用于往复式内燃发动机的涡轮增压器装置的安装单元、涡轮增压器装置和往复式内燃发动机

摘要

用于往复式内燃发动机的涡轮增压器装置的安装单元(1、1’)被设置为至少由安装基座(6)、热低压空气通道(2)、冷低压空气通道(3)、热高压空气通道(4)和冷高压空气通道(5)形成的单个刚性结构。至少低压涡轮增压器压缩机出口端口(2a)和高压涡轮增压器压缩机出口端口(4a)布置在安装基座(6)处，使得低压涡轮增压器压缩机出口(8b)和高压涡轮增压器压缩机出口(10b)可以分别直接联接到其上，从而将涡轮增压器(8、10)同时物理地安装到安装单元(1)。还涉及一种涡轮增压器装置(10)和往复式内燃发动机。

说明书

技术领域

本公开涉及与往复式内燃活塞发动机有关的涡轮增压器，并且更具体地涉及用于这种涡轮增压器的安装单元。本公开还涉及利用这种安装单元的涡轮增压器装置和往复式内燃活塞发动机。

背景技术

涡轮增压器通常与往复式内燃活塞发动机一起使用，以便增加可用于燃烧汽缸中燃烧的进气的量。简而言之，涡轮增压器包括旋转地联接到压缩机的涡轮，使得由排气驱动的涡轮驱动压缩机以便对进气流进行增压。

另外，已知具有接连地(即，串联地)联接的多于一个的涡轮增压器的布置用于进一步增加对进气增压的压力。还已知使用并联联接的多于一个涡轮增压器来增加增压进气的流量。

然而，增加涡轮增压器的数量增加了所需管道的量，这通常导致更复杂的结构，使得对于涡轮增压器及其相关管道来说，组装和维护更加困难。此外，对涡轮增压器附近的任何部件及其相关管道的接近也变得更受限，进一步阻碍了相关发动机的组装和维护。

发明内容

本公开的目的是提供一种安装单元、配备有这种安装单元的涡轮增压器装置和配备有这种涡轮增压器装置的往复式内燃活塞发动机，以减轻上述缺点。

本公开的目的通过安装单元、涡轮增压器装置和往复式内燃活塞发动机实现，其特征在于在独立权利要求中陈述的内容。在从属权利要求中公开了本公开的优选实施例。

本公开基于这样的构思：将安装单元以至少由安装基座、热低压空气通道、冷低压空气通道、热高压空气通道和冷高压空气通道形成的单个刚性结构来提供。此外，至少低压涡轮增压器压缩机出口端口和高压涡轮增压器压缩机出口端口布置在安装基座处，使得低压涡轮增压器压缩机出口和高压涡轮增压器压缩机出口可以分别直接联接到上述出口端口，从而将低压涡轮增压器和高压涡轮增压器安装到安装单元。也就是说，安装单元使得能够将低压涡轮增压器和高压涡轮增压器刚性地附接到安装单元，同时实现热低压空气通道与低压涡轮增压器压缩机出口之间的流体连通以及热高压空气通道和高压涡轮增压器压缩机出口之间的流体连通。

结果，实现了用于相关联的涡轮增压器装置和发动机的更简单的结构，因为需要更少的管道。这又转化为对涡轮增压器或在涡轮增压器附近的改进的接近，从而有利于组装和/或维护。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于往复式内燃机的涡轮增压器装置的安装单元。

在本公开的上下文中，术语低压和高压相对于彼此使用。也就是说，低压实体旨在与比对应的高压实体低的压力相关联。以类似的方式，术语“热”和“冷”也相对于彼此使用。也就是说，冷实体旨在与比对应的热实体低的温度相关联。例如，热低压空气通道旨在与比冷高压空气通道相对高的温度和更低的压力下的气流相关联。

安装单元包括纵向延伸的热低压空气通道。热低压空气通道又包括用于在低压涡轮增压器压缩机出口和热低压空气通道之间提供流体连通的低压涡轮增压器压缩机出口端口。热低压空气通道还包括用于提供热低压空气通道和低压热交换器入口之间的流体连通的低压热交换器入口端口。例如，低压涡轮增压器压缩机出口端口和低压热交换器入口端口中的任一者或二者可以设置为与相关空气通道有关的相应凸缘。

安装单元还包括纵向延伸的冷低压空气通道。冷低压空气通道又包括低压热交换器出口端口，用于在低压热交换器出口和冷低压空气通道之间提供流体连通。冷低压空气通道还包括用于在冷低压空气通道和高压涡轮增压器压缩机入口之间提供流体连通的高压涡轮增压器压缩机入口端口。例如，低压热交换器出口端口和高压涡轮增压器压缩机入口端口中的任一者或二者可以设置为与相关空气通道有关的凸缘。

安装单元还包括纵向延伸的热高压空气通道。热高压空气通道又包括用于在高压涡轮增压器压缩机出口和热高压空气通道之间提供流体连通的高压涡轮增压器压缩机出口端口。热高压空气通道还包括用于在热高压空气通道和高压热交换器入口之间提供流体连通的高压热交换器入口端口。例如，高压涡轮增压器压缩机出口端口和高压热交换器入口端口中的任一者或二者可以设置为与相关空气通道有关的凸缘。

安装单元还包括纵向延伸的冷高压空气通道。冷高压空气通道又包括用于在高压热交换器出口端口与冷高压空气通道之间提供流体连通的高压热交换器出口端口。冷高压空气通道还包括用于在冷高压空气通道和相关联的发动机的增压空气入口端口之间提供流体连通的增压空气供给端口。例如，高压热交换器出口端口和用于端口的增压空气供给端口中的任一者或二者可以设置为与相关空气通道有关的凸缘。

安装单元还包括安装基座，用于将至少低压涡轮增压器和高压涡轮增压器最适当地以刚性方式连接到安装单元。

特别地，至少安装基座、热低压空气通道、冷低压空气通道、热高压空气通道和冷高压空气通道被设置为单个刚性结构。例如，安装单元可以被铸造为单件，其随后被机加工以便在必要时获得平面表面(例如，安装基座和端口)。

最适当地，所述空气通道相对于彼此平行布置，并且在横向于纵向的第一横向方向上彼此相邻。安装基座又布置在安装单元的、在横向于纵向且横向于第一横向方向的第二横向方向的一侧上。优选地，所述安装基座在使用时布置在所述安装单元的顶侧。

此外，至少低压涡轮增压器压缩机出口端口和高压涡轮增压器压缩机出口端口布置在安装基座处。

以这种方式，低压涡轮增压器和高压涡轮增压器的机械附接和涡轮增压器的出口端口与其相应的空气通道之间的流体连通同时实现。此外，随着空气通道被结合在安装单元中，实现了较不复杂的物理结构。

在根据第一方面的实施例中，安装单元能够与相同的第二安装单元直接联接，使得当联接时，实现安装单元的相应空气通道与第二安装单元之间的流体连通。也就是说，当彼此联接时，在相应的热低压空气通道、冷低压空气通道、热高压空气通道和第一安装单元和第二安装单元的冷高压空气通道之间实现流体连通。

最适当地，热低压空气通道、冷低压空气通道、热高压空气通道和冷高压空气通道可以相对于彼此平行布置，使得所述空气通道的至少一个纵向端、优选两个纵向端被构造成能够与相同的第二安装单元的对应空气通道的纵向端直接联接。在这种布置中，安装单元和第二安装单元的对应空气通道在联接时形成连续的纵向空气通道。这使得安装单元能够彼此附接以便形成具有期望长度的空气通道，并且增加低压涡轮增压器和高压涡轮增压器的数量，以便实现期望的质量流量而不进一步使所需的管道复杂化。

在根据本公开的第一方面的实施例中，至少所述低压涡轮增压器压缩机出口端口、所述高压涡轮增压器压缩机入口端口和所述高压涡轮增压器压缩机出口端口相对于所述空气通道布置在所述安装单元的同一侧上。因此，高压涡轮增压器与其相应的空气通道的联接可以与将高压涡轮增压器物理地安装到安装单元的安装基座同时实现。

在根据本公开的第一方面的实施例中，低压热交换器入口端口、低压热交换器出口端口、高压热交换器入口端口和高压热交换器出口端口中的一个或多个、优选地全部布置在其相关联的空气通道的纵向端处。这确保低压或高压热交换器的输入或输出可以在安装单元的纵向端处联接到其相关联的空气通道。这是特别有利的，因为甚至多个安装单元的组件将总是具有自由端，热交换器可以联接在该自由端处。

优选地，但不是必须地，用于在热低压空气通道和低压热交换器入口之间提供流体连通的附加低压热交换器入口端口可以相对于所述空气通道沿第二横向方向布置在安装单元的与安装基座相反的一侧。最适当地，当使用时，这样的附加端口可以设置在安装单元的底部。

优选地，但不是必须地，用于在低压热交换器出口与冷低压空气通道之间提供流体连通的附加低压热交换器出口端口可以相对于所述空气通道沿第二横向方向布置在安装单元的与安装基座相反的一侧。最适当地，当使用时，这样的附加端口可以设置在安装单元的底部。

优选地，但非必要地，用于在热高压空气通道和高压热交换器入口之间提供流体连通的附加高压热交换器入口端口可相对于所述空气通道沿第二横向方向布置在安装单元的与安装基座相反的一侧。最适当地，当使用时，这样的附加端口可以设置在安装单元的底部。

优选地，但非必要地，用于在高压热交换器出口与冷高压空气通道之间提供流体连通的附加高压热交换器出口端口可相对于所述空气通道沿第二横向方向布置在安装单元的与安装基座相反的一侧。最适当地，当使用时，这样的附加端口可以设置在安装单元的底部。

在根据本公开的第一方面的实施例中，低压热空气通道和低压冷空气通道紧邻彼此布置，而高压热空气通道和高压冷空气通道紧邻彼此布置。

在根据本公开的第一方面的实施例中，低压热空气通道和高压热空气通道紧邻彼此布置。

在根据本公开的第一方面的实施例中，高压冷空气通道相对于其余的空气通道布置在横向最外侧。

应注意，本发明的第一方面涵盖如上文所论述的两个或更多个实施例或其变体的任何组合。

根据本公开的第二方面，提供了一种往复式内燃活塞发动机的涡轮增压器装置。如上所述，涡轮增压器装置包括作为根据本公开的第一方面的任何部分所述的安装单元的第一安装单元。

涡轮增压器装置还包括第一低压涡轮增压器。第一低压涡轮增压器又包括可联接到空气供应装置的压缩机入口。第一低压涡轮增压器还包括直接联接到第一安装单元的低压涡轮增压器压缩机出口端口的压缩机出口。此外，第一低压涡轮增压器在其安装基座处安装到第一安装单元上。

涡轮增压器装置还包括第一低压热交换器。第一低压热交换器又包括联接到第一安装单元的低压热交换器入口端口的入口。第一低压热交换器还包括联接到第一安装单元的低压热交换器出口端口的出口。此外，第一低压热交换器构造成冷却其入口和出口之间的低压气流。例如，第一低压热交换器入口和出口中的任一者或两者可以分别直接联接到第一安装单元的低压热交换器入口端口和低压热交换器出口端口。此外，低压热交换器入口和出口端口中的任一者或两者可以设置在第一安装单元的纵向端处。如果需要，可以自然地提供额外的低压热交换器。

涡轮增压器装置还包括第一高压涡轮增压器。第一高压涡轮增压器又包括联接到第一安装单元的高压涡轮增压器压缩机入口端口的压缩机入口。第一高压涡轮增压器还包括直接联接到第一安装单元的高压涡轮增压器压缩机出口端口的压缩机出口。此外，第一高压涡轮增压器在其安装基座处安装到第一安装单元上。

涡轮增压器装置还包括第一高压热交换器。第一高压热交换器又包括联接到第一安装单元的高压热交换器入口端口的入口。第一高压热交换器还包括联接到第一安装单元的高压热交换器出口端口的出口。此外，第一高压热交换器构造成冷却其入口和出口之间的高压气流。例如，第一高压热交换器可以直接联接到第一安装单元的高压热交换器入口端口和出口端口中的任一者或两者。此外，高压热交换器入口端口和出口端口中的任一者或两者可以设置在第一安装单元的纵向端处。如果需要，可以自然地提供额外的高压热交换器。

在本公开的第二方面的实施例中，根据本公开的第一方面的实施例或其任何变型，第一安装单元被设置作为安装单元，其中，当第一安装单元和第二安装单元被联接时，第一安装单元的空气通道与第二安装单元的对应的空气通道一起形成连续的纵向空气通道，如上面更详细地讨论的。

涡轮增压器装置还可以包括第二安装单元，其也被设置作为根据本公开的第一方面的实施例或其任何变型的安装单元，其中，当第一安装单元和第二安装单元被联接时，第一安装单元的空气通道与第二安装单元的对应空气通道一起形成连续的纵向空气通道，如上面更详细地讨论的。

特别地，第二安装单元分别通过第一安装单元和第二安装单元的对应空气通道的纵向端联接到第一安装单元，使得第一安装单元和第二安装单元的对应空气通道形成连续纵向空气通道。

涡轮增压器装置还可以包括第二低压涡轮增压器。第二低压涡轮增压器又包括可联接到空气供应装置的压缩机入口。第二低压涡轮增压器还包括直接联接到第二安装单元的低压涡轮增压器压缩机出口端口的压缩机出口。此外，第二低压涡轮增压器在其安装基座处安装到第二安装单元上。

涡轮增压器装置还可以包括第二高压涡轮增压器。第二高压涡轮增压器又包括联接到第二安装单元的高压涡轮增压器压缩机入口端口的压缩机入口。第二高压涡轮增压器还包括直接联接到第二安装单元的高压涡轮增压器压缩机出口端口的压缩机出口。此外，第二高压涡轮增压器在其安装基座处安装到第二安装单元上。

涡轮增压器装置可以适当地但不是必须地进一步包括第二低压热交换器。第二低压热交换器又包括联接到第二安装单元的低压热交换器入口端口的入口。第二低压热交换器还包括联接到第二安装单元的低压热交换器出口端口的出口。此外，第二低压热交换器被配置为冷却其入口和出口之间的低压气流。例如，第二低压热交换器可以直接联接到第二安装单元的低压热交换器入口端口和出口端口中的任一者或两者。此外，低压热交换器入口端口和出口端口中的任一者或两者可以设置在第二安装单元的纵向端处。

涡轮增压器装置可以适当地但不是必须地进一步包括第二高压热交换器。第二高压热交换器又包括联接到第二安装单元的高压热交换器入口端口的入口。第二高压热交换器还包括联接到第二安装单元的高压热交换器出口端口的出口。此外，所述第二高压热交换器被构造成冷却其入口和出口之间的高压气流。例如，第二高压热交换器可以直接联接到第二安装单元的高压热交换器入口端口和出口端口中的任一者或两者。此外，高压热交换器入口端口和出口端口中的任一者或两者可以设置在第二安装单元的纵向端处。

应注意，本发明的第二方面涵盖如上文所论述的两个或更多个实施例或其变体的任何组合。

根据本公开的第三方面，提供了一种往复式内燃发动机。发动机包括根据本公开的第二方面的涡轮增压器装置。特别地，第一安装单元和第二安装单元中的任一者或两者的增压空气供给端口联接到发动机的增压空气入口。

附图说明

在下文中，将通过参考附图的优选实施例更详细地描述本公开，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的安装单元的示意图，如从具有安装基座的一侧看到的透视图。

图2示出了根据本公开的实施例的彼此联接的多个安装单元的示意图，如从具有安装基座的一侧看到的透视图。

图3示出了图2的装置，如从与安装基座相反的一侧看到的透视图。

图4示出了根据本公开的实施例的涡轮增压器装置的示意图。

具体实施方式

图1中所示的安装单元1包括热低压空气通道2、冷低压空气通道3、热高压空气通道4和冷高压空气通道5，所有这些通道都具有管状截面形状，并且纵向地且彼此平行地延伸。空气通道2、空气通道3、空气通道4、空气通道5相对于彼此平行布置并且在横向于纵向的第一横向方向上彼此相邻布置。安装单元还包括用于将至少低压涡轮增压器和高压涡轮增压器附接到安装单元的安装基座6。安装基座6在横向于纵向且横向于第一横向方向的第二横向方向上布置在安装单元1的一侧上。

具体地，安装基座6、热低压空气通道2、冷低压空气通道3、热高压空气通道4和冷高压空气通道5设置为单个刚性结构。空气通道2、空气通道3、空气通道4、空气通道5相对于彼此平行布置，并且在横向于纵向的第一横向方向上彼此相邻。安装基座6沿横向于纵向方向和第一横向方向的第二横向方向设置在安装单元1的一侧。

热低压空气通道2具有设置在安装基座6处的低压涡轮增压器压缩机出口端口2a。热低压空气通道2还具有两个相对的纵向端2c、2d，每个纵向端具有带凸缘的环形端面，其任一者可用作低压热交换器入口端口2b。

冷低压空气通道3具有两个相对的纵向端3c、3d，每个纵向端具有带凸缘的环形端面，其任一者可用作低压热交换器出口端口3a。冷低压空气通道3还具有高压涡轮增压器压缩机入口端口3b，其设置在安装单元1的与安装基座6相同的一侧上，与安装基座6分离。

热高压空气通道4具有设置在安装基座6处的高压涡轮增压器压缩机出口端口4a。热高压空气通道4还具有两个相对的纵向端4c、4d，每个纵向端具有带凸缘的环形端面，其任一者可用作高压热交换器入口端口4b。

冷高压空气通道5具有两个相对的纵向端5c、5d，每个纵向端具有带凸缘的环形端面，其任一者可用作高压热交换器出口端口5a。冷高压空气通道5还具有增压空气供给端口5b，该增压空气供给端口5b在第一横向方向上相对于所述第一横向方向以一倾斜度从相关联的空气通道5延伸。在图1的实施例中，高压冷空气通道5相对于其余的空气通道2、3、4布置在横向最靠外(即，在第一横向方向上)，而低压热空气通道2和高压热空气通道4紧邻彼此布置。

图2示出了彼此联接的图1的多个安装单元的示意图，如从具有安装基座的侧面看到的透视图，示出了增压空气供给端口5b。特别地，该装置具有安装单元1，该安装单元在其每个纵向端处联接到相同的安装单元1’。

特别地，热低压空气通道2在其两个纵向端2c、2d处联接到对应的低压空气通道2’的对应的纵向端2c’、2d’，以便形成连续的纵向热低压空气通道2’、2、2’。

以类似的方式，冷低压空气通道3在其两个纵向端3c、3d处联接到对应的冷低压空气通道3’的对应的纵向端3c’、3d’，以便形成连续的纵向热低压空气通道3’、3、3’。

以类似的方式，热高压空气通道4在其两个纵向端4c、4d处联接到对应的热高压空气通道4’的对应的纵向端4c’、4d’，以便形成连续的纵向热高压空气通道4’、4’。

以类似的方式，冷高压空气通道5在其两个纵向端5c、5d处联接到对应的冷高压空气通道5’的对应的纵向端5c’、5d’，以便形成连续的纵向冷高压空气通道5’、5、5’。

图3示出了从安装单元1’、1、1’的与安装基座6’、6、6相反的一侧看到的图2的装置。特别地，图3示出了冷低压空气通道3’、3、3’还配备有设置在相应的安装单元1’、1、1’的与安装基座6’、6、6’相反的一侧上的附加的低压热交换器出口端口3e’、3e、3e’。以类似的方式，冷高压空气通道5’、5、5’配备有附加的高压热交换器出口端口5e’、5e、5e’。应当注意，这样的附加端口也可以设置在单个安装单元1上，甚至不彼此附接。

图4示出了根据本公开的实施例的涡轮增压器装置的示意图。特别地，其示出了第一安装单元1和第二安装单元1’的热低压空气通道2、2’如何在它们对应的纵向端2c、2d’处彼此联接以形成均匀的空气通道。以类似的方式，冷低压空气通道3、3’在它们对应的纵向端3c、3d’处联接，热高压通道4、4’通过它们对应的纵向端4c、4d’联接，并且冷低压通道5、5’在它们对应的纵向端5c、5d’处彼此联接。

第一低压涡轮增压器8的压缩机出口8b和第二低压涡轮增压器8的压缩机出口8b’两者均通过第一安装单元1的低压涡轮增压器压缩机出口端口2a和第一安装单元1’的低压涡轮增压器压缩机出口端口2a’联接到均匀热低压空气通道2、2’。也就是说，第一低压涡轮增压器和第二低压涡轮增压器两者都向均匀的热低压空气通道2，2’供给，其然后在低压热交换器入口端口2b处联接到公共低压热交换器9的低压热交换器入口9a，该低压热交换器入口端口设置在纵向端2d(与第二安装单元1所联接到的纵向端2c相反)处。

公共低压热交换器9的低压热交换器出口9b在低压热交换器出口端口3a处联接到由第一安装单元1和第二安装单元1’的相应空气通道3、3’形成的均匀冷低压空气通道3、3’，该低压热交换器出口端口形成在纵向端3d(与第二安装单元1’所联接到的纵向端3c相反)处。

均匀的冷低压空气通道3、3’分别在第一和第二安装单元1、1’的高压涡轮增压器入口端口3b、3b’处联接到第一高压涡轮增压器10和第二高压涡轮增压器10’的压缩机入口10a、10a’。

高压涡轮增压器的压缩机出口10b和10b’在高压涡轮增压器出口端口4a、4a’处联接到均匀的热高压空气通道4、4’。此外，公共的高压热交换器11的入口11a在高压热交换器入口端口4b处联接到均匀的热高压空气通道4，4’，该高压热交换器入口端口形成在纵向端4d处(与第二安装单元1所联接到的纵向端4c相反)。

公共的高压热交换器11的高压热交换器出口11b在高压热交换器出口端口5a处联接到均匀冷高压空气通道5、5’，该高压热交换器出口端口形成在纵向端5d处(与第二安装单元1’所联接到的纵向端5c相反)。

高压空气通道5、5’的增压空气供给端口5b然后可以进一步联接到相关发动机的增压空气入口。