用于内燃机的增压单元和内燃机的制作方法
用于内燃机的增压单元和内燃机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的增压单元(Aufladeeinheit)和一种根据权利要求10的前序部分的内燃机。
【背景技术】
[0002]此处所谈及的类型的内燃机和用于内燃机的增压单元是已知的。这样的增压单元通过从内燃机流入的废气来驱动且用于压缩输送给内燃机的增压空气。两级的增压单元(其包括高压部分和低压部分)用于提升压缩效率和更好地利用废气流的能量。由德国公开文件DE 27 52 988 Al已知一种用于内燃机的增压单元，其具有由内燃机的废气流过的高压涡轮，高压涡轮将高压压缩机驱动成围绕第一轴线旋转运动。其此外包括低压涡轮，其同样由废气流过，其中，低压涡轮将低压压缩机驱动成围绕第二轴线旋转运动。高压涡轮和高压压缩机布置在共同的轴上，其旋转轴线限定第一轴线。低压涡轮和低压压缩机布置在共同的轴上，其旋转轴线限定第二轴线。第一和第二轴线彼此垂直布置。来自内燃机的废气首先流过高压涡轮且从其(在流动方向上观察)到达低压涡轮。用于内燃机的增压空气首先通过低压压缩机来压缩且然后为了进一步压缩被输送至高压压缩机。显示出，该布置需要比较大的结构空间，其中，这两个涡轮和压缩机彼此的在流动技术上的布置也不是最佳的。
【发明内容】
[0003]本发明因此目的在于提供一种增压单元和一种内燃机，其中，增压单元具有特别紧凑的构建方式及不仅高压涡轮和低压涡轮而且低压压缩机和高压压缩机的串联的在流动技术上特别有利的布置。
[0004]该目的通过提供一种带有权利要求1的特征的增压单元来实现。
[0005]该增压单元特征在于，高压涡轮抗扭地布置在第一轴上。高压压缩机抗扭地布置在第二轴上，其中，第一和第二轴彼此平行定向且在垂直于其纵轴线的方向上观察彼此错开布置。第一和第二轴优选地互相机械地处于有效连接中，使得高压压缩机可通过高压涡轮驱动。代替共同的轴即为一方面高压涡轮和另一方面高压压缩机设置有两个不同的轴，其彼此平行取向且彼此错开布置。由此，增压单元的高压部分的结构长度与高压涡轮和高压压缩机布置在共同的轴上相比被缩短，且高压涡轮和高压压缩机可特别紧凑地相对于由低压涡轮和低压压缩机构成的低压部分来布置。由此尤其还可能比已知的情况更有利地来设计一方面从高压涡轮至低压涡轮而另一方面从低压压缩机至高压压缩机的在流动技术上的布置。第一轴与第二轴的优选地机械的有效连接确保高压压缩机可通过高压涡轮驱动。
[0006]优选一增压单元，其特征在于，第一和第二轴线彼此以至少80°至最高120°的角度来布置。优选地，其彼此以90°的角度来布置。因此，第二轴线(低压压缩机可围绕其旋转)不仅垂直于第一轴而且垂直于第二轴，其中，第二轴的旋转轴线限定第一轴线。增压单元的高压部分和低压部分的布置由此可能特别紧凑，其中，低压压缩机和低压涡轮可近似横向于一方面高压压缩机和另一方面高压涡轮来布置。由此还改善部件彼此间的流动技术上的连接。
[0007]还优选一增压单元，其特征在于，低压压缩机和低压涡轮抗扭地布置在共同的第三轴上。在该情况中第三轴的旋转轴线限定第二轴线。第三轴优选地横向地布置在一方面第一轴和另一方面第二轴之上，由此该布置特别紧凑地且在流动技术上有利地来设计。
[0008]还优选一增压单元，其特征在于，第一和第二轴通过齿轮传动装置(Zahnradtrieb)相互机械地有效连接。在此可能的是，第一轴包括第一齿轮，其抗扭地布置在该轴上，其中，第二轴包括抗扭地布置在其上的第二齿轮，且其中，第一齿轮和第二齿轮直接共同作用。以该方式在高压涡轮与高压压缩机之间提供特别简单的机械的有效连接。第一和第二齿轮可具有相同的直径或不同的直径。如果其具有不同的直径，在高压涡轮与高压压缩机之间可实现增速或减速。备选地可能的是，在第一齿轮与第二齿轮之间布置有至少一个第三齿轮。尤其可能的是，在第一与第二齿轮之间布置有传动机构(Getriebe)，其包括至少两个另外的齿轮。在这样的实施例中还可能在第一与第二齿轮之间实现变速。此外可能通过将驱动力矩引入传动机构中机械地辅助高压涡轮且由此附加地驱动高压压缩机。
[0009]在一备选的实施例中还可能的是，第一和第二轴借助于所谓的电气轴有效连接。在此，高压涡轮经由第一轴驱动产生电流(其被提供以使电动机运行)的发电机，其驱动器是第二轴或者与第二轴有效连接，使得高压压缩机可通过电动机驱动。该实施例使高压涡轮和高压压缩机相对于彼此能够更灵活地布置。
[0010]还优选一增压单元，其特征在于，齿轮传动装置具有抗扭地布置在第一轴上的第一齿轮、抗扭地布置在第二轴上的第二齿轮和至少一个第三齿轮。在此，第一齿轮与第二齿轮经由该至少一个第三齿轮中继地处于有效连接中。优选地，第三齿轮抗扭地布置在第四轴。在此可能的是，第一、第二和第三齿轮具有相同的直径或不同的直径。在此还可能的是，两个齿轮相应具有相同的直径，其中，剩下的齿轮具有不同的直径。以该方式在高压涡轮与高压压缩机之间可实现减速或增速。无论如何，高压压缩机经由由第一、第二和第三齿轮构成的齿轮传动装置中继可通过高压涡轮驱动。
[0011]就此而言优选一增压单元，其特征在于驱动单元，驱动单元可带到与第四轴有效连接。由此，驱动单元的驱动扭矩可引入齿轮传动装置中、即到第三齿轮中。由此可机械地来辅助高压涡轮，或者说附加地或必要时还备选于由高压涡轮提供的驱动还尤其辅助性地通过驱动单元来驱动高压压缩机。这尤其设置成在内燃机的低转速中消除所谓的涡轮空洞(Turboloch)，在该情况下还未准备好足以有效地驱动高压压缩机的废气流。尤其在内燃机的低转速范围中在此还可能的是，高压压缩机几乎仅或者仅通过驱动单元来驱动，而高压涡轮由于不足的废气流动几乎不起作用。
[0012]还优选一增压单元，其特征在于，驱动单元具有输出轴，其借助于离合器(Kupplung)可带到与第四轴有效连接。以此可能在需要时接通驱动单元而在不需要其时将其与第四轴机械地分离。由此尤其避免尤其当存在充足的废气流动时在一定的功能状态中必须由高压涡轮来带动驱动单元，从而不需要由驱动单元附加辅助。因此避免将从高压涡轮发出的功率分出以带动驱动单元。而如果驱动单元借助于离合器与第四轴机械地分离，高压涡轮的全部驱动功率供高压压缩机使用。
[0013]最后优选一增压单元，其特征在于，驱动单元构造为电动机。这是有利的，因为在该情况中不需要与内燃机的机械的有效连接，使得驱动单元可灵活地定位和灵活地操控。
[0014]最后优选一增压单元，其特征在于阀，通过该阀可开启用于废气的流动途径(Stroemungpfad)，通过该流动途径废气可从内燃机流至低压祸轮。流动途径在此绕过高压涡轮，其相应地构造为高压涡轮旁路。流动途径优选地还可通过阀锁闭。在一实施例中，阀相应地刚好具有两个状态，其中，流动途径在阀的打开状态中可开启而在阀的关闭状态中可锁闭。如果流动途径被锁闭，所有来自内燃机的废气流过高压涡轮且从其继续流至低压涡轮。而如果流动途径被开启，来自内燃机的废气的至少一部分通过流动途径绕过高压涡轮而直接流至低压祸轮。根据内燃机的运转点(Betriebspunkt)由此可能通过流入串联的两个涡轮或者通过至少部分地绕过高压涡轮改变增压单元的压缩功率。如果至少部分地绕过高压涡轮，在此在增压单元中有较少的压缩功率供使用。
[0015]在一优选的实施例中阀构造成可调节，其中，其可在关闭状态与打开状态之间占据至少一个分立的中间阶段、然而优选地在这些状态之间关于其通过在横截面上连续可变。在该情况中增压单元的压缩功率可特别灵活地匹配于内燃机的运转点。优选地，阀可通过发动机控制装置根据内燃机的运转点操控，使得增压单元的压缩功率可由发动机控制装置调节。相应地实现两级调节的增压。
[0016]根据本发明一特别有利的实施方案，存在用于产生扭矩的驱动单元，其可带到与第二轴有效连接，使得高压压缩机可借助于可由驱动单元产生的扭矩驱动。由此有利地，高压压缩机能够可备选或附加于高压涡轮被驱动和加速。这使增压单元的改善的响应性能成为可能。如果可供使用的废气流还不足以充分驱动高压涡轮，那么这尤其有利。
[0017]在本发明的另一有利的设计方案中，高压压缩机和低压压缩机彼此布置成使得在其之间构造有直的流动路径用于增压空气。由此有利地确保增压单元的紧凑的布置。此外在无偏转且压力损失特别小的情况下提供增压空气的流入。
[0018]有利地，高压涡轮和低压涡轮彼此布置成使得在其之间构造有直的流动路径用于废气。由此有利地确保增压单元的特别紧凑的布置。此外在无偏转且压力损失特别小的情况下提供废气的流入。
[0019]通过提供一种带有权利要求13的特征的内燃机，还实现该目的。其特征在于根据前述实施例中之一的增压单元。就此而言在内燃机方面实现已与增压单元相联系所说明的优点。
【附图说明】
[0020]接下来根据附图来详细阐述本发明。在此，唯一的附图显示了增压单元的一实施例的示意性图示。
【具体实施方式】
[0021]该附图显示了增压单元I的示意性图示，其包括高压压缩机3，高压压缩机可通过高压涡轮5驱动成围绕第一轴线A1旋转运动。
[0022]此外设置有低压压缩机7，其可通过低压涡轮9驱动成围绕第二轴线^旋转运动。
[0023]如通过箭头P1所示，从未示出的内燃机处流过来的废气首先被输送给高压涡轮5 (废气流经其)，其中，废气驱动高压涡轮5。从高压涡轮5沿着箭头P2传输废气且输送给低压涡轮9，废气流经且在此驱动低压涡轮9。如通过箭头P3示意性所示，废气从低压涡轮9继续流动至未示出的且未详细阐述的废气系统。高压涡轮5和低压涡轮9相应地在废气的流动方向上观察相串联。
[0024]如通过箭头P4示意性所示，用于内燃机的增压空气首先流入低压压缩机7中，在那里其在第一级中被压 缩。通过箭头P5示意性示出，预压缩的增压空气从低压压缩机7继续流动至高压压缩机3。在其中增压空气在第二级中被进一步压缩且最后(如通过箭头P6示意性所示)被输送给内燃机。
[0025]总地来说，由此以本身已知的方式来利用废气流动的能量以压缩用于内燃机的增压空气。
[0026]高压涡轮5抗扭地布置在第一轴11上。高压压缩机3抗扭地布置在第二轴13上。在示出的实施例中第一轴11和第二轴13通过齿轮传动装置15机械地相互有效连接。如果相应地废气流过高压涡轮5，第一轴11被驱动且经由齿轮传动装置15在其方面驱动第二轴13，从而由此也驱动高压压缩机3。
[0027]显示出，第一轴11和第二轴13彼此平行取向。其分别具有纵轴线，其中，此处第二轴13的纵轴线与第一轴线A1重合。显示出，轴11、13(在垂直于其纵轴线的方向上观察)彼此错开布置。
[0028]低压压缩机7和低压涡轮9抗扭地布置在共同的第三轴17上。其相应地直接经由第三轴17机械地相互有效连接，使得当废气流过低压涡轮9且将其驱动成围绕第二轴线A2旋转运动时将低压压缩机7驱动成旋转运动。第三轴17在此具有旋转轴线，其此处与第二轴线A2重合。
[0029]显不出，第一轴线A1和第二轴线A 2在不出的实施例中彼此垂直布置。因此一方面第三轴17以及另一方面第一轴11和第二轴13也彼此垂直布置。在此，第三轴17近似横向布置在第一轴11和第二轴13之上，其中，低压压缩机7布置在高压压缩机3之上，且其中，另外低压涡轮9布置在高压涡轮5之上。
[0030]在此术语“在…之上”涉及根据附图的图示。当然可能的是，在一具体的实现方案中低压压缩机7在竖直方向上观察布置在高压压缩机3之上，其中，此外低压涡轮9布置在高压涡轮5之上。然而在另一实施例中还可能的是，低压压缩机7布置在高压压缩机3旁边，其中，低压涡轮9布置在高压涡轮5旁边。在一方面低压压缩机9和低压涡轮7与另一方面高压压缩机3和高压涡轮5之间在两个方向上错开布置(在垂直于附图的图画平面且在图像平面中如在附图中所示的轴线方向上观察)也是可能的。根据唯一的附图的图示相应地优选地相应于到图画平面上的投影，其中，增压单元I优选地从侧面或者在另一实施例中优选地从上面或还从下面示出。
[0031]根据附图的布置是特别有利的，因为轴11、13、17以及齿轮传动装置15沿着矩形的四边的由此产生的定位使增压单元I的特别紧凑的、交错的布置成为可能。此外一方面在高压涡轮5与低压涡轮9之间而另一方面在低压压缩机7与高压压缩机3之间的流动路径被缩短并且无多余偏转地特别简单地且带有较小压力损失地来设计。
[0032]齿轮传动装置15包括抗扭地布置在第一轴11上的第一齿轮19、抗扭地布置在第二轴13上的第二齿轮21和第三齿轮23。在此，第一齿轮19与第二齿轮21经由第三齿轮23中继地处于有效连接中。第一齿轮19即与第三齿轮23共同作用，使得当高压涡轮5通过废气来驱动时第三齿轮23被旋转驱动。第三齿轮23又与第二齿轮21共同作用，使得当第三齿轮23被驱动时第二齿轮21被驱动。在附图中所示的实施例中，齿轮19、21、23构造成一样大，使得就此而言实现高压涡轮的旋转运动1:1转化成高压压缩机的旋转运动。可能使齿轮19、21、23的直径相对于彼此改变，以实现在一方面高压涡轮5的与另一方面高压压缩机3的旋转运动之间的增速或减速。
[0033]同样在一实施例中可能的是，第一齿轮19直接与第二齿轮21共同作用，而未设置有第三齿轮23。还可能的是，在实施例中设置有多于一个第三齿轮23，其中，在第一齿轮19与第二齿轮21之间尤其可设置有传动机构。
[0034]第三齿轮23此处抗扭地布置在第四轴25上。
[0035]设置有驱动单元27，其优选地构造为电动机且其具有输出轴29。其经由离合器31可带到与第四轴25有效连接。此处可能在需要时将由驱动单元27施加的附加的扭矩引入齿轮传动装置15中且尤其到第三齿轮23中，以辅助高压涡轮5或驱动高压压缩机3。这尤其优选以便在内燃机的低转速中消除涡轮空洞。
[0036]此处设置成，驱动单元27和优选地还有离合器31可通过未示出的发动机控制装置操控，使得当内燃机具有应将附加的驱动功率引入齿轮传动装置15中的运转点时驱动单元27可被激活且经由离合器31与齿轮传动装置15有效连接。反过来可能的是，当内燃机具有不应将附加的驱动功率引入齿轮传动装置15的运转点时，离合器31尤其被发动机控制装置打开，其中，同时优选地使驱动单元27解除激活。那么如果在第四轴25与驱动单元27之间经由离合器31的机械的有效连接被松开，不必通过高压祸轮5来带动驱动单元，而是由高压涡轮提供的驱动功率完全被输送给高压压缩机3。
[0037]增压单元I此外包括优选地可调节的阀33，其同样优选地可通过发动机控制装置操控，以开启或锁闭或者优选地关于通过横截面连续地改变流动途径35，其中，高压涡轮5经由流动途径35可绕过。阀33也被称为所谓的涡轮旁路。优选地根据内燃机的运转点由此可将完整的废气流输送给高压涡轮5且接着给低压涡轮9，或者废气流的至少一部分还或整个废气流可通过阀33被分支到流动途径35中且在绕过高压涡轮5的情况下直接引向低压涡轮9。根据运转点相应地可能优选地连续改变增压单元I的压缩功率。
[0038]总地来说显示出，在增压单元I和内燃机中高压涡轮和低压涡轮以及低压压缩机和高压压缩机彼此紧凑的、在流动技术上有利的布置是可能的，使得与内燃机相联系可节省结构空间且同时确保有效的增压。
【主权项】
1.一种用于内燃机的增压单元(1)，其带有将高压压缩机(3)驱动成围绕第一轴线(A1)旋转运动的、由内燃机的废气流过的高压涡轮(5)，且带有将低压压缩机(7)驱动成围绕第二轴线(A2)旋转运动的、由废气流过的低压涡轮(9)，其特征在于，所述高压涡轮(5)抗扭地布置在第一轴(11)上，且所述高压压缩机(3)抗扭地布置在第二轴(13)上，其中，第一和第二轴(11，13)彼此平行定向且在垂直于其纵轴线方向上观察彼此错开布置，其中，第一和第二轴(11，13)相互处于有效连接中，使得所述高压压缩机(3)能够通过所述高压涡轮(5)驱动。2.根据权利要求1所述的增压单元(I)，其特征在于，第一和第二轴线(ApA2)彼此以至少80°至最高120°、优选地90°的角度来布置。3.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述低压压缩机(7)和所述低压涡轮(9)抗扭地布置在共同的第三轴(17)上。4.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，第一和第二轴(11，13)通过齿轮传动装置(15)相互机械地有效连接。5.根据权利要求4所述的增压单元(I)，其特征在于，所述齿轮传动装置(15)具有抗扭地布置在所述第一轴(11)上的第一齿轮(19)、抗扭地布置在所述第二轴(13)上的第二齿轮(21)和至少一个第三齿轮(23)，其中，所述第一齿轮(19)与所述第二齿轮(21)经由至少一个所述第三齿轮(23)中继地处于有效连接中，其中，所述第三齿轮(23)优选地抗扭地布置在第四轴(25)上。6.根据权利要求5所述的增压单元(I)，其特征在于驱动单元(27)，其能够带到与所述第四轴(25)有效连接，使得所述驱动单元(27)的驱动扭矩能够引入所述齿轮传动装置(15)中。7.根据权利要求6所述的增压单元(I)，其特征在于，所述驱动单元(27)具有输出轴(29)，其借助于离合器(31)能够带到与所述第四轴(25)有效连接。8.根据权利要求6和7中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述驱动单元(27)构造为电动机。9.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于优选地能够调节的阀(33)，通过其能够开启从所述内燃机至所述低压涡轮(9)的用于废气的流动途径(35)，通过所述流动途径引导废气绕过所述高压涡轮(5)处。10.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，存在用于产生扭矩的驱动单元(27)，其能够带到与所述第二轴(13)有效连接，使得所述高压压缩机(3)能够借助于能够通过所述驱动单元(27)产生的扭矩驱动。11.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述高压压缩机(3)和所述低压压缩机(7)彼此布置成使得在其之间构造有用于增压空气的直的流动路径(P5)。12.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述高压涡轮(5)和所述低压涡轮(9)彼此布置成使得在其之间构造有用于废气的直的流动路径(P2)。13.一种内燃机，其带有根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)。
【专利摘要】本发明涉及一种用于内燃机的增压单元，其带有将高压压缩机(3)驱动成围绕第一轴线(A1)旋转运动的、由内燃机的废气流过的高压涡轮(5)，且带有将低压压缩机(7)驱动成围绕第二轴线(A2)旋转运动的、由废气流过的低压涡轮(9)。增压单元特征在于，高压涡轮(5)抗扭地布置在第一轴(11)上，且高压压缩机(3)抗扭地布置在第二轴(13)上，其中，第一和第二轴(11,13)彼此平行定向且在垂直于其纵轴线的方向上观察彼此错开布置，其中，第一和第二轴(11,13)相互机械地处于有效连接中，使得高压压缩机(3)能够通过高压涡轮(5)驱动。
【IPC分类】F02B37/18, F02B39/10, F02B39/04, F02B37/00, F02B37/013
【公开号】CN104903560
【申请号】CN201380055861
【发明人】R.黑格纳
【申请人】Mtu 腓特烈港有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月22日
【公告号】DE102012021844A1, US20150226109, WO2014063813A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的增压单元(Aufladeeinheit)和一种根据权利要求10的前序部分的内燃机。
【背景技术】
[0002]此处所谈及的类型的内燃机和用于内燃机的增压单元是已知的。这样的增压单元通过从内燃机流入的废气来驱动且用于压缩输送给内燃机的增压空气。两级的增压单元(其包括高压部分和低压部分)用于提升压缩效率和更好地利用废气流的能量。由德国公开文件DE 27 52 988 Al已知一种用于内燃机的增压单元，其具有由内燃机的废气流过的高压涡轮，高压涡轮将高压压缩机驱动成围绕第一轴线旋转运动。其此外包括低压涡轮，其同样由废气流过，其中，低压涡轮将低压压缩机驱动成围绕第二轴线旋转运动。高压涡轮和高压压缩机布置在共同的轴上，其旋转轴线限定第一轴线。低压涡轮和低压压缩机布置在共同的轴上，其旋转轴线限定第二轴线。第一和第二轴线彼此垂直布置。来自内燃机的废气首先流过高压涡轮且从其(在流动方向上观察)到达低压涡轮。用于内燃机的增压空气首先通过低压压缩机来压缩且然后为了进一步压缩被输送至高压压缩机。显示出，该布置需要比较大的结构空间，其中，这两个涡轮和压缩机彼此的在流动技术上的布置也不是最佳的。
【发明内容】
[0003]本发明因此目的在于提供一种增压单元和一种内燃机，其中，增压单元具有特别紧凑的构建方式及不仅高压涡轮和低压涡轮而且低压压缩机和高压压缩机的串联的在流动技术上特别有利的布置。
[0004]该目的通过提供一种带有权利要求1的特征的增压单元来实现。
[0005]该增压单元特征在于，高压涡轮抗扭地布置在第一轴上。高压压缩机抗扭地布置在第二轴上，其中，第一和第二轴彼此平行定向且在垂直于其纵轴线的方向上观察彼此错开布置。第一和第二轴优选地互相机械地处于有效连接中，使得高压压缩机可通过高压涡轮驱动。代替共同的轴即为一方面高压涡轮和另一方面高压压缩机设置有两个不同的轴，其彼此平行取向且彼此错开布置。由此，增压单元的高压部分的结构长度与高压涡轮和高压压缩机布置在共同的轴上相比被缩短，且高压涡轮和高压压缩机可特别紧凑地相对于由低压涡轮和低压压缩机构成的低压部分来布置。由此尤其还可能比已知的情况更有利地来设计一方面从高压涡轮至低压涡轮而另一方面从低压压缩机至高压压缩机的在流动技术上的布置。第一轴与第二轴的优选地机械的有效连接确保高压压缩机可通过高压涡轮驱动。
[0006]优选一增压单元，其特征在于，第一和第二轴线彼此以至少80°至最高120°的角度来布置。优选地，其彼此以90°的角度来布置。因此，第二轴线(低压压缩机可围绕其旋转)不仅垂直于第一轴而且垂直于第二轴，其中，第二轴的旋转轴线限定第一轴线。增压单元的高压部分和低压部分的布置由此可能特别紧凑，其中，低压压缩机和低压涡轮可近似横向于一方面高压压缩机和另一方面高压涡轮来布置。由此还改善部件彼此间的流动技术上的连接。
[0007]还优选一增压单元，其特征在于，低压压缩机和低压涡轮抗扭地布置在共同的第三轴上。在该情况中第三轴的旋转轴线限定第二轴线。第三轴优选地横向地布置在一方面第一轴和另一方面第二轴之上，由此该布置特别紧凑地且在流动技术上有利地来设计。
[0008]还优选一增压单元，其特征在于，第一和第二轴通过齿轮传动装置(Zahnradtrieb)相互机械地有效连接。在此可能的是，第一轴包括第一齿轮，其抗扭地布置在该轴上，其中，第二轴包括抗扭地布置在其上的第二齿轮，且其中，第一齿轮和第二齿轮直接共同作用。以该方式在高压涡轮与高压压缩机之间提供特别简单的机械的有效连接。第一和第二齿轮可具有相同的直径或不同的直径。如果其具有不同的直径，在高压涡轮与高压压缩机之间可实现增速或减速。备选地可能的是，在第一齿轮与第二齿轮之间布置有至少一个第三齿轮。尤其可能的是，在第一与第二齿轮之间布置有传动机构(Getriebe)，其包括至少两个另外的齿轮。在这样的实施例中还可能在第一与第二齿轮之间实现变速。此外可能通过将驱动力矩引入传动机构中机械地辅助高压涡轮且由此附加地驱动高压压缩机。
[0009]在一备选的实施例中还可能的是，第一和第二轴借助于所谓的电气轴有效连接。在此，高压涡轮经由第一轴驱动产生电流(其被提供以使电动机运行)的发电机，其驱动器是第二轴或者与第二轴有效连接，使得高压压缩机可通过电动机驱动。该实施例使高压涡轮和高压压缩机相对于彼此能够更灵活地布置。
[0010]还优选一增压单元，其特征在于，齿轮传动装置具有抗扭地布置在第一轴上的第一齿轮、抗扭地布置在第二轴上的第二齿轮和至少一个第三齿轮。在此，第一齿轮与第二齿轮经由该至少一个第三齿轮中继地处于有效连接中。优选地，第三齿轮抗扭地布置在第四轴。在此可能的是，第一、第二和第三齿轮具有相同的直径或不同的直径。在此还可能的是，两个齿轮相应具有相同的直径，其中，剩下的齿轮具有不同的直径。以该方式在高压涡轮与高压压缩机之间可实现减速或增速。无论如何，高压压缩机经由由第一、第二和第三齿轮构成的齿轮传动装置中继可通过高压涡轮驱动。
[0011]就此而言优选一增压单元，其特征在于驱动单元，驱动单元可带到与第四轴有效连接。由此，驱动单元的驱动扭矩可引入齿轮传动装置中、即到第三齿轮中。由此可机械地来辅助高压涡轮，或者说附加地或必要时还备选于由高压涡轮提供的驱动还尤其辅助性地通过驱动单元来驱动高压压缩机。这尤其设置成在内燃机的低转速中消除所谓的涡轮空洞(Turboloch)，在该情况下还未准备好足以有效地驱动高压压缩机的废气流。尤其在内燃机的低转速范围中在此还可能的是，高压压缩机几乎仅或者仅通过驱动单元来驱动，而高压涡轮由于不足的废气流动几乎不起作用。
[0012]还优选一增压单元，其特征在于，驱动单元具有输出轴，其借助于离合器(Kupplung)可带到与第四轴有效连接。以此可能在需要时接通驱动单元而在不需要其时将其与第四轴机械地分离。由此尤其避免尤其当存在充足的废气流动时在一定的功能状态中必须由高压涡轮来带动驱动单元，从而不需要由驱动单元附加辅助。因此避免将从高压涡轮发出的功率分出以带动驱动单元。而如果驱动单元借助于离合器与第四轴机械地分离，高压涡轮的全部驱动功率供高压压缩机使用。
[0013]最后优选一增压单元，其特征在于，驱动单元构造为电动机。这是有利的，因为在该情况中不需要与内燃机的机械的有效连接，使得驱动单元可灵活地定位和灵活地操控。
[0014]最后优选一增压单元，其特征在于阀，通过该阀可开启用于废气的流动途径(Stroemungpfad)，通过该流动途径废气可从内燃机流至低压祸轮。流动途径在此绕过高压涡轮，其相应地构造为高压涡轮旁路。流动途径优选地还可通过阀锁闭。在一实施例中，阀相应地刚好具有两个状态，其中，流动途径在阀的打开状态中可开启而在阀的关闭状态中可锁闭。如果流动途径被锁闭，所有来自内燃机的废气流过高压涡轮且从其继续流至低压涡轮。而如果流动途径被开启，来自内燃机的废气的至少一部分通过流动途径绕过高压涡轮而直接流至低压祸轮。根据内燃机的运转点(Betriebspunkt)由此可能通过流入串联的两个涡轮或者通过至少部分地绕过高压涡轮改变增压单元的压缩功率。如果至少部分地绕过高压涡轮，在此在增压单元中有较少的压缩功率供使用。
[0015]在一优选的实施例中阀构造成可调节，其中，其可在关闭状态与打开状态之间占据至少一个分立的中间阶段、然而优选地在这些状态之间关于其通过在横截面上连续可变。在该情况中增压单元的压缩功率可特别灵活地匹配于内燃机的运转点。优选地，阀可通过发动机控制装置根据内燃机的运转点操控，使得增压单元的压缩功率可由发动机控制装置调节。相应地实现两级调节的增压。
[0016]根据本发明一特别有利的实施方案，存在用于产生扭矩的驱动单元，其可带到与第二轴有效连接，使得高压压缩机可借助于可由驱动单元产生的扭矩驱动。由此有利地，高压压缩机能够可备选或附加于高压涡轮被驱动和加速。这使增压单元的改善的响应性能成为可能。如果可供使用的废气流还不足以充分驱动高压涡轮，那么这尤其有利。
[0017]在本发明的另一有利的设计方案中，高压压缩机和低压压缩机彼此布置成使得在其之间构造有直的流动路径用于增压空气。由此有利地确保增压单元的紧凑的布置。此外在无偏转且压力损失特别小的情况下提供增压空气的流入。
[0018]有利地，高压涡轮和低压涡轮彼此布置成使得在其之间构造有直的流动路径用于废气。由此有利地确保增压单元的特别紧凑的布置。此外在无偏转且压力损失特别小的情况下提供废气的流入。
[0019]通过提供一种带有权利要求13的特征的内燃机，还实现该目的。其特征在于根据前述实施例中之一的增压单元。就此而言在内燃机方面实现已与增压单元相联系所说明的优点。
【附图说明】
[0020]接下来根据附图来详细阐述本发明。在此，唯一的附图显示了增压单元的一实施例的示意性图示。
【具体实施方式】
[0021]该附图显示了增压单元I的示意性图示，其包括高压压缩机3，高压压缩机可通过高压涡轮5驱动成围绕第一轴线A1旋转运动。
[0022]此外设置有低压压缩机7，其可通过低压涡轮9驱动成围绕第二轴线^旋转运动。
[0023]如通过箭头P1所示，从未示出的内燃机处流过来的废气首先被输送给高压涡轮5 (废气流经其)，其中，废气驱动高压涡轮5。从高压涡轮5沿着箭头P2传输废气且输送给低压涡轮9，废气流经且在此驱动低压涡轮9。如通过箭头P3示意性所示，废气从低压涡轮9继续流动至未示出的且未详细阐述的废气系统。高压涡轮5和低压涡轮9相应地在废气的流动方向上观察相串联。
[0024]如通过箭头P4示意性所示，用于内燃机的增压空气首先流入低压压缩机7中，在那里其在第一级中被压 缩。通过箭头P5示意性示出，预压缩的增压空气从低压压缩机7继续流动至高压压缩机3。在其中增压空气在第二级中被进一步压缩且最后(如通过箭头P6示意性所示)被输送给内燃机。
[0025]总地来说，由此以本身已知的方式来利用废气流动的能量以压缩用于内燃机的增压空气。
[0026]高压涡轮5抗扭地布置在第一轴11上。高压压缩机3抗扭地布置在第二轴13上。在示出的实施例中第一轴11和第二轴13通过齿轮传动装置15机械地相互有效连接。如果相应地废气流过高压涡轮5，第一轴11被驱动且经由齿轮传动装置15在其方面驱动第二轴13，从而由此也驱动高压压缩机3。
[0027]显示出，第一轴11和第二轴13彼此平行取向。其分别具有纵轴线，其中，此处第二轴13的纵轴线与第一轴线A1重合。显示出，轴11、13(在垂直于其纵轴线的方向上观察)彼此错开布置。
[0028]低压压缩机7和低压涡轮9抗扭地布置在共同的第三轴17上。其相应地直接经由第三轴17机械地相互有效连接，使得当废气流过低压涡轮9且将其驱动成围绕第二轴线A2旋转运动时将低压压缩机7驱动成旋转运动。第三轴17在此具有旋转轴线，其此处与第二轴线A2重合。
[0029]显不出，第一轴线A1和第二轴线A 2在不出的实施例中彼此垂直布置。因此一方面第三轴17以及另一方面第一轴11和第二轴13也彼此垂直布置。在此，第三轴17近似横向布置在第一轴11和第二轴13之上，其中，低压压缩机7布置在高压压缩机3之上，且其中，另外低压涡轮9布置在高压涡轮5之上。
[0030]在此术语“在…之上”涉及根据附图的图示。当然可能的是，在一具体的实现方案中低压压缩机7在竖直方向上观察布置在高压压缩机3之上，其中，此外低压涡轮9布置在高压涡轮5之上。然而在另一实施例中还可能的是，低压压缩机7布置在高压压缩机3旁边，其中，低压涡轮9布置在高压涡轮5旁边。在一方面低压压缩机9和低压涡轮7与另一方面高压压缩机3和高压涡轮5之间在两个方向上错开布置(在垂直于附图的图画平面且在图像平面中如在附图中所示的轴线方向上观察)也是可能的。根据唯一的附图的图示相应地优选地相应于到图画平面上的投影，其中，增压单元I优选地从侧面或者在另一实施例中优选地从上面或还从下面示出。
[0031]根据附图的布置是特别有利的，因为轴11、13、17以及齿轮传动装置15沿着矩形的四边的由此产生的定位使增压单元I的特别紧凑的、交错的布置成为可能。此外一方面在高压涡轮5与低压涡轮9之间而另一方面在低压压缩机7与高压压缩机3之间的流动路径被缩短并且无多余偏转地特别简单地且带有较小压力损失地来设计。
[0032]齿轮传动装置15包括抗扭地布置在第一轴11上的第一齿轮19、抗扭地布置在第二轴13上的第二齿轮21和第三齿轮23。在此，第一齿轮19与第二齿轮21经由第三齿轮23中继地处于有效连接中。第一齿轮19即与第三齿轮23共同作用，使得当高压涡轮5通过废气来驱动时第三齿轮23被旋转驱动。第三齿轮23又与第二齿轮21共同作用，使得当第三齿轮23被驱动时第二齿轮21被驱动。在附图中所示的实施例中，齿轮19、21、23构造成一样大，使得就此而言实现高压涡轮的旋转运动1:1转化成高压压缩机的旋转运动。可能使齿轮19、21、23的直径相对于彼此改变，以实现在一方面高压涡轮5的与另一方面高压压缩机3的旋转运动之间的增速或减速。
[0033]同样在一实施例中可能的是，第一齿轮19直接与第二齿轮21共同作用，而未设置有第三齿轮23。还可能的是，在实施例中设置有多于一个第三齿轮23，其中，在第一齿轮19与第二齿轮21之间尤其可设置有传动机构。
[0034]第三齿轮23此处抗扭地布置在第四轴25上。
[0035]设置有驱动单元27，其优选地构造为电动机且其具有输出轴29。其经由离合器31可带到与第四轴25有效连接。此处可能在需要时将由驱动单元27施加的附加的扭矩引入齿轮传动装置15中且尤其到第三齿轮23中，以辅助高压涡轮5或驱动高压压缩机3。这尤其优选以便在内燃机的低转速中消除涡轮空洞。
[0036]此处设置成，驱动单元27和优选地还有离合器31可通过未示出的发动机控制装置操控，使得当内燃机具有应将附加的驱动功率引入齿轮传动装置15中的运转点时驱动单元27可被激活且经由离合器31与齿轮传动装置15有效连接。反过来可能的是，当内燃机具有不应将附加的驱动功率引入齿轮传动装置15的运转点时，离合器31尤其被发动机控制装置打开，其中，同时优选地使驱动单元27解除激活。那么如果在第四轴25与驱动单元27之间经由离合器31的机械的有效连接被松开，不必通过高压祸轮5来带动驱动单元，而是由高压涡轮提供的驱动功率完全被输送给高压压缩机3。
[0037]增压单元I此外包括优选地可调节的阀33，其同样优选地可通过发动机控制装置操控，以开启或锁闭或者优选地关于通过横截面连续地改变流动途径35，其中，高压涡轮5经由流动途径35可绕过。阀33也被称为所谓的涡轮旁路。优选地根据内燃机的运转点由此可将完整的废气流输送给高压涡轮5且接着给低压涡轮9，或者废气流的至少一部分还或整个废气流可通过阀33被分支到流动途径35中且在绕过高压涡轮5的情况下直接引向低压涡轮9。根据运转点相应地可能优选地连续改变增压单元I的压缩功率。
[0038]总地来说显示出，在增压单元I和内燃机中高压涡轮和低压涡轮以及低压压缩机和高压压缩机彼此紧凑的、在流动技术上有利的布置是可能的，使得与内燃机相联系可节省结构空间且同时确保有效的增压。
【主权项】
1.一种用于内燃机的增压单元(1)，其带有将高压压缩机(3)驱动成围绕第一轴线(A1)旋转运动的、由内燃机的废气流过的高压涡轮(5)，且带有将低压压缩机(7)驱动成围绕第二轴线(A2)旋转运动的、由废气流过的低压涡轮(9)，其特征在于，所述高压涡轮(5)抗扭地布置在第一轴(11)上，且所述高压压缩机(3)抗扭地布置在第二轴(13)上，其中，第一和第二轴(11，13)彼此平行定向且在垂直于其纵轴线方向上观察彼此错开布置，其中，第一和第二轴(11，13)相互处于有效连接中，使得所述高压压缩机(3)能够通过所述高压涡轮(5)驱动。2.根据权利要求1所述的增压单元(I)，其特征在于，第一和第二轴线(ApA2)彼此以至少80°至最高120°、优选地90°的角度来布置。3.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述低压压缩机(7)和所述低压涡轮(9)抗扭地布置在共同的第三轴(17)上。4.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，第一和第二轴(11，13)通过齿轮传动装置(15)相互机械地有效连接。5.根据权利要求4所述的增压单元(I)，其特征在于，所述齿轮传动装置(15)具有抗扭地布置在所述第一轴(11)上的第一齿轮(19)、抗扭地布置在所述第二轴(13)上的第二齿轮(21)和至少一个第三齿轮(23)，其中，所述第一齿轮(19)与所述第二齿轮(21)经由至少一个所述第三齿轮(23)中继地处于有效连接中，其中，所述第三齿轮(23)优选地抗扭地布置在第四轴(25)上。6.根据权利要求5所述的增压单元(I)，其特征在于驱动单元(27)，其能够带到与所述第四轴(25)有效连接，使得所述驱动单元(27)的驱动扭矩能够引入所述齿轮传动装置(15)中。7.根据权利要求6所述的增压单元(I)，其特征在于，所述驱动单元(27)具有输出轴(29)，其借助于离合器(31)能够带到与所述第四轴(25)有效连接。8.根据权利要求6和7中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述驱动单元(27)构造为电动机。9.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于优选地能够调节的阀(33)，通过其能够开启从所述内燃机至所述低压涡轮(9)的用于废气的流动途径(35)，通过所述流动途径引导废气绕过所述高压涡轮(5)处。10.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，存在用于产生扭矩的驱动单元(27)，其能够带到与所述第二轴(13)有效连接，使得所述高压压缩机(3)能够借助于能够通过所述驱动单元(27)产生的扭矩驱动。11.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述高压压缩机(3)和所述低压压缩机(7)彼此布置成使得在其之间构造有用于增压空气的直的流动路径(P5)。12.根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)，其特征在于，所述高压涡轮(5)和所述低压涡轮(9)彼此布置成使得在其之间构造有用于废气的直的流动路径(P2)。13.一种内燃机，其带有根据前述权利要求中任一项所述的增压单元(I)。
【专利摘要】本发明涉及一种用于内燃机的增压单元，其带有将高压压缩机(3)驱动成围绕第一轴线(A1)旋转运动的、由内燃机的废气流过的高压涡轮(5)，且带有将低压压缩机(7)驱动成围绕第二轴线(A2)旋转运动的、由废气流过的低压涡轮(9)。增压单元特征在于，高压涡轮(5)抗扭地布置在第一轴(11)上，且高压压缩机(3)抗扭地布置在第二轴(13)上，其中，第一和第二轴(11,13)彼此平行定向且在垂直于其纵轴线的方向上观察彼此错开布置，其中，第一和第二轴(11,13)相互机械地处于有效连接中，使得高压压缩机(3)能够通过高压涡轮(5)驱动。
【IPC分类】F02B37/18, F02B39/10, F02B39/04, F02B37/00, F02B37/013
【公开号】CN104903560
【申请号】CN201380055861
【发明人】R.黑格纳
【申请人】Mtu 腓特烈港有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月22日
【公告号】DE102012021844A1, US20150226109, WO2014063813A1
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