内燃机、用于内燃机的涡轮增压器及操作内燃机的方法与流程

本发明涉及内燃机。此外，本发明涉及用于内燃机的涡轮增压器以及涉及用于操作内燃机的方法。

背景技术：

被设计成燃气发动机或双燃料发动机的内燃机包括多个气缸，其中，增压空气和气态燃料的混合物在气缸中燃烧。在从实践中公知的燃气发动机或双燃料发动机中，增压空气和气态燃料的混合物在内燃机的气缸的上游混合并且经由排气涡轮增压器被共同地压缩。因此，存在公共涡轮增压器以用于压缩增压空气和气态燃料。

技术实现要素：

从这出发，本发明基于以下目标：产生新类型的内燃机、用于这种内燃机的涡轮增压器以及用于操作这种内燃机的方法。

该目标由根据权利要求1的内燃机实现。

根据本发明的内燃机包括第一涡轮增压器，增压空气排他地可在所述第一涡轮增压器中被压缩。

根据本发明的内燃机还包括第二涡轮增压器，气态燃料排他地可在所述第二涡轮增压器中被压缩。

在根据本发明的内燃机中，增压空气在第一涡轮增压器中被压缩，并且与此相独立地，气态燃料在第二涡轮增压器中被压缩。由此，可能的是，将增压空气和气态燃料压缩到单独的压力、并且在内燃机的气缸盖的区域中执行增压空气和气态燃料的混合。

根据有利的进一步的发展，第一涡轮增压器包括单个压缩机级，其中，第二涡轮增压器包括至少两个压缩机级。由此，可能的是，以特别有利的方式将气态燃料压缩至比增压空气更高的压力。

在权利要求4中限定了根据本发明的这种内燃机的涡轮增压器，该涡轮增压器排他地用于压缩气态燃料。这种涡轮增压器具有特别紧凑的设计。该涡轮增压器用于与增压空气的压缩相独立地压缩气态燃料。

根据有利的进一步的发展，所述涡轮增压器包括弯曲流动通道，流动通道具有：第一通道部段，其沿径向方向引导离开所述第一压缩机级；第二通道部段，其沿径向方向引导到所述第二压缩机级；第三弯曲通道部段，其在于压缩机的压缩机级之间延伸的这些通道部段之间延伸，其中，在沿径向方向通向第二压缩机级的第二通道部段中，设置有导叶。因此，已在第一压缩机级中被预压缩的气态燃料可被有利地供给到第二压缩机级以用于进一步的压缩。

根据有利的进一步的发展，冷却通道被引入到压缩机的外壳中，经由冷却通道，可冷却压缩机的压缩机级。优选地，其他冷却通道被引入到轴承外壳中。压缩机的冷却以及因此被压缩机压缩的气态燃料的冷却允许内燃机的特别有利的操作。

在权利要求9中限定了根据本发明的用于操作内燃机的方法。由于气态燃料独立于增压空气而被压缩到比增压空气更高的压力的事实，内燃机的有利操作是可能的。

附图说明

本发明的优选的进一步的发展从从属权利要求和以下描述中获得。通过附图更详细地解释了本发明的例示性实施例，但是不局限于附图，附图示出了：

图1示出了被设计成燃气发动机的内燃机的框图；

图2示出了贯穿内燃机的涡轮增压器的轴向截面图。

具体实施方式

本发明涉及一种被设计成燃气发动机或双燃料发动机的内燃机，还涉及用于这种内燃机的涡轮增压器以及涉及一种用于操作这种内燃机的方法。

图1高度示意地示出了根据本发明的燃气发动机10的框图。燃气发动机10包括多个气缸11，增压空气和气态燃料的混合物在所述气缸中燃烧。

燃气发动机10包括多个涡轮增压器12、13。

第一涡轮增压器12排他地用于压缩增压空气14。为此目的，第一涡轮增压器12包括：压缩机15，其用于压缩增压空气；以及涡轮16，其用于膨胀离开内燃机的排气17。排气17从排气歧管18被提取并被供给到第一涡轮增压器12的涡轮16，以便在第一涡轮增压器12的涡轮16中膨胀，其中，此处所提取的能量被利用以便在涡轮增压器12的压缩机15中压缩增压空气14以及将被压缩的增压空气提供给气缸盖19。

第一涡轮增压器12排他地用于压缩增压空气，而第二涡轮增压器13排他地用于压缩气态燃料20。为此目的，第二涡轮增压器13包括具有多个压缩机级22、23的压缩机21。在示出的例示性实施例中，第二涡轮增压器13的压缩机21包括用于压缩气态燃料20的两个压缩机级22、23，该气态燃料作为被压缩的气态燃料20可类似地被供给到气缸盖19，以便在气缸盖19的区域中混合被压缩的增压空气14和被压缩的气态燃料20。

第二涡轮增压器13包括涡轮24，气缸11的排气17可类似地在涡轮中膨胀以便在此过程中提取能量，并且利用在排气17的膨胀期间在第二涡轮增压器13的涡轮24中提取的能量来驱动压缩机21的两个压缩机级22、23以用于压缩气态燃料20。

因此，根据本发明的燃气发动机10包括涡轮增压器12、13，在这些涡轮增压器中，相互独立地，一方面增压空气14可被压缩并且另一方面气态燃料20可被压缩。

被压缩的气态燃料20和被压缩的增压空气14在气缸盖19的区域中混合。由于以下事实，气态燃料20被压缩到比增压空气14更高的压力：用于压缩气态燃料20的第二涡轮增压器13比用于压缩增压空气14的第一涡轮增压器12具有更大数量的压缩机级。因此，能确保燃气发动机10的特别有利的（特别是，被调节的）操作。

图2示出了贯穿第二涡轮增压器13的截面图，该第二涡轮增压器用于压缩气态燃料。相应地，图2示出了涡轮24，所述涡轮包括涡轮转子25和涡轮外壳26。

涡轮24优选地实施为径向涡轮，其优选地经受将沿径向方向膨胀的排气的流入，其中，膨胀的排气优选地沿轴向方向流出涡轮转子25。

压缩机21包括具有压缩机外壳部段27a、27b的压缩机外壳27以及压缩机转子，所述压缩机提供两个压缩机级22、23。相应地，第一压缩机级22包括第一压缩机转子28并且压缩机级23包括第二压缩机转子29，这些压缩机转子被布置在公共轴30上。涡轮转子25通过该轴30被联接到两个压缩机转子28、29。轴30被安装在轴承外壳31中，其中，轴承外壳31和轴承35一方面被连接到涡轮外壳26上，并且另一方面被连接到压缩机外壳27，具体地连接到压缩机外壳部段27b。

排他地用于压缩气态燃料的涡轮增压器13的压缩机21的两个压缩机级22、23都被设计为径向压缩机级，并且两个压缩机级相应地经受将沿轴向方向被压缩的气态燃料的流入，而气态燃料沿径向方向流出。

在第一压缩机级22的区域中被压缩的气态燃料可经由流动通道32被供给到第二压缩机级29以用于进一步的压缩。

该流动通道32包含多个通道部段32a、32b以及32c。第一通道部段32a沿径向方向延伸，并且将在第一压缩机级22的区域中被压缩的气态燃料引导离开第一压缩机级22。第二通道部段32b类似地沿径向方向延伸，并且在第二压缩机级23的区域中引导在第一压缩机级22的区域中被压缩的气态燃料。在沿径向方向延伸的这两个通道部段32a、32b之间，形成弯曲的第三通道部段32c，其使被压缩的气态燃料偏转大约180度。

在第三通道部段32c的区域中流动偏转之后，在第二通道部段32b中设置了导叶33。导叶33用于沿第二压缩机级23的方向最佳地供给被预压缩的气态燃料。

在压缩机21的外壳27中（或者说，在压缩机外壳部段27a、27b中）以及在轴承外壳31中，引入冷却通道34。经由这些冷却通道34，压缩机21和轴承外壳31可被冷却。气态燃料的冷却也是可能的。

轴承外壳31的区域中的冷却通道导致了与热涡轮侧的热绝缘。因此，涡轮增压器以及包括涡轮增压器的燃气发动机的特别有利的操作是可能的。

燃气发动机10被操作成使得气态燃料20独立于增压空气14被压缩。在这里，气态燃料20被压缩到比增压空气14更高的压力。

被压缩到不同压力水平的这些介质（即，气态燃料20和增压空气14）在气缸盖19的区域中或在气缸盖19之前被混合，以便然后将增压空气14和气态燃料20的混合物供给到气缸11。

尽管本发明针对燃气发动机被描述，本发明也能用于双燃料发动机。

附图标记列表

10燃气发动机

11气缸

12涡轮增压器

13涡轮增压器

14增压空气

15压缩机

16涡轮

17排气

18排气歧管

19气缸盖

20气态燃料

21压缩机

22压缩机级

23压缩机级

24涡轮

25涡轮转子

26涡轮外壳

27压缩机外壳

27a、27b压缩机外壳部段

28压缩机转子

29压缩机转子

30轴

31轴承外壳

32流动通道

32a通道部段

32b通道部段

32c通道部段

33导叶

34冷却通道

35轴承。