多轉子渦輪增壓器的製造方法
2023-04-23 01:53:41 1
多轉子渦輪增壓器的製造方法
【專利摘要】描述了多轉子發動機渦輪增壓器系統。在一個示例方法中，多轉子渦輪增壓器包括壓縮機和渦輪，壓縮機包括多個反向旋轉壓縮機轉子，渦輪包括多個反向旋轉渦輪轉子。
【專利說明】 多轉子渦輪增壓器
【背景技術】
[0001]內燃發動機的小型化和功率要求的增加導致用於增壓應用的更高發動機比輸出。由於要求增加，渦輪增壓器同樣必須增加流量以及增壓水平，以獲得更高的性能水平(肋)。渦輪增壓器尺寸的增加出現損害低端性能度量標準，包括喘振、低端扭矩峰值，以及瞬時運轉狀況(16811116)-包括達扭矩的時間，以及踩加速器踏板加速(七如
111 8006161'&1:1011)。
【發明內容】
[0002]本發明人在此已經認識到上述限制，並且已經開發了用於發動機的多轉子渦輪增壓器。在一個示例方法中，多轉子渦輪增壓器包含壓縮機和渦輪，所述壓縮機包括多個單旋轉壓縮機轉子，所述渦輪包括多個單旋轉渦輪轉子。在第二示例方法中，多轉子渦輪增壓器包括壓縮機和渦輪，所述壓縮機包括多個反向旋轉的壓縮機轉子，所述渦輪包括多個反向旋轉的渦輪轉子。
[0003]這種多轉子渦輪增壓器具有作為更小渦輪在更大運轉範圍內運轉的潛在優勢，並且從性能觀點來看有效地被「小型化」。另外，這種多轉子渦輪增壓器能夠增加渦輪增壓器的流量，而不會不利地影響內燃發動機的低端性能度量標準。例如，這種多轉子渦輪增壓器可以被用來代替雙渦輪系統，並且尤其在發動機的低端運轉範圍可能勝過雙渦輪系統。
[0004]另外，多轉子渦輪增壓器的部件能夠相對於傳統的渦輪增壓器系統按比例縮小，導致渦輪增壓器的直徑或尺寸潛在減小，使其更易於封裝，渦輪增壓器中的轉子質量的減小導致喘振極限的增加，並且每個轉子的慣性的減小允許其更易於加速，從而改進瞬時車輛運轉，例如加速和達扭矩的時間。
[0005]另外，多轉子渦輪增壓器系統的每個轉子均能夠被設計為在發動機系統中以不同的運轉狀況完成不同的任務。例如，兩個轉子能夠被設計為使每個轉子以相似的狀況運轉，以平衡系統中的空氣動力學負荷與機械負荷。可以控制轉子的旋轉速度以減速，或能夠在系統中繞過通過轉子的氣流，以降低發動機泵吸功，並且進一步增加發動機的低端運轉範圍。轉子能夠被設計為以不同任務為目標，並且以實質性的成本節約、尺寸減小以及封裝改進替換複雜系統，如機械增壓器/渦輪增壓器組合、電子增壓系統、串聯順序86^116111:181)和雙增壓系統。
[0006]另外，可以使多轉子渦輪增壓器的同心軸以相反的方向旋轉(反向旋轉這樣的反向旋轉可以導致可變級間定子或其他流動修正部件的去除，因此降低潤輪增壓器中的流動損失，並且增加渦輪的能量輸出。
[0007]在另一實施例中，提供了用於使發動機中的多轉子渦輪增壓器運轉的方法。該方法包含:使渦輪增壓器的第一和第二壓縮機轉子以及第一和第二渦輪轉子反向旋轉；以及在第一情況期間，將壓縮空氣從第一壓縮機轉子供應至發動機；在第二情況期間，將壓縮空氣從第二壓縮機轉子供應至發動機；在第三情況期間，將壓縮空氣從第一和第二壓縮機轉子供應至發動機。
[0008]在另一實施例中，該方法還包含在第一情況期間繞過第二壓縮機轉子，而在第二情況期間繞過第一壓縮機轉子。
[0009]在另一實施例中，第一壓縮機轉子是低壓轉子，並且第一情況是低發動機負荷和/或轉速工況。
[0010]在另一實施例中，第二壓縮機轉子是高壓轉子，並且第二情況是高發動機負荷和/或轉速工況。
[0011]在另一實施例中，第三情況是瞬時工況。
[0012]當單獨或結合附圖時從以下【具體實施方式】看本實用新型的上述優點和其它優點以及特徵將非常明顯。
[0013]應當理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹構思的選擇，這些構思在【具體實施方式】中被進一步描述。這並不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或基本特徵，要求保護的主題的範圍被緊隨【具體實施方式】之後的權利要求唯一地限定。另外，要求保護的主題不限於解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1示出了渦輪增壓發動機的示意圖。
[0015]圖2示出了根據本公開的多轉子渦輪增壓器的示意圖。
[0016]圖3八示出了根據本公開的示例多轉子渦輪增壓器。
[0017]圖38示出了根據本公開的示例多轉子反向旋轉渦輪增壓器。
[0018]圖4八-4(:示出了示例渦輪增壓器速度三角形映射圖。
[0019]圖5示出了用於使多轉子渦輪增壓器運轉的示例方法。
【具體實施方式】
[0020]本說明涉及內燃發動機諸如在圖1中示出的發動機中的多轉子渦輪增壓器。如圖2、3八和38所示，這種多轉子渦輪增壓器包括具有多個壓縮機轉子或等級(級，^仏陰)的壓縮機和具有多個渦輪轉子或等級的渦輪。每個壓縮機轉子可以經由軸耦聯至對應的渦輪轉子，並且用於不同轉子對的不同軸可以被配置為以相同或相反方向旋轉，以便增加壓縮機和渦輪的不同等級之間的流動。如在圖4八-4(:中示出的速度圖所圖解的，這種反向旋轉的多轉子渦輪增壓器相對於在相同速度的單級渦輪增壓器可以具有增加的能量輸出。另外，如圖5的方法中所示，多轉子渦輪增壓器系統的每個轉子均能夠被設計為在發動機系統中以不同的運轉狀況完成不同的任務。
[0021]參照圖1，包含多個汽缸的內燃發動機10——其中一個氣缸在圖1中示出——由電子發動機控制器12控制。發動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36設置在其中，並且被連接至曲軸40。燃燒室30被顯示為經由各自的進氣門52和排氣門54與進氣歧管44和排氣歧管48連通。每個進氣和排氣門可以通過進氣凸輪51和排氣凸輪53運轉。進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55確定。進氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
[0022]示出了燃料噴射器66，其設置為將燃料直接噴射到汽缸30內，本領域技術人員稱之為直接噴射。可替代地，燃料可以被噴射至進氣道，本領域技術人員稱之為進氣道噴射。燃料噴射器66與控制器12提供的脈衝寬度成比例地輸送液體燃料。燃料通過包括燃料箱、燃料泵和燃料集合管(未不出)的燃料系統(未不出)輸送至燃料噴射器66。
[0023]發動機10包括多轉子渦輪增壓器103，其包括壓縮機162和渦輪164。通過壓縮機162向進氣歧管44供應空氣。排氣使被耦聯至軸161的渦輪164內的一個或更多個轉子旋轉，由此驅動壓縮機162中的一個或更多個轉子。如在下文中關於圖2和圖3八-圖38更詳細地描述的，壓縮機162可以包括在壓縮機內形成不同等級的多個不同的轉子。例如，壓縮機162可以包括徑向轉子、軸向轉子和/或混流0:11x6(1行冊)轉子，其中混流轉子具有介於徑向與軸向設計中間的幾何形狀。
[0024]同樣，渦輪164可以包括在渦輪內形成不同等級的多個不同的轉子。例如，渦輪164可以包括徑向轉子、軸向轉子和/或混流轉子。另外，如在下文中更詳細地描述的，軸161可以包括多個軸，其中多個軸中的每個軸將壓縮機中的轉子與相關聯的渦輪中的轉子耦聯。
[0025]在一些示例中，可以包括旁通通道77，以便排氣可以在所選工況期間繞過渦輪164。可以經由廢氣門75調節通過旁通通道77的流量。另外，在一些示例中，可以提供壓縮機旁通通道86，以限制由壓縮機162提供的壓力。可以經由閥85調節通過旁通通道86的流量。此外，進氣歧管44被示為與中心節氣門62連通，中心節氣門62調節節流板64的位置，以控制來自發動機進氣1111:46)42的氣流。中心節氣門62可以被電動運轉。
[0026]響應於控制器12，無分電器點火系統88經由火花塞92向燃燒室30提供點火電火花，用於點燃空氣燃料混合物。在其他示例中，發動機可以是不具有點火系統的壓縮點火發動機，諸如柴油發動機。通用排氣氧(服⑶)傳感器126被顯示為耦連至催化轉換器70上遊的排氣歧管48。可替代地，雙態排氣氧傳感器可以替代服⑶傳感器126。
[0027]在一個示例中，轉換器70可以包括多塊催化劑磚。在另一示例中，可以使用每個均具有多塊磚的多個排放控制裝置。在一個示例中，轉換器70可以是三元型催化劑。
[0028]控制器12在圖1中被示為常規微型計算機，其包括:微處理器單元102、輸入/輸出埠 104、只讀存儲器106、隨機存取存儲器108、保活存儲器110和常規數據總線。控制器12被顯示接收來自耦聯到發動機10的傳感器的各種信號，除之前討論的那些信號之外，包括:來自耦聯到冷卻套筒114的溫度傳感器112的發動機冷卻液溫度(￡0 ；耦聯到加速器踏板130用於感測腳132調整的加速器位置的位置傳感器134 ；來自耦聯到進氣歧管44的壓力傳感器121的發動機歧管壓力(嫩?)的測量結果；來自感測曲軸40位置的霍爾傳感器118的發動機位置傳感器；來自傳感器120 (例如，熱線空氣流量計)的進入發動機的空氣品質的測量結果；以及來自傳感器58的節氣門位置的測量結果。也可以感測大氣壓力(傳感器未示出)，用於控制器12進行處理。在本實用新型的優選方面，發動機位置傳感器118在凸輪軸的每個旋轉均產生預定數量的等間距脈衝，根據其能夠確定發動機轉速(即的。
[0029]在一些示例中，發動機可以被耦聯至混合動力車輛中的電動機/電池系統。混合動力車輛可以具有並聯配置、串聯配置或其變化或者組合。另外，在一些實施例中，可以採用其他發動機配置，例如柴油發動機。
[0030]在運轉期間，發動機10內的每個汽缸通常經歷四個衝程循環:循環包括進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。一般來說，在進氣衝程期間，排氣門54關閉，而進氣門52打開。空氣經由進氣歧管44引入燃燒室30，並且活塞36移動至汽缸的底部，以便增加燃燒室30內的體積。活塞36在汽缸底部附近並在其衝程結束的位置(例如，當燃燒室30處於其最大體積時)通常被本領域技術人員稱為下止點(800.在壓縮衝程期間，進氣門52和排氣門54關閉。活塞36朝向汽缸蓋移動，以便壓縮燃燒室30內的空氣。活塞36在其衝程結束並最接近汽缸蓋的位置(例如，當燃燒室30處於其最小體積時)通常被本領域技術人員稱為上止點(10(:)0在下文中被稱為噴射的過程中，燃料被引入燃燒室。在下文中被稱為點火的過程中，被噴射的燃料通過已知的點火裝置如火花塞92點燃，從而導致燃燒。在膨脹衝程期間，膨脹的氣體將活塞36推回至80(^曲軸40將活塞運動轉換為旋轉軸的旋轉扭矩。最後，在排氣衝程期間，排氣門54打開，以將已燃燒的空氣-燃料混合物釋放至排氣歧管48，並且活塞返回至XIX:。注意，上述內容僅作為示例進行描述，並且進氣和排氣門打開和/或關閉正時可以改變，諸如以提供正或負氣門重疊、進氣門延遲關閉或各種其他示例。
[0031]圖2示出了多轉子渦輪增壓器103的橫截面的示意圖。渦輪增壓器103包括經由軸系統161耦聯的壓縮機162和渦輪164。如在下文中更詳細地描述的，軸系統161可以包括耦聯被包括在壓縮機和渦輪中的不同轉子對的多個同心軸。壓縮機162包括空氣進口218，例如，新鮮空氣進口，和壓縮空氣出口。渦輪164包括排氣進口 222和排放出口 224。例如，進口 218可以從圖1中示出的進氣42接收新鮮空氣，並且可以經由出口 220將壓縮空氣輸出到發動機10的進氣歧管44內。渦輪進口 222可以從排氣歧管48接收排氣，其可以被用來驅動渦輪中的渦輪轉子。在離開到達大氣之前，排氣可以經由渦輪出口 224被排放到排氣後處理系統例如，排放控制裝置70內。
[0032]壓縮機162包括多個壓縮機轉子202，例如，一個或更多個壓縮機轉子，並且渦輪164包括多個渦輪轉子204，例如，一個或更多個渦輪轉子。在一些示例中，多個壓縮機轉子202可以至少包括第一壓縮機轉子206和第二壓縮機轉子208，並且多個渦輪轉子204可以至少包括第一渦輪轉子210和第二渦輪轉子212。壓縮機和渦輪均可以包括任何數量的轉子，例如，壓縮機可以包括兩個、三個或四個不同的轉子，並且渦輪可以包括兩個、三個或四個不同的轉子。被包括在壓縮機和渦輪中的轉子可以具有任何合適的構造。例如，壓縮機162中的多個壓縮機轉子202可以包括僅徑向或離心轉子、僅軸向轉子、僅混流轉子、或徑向、軸向和/或混流轉子的組合。同樣，渦輪164中的多個渦輪轉子204可以包括僅徑向或離心轉子、僅軸向轉子、僅混流轉子、或徑向、軸向和/或混流轉子的組合。
[0033]例如，第一壓縮機進口等級206可以是徑向的，第二壓縮機出口等級208可以是軸向的，第一渦輪進口等級210可以是軸向的，而第二渦輪出口等級212可以是徑向的。作為另一示例，第一壓縮機進口等級206可以是軸向的，第二壓縮機出口等級208可以是徑向的，第一渦輪進口等級210可以是徑向的，而第二渦輪出口等級212可以是軸向的。作為另一示例，第一壓縮機進口等級206和第二壓縮機出口等級212中的至少一個可以是混流的。應當理解，徑向、軸向和/或混流轉子的其他組合可以被包括在渦輪增壓器103中。多轉子渦輪增壓器103的每個轉子均能夠被設計為在發動機系統中以不同的運轉狀況完成不同的任務，如關於圖5進一步描述的。
[0034]渦輪增壓器103中的每個轉子包括多個葉片，其被配置為當空氣以一入射角被引導至葉片時引起轉子旋轉。轉子的旋轉方向可以由葉片的角度指定。例如，第一壓縮機206包括葉片226，第二壓縮機轉子208包括葉片228，第一渦輪轉子210包括葉片230，而第二渦輪轉子212包括葉片232。
[0035]渦輪增壓器103中的每個轉子被機械地耦聯至軸。例如，第一壓縮機轉子206被耦聯至軸214，而第二壓縮機轉子208被耦聯至軸216。每個壓縮機轉子可以具有相關聯的渦輪轉子，並且可以被耦聯至與其相關聯的渦輪轉子共同的軸。例如，第二渦輪轉子212可以與第一壓縮機轉子206相關聯，並且還可以被耦聯至軸214。同樣，第一渦輪轉子210可以與第二壓縮機轉子208相關聯，並且還可以被耦聯至軸216。耦聯不同的相關聯的壓縮機和渦輪轉子對的軸可以被配置為沿不同的方向旋轉。例如，耦聯轉子206和212的軸214可以以第一方向旋轉，而I禹聯轉子208和210的軸216可以以與第一方向相反的第二方向旋轉。例如，軸214可以沿逆時針方向旋轉，而軸216可以順時針方向旋轉。因此，軸系統161可以包括耦聯不同的渦輪和壓縮機轉子對的多個不同的軸，並且軸系統161中的每個軸均可以被配置為獨立於軸系統161中其他軸旋轉，以便交替的相關聯的渦輪和壓縮機轉子對可以圍繞它們各自的軸沿不同的方向旋轉。
[0036]例如，第一壓縮機轉子206和第二渦輪轉子212可以被配置為圍繞軸214沿第一方向旋轉，而鄰近壓縮機轉子206的壓縮機轉子和鄰近渦輪轉子212的渦輪轉子可以被配置為沿與第一方向相反的第二方向旋轉。例如，在通過壓縮機162的空氣流的方向上，壓縮機162可以包括第一轉子、第二轉子和第三轉子，第一轉子之後是第二轉子，第二轉子之後是第三轉子等。在這個示例中，第一轉子可以以第一方向旋轉，第二轉子可以以與第一方向相反的第二方向旋轉，而第三轉子還可以以第一方向旋轉，以便旋轉方向在壓縮機和渦輪的連續的(811)386(1116111:)等級之間交替變化。以此方式，在壓縮機和潤輪中，空氣可以引導入射至每個連續轉子等級的葉片，而不使用輪葉或定子使空氣流在渦輪增壓器的不同等級之間改變方向，從而導致通過渦輪增壓器的氣流損失降低以及渦輪增壓器輸出增加。
[0037]在一些示例中，在某些情況期間，可以繞過通過渦輪增壓器103中的一個或更多個轉子的氣流。因此，在一些示例中，渦輪增壓器103中的至少一個轉子可以包括被配置為引導氣流遠離轉子的旁通管道。例如，旁路234可以被包括在渦輪增壓器103中，以引導氣流遠離或圍繞壓縮機轉子206，旁路236可以被配置為引導氣流遠離壓縮機轉子208，旁路238可以被配置為引導氣流遠離渦輪轉子210，以及旁路240可以被配置為引導氣流遠離渦輪轉子212。以此方式，在某些情況期間，不同的轉子可以被選擇性地使用，以壓縮空氣或驅動渦輪增壓器。
[0038]例如，在第一情況期間，可以期望僅利用第一轉子206向發動機供應壓縮空氣。在這個示例中，旁路236可以被啟動，以引導空氣流遠離壓縮機轉子208，以便來自轉子206的壓縮空氣不會流過轉子208，反而經由出口 220提供給發動機。作為另一示例，在第二情況期間，可以期望僅利用第二轉子208向發動機供應壓縮空氣。在這個示例中，旁路234可以被啟動，以引導空氣流遠離壓縮機轉子208，以便自管道218接收的進氣繞過轉子206，並且被引導至轉子208進行壓縮。
[0039]同樣，在某些情況期間，可以繞過不同的渦輪轉子，以驅動渦輪增壓器。例如，在第一情況期間，可以期望僅利用第一渦輪轉子210驅動渦輪。在這個示例中，旁路240可以被啟動，以引導氣流圍繞渦輪轉子212，以便來自轉子210的排氣不會流過轉子212，反而經由出口 224排放至大氣。作為另一示例，在第二情況期間，可以期望僅利用第二渦輪轉子212驅動渦輪。在這個示例中，旁路238可以被啟動，以引導氣流遠離渦輪轉子210，以便自管道222接收的排氣繞過轉子210，並且被引導至轉子212。
[0040]圖3八示出了具有兩級壓縮機162和兩級渦輪164的第一示例多轉子渦輪增壓器103。圖3八中示出的相同編號對應於在上文中描述的圖2中示出的相同編號的元件。在這個示例中，壓縮機162包括軸向第一級轉子206和混流第二級轉子208，而渦輪164包括混流第一級轉子210和軸向第二級轉子212。例如，轉子206可以是低壓軸向壓縮機葉輪(^061)，而轉子208可以是高壓徑向壓縮機葉輪。同樣，轉子212可以是低壓軸向渦輪葉輪，而轉子210可以是高壓徑向渦輪葉輪。儘管圖3八示出了軸向第一壓縮機等級、混流第二壓縮機等級、混流第一渦輪等級和軸向第二渦輪等級，但應當理解，可以使用利用軸向、徑向和/或混流等級的組合的其他構造。例如，第一壓縮機等級和第二渦輪等級可以是徑向的，和/或第二壓縮機等級和第一渦輪等級可以是徑向的或軸向的。
[0041]第一壓縮機轉子206和第二渦輪轉子212都被耦聯至第一軸214。第二壓縮機轉子208和第一渦輪轉子210被耦聯至與第一軸214不同的第二軸216。在這個示例中，轉子206和212以及軸214被配置為以方向302——例如，逆時針方向——旋轉，而轉子208和210以及軸216被配置為以與方向302相同的方向304旋轉。在這個示例中，渦輪增壓器103可以在渦輪和壓縮機中每一個的兩級之間包括多個定子或引導輪葉233和235，從而在渦輪增壓器的不同等級之間引導氣流。
[0042]圖38示出了具有兩級壓縮機162和兩級渦輪164的另一示例多轉子渦輪增壓器103。圖38中示出的相同編號對應於在上文中描述的圖2中示出的相同編號的元件。在這個示例中，壓縮機162包括軸向第一級轉子206和混流第二級轉子208，而渦輪164包括混流第一級轉子210和軸向第二級轉子212。例如，轉子206可以是低壓軸向壓縮機葉輪，而轉子208可以是高壓徑向壓縮機葉輪。同樣，轉子212可以是低壓軸向渦輪葉輪，而轉子210可以是高壓徑向渦輪葉輪。儘管圖38示出了軸向第一壓縮機等級、混流第二壓縮機等級、混流第一渦輪等級和軸向第二渦輪等級，但應當理解，可以使用利用軸向、徑向和/或混流等級的組合的其他構造。例如，第一壓縮機等級和第二渦輪等級可以是徑向的，和/或第二壓縮機等級和第一渦輪等級可以是徑向的或軸向的等。
[0043]第一壓縮機轉子206和第二渦輪轉子212都被耦聯至第一軸214。第二壓縮機轉子208和第一渦輪轉子210被耦聯至與第一軸214不同的第二軸216。在這個示例中，轉子206和212以及軸214被配置為以第一方向302，例如，逆時針方向，旋轉，而轉子208和210以及軸216被配置為沿與第一方向302相反的第二方向304，例如，順時針方向，旋轉。由於壓縮機和渦輪中的兩級被配置為反向旋轉，渦輪增壓器103可以不在渦輪和壓縮機中每一個的兩級之間包括任何定子或引導輪葉。
[0044]圖4八在402處針對單級渦輪、圖48在404處針對雙級渦輪、圖40在406處針對雙級反向旋轉渦輪示出了示例代表性渦輪增壓器速度三角形映射圖。例如，在406處示出的速度三角形可以表示在上文中描述的圖3八-圖38中示出的渦輪164的速度三角形。這裡，V表示絕對速度矢量，而I表示相對速度矢量4是轉子旋轉速度，位置1是等級的進口，而位置2是出口。
[0045]如圖扣所示，出口矢量\和12相對於402和404處示出的單旋轉渦輪在406處示出的反向旋轉渦輪上徹底改變方向。相比於單級渦輪，通過使用兩級渦輪，可以增加渦輪的能量輸出，從而導致具有相似瞬時特性的更高的發動機比輸出，或喘振極限的增加以及到達用於發動機運轉的扭矩的時間減少。另外，由於去除了級間定子以及其在反向旋轉雙態渦輪(諸如圖3八-圖38中示出的)中的流動損失，因此總效率會高於軸沿單方向旋轉的傳統渦輪。此外，反向旋轉速度在單旋轉速度下可以保持恆定，從而在相似的喘振極限下增加了兩級壓縮機的壓力比，並且增加了進入內燃發動機的增壓壓力，這能夠增加比輸出。相反，渦輪轉子和壓縮機轉子能夠減小尺寸，從而導致與單旋轉渦輪相似的穩態分析。兩級渦輪葉輪的更低慣性會導致瞬時性能益處，諸如減小的渦輪遲滯「1140 1^),或減少到達扭矩的時間。
[0046]圖5示出了用於使多轉子渦輪增壓器，諸如在上文中描述的圖2和圖3八-圖38中示出的渦輪增壓器，運轉的示例方法500。如上所述，多轉子渦輪增壓器系統的每個轉子能夠被設計為在發動機系統以不同的運轉狀況完成不同的任務。例如，兩個轉子能夠被設計為使每個轉子以相似的狀況運轉，以平衡系統中的空氣動力學負荷與機械負荷。可以控制轉子的旋轉速度以減速，或在系統中繞過通過轉子的氣流以降低發動機泵吸功，並且進一步增加發動機的低端運轉範圍。
[0047]在502處，方法500包括確定進入情況是否滿足。進入情況可以包括增壓發動機情況，其可以由各種發動機運轉參數——諸如踩加速器踏板或放加速器踏板事件——的變化或發動機轉速和/或負荷的變化引起。
[0048]如果在502處進入情況滿足，則方法500進行到504。在504處，方法500包括渦輪增壓器的反向旋轉等級。如上所述，壓縮機的不同等級可以被配置為沿相反的方向旋轉，並且渦輪的不同等級可以被配置為沿不同的方向旋轉。通過使壓縮機或渦輪中的連續的等級反向旋轉，渦輪增壓器可以不包括設置在連續的等級之間的輪葉引導(妨!！ ^1(168)或定子。去除這些部件會導致流動損失減低以及輸出增加。
[0049]在506處，方法500包括確定工況。例如，發動機工況，諸如發動機溫度、排氣溫度、發動機轉速、發動機負荷等，可以被用來調整多級渦輪增壓器的運轉，以便渦輪增壓器中的每個等級基於發動機工況被選擇性地用來進行運轉。例如，在低發動機轉速或負荷期間，壓縮機和/或渦輪中的低壓等級可以被用來為發動機提供壓縮空氣和/或驅動渦輪，而在高發動機轉速或負荷情況期間，壓縮機和/或渦輪中的高壓等級可以被用來為發動機提供壓縮空氣和/或驅動發動機。作為另一示例，例如在瞬時情況期間，可以以相似的狀況使壓縮機和渦輪中的兩個轉子運轉，以平衡系統中的空氣動力學負荷和機械負荷。
[0050]在508處，方法500包括確定第一情況是否存在。例如，第一情況可以是低發動機轉速或低發動機負荷情況，例如，確定第一情況是否存在可以包括確定發動機轉速或發動機負荷是否低於閾值。如果在508處第一情況存在，那麼方法500進行到510。
[0051]在510處，方法500包括從渦輪增壓器的第一級供應壓縮空氣。例如，渦輪增壓器的第一級可以是低壓等級，諸如在圖2中示出的低壓軸向等級206和212。在低發動機轉速/負荷發動機運轉期間，渦輪增壓器的第一低壓等級可以被用來例如經由轉子206為發動機提供提壓縮空氣，以及例如經由轉子212驅動渦輪。在一些示例中，在第一情況期間，可以繞過渦輪增壓器中的第二級。例如，旁路236可以被激活，以便轉子208不被用來向發動機供應壓縮空氣。作為另一示例，旁路238可以被激活，以便在第一情況期間渦輪轉子210可以不被用來驅動渦輪增壓器。
[0052]在512處，方法500包括調整發動機工況。可以被調整的發動機運轉參數的示例包括空燃比、節氣門位置、氣門重疊、點火正時等。例如，可以增加氣門重疊，和/或可以增加點火延遲，例如，可以延遲火花正時。例如，可以以發動機至少一個汽缸中的第一量的正氣門重疊使發動機運轉，和/或可以以發動機至少一個汽缸中的第一量的火花延遲使發動機運轉。在一些示例中，可以以第一增加量的燃料使發動機運轉。
[0053]如果在508處第一情況不存在，那麼方法500進行到514，以確定第二情況是否存在。例如，第二情況可以是高發動機轉速或高發動機負荷情況。例如，確定第二情況是否存在可以包括確定發動機轉速或發動機負荷是否大於閾值。如果在514處第二情況存在，那麼方法500進行到516。
[0054]在516處，方法500包括從渦輪增壓器的第二級供應壓縮空氣。例如，渦輪增壓器的第二級可以是高壓等級，諸如在圖2中示出的高壓徑向等級208和210。在高發動機轉速/負荷發動機運轉期間，渦輪增壓器的第二高壓等級可以被用來例如經由轉子208為發動機提供提壓縮空氣，以及例如經由轉子210驅動渦輪。在一些示例中，在第二情況期間，可以繞過渦輪增壓器中的第一級。例如，旁路234可以被激活，以便轉子206不被用來向發動機供應壓縮空氣。作為另一示例，旁路240可以被激活，以便在第二情況期間渦輪轉子212可以不被用來驅動渦輪增壓器。在518處，方法500包括調整工況，如在上文中關於步驟512所描述的。
[0055]如果在514處第二情況不存在，那麼方法500進行到520，以確定第三情況是否存在。例如，第三情況可以是渦輪增壓器例如響應於駕駛者踩加速器踏板或放加速器踏板而正在加速或減速的瞬時情況。如果在520處第三情況存在，那麼方法500進行到522。
[0056]在522處，方法500包括從渦輪增壓器的第一和第二級供應壓縮空氣。例如，第一和第二壓縮機轉子206和208都可以被接連使用，同時反向旋轉以壓縮空氣向發動機供應。另外，第一和第二反向旋轉渦輪轉子210和212都可以被用來驅動渦輪增壓器。例如，通過在第三情況期間使用壓縮機和渦輪中的每一個的兩個轉子，可以增加瞬時響應，並且可以平衡系統中的空氣動力學負荷與機械負荷。在524處，方法500包括調整工況，如在上文中關於步驟512所描述的。
[0057]應認識到，在本文中所公開的配置和程序本質上是示範性的，並且這些具體的實施例不被認為是限制性的，因為許多變化是可能的。例如，上述技術能夠應用於7-6、1-4、1-6、7-12、對置4缸和其它發動機類型。本公開的主題包括在本文中所公開的各種系統和構造以及其它特徵、功能和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0058]本申請的權利要求具體地指出某些被認為是新穎的和非顯而易見的組合和子組合。這些權利要求可能涉及「一個(冊)」要素或「一個第一」要素或其等同物。這些權利要求應當被理解為包括一個或多個這樣的要素的加入，既不要求也不排除兩個或多個這樣的要素。所公開的特徵、功能、元件和/或特性的其他組合和子組合可通過修改現有權利要求或通過在這個或關聯申請中提出新的權利要求而得到保護。這些權利要求，無論與原始權利要求範圍相比更寬、更窄、相同或不相同，都被認為包括在本公開主題內。
【權利要求】
1.多轉子渦輪增壓器，包括: 壓縮機，其包括多個壓縮機轉子；以及 渦輪，其包括多個渦輪轉子，所述渦輪轉子能夠以單旋轉或反向旋轉方向旋轉。
2.權利要求1所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述多個壓縮機轉子包括至少第一和第二壓縮機轉子，並且所述多個單或反向旋轉渦輪轉子包括至少第一和第二渦輪轉子，其中所述第一壓縮機轉子經由可以第一方向旋轉的第一軸耦聯至所述第二渦輪轉子，並且所述第二壓縮機轉子經由可以與所述第一方向相同或相反的第二方向旋轉的第二軸耦聯至所述第一渦輪轉子。
3.權利要求2所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子是軸向的，所述第二壓縮機轉子是徑向的，所述第一渦輪轉子是徑向的，並且所述第二渦輪轉子是軸向的。
4.權利要求2所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子是徑向的，所述第二壓縮機轉子是軸向的，所述第一渦輪轉子是軸向的，並且所述第二渦輪轉子是徑向的。
5.權利要求2所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一和第二壓縮機轉子是軸向的，和/或所述第一和第二渦輪轉子是軸向的。
6.權利要求2所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子、所述第二壓縮機轉子、所述第一渦輪轉子和所述第二渦輪轉子中的至少一個是混流轉子。
7.權利要求1所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述多個反向旋轉壓縮機轉子和所述多個反向旋轉渦輪轉子中的至少一個包括被配置為引導氣流遠離所述轉子的旁路。
8.權利要求1所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述多個反向旋轉壓縮機轉子和所述多個反向旋轉渦輪轉子中的每個轉子包括被配置為引導氣流遠離所述轉子的旁路。
9.權利要求1所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述渦輪增壓器不包括設置在連續的壓縮機轉子或連續的渦輪轉子之間的引導輪葉。
10.多轉子渦輪增壓器，包括: 壓縮機，其包括至少第一和第二壓縮機轉子； 渦輪，其包括至少第一和第二渦輪轉子，其中所述第一壓縮機轉子經由可以第一方向旋轉的第一軸耦聯至所述第二渦輪轉子，並且所述第二壓縮機轉子經由可以與所述第一方向相反的第二方向旋轉的第二軸耦聯至所述第一渦輪轉子。
11.權利要求10所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子是軸向的，所述第二壓縮機轉子是混流的，所述第一渦輪轉子是混流的，並且所述第二渦輪轉子是軸向的。
12.權利要求10所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子是徑向的，所述第二壓縮機轉子是混流的，所述第一渦輪轉子是混流的，並且所述第二渦輪轉子是徑向的。
13.權利要求10所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子、所述第二壓縮機轉子、所述第一渦輪轉子和所述第二渦輪轉子中的至少一個是混流轉子，並且包括被配置為引導氣流遠離所述轉子的旁路。
14.權利要求10所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述第一壓縮機轉子、所述第二壓縮機轉子、所述第一渦輪轉子和所述第二渦輪轉子的每個均包括被配置為引導氣流遠離所述轉子的旁路。
15.權利要求10所述的多轉子渦輪增壓器，其中所述渦輪增壓器不包括設置在所述第一和第二壓縮機轉子或所述第一和第二渦輪轉子之間的引導輪葉。
【文檔編號】F01D5/06GK204226227SQ201420065598
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年2月14日 優先權日:2013年2月15日
【發明者】K·D·米亞戈維茨 申請人:福特環球技術公司