压器的发动机的一种实施方式的结构简示图；

图2为图1所示增压器处于第一工作模式下的原理示意图；

图3为图1所示增压器处于第二工作模式下的原理示意图；

图4为图1所示增压器处于第三工作模式下的原理示意图；

图5为图1所示增压器处于第四工作模式下的原理示意图。

附图标记说明：

发动机10，排气歧管11，进气歧管12，中冷器13，排气管14，空滤器15；

废气进口端2A，废气出口端2B，高压级涡轮21，低压级涡轮22，第一流道231，第二流道232，第三流道233，连接流道一234，阀部件24，旁通阀25；

空气进口端3A，空气出口端3B，高压级压轮31，低压级压轮32，第四流道331，连接流道二332，开关阀34。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以图中所示发动机及增压器作为描述主体，详细说明本方案结构设置。

为便于理解和描述简洁，下文结合增压器及具有该增压器的发动机一并说明，有益效果部分不再重复论述。

请参考图1，图1为本发明所提供具有增压器的发动机的一种实施方式的结构简示图。

发动机10包括缸体和与缸体连接的进气歧管12和排气歧管11，图中示例性地示出了具有四缸的发动机简图。可以理解，发动机10的缸数、进气歧管12和排气歧管11的具体结构设置和布局等不作为本申请的发明核心，可采用现有设计，此处不详述。

该发动机10设有增压器，本申请重点对增压器的结构进行了优化设计。

该实施方式中，增压器包括涡轮部分，涡轮部分包括涡壳部件、高压级涡轮21和低压级涡轮22，高压级涡轮21和低压级涡轮22均设于涡壳部件内，该涡壳部件只设有一个废气进口端2A和一个废气出口端2B。

涡轮部分安装在发动机10的排气歧管11上，具体来说，涡壳部件的废气进口端2A与排气歧管11的总出口端连接，实际应用中可采用法兰盘的连接方式，涡壳部件的废气出口端2B与发动机10的排气管14连接。

该涡轮部件的涡壳部件还包括设于废气进口端2A和废气出口端2B之间的第一流道结构，该第一流道结构用于高压级涡轮21、低压级涡轮22、废气进口端2A和废气出口端2B之间气体流路的连接。

如上，与现有两级涡轮增压结构相比，该增压器将两级涡轮之间的气体流路连接结构集成在涡壳部件内，使得涡轮部分可以只有一个废气进口端2A和一个废气出口端2B，避免现有两级涡轮增压结构与排气歧管连接时需要有两个进口连接的设计，且规避了在外部设置连接两级涡轮的气体管路，这样，可以降低涡轮部分管路连接的复杂程度，增压器的整体结构更紧凑，占用空间相对减小；同时，因将高压级涡轮21和低压级涡轮22的相关管路连接结构以第一流道结构的形式设置在涡壳部件上，可以保证密封性，减少能量损耗，有利于提高增压器的可靠性。

如图1所示，该实施方式中，第一流道结构包括第一流道231、第二流道232、第三流道233和若干连接流道；具体来说，第一流道231连通废气进口端2A和高压级涡轮21的进口端，第二流道232连通废气进口端2A和低压级涡轮22的进口端，高压级涡轮21的出口端通过连接流道一234与低压级涡轮22的进口端连通，低压级涡轮22的出口端与废气出口端2B通过另一连接流道(图中未标注)连通，第三流道233连通废气进口端2A和低压级涡轮22的出口端。

也就是说，通过涡壳部件的废气进口端2A流入的废气可以经过第一流道231流入高压级涡轮21，也可以经过第二流道232流入低压级涡轮22，还可以经过第三流道233直接流入排气管14而不经过涡轮，高压级涡轮21排出的废气流入低压级涡轮22。

该第一流道结构还设置有阀组件，阀组件用于调节流入涡轮部分的废气流经高压级涡轮21的流量和流经低压级涡轮22的流量，即通过阀组件来控制上述各流道的通断及开度，以根据需要来调节涡轮部分的工作状态。

具体到图示方案中，阀组件包括阀部件24和旁通阀25，其中，阀部件24设于废气进口端2A与第一流道231、第二流道232的连接处，可以认为在废气进口端2A与第一流道231、第二流道232的连接处形成的是三通形式，阀部件24可以是三通阀的形式，其可以调节流入第一流道231的废气流量和流入第二流道232的废气流量，即可以调节流入高压级涡轮21的废气流量和流入低压级涡轮22的废气流量。

在其他实施方式中，第一流道231和第二流道232可以没有交接，两者相对独立地与废气进口端2A连通，在各自流道上分别设一流量可调的阀件，同样能够达到上述效果。

旁通阀25设于第三流道233上，其开度也可调。

该实施方式中，涡壳部件大致可以包括高压级涡壳部分、低压级涡壳部分以及连接两者的过渡壳部分，前述第一流道结构形成于涡壳部件，具体来说，各流道在各壳部分上的形状、轨迹等可以根据需要来设置，此处不限制，只要能够满足上述气体流路的连接需求即可。

具体来说，如果组装方便，不存在干涉，涡壳部件可以为一体成型结构，当然，为方便加工，涡壳部件的上述三个部分也可以设为分体结构，再通过可拆卸的方式连接在一起。

该实施方式中，增压器还包括与涡轮部分对应的压轮部分，压轮部分包括压壳部件、高压级压轮31和低压级压轮32，高压级压轮31和低压级压轮32设于压壳部件内，显然，高压级压轮31与高压级涡轮21同轴连接，低压级压轮32与低压级涡轮22同轴连接。

该压壳部件只有一个空气进口端3A和一个空气出口端3B，压轮部分安装在发动机10的进气歧管12上，具体来说，压壳部件的空气进口端3A与发动机10的空滤器15连接，空气出口端3B与进气歧管12的总进口端连接，一般来说，在发动机10的压轮部分和进气歧管12之间还设有中冷器13。

类似地，该压壳部件还包括设于空气进口端3A和空气出口端3B之间的第二流道结构，该第二流道结构用于高压级压轮31、低压级压轮32、空气进口端3A和空气出口端3B之间气体流路的连接。

如图1所示，该实施方式中，第二流道结构包括第四流道331和若干连接流道；具体来说，第四流道331连通低压级压轮32的出口端与高压级压轮31的出口端，低压级压轮32的进口端通过连接流道(图中未标注)与空气进口端3A连通，低压级压轮32的出口端通过连接流道二332连通高压级压轮31的进口端连通，高压级压轮31的出口端通过另一连接流道(图中未标注)与空气出口端3B连通。

也就是说，经空气进口端3A进入压轮部分的空气可以经低压级压轮32、高压级压轮31流入进气歧管12，也可以经低压级压轮32和第四流道331流入进气歧管12。具体来说，通过在第四流道331上设置开关阀34来控制空气的流动路径。

如上设置后，该增压器的压轮部分与进气歧管12之间也只有一个连接部位，与现有两级涡轮增压结构相比，能够降低连接管路的复杂度，简化压轮部分的结构，使其更紧凑，有利于进一步减小占用空间；当然，将第二流道结构设置在压壳部件内部，同样能够提高密封性和减少能耗。

该实施方式中，压壳部分大致可以包括高压级压壳部分、低压级压壳部分以及连接两者的连接壳部分，前述第二流道结构形成于压壳部件，具体来说，各流道在各壳部分上的形状、轨迹等可以根据需要来设置，此处不限制，只有能够满足上述气体流路的连接需求即可。

具体的，如果组装方便，不存在干涉，压壳部件可以为一体成型结构，当然，为方便加工，压壳部件的上述三个部分也可以设为分体结构，再通过可拆卸的方式连接在一起。

如图1所示，相对来说，压轮部分的气路连接结构相对较为简单，在其他实施方式中，增压器的涡轮部分可以前述方式，压轮部分可以仍采用现有的方式。

另外，在其他实施方式中，涡轮部分的流道结构设计和/或压轮部分的流道结构设计可以不局限于图1所示的方式，根据实际应用需求可以调整，只要将外部连接管路改进为集成在涡壳部件和/或压壳部件内的方案均属于本申请的发明构思。

相应地，本发明提供的发动机可以包括上述任一实施方式提供的增压器。

以图1所示为例，下面具体介绍一下应用图示增压器后，该增压器的各控制方式。

具体来说，发动机10设有控制器，该控制器与增压器的各阀件通信，以根据发动机10的转速来调节各阀件的工作状态。

参考图2，图2示出了增压器的第一种工作模式，该模式下，发动机10处于低转速工况，图中以粗实线示意了导通的流道，即气体的流动路径；此时，控制器控制旁通阀25关闭，调节阀部件24至连通废气进口端2A和第一流道231之间的通路，截断废气进口端2A和第二流道232之间的通路，控制开关阀34关闭，这样，发动机10经排气歧管11排出的废气经过高压级涡轮21，驱动高压级涡轮21旋转，带动高压级压轮31工作，低压级增压部分(包括低压级涡轮22和低压级压轮32)仅作为流通管路使用，不起到实质增压作用，以改善发动机10在低速时动力不足的问题。

参考图3，图3示出了增压器的第二种工作模式，该模式下，发动机10处于中等转速工况，图中以粗实线示意了导通的流道；此时，控制器控制旁通阀25关闭，开关阀34关闭，调节阀部件24至同时导通废气进口端2A和第一流道231、第二流道232的位置，这样，发动机10经排气歧管11排出的废气一部分经过高压级涡轮21，驱动高压级涡轮21旋转以带动高压级压轮31工作，另一部分废气经过低压级涡轮22，驱动低压级涡轮22旋转以带动低压级压轮32工作，即高压级增压部分和低压级增压部分同时工作，既保证了切换的平顺性又保证了功率的稳定增加，以及较大转速范围内的高扭矩输出。

参考图4，图4示出了增压器的第三种工作模式，该模式下，发动机10处于高转速工况，图中以粗实线示意了导通的流道；此时，控制器控制旁通阀25关闭，开关阀34开启，调节阀部件24至只导通废气进口端2A和第二流道232的位置，即废气进口端2A和第一流道231之间的通路被截断，这样，发动机10经排气歧管11排出的废气经低压级涡轮22，驱动低压级涡轮22旋转，带动低压级压轮32工作，高压级增压部分(包括高压级涡轮21和高压级压轮31)仅作为流通管路使用，不起到实质增压作用，此时，主要依靠低压增压部分工作。

参考图5，图5示出了增压器的第四种工作模式，该模式下，发动机10处于增压器保护工况，控制器控制旁通阀25开启，开关阀34开启，调节阀部件24至只导通废气进口端2A和第二流道232的位置，即废气进口端2A和第一流道231之间的通路被截断，这样，发动机10经排气歧管11排出的废气一部分经第三流道233直接从排气管14排出，另一部经低压级涡轮22，驱动低压级涡轮22旋转，带动低压级压轮32工作。

上述发动机10的各工况的转速区间界定可根据实际需要来设置，对于不同类型的发动机10来说，其转速区间的界定可能存在不同。

以上对本发明所提供的一种增压器及具有该增压器的发动机均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.增压器，其特征在于，包括涡轮部分，所述涡轮部分包括涡壳部件、高压级涡轮和低压级涡轮，所述涡壳部件只有一个废气进口端和一个废气出口端，所述涡壳部件还包括设于所述废气进口端和所述废气出口端之间的第一流道结构，所述第一流道结构用于所述高压级涡轮、所述低压级涡轮、所述废气进口端和所述废气出口端之间气体流路的连接，所述第一流道结构包括阀组件，所述阀组件用于调节流入所述涡轮部分的废气流经所述高压级涡轮的流量和流经所述低压级涡轮的流量；

所述第一流道结构包括第一流道、第二流道和第三流道；

所述第一流道连通所述废气进口端和所述高压级涡轮的进口端，所述第二流道连通所述废气进口端和所述高压级涡轮的出口端；

所述高压级涡轮的出口端通过连接流道连通所述低压级涡轮的进口端，所述低压级涡轮的出口端连通所述废气出口端；

所述第三流道连通所述废气进口端和所述低压级涡轮的出口端；

所述阀组件包括阀部件和旁通阀，所述阀部件用于调节流入所述第一流道的废气流量和流入所述第二流道的废气流量；所述旁通阀的流量可调且设于所述第三流道。

2.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述涡壳部件包括高压级涡壳部分、低压级涡壳部分以及连接所述高压级涡壳部分和所述低压级涡壳部分的过渡壳部分。

3.根据权利要求2所述的增压器，其特征在于，所述涡壳部件为一体结构，或者，所述高压级涡壳部分、所述低压级涡壳部分以及所述过渡壳部分为分体结构，各部分之间可拆卸连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的增压器，其特征在于，所述增压器包括压轮部分，所述压轮部分包括压壳部件、高压级压轮和低压级压轮，所述压壳部件只有一个空气进口端和一个空气出口端，所述压壳部件还包括设于所述空气进口端和所述空气出口端之间的第二流道结构，所述第二流道结构用于所述高压级压轮、所述低压级压轮、所述空气进口端和所述空气出口端之间气体流路的连接。

5.根据权利要求4所述的增压器，其特征在于，所述第二流道结构包括第四流道，所述第四流道连通所述高压级压轮的进口端和所述空气出口端，所述第四流道上设有开关阀；

所述低压级压轮的出口端通过连接流道连通所述高压级压轮的进口端，所述低压级压轮的进口端与所述空气进口端连通。

6.根据权利要求5所述的增压器，其特征在于，所述压壳部件包括高压级压壳部分、低压级压壳部分以及连接所述高压级压壳部分和所述低压级压壳部分的连接壳部分。

7.根据权利要求6所述的增压器，其特征在于，所述压壳部件为一体结构，或者，所述高压级压壳部分、所述低压级压壳部分以及所述连接壳部分为分体结构，各部分之间可拆卸连接。

8.发动机，包括排气歧管和排气管，其特征在于，还包括权利要求1-7任一项所述的增压器，所述排气歧管的出口端与所述涡轮部分的所述废气进口端连接，所述涡轮部分的所述废气出口端与所述排气管连接。

9.发动机，包括排气歧管、进气歧管和设于所述排气歧管和所述进气歧管之间的增压器，其特征在于，所述增压器为权利要求5-7任一项所述的增压器，还包括控制器，所述控制器用于根据所述发动机的转速控制所述阀组件的开度及所述开关阀的通断。

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