渦輪機(jī)殼體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及渦輪機(jī)殼體。渦輪機(jī)殼體包括排氣端口凸緣、渦輪機(jī)排放凸緣、跨接凸緣和軸承支承環(huán)。排氣端口凸緣被構(gòu)造成將渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到提供工作流體源的配合結(jié)構(gòu)。渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將所述渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)?？缃油咕壉粯?gòu)造成將渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管。軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，在軸承上支承渦輪機(jī)輸出軸。渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口。排氣端口凸緣限定入口端口，入口端口被構(gòu)造成提供在入口充氣室與工作流體源之間的流體連通。渦輪機(jī)遮蔽件限定流體膨脹流動(dòng)路徑，用于使工作流體流膨脹。
【專利說明】潤輪機(jī)殼體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于并聯(lián)順序(parallel-sequential)潤輪增壓系統(tǒng)的潤輪機(jī)殼體。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量同時(shí)仍維持或增加功率輸出，復(fù)雜的渦輪增壓構(gòu)架變得越來越重要。對(duì)于可接受的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)、燃料經(jīng)濟(jì)性和降低排放的需求可使得發(fā)動(dòng)機(jī)制造商面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)更為復(fù)雜。從成本和包裝觀點(diǎn)，對(duì)于多缸組發(fā)動(dòng)機(jī)而言，并聯(lián)順序增壓系統(tǒng)是最有吸引力的，但與單級(jí)增加系統(tǒng)相比，并聯(lián)順序增壓系統(tǒng)仍面臨著包裝和成本的挑戰(zhàn)。
[0003]同時(shí)滿足這些挑戰(zhàn)的嘗試包括并入多個(gè)渦輪增壓部件(例如，雙聯(lián)式渦輪增壓器)，每個(gè)渦輪增壓部件專用于相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸組(即，汽缸組)。進(jìn)一步的發(fā)展包括在單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸組的排氣系統(tǒng)之間提供流體聯(lián)接。但不利的是，由于希望將常規(guī)排氣歧管部件整體形成到汽缸蓋內(nèi)，通達(dá)至渦輪機(jī)械上游的單獨(dú)排氣流以在單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)組之間提供排氣連通變得特別復(fù)雜并且導(dǎo)致增加的成本。
[0004]因此，希望具有一種用于并聯(lián)順序渦輪增壓系統(tǒng)的改進(jìn)的渦輪機(jī)殼體，其向并聯(lián)順序渦輪增壓系統(tǒng)提供降低的成本、復(fù)雜性和減少的部件數(shù)量，同時(shí)便于其用于具有整體式排氣系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明的一示例性實(shí)施例中，主級(jí)渦輪機(jī)殼體包括排氣端口凸緣、渦輪機(jī)排放凸緣、跨接(crossover)凸緣和軸承支承環(huán)。排氣端口凸緣被構(gòu)造成將主級(jí)潤輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到主級(jí)配合結(jié)構(gòu)以提供主級(jí)工作流體源。渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)?？缃油咕壉粯?gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管。軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，渦輪機(jī)輸出軸被支承在軸承上以繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
[0006]根據(jù)此實(shí)施例，主級(jí)渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口。排氣端口凸緣限定主級(jí)入口端口，主級(jí)入口端口被構(gòu)造成提供在入口充氣室與主級(jí)工作流體源之間的流體連通。主級(jí)入口端口被構(gòu)造成從主級(jí)工作流體源向入口充氣室傳送主級(jí)工作流體流。渦輪機(jī)遮蔽件限定在渦輪機(jī)入口與渦輪機(jī)出口之間的用于使主級(jí)工作流體流膨脹的流體膨脹流動(dòng)路徑。
[0007]在本發(fā)明的另一不例性實(shí)施例中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括:第一汽缸組；主級(jí)排氣歧管，其用于傳送在第一汽缸組中產(chǎn)生的排氣；以及主級(jí)渦輪機(jī)殼體。主級(jí)渦輪機(jī)殼體包括排氣端口凸緣、渦輪機(jī)排放凸緣、跨接凸緣和軸承支承環(huán)。排氣端口凸緣被構(gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到主級(jí)排氣歧管，主級(jí)排氣歧管被構(gòu)造成將第一汽缸組中所產(chǎn)生的排氣提供為主級(jí)工作流體源。渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)?？缃油咕壉粯?gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管；并且軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，渦輪機(jī)輸出軸被支承在軸承上以繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
[0008]根據(jù)此實(shí)施例，主級(jí)渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口。排氣端口凸緣限定主級(jí)入口端口，主級(jí)入口端口被構(gòu)造成提供在入口充氣室與主級(jí)工作流體源之間的流體連通。主級(jí)入口端口被構(gòu)造成從主級(jí)源向入口充氣室傳送主級(jí)工作流體流；并且渦輪機(jī)遮蔽件限定在渦輪機(jī)入口與渦輪機(jī)出口之間的用于使主級(jí)工作流體流膨脹的流體膨脹流動(dòng)路徑。
[0009]本發(fā)明還可包括下列方案。
[0010]1.一種主級(jí)渦輪機(jī)殼體，包括:
排氣端口凸緣，所述排氣端口凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到主級(jí)配合結(jié)構(gòu)，以用于提供主級(jí)工作流體源；
渦輪機(jī)排放凸緣，所述渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)；
跨接凸緣，所述跨接凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管；以及軸承支承環(huán)，所述軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，渦輪機(jī)輸出軸被支承在所述軸承上以繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)；
其中，所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口 ；
其中，所述排氣端口凸緣限定主級(jí)入口端口，所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成提供在所述入口充氣室與所述主級(jí)工作流體源之間的流體連通；
其中，所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成從所述主級(jí)工作流體源向所述入口充氣室傳送主級(jí)工作流體流；以及
其中，所述渦輪機(jī)遮蔽件限定在渦輪機(jī)入口與渦輪機(jī)出口之間的用于使渦輪機(jī)入口流膨脹的流體膨脹流動(dòng)路徑，所述渦輪機(jī)入口流包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分。
[0011]2.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述主級(jí)工作流體流包括發(fā)動(dòng)機(jī)排氣。
[0012]3.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述排氣系統(tǒng)被構(gòu)造成從所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體向用于從所述排氣系統(tǒng)排放的排放位置傳送渦輪機(jī)出口流，所述渦輪機(jī)入口流包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分。
[0013]4.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述跨接管機(jī)械地聯(lián)接到次級(jí)配合結(jié)構(gòu)，所述次級(jí)配合結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成提供次級(jí)工作流體源，所述跨接管被構(gòu)造成提供所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體與所述次級(jí)工作流體源之間的流體聯(lián)接。
[0014]5.根據(jù)方案4所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述跨接管機(jī)械地聯(lián)接到次級(jí)渦輪機(jī)殼體。
[0015]6.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，還包括渦輪機(jī)輸出軸，其機(jī)械地聯(lián)接到安置于所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體內(nèi)的渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)葉輪包括多個(gè)葉片，所述葉片被構(gòu)造成與渦輪機(jī)入口流相互作用，以使得所述渦輪機(jī)入口流對(duì)所述渦輪機(jī)葉輪做功，所述渦輪機(jī)入口流包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分。
[0016]7.根據(jù)方案6所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述渦輪機(jī)輸出軸機(jī)械地聯(lián)接到用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的壓縮機(jī)軸，所述壓縮機(jī)與入口空氣流相互作用并且壓縮入口空氣流，以用于在主發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。[0017]8.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，在所述渦輪機(jī)出口處的所述流體膨脹流動(dòng)路徑的入口面積大于在所述渦輪機(jī)入口處的所述流體膨脹流動(dòng)路徑的出口面積。
[0018]9.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述入口充氣室包括混合器，所述混合器被構(gòu)造成從所述主級(jí)入口端口接收所述主級(jí)工作流體流、從次級(jí)端口接收次級(jí)工作流體流、以及組合所述主級(jí)工作流體流與所述次級(jí)工作流體流以形成渦輪機(jī)入口流。
[0019]10.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體:
其中所述入口充氣室包括跨接分流器，所述跨接分流器被構(gòu)造成從所述主級(jí)入口端口接收主級(jí)工作流體流、形成包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分的次級(jí)工作流體流、以及形成包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分的渦輪機(jī)入口流；
其中所述跨接分流器被構(gòu)造成將所述次級(jí)工作流體流經(jīng)由次級(jí)端口遞送到所述跨接管。
[0020]11.根據(jù)方案I所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述入口充氣室還包括渦輪旁通分流器，其被構(gòu)造成清除渦輪機(jī)入口流中的一些或全部以形成廢氣流以及將所述廢氣流遞送到所述排出口，以與渦輪機(jī)出口流相結(jié)合以形成排放流。
[0021]12.根據(jù)方案11所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，還包括廢氣門，其安置于所述渦輪旁通分流器中，所述廢氣門被構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述廢氣流的流率。
[0022]13.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括:
第一汽缸組；
主級(jí)排氣歧管，其用于傳送在所述第一汽缸組中產(chǎn)生的排氣；以及 主級(jí)渦輪機(jī)殼體，所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體包括:
排氣端口凸緣，所述排氣端口凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到所述主級(jí)排氣歧管，所述主級(jí)排氣歧管被構(gòu)造成將所述第一汽缸組中所產(chǎn)生的排氣提供為主級(jí)工作流體源；
渦輪機(jī)排放凸緣，所述渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)；
跨接凸緣，所述跨接凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管；以及軸承支承環(huán)，所述軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，渦輪機(jī)輸出軸被支承在所述軸承上以繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)；
其中所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口 ；
其中所述排氣端口凸緣限定主級(jí)入口端口，所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成提供所述入口充氣室與所述主級(jí)工作流體源之間的流體連通；
其中所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成從所述主級(jí)工作流體源向所述入口充氣室傳送主級(jí)工作流體流；以及
其中所述渦輪機(jī)遮蔽件限定在渦輪機(jī)入口與渦輪機(jī)出口之間的用于使所述主級(jí)工作流體流膨脹的流體膨脹流動(dòng)路徑。
[0023]14.根據(jù)方案13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述主級(jí)排氣歧管整體形成到與所述第一汽缸組相關(guān)聯(lián)的汽缸蓋中。
[0024]15.根據(jù)方案13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī):
還包括第二汽缸組； 其中所述跨接管被構(gòu)造成提供在所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體與設(shè)置于次級(jí)排氣歧管內(nèi)的次級(jí)工作流體源之間的流體連通，所述次級(jí)排氣歧管被構(gòu)造成傳送在所述第二汽缸組中產(chǎn)生的排氣。
[0025]16.根據(jù)方案15所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述跨接管被構(gòu)造成提供在所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體與所述次級(jí)排氣歧管之間的連通路徑。
[0026]17.根據(jù)方案13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述入口充氣室包括混合器，所述混合器被構(gòu)造成從所述主級(jí)入口端口接收所述主級(jí)工作流體流、從次級(jí)端口接收次級(jí)工作流體流、以及組合所述主級(jí)工作流體流與次級(jí)工作流體流以形成渦輪機(jī)入口流。
[0027]18.根據(jù)方案13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī):
其中所述入口充氣室包括跨接分流器，所述跨接分流器被構(gòu)造成從所述主級(jí)入口端口接收主級(jí)工作流體流、形成包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分的次級(jí)工作流體流、以及形成包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分的渦輪機(jī)入口流；以及
其中所述跨接分流器被構(gòu)造成將所述次級(jí)工作流體流經(jīng)由次級(jí)端口遞送到所述跨接管。
[0028]19.根據(jù)方案13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述入口充氣室還包括渦輪旁通分流器，其被構(gòu)造成清除渦輪機(jī)入口流中的一些或全部以形成廢氣流以及將所述廢氣流遞送到所述排出口以便與渦輪機(jī)出口流相結(jié)合以形成排放流。
[0029]20.根據(jù)方案19所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括廢氣門，其安置于所述渦輪旁通分流器中，所述廢氣門被構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述廢氣流的流率。
[0030]當(dāng)結(jié)合附圖理解時(shí)，本發(fā)明的上述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過本發(fā)明的下述詳細(xì)描述將會(huì)顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]其它特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)在實(shí)施例的下述詳細(xì)描述中僅以舉例說明的方式顯現(xiàn)，詳細(xì)描述參考附圖，在附圖中:
圖1為示出示例性渦輪機(jī)殼體的剖視圖；
圖2為示出示例性并聯(lián)順序渦輪增壓系統(tǒng)的示意圖；
圖3為示出示例性并聯(lián)順序渦輪增壓系統(tǒng)的流動(dòng)路徑的示意圖；以及 圖4為示出了示例性潤輪機(jī)殼體的外觀圖的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下述描述在本質(zhì)上只是示例性的且預(yù)期并不限制本公開、其應(yīng)用或用途。應(yīng)了解在所有附圖中，相對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相似或相對(duì)應(yīng)的零件和特征。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，圖1和圖2示出了示例性主級(jí)渦輪機(jī)殼體100。如圖1所示，主級(jí)潤輪機(jī)殼體100包括排氣端口凸緣102、潤輪機(jī)排放凸緣104、跨接凸緣106和軸承支承環(huán)108。排氣端口凸緣102被構(gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體100機(jī)械地聯(lián)接到主級(jí)配合結(jié)構(gòu)110，主級(jí)配合結(jié)構(gòu)110用作主級(jí)工作流體源142/工作流體的主級(jí)源142，所述工作流體例如是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣或者可通過渦輪機(jī)膨脹以做有用功的其它加壓流體。例如，主級(jí)配合結(jié)構(gòu)110可為排氣歧管(未圖示)的排氣凸緣。主級(jí)配合結(jié)構(gòu)110也可為汽缸蓋的排氣凸緣，在所述汽缸蓋中整合了排氣歧管(即，整體式排氣歧管或IEM)。在任一情況下，配合結(jié)構(gòu)110可與主發(fā)動(dòng)機(jī)116的第一汽缸組114相關(guān)聯(lián)。
[0034]應(yīng)意識(shí)到，在希望或有利地減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、重量和成本的某些發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，可能需要將排氣歧管整體形成到汽缸蓋鑄件內(nèi)。通過將排氣歧管與汽缸蓋組合成單個(gè)鑄件，IEM/汽缸蓋可允許省除鑄鐵排氣歧管、螺栓、墊片和熱屏蔽件。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)的可靠性有利地得到改進(jìn)，這是因?yàn)榕懦嗽趥鹘y(tǒng)汽缸蓋與排氣歧管之間的墊片故障(即，泄漏)的可能性。
[0035]渦輪機(jī)排放凸緣104被構(gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體100機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)118，排氣系統(tǒng)118用于將工作流體沿其穿過主級(jí)渦輪機(jī)殼體100的通路傳送到其可被排放到大氣所在的位置。因此，排氣系統(tǒng)118可包括一個(gè)或多個(gè)排氣后處理部件(未圖示)，諸如催化轉(zhuǎn)化器或微粒過濾器。
[0036]跨接凸緣106被構(gòu)造成將主級(jí)渦輪機(jī)殼體100機(jī)械地聯(lián)接到跨接管120。跨接管120可機(jī)械地聯(lián)接到次級(jí)配合結(jié)構(gòu)，其中次級(jí)配合結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成提供次級(jí)工作流體源。例如，在圖2中示意性地示出的并且進(jìn)一步參考圖4，跨接管120可機(jī)械地聯(lián)接到次級(jí)渦輪機(jī)殼體182，并且可被構(gòu)造成提供在主級(jí)渦輪機(jī)殼體100與次級(jí)工作流體源之間直接或間接的流體聯(lián)接。在示例性實(shí)施例中，次級(jí)工作流體源為主發(fā)動(dòng)機(jī)116的第二汽缸組122。因此，跨接管120可提供在多缸組發(fā)動(dòng)機(jī)116中的發(fā)動(dòng)機(jī)組之間的連通路徑。
[0037]軸承支承環(huán)108被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承124，渦輪機(jī)輸出軸126被支承在軸承124上以繞其縱向軸線128旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)輸出軸126機(jī)械地聯(lián)接到渦輪機(jī)葉輪130，渦輪機(jī)葉輪130安置于主級(jí)渦輪機(jī)殼體100內(nèi)。渦輪機(jī)輸出軸126也可機(jī)械地聯(lián)接到用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(未圖示)的壓縮機(jī)軸132，所述壓縮機(jī)與入口空氣流(未圖示)相互作用并且壓縮入口空氣流以用于在主發(fā)動(dòng)機(jī)116內(nèi)燃燒。
[0038]在內(nèi)部，主級(jí)渦輪機(jī)殼體100限定入口充氣室134、渦輪機(jī)遮蔽件136和排出口138。排氣端口凸緣102限定主級(jí)入口端口 140，主級(jí)入口端口 140被構(gòu)造成提供在入口充氣室134與設(shè)置于主級(jí)配合結(jié)構(gòu)110內(nèi)的主級(jí)工作流體源142之間的流體連通。因此，主級(jí)入口端口 140被構(gòu)造成將主級(jí)工作流體流144從主級(jí)源142向入口充氣室134傳送。在示例性實(shí)施例中，主級(jí)流144包括在主發(fā)動(dòng)機(jī)116的第一汽缸組114內(nèi)產(chǎn)生的排氣。
[0039]渦輪機(jī)遮蔽件136限定在渦輪機(jī)入口 148與渦輪機(jī)出口 150之間的流體膨脹流動(dòng)路徑146。在流體膨脹流動(dòng)路徑146內(nèi)，渦輪機(jī)入口流152 (其包括相對(duì)于渦輪機(jī)出口 150處的工作流體的壓力來說處于相對(duì)更高壓力的工作流體)膨脹以在渦輪機(jī)出口 150形成渦輪機(jī)出口流154 (其包括相對(duì)于渦輪機(jī)入口 148處的工作流體的壓力來說處于相對(duì)更低壓力的工作流體)。雖然渦輪機(jī)入口流152從渦輪機(jī)入口 148向渦輪機(jī)出口 150流動(dòng)(并且膨脹)，渦輪機(jī)入口流152和渦輪機(jī)出口流154所包括的工作流體與附連到渦輪機(jī)葉輪130上的葉片156相互作用以便對(duì)渦輪機(jī)葉輪130做功。對(duì)渦輪機(jī)葉輪130所做的功被實(shí)現(xiàn)為遞送到渦輪機(jī)輸出軸126的扭矩，所述扭矩可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)軸132。為了便于工作流體在渦輪機(jī)中膨脹，在渦輪機(jī)出口 150處的流體膨脹流動(dòng)路徑146的入口面積158大于渦輪機(jī)入口 148處的流體膨脹流動(dòng)路徑146的出口面積160。
[0040]入口充氣室134被構(gòu)造成積蓄工作流體(包括主級(jí)流144的至少一部分)以形成渦輪機(jī)入口流152。入口充氣室134也被構(gòu)造成將渦輪機(jī)入口流152遞送到渦輪機(jī)入口 148。因此，入口充氣室134與渦輪機(jī)入口 148流體連通?？缃油咕?06限定次級(jí)端口 162，次級(jí)端口 162提供在入口充氣室134與跨接管120之間的流體連通。如在下文更全面地討論的，工作流體可經(jīng)由限定于跨接凸緣106內(nèi)的次級(jí)端口 162遞送到入口充氣室134或從入口充氣室134被抽吸。
[0041 ] 在示例性實(shí)施例中，入口充氣室134包括混合器164，混合器164被構(gòu)造成從主級(jí)入口端口 140接收主級(jí)流144、從次級(jí)端口 162接收次級(jí)工作流體流166、以及組合主級(jí)流144與次級(jí)流166以形成渦輪機(jī)入口流152。因此，主級(jí)渦輪機(jī)殼體100被構(gòu)造成經(jīng)由限定于跨接凸緣106內(nèi)的次級(jí)端口 162來接收次級(jí)流166。因此，在主級(jí)渦輪機(jī)殼體100作為并聯(lián)順序增壓系統(tǒng)180中的主級(jí)渦輪機(jī)操作的情況下，與混合器164相關(guān)的次級(jí)端口 162便于將次級(jí)工作流體流166添加到渦輪機(jī)入口流152。
[0042]在另一示例性實(shí)施例中，入口充氣室134包括跨接分流器168，所述跨接分流器被構(gòu)造成從主級(jí)入口端口 10接收主級(jí)流144、以及提取來自主級(jí)流144的工作流體中的一些或全部以形成次級(jí)流166，而其余工作流體形成渦輪機(jī)入口流152?？缃臃至髌?68被構(gòu)造成將次級(jí)流166經(jīng)由次級(jí)端口 162遞送到跨接管120。因此，在次級(jí)渦輪機(jī)殼體182將作為并聯(lián)順序沖壓系統(tǒng)180中的次級(jí)渦輪機(jī)來操作的情況下，與跨接分流器168相關(guān)的次級(jí)端口 162便于從渦輪機(jī)入口流152提取次級(jí)工作流體流166，以經(jīng)由跨接管120遞送到另一渦輪機(jī)。在示例性實(shí)施例中，次級(jí)渦輪機(jī)容納于次級(jí)渦輪機(jī)殼體182中，次級(jí)渦輪機(jī)殼體182聯(lián)接到主級(jí)渦輪機(jī)殼體100并且其在功能上等效于主級(jí)渦輪機(jī)殼體100。
[0043]參考圖3，在又一示例性實(shí)施例中，入口充氣室134還包括渦輪旁通分流器170，渦輪旁通分流器170被構(gòu)造成清除渦輪機(jī)入口流152中的一些或全部以形成廢氣流172并且將廢氣流172遞送到排出口 138以與渦輪機(jī)出口流157相結(jié)合來形成排放流174。廢氣門176安置于渦輪旁通分流器170中，并且廢氣門176被構(gòu)造成調(diào)節(jié)廢氣流172的流率。
[0044]排出口 138與渦輪機(jī)出口 150流體連通并且被構(gòu)造成從渦輪機(jī)出口 150接收渦輪機(jī)出口流154以形成排放流174。在示例性實(shí)施例中，渦輪機(jī)隔離閥178安置于排氣的渦輪機(jī)出口流154中，且位于渦輪機(jī)出口 150下游。渦輪機(jī)隔離閥178被構(gòu)造成調(diào)節(jié)渦輪機(jī)出口流154的流率。
[0045]在示例性實(shí)施例中，用于具有第一汽缸組114和第二汽缸組122的主發(fā)動(dòng)機(jī)116的增壓系統(tǒng)180包括主級(jí)渦輪機(jī)殼體100和次級(jí)渦輪機(jī)殼體182。主級(jí)渦輪機(jī)殼體100和次級(jí)潤輪機(jī)殼體182中的每一個(gè)包括排氣端口凸緣102、潤輪機(jī)排放凸緣104、跨接凸緣106和軸承支承環(huán)108。此外，主級(jí)渦輪機(jī)殼體100和次級(jí)渦輪機(jī)殼體182中的每一個(gè)限定入口充氣室134、渦輪機(jī)遮蔽件136和排出口 138?？缃庸?20機(jī)械地聯(lián)接到主級(jí)渦輪機(jī)殼體100和次級(jí)渦輪機(jī)殼體182，并且被構(gòu)造成提供在主級(jí)渦輪機(jī)殼體100與次級(jí)渦輪機(jī)殼體182之間的流體聯(lián)接。
[0046]根據(jù)此實(shí)施例，次級(jí)渦輪機(jī)殼體182作為增壓系統(tǒng)180內(nèi)的次級(jí)渦輪機(jī)來操作。因此，次級(jí)渦輪機(jī)殼體182的入口充氣室134包括跨接分流器168，跨接分流器168被構(gòu)造成從主級(jí)入口端口 140接收主級(jí)流144并且提取來自主級(jí)流144的工作流體中的一些或全部以形成次級(jí)流166，其余工作流體形成渦輪機(jī)入口流152。跨接分流器168被構(gòu)造成將次級(jí)流166經(jīng)由次級(jí)端口 162遞送到跨接管120?？缃庸?20將次級(jí)流166運(yùn)送到主級(jí)渦輪機(jī)殼體100。[0047]根據(jù)此實(shí)施例，次級(jí)渦輪機(jī)殼體182還包括安置于渦輪機(jī)出口流154中且位于渦輪機(jī)出口 150下游的渦輪機(jī)隔離閥178。渦輪機(jī)隔離閥178被構(gòu)造成調(diào)節(jié)渦輪機(jī)出口流154的流率。當(dāng)渦輪機(jī)隔離閥178關(guān)閉或接近關(guān)閉時(shí)，來自主級(jí)流144的大部分或全部工作流體由跨接分流器168提取以形成次級(jí)流166，較少或甚至無工作流體形成渦輪機(jī)入口流152。當(dāng)渦輪機(jī)隔離閥178完全打開或接近完全打開時(shí)，來自主級(jí)流144的較少或無工作流體由跨接分流器168提取以形成次級(jí)流166，大部分或全部工作流體形成渦輪機(jī)入口流152。
[0048]根據(jù)此實(shí)施例，主級(jí)渦輪機(jī)殼體100將作為主級(jí)渦輪機(jī)來操作。因此，主級(jí)渦輪機(jī)殼體100的入口充氣室134包括混合器164，混合器164被構(gòu)造成從主級(jí)入口端口 140接收主級(jí)流144、經(jīng)由主級(jí)渦輪機(jī)殼體100的次級(jí)端口 162從跨接管120接收次級(jí)流166、以及組合主級(jí)流144與次級(jí)流166以形成渦輪機(jī)入口流152。因此，主級(jí)渦輪機(jī)殼體100被構(gòu)造成經(jīng)由次級(jí)渦輪機(jī)殼體182從第二汽缸組122接收次級(jí)流166。
[0049]在操作中，廢氣門176和渦輪機(jī)隔離閥178可被調(diào)節(jié)，以在主發(fā)動(dòng)機(jī)116的各個(gè)操作速度下產(chǎn)生增壓系統(tǒng)180所希望的操作特征。應(yīng)意識(shí)到，可通過平衡進(jìn)氣升壓和排氣背壓對(duì)于諸如發(fā)動(dòng)機(jī)性能、經(jīng)濟(jì)性、可操作性、可靠性等因素的影響來優(yōu)化所希望的操作特征。例如，在相對(duì)較低的操作速度下，可希望關(guān)閉或接近關(guān)閉渦輪機(jī)隔離閥178同時(shí)也關(guān)閉廢氣門176。另一方面，在相對(duì)較高的操作速度下，在調(diào)節(jié)廢氣門176時(shí)可希望完全打開或接近完全打開渦輪機(jī)隔離閥178。在中等操作速度下，可希望在關(guān)閉廢氣門176時(shí)調(diào)節(jié)渦輪機(jī)隔尚閥178。
[0050]在某些應(yīng)用中，可有利地采用本公開的方面來形成改進(jìn)的并聯(lián)順序增壓系統(tǒng)180。隨著高功率密度和寬速度范圍發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)發(fā)展，可有利地更密切地匹配渦輪增壓系統(tǒng)的操作與渦輪增壓系統(tǒng)所服務(wù)的發(fā)動(dòng)機(jī)。本公開提供了改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)響應(yīng)性同時(shí)減少在低速下的排放的手段。在包括兩個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)的渦輪增壓器的并聯(lián)順序增壓系統(tǒng)180中，渦輪增壓器可被投入使用或者不操作以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的具體需要，因?yàn)樗鼍唧w需要隨著在發(fā)動(dòng)機(jī)操作點(diǎn)之間的移動(dòng)而變化。
[0051]因此，示例性系統(tǒng)可改進(jìn)渦輪增壓器操作與發(fā)動(dòng)機(jī)操作匹配的能力。因此，渦輪增壓器的效率和升壓壓力都可得到改進(jìn)。在一示例性實(shí)施例中，等效渦輪機(jī)流動(dòng)面積可在增壓系統(tǒng)中具有超過50%的變化，從而顯著地改進(jìn)了總體的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能且同時(shí)仍有利地保留了在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下的高有效平均制動(dòng)壓力(BMEP)。另外，相對(duì)于其它雙聯(lián)式渦輪系統(tǒng)，諸如二級(jí)串聯(lián)渦輪增壓系統(tǒng)，所公開的并聯(lián)順序系統(tǒng)便于使用更小的渦輪增壓器部件，并且提供在包裝和成本方面的優(yōu)勢。應(yīng)意識(shí)到，除了用于汽車和卡車的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)之外，這些性能、可操作性、成本和包裝中的優(yōu)點(diǎn)在包括海洋應(yīng)用、機(jī)車、軍事裝甲車輛等的各種應(yīng)用中是有用的。
[0052]雖然參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可做出各種變化并且等效物可用于替換本發(fā)明的元件。此外，可做出許多修改以在不偏離本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容。因此，預(yù)期本發(fā)明并不限于所公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種主級(jí)渦輪機(jī)殼體，包括: 排氣端口凸緣，所述排氣端口凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到主級(jí)配合結(jié)構(gòu)，以用于提供主級(jí)工作流體源； 渦輪機(jī)排放凸緣，所述渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)； 跨接凸緣，所述跨接凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管；以及 軸承支承環(huán)，所述軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，渦輪機(jī)輸出軸被支承在所述軸承上以繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)； 其中，所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口 ； 其中，所述排氣端口凸緣限定主級(jí)入口端口，所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成提供在所述入口充氣室與所述主級(jí)工作流體源之間的流體連通； 其中，所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成從所述主級(jí)工作流體源向所述入口充氣室傳送主級(jí)工作流體流；以及 其中，所述渦輪機(jī)遮蔽件限定在渦輪機(jī)入口與渦輪機(jī)出口之間的用于使渦輪機(jī)入口流膨脹的流體膨脹流動(dòng) 路徑，所述渦輪機(jī)入口流包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體,其中，所述主級(jí)工作流體流包括發(fā)動(dòng)機(jī)排氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述排氣系統(tǒng)被構(gòu)造成從所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體向用于從所述排氣系統(tǒng)排放的排放位置傳送渦輪機(jī)出口流，所述渦輪機(jī)入口流包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述跨接管機(jī)械地聯(lián)接到次級(jí)配合結(jié)構(gòu)，所述次級(jí)配合結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成提供次級(jí)工作流體源，所述跨接管被構(gòu)造成提供所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體與所述次級(jí)工作流體源之間的流體聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述跨接管機(jī)械地聯(lián)接到次級(jí)渦輪機(jī)殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，還包括渦輪機(jī)輸出軸，其機(jī)械地聯(lián)接到安置于所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體內(nèi)的渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)葉輪包括多個(gè)葉片，所述葉片被構(gòu)造成與渦輪機(jī)入口流相互作用，以使得所述渦輪機(jī)入口流對(duì)所述渦輪機(jī)葉輪做功，所述渦輪機(jī)入口流包括所述主級(jí)工作流體流的至少一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述渦輪機(jī)輸出軸機(jī)械地聯(lián)接到用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的壓縮機(jī)軸，所述壓縮機(jī)與入口空氣流相互作用并且壓縮入口空氣流，以用于在主發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，在所述渦輪機(jī)出口處的所述流體膨脹流動(dòng)路徑的入口面積大于在所述渦輪機(jī)入口處的所述流體膨脹流動(dòng)路徑的出口面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主級(jí)渦輪機(jī)殼體，其中，所述入口充氣室包括混合器，所述混合器被構(gòu)造成從所述主級(jí)入口端口接收所述主級(jí)工作流體流、從次級(jí)端口接收次級(jí)工作流體流、以及組合所述主級(jí)工作流體流與所述次級(jí)工作流體流以形成渦輪機(jī)入口流。
10.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括: 第一汽缸組；主級(jí)排氣歧管，其用于傳送在所述第一汽缸組中產(chǎn)生的排氣；以及 主級(jí)渦輪機(jī)殼體，所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體包括: 排氣端口凸緣，所述排氣端口凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到所述主級(jí)排氣歧管，所述主級(jí)排氣歧管被構(gòu)造成將所述第一汽缸組中所產(chǎn)生的排氣提供為主級(jí)工作流體源； 渦輪機(jī)排放凸緣，所述渦輪機(jī)排放凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到排氣系統(tǒng)； 跨接凸緣，所述跨接凸緣被構(gòu)造成將所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體機(jī)械地聯(lián)接到跨接管；以及軸承支承環(huán)，所述軸承支承環(huán)被構(gòu)造成機(jī)械地支承軸承，渦輪機(jī)輸出軸被支承在所述軸承上以繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)； 其中所述主級(jí)渦輪機(jī)殼體限定入口充氣室、渦輪機(jī)遮蔽件和排出口 ； 其中所述排氣端口凸緣限定主級(jí)入口端口，所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成提供所述入口充氣室與所述主級(jí)工作流體源之間的流體連通； 其中所述主級(jí)入口端口被構(gòu)造成從所述主級(jí)工作流體源向所述入口充氣室傳送主級(jí)工作流體流；以及 其中所述渦輪機(jī)遮蔽件限定在渦輪機(jī)入口與渦輪機(jī)出口之間的用于使所述主級(jí)工作流體流膨脹的流體膨脹流動(dòng)路徑。
【文檔編號(hào)】F01D25/24GK103967540SQ201410034187
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】J.考吉爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司