多转子涡轮增压器的制造方法
【专利摘要】描述了多转子发动机涡轮增压器系统。在一个示例方法中，多转子涡轮增压器包括压缩机和涡轮，压缩机包括多个反向旋转压缩机转子，涡轮包括多个反向旋转涡轮转子。
【专利说明】 多转子涡轮增压器
【背景技术】
[0001]内燃发动机的小型化和功率要求的增加导致用于增压应用的更高发动机比输出。由于要求增加，涡轮增压器同样必须增加流量以及增压水平，以获得更高的性能水平(肋)。涡轮增压器尺寸的增加出现损害低端性能度量标准，包括喘振、低端扭矩峰值，以及瞬时运转状况(16811116)-包括达扭矩的时间，以及踩加速器踏板加速(七如
111 8006161'&1:1011)。
【发明内容】
[0002]本发明人在此已经认识到上述限制，并且已经开发了用于发动机的多转子涡轮增压器。在一个示例方法中，多转子涡轮增压器包含压缩机和涡轮，所述压缩机包括多个单旋转压缩机转子，所述涡轮包括多个单旋转涡轮转子。在第二示例方法中，多转子涡轮增压器包括压缩机和涡轮，所述压缩机包括多个反向旋转的压缩机转子，所述涡轮包括多个反向旋转的涡轮转子。
[0003]这种多转子涡轮增压器具有作为更小涡轮在更大运转范围内运转的潜在优势，并且从性能观点来看有效地被“小型化”。另外，这种多转子涡轮增压器能够增加涡轮增压器的流量，而不会不利地影响内燃发动机的低端性能度量标准。例如，这种多转子涡轮增压器可以被用来代替双涡轮系统，并且尤其在发动机的低端运转范围可能胜过双涡轮系统。
[0004]另外，多转子涡轮增压器的部件能够相对于传统的涡轮增压器系统按比例缩小，导致涡轮增压器的直径或尺寸潜在减小，使其更易于封装，涡轮增压器中的转子质量的减小导致喘振极限的增加，并且每个转子的惯性的减小允许其更易于加速，从而改进瞬时车辆运转，例如加速和达扭矩的时间。
[0005]另外，多转子涡轮增压器系统的每个转子均能够被设计为在发动机系统中以不同的运转状况完成不同的任务。例如，两个转子能够被设计为使每个转子以相似的状况运转，以平衡系统中的空气动力学负荷与机械负荷。可以控制转子的旋转速度以减速，或能够在系统中绕过通过转子的气流，以降低发动机泵吸功，并且进一步增加发动机的低端运转范围。转子能够被设计为以不同任务为目标，并且以实质性的成本节约、尺寸减小以及封装改进替换复杂系统，如机械增压器/涡轮增压器组合、电子增压系统、串联顺序86^116111:181)和双增压系统。
[0006]另外，可以使多转子涡轮增压器的同心轴以相反的方向旋转(反向旋转这样的反向旋转可以导致可变级间定子或其他流动修正部件的去除，因此降低润轮增压器中的流动损失，并且增加涡轮的能量输出。
[0007]在另一实施例中，提供了用于使发动机中的多转子涡轮增压器运转的方法。该方法包含:使涡轮增压器的第一和第二压缩机转子以及第一和第二涡轮转子反向旋转；以及在第一情况期间，将压缩空气从第一压缩机转子供应至发动机；在第二情况期间，将压缩空气从第二压缩机转子供应至发动机；在第三情况期间，将压缩空气从第一和第二压缩机转子供应至发动机。
[0008]在另一实施例中，该方法还包含在第一情况期间绕过第二压缩机转子，而在第二情况期间绕过第一压缩机转子。
[0009]在另一实施例中，第一压缩机转子是低压转子，并且第一情况是低发动机负荷和/或转速工况。
[0010]在另一实施例中，第二压缩机转子是高压转子，并且第二情况是高发动机负荷和/或转速工况。
[0011]在另一实施例中，第三情况是瞬时工况。
[0012]当单独或结合附图时从以下【具体实施方式】看本实用新型的上述优点和其它优点以及特征将非常明显。
[0013]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍构思的选择，这些构思在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1示出了涡轮增压发动机的示意图。
[0015]图2示出了根据本公开的多转子涡轮增压器的示意图。
[0016]图3八示出了根据本公开的示例多转子涡轮增压器。
[0017]图38示出了根据本公开的示例多转子反向旋转涡轮增压器。
[0018]图4八-4(:示出了示例涡轮增压器速度三角形映射图。
[0019]图5示出了用于使多转子涡轮增压器运转的示例方法。
【具体实施方式】
[0020]本说明涉及内燃发动机诸如在图1中示出的发动机中的多转子涡轮增压器。如图2、3八和38所示，这种多转子涡轮增压器包括具有多个压缩机转子或等级(级，^仏阴)的压缩机和具有多个涡轮转子或等级的涡轮。每个压缩机转子可以经由轴耦联至对应的涡轮转子，并且用于不同转子对的不同轴可以被配置为以相同或相反方向旋转，以便增加压缩机和涡轮的不同等级之间的流动。如在图4八-4(:中示出的速度图所图解的，这种反向旋转的多转子涡轮增压器相对于在相同速度的单级涡轮增压器可以具有增加的能量输出。另外，如图5的方法中所示，多转子涡轮增压器系统的每个转子均能够被设计为在发动机系统中以不同的运转状况完成不同的任务。
[0021]参照图1，包含多个汽缸的内燃发动机10——其中一个气缸在图1中示出——由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36设置在其中，并且被连接至曲轴40。燃烧室30被显示为经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53运转。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。进气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。
[0022]示出了燃料喷射器66，其设置为将燃料直接喷射到汽缸30内，本领域技术人员称之为直接喷射。可替代地，燃料可以被喷射至进气道，本领域技术人员称之为进气道喷射。燃料喷射器66与控制器12提供的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料集合管(未不出)的燃料系统(未不出)输送至燃料喷射器66。
[0023]发动机10包括多转子涡轮增压器103，其包括压缩机162和涡轮164。通过压缩机162向进气歧管44供应空气。排气使被耦联至轴161的涡轮164内的一个或更多个转子旋转，由此驱动压缩机162中的一个或更多个转子。如在下文中关于图2和图3八-图38更详细地描述的，压缩机162可以包括在压缩机内形成不同等级的多个不同的转子。例如，压缩机162可以包括径向转子、轴向转子和/或混流0:11x6(1行冊)转子，其中混流转子具有介于径向与轴向设计中间的几何形状。
[0024]同样，涡轮164可以包括在涡轮内形成不同等级的多个不同的转子。例如，涡轮164可以包括径向转子、轴向转子和/或混流转子。另外，如在下文中更详细地描述的，轴161可以包括多个轴，其中多个轴中的每个轴将压缩机中的转子与相关联的涡轮中的转子耦联。
[0025]在一些示例中，可以包括旁通通道77，以便排气可以在所选工况期间绕过涡轮164。可以经由废气门75调节通过旁通通道77的流量。另外，在一些示例中，可以提供压缩机旁通通道86，以限制由压缩机162提供的压力。可以经由阀85调节通过旁通通道86的流量。此外，进气歧管44被示为与中心节气门62连通，中心节气门62调节节流板64的位置，以控制来自发动机进气1111:46)42的气流。中心节气门62可以被电动运转。
[0026]响应于控制器12，无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火电火花，用于点燃空气燃料混合物。在其他示例中，发动机可以是不具有点火系统的压缩点火发动机，诸如柴油发动机。通用排气氧(服⑶)传感器126被显示为耦连至催化转换器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可以替代服⑶传感器126。
[0027]在一个示例中，转换器70可以包括多块催化剂砖。在另一示例中，可以使用每个均具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转换器70可以是三元型催化剂。
[0028]控制器12在图1中被示为常规微型计算机，其包括:微处理器单元102、输入/输出端口 104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。控制器12被显示接收来自耦联到发动机10的传感器的各种信号，除之前讨论的那些信号之外，包括:来自耦联到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(￡0 ；耦联到加速器踏板130用于感测脚132调整的加速器位置的位置传感器134 ；来自耦联到进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(嫩?)的测量结果；来自感测曲轴40位置的霍尔传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120 (例如，热线空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量结果；以及来自传感器58的节气门位置的测量结果。也可以感测大气压力(传感器未示出)，用于控制器12进行处理。在本实用新型的优选方面，发动机位置传感器118在凸轮轴的每个旋转均产生预定数量的等间距脉冲，根据其能够确定发动机转速(即的。
[0029]在一些示例中，发动机可以被耦联至混合动力车辆中的电动机/电池系统。混合动力车辆可以具有并联配置、串联配置或其变化或者组合。另外，在一些实施例中，可以采用其他发动机配置，例如柴油发动机。
[0030]在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四个冲程循环:循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来说，在进气冲程期间，排气门54关闭，而进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30，并且活塞36移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室30内的体积。活塞36在汽缸底部附近并在其冲程结束的位置(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)通常被本领域技术人员称为下止点(800.在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束并最接近汽缸盖的位置(例如，当燃烧室30处于其最小体积时)通常被本领域技术人员称为上止点(10(:)0在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火装置如火花塞92点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回至80(^曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开，以将已燃烧的空气-燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞返回至XIX:。注意，上述内容仅作为示例进行描述，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其他示例。
[0031]图2示出了多转子涡轮增压器103的横截面的示意图。涡轮增压器103包括经由轴系统161耦联的压缩机162和涡轮164。如在下文中更详细地描述的，轴系统161可以包括耦联被包括在压缩机和涡轮中的不同转子对的多个同心轴。压缩机162包括空气进口218，例如，新鲜空气进口，和压缩空气出口。涡轮164包括排气进口 222和排放出口 224。例如，进口 218可以从图1中示出的进气42接收新鲜空气，并且可以经由出口 220将压缩空气输出到发动机10的进气歧管44内。涡轮进口 222可以从排气歧管48接收排气，其可以被用来驱动涡轮中的涡轮转子。在离开到达大气之前，排气可以经由涡轮出口 224被排放到排气后处理系统例如，排放控制装置70内。
[0032]压缩机162包括多个压缩机转子202，例如，一个或更多个压缩机转子，并且涡轮164包括多个涡轮转子204，例如，一个或更多个涡轮转子。在一些示例中，多个压缩机转子202可以至少包括第一压缩机转子206和第二压缩机转子208，并且多个涡轮转子204可以至少包括第一涡轮转子210和第二涡轮转子212。压缩机和涡轮均可以包括任何数量的转子，例如，压缩机可以包括两个、三个或四个不同的转子，并且涡轮可以包括两个、三个或四个不同的转子。被包括在压缩机和涡轮中的转子可以具有任何合适的构造。例如，压缩机162中的多个压缩机转子202可以包括仅径向或离心转子、仅轴向转子、仅混流转子、或径向、轴向和/或混流转子的组合。同样，涡轮164中的多个涡轮转子204可以包括仅径向或离心转子、仅轴向转子、仅混流转子、或径向、轴向和/或混流转子的组合。
[0033]例如，第一压缩机进口等级206可以是径向的，第二压缩机出口等级208可以是轴向的，第一涡轮进口等级210可以是轴向的，而第二涡轮出口等级212可以是径向的。作为另一示例，第一压缩机进口等级206可以是轴向的，第二压缩机出口等级208可以是径向的，第一涡轮进口等级210可以是径向的，而第二涡轮出口等级212可以是轴向的。作为另一示例，第一压缩机进口等级206和第二压缩机出口等级212中的至少一个可以是混流的。应当理解，径向、轴向和/或混流转子的其他组合可以被包括在涡轮增压器103中。多转子涡轮增压器103的每个转子均能够被设计为在发动机系统中以不同的运转状况完成不同的任务，如关于图5进一步描述的。
[0034]涡轮增压器103中的每个转子包括多个叶片，其被配置为当空气以一入射角被引导至叶片时引起转子旋转。转子的旋转方向可以由叶片的角度指定。例如，第一压缩机206包括叶片226，第二压缩机转子208包括叶片228，第一涡轮转子210包括叶片230，而第二涡轮转子212包括叶片232。
[0035]涡轮增压器103中的每个转子被机械地耦联至轴。例如，第一压缩机转子206被耦联至轴214，而第二压缩机转子208被耦联至轴216。每个压缩机转子可以具有相关联的涡轮转子，并且可以被耦联至与其相关联的涡轮转子共同的轴。例如，第二涡轮转子212可以与第一压缩机转子206相关联，并且还可以被耦联至轴214。同样，第一涡轮转子210可以与第二压缩机转子208相关联，并且还可以被耦联至轴216。耦联不同的相关联的压缩机和涡轮转子对的轴可以被配置为沿不同的方向旋转。例如，耦联转子206和212的轴214可以以第一方向旋转，而I禹联转子208和210的轴216可以以与第一方向相反的第二方向旋转。例如，轴214可以沿逆时针方向旋转，而轴216可以顺时针方向旋转。因此，轴系统161可以包括耦联不同的涡轮和压缩机转子对的多个不同的轴，并且轴系统161中的每个轴均可以被配置为独立于轴系统161中其他轴旋转，以便交替的相关联的涡轮和压缩机转子对可以围绕它们各自的轴沿不同的方向旋转。
[0036]例如，第一压缩机转子206和第二涡轮转子212可以被配置为围绕轴214沿第一方向旋转，而邻近压缩机转子206的压缩机转子和邻近涡轮转子212的涡轮转子可以被配置为沿与第一方向相反的第二方向旋转。例如，在通过压缩机162的空气流的方向上，压缩机162可以包括第一转子、第二转子和第三转子，第一转子之后是第二转子，第二转子之后是第三转子等。在这个示例中，第一转子可以以第一方向旋转，第二转子可以以与第一方向相反的第二方向旋转，而第三转子还可以以第一方向旋转，以便旋转方向在压缩机和涡轮的连续的(811)386(1116111:)等级之间交替变化。以此方式，在压缩机和润轮中，空气可以引导入射至每个连续转子等级的叶片，而不使用轮叶或定子使空气流在涡轮增压器的不同等级之间改变方向，从而导致通过涡轮增压器的气流损失降低以及涡轮增压器输出增加。
[0037]在一些示例中，在某些情况期间，可以绕过通过涡轮增压器103中的一个或更多个转子的气流。因此，在一些示例中，涡轮增压器103中的至少一个转子可以包括被配置为引导气流远离转子的旁通管道。例如，旁路234可以被包括在涡轮增压器103中，以引导气流远离或围绕压缩机转子206，旁路236可以被配置为引导气流远离压缩机转子208，旁路238可以被配置为引导气流远离涡轮转子210，以及旁路240可以被配置为引导气流远离涡轮转子212。以此方式，在某些情况期间，不同的转子可以被选择性地使用，以压缩空气或驱动涡轮增压器。
[0038]例如，在第一情况期间，可以期望仅利用第一转子206向发动机供应压缩空气。在这个示例中，旁路236可以被启动，以引导空气流远离压缩机转子208，以便来自转子206的压缩空气不会流过转子208，反而经由出口 220提供给发动机。作为另一示例，在第二情况期间，可以期望仅利用第二转子208向发动机供应压缩空气。在这个示例中，旁路234可以被启动，以引导空气流远离压缩机转子208，以便自管道218接收的进气绕过转子206，并且被引导至转子208进行压缩。
[0039]同样，在某些情况期间，可以绕过不同的涡轮转子，以驱动涡轮增压器。例如，在第一情况期间，可以期望仅利用第一涡轮转子210驱动涡轮。在这个示例中，旁路240可以被启动，以引导气流围绕涡轮转子212，以便来自转子210的排气不会流过转子212，反而经由出口 224排放至大气。作为另一示例，在第二情况期间，可以期望仅利用第二涡轮转子212驱动涡轮。在这个示例中，旁路238可以被启动，以引导气流远离涡轮转子210，以便自管道222接收的排气绕过转子210，并且被引导至转子212。
[0040]图3八示出了具有两级压缩机162和两级涡轮164的第一示例多转子涡轮增压器103。图3八中示出的相同编号对应于在上文中描述的图2中示出的相同编号的元件。在这个示例中，压缩机162包括轴向第一级转子206和混流第二级转子208，而涡轮164包括混流第一级转子210和轴向第二级转子212。例如，转子206可以是低压轴向压缩机叶轮(^061)，而转子208可以是高压径向压缩机叶轮。同样，转子212可以是低压轴向涡轮叶轮，而转子210可以是高压径向涡轮叶轮。尽管图3八示出了轴向第一压缩机等级、混流第二压缩机等级、混流第一涡轮等级和轴向第二涡轮等级，但应当理解，可以使用利用轴向、径向和/或混流等级的组合的其他构造。例如，第一压缩机等级和第二涡轮等级可以是径向的，和/或第二压缩机等级和第一涡轮等级可以是径向的或轴向的。
[0041]第一压缩机转子206和第二涡轮转子212都被耦联至第一轴214。第二压缩机转子208和第一涡轮转子210被耦联至与第一轴214不同的第二轴216。在这个示例中，转子206和212以及轴214被配置为以方向302——例如，逆时针方向——旋转，而转子208和210以及轴216被配置为以与方向302相同的方向304旋转。在这个示例中，涡轮增压器103可以在涡轮和压缩机中每一个的两级之间包括多个定子或引导轮叶233和235，从而在涡轮增压器的不同等级之间引导气流。
[0042]图38示出了具有两级压缩机162和两级涡轮164的另一示例多转子涡轮增压器103。图38中示出的相同编号对应于在上文中描述的图2中示出的相同编号的元件。在这个示例中，压缩机162包括轴向第一级转子206和混流第二级转子208，而涡轮164包括混流第一级转子210和轴向第二级转子212。例如，转子206可以是低压轴向压缩机叶轮，而转子208可以是高压径向压缩机叶轮。同样，转子212可以是低压轴向涡轮叶轮，而转子210可以是高压径向涡轮叶轮。尽管图38示出了轴向第一压缩机等级、混流第二压缩机等级、混流第一涡轮等级和轴向第二涡轮等级，但应当理解，可以使用利用轴向、径向和/或混流等级的组合的其他构造。例如，第一压缩机等级和第二涡轮等级可以是径向的，和/或第二压缩机等级和第一涡轮等级可以是径向的或轴向的等。
[0043]第一压缩机转子206和第二涡轮转子212都被耦联至第一轴214。第二压缩机转子208和第一涡轮转子210被耦联至与第一轴214不同的第二轴216。在这个示例中，转子206和212以及轴214被配置为以第一方向302，例如，逆时针方向，旋转，而转子208和210以及轴216被配置为沿与第一方向302相反的第二方向304，例如，顺时针方向，旋转。由于压缩机和涡轮中的两级被配置为反向旋转，涡轮增压器103可以不在涡轮和压缩机中每一个的两级之间包括任何定子或引导轮叶。
[0044]图4八在402处针对单级涡轮、图48在404处针对双级涡轮、图40在406处针对双级反向旋转涡轮示出了示例代表性涡轮增压器速度三角形映射图。例如，在406处示出的速度三角形可以表示在上文中描述的图3八-图38中示出的涡轮164的速度三角形。这里，V表示绝对速度矢量，而I表示相对速度矢量4是转子旋转速度，位置1是等级的进口，而位置2是出口。
[0045]如图扣所示，出口矢量\和12相对于402和404处示出的单旋转涡轮在406处示出的反向旋转涡轮上彻底改变方向。相比于单级涡轮，通过使用两级涡轮，可以增加涡轮的能量输出，从而导致具有相似瞬时特性的更高的发动机比输出，或喘振极限的增加以及到达用于发动机运转的扭矩的时间减少。另外，由于去除了级间定子以及其在反向旋转双态涡轮(诸如图3八-图38中示出的)中的流动损失，因此总效率会高于轴沿单方向旋转的传统涡轮。此外，反向旋转速度在单旋转速度下可以保持恒定，从而在相似的喘振极限下增加了两级压缩机的压力比，并且增加了进入内燃发动机的增压压力，这能够增加比输出。相反，涡轮转子和压缩机转子能够减小尺寸，从而导致与单旋转涡轮相似的稳态分析。两级涡轮叶轮的更低惯性会导致瞬时性能益处，诸如减小的涡轮迟滞“1140 1^),或减少到达扭矩的时间。
[0046]图5示出了用于使多转子涡轮增压器，诸如在上文中描述的图2和图3八-图38中示出的涡轮增压器，运转的示例方法500。如上所述，多转子涡轮增压器系统的每个转子能够被设计为在发动机系统以不同的运转状况完成不同的任务。例如，两个转子能够被设计为使每个转子以相似的状况运转，以平衡系统中的空气动力学负荷与机械负荷。可以控制转子的旋转速度以减速，或在系统中绕过通过转子的气流以降低发动机泵吸功，并且进一步增加发动机的低端运转范围。
[0047]在502处，方法500包括确定进入情况是否满足。进入情况可以包括增压发动机情况，其可以由各种发动机运转参数——诸如踩加速器踏板或放加速器踏板事件——的变化或发动机转速和/或负荷的变化引起。
[0048]如果在502处进入情况满足，则方法500进行到504。在504处，方法500包括涡轮增压器的反向旋转等级。如上所述，压缩机的不同等级可以被配置为沿相反的方向旋转，并且涡轮的不同等级可以被配置为沿不同的方向旋转。通过使压缩机或涡轮中的连续的等级反向旋转，涡轮增压器可以不包括设置在连续的等级之间的轮叶引导(妨!！ ^1(168)或定子。去除这些部件会导致流动损失减低以及输出增加。
[0049]在506处，方法500包括确定工况。例如，发动机工况，诸如发动机温度、排气温度、发动机转速、发动机负荷等，可以被用来调整多级涡轮增压器的运转，以便涡轮增压器中的每个等级基于发动机工况被选择性地用来进行运转。例如，在低发动机转速或负荷期间，压缩机和/或涡轮中的低压等级可以被用来为发动机提供压缩空气和/或驱动涡轮，而在高发动机转速或负荷情况期间，压缩机和/或涡轮中的高压等级可以被用来为发动机提供压缩空气和/或驱动发动机。作为另一示例，例如在瞬时情况期间，可以以相似的状况使压缩机和涡轮中的两个转子运转，以平衡系统中的空气动力学负荷和机械负荷。
[0050]在508处，方法500包括确定第一情况是否存在。例如，第一情况可以是低发动机转速或低发动机负荷情况，例如，确定第一情况是否存在可以包括确定发动机转速或发动机负荷是否低于阈值。如果在508处第一情况存在，那么方法500进行到510。
[0051]在510处，方法500包括从涡轮增压器的第一级供应压缩空气。例如，涡轮增压器的第一级可以是低压等级，诸如在图2中示出的低压轴向等级206和212。在低发动机转速/负荷发动机运转期间，涡轮增压器的第一低压等级可以被用来例如经由转子206为发动机提供提压缩空气，以及例如经由转子212驱动涡轮。在一些示例中，在第一情况期间，可以绕过涡轮增压器中的第二级。例如，旁路236可以被激活，以便转子208不被用来向发动机供应压缩空气。作为另一示例，旁路238可以被激活，以便在第一情况期间涡轮转子210可以不被用来驱动涡轮增压器。
[0052]在512处，方法500包括调整发动机工况。可以被调整的发动机运转参数的示例包括空燃比、节气门位置、气门重叠、点火正时等。例如，可以增加气门重叠，和/或可以增加点火延迟，例如，可以延迟火花正时。例如，可以以发动机至少一个汽缸中的第一量的正气门重叠使发动机运转，和/或可以以发动机至少一个汽缸中的第一量的火花延迟使发动机运转。在一些示例中，可以以第一增加量的燃料使发动机运转。
[0053]如果在508处第一情况不存在，那么方法500进行到514，以确定第二情况是否存在。例如，第二情况可以是高发动机转速或高发动机负荷情况。例如，确定第二情况是否存在可以包括确定发动机转速或发动机负荷是否大于阈值。如果在514处第二情况存在，那么方法500进行到516。
[0054]在516处，方法500包括从涡轮增压器的第二级供应压缩空气。例如，涡轮增压器的第二级可以是高压等级，诸如在图2中示出的高压径向等级208和210。在高发动机转速/负荷发动机运转期间，涡轮增压器的第二高压等级可以被用来例如经由转子208为发动机提供提压缩空气，以及例如经由转子210驱动涡轮。在一些示例中，在第二情况期间，可以绕过涡轮增压器中的第一级。例如，旁路234可以被激活，以便转子206不被用来向发动机供应压缩空气。作为另一示例，旁路240可以被激活，以便在第二情况期间涡轮转子212可以不被用来驱动涡轮增压器。在518处，方法500包括调整工况，如在上文中关于步骤512所描述的。
[0055]如果在514处第二情况不存在，那么方法500进行到520，以确定第三情况是否存在。例如，第三情况可以是涡轮增压器例如响应于驾驶者踩加速器踏板或放加速器踏板而正在加速或减速的瞬时情况。如果在520处第三情况存在，那么方法500进行到522。
[0056]在522处，方法500包括从涡轮增压器的第一和第二级供应压缩空气。例如，第一和第二压缩机转子206和208都可以被接连使用，同时反向旋转以压缩空气向发动机供应。另外，第一和第二反向旋转涡轮转子210和212都可以被用来驱动涡轮增压器。例如，通过在第三情况期间使用压缩机和涡轮中的每一个的两个转子，可以增加瞬时响应，并且可以平衡系统中的空气动力学负荷与机械负荷。在524处，方法500包括调整工况，如在上文中关于步骤512所描述的。
[0057]应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术能够应用于7-6、1-4、1-6、7-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0058]本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个(册)”要素或“一个第一”要素或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的要素的加入，既不要求也不排除两个或多个这样的要素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得到保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开主题内。
【权利要求】
1.多转子涡轮增压器，包括: 压缩机，其包括多个压缩机转子；以及 涡轮，其包括多个涡轮转子，所述涡轮转子能够以单旋转或反向旋转方向旋转。
2.权利要求1所述的多转子涡轮增压器，其中所述多个压缩机转子包括至少第一和第二压缩机转子，并且所述多个单或反向旋转涡轮转子包括至少第一和第二涡轮转子，其中所述第一压缩机转子经由可以第一方向旋转的第一轴耦联至所述第二涡轮转子，并且所述第二压缩机转子经由可以与所述第一方向相同或相反的第二方向旋转的第二轴耦联至所述第一涡轮转子。
3.权利要求2所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子是轴向的，所述第二压缩机转子是径向的，所述第一涡轮转子是径向的，并且所述第二涡轮转子是轴向的。
4.权利要求2所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子是径向的，所述第二压缩机转子是轴向的，所述第一涡轮转子是轴向的，并且所述第二涡轮转子是径向的。
5.权利要求2所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一和第二压缩机转子是轴向的，和/或所述第一和第二涡轮转子是轴向的。
6.权利要求2所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子、所述第二压缩机转子、所述第一涡轮转子和所述第二涡轮转子中的至少一个是混流转子。
7.权利要求1所述的多转子涡轮增压器，其中所述多个反向旋转压缩机转子和所述多个反向旋转涡轮转子中的至少一个包括被配置为引导气流远离所述转子的旁路。
8.权利要求1所述的多转子涡轮增压器，其中所述多个反向旋转压缩机转子和所述多个反向旋转涡轮转子中的每个转子包括被配置为引导气流远离所述转子的旁路。
9.权利要求1所述的多转子涡轮增压器，其中所述涡轮增压器不包括设置在连续的压缩机转子或连续的涡轮转子之间的引导轮叶。
10.多转子涡轮增压器，包括: 压缩机，其包括至少第一和第二压缩机转子； 涡轮，其包括至少第一和第二涡轮转子，其中所述第一压缩机转子经由可以第一方向旋转的第一轴耦联至所述第二涡轮转子，并且所述第二压缩机转子经由可以与所述第一方向相反的第二方向旋转的第二轴耦联至所述第一涡轮转子。
11.权利要求10所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子是轴向的，所述第二压缩机转子是混流的，所述第一涡轮转子是混流的，并且所述第二涡轮转子是轴向的。
12.权利要求10所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子是径向的，所述第二压缩机转子是混流的，所述第一涡轮转子是混流的，并且所述第二涡轮转子是径向的。
13.权利要求10所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子、所述第二压缩机转子、所述第一涡轮转子和所述第二涡轮转子中的至少一个是混流转子，并且包括被配置为引导气流远离所述转子的旁路。
14.权利要求10所述的多转子涡轮增压器，其中所述第一压缩机转子、所述第二压缩机转子、所述第一涡轮转子和所述第二涡轮转子的每个均包括被配置为引导气流远离所述转子的旁路。
15.权利要求10所述的多转子涡轮增压器，其中所述涡轮增压器不包括设置在所述第一和第二压缩机转子或所述第一和第二涡轮转子之间的引导轮叶。
【文档编号】F01D5/06GK204226227SQ201420065598
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年2月15日
【发明者】K·D·米亚戈维茨 申请人:福特环球技术公司