一种实现高低压级压比分配的集成串联式两级增压结构的制作方法

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1.本发明涉及用于内燃机的涡轮增压器技术领域，特别涉及一种实现高低压级压比分配的集成串联式两级增压结构。


背景技术：

2.两级增压技术是将两台涡轮增压器联合运行，通过控制系统可以按不同顺序、不同比例的多种调节措施对空气进行一级或两级压缩。相比于单级涡轮增压，两级增压可以获得更高的压比，在提升发动机功率、提升低速扭矩和瞬态响应性的同时，可以实现更好的燃油经济性、更低的排放指标。由于每级增压的压比相对较低，降低了自身的载荷，因此可靠性更好。
3.串联式两级增压是两级增压器结构布置其中一种方式，参见图1至图5。其工作时，新鲜空气首先进入低压级压气机1，经过低压级压气机1压缩后，空气温度和压力得到提高，然后流入高压级压气机3，再次经过高压级压气机3压缩后，压力进一步得到提高。经过两级压缩的空气经中冷器5后首先进入发动机6的汽缸，经燃烧后废气流入高压级涡轮机4，经高压级涡轮机4膨胀做功后排出的废气进入低压级涡轮机2继续膨胀做功，最后排入大气。低压级涡轮机2驱动低压级压气机1工作，高压级涡轮机4驱动高压级压气机3工作。高压级涡轮机4的进口与出口之间设置有旁通阀7。
4.发动机6外形尺寸小型化、轻量化是未来的发展趋势。当前串联式两级增压结构中，由高压级涡轮机4膨胀做功后排出的废气有2种结构方式进入低压级涡轮机2，第1种结构方式是设计一段排气歧管将废气引入低压级涡轮机2的涡轮箱，第2种结构方式是将低压级涡轮机2的涡轮箱与排气歧管集成于一体。但无论是哪种结构，都会占据较大的布置空间，影响了发动机的布置。同时由于其排气管路较长，还会造成一定的压力损失。
5.另外，现有串联式两级增压结构，低压级涡轮箱与排气歧管一体式设计，将高压级涡轮箱排出的废气引入低压级涡轮箱膨胀做功。但由此带来增压器外形结构占据空间过大、重量增加、排气压力损失等一系列问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对现有串联式两级增压结构所存在的上述技术问题而提供一种实现高低压级压比分配的集成串联式两级增压结构。其通过改进低压级涡轮箱结构和高压级涡轮箱结构，在设计了高、低压级增压器都具备废气旁通功能的同时，减少了布置高、低压级涡轮增压器占用的空间，使其结构更紧凑，从而解决以上问题。
7.为了实现上述发明目的，本发明的一种实现高低压级压比分配的集成串联式两级增压结构，包括低压级压气机、低压级涡轮机、高压级压气机、高压级涡轮机；所述低压级涡轮机驱动所述低压级压气机工作，所述高压级涡轮机驱动所述高压级压气机工作；所述低压级压气机上设置有低压级压缩空气入口和低压级压缩空气出口，所述高压级压气机上设置有高压级压缩空气入口和高压级压缩空气出口；所述低压级压气机上的低压级压缩空气
出口通过管路与所述高压级压气机上的高压级压缩空气入口连接，所述高压级压气机上的高压级压缩空气出口通过管道与所述中冷器的入口连接，所述中冷器的出口与发动机的汽缸连接，所述发动机的汽缸的废气出口通过管道与所述高压级涡轮机的高压级蜗轮箱上的废气入口即高压机级涡轮箱进口连接，所述低压级涡轮机的低压级蜗轮箱上的废气出口即低压机级涡轮箱出口排空；其特征在于，所述高压级蜗轮箱上的废气出口即高压级涡轮箱出口与所述低压级涡轮机的低压级蜗轮箱上的废气入口即低压级涡轮箱进口直接对接。
8.在本发明的一个优选实施例中，所述低压级涡轮箱上压缩及集成了高压级涡轮箱的废气入口即高压机级涡轮箱进口的流道部分。
9.在本发明的一个优选实施例中，所述高压级蜗轮箱上的废气入口即高压级涡轮箱进口设计为沿平行于所述高压级涡轮机的高压级转子轴的方向进气。
10.在本发明的一个优选实施例中，所述高压级蜗轮箱上的废气出口即高压级涡轮箱出口设计为沿平行于所述高压级涡轮机的高压级转子轴的方向排气。
11.在本发明的一个优选实施例中，所述高压级蜗轮箱上的废气入口即高压级涡轮箱进口的进口端面与所述高压级蜗轮箱上的废气出口即高压级涡轮箱出口的出口端面设计在同一个法兰面上，
12.在本发明的一个优选实施例中，所述低压级涡轮机的低压级转子轴轴向垂直于所述高压级涡轮机的高压级转子轴轴向。
13.在本发明的一个优选实施例中，所述低压级涡轮机的低压级蜗轮箱上的废气入口即低压级涡轮箱进口设计为垂直于所述低压级涡轮机的低压级转子轴的方向进气。
14.在本发明的一个优选实施例中，所述低压级涡轮机的低压级蜗轮箱上的废气出口即低压级涡轮箱出口设计为先沿所述低压级涡轮机的低压级转子轴的方向排气后又折弯为垂直于所述低压级涡轮机的低压级转子轴的方向排气。
15.在本发明的一个优选实施例中，在所述低压级涡轮机的低压级蜗轮箱的废气入口即低压级涡轮箱进口的尾段上设置有低压级旁通阀，所述低压级旁通阀控制低压级执行器动作，通过低压级执行器控制低压级压气机的增压压力。
16.在本发明的一个优选实施例中，在所述高压级涡轮机的高压级蜗轮箱的废气入口即高压级涡轮箱进口上设置有高压级旁通阀，所述高压级旁通阀控制高压级执行器动作，通过高压级执行器控制高压级压气机的增压压力。
17.在本发明的一个优选实施例中，所述高压级执行器设置在低压级蜗轮箱上，所述高压级执行器通过胶管与高压级压气机的蜗壳连接。
18.在本发明的一个优选实施例中，所述高压级旁通阀设置在所述高压级蜗轮箱上的废气出口即高压级涡轮箱出口的出口端面与所述低压级涡轮机的低压级蜗轮箱上的废气入口即低压级涡轮箱进口的进口端面上。
19.在本发明的一个优选实施例中，所述高压级蜗轮箱与低压级蜗轮箱之间设置有废气旁通机构，实现高、低压级压比分配。
20.由于采用了如上技术方案，本发明与现有技术相比，经高压级涡轮机膨胀做功后排出的废气无需经过排气管引入到低压级涡轮箱，而是直接流入低压级涡轮箱，减少了压力流动损失。同时，低压级涡轮箱结构的压缩及集成了高压级涡轮箱流道进口部分，使两级增压布置紧凑，有效降低两级增压重量。最后，由于其高压级、低压级都设计了废气旁通阀
以及废气旁通机构，可以实现高低压级压比分配，适宜推广。
附图说明
21.图1为现有的两级增压器的原理示意图。
22.图2现有的高压级增压器结构示意图。
23.图3为现有的低压级增压器结构示意图。
24.图4为现有的两级增压器装配结构示意图(从一个方向看)。
25.图5为现有的两级增压器装配结构示意图(从另一个方向看)。
26.图6为本发明的高压级增压器结构示意图(从一个方向看)。
27.图7为本发明的高压级增压器结构示意图(从另一个方向看)。
28.图8为本发明的低压级增压器结构示意图(从一个方向看)。
29.图9为本发明的低压级增压器结构示意图(从另一个方向看)。
30.图10为本发明的改进后的两级增压器装配在一起的结构示意图(从一个方向看)。
31.图11为本发明的改进后的两级增压器装配在一起的结构示意图(从另一个方向看)。
具体实施方式：
32.以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。
33.参见图6至图11，图中所示的一种实现高低压级压比分配的集成串联式两级增压结构，包括低压级压气机10、低压级涡轮机20、高压级压气机30、高压级涡轮机40。低压级涡轮机20驱动低压级压气机10工作，高压级涡轮机40驱动高压级压气机30工作。
34.特别参见图8至图9，低压级压气机10上设置有低压级压缩空气入口11和低压级压缩空气出口12，低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21上设置有废气出口即低压机级涡轮箱出口22和废气入口即低压机级涡轮箱进口23。
35.低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21上的废气入口即低压级涡轮箱进口22设计为垂直于低压级涡轮机20的低压级转子轴(图中未示出)的方向进气；低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21上的废气出口即低压级涡轮箱出口23设计为先沿低压级涡轮机20的低压级转子轴的方向排气后又折弯为垂直于低压级涡轮机20的低压级转子轴的方向排气。
36.特别参见图6至图7，高压级压气机30上设置有高压级压缩空气入口31和高压级压缩空气出口32，高压级涡轮机40的高压级蜗轮箱41上设置有废气入口即高压机级涡轮箱进口42和废气出口即高压机级涡轮箱出口43。
37.高压级蜗轮箱41上的废气入口即高压级涡轮箱进口42设计为沿平行于高压级涡轮机40的高压级转子轴(图中未示出)的方向进气；高压级蜗轮箱41上的废气出口即高压级涡轮箱出口43设计为沿平行于高压级涡轮机40的高压级转子轴的方向排气。
38.高压级蜗轮箱41上的废气入口即高压级涡轮箱进口42的进口端面与高压级蜗轮箱41上的废气出口即高压级涡轮箱出口43的出口端面设计在同一个法兰面上。
39.特别参见图10和图11，低压级压气机10、低压级涡轮机20、高压级压气机30、高压级涡轮机40通过6个双头螺柱和螺母紧固连接组装在一起后，低压级压气机10上的低压级压缩空气出口12通过管路与高压级压气机30上的高压级压缩空气入口31连接，高压级压气
机30上的高压级压缩空气出口32通过管道与中冷器(图中未示出)的入口连接，中冷器的出口与发动机的汽缸(图中未示出)连接。
40.发动机的汽缸的废气出口通过管道与高压级涡轮机40的高压级蜗轮箱41上的废气入口即高压机级涡轮箱进口42连接，低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21上的废气出口即低压机级涡轮箱出口22排空。
41.本发明的特点在于：高压级蜗轮箱41上的废气出口即高压级涡轮箱出口43与低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21上的废气入口即低压级涡轮箱进口23直接对接。
42.另外低压级涡轮箱21上压缩及集成了高压级涡轮箱41的废气入口即高压机级涡轮箱进口42的流道部分。
43.同时，低压级涡轮机20的低压级转子轴轴向垂直于高压级涡轮机40的高压级转子轴轴向。
44.本发明还在低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21的废气入口即低压级涡轮箱进口23的尾段上设置有低压级旁通阀24，该低压级旁通阀24控制低压级执行器25动作，通过低压级执行器25控制低压级压气机10的增压压力。
45.在高压级涡轮机40的高压级蜗轮箱41的废气入口即高压级涡轮箱进口42上设置有高压级旁通阀44，该高压级旁通阀44控制高压级执行器45动作，通过高压级执行器45控制高压级压气机30的增压压力。
46.进一步，高压级执行器45设置在低压级蜗轮箱21上，高压级执行器45通过胶管46与高压级压气机30的蜗壳连接。
47.高压级旁通阀44设置在高压级蜗轮箱40上的废气出口即高压级涡轮箱出口43的出口端面与低压级涡轮机20的低压级蜗轮箱21上的废气入口即低压级涡轮箱进口23的进口端面上。
48.更进一步，高压级蜗轮箱41与低压级蜗轮箱21之间设置有废气旁通机构(图中未示出)，实现高、低压级压比分配。