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技术领域

本发明涉及内燃机领域，尤其涉及一种涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器由于其独特的优势——利用废气能量驱动增压器产生增压压力， 由发动机废气驱动涡轮带动同轴的压轮旋转对新鲜空气实现压缩，提高发动机 的进气压力和密度，在增压器的应用中占据了较大比例，近几年呈急剧上升的 趋势。

传统的涡轮增压器中，包括一个涡轮和一个压轮，涡轮和压轮都装配于涡 轮轴，涡轮轴通过轴承装配于中间体上，且涡轮和压轮分居中间体的两侧。

如图1所示，示出了传统涡轮增压器的涡轮轴的受力情况，排气歧管内的 涡前高压废气（简称涡前废气）对涡轮32产生和高压废气流动方向相同方向的 力，涡轮32将此作用力通过涡轮轴30传递给右轴承31和左轴承29；压缩后的 高压空气（简称压后空气）对压轮28产生和压缩后的高压空气的流动方向相反 方向的推力，压轮28将此作用力通过涡轮轴30传递给左轴承29和右轴承31。 压轮28对涡轮轴的作用力和涡轮32对涡轮轴的作用力方向相反，且分居于中 间体的两侧，因此，压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力会对涡轮 轴产生转矩，该转矩增大了涡轮轴和轴承之间的载荷。

由该转矩带来一系列的后续问题：涡轮轴和轴承间的摩擦较大，增压器运 行可靠性不好；涡轮轴和轴承的磨损加剧，不利于润滑承压油膜的均匀分布， 且限制增压器转速的提高和转速的提升率；增压器低速响应性不佳，影响发动 机增压器最大流量和压比的提高，限制了发动机性能的进一步的改善；废气的 能量消耗在涡轮轴和轴承之间相对运动的磨损中，降低废气的有效利用率。上 述问题与顾客对整车性能的要求是不相符的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮增压器，能够消除增压器运转过程中由于 涡前废气和压后空气对涡轮轴产生的转矩。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种涡轮增压器，包括增压器壳体，所述增压器壳体内转动安装有涡轮轴， 所述增压器壳体包括依次连接在一起的第一压气机壳、第一中间体、涡轮壳、 第二中间体、第二压气机壳，所述涡轮轴上依次安装有位于所述第一压气机壳 内的第一压轮、位于所述涡轮壳内的涡轮、位于所述第二压气机壳内的第二压 轮，所述第一压气机出气口和第二压气机出气口朝向相同并与所述涡轮壳的进 气口朝向相反。

所述涡轮位于所述第一压轮和所述第二压轮的正中间。

所述涡轮轴由第一涡轮轴和第二涡轮轴焊接而成。

所述蜗轮壳的进气口和出气口均沿着所述蜗轮壳的径向。

所述涡轮壳的一侧具有连接所述第一中间体的密封结构，所述涡轮壳的另 一侧具有连接所述第二中间体的密封结构。

所述第一压气机出气口用于连接第一进气歧管，所述第二压气机出气口用 于连接第二进气歧管。

所述第一压气机出气口与第一进气歧管密封，所述第二压气机出气口与第 二进气歧管密封。

此外，还提供一种涡轮增压器，包括增压器壳体，所述增压器壳体内转动 安装有涡轮轴，所述增压器壳体包括依次连接在一起的第一压气机壳、第一中 间体、第二压气机壳、第二中间体、涡轮壳，所述涡轮轴上依次安装有位于所 述第一压气机壳内的第一压轮、位于所述第二压气机壳内的第二压轮、位于所 述涡轮壳内的涡轮，所述第一压气机出气口和涡轮壳进气口朝向相同并与所述 第二压气机出气口朝向相反。

本发明实施例提供的涡轮增压器有益效果是，采用两个压轮分居涡轮两侧 的增压器布置形式，且两个压轮所受的压后空气压力方向相同并与涡轮所受的 涡前废气的压力方向相反，以两个压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作 用力相抵消，消除了由于涡前废气和压后空气对涡轮轴产生的转矩，降低了涡 轮轴和轴承间的载荷，且两个压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力 相互抵消，从而压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力的合力减小， 进一步减小了涡轮轴和轴承间的载荷。

附图说明

图1为现有技术中涡轮增压器涡轮轴的受力示意图；

图2为本发明实施例的涡轮增压器的示意图；

图3为本发明实施例的涡轮增压器的与发动机相连的示意图；

图4为本发明实施例的涡轮增压器的涡轮轴的受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的涡轮增压器进行详细描述。

如图2及图3所示，本发明的实施例提供的涡轮增压器，包括增压器壳体， 增压器壳体内转动安装有涡轮轴100，增压器壳体包括依次连接在一起的第一压 气机壳10、第一中间体12、涡轮壳13、第二中间体8、第二压气机壳9，涡轮 轴100上依次安装有位于第一压气机壳10内的第一压轮2、位于涡轮壳13内的 涡轮5、位于第二压气机壳9内的第二压轮16，且第一压气机出气口11和第二 压气机出气口17朝向相同并与涡轮壳的进气口6朝向相反。

本发明实施例提供的涡轮增压器，采用两个压轮分居涡轮两侧的增压器布 置形式，且两个压轮所受的压后空气压力方向相同并与涡轮所受的涡前废气的 压力方向相反，如图4所示，给出了涡轮轴的受力示意图，从中可以看出第一 压轮2和第二压轮16对涡轮轴100的作用力和涡轮5对涡轮轴100的作用力大 致抵消，从而消除了由于涡前废气和压后空气对涡轮轴产生的转矩，降低了涡 轮轴和轴承间的载荷，且两个压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力 相互抵消，从而压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力的合力减小， 进一步减小了涡轮轴和轴承间的载荷。随着涡轮轴和轴承间的载荷的减小，带 来以下一系列的优点：

涡轮轴和轴承之间的润滑油膜的支撑更有效，降低增涡轮轴和轴承之间的 摩擦，因此提高了增压器的可靠性；

涡轮轴和轴承之间的摩擦减小，在相同的排气压力下，涡轮增压器的转速 增高，进而提高了涡轮增压器的增压压力和增压气体的流量，提高了废气的利 用效率；

相同排量的发动机采用两个压轮，相比于单个压轮，可以减小压轮的直径， 降低增压器轴承系统的转动惯量，从而提高增压器的低速响应性；

增大了涡轮增压器的轴向尺寸，减小了径向尺寸，使发动机排气侧的布置 更加靠加紧凑，提高空间利用率。

此外，本发明提供另一种涡轮增压器，包括增压器壳体，增压器壳体内转 动安装有涡轮轴，增压器壳体包括依次连接在一起的第一压气机壳、第一中间 体、第二压气机壳、第二中间体、涡轮壳，涡轮轴上依次安装有位于第一压气 机壳内的第一压轮、位于第二压气机壳内的第二压轮、位于涡轮壳内的涡轮， 第一压气机出气口和涡轮壳进气口朝向相同并与第二压气机出气口朝向相反。

该结构的涡轮增压器，由于第一压气机的压后空气和涡轮的涡前废气对涡 轮轴产生的力方向相同，并且均与第二压气机的压后空气对涡轮轴产生的力方 向相反，因此，同样可以消除由于涡前废气和压后空气对涡轮轴所产生的转矩。

以下给出一个具体的例子来详细描述本发明的技术方案：

如图2及图3所示，本发明的实施例提供的涡轮增压器，包括增压器壳体， 增压器壳体内转动安装有涡轮轴100，增压器壳体包括依次连接在一起的第一压 气机壳10、第一中间体12、涡轮壳13、第二中间体8、第二压气机壳9，涡轮 轴100上依次安装有位于第一压气机壳10内的第一压轮2、位于涡轮壳13内的 涡轮5、位于第二压气机壳9内的第二压轮16，且第一压气机出气口11和第二 压气机出气口17朝向相同并与涡轮壳的进气口6朝向相反。

通俗地说，本发明实施例的涡轮增压器的组成可以这样描述：涡轮轴100 可以为一根通轴，也可以为两根涡轮轴组合在一起，本实施例中涡轮轴100由 第一涡轮轴4和第二涡轮轴7组合形成。涡轮5两侧布置第一涡轮轴4和第二 涡轮轴7，第一涡轮轴4和第二涡轮轴7通过焊接的方式和涡轮5连接在一起， 第一压轮2和第一涡轮轴4连接，第二压轮16和第二涡轮轴7连接。

涡轮壳进气口6和发动机的排气歧管21连接，涡轮5装配于涡轮壳13内， 涡轮壳13的一侧具有连接所述第一中间体12的密封结构，涡轮壳13的另一侧 具有连接第二中间体8的密封结构。涡轮壳13的一侧密封地连接第一中间体12， 另一侧密封地连接第二中间体8。这样，涡轮壳的两侧面均密封地连接一个中间 体，通过涡轮壳和中间体的密封连接实现对涡端废气的密封，防止漏气，发生 气体能量损失。第一中间体12和第一压气机壳10连接，第二中间体8和第二 压气机壳9连接。第一中间体12内安装第一轴承3，第二中间体8内安装第二 轴承15，第一涡轮轴4和第一轴承3相配合，第二涡轮轴7和第二轴承15相配 合，两个涡轮轴承对涡轮轴总成起支撑作用。

进一步地，涡轮5位于第一压轮2和第二压轮16的正中间。这样对称式的 布置使得增压器的运行更为平稳，并且两个压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡 轮轴的作用力更容易实现互相抵消。本实施例即为第一涡轮轴和第二涡轮轴的 长度为一致的。

涡轮壳进气口6和涡轮壳出气口14均布置在涡轮壳13的径向。由于涡轮 的两侧均有涡轮轴，因此涡轮的两侧不便于作为气体的出入口，因此，将涡轮 壳的进气口和出气口均布置于涡轮壳的径向，设计更为合理。

进一步地，第一压气机的出气口11用于连接第一进气歧管25，第二压气机 的出气口17用于连接第二进气歧管26。如图3所示，发动机具有第一进气歧管 25和第二进气歧管26，第一压气机壳10通过第一压后管路20把压后空气输入 第一中冷器19，第一中冷后管路24连接第一中冷器19和第一进气歧管25。第 二压气机壳9通过第二压后管路22把压后气体输入第二中冷器23，第二中冷后 管路27连接第二中冷器23和第二进气歧管26。一般地，第一压气机出气口与 第一进气歧管密封，第二压气机出气口与第二进气歧管密封，即压气机出气口 流出的高压空气通过密封的路径进入进气歧管，这样能够防止发生漏气，避免 气体能量的损失。在点火顺序为一三四二的四缸发动机中，第一进气歧管25和 发动机的2、3缸相连接，第二进气歧管26和发动机的1、4缸相连接。当然本 发明实施的涡轮增压器不限于应用于一三四二点火顺序的四缸发动机，其他如 点火顺序为一二四三的四缸发动机以及6缸发动机、8缸发动机等等，都适用于 本发明，只是根据发动机的类型将进气歧管和气缸的连接关系变通一下即可。 将发动机的进气通过第一进气歧管和第二进气歧管分为两部分，同一进气歧管 与无同时进气现象的一组气缸进行连接，避免发动机相邻点火两缸之间的抢气， 避免燃烧不均匀使各缸循环变动大，提高了发动机运行的稳定性；同时，将发 动机的进气分为两部分，单个进气管路的流量为总需求的一半，降低了单进气 管路的空滤压降的最高值，减小空滤压降对曲轴箱通风系统造成的影响，减小 发动机的窜气量，降低发动机的机油消耗量。

下面对本发明实施例的涡轮增压器的工作原理进行简单介绍：

如图2、图3及图4所示，排气歧管21内的高压废气驱动涡轮5旋转，涡 轮5通过第一涡轮轴4带动第一压轮2旋转，第一压轮2的高速旋转将第一压 气机进气口1内的新鲜空气压入第一压气机出气口11；涡轮5通过第二涡轮轴 7带动第一压轮2和第二压轮16旋转，第二压轮16的高速旋转将第二压气机进 气口18的新鲜空气压入第二压气机出气口17。

发动机高压废气由排气歧管21通过涡轮壳进气口6进入涡轮壳13，由涡轮 壳出气口14排入后处理系统，因涡轮壳进气口6内的废气压力高于涡轮壳出气 口14内的废气压力，由此废气对涡轮5产生一个推动力，方向和涡轮壳进气口 6到涡轮壳出气口14的方向相同，涡轮5将此推动力传递给第一涡轮轴4和第 二涡轮轴7。

第一压后管路20内高压新鲜空气对第一压轮2产生一个和第一压气机出气 口11相反方向的作用力，该作用力和涡轮壳进气口6到涡轮壳出气口14的方 向相反，第一压轮2将此作用力传递给第一涡轮轴4；第二压后管路22内高压 新鲜空气对第二压轮16产生一个和第二压气机出气口17相反方向的作用力， 该作用力和涡轮壳进气口6到涡轮壳出气口14的方向相反，第二压轮16将此 作用力传递给第二涡轮轴7。

涡轮5和第一压轮2对第一涡轮轴4的叠加作用力由第一轴承3通过润滑 油油膜承担；涡轮5和第二压轮16对第二涡轮轴7的叠加作用力由第二轴承15 通过润滑油油膜承担。两个压轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力大 致抵消，从而消除了由于涡前废气和压后空气对涡轮轴产生的转矩，且两个压 轮对涡轮轴的作用力和涡轮对涡轮轴的作用力的合力使得涡轮轴和轴承间的载 荷减小，降低了涡轮轴和轴承间的载荷。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。