具有位于蝸殼中的分離葉片的渦輪機殼體的制作方法
【專利說明】具有位于蝸殼中的分離葉片的渦輪機殼體
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年12月20日提交的并且題為“具有位于蝸殼中的分離葉片的渦輪機殼體”的美國臨時申請?zhí)?1/739，985的優(yōu)先權及所有權益。
[0003]背景
[0004]披露領域
[0005]本披露涉及具有渦輪機殼體的排氣驅動的渦輪增壓器，該渦輪機殼體具有位于蝸殼的彎曲部分中的分離葉片。更具體而言，本披露涉及一種具有與混流式或軸流式渦輪機一起使用的多個分離葉片的可變渦輪機渦旋渦輪機殼體。
[0006]相關技術的說明
[0007]渦輪增壓的優(yōu)點包括功率輸出增大、燃料消耗較小以及污染物排放減少。不再主要從高功率性能方面來看發(fā)動機的渦輪增壓，而是視作一種基于較低二氧化碳(CO2)排放的減少燃料消耗和環(huán)境污染的手段。當前，渦輪增壓的一個主要原因是使用排氣能量來減少燃料消耗和排放。在渦輪增壓發(fā)動機中，燃燒空氣在供應至發(fā)動機之前被預先壓縮。該發(fā)動機與一個自然吸氣發(fā)動機相比吸入了相同體積的空氣燃料混合物，但由于較高的壓力，因此較高的密度的更多的空氣和燃料質量以一種受控的方式被供給到燃燒室中。因此，可以燃燒更多的燃料，從而相對于速度和排量增大發(fā)動機的功率輸出。
[0008]在排氣渦輪增壓過程中，使用正常情況下浪費掉的排氣能量中的一些排氣能量來驅動渦輪機。該渦輪機包括一個渦輪機葉輪，該渦輪機葉輪安裝在一個軸上并且被排氣流可旋轉地驅動。渦輪增壓器將一些通常被浪費掉的排氣能量中的一些能量返回到發(fā)動機，從而有助于發(fā)動機效率和節(jié)省燃料。被渦輪機驅動的一個壓縮機吸取經過濾的周圍空氣、將其壓縮、并且然后將它供給到發(fā)動機。該壓縮機包括一個壓縮機葉輪，該壓縮機葉輪安裝在該同一軸上，從而該渦輪機葉輪的旋轉致使壓縮機葉輪旋轉。
[0009]渦輪增壓器典型地包括連接至發(fā)動機的排氣歧管上的一個渦輪機殼體、連接至發(fā)動機的進氣歧管上的一個壓縮機殼體、以及將該禍輪機殼體和壓縮機殼體聯(lián)接在一起的一個中央軸承殼體。渦輪機殼體限定了一個蝸殼，該蝸殼包圍渦輪機葉輪并從發(fā)動機接收排氣。渦輪機殼體內的渦輪機葉輪是由從該排氣歧管供應的排氣進氣流可旋轉地驅動的。
[0010]在渦輪增壓器中使用的渦輪機有三種主要的渦輪機類型:軸流式、徑流式和混流式。在軸流式渦輪機中，排氣流只在軸向方向上通過渦輪機葉輪。在徑流式渦輪機中，排氣進氣流是向心的(即在徑向方向上從外到內)，并且排氣出氣流典型地是在軸向方向上。先期排氣流垂直于旋轉軸線。在混流式渦輪機中，排氣流在軸向方向與徑向方向之間的方向上接近渦輪機葉輪。
[0011]軸流式或混流式渦輪機與徑流式渦輪機相比而言典型地具有更低的流動阻力。通常，軸流式渦輪機能夠更高效，因為排氣直接受到整個渦輪機葉輪的力，而對于徑流式渦輪機而言，排氣從渦輪機葉輪側部流出并且隨后圍繞渦輪機葉輪的周邊流動。
[0012]已知不同類型的渦輪增壓器具有不同的能力、大小、特征和成本。
[0013]傳統(tǒng)的廢氣門渦輪增壓器通常是以二進制方式工作的，但成本低。渦輪機殼體中的廢氣門閥組件可包括一個閥門、通風孔和/或能夠使部分排氣選擇性通過渦輪機周圍(即旁通)的旁路，用于限制/控制渦輪機做功，因此只利用了一部分可從排氣流中提取的可用排氣能量。由此，廢氣門閥組件對排氣流進行調節(jié)并且確保渦輪機葉輪不會以不希望的速度進行旋轉。
[0014]可變渦輪幾何形狀(VTG)渦輪增壓器是一種更復雜且昂貴的選擇，不使用廢氣門閥組件?？勺儨u輪幾何形狀使得通向渦輪機葉輪的渦輪機通流截面是根據發(fā)動機運行點而可變的。這樣允許利用整個排氣能量，并且可在各個運行點上最佳地設定渦輪機通流截面。因此，渦輪增壓器的效率以及因此發(fā)動機的效率可以高于廢氣門閥組件的旁路控制能夠達到的效率。渦輪機中的可變導向葉片對加壓積聚產生作用，并且因此對渦輪增壓器的功率輸出產生作用。
[0015]本披露把焦點集中在一種用于具有混流式或軸流式渦輪機的渦輪增壓器的可變渦輪機渦旋渦輪機殼體。
[0016]概述
[0017]可變渦輪機蝸殼(VTV)渦輪機殼體是一種中級成本的選擇，能夠進行排氣再循環(huán)、并同時支持改善的燃料經濟性。VTV渦輪機殼體與傳統(tǒng)的廢氣門閥組件相比而言典型地具有更多的控制。VTV渦輪機殼體與廢氣門閥組件相比而言增加了背壓，使得排氣可在必要時再循環(huán)。
[0018]而且，軸流式或混流式渦輪機與徑流式渦輪機相比而言提供了更低的慣性(是一個關鍵優(yōu)勢)，但它降低了經過渦輪機的流動阻力，從而使得難以進行排氣再循環(huán)。對于典型的軸流式或混流式渦輪機而言，解決了不能對經過渦輪機的氣流進行調節(jié)以及驅動排氣再循環(huán)的能力下降的問題。
[0019]對于將VTV渦輪機殼體適用于軸流式渦輪機，提出了特殊要求。對于軸流式渦輪機而言，典型使用的穿過葉片的平行壁造成了空間上和鑄造上的困難。葉片可相對于旋轉軸線傾斜，從而允許相對壁上的用于熱生長和葉片尖端密封的表面。
[0020]本披露還提供了用于與混流式或軸流式渦輪機一起使用的、具有位于蝸殼的彎曲部分中的分離葉片的VTV渦輪機殼體。這可將適合的氣流輸送至非徑向渦輪機葉輪。具有位于彎曲部分中的分離葉片的蝸殼與軸流式渦輪機的組合有助于提高排氣輸送。
[0021]VTV渦輪機殼體與軸流式或混流式渦輪機組合。出于軸流式或混流式渦輪機的空間需求，VTV渦輪機殼體將分離葉片引入蝸殼。軸流式和混流式渦輪機最好不使用現(xiàn)有技術的具有葉片的平板，因為其殼體直徑可能太大。與具有葉片的平板相比，VTV渦輪機殼體可在更小的空間內工作。
[0022]當前披露的在彎曲部分中具有分離葉片的可變渦輪機渦旋渦輪機殼體改進了作為混流式或軸流式渦輪機的一部分的排氣再循環(huán)，同時保持了較低慣性的益處。
[0023]附圖的簡要說明
[0024]本披露的優(yōu)點將是容易了解的，因為這些優(yōu)點通過參照以下詳細說明在結合附圖考慮時將變得更好理解，在附圖中:
[0025]圖1是渦輪機殼體的一個截面視圖，該渦輪機殼體具有位于入口處的閥門、以及位于內蝸殼部分與外蝸殼部分之間的多個分離葉片；
[0026]圖2是渦輪機殼體的一個截面視圖，該渦輪機殼體具有一個附接在內蝸殼部分與外蝸殼部分之間的輪轂側上的分離葉片；并且
[0027]圖3是渦輪機殼體的一個截面視圖，該渦輪機殼體具有