渦輪增壓器擴(kuò)散器中心體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了渦輪增壓器擴(kuò)散器中心體，更具體地提供了一種渦輪增壓器渦輪機(jī)，所述渦輪增壓器渦輪機(jī)具有限定擴(kuò)散器的外殼壁。在所述擴(kuò)散器內(nèi)，所述擴(kuò)散器內(nèi)的中心體由從所述擴(kuò)散器壁延伸的去旋翼葉支撐。所述中心體形成去旋通道，所述去旋通道具有從所述中心體的上游端到所述去旋翼葉的前緣的流的遞增平均直徑。所述去旋翼葉的后緣靠近所述中心體的所述下游端。環(huán)形導(dǎo)向翼葉在所述去旋通道內(nèi)包圍所述中心體。廢氣門系統(tǒng)配置為通過在所述去旋翼葉、所述環(huán)形導(dǎo)向翼葉和/或所述中心體上的噴射口將廢氣流排到所述擴(kuò)散器中。
【專利說明】
渦輪増壓器擴(kuò)散器中心體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明大體上涉及渦輪增壓器渦輪機(jī)，并且更加具體地，涉及一種用于徑向自動渦輪增壓器渦輪機(jī)的排出氣擴(kuò)散器配置。
【背景技術(shù)】
[0002]徑向渦輪增壓器渦輪機(jī)設(shè)置有從葉輪中心線周圍的渦輪機(jī)葉輪向下游軸向延伸的擴(kuò)散器。擴(kuò)散器配置為降低氣流速度。為了實現(xiàn)這一點，擴(kuò)散器的截面積從擴(kuò)散器的上游端增加到所述擴(kuò)散器的下游端。因為通過擴(kuò)散器的質(zhì)量流量是恒定的，所以該增加后的截面積為降低速度、降低動壓和增加靜壓做好了準(zhǔn)備。
[0003]渦輪機(jī)設(shè)計為在設(shè)計操作條件下優(yōu)化操作。在這種操作條件下，排氣流將進(jìn)入具有大體上軸向的流的擴(kuò)散器。然而，在所謂的‘偏離設(shè)計的’操作條件(B卩，與設(shè)計操作條件大體上不同的操作條件)下，排氣流的特征可能在于高出口打旋，該高出口打旋可以在取決于具體操作條件的任一方向上。由于脈沖輸入流條件、大小約束(例如，小于最佳渦輪機(jī)直徑的渦輪機(jī)直徑)、以及可變噴嘴導(dǎo)向翼葉(在渦輪機(jī)入口中)遠(yuǎn)離其名義位置操作的條件，這些偏離設(shè)計的操作條件通常在渦輪增壓器渦輪機(jī)操作中發(fā)生。這些偏離設(shè)計的操作條件導(dǎo)致了針對導(dǎo)致高程度的出口打旋的渦輪機(jī)級的非常低的葉片速率比情況。
[0004]由此，在這些偏離設(shè)計的操作條件下，雖然降低了通過擴(kuò)散器的排出氣流的下游(及，軸向部分)速度，但是將仍然具有顯著切向(即，圓周)速度部分(即，軸向方向周圍的圓形運動)。該切向速度部分結(jié)合軸向速度部分產(chǎn)生打旋(即，螺旋形)排出氣流。該切向速度部分使排出流的總動能增加超過僅有軸向速度部分的情況，從而在渦輪機(jī)的偏離設(shè)計的操作范圍內(nèi)(具體地在瞬時條件下)會引起效率損失。
[0005]應(yīng)該注意，處理該問題的任何努力都受到渦輪增壓器的大小限制的約束，S卩，包裝約束。這一點對于自動渦輪增壓器而言尤其如此，該自動渦輪增壓器通常具有顯著大小限制。
[0006]傳統(tǒng)錐形擴(kuò)散器設(shè)計在處理零水平或者低水平的入口打旋時可能是非常有效的。然而，將傳統(tǒng)錐形擴(kuò)散器設(shè)計應(yīng)用到具有包裝約束的打旋流通常會導(dǎo)致流顯著分離以及低效擴(kuò)散。其前緣角與流打旋角匹配的去旋翼葉可以用于試圖管理該問題，但是因為流入擴(kuò)散器中的流的打旋角在渦輪機(jī)的有用操作范圍內(nèi)顯著變化，所以這些去旋翼葉僅僅在小范圍的操作條件下會有效地操作。由此，使用去旋翼葉會在操作條件下的去旋翼葉中導(dǎo)致高(角度)沖角損失，這些操作條件不接近針對其設(shè)計了翼葉的操作條件。
[0007]因此，已經(jīng)存在對自動渦輪增壓器渦輪機(jī)擴(kuò)散器的需要，從而緊湊而高效地減小了排出氣流的動能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在各種實施例中，本發(fā)明可以解決上面所提及的需要中的一些或者全部，以提供了一種緊湊的自動渦輪增壓器渦輪機(jī)擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器高效地減小了排出氣流的動能。
[0009]渦輪增壓器渦輪機(jī)包括渦輪機(jī)葉輪和渦輪機(jī)外殼。外殼具有限定軸向延伸的渦輪機(jī)通道的外殼壁。通道包括葉輪腔室，該葉輪腔室容納渦輪機(jī)葉輪。葉輪腔室從進(jìn)口導(dǎo)流器(inducer)向下游延伸至渦輪機(jī)葉輪的出口導(dǎo)流器。通道進(jìn)一步包括從出口導(dǎo)流器向下游延伸的出口通路。該出口通路限定具有擴(kuò)散器壁的擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器壁的軸向截面大小從擴(kuò)散器的上游端增加到擴(kuò)散器的下游端。
[0010]渦輪增壓器渦輪機(jī)的特征在于擴(kuò)散器內(nèi)的中心體。該中心體具有中心體壁，該中心體壁形成在擴(kuò)散器壁內(nèi)并且包圍中心體的去旋通道。有利地，中心體的存在增加了排出氣流的平均直徑。由于自由渦流，流的切向部分的角動量保持恒定，并且由此，平均直徑的增加降低了排出流的切向速度。
[0011]渦輪機(jī)的特征進(jìn)一步在于支撐中心體的一個或多個去旋翼葉。這些去旋翼葉在中心體壁與擴(kuò)散器壁之間延伸。另外，渦輪機(jī)的特征進(jìn)一步在于:去旋通道的特征在于從中心體的上游端到一個或多個去旋翼葉的前緣的流的遞增平均直徑。有利地，排出流的切向速度的降低減小了攻角，排出氣流在非標(biāo)準(zhǔn)操作條件期間以該攻角撞擊去旋翼葉。該攻角的減小在較寬的操作條件范圍內(nèi)減小了沖角損失。這在渦輪機(jī)的偏離設(shè)計的操作范圍內(nèi)(具體地在瞬時條件下)減小了效率損失。
[0012]渦輪機(jī)的特征還在于:去旋翼葉的后緣位于中心體的下游端的接近軸向附近。有利地，去旋翼葉阻止自由渦流，因此流的切向部分的角動量不會保持恒定。結(jié)果，可以顯著增加流的截面積，并且，在不增加排出流的切向速度的情況下，可以減小平均直徑。
[0013]渦輪機(jī)的特征還在于:環(huán)型導(dǎo)向翼葉包圍在中心體壁與擴(kuò)散器壁之間的中心體。有利地，環(huán)型導(dǎo)向翼葉阻止去旋通道中的流分離。
[0014]最后，渦輪機(jī)的特征在于廢氣門系統(tǒng)，該廢氣門系統(tǒng)經(jīng)由在中心體、去旋翼葉和/或環(huán)形導(dǎo)向輪中形成的噴射口將廢氣門流噴入到來自渦輪機(jī)出口導(dǎo)流器的流中。有利地，這可能被發(fā)現(xiàn)以改善在擴(kuò)散器的后段中的擴(kuò)散流。
[0015]通過以下對優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明以及以舉例的方式圖示了本發(fā)明的原理的附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見。對下面所陳述的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠建立和使用本發(fā)明的實施例的具體優(yōu)選實施例進(jìn)行的詳細(xì)描述并不意在限制列舉的權(quán)利要求書，而是意在用作本要求的發(fā)明的具體示例。
【附圖說明】
[0016]圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的具有渦輪增壓器和增壓空氣冷卻器的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)布局。
[0017]圖2是圖1的渦輪增壓器的渦輪機(jī)外殼和具有翼葉的相關(guān)中心體的剖開透視圖。
[0018]圖3是圖1的渦輪增壓器的渦輪機(jī)外殼和具有翼葉的相關(guān)中心體的第二剖開透視圖。
[0019]圖4是圖2的渦輪機(jī)外殼的剖開前示意圖，示出了中心體和翼葉。
[0020]圖5是本發(fā)明的第二實施例的渦輪機(jī)外殼的剖開前示意圖，示出了廢氣門噴射特征。
【具體實施方式】
[0021]通過參考應(yīng)該與附圖一起閱讀的以下詳細(xì)描述，可以更好地理解上面總結(jié)的及由列舉的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明。對下面所陳述的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠建立和使用本發(fā)明的實施例的具體優(yōu)選實施例進(jìn)行的該詳細(xì)描述并不意在限制列舉的權(quán)利要求書，而是其意在用于提供本權(quán)利要求的具體示例。
[0022]本發(fā)明的典型實施例在渦輪機(jī)葉輪出口之后直接利用排出氣流(S卩，流)的平均直徑的增加來減小流的打旋角。這為軸向或者接近軸向的待使用去旋翼葉在較寬的操作條件范圍內(nèi)沒有顯著的沖角損失的情況下通過擴(kuò)散器的剩余部分做好了準(zhǔn)備。以這種方式，可以在較寬的入口打旋角的范圍內(nèi)并且因此在較寬的渦輪機(jī)操作條件范圍內(nèi)管理有效擴(kuò)散。
[0023]參照圖1，在本發(fā)明的第一實施例中，渦輪增壓器101包括渦輪增壓器外殼和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配置為沿推力軸承和軸頸軸承(或者可替代地，其他軸承，諸如，滾珠軸承)上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)103軸線在渦輪增壓器外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)。渦輪增壓器外殼包括:渦輪機(jī)外殼105、壓縮機(jī)外殼107、以及將渦輪機(jī)外殼連接至壓縮機(jī)外殼的軸承外殼109(即，中心外殼)。轉(zhuǎn)子包括:大體上位于渦輪機(jī)外殼內(nèi)的渦輪機(jī)葉輪111、大體上位于壓縮機(jī)外殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪113、以及通過軸承外殼沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線延伸以將渦輪機(jī)葉輪連接至壓縮機(jī)葉輪的軸115。
[0024]渦輪機(jī)外殼105和渦輪機(jī)葉輪111形成渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)配置為周向容納來自發(fā)動機(jī)，例如，來自內(nèi)燃機(jī)125的排氣歧管123的高壓高溫排出氣流121。渦輪機(jī)葉輪(因此，轉(zhuǎn)子)在圍繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)103軸線的旋轉(zhuǎn)中由高壓高溫排出氣流驅(qū)動，該高壓高溫排出氣流變?yōu)橥ㄟ^擴(kuò)散器(未圖示)的低壓低溫排出氣流127，并且然后，將該低壓低溫排出氣流127軸向釋放到排氣系統(tǒng)(未圖示)中。
[0025]壓縮機(jī)外殼107和壓縮機(jī)葉輪113形成壓縮機(jī)級。在旋轉(zhuǎn)中由排出氣驅(qū)動的渦輪機(jī)葉輪111驅(qū)動的壓縮機(jī)葉輪配置為將接收的輸入空氣(例如，周圍空氣131、或者來自多級壓縮機(jī)中的先前級的已經(jīng)加壓空氣)軸向壓縮為從壓縮機(jī)周向噴出的加壓空氣流133。由于壓縮過程，加壓氣流的特征在于比輸入空氣的溫度增加的溫度。
[0026]可選地，可以通過對流冷卻的增壓空氣冷卻器135來引導(dǎo)加壓空氣流，該增壓空氣冷卻器135配置為使加壓空氣流散熱，從而增加其密度。將合成的冷卻和加壓輸出空氣流137引入到內(nèi)燃機(jī)上的進(jìn)氣歧管139中，或者可替代地引入到后續(xù)級的串聯(lián)壓縮機(jī)中。系統(tǒng)的操作由ECU 151 (電子控制單元)控制，該ECU 151經(jīng)由通信連接153連接至系統(tǒng)的剩余部分。
[0027]參照圖1至圖4，渦輪機(jī)外殼105具有限定渦輪機(jī)通道的外殼壁201。該通道包括:容納渦輪機(jī)葉輪111的葉輪腔室203;通向渦輪機(jī)葉輪的進(jìn)口導(dǎo)流器(未圖示)(即，在葉輪葉片的前緣處)的徑向或者混合流渦輪機(jī)入口通路(未圖示)；以及從渦輪機(jī)葉輪的出口導(dǎo)流器207(8卩，在葉輪葉片的后緣處)向下游延伸的出口通路205。葉輪腔室從進(jìn)口導(dǎo)流器向下游延伸至渦輪機(jī)葉輪的出口導(dǎo)流器。
[0028]出口通路205限定擴(kuò)散器，并且在擴(kuò)散器內(nèi)的外殼壁201的部分形成擴(kuò)散器壁211。在該實施例中，擴(kuò)散器壁以接近出口導(dǎo)流器207處的葉輪腔室203的直徑開始，并且然后，在出口導(dǎo)流器的下游，直徑平穩(wěn)增加了過渡(軸向)距離213以達(dá)到在最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置215處的最大擴(kuò)散器壁直徑。該最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置理解為以該直徑的擴(kuò)散器壁的軸向上游端。
[0029]在過渡距離213之后，擴(kuò)散器壁211建立以最大擴(kuò)散器壁直徑計的恒定直徑。由此，擴(kuò)散器壁的截面大小(例如，直徑)沿軸向從擴(kuò)散器的上游端增加到最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置215，并且因此增加到擴(kuò)散器的下游端。為了本應(yīng)用的目的，應(yīng)該理解，“平穩(wěn)改變表面”是具有連續(xù)的傾斜角函數(shù)的表面。
[0030]中心體
在出口通路205(以及擴(kuò)散器)內(nèi)的是限定(外)中心體壁223的中心體221。在該實施例中，中心體是氣動的完全旋轉(zhuǎn)對稱體(圍繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)103軸線)。為了本應(yīng)用的目的，完全旋轉(zhuǎn)對稱定義為表示圍繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的中心體的截面在每個軸向位置處是圓形的。
[0031]在上游端處，中心體形成凸部225，該凸部225的形狀為具有在下游方向上增加的直徑的圓筒。該凸部的上游端大體上為渦輪機(jī)葉輪111的輪轂229的下游端227的大小和形狀(即，凸部的大小和形狀足夠接近以在沒有在流中引起顯著干擾的情況下適應(yīng)流)。中心體上游端同心地并且相對地面向葉輪輪轂下游端，從而為葉輪出口導(dǎo)流器與中心體之間的平穩(wěn)排出流做好準(zhǔn)備。
[0032]從中心體上游端，中心體壁223的直徑在軸向下游方向上平穩(wěn)增加直到其達(dá)到在最大中心體直徑軸向位置231處的最大直徑。該位置處于最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置的接近軸向附近。為了本應(yīng)用的目的，短語“接近軸向附近”應(yīng)該理解為表示在位置范圍內(nèi)，流的速度(方向和速率)通過這些位置大體上不會改變(例如，改變了不到百分之五)。在最大中心體直徑軸向位置的下游，中心體壁的直徑向下平穩(wěn)減小至處于中心體221的下游端的遠(yuǎn)端233，在該處其可具有滾圓或尖銳的配置。
[0033]翼葉
中心體221在結(jié)構(gòu)上由一個或多個，并且更優(yōu)選地由多個(例如，四個)去旋翼葉241支撐在擴(kuò)散器壁211內(nèi)，該去旋翼葉延伸通過在中心體壁223與周圍擴(kuò)散器壁211之間的去旋通道。關(guān)于在軸向方向上(沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)103軸線)的視圖，這些去旋翼葉可以在純徑向方向上，或者以純徑向方向的角度從內(nèi)端延伸到外端。關(guān)于在徑向方向上的視圖，這些翼葉中的全部或者至少一個向前部分可以在純軸向方向上，或者以軸向方向的角度從前緣243延伸至后緣245。
[0034]雖然目前所描述的翼葉在純軸向方向上從前緣243延伸至后緣245，但是可以存在實施例，在這些實施例中，可以期望具有非軸向傾斜。例如，在一些實施例中，翼葉稍微傾斜可以將系統(tǒng)有效地調(diào)整為具體目標(biāo)操作條件。在其他實施例中，可能是具體渦輪機(jī)級(葉輪)使在一個方向上的出口打轉(zhuǎn)比在另一方向上的出口打轉(zhuǎn)偏斜更多。這可能存在無數(shù)原因，諸如，具有對于機(jī)械設(shè)計原因而言并不是最佳的葉片角度的渦輪機(jī)設(shè)計。
[0035]每個去旋翼葉的前緣243(在上游端處)處于最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置215的接近軸向附近，并且還處于最大中心體直徑軸向位置231的接近軸向附近。為了適應(yīng)去旋翼葉上的排出空氣的攻角的變化，通常使用更大直徑的前緣。每個去旋翼葉的后緣245(在下游端處)延伸至遠(yuǎn)端233的上游端。因此，遠(yuǎn)端為中心體在去旋葉片后緣下游的部分。
[0036]可選地，去旋翼葉241還可以將環(huán)形導(dǎo)向翼葉251支撐在去旋通道內(nèi)，該環(huán)形導(dǎo)向翼葉251在中心體壁223與擴(kuò)散器壁211之間的中心體221周圍(包圍該中心體)延伸。環(huán)形導(dǎo)向翼葉組合以形成環(huán)，該環(huán)在前緣253處(在上游端處)具有較大直徑，并且在后緣255處(在下游端處)具有較小直徑。在軸向上，環(huán)形導(dǎo)向翼葉前緣稍微處于最大中心體直徑軸向位置231、最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置215、和去旋翼葉前緣243的下游。在至少一些實施例中，環(huán)形導(dǎo)向翼葉前緣位于去旋翼葉前緣的接近軸向附近。在軸向上，環(huán)形導(dǎo)向翼葉后緣延伸至去旋翼葉后緣，并且/或位于去旋翼葉后緣的接近軸向附近。
[0037]出口通路的中心體壁223和周圍擴(kuò)散器壁211的軸向延伸軸向限定在擴(kuò)散器內(nèi)的環(huán)形去旋通道。去旋通道在擴(kuò)散器壁內(nèi)并且包圍中心體221。從中心體的上游端(緊接著的下游)到去旋翼葉前緣243，去旋通道不僅平均直徑增加，而且截面積也可以稍微增加。為了方便起見，去旋通道的該部分將被定義為向前去旋通道。
[0038]功能性
在許多典型實施例中，向前去旋通道的特征在于在一個或多個去旋翼葉的前緣處的平均直徑，該平均直徑是在中心體221的上游端緊接著的下游(S卩，直徑與渦輪機(jī)葉輪輪轂的下游端227的直徑近似相同的地方)的平均直徑的1.1倍至3.0倍的范圍內(nèi)。同樣，在許多典型實施例中，向前去旋通道的特征在于在一個或多個去旋翼葉的前緣處的截面積，該截面積是在中心體的上游端緊接著的下游的截面積的0.8倍至1.5倍的范圍內(nèi)，S卩，可以是相對小的增加到非常小的減小。
[0039]當(dāng)打旋排出氣流從渦輪機(jī)出口導(dǎo)流器207流出，并且然后進(jìn)入向前去旋通道時，由中心體壁使排出氣流向外徑向轉(zhuǎn)移至更大平均直徑。截面積的小的、有限的增加為稍微降低軸向速度做好了準(zhǔn)備，并且因此提供了降低的動壓和增加的靜壓。由于自由渦流，流的切向部分的角動量保持恒定，并且由此，平均直徑的增加降低了排出流的切向速度。
[0040]結(jié)果，去旋翼葉241上的排出氣流的打旋攻角在去旋翼葉前緣243處顯著減小(與在沒有中心體的情況下所使用的去旋翼葉相比較)。因此，使用具有中心體的去旋翼葉在不接近針對其而設(shè)計了去旋翼葉的條件的操作條件下受到進(jìn)入去旋翼葉中的較低的沖角(角度)損失(與在沒有中心體的情況下使用的去旋翼葉比較)。
[0041]從去旋翼葉前緣243到去旋翼葉后緣245，不僅去旋通道的平均直徑減小，而且截面積也大體上增加。為了方便起見，去旋通道的該部分將被定義為向后去旋通道。向后去旋通道由去旋翼葉241細(xì)分為多個(例如，四個，如圖所示)向后去旋通道部分。
[0042]當(dāng)排出氣流通過向后去旋通道時，排出氣流朝后退中心體壁223向內(nèi)徑向膨脹，從而特征在于較小平均直徑。去旋翼葉241阻止自由渦流，并且因此阻止排出氣流的切向速度增加，盡管該流的平均直徑減小。同時，大大地增加截面積為顯著降低軸向速度做好準(zhǔn)備，并且因此提供顯著降低的動壓和增加的靜壓。
[0043]跨過遠(yuǎn)端233，即從去旋翼葉后緣245到中心體221的下游端(通常地，非常短的距離)，去旋通道的平均直徑稍微減小并且截面積稍微增加。為了方便起見，去旋通道的該部分將被定義為第一過渡去旋通道。這些變化最低限度地增加了打旋并且最低限度地減小了軸向速度。更加顯著地，第一過渡通道為去旋通道的平穩(wěn)氣動端做好準(zhǔn)備，從而限制低效率湍流。有利地，該整個去旋系統(tǒng)可以在渦輪增壓器的顯著包裝約束之內(nèi)發(fā)生。
[0044]如果在中心體壁223與擴(kuò)散器壁211之間的中心體221周圍延伸的可選環(huán)形導(dǎo)向翼葉251被包括在內(nèi)，那么可以進(jìn)一步將每個向后去旋通道分為:從去旋翼葉前緣243到環(huán)形導(dǎo)向翼葉前緣253的第二過渡去旋通道部分、從環(huán)形導(dǎo)向翼葉前緣到環(huán)形導(dǎo)向翼葉后緣255的在環(huán)形導(dǎo)向翼葉內(nèi)(即，在環(huán)形導(dǎo)向翼葉與中心體壁之間)的內(nèi)部向后去旋通道部分、以及從環(huán)形導(dǎo)向翼葉前緣到環(huán)形導(dǎo)向翼葉后緣的在環(huán)形導(dǎo)向翼葉外面(即，在環(huán)形導(dǎo)向翼葉與擴(kuò)散器壁之間)的外部向后去旋通道部分。
[0045]內(nèi)部向后去旋通道部分組合以形成內(nèi)部向后去旋通道。同樣，外部向后去旋通道部分組合以形成外部向后去旋通道。第二過渡通道有助于阻止去旋翼葉前緣243的流的效果與環(huán)形導(dǎo)向翼葉前緣253的流的效果之間的流中的干擾。環(huán)形導(dǎo)向翼葉的主要功能是阻止向后去旋通道中的流分離。
[0046]在去旋翼葉后緣245進(jìn)一步向環(huán)形導(dǎo)向翼葉后緣255的下游延伸的替代實施例中，向后去旋通道進(jìn)一步包括從去旋翼葉后緣245到環(huán)形導(dǎo)向翼葉后緣255的具有多個(例如，四個)的周向部分的第三過渡通道。在去旋翼葉后緣245終止于環(huán)形導(dǎo)向翼葉后緣255的上游的另一替代實施例中，將第一過渡通道細(xì)分為多個部分。
[0047]具有噴入流的廢氣門
參照圖3和圖5，渦輪機(jī)的第二實施例設(shè)置有廢氣門系統(tǒng)。第二實施例除了廢氣門特征以外與第一實施例非常相似。廢氣門系統(tǒng)提供使用可控閥401(眾所周知)的渦輪機(jī)旁路，從而可以使排出流從在渦輪機(jī)葉輪的進(jìn)口導(dǎo)流器上游的渦輪機(jī)入口通路位置排出至在渦輪機(jī)葉輪的出口導(dǎo)流器下游的出口通道中的位置。除了通過出口通道壁中的開口將全廢氣門流直接傾入來自渦輪機(jī)葉輪出口導(dǎo)流器的流(“出口導(dǎo)流器流”)之外，本實施例將來自出口導(dǎo)流器流內(nèi)的廢氣門流噴入出口通道中。
[0048]廢氣門系統(tǒng)形成通道，該通道由廢氣門可控閥401、流道403、出口通道壁中的廢氣門排出口405以及噴射體串聯(lián)限定。廢氣門系統(tǒng)可控地將出口通路放置為與在進(jìn)口導(dǎo)流器上游的排出流(即，輸入流)流體連通。噴射體具有限定噴射體的中空內(nèi)部的內(nèi)部壁，該中空內(nèi)部與廢氣門排出口直接流體連接(即，在廢氣門流沒有首先與出口導(dǎo)流器流混合的情況下，其直接連接來自廢氣門排出口的廢氣門流)ο噴射體進(jìn)而從出口導(dǎo)流器流內(nèi)部通過一個或多個噴射口 409將廢氣門流噴入到出口導(dǎo)流器流中。
[0049]噴射體包括連接至在出口導(dǎo)流器下游的出口通道壁的一個或多個噴射體支架411。噴射體支架形成中空內(nèi)部，該中空內(nèi)部與廢氣門排出口 405直接流體連通。
[0050]可選地，噴射體還可以包括在出口導(dǎo)流器流的壁內(nèi)(S卩，在出口通道的壁內(nèi)部)的噴射中心體413。噴射中心體可以形成中空內(nèi)部，該中空內(nèi)部與一個或多個噴射體支架的中空內(nèi)部直接流體連通。噴射中心體在結(jié)構(gòu)上由噴射體支架支撐在出口通道的壁內(nèi)。噴射口409噴射體的中空內(nèi)部放置為與來自出口導(dǎo)流器流內(nèi)(S卩，在出口通道壁內(nèi)并且與出口通道壁有距離)的出口導(dǎo)流器流流體連通。
[0051 ]可選地，噴射體可以包括其他結(jié)構(gòu)。例如，可以包括中空噴射環(huán)形翼葉415。這些噴射環(huán)形翼葉可能或者可能不形成噴射口 409。
[0052]在本實施例中，噴射體包括先前描述的去旋翼葉241、環(huán)形導(dǎo)向翼葉251和中心體221。四個去旋翼葉241為連接至在出口導(dǎo)流器下游的出口通道的一個或多個噴射體支架411。中心體221為噴射中心體413，并且環(huán)形導(dǎo)向翼葉251為噴射環(huán)形翼葉415。去旋翼葉中的一些或者全部是中空的?？蛇x地，環(huán)形導(dǎo)向翼葉和/或中心體還是中空的，以將四個去旋翼葉放置為彼此流體連通。在出口通路壁處，去旋翼葉連接至流廢氣門排出口405，該流廢氣門排出口 405將來自可控廢氣門閥的廢氣流放置為與去旋翼葉的中空內(nèi)部流體連通。
[0053]噴射口409可以在去旋翼葉、環(huán)形導(dǎo)向翼葉和中心體中的任何一個或者所有中形成。例如，由于去旋翼葉和中心體是中空的，噴射體可能僅僅在中心體中形成。廢氣門流然后可以經(jīng)由一個或多個噴射口，通過中心體的后側(cè)流出以與出口導(dǎo)流器流混合。這可能被發(fā)現(xiàn)以改善在擴(kuò)散器的后段中的擴(kuò)散流。
[0054]其他實施例
雖然本發(fā)明的實施例的特征在于環(huán)形管道和具有環(huán)形截面(當(dāng)垂直于軸向方向截取時)的中心體，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)也考慮具有其他軸向截面形狀的實施例。對于非圓形實施例而言，可以存在各種原因，諸如，包裝約束?？梢钥紤]這些非圓形實施例具有環(huán)型通道和環(huán)型導(dǎo)向翼葉，其中，它們?yōu)槠洵h(huán)形相應(yīng)部分中的非圓形變化。為了本應(yīng)用的目的，術(shù)語“環(huán)型”應(yīng)該理解為包括環(huán)狀通道和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀通道和環(huán)狀結(jié)構(gòu)包括以圓形截面和非圓形截面為特征的通道和結(jié)構(gòu)，該圓形截面和非圓形截面進(jìn)一步以包圍軸線的內(nèi)邊界和外邊界為特征。
[0055]本發(fā)明的其他實施例可以采用上面描述的元件的變化。例如，雖然將擴(kuò)散器壁描述為大小遞增至最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置，但是替代實施例可以采用擴(kuò)散器壁，該擴(kuò)散器壁在到達(dá)去旋翼葉之前顯著增加并且然后在去旋翼葉之后大小連續(xù)增加了一些距離。由此，對上面所陳述的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠建立和使用本發(fā)明的實施例的具體優(yōu)選實施例進(jìn)行的詳細(xì)描述并不意在限制列舉的權(quán)利要求書，而是其意在用作本要求的發(fā)明的具體示例。
[0056]本發(fā)明可以并入多種多樣的渦輪增壓器渦輪機(jī)中。例如，其可以與固定幾何形狀渦輪機(jī)和可變幾何形狀渦輪機(jī)一起使用。
[0057]要理解，本發(fā)明的各種實施例包括用于渦輪機(jī)效率的設(shè)備和相關(guān)方法。另外，本發(fā)明的各種實施例可以包括上面所描述的特征的各種組合以及相關(guān)效率特征。簡言之，在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)，可以將上面所公開的特征以多種多樣的配置進(jìn)行結(jié)合。
【主權(quán)項】
1.一種渦輪增壓器渦輪機(jī)，所述渦輪增壓器渦輪機(jī)包括: 渦輪機(jī)葉輪； 具有外殼壁的外殼，所述外殼壁限定軸向延伸的渦輪機(jī)通道，所述通道包括容納所述渦輪機(jī)葉輪的葉輪腔室并包括出口通路，所述葉輪腔室從進(jìn)口導(dǎo)流器向下游延伸至所述渦輪機(jī)葉輪的出口導(dǎo)流器，所述出口通路從所述出口導(dǎo)流器向下游延伸，其中，所述出口通路限定具有擴(kuò)散器壁的擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器壁的截面大小沿軸向從所述擴(kuò)散器的上游端增加到所述擴(kuò)散器的下游端；以及 在所述擴(kuò)散器內(nèi)的中心體，所述中心體具有中心體壁，所述中心體壁形成在所述擴(kuò)散器壁內(nèi)并且包圍所述中心體的去旋通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述中心體通過一個或多個去旋翼葉支撐在所述擴(kuò)散器內(nèi)，所述一個或多個去旋翼葉在所述中心體壁與所述擴(kuò)散器壁之間延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋通道的特征在于從所述中心體的上游端到所述一個或多個去旋翼葉的前緣的流的遞增平均直徑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋通道的特征在于在所述一個或多個去旋翼葉的所述前緣處的平均直徑，所述平均直徑是在所述中心體的上游端緊接著的下游的平均直徑的1.1倍至3.0倍的范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋通道的特征在于在所述一個或多個去旋翼葉的前緣處的截面積，所述截面積是在所述中心體的上游端緊接著的下游的截面積的0.8倍至1.5倍的范圍內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋通道的特征在于在所述一個或多個去旋翼葉的前緣處的截面積，所述截面積是在所述中心體的上游端緊接著的下游的截面積的0.8倍至1.5倍的范圍內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋翼葉在純軸向方向上從前緣延伸到后緣。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋翼葉在純徑向方向上從內(nèi)端延伸到外端。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋翼葉的后緣位于所述中心體的所述下游端的接近軸向附近。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋翼葉的前緣位于最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置的接近軸向附近。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述去旋翼葉的前緣位于最大擴(kuò)散器壁直徑軸向位置的接近軸向附近。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述中心體的上游端大體上是所述渦輪機(jī)葉輪的輪轂的下游端的大小。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，所述渦輪增壓器渦輪機(jī)進(jìn)一步包括環(huán)型導(dǎo)向翼葉，所述環(huán)型導(dǎo)向翼葉包圍在中心體壁與擴(kuò)散器壁之間的所述中心體。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述環(huán)型導(dǎo)向翼葉的前緣位于所述去旋翼葉的前緣的下游。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述環(huán)型導(dǎo)向翼葉的前緣位于所述去旋翼葉的前緣的接近軸向附近。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述環(huán)型導(dǎo)向翼葉的后緣位于所述去旋翼葉的后緣的接近軸向附近。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪增壓器渦輪機(jī)，其中，所述環(huán)型導(dǎo)向翼葉的后緣位于所述去旋翼葉的后緣的接近軸向附近。
【文檔編號】F01D9/02GK105909319SQ201610100514
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月24日
【發(fā)明人】C.W.威爾金斯, W.M.馬加爾黑斯, B.R.蘇古馬蘭, M.巴達(dá)克
【申請人】霍尼韋爾國際公司