[發明專利]具有單閥的混合流動雙渦旋渦輪增壓器

有效

• 申請號: 201380064229.5
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN104838109B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: G·D·烏倫哈凱
• 申請（專利權）人: 博格華納公司
• 主分類號: F02B37/12
• 分類號: F02B37/12;F02B39/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 范莉

一種渦輪增壓器(100)具有不對稱的雙渦旋蝸殼設計，該雙渦旋蝸殼設計具有一個第一蝸殼(101)和一個較大的第二蝸殼(102)。該較大的第二蝸殼(102)免除了對廢氣門及其相關致動器的需求。該較小的第一蝸殼(101)是針對快速瞬態和額定轉矩來確定大小的，而該第二蝸殼(102)的大小被確定成使得該渦輪機入口的壓力滿足額定功率的需要。此外，該渦輪增壓器(100)優選地結合了一個混合流動渦輪機葉輪(108)，而不是一個徑向葉輪，這就允許了使用較大的葉輪尺寸同時仍維持慣性。改進了渦輪機殼體(103)，其中該第一蝸殼和第二蝸殼(101)和(102)是相對于彼此不對稱的，并且優選地是朝向軸承殼體傾斜來與該混合流動渦輪機葉輪導風葉輪(112)的軸向部件相匹配的。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年12月21日提交的并且題為“具有單閥的混合流動雙渦旋渦輪增壓器”的美國臨時申請號61/740,775的優先權及所有權益。

技術領域

本發明涉及具有多渦旋渦輪機殼體的渦輪增壓器的領域，并且更具體地涉及一種具有不對稱的蝸殼渦輪機殼體的渦輪增壓器，該蝸殼渦輪機殼體是由多個渦輪機蝸殼形成的、并且在蝸殼分隔壁中具有一個單一控制閥來選擇性地使排氣開始或停止流過這些蝸殼中的一個蝸殼。

背景技術

渦輪增壓器是一種強制進氣系統。它們將空氣以與在正常吸氣式構型中的可能情況相比以更大的密度傳送到發動機進氣中。這允許燃燒更多的燃料，進而增加了發動機的馬力而沒有明顯地增加發動機的重量。一個更小的渦輪增壓發動機可以取代一個更大物理尺寸的正常吸氣式發動機，從而減小車輛的質量以及空氣動力學的前端面積。

總體上，渦輪增壓器使用來自發動機排氣歧管的排氣流(該排氣流在渦輪機入口處進入渦輪機殼體)來驅動位于該渦輪機殼體或外殼內一個渦輪機葉輪。該渦輪機葉輪被穩固地附著到一個軸的一端上，并且一個壓縮機葉輪被安裝在該軸的另一端上，其中該渦輪機葉輪提供旋轉動力來驅動該壓縮機葉輪。一旦排氣已經穿過該渦輪機葉輪并且該渦輪機葉輪已經從該排氣中提取能量，則用過的排氣從該渦輪機殼體的渦輪機出口導流器離開并且被輸送到車輛下行管并且通常輸送到后處理裝置，如催化轉化器、微粒收集器和NOx收集器。由渦輪級產生的動力是穿過渦輪級的膨脹比的一個函數，即，從渦輪機入口到渦輪機出口導流器的膨脹比。除其他參數外，渦輪機動力的范圍是通過該渦輪級的質量流速的一個函數。

壓縮機級包括該壓縮機葉輪及其殼體。過濾后的空氣通過壓縮機葉輪的旋轉而被軸向地抽取到壓縮機蓋件的入口中。通過渦輪機葉輪由渦輪機級產生的動力被傳輸通過該軸來驅動壓縮機葉輪、并產生靜態壓力與一些剩余動能和熱量的一種組合。加壓的氣體穿過壓縮機排放口從壓縮機蓋件排出并且通常經由一個中冷器被傳送到發動機進氣中。

在設計渦輪機級時，對渦輪機級的部件的選擇是與優選的性能點相關地做出的。往復式內燃發動機早已配備了這種渦輪增壓器。在一種簡單的不受控的固定噴嘴渦輪增壓器系統中，最大增壓壓力是發動機強度的函數。該不受控的渦輪增壓器由此必須被設計成使得只有在高發動機速度時才達到其最佳性能。然而，在其他速度區，該渦輪增壓器對發動機提供次佳的增壓或空氣量。

受控渦輪增壓器提供了改善的性能，這在于可以在低的或中間發動機上速度達到渦輪機的最佳操作點。在一個簡單的受控系統中，當排氣流速增加、并且渦輪增壓壓力變得太高時，部分排氣被簡單地通過廢氣門排入周圍空氣從而旁路通過渦輪機，由此可避免由于高速下的過量增壓而損壞發動機。然而，因為排氣通過廢氣門旁路通過了渦輪機，能量損耗較高，并且發動機性能在高速時會下降。

還已知在單個渦輪機殼體或外殼中提供多個流動通道來使得排氣流過該單個渦輪機殼體，并且使得可以控制渦輪機的性能以便交替地作為低壓渦輪機和高壓渦輪機工作。在一個實例中，可將這些殼體分類為雙渦旋殼體或雙流殼體。

在一個雙流殼體中，至少一個徑向分隔件將螺旋形渦輪機殼體分為兩個軸向相鄰的螺旋。每個螺旋的排氣進入渦輪機葉輪入口來沖擊渦輪機葉輪的周邊，軸向相鄰的螺旋通道的排氣沖擊軸向相鄰的渦輪機葉輪部段。