改进的涡轮增压器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]所述装置和/或方法涉及用于车辆的涡轮增压器系统和方法。涡轮增压器系统包括高压涡轮增压器和低压涡轮增压器。高压和低压涡轮增压器均被涡轮增压器的排气侧上的排气所驱动。高压和低压涡轮增压器都被配置为当排气驱动所述涡轮增压器时压缩所述涡轮增压器的空气进入口侧上的空气。所述高压涡轮增压器相对于排气气流定位在所述低压涡轮增压器上游并且相对于所述空气流定位在所述低压涡轮增压器的下游。所述系统包括将低压涡轮增压器连接于高压涡轮增压器以便它们之间在空气进入侧上流体连通的第一管路系统和将高压涡轮增压器连接于低压涡轮增压器以便它们之间在排气侧上流体连通的第二管路系统。第一管路系统包括第一管道，第一管道连接于低压涡轮增压器的入口和入口空气。第一管路系统包括第二管道，第二管道将低压涡轮增压器的出口连接于高压涡轮增压器的入口。
【背景技术】
[0002]在当今的车辆中，使用排气驱动的涡轮增压器将空气压缩至发动机的进气歧管是常见的。涡轮增压器依赖于排气气流加速旋转，排气气流又取决于发动机转速和发动机转矩。因此，涡轮增压器式发动机处于低发动机转速时的涡轮增压器反应是众所周知的问题。由于减少C02、降速和带有更高增压的小型化的新技术，该问题更为恶化，因为它需要更多的能量来形成更高的增压压力。特别是在现实世界的驾驶中，反应问题是C02减少的限制因素，因为车辆的合格驾驶性能需要剩余功率量能够处理瞬间需用功率而不需换挡，瞬间需用功率可为道路倾斜、小加速度、辅助设备等等。为了尽可能多地使用来自排气的能量，已知使用两个串联的涡轮增压器，在进气歧管之前压缩入口空气的高压涡轮增压器以及在进入高压涡轮增压器之前压缩空气的低压涡轮增压器。上述反应问题在双级系统中也是已知的，但额外的问题是两个涡轮增压器同步从而根据发动机载荷以最佳方式利用它们。
[0003]已知使用连接于进气歧管的各种压缩机通过在涡轮增压器已加速旋转之前将空气进给至入口侧来作为反应辅助。机械压缩机复杂、昂贵，具有较低的耐用性、NVH(噪音、振动、刺耳)问题，难以控制并且有噪声。
[0004]因此需要找到一种经济的、耐用的、产生低噪声和更好反应的方案。
【发明内容】
[0005]待解决的问题是找到用于车辆的双级涡轮增压器系统的最优化利用。
[0006]涡轮增压器系统包括高压涡轮增压器和低压涡轮增压器。高压和低压涡轮增压器均由涡轮增压器的排气侧上的排气所驱动。高压和低压涡轮增压器都被配置为当排气驱动所述涡轮增压器时压缩所述涡轮增压器的空气进入口侧上的空气。所述高压涡轮增压器相对于排气气流定位在所述低压涡轮增压器上游并且相对于所述气流定位在所述低压涡轮增压器的下游。所述系统包括将低压涡轮增压器连接于高压涡轮增压器以便它们之间在空气进入侧上流体连通的第一管路系统和将高压涡轮增压器连接于低压涡轮增压器以便它们之间在排气侧上流体连通的第二管路系统。第一管路系统包括连接于低压涡轮增压器的入口和入口空气的第一管道。第一管路系统包括将低压涡轮增压器的出口连接于高压涡轮增压器的入口的第二管道。第一管路系统包括在一个末端上连接于第二管道并且在另一末端上基本上直接连接于外界空气的第一旁通管。第一管路系统还包括第一旁通管内的第一阀位置以便控制气流从外界空气至所述第二管道从而与第一管道相比消除第二管道内的低压。
[0007]应当注意“基本上直接至外界空气”意味着在连接于外界空气的管道内没有或几乎不经历压力损失。
[0008]此处的“低压(underpressure)”意味着第二管道中的压力低于第一管道中的压力。
[0009]第一管路系统可包括连接于第一管道或包括第一管道的进入管系统。进入管系统可具有极小的损耗，即可基本上直接连接于外界空气，或第一管道可连接于旁通绕过进入管系统的通气管，使得第一管道基本上直接连接于外界空气以使第一管道内的空气流最多。空气流可被第一管道或进入管系统或通气管内的阀所控制。
[0010]所述配置和方法的一个优点是第二管道连接于空气源、外界空气，消除了在某个发动机驱动模式期间可能阻碍高压涡轮增压器加速旋转的任何低压。如果第一旁通管连接第一管道与第二管道，则第一阀的打开平衡了第一管道和第二管道中的压力从而最大化了第二管道内的空气流。
[0011]当发动机从低发动机载荷运行至高发动机载荷并且排气气流增加时，高压涡轮增压器加速旋转并且相应地入口空气压缩。排气离开高压涡轮增压器随后进入低压涡轮增压器，但有时，例如在发动机的旋转期间，低压涡轮增压器不像高压涡轮增压器那么快速地反应。具有旁通绕过低压涡轮增压器的可能性的一个好处发生在这种事件期间，因为与高压涡轮增压器相比低压涡轮增压器的迟来反应会在第二管道中产生与外界空气和/或第一管道相比的低压即更低压力，这也意味着高压涡轮增压器由于抽吸而在入口空气侧上实际驱动涡轮增压器的加速旋转。这也对高压涡轮增压器的反应具有不良效果。通过旁通绕过低压涡轮增压器可消除第二管道与外界空气和/或第一管道之间的低压，使得至高压涡轮增压器的入口直接连接于外界空气或提供空气至入口的系统而无对供应空气的所述限制。然而，管尺寸等等也产生了损耗，因此始终有供应空气的限制，但相同的管尺寸下，当产生或预期低压时旁通绕过低压涡轮增压器将降低第一管路系统中的总损耗并且由此赋予高压涡轮增压器乃至发动机更好的反应。
[0012]第一旁通管可在一个末端上连接于第二管道并且在另一末端上基本上直接连接于外界空气。作为可选方案，第一旁通管可在一个末端上连接于第二管道并且在另一末端上连接于基本上直接连接于外界空气的不同管或管路系统。作为可选方案，第一旁通管可在一个末端上连接于第二管道并且在另一末端上连接于第一管道。通常，用于入口空气的管路系统包括过滤器和可调节空气的其它装置例如加热器和/或冷却器。应当注意，用于入口空气至低压涡轮增压器的管路系统通常基本上直接连接于外界空气并且第一管道中的压力基本上与外界空气的压力相同。然而，由于对取决于例如管尺寸、过滤器、弯头等等的已知物理限制，管路系统由此第一管道可具有略微低于外界空气的压力。出于其它原因(例如管路系统内空气的加热)，第一管道内的空气可具有与外界空气相比轻微的超压。如果第一管道中的压力基本上类似于外界空气，则第一旁通管基本上直接连接于外界空气的示例是可能的，因为它缓和了第二管道与第一管道之间的压差。然而，如果第一管道中的压力实质不同于外界空气，则第一管道可经由如上所述旁通绕过进入管系统的旁路系统基本上直接连接于外界空气。
[0013]根据一个示例，第一阀是当第二管道内存在低压时打开的被动阀。当低压涡轮增压器与高压涡轮增压器同步即已经加速旋转至消除低压的速度时第一阀随后关闭第一旁通管，因此为高压涡轮增压器提供了足量的空气。例如，当发动机已经到达新的现状时，第二涡轮增压器在第二管道内提供超压并且随后帮助高压涡轮增压器填充入口空气。有很多其中低压涡轮增压器产生超压的发动机模式并且有一些其中低压涡轮增压器不如高压涡轮增压器反应迅速并且随后产生低压的发动机模式。所有情形不会存在于说明书中，但应当指出使用第一被动阀的优点是当有低压时这种阀将自动地产生低压涡轮增压器的旁路。
[0014]根据一个示例，涡轮增压器系统包括控制单元并且第一阀是通过控制单元控制的主动阀。控制单元被配置为当在第二管道内存在或预期低压时打开阀。此时，控制单元可包括有关特定发动机模式的信息，其中在第二管道内存在或预期低压。所述信息可能基于与某个发动机参数有关的经验信息。所述信息可能基于由某个发动机参数进行的计算。所述信息可能基于来自发动机或连接于发动机的装置内的一个或多个传感器的信息，例如节流阀、油门位置、一个或两个涡轮增压器的旋转速度等等。使用主动阀的一个优点是反应变得更敏捷了，因为由于阀不必像被动阀那样被低压所触发因此可完全避免第二管道内的低压。第一管路系统可包括用于感应低压的传感器，并且所述传感器可连接于控制单元以便提供?目息O
[0015]第一阀可被设定为在第二管道中的压力低于第一管道中的压力时的预定值处打开。预定值可以是第二管道与第一管道相比至少低lkPa、至少3kPa和至少5kPa。
[0016]根据一个示例，第一管路系统包括空气进入管管道，空气进入管管道连接高压涡轮增压器的出口和发动机的空气进入口侧上的进气歧管。第一管路系统包括将第二管道连接于空气进入口歧管的第二旁通管。第一管路系统包括定位在第二旁通管内用于