具有两级涡轮增压器的内燃发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的技术领域涉及一种具有两级涡轮增压器的内燃发动机。更具体地，本发明的技术领域涉及一种具有设置有用于高压涡轮的旁路系统的两级涡轮增压器。
【背景技术】
[0002]现有技术中已知有用于内燃发动机的两级涡轮增压器。
[0003]两级涡轮增压器包括串联布置的高压(HP)涡轮增压器和低压(LP)涡轮增压器，每个涡轮增压器转而包括旋转地联接到涡轮的压缩机。这种类型的涡轮增压器已知为串联顺序两级涡轮增压器。
[0004]这些涡轮增压器通常被配置为在低/中间的发送机速度下操作两个涡轮增压器以及被配置为仅仅在高的发动机速度下操作LP涡轮增压器。在这个第二种情况下，HP涡轮增压器被旁路。
[0005]为了使得致动器的数量最小并且简化布局，旁路通常连接HP涡轮的上游和下游的点，而不机械地阻塞所述HP涡轮的入口。
[0006]当仅仅LP级正在操作时，系统作运转为并行的两个分支(LP入口通道和具有其通道的HP涡轮)。因此，排气能够在两个分支中流动(分离取决于穿过两个分支的压力降的比)。然而，保证气体的最大部分流动通过LP节段(理想地为100%以使得热焓损失最小)是重要的。这可以通过使得在LP分支上的压力降最小而实现，并且，当仍然不足够时，通过使得HP入口通道对于气流遮挡而实现。这通常可能导致在两级模式中的更糟糕的涡轮增压器效率，由于所导致的更高的栗送损失，这对于低端和中间速度性能不利。
[0007]HP旁路阀能够在专用致动器的辅助下致动，所述专用致动器通过由发动机控制单元(ECU)控制的电路驱动。ECU通过当达到预限定的发动机状态时(例如，当达到预限定的发动机速度时)打开HP旁路阀而操作所述HP旁路阀。
[0008]公开的实施例的目的是提供一种具有两级涡轮增压器的内燃发动机，所述两级涡轮增压器允许优化涡轮的两个入口导管而不损害两级涡轮增压器在各个操作模式中的性會K。
[0009]这个以及其他目的通过具有两级涡轮增压器的内燃发动机和操作具有独立权利要求记载的特征的内燃发动机的两级涡轮增压器的方法而实现。
[0010]从属权利要求描述优选和/或特别有利的方面。
【发明内容】
[0011]本发明的实施例提供一种具有两级涡轮增压器的内燃发动机，所述两级涡轮增压器包括通过高压涡轮入口导管连接到发动机的排气歧管的高压涡轮以及通过低压涡轮入口导管连接到高压涡轮并且通过连接通道连接到高压涡轮入口导管的低压涡轮。低压涡轮和高压涡轮串联布置。两级涡轮增压器设置有旁路系统，所述旁路系统包括:布置在高压涡轮入口导管中的高压涡轮阀以控制在高压涡轮入口导管中的流动；以及布置在连接通道中的低压涡轮阀，以控制连接通道中的流动。致动器被配置以操作高压涡轮阀和低压涡轮阀以交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道。
[0012]这个实施例的优点在于，通过交替地关闭两个涡轮(S卩，高压涡轮和低压涡轮)的两个接入部中的一个，能够以最佳的流体动力性能设计高压和低压涡轮入口。
[0013]必须注意的是，表述“交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道”指的是，当高压涡轮阀被操作以关闭高压涡轮入口导管时，低压涡轮阀被操作以打开连接通道，并且当高压涡轮阀被操作以打开高压涡轮入口导管时，低压涡轮阀被操作以关闭连接通道。
[0014]以此方式，不再需要涡轮的入口导管中的任何一个的流体动力性能:入口都能够被设计为尽可能多的渗透性。
[0015]以此方式，在全功率操作中给LP级(低压涡轮)最大可利用的热焓并且在最大扭矩操作期间给HP级(高压涡轮)最大可利用的热焓。
[0016]根据本发明的又一实施例，致动器被配置以同时操作高压涡轮阀和低压涡轮阀。
[0017]这个实施例的优点在于，其限制两级涡轮增压器的旁路系统的机械复杂性。
[0018]根据本发明的另一实施例，高压涡轮阀和低压涡轮阀通过由发动机的电子控制单元驱动的单个致动器操作。
[0019]这个实施例的优点在于，其通过采用用于操作两个阀的单个致动器而允许简化整个系统。
[0020]根据本发明的另一实施例，致动器作为(取决于)发动机速度和发动机负载的函数而被驱动。更具体地，根据本发明的实施例，致动器被配置为作为发动机速度和发动机负载的函数而打开高压涡轮入口导管并且关闭连接通道，并且反之亦然(即，致动器关闭高压涡轮入口导管并且打开连接通道)。.
[0021]这个实施例的优点在于，其允许未使用涡轮的机械切断，这允许优化两个涡轮入口导管而不损害在功率或者低端范围内的性能的可能性。
[0022]根据又一实施例，高压涡轮阀包括可移动盘并且低压涡轮阀包括可移动盘，所述盘连接到共同的主轴。
[0023]这个实施例的优点在于，共同的主轴布局允许阀例如通过使用单个致动器的简单致动。
[0024]更具体地，根据本发明的又一实施例，高压涡轮阀设置有盘，所述盘可移动以关闭高压涡轮入口导管、优选对应于高压涡轮入口导管法兰，并且低压涡轮阀设置有盘，所述盘可移动以关闭连接通道、优选对应于连接通道法兰。法兰基本上在相同的平面上对齐。
[0025]根据可能的实施例，高压涡轮阀的盘对应于高压涡轮入口法兰布置，并且低压涡轮阀的盘对应于连接通道法兰布置。更具体地，根据本发明的实施例，高压涡轮入口导管的高压涡轮入口导管法兰与高压涡轮阀的盘协作以关闭高压涡轮入口导管，并且连接通道的连接通道法兰与低压涡轮阀的盘协作以关闭连接通道。法兰在基本上相同的平面上度对齐。
[0026]换言之，与高压涡轮阀的盘协作的法兰连接到或者设置在高压涡轮入口导管中并且与低压涡轮阀的盘协作的法兰连接到或者设置在连接通道中。
[0027]这个实施例的优点在于，其允许两级涡轮增压器的旁路系统的阀利用法兰连接安装在排气歧管内侧。
[0028]根据本发明的又一实施例，盘彼此垂直地安装到主轴上以使得主轴的90°旋转导致高压涡轮入口导管打开并且连接通道关闭，以及反之亦然。换言之，主轴的90°旋转还导致高压涡轮入口导管关闭并且连接通道打开。
[0029]这个实施例的优点在于，其允许对于两个阀使用共同的主轴。
[0030]根据本发明的另一实施例，致动器被配置为通过使得主轴从其中一个盘关闭高压涡轮入口导管并且另一个盘打开连接通道的位置旋转到其中一个盘打开高压涡轮入口导管并且另一个盘关闭连接通道的位置而操作，并且反之亦然。换言之，致动器通过使得主轴从其中一个盘打开高压涡轮入口导管并且另一个盘关闭连接通道的位置旋转到其中一个盘关闭高压涡轮入口导管并且另一个盘打开连接通道的位置而操作。
[0031]这个实施例的优点在于，其提供用于允许同时操作高压涡轮阀和低压涡轮阀的机械解决方案。
[0032]本发明的又一方面提供操作根据本发明的各个方面的用于内燃发动机的两级涡轮增压器的方法。
[0033]两级涡轮增压器包括:高压涡轮，所述高压涡轮通过高压涡轮入口导管连接到发动机的排气歧管；和低压涡轮，所述低压涡轮通过设置有高压涡轮阀的低压涡轮入口导管连接到高压涡轮并且通过设置有低压涡轮阀的连接通道连接到高压涡轮入口导管；以及致动器，所述方法包括以下步骤:
[0034]-监测发动机速度和发动机负载；
[0035]-致动用于操作高压涡轮阀和低压涡轮阀的所述致动器从而作为监测的发动机速度和发动机负载的函数交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道。
[0036]根据本发明的另一方面，致动器同时操作高压涡轮阀和低压涡轮阀。
[0037]根据本发明的又一方面，交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道的步骤借助于主轴的90°旋转而执行，适合于关闭高压涡轮入口导管的盘和适合于关闭连接通道的盘彼此垂直地安装在所述主轴上。
[0038]根据所述方法的方面，所述方法能够在计算机程序的帮助下执行，所述计算机程序包括用于执