專利名稱：用于渦輪應用的具有氣流旋轉和噪音吸收器的進氣系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于渦輪增壓器的進氣系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種這樣的進氣系統(tǒng)，其在渦輪增壓器的渦輪的上游產(chǎn)生與其旋轉方向相同的氣流旋轉，且進一步衰減渦輪增壓器噪音。
背景技術：
內燃機的渦輪增壓器利用旋轉的渦輪，從上游的進氣殼體中吸取空氣，并且將現(xiàn)在處于壓力下的空氣傳送到下游的發(fā)動機進氣歧管中。問題是，渦輪增壓器需要動力來操作， 其不僅包括旋轉渦輪所需的動力，而且包括克服進氣殼體中壓力損失所需的動力。還存在這樣的問題，渦輪增壓器在其運行期間產(chǎn)生噪音，噪音會在進氣殼體的進氣口處不希望地逃脫。當設計用于渦輪增壓器的進氣系統(tǒng)時，需要考慮，例如，氣流力學、車輛動力學、材料科學和制造工藝以及可能與系統(tǒng)應用相關的其他因素。尤其從對改進的發(fā)動機性能、渦輪增壓器操控性能、燃料經(jīng)濟性以及排放降低的日益增長的需求來看，最小化進氣殼體處的壓力損失以及降低從中排出的渦輪增壓器噪音是一個挑戰(zhàn)。因此，渦輪增壓器進氣系統(tǒng)已經(jīng)變成高度設計的產(chǎn)品，其主要集成傳感器、振動去耦合裝置、噪音調諧器以及排放控制裝置。通過這些集成元件，進氣系統(tǒng)往往更易于受到氣流的限制。因此，在渦輪增壓器進氣殼體的技術領域中所需的是用某種方法設計一種進氣殼體，其最小化壓力損失，幫助提高渦輪的性能并且最小化渦輪增壓器噪音的逃脫。

發(fā)明內容
本發(fā)明是一種用于渦輪增壓器的改進的進氣系統(tǒng)，其最小化壓力損失，促進渦輪的功能，并且最小化渦輪增壓器噪音的逃脫。根據(jù)本發(fā)明的改進的進氣系統(tǒng)包括圓柱形的主流管、設置在主流管內的螺旋葉片，和優(yōu)選的，設置在主流管內與螺旋葉片同心的吸音多孔管，使得螺旋葉片和多孔管同心地設置在主流管的氣流通路中。該螺旋葉片具有螺旋狀主體，其沿著主流管軸向地扭曲，以便沿著主流管軸向引導氣流，從而導致流動的空氣實現(xiàn)旋轉。螺旋葉片的螺旋狀主體的扭曲方向與渦輪增壓器的渦輪的已知旋轉方向一致，以便流動空氣所實現(xiàn)的旋轉與渦輪的旋轉處于相同的旋轉方向。吸音多孔管與主流管隔開，以便在主流管的側壁和多孔管的側壁之間形成聲腔。 當聲波通過進氣殼體的氣流傳播時，多孔管經(jīng)由穿孔和聲腔分散聲能。多孔管的長度、聲腔的尺寸、穿孔的分布以及螺旋葉片的螺旋扭絞角是可改變以實現(xiàn)特定應用的氣流旋轉和噪音衰減的期望性能水平的參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的進氣系統(tǒng)提供的獲得的氣流旋轉具有許多優(yōu)點。因為獲得的氣流旋轉與渦輪旋轉的旋轉方向相同，所以減小了在壓縮機葉片上的動態(tài)壓力負荷。這些壓力負荷的降低增加了渦輪增壓器效率，并且進一步補償進氣殼體的壓力損失。因此，渦輪產(chǎn)生更少的熱量、振動和噪音，具有改善的耐用性的附加優(yōu)點。另外的優(yōu)點在于螺旋葉片相對于多孔管的協(xié)同作用，由于獲得的氣流旋轉促使聲波偏轉它們的傳播方向，以便徑向地通過穿孔并且進入聲腔中，從而降低從進氣殼體的進氣口逃脫的渦輪增壓器的噪音。此外，由于聲阻抗的改變，螺旋葉片將聲能反射回渦輪增壓器。因此，螺旋葉片和多孔管的結合用于旋轉氣流，將聲波偏轉進入穿孔中并且將聲波(即，聲能)反射回渦輪增壓器。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪增壓器進氣殼體，其最小化壓力損失，幫助提高渦輪的性能并且最小化渦輪增壓器噪音的逃脫。本發(fā)明的這個和另外的目的、特征和優(yōu)點將從優(yōu)選實施例的下面描述中變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的改進的進氣系統(tǒng)的立體圖。圖2是示出為可操作地連接到渦輪增壓器的圖1中改進的進氣系統(tǒng)的立體圖。圖3是沿著圖1的線3-3截取的部分剖視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的螺旋葉片的側視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的多孔柱體的側面立體圖。圖6是圖5的多孔柱體的側視圖，其以虛線示出了圖4的同心設置的螺旋葉片。圖7是沿著圖6的線7-7示出的端視圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的改進的進氣系統(tǒng)的立體剖面圖，示出了相對于渦輪增壓器的在其中的進氣流操作。圖9是在圖8中的改進的進氣殼體的剖視圖，現(xiàn)示意地進一步示出了在氣體流動期間的噪音偏轉和反射。圖10是彎管形式的改進的進氣系統(tǒng)主流管的立體圖，其中在該管內設置有根據(jù)本發(fā)明的螺旋葉片。
具體實施例方式現(xiàn)在參見附圖，圖1至圖10示出了用于渦輪增壓器的改進的進氣系統(tǒng)的示例，其最小化壓力損失，提高渦輪的性能，并且最小化渦輪增壓器噪音的逃脫。圖1至圖3描述了改進的進氣系統(tǒng)100的示例，示出了其示例性進氣殼體102，該進氣殼體可具有其他構造(見例如下面圖10的描述)。進氣殼體102連接至渦輪增壓器104。 渦輪增壓器104的內部是具有葉片106’的渦輪106，該葉片在預定的旋轉方向124上旋轉， 以便從上游設置的進氣殼體102中吸取空氣，并且將現(xiàn)在處于壓力下的空氣傳送到下游的發(fā)動機進氣歧管(未示出)中。進氣殼體102包括圓柱形主流管108。設置在主流管108內部的是螺旋葉片110， 并且優(yōu)選地設置在螺旋葉片110和主流管108之間的是吸音多孔管112。螺旋葉片110和多孔管112共同地設置在主流管108內，使得螺旋葉片和多孔管同心地定位在主流管的空氣流114 (見圖8)內。螺旋葉片110給予氣流114獲得的氣流旋轉122，其旋轉方向與渦輪106的旋轉方向相同。如圖4最佳的示出，螺旋葉片110具有軸向扭曲(見軸線118)的螺旋狀主體116。螺旋狀主體116的此扭曲120還是軸向地沿著主流管108的，因此作用來沿著主流管軸向地引導氣流114，從而導致氣流實現(xiàn)氣流旋轉122。螺旋葉片110的螺旋狀主體116的扭曲 120的方向與渦輪增壓器104的渦輪106的預定旋轉方向IM—致，從而使得氣流114的獲得的氣流旋轉122與渦輪的旋轉方向相同。由螺旋扭絞角1 提供的扭曲120主要是基于氣流114的預期速率以及螺旋葉片110的長度和直徑來預先選定的，以便提供與渦輪106 的運行特征最一致所需的獲得的氣流旋轉122。僅僅作為示例，圖4示出了在120毫米長度上具有1.5個扭曲(twist)的螺旋葉片110。然后，每單位長度的扭曲可以為適合特定應用的任何數(shù)值。現(xiàn)在參見圖5，吸音多孔管112與主流管108隔開，以便形成至少一個在主流管的主流管側壁108’和多孔管的多孔管側壁112’之間設置的聲腔130 (在圖8和圖9中提供了六個聲腔)。該隔開的間距132由徑向設置的凸起134限定，其包括在多孔管112每端處的第一凸起密封136和第二凸起密封138。多孔管112具有在多孔管側壁112’中形成的多個穿孔140。當聲波通過進氣殼體102的氣流114傳播時，多孔管112經(jīng)由穿孔140以及聲腔130來分散聲能。如圖3、圖8和圖9大體所示，螺旋葉片110的外周142連接(固定和密封地)至多孔管側壁112’。此外，多孔管112的凸起134連接(固定和密封地)至主流管側壁108’，從而螺旋葉片110連接(固定和密封地)至主流管108?，F(xiàn)在參見圖8和圖9，將對改進的進氣系統(tǒng)100的運行情況進行詳細描述。如圖8所示，由上述渦輪引起的氣流114通過進氣殼體102，遇到主流管108。當氣流沿著螺旋狀主體116的表面導向通過時，螺旋葉片110給予氣流114獲得的氣流旋轉 122，其中氣流旋轉122的旋轉方向與渦輪106的旋轉方向IM相同(見圖2)。如圖9所示，由渦輪(見圖2)發(fā)出的噪音(S卩，聲波或者聲能)150傳入氣流114的氣流方向上游的進氣殼體102中。一旦到達主流管108，噪音150遭遇到螺旋葉片110。聲阻抗會發(fā)生陡變，這會導致噪音150的一部分被反射，于是變成行進返回渦輪增壓器的反向噪音152(見圖2)。此外，當剩余噪音150’通過多孔管112時，一些剩余噪音150’ ’進入穿孔140，在那里被聲腔130阻隔，其中氣流旋轉122往往會將剩余噪音偏轉進入穿孔140， 從而增強了剩余噪音的聲阻隔。噪音的反射、偏轉和阻隔的結果使得與原始噪音150相比， 逃出的噪音150’’’大大衰減。多孔管112的長度、聲腔130的尺寸、穿孔140的分布和尺寸、螺旋葉片110的螺旋扭絞角1 是可被改變以實現(xiàn)用于特定應用的獲得的氣流旋轉116和噪音衰減的理想性能水平的參數(shù)。本發(fā)明的改進進氣系統(tǒng)提供的獲得的氣流旋轉122具有許多優(yōu)點降低在渦輪葉片上動態(tài)壓力負荷；增加渦輪增壓器效率；產(chǎn)生更少熱量、振動和噪音；和提高渦輪增壓器耐用性。關于噪音衰減，螺旋葉片與多孔管的協(xié)同效應增強了聲腔的噪音衰減。此外，由于聲阻抗的改變，螺旋葉片將聲能反射回渦輪增壓器。螺旋葉片和多孔管的結合用于旋轉氣流，將渦輪增壓器噪音偏轉進入多孔管的穿孔中，在那里噪聲由聲腔衰減，并且將噪音反射回渦輪增壓器。圖10描述了本發(fā)明的進氣殼體系統(tǒng)100’的示例，其中主流管1108是彎曲的，例如為彎管，其中具有外周1110’的螺旋葉片1110設置在主流管內，該外周1110’連接(固定和密封地)至主流管。 對于本發(fā)明所屬技術領域的技術人員而言，上述優(yōu)選實施例可被改變和修改。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以進行這種改變或者修改，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求的范圍來限制。
權利要求
1.一種用于渦輪增壓器的進氣系統(tǒng)，該渦輪增壓器具有可旋轉的渦輪，所述渦輪的旋轉處于預定旋轉方向，該系統(tǒng)包括包含主流管的進氣殼體，其中所述主流管具有主流管側壁；和設置在所述主流管內部的螺旋葉片；其中在通過所述螺旋葉片期間，響應于所述渦輪的旋轉而通過所述主流管的氣流實現(xiàn)所述預定旋轉方向。
2.如權利要求1所述的進氣系統(tǒng)，還包括設置在所述螺旋葉片和所述主流管之間的多孔柱體，所述多孔管具有由多個穿孔穿過的多孔管側壁。
3.如權利要求2所述的進氣系統(tǒng)，其中所述多孔管與所述主流管隔開，從而在所述多孔管側壁和所述主流管側壁之間設置至少一個聲腔，所述至少一個聲腔與所述多個穿孔連通。
4.一種進氣系統(tǒng)和增壓器，其包括渦輪增壓器，其包含可旋轉的渦輪，所述渦輪在預定旋轉方向上旋轉；和連接至所述渦輪增壓器的進氣系統(tǒng)，所述進氣系統(tǒng)包括具有主流管側壁的主流管；和設置在所述主流管內部的螺旋葉片；其中在通過所述螺旋葉片期間，響應于所述渦輪的旋轉而通過所述主流管的氣流實現(xiàn)預定的旋轉方向。
5.如權利要求4所述的進氣系統(tǒng)和渦輪增壓器，還包括設置在所述螺旋葉片和所述主流管之間的多孔柱體，所述多孔管具有由多個穿孔穿過的多孔管側壁。
6.如權利要求5所述的進氣系統(tǒng)和渦輪增壓器，其中所述多孔管與所述主流管隔開， 從而在所述多孔管側壁和所述主流管側壁之間設置至少一個聲腔，所述至少一個聲腔與所述多個穿孔連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及應用于渦輪增壓器的具有氣流旋轉和噪音吸收器的進氣系統(tǒng)。進氣系統(tǒng)包括圓柱形的主流管,設置在主流管內部的螺旋葉片，和優(yōu)選的，設置在主流管內部與螺旋葉片同心的吸音多孔管。螺旋葉片的扭曲方向提供了與渦輪的旋轉方向相同的氣流旋轉。螺旋葉片造成噪音反射并且通過多孔管和相鄰的一個或多個聲腔實現(xiàn)更進一步的噪聲衰減。
文檔編號F02M35/12GK102269088SQ20111014892
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者L.李 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司