专利名称：压缩机顺序阀和具有这种压缩机顺序阀的分动式增压装置的制作方法
压缩机顺序阀和具有这种压缩机顺序阀的分动式增压装置
现有技术本发明涉及一种具有外壳的压缩机顺序阀，输送外壳包括第一入口区，第二入口 区和与第一入口区和第二入口区引导流动地连接的出口区。本发明还涉及一种分动式增压 装置，其用于压缩输送给内燃机的增压空气，包括具有第一压缩机的第一分动级、包括具有 第二压缩机的第二分动级，其中第一压缩机和第二压缩机可以并列地经增压空气管道施加 增压空气，和包括旁通管道，它在位于第一压缩机之后的一个下游分支部位至位于第二压 缩机之前的一个上游供给部位之间形成引导空气的连接。由现有技术知道借助于涡轮增压器对内燃机进行增压。为了尤其是在低的负荷区 中改善这种增压的效率，常常用两个涡轮增压器工作。在这种情况下，一种所谓的调节的、 两级的增压和一种分动式增压证明是适用的。
但是，用于实现分动式增压所必需的分动式增压装置由于需要在时间上错开地接 通第二涡轮增压器而产生问题。与第一涡轮增压器的启动在时间上错开地接通第二涡轮增 压器是必要的，以便防止是第二涡轮增压器的一部分的第二压缩机进行泵吸工作。现有技 术中公开了一种分动式增压装置，其具有包括第一压缩机的第一分动级和包括第二压缩机 的第二分动级。第一分动级此时形成第一涡轮增压器，其中第二分动级形成第二涡轮增压 器。由申请日为2006年12月22日和文件卷号为DE102006061345. 7的还没有公布的专利 申请得知一种这样的分动式增压装置。该还没有公布的专利申请要求2006年10月26日 的优先权。由该专利申请得知，增压空气可以通过空气过滤器引导到第一分动级的第一压缩 机和与第一分动级并列地引导到第二分动级的第二压缩机。在第二压缩机之前的上游，亦 即在流动上看设置在前面，此时布置有压缩机顺序阀。供给第一压缩机的增压空气在那里 被压缩并且被进一步引导到增压空气冷却器。被压缩的增压空气在那里被冷却并且大部分 通过节流装置供给到内燃机。被冷却的压缩的增压空气中的一部分通过一个供给管道，其 也称为旁通管道，被引导到一个位于压缩机顺序阀和第二压缩机之间的供给部位上。此时 在旁通管道中，在位于增压空气冷却器和节流装置之间的一个分支部位和所述供给部位之 间布置一个回流阀。废气从废气弯管在内燃机下游进到第一和第二涡轮增压器中。为了达到更好的动 力性，在小的转速和负荷下布置在第二涡轮增压器之后的涡轮顺序阀被关闭，从而没有废 气能够流过第二分动级的第二涡轮。全部的废气量都流过第一分动级的第一涡轮。第一涡轮此时驱动第一涡轮增压器的第一压缩机，由此通过空气过滤器吸入的空 气被压缩并且经过增压空气冷却器和以节流阀构成的节流装置进入到内燃机的燃烧室中。在负荷和转速升高时废气量增加。在达到一定的废气量情况下第一涡轮增压器的 第一涡轮的结构尺寸就不再够用了。此时涡轮顺序阀被打开，使得废气也能够流过第二涡 轮并驱动该第二涡轮。自该时刻起空气也可以通过第二压缩机压缩，因为第二压缩机通过一种机械连接 如轴与第二涡轮增压器的第二涡轮耦联。但是问题在于，第二压缩机在一定的差压下不允许低于输送量，因为否则第二压缩机将开始进行泵作用。第一分动级的第一压缩机已经产 生一个压力并且两个分动级被相互连接。因此在第二压缩机的下游侧上已经具有通过第一 压缩机级产生的压力。当第二压缩机还没有开始转动并且还没有能够输送任何空气时也是 这种情况。止回阀可以实现在第一分动级单独运行情况下通常都能够建立一个增压压力。为了能够接通第二分动级，在第二压缩机输送开始时所述的回流阀被打开，从而 第二压缩机可以通过节流器和增压空气冷却器在回路中输送。此时止回阀继续被关闭。节 流器此时被这样地设计，使它的压力损失依赖于流过的空气质量流正好这样大，即第二压 缩机不处于泵作用工作。
由于第二压缩机的压缩机轮的转动，第二压缩机下游的压力增大。由于能量被节 流器消耗掉，第二压缩机之前的压力保持相同。一旦第二压缩机之后的压力与由第一分动级的第一压缩机产生的压力一样大，第 二压缩机之前的压力就降低，其中此时止回阀打开。直到此时空气才能够从空气过滤器直 接地流到第二压缩机。第二压缩机然后开始将空气输送到内燃机的燃烧室中。同时由第二 压缩机之前的压力控制的回流阀关闭，从而第二压缩机没有再在回路中输送空气。本发明的公开为了使在旁通管道中的回流阀的关闭与在增压空气管道中的止回阀的打开更好 地相互协调，从而在增大的内燃机负荷和转速情况下产生均勻的增压空气的压力升高，用 于打开和/或封闭第一入口区的第一封闭元件与用于打开和/或封闭第二入口区的第二封 闭元件如此地处于相互配合作用下，使得第一封闭元件的打开导致通过第二封闭元件产生 的封闭。在一种分动式增压装置中，按照本发明这是这样实现的，在增压空气管道中在供 给部位的区域中设置有按照本发明的方式用于打开和封闭不仅增压空气管道而且旁通管 道的压缩机顺序阀。通过按照本发明的压缩机顺序阀可以将回流阀组合到止回阀中，由此可以取消一 个部件。通过这种设计结构可以实现第二分动级的接通过程的一种自动的调节，同时第二 压缩机不会开始进行泵作用。由此可以减小在机械的调节元件、电子构件、软件以及其它应 用上的费用。通过采用单部件式结构的压缩机顺序阀，其取代了常规的回流阀和常规的止 回阀，可以利用在打开一个替代止回阀的构件时的运动来封闭旁通管路。此时这对应于转 换常规的回流阀的情况。此时这具有优点在于节省了构件和由此节省了成本和结构空间。以下详细描述有利的实施形式并接着提出权利要求。如果在一个特定的实施形式中压缩机顺序阀具有用于打开和关闭一个最好容纳 增压空气管道的第一入口区的阀盘，该阀盘传递运动地耦联在阀环上，其中第二入口区可 以通过阀环打开和关闭，由此可以非常简单地实现增压空气管道的打开和旁通管道的封闭 之间的协调。这导致分动式增压的无冲击地起作用，这对于内燃机的运行特别重要。为了 在增压空气管道完全被打开之前能够完全封闭旁通管道，在另一个实施形式中特别有利的 是阀环可以相对于阀盘运动地被支承。通过阀盘的外形轮廓可以这样地延迟增压空气管道 的打开过程，使得在阀环完全关闭旁通管道之前只有很少的新鲜空气被供入。第二压缩机 之前的压力则保持近似恒定。如果阀盘借助于与阀盘固定连接的导向元件可以相对于轴承滑动地被支承，那么通过合适地选择相互在对方上滑动的部件的材料可以实现压缩机顺序阀的长的寿命。在另一个有利的实施例中，导向元件是阀盘的一体的凸起或者是一个单独的轴。在该特定的实施形式中，压缩机顺序阀则可以特别简单地制造。如果第一弹簧力的传递处于与阀盘的内表面相接触和/或第二弹簧力的传递处 于与阀环相接触，那么此时采用已知的和简单构造的构件就可以实现复杂的运动学。以很 小的成本就可以使旁通管道的关闭在响应增压空气管道的打开上从时间上实现协调。在有利的第一实施形式中，已经证明特别有效的是，第一弹簧布置在阀盘和外壳 之间和第二弹簧布置在支承导向元件的轴承和阀环之间。轴承此时是位置固定地与外壳连 接，从而对第一弹簧的压缩导致对第二弹簧的去压缩，因为在导向元件上的凸缘通过使阀 盘在第二压缩机的方向上移动可以使阀环在第二压缩机的方向上移动。在一个替代的实施形式中，已经证明特别有利的是，第一弹簧布置在阀盘和阀环 之间和第二弹簧布置在阀环和外壳之间。在该第二实施形式中，此时阀环相对于外壳和相 对于阀盘可以运动地作为第一和第二弹簧之间的分隔部布置。这实现了压缩机顺序阀的一 种特别稳定的结构。如果第一弹簧具有比第二弹簧更大的弹簧强度，那么只有在阀盘再次 被关闭时左边的盘才运动到用于旁通管道的打开位置上。由此在功率减小或者转速减小情 况下也实现均勻的压力下降。为了能够依赖于相应的运动自动地启动增压空气管道和旁通管道的打开和/或 关闭，特别有利的是，阀盘的运动迫使阀环产生运动。在该实施例中可以取消附加的调节装 置，不论其是电子类型的或是机械类型的。附图简述以下借助于附图详细描述本发明。附图中
图1显示了连接在内燃机上的按照本发明的分动式增压装置(顺序起动增压装 置)的示意图，图2显示了按照本发明的压缩机顺序阀的第一实施例，其中增压空气管道被关闭 和旁通管道被打开，图3显示了图2所示的按照本发明的压缩机顺序阀的示意横截面视图，但是其中 增压空气管道被打开和旁通管道被关闭，以及图4按照本发明的压缩机顺序阀的第二实施例的示意横截面视图，其中增压空气 管道被关闭和旁通管道被打开。本发明的实施形式图1示出了用于压缩向内燃机2供给的增压空气的分动式增压装置1。在所示的 实施例中，内燃机2具有四个燃烧室3。分动式增压装置此时具有第一分动级4和第二分动 级5。第一分动级4以第一涡轮增压器构成。第二分动级5以第二涡轮增压器构成。第一 分动级4具有第一压缩机6和第一涡轮7。第一压缩机6经第一轴8与第一涡轮7连接。 如果第一涡轮7被流出燃烧室3的废气驱动，那么由此使第一轴8转动，它使第一压缩机6 中的压缩机轮转动。这导致通过第一压缩机6引导的增压空气被压缩。增压空气(进气空 气)此时经空气过滤器9吸入并且通过增压空气管道10被引导到第一压缩机6，在使第一 压缩机6工作情况下在那里被压缩并且被引导到增压空气冷却器11。被压缩了的空气在增压空气冷却器11中冷却并且从此处出来之后进入节流装置12。节流装置12在本实施例中构造成节流阀。在节流装置12之后，增压空气进入到燃烧 室3中。从燃烧室3中出来的废气进入废气收集管13并且然后被引导到第一涡轮7中。在 那里它驱动第一涡轮7并且之后到达催化转化器14中。废气的其它的过程没有示出。在增压空气冷却器11和与在奥托发动机使用中相关联的节流装置12之间设有分 支部位，其中从该分支部位引出旁通管道15。增压空气可以通过旁通管道15被引导到节流 器16。节流器16可以以节流孔板实施。节流器16使得被压缩的增压空气降压。旁通管道 15通入到压缩机顺序阀17中。压缩机顺序阀17具有第一入口区18和第二入口区19。旁通管道15终止于第二 入口区19。增压空气管道10 —方面通向第一压缩机6和另一方面通向第二分动级5的第 二压缩机20，第二分动级也有第二涡轮21。增压空气管道10连接在第一入口区18上。压缩机顺序阀17中断了增压空气管道10，后者在此之后才又通向第二压缩机20。 此时第二压缩机20通过增压空气管道10与压缩机顺序阀17的出口区22处于流动导向的 联通。压缩机顺序阀17具有外壳23。外壳23是以两个部分构造的。外壳23具有第一外 壳壳体24和第二外壳壳体25。这可以特别清楚地在图2，3和4中看到。图1还示出了对奥托发动机的应用重要的旁通管26，它引导流动绕过第一压缩机 6。图1此外示出了在流动上与第二涡轮21并联的废气门阀27。在第二涡轮21的下游，在第二涡轮21和催化转化器14之间设置有涡轮顺序阀 28。压缩机顺序阀17设置在增压空气管道10中的空气过滤器9和第二压缩机20之 间的一个供给部位29上。图2和3中示出了压缩机顺序阀17的第一实施形式。外壳23的第一外壳壳体24此时设置在第一入口区18的下游侧上。第一外壳壳 体24形成第二出口区22。第二外壳壳体25包括第一入口区18和第二入口区19。来自旁 通管道15的空气在此情况下进入到第二入口区19中，来自增压空气管道10的空气进入到 第一入口区18中。图2示出了压缩机顺序阀17的第一换向状态。在外壳23中，在第二外壳壳体25 的区域中设置有轴承30。轴承30支承安置在阀盘32上的轴31。在阀盘32和轴31之间 存在牢固的连接。这可以通过热压配合产生。但是焊接方式、螺纹连接方式或者其它的连 接方式也是可行的。阀盘32封闭设置在第一入口区的区域中的阀座33。阀座33构造成密 封面。在所示的实施例中，轴31显示为导向元件34，其上面滑动地设置了阀环35。在出 口区22方向上的滑动运动由凸缘36阻止。在外壳凸起37和阀盘32之间布置第一弹簧 38。第一弹簧38与外壳凸起37和阀盘32的内侧面顶接。图2中示出了阀环35处于一个 位置上，在该位置上旁通管道15与出口区22处于引导流动地联通并且随后与第二压缩机 20联通。在阀环35和轴承30之间布置第二弹簧39。第一弹簧38比第二弹簧39具有更大 的弹簧力或弹簧张力。箭头A显示了增压空气的流动方向。图3中示出了在图2中所示的实施形式，但是其中用箭头B示出了流动过程。压缩机顺序阀17示出为在第二换向位置上，在该换向位置上第二入口区19被阀环35关闭和 第一入口区18通过在第二压缩机的方向上设置的封闭元件即阀盘32被打开。在附图中相同的元件采用相同的附图标记。在图3中，增压空气由第二压缩机20压缩，第二压缩机经图1中示出的第二轴40 由第二涡轮21驱动。只要第二压缩机20中的压力比小于第一压缩机6的压力比，阀盘32就顶接在第 二外壳壳体25的阀座33上。轴31此时与阀盘32连接并且支承在轴承30中，后者安置在 外壳凸起37中。阀盘32和轴31也可以构造成整体件。也在轴31上安装阀环35。第二弹 簧39，其构造成压力弹簧，将阀环35向右挤压。只要阀盘32顶接在第二外壳壳体25的阀 座33上，阀环35就被挤压在轴31的凸缘36上。这显示了第一换向位置。为了保证该换 向位置，由也是设计成压力弹簧的第一弹簧38产生的弹簧力必须大于由第二弹簧39产生 的弹簧力。轴31也可以部分空心地设计，以减小重量，从而只需要存在很小的运动质量和将 其换向。只要由阀环35和第二外壳壳体25的阀座41形成的阀被打开，第二压缩机20就 可以通过节流器16在回路中进行输送。节流器16此时这样地设计，使得它的压力损失依赖于流通的空气质量流正好这 样大，即第二涡轮增压器的第二压缩机20不处于泵作用状态。由于第二压缩机20的压缩 机轮转动，第二压缩机20下游的压力升高。由于能量被节流器消耗掉，在第二压缩机20之前的压力依赖于第二压缩机20中 的压缩机轮的转速而减小。此时在第二压缩机20之前的压力连续地降低直到旁通管道10 中的值，从而阀盘32从阀座33上升起。这导致产生第二换向位置。现在空气可以从空气 过滤器9到达第二压缩机20。第二压缩机20因此开始将空气输送到燃烧室3中。由于阀盘32升起，轴31的凸缘36也运动。由此阀环35被第二弹簧39向右挤 压，直到它顶靠到阀座41上。由阀环35和第二外壳壳体24的阀座41形成的阀按照换向 位置2被关闭，由此第二压缩机20不能够再在回路中进行输送。压缩机20现在将空气从 空气过滤器9输送到燃烧室3中并且由此可以使增压压力升高。专门的设计结构可以使得 阀盘32比阀环35实施更大的行程。通过设计阀座33和41的几何结构形状可以使得阀盘 32在第二压缩机20的较小的输送量下就已经实施足够大的行程，从而由阀环35和阀座41 形成的阀被快速地关闭。图4中示出了压缩机顺序阀17第一换向位置上的第二实施形式。图4所示的变 型方案与第一变型方案的区别在于，轴31不是安置在阀盘32中而是牢固连接地安置在第 二外壳壳体25中。第二外壳壳体25本身也可以是由多个部分构成的。阀盘32，其也可以由多个部分构成，被支承在轴31上并且配有套筒42。在所示的 实施例中，套筒42是阀盘32的整体的组成部分。套筒42上安装第一弹簧38。阀环35也 安装在套筒42上并且通过第一弹簧38的预紧力压紧在支承凸缘43上。只要由于压力比在阀盘32上产生的力小于第二弹簧39的力，阀盘32就顶靠在阀 座33上。阀则被关闭。第二弹簧39的预紧力小于第一弹簧38的预紧力。一旦由于压力 比在阀盘32上产生的力大于第二弹簧39的力，阀盘32就向右运动。由于较小的预紧力，弹簧39被压缩，从而由阀环35和阀座41形成的阀被关闭。在阀盘32向右继续运行情况下，阀环35顶靠在阀座41上，从而第一弹簧38被压缩。在图4所示的第二实施例中，第二弹簧39在流动方向上布置在第一弹簧38之后 并且不是如在第一实施例中那样同心地布置在其外部。图4中的阀环35可以相对于第一外壳壳体24，以及第二外壳壳体25和套筒42运 动。阀环35最好由耐磨损材料制造，从而相对于套筒42和第二外壳壳体25的相对运动不 会导致过量的磨损。通过在第一换向位置上的压缩机顺序阀17的空气流动由箭头A指示，如其在图4 的第二实施形式中所示。
权利要求
压缩机顺序阀(17)，其包括外壳(23)，所述外壳包括第一入口区(18)，第二入口区(19)和与第一入口区和第二入口区以引导流动的方式连接的出口区(22)，其特征在于，一个用于打开和/或封闭第一入口区(18)的第一封闭元件与一个用于打开和/或封闭第二入口区(19)的第二封闭元件这样地配合作用，使得第一封闭元件的打开导致通过第二封闭元件产生的封闭。
2.按照权利要求1所述的压缩机顺序阀(17)，其中所述压缩机顺序阀(17)具有用于 打开和封闭第一入口区(18)的阀盘(32)，所述阀盘以传递运动的方式机械地耦联在一个 阀环(35)上，其中第二入口区(19)可以借助于阀环(35)打开和封闭。
3.按照权利要求2所述的压缩机顺序阀(17)，其中阀环(35)相对于阀盘(32)可运动 地被支承。
4.按照权利要求2或3所述的压缩机顺序阀(17)，其中阀盘(32)借助于一个与阀盘 (32)牢固连接的导向元件(34)相对于轴承(30)可滑动地被支承。
5.按照权利要求4所述的压缩机顺序阀(17)，其中所述导向元件(34)是阀盘(32)的 一个整体的凸起或者是一个单独的轴(31)。
6.按照权利要求2至5之一所述的压缩机顺序阀(17)，其中第一弹簧(38)以力传递 的方式与阀盘(32)的内侧面接触和/或第二弹簧(39)以力传递的方式与阀环(35)接触。
7.按照权利要求6所述的压缩机顺序阀(17)，其中第一弹簧(38)布置在阀盘(32)和 外壳(23)之间和第二弹簧(39)布置在支承导向元件(34)的轴承(30)和阀环(35)之间。
8.按照权利要求6所述的压缩机顺序阀(17)，其中第一弹簧(38)布置在阀盘(32)和 阀环(35)之间和第二弹簧(39)布置在阀环(35)和外壳(23)之间。
9.按照权利要求6或7所述的压缩机顺序阀(17)，其中第一弹簧(38)具有比第二弹 簧(39)更大的弹簧强度。
10.按照权利要求2至9之一所述的压缩机顺序阀(17)，其中阀盘(32)的运动迫使阀 环(35)运动。
11.分动式增压装置(1)，其用于压缩输送给内燃机(2)的增压空气，包括具有第一压 缩机(6)的第一分动级(4)和具有第二压缩机(20)的第二分动级(5)，其中第一压缩机(6) 和第二压缩机(20)可以并列地经增压空气管道(10)施加增压空气，包括旁通管道(15)， 它在位于第一压缩机(20)之后的一个下游分支部位至位于第二压缩机(20)之前的一个上 游供给部位(29)之间形成引导空气的连接，其中在增压空气管道(10)中的供给部位(29) 的区域中布置有按照权利要求1至10之一所述的用于打开和封闭不仅增压空气管道(10) 而且旁通管道(15)的压缩机顺序阀(17)。
全文摘要
本发明涉及一种分动式增压装置，其用于压缩输送给内燃机的增压空气，包括具有第一压缩机的第一分动级和具有第二压缩机的第二分动级，其中增压空气可以经增压空气管道被并列地施加到第一压缩机和第二压缩机，包括旁通管道，它在位于第一压缩机之后的一个下游分支部位至位于第二压缩机之前的一个上游供给部位之间形成引导空气的连接，其中在增压空气管道中的供给部位的区域中布置有用于打开和关闭不仅增压空气管道而且旁通管道的压缩机顺序阀。本发明还涉及一种用在分动式增压装置中的压缩机顺序阀，其包括外壳，所述外壳包括第一入口区，第二入口区和与第一入口区和第二入口区以引导流动的方式连接的出口区，其中用于打开和/或封闭第一入口区的第一封闭元件与用于打开和/或封闭第二入口区的第二封闭元件这样地配合作用，使得第一封闭元件的打开导致由第二封闭元件产生的封闭。
文档编号F02B37/007GK101835966SQ200880112977
公开日2010年9月15日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年10月25日
发明者G·沃格特, U·哈默 申请人:罗伯特.博世有限公司