CN101680360A - 涡轮增压器的扩散器 - Google Patents

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Abstract

提供了用于台涡轮增压器(400，500，600)的一种壳体(410，510，610，700，800，900)。该壳体(410，510，610，700，800，900)具有叶轮室(403，503，603)，扩散器(450，550，650，750，850，950)以及蜗壳(420，520，620，720，820，920)，它们彼此流体连通。该扩散器(450，550，650，750，850，950)可以具有一种弯曲的形状和/或一个弯折部(455)，该弯折部叶轮(405，505，605)附近的顶端(408，508，608，609)。这种弯曲的形状可以通过一个或者多个曲率的半径(RC，RC1，RC2)来限定。该扩散器(450，550，650，750，850，950)可以在对于涡轮增压器(400，500，600)的中心线是非正交的一个径向方向中延伸。该壳体(410，510，610，700，800，900)可以用于涡轮增压器(400，500，600)的一个压缩机部分。

Description

涡轮增压器的扩散器
技术领域
本发明针对一种用于内燃发动机的涡轮增压系统，并且更具体地针对一种涡轮增压系统的扩散器。
背景技术
涡轮增压器是一种类型的强迫式进气系统。它们将流入发动机的空气压缩，因此提升发动机的马力而并不明显地增加重量。涡轮增压器利用来自发动机的排气流动来使涡轮机旋转，而涡轮机进而驱动空气压缩机。由于涡轮机的旋转比大多数汽车发动机快大约30倍并且它是与排气接通的，所以涡轮机内的温度非常高。此外，由于所导致的高流动速度，涡轮增压器承受着噪声和振动。这些情况可以对涡轮增压器的这些部件尤其是对这些旋转件(如涡轮机转子)造成不利的影响，这能够导致系统的故障。
涡轮增压器被广泛地使用在内燃发动机上，并且在过去它们特别地与大型柴油发动机尤其是用于公路货车和船舶应用的大型柴油发动机一起使用。最近，除了与大型柴油发动机结合使用以外，涡轮增压器已普遍地与较小的轿车动力设备一起使用。在轿车应用中使用涡轮增压器允许选择一种动力设备，该动力设备从一个较小的、较低质量的发动机产生出相同量值的马力。使用一种较小质量的发动机具有令人希望的效果：降低汽车总重量、增加运动性能并且提高燃料经济性。另外，使用涡轮增压器允许传送给发动机的燃料的更完全的燃烧，由此减少发动机的总的排放物，这有助于高度令人希望的更加清洁环境的目标。在现有技术中详细说明了涡轮增压器的设计和功能，例如，在美国专利号4,705,463、5,399,064和6,164,931中，它们的披露内容通过引用结合在此。
涡轮增压器单元典型地包括操作性地连接到发动机排气歧管的一台涡轮机、操作性地连接到发动机空气进气歧管的一台压缩机、以及使该涡轮机与该压缩机相连接的一根轴，这样涡轮机叶轮的旋转引起压缩机叶轮的旋转。涡轮机是由在排气歧管中流动的排气来驱动旋转的。压缩机叶轮受涡轮驱动而旋转，并且当该压缩机叶轮旋转时，它增加了被传送到发动机汽缸的空气质量流的速度、空气流密度以及空气压力。
随着涡轮增压器在轿车应用中得到更大的接受度，三项设计指标已被移动到突显地位。首先，市场要求轿车或者货车的动力设备的所有部件(包括涡轮增压器)必须提供比在过去所要求的更长时期的可靠操作。这就是说，在过去对于轿车也许可接受的是在行驶80,000至100,000英里之后时要求一次发动机大修，而现在，必须设计用于超过200,000英里运行的可靠操作的发动机部件。现在必须的是在货车中设计用于超过1,000,000英里运行的可靠操作的发动机部件。这就意味着必须付出额外的努力来确保所有支持装置的正确的制造与协作。
被移到突显地位的第二设计指标是动力设备必须满足或者超过在最小化的NOx和微粒物质排放量方面的非常严格的要求。第三，由于涡轮增压器的大批量生产，高度令人希望的是设计出一种涡轮增压器，它满足以上指标并且包括最小数目的零件。此外，这些零件应易于制造并且易于组装，以便提供一种有成本效益而且可靠的涡轮增压器。由于发动机舱内的空间缺乏，所以还希望将涡轮增压器的整个几何封装或者包络最小化。
在Hiroyuki的日本专利申请号2000257437A2中，显示了用于一个涡轮增压器的一个压缩机部分，它试图通过延长扩散器来增加压力转换的工作负载。在图1中，一个扩展的扩散器22形成在一个压缩机壳体18内，该扩散器与压缩机叶轮17、叶轮室21以及蜗壳23处于连通。扩散器22具有从该扩散器的入口25A延伸的一个延长的、直的部分22A。沿该扩散器的出口部分25B的一个端部22B是弯曲的，以提供在蜗壳23与扩散器22之间的流体连通。
Hiroyuki的系统也遭受的缺点是需要一个大的包络以应对扩散器22的长度。由于需要使用更多的材料，例如用于压缩机壳体18的材料，所以该增加的包络增加了这种系统的成本。
授予Arnold的美国专利号6,679,057示出一种涡轮增压器，它带有一个压缩机部分，该部分具有一个压缩机叶轮以及多个可运动的导向叶片。如图2所示，Arnold的系统具有一个涡轮增压器110，该涡轮增压器带有一个涡轮机壳体112，该涡轮机壳体被适配为接受来自一台内燃发动机的排气并且将排气分配给一个排气涡轮机叶轮或者涡轮114，该排气涡轮机叶轮或涡轮被可旋转地安置在涡轮机壳体112内并且被连接到一个共同的轴116的一端上。涡轮机壳体112包围了一个可变几何形状系统，该系统包括多个可枢转地运动的叶片118。一个涡轮机协调环119接合这些叶片118以引起这些叶片的向内以及向外的运动。涡轮机协调环119包括与多个接片122对应的多个槽缝120、以及一个椭圆槽缝123，该椭圆槽缝被配置为在其中容纳一个致动器销124的放置，目的是移动该协调环。销124被附接到一个制动器杠杆臂126以及一个致动器曲柄128上，它们被放置在涡轮增压器中央壳体130的一部分之中。致动器曲柄128被可转动地放置为轴向上穿过涡轮增压器的中央壳体130，并且被配置为使杠杆臂126围绕一条致动器曲柄的纵向轴线来回移动，这种运动操作致动销124进行转动并且引起协调环119在涡轮机壳体之内的转动。
涡轮增压器110还包括一个压缩机壳体131，该压缩机壳体被适配为接受来自一个空气入口132的空气并且将空气分配到一个压缩机叶轮134，该压缩机叶轮被可旋转地安置在压缩机壳体131之内并且被连接到共同的轴116的一个相反的末端上。压缩机壳体131还包括一个可变几何形状构件136，该构件被插入到压缩机叶轮134与一个空气出口之间。可变几何形状构件136被定位在一个直的、径向的扩散器175中并且包括多个枢转叶片138。扩散器175与蜗壳180连接，该蜗壳是沿一个外部区域形成的并且径向地远离叶轮134。
一个压缩机协调环140可转动地被安置在压缩机壳体131之内并且被配置为接合所有的压缩机叶片138并可转动地一致地移动这些压缩机叶片。压缩机协调环140包括多个槽缝142，这些槽缝与多个从各自的压缩机叶片凸出的接片144对应。压缩机调节环140包括一个槽缝以及可转动地安置在该槽缝之内的一个致动销146。一个致动杠杆臂148附接到制动销146以及制动器曲柄128上。制动销146以及杠杆臂148被放置为穿过一个背板150，该背板被插入到涡轮增压器压缩机壳体131与中央壳体130之间。制动销146的转动引起压缩机协调环140沿背板150转动。
Arnold系统遭受的缺点在于需要一种大的封装以应对扩散器175以及其中的这些可运动的导向叶片138的长度。该增加的包络通过需要使用更多的材料，例如用于压缩机壳体131的材料而为该系统增加了成本。
在图3中，一个现代压缩机壳体200的一个部分被示出为具有一个蜗壳220以及一个扁平的径向扩散器250。扩散器250沿着扩散器面PFD放置，该扩散器面是沿蜗壳220的一个外部圆周形成的。为了增加该扩散器的长度，这种现代涡轮增压器要求增加该涡轮增压器的几何包络。由于需要使用更多的材料，例如用于一种压缩机壳体的材料，所以该增加的包络增加了这种系统的成本。
因此，存在对于涡轮增压器系统以及制造这样一种系统的方法的一种需要，该系统有效地并且有效率地控制来自压缩机叶轮的流体流动。存在对这样一种系统的进一步需要，该系统将扩散最大化而并不增加几何包络的尺寸。还存在着对可靠的并且有成本效益的这样一种系统以及制造这样一种系统的方法的进一步的需要。
发明内容
涡轮增压器的多个示例性实施方案在保持几何封装或者包络同时在一个扩散器的所希望的长度上将流体扩散。该扩散器可以具有一种弯曲的形状或者其他的弯折部，以保持所希望的用于扩散长度和/或者允许低动量流动加速到与该流动的其余部分基本上相同的一个速度。增加该扩散器的长度提供了更多和/或更慢的流体的扩散，这在压缩该流体时提高了效率和/或稳定性。
在本发明的一个方面，提供了一种用于具有叶轮的涡轮增压器的壳体。该壳体包括在旋转意义上容纳该叶轮的一个叶轮室、一个蜗壳以及一个扩散器，该扩散器具有在该叶轮附近的一个入口以及连接到该蜗壳的一个出口。该叶轮室、扩散器以及蜗壳是流体连通的，并且该入口具有一个弯曲的形状。
在另一方面，提供一个涡轮增压器，它包括一个叶轮以及一个壳体，该壳体限定一个叶轮室、一个扩散器以及一个蜗壳。该叶轮可旋转地被安装在该壳体内。该叶轮室、扩散器以及蜗壳是流体连通的，并且该扩散器在与该涡轮增压器的中心线非正交的一个方向中径向地向外延伸。
在另一方面，提供一种制造涡轮增压器的方法。该方法包括：提供一个压缩机壳体，该压缩机壳体具有相互流体连通的一个蜗壳、一个扩散器以及一个叶轮室；在该扩散器中确定用于由可旋转地安装在该压缩机壳体内的一个叶轮驱动的流体流动的一个速度分布特征；并且若该速度分布特征是非均匀的，则在该扩散器中形成一个弯折部。
该涡轮增压器的这些示例性实施方案在提供了一个减小的几何封装或者包络的同时在一个扩散器的足够的长度上使流体扩散。该扩散器可以具有一种弯曲的形状或者路径，以保持足够的长度用来扩散和/或该扩散器的入口可以是从该蜗壳的内部圆周径向地向外的。该蜗壳可以被移动到更靠近叶轮室，同时在轴向上定位在更远离该叶轮，以保持该扩散器的长度并且对该几何包络内的未使用的空间加以利用。
在本发明的一个方面，提供了一种壳体，它用于具有一个叶轮的涡轮增压器。该壳体具有一个本体，该本体在旋转意义上容纳该叶轮并且限定了一个叶轮室、一个扩散器以及一个蜗壳。该叶轮室、扩散器以及蜗壳是流体连通的，并且该扩散器具有一个弯曲的路径或形状。
在另一方面，提供一个涡轮增压器，它包括一个叶轮以及一个壳体，该壳体限定一个叶轮室、一个扩散器以及一个蜗壳。该叶轮可旋转地安装在该壳体中，并且该叶轮室、扩散器以及蜗壳是流体连通的。该扩散器具有一个入口，该入口径向地在该蜗壳的一个内圆周之外。
在另一个方面，提供了一种制造涡轮增压器的方法。该方法包括：形成一个压缩机壳体，它限定一个叶轮室、一个扩散器以及一个蜗壳；以及在该压缩机壳体中可旋转地安装一个叶轮，以压缩一种流体并且穿过该扩散器以及蜗壳将该流体输送到一台内燃发动机中。该叶轮室、扩散器以及蜗壳是流体连通的，并且该扩散器具有一个弯曲的路径。
附图说明
在附图中通过举例而非限制的方式展示了本发明，其中，类似的参见数字指明了类似的部分，并且在这些附图中：
图1是带有扩散器的一个现代涡轮增压器系统的示意图；
图2是带有扩散器的另一个现代涡轮增压器系统的示意图；
图3是一个现代的径向扁平扩散器的示意性截面图示；
图4是根据本发明的一个示例性实施方案的涡轮增压器的一部分的截面视图；
图5是根据本发明的另一个示例性实施方案的涡轮增压器的一部分的截面视图；
图6A是根据本发明的另一个示例性实施方案的涡轮增压器的一部分的截面视图；
图6B是图6中的带有一个可替代的压缩机顶端的涡轮增压器的一部分的放大视图；
图6C是图6中的带有另一可替代的压缩机顶端的涡轮增压器的一部分的放大视图；
图7是根据本发明的一个示例性实施方案的涡轮增压器壳体的示意性截面图示；
图8是根据本发明的另一个示例性实施方案的涡轮增压器壳体的示意性截面图示；
图9是根据本发明的另一个示例性实施方案的涡轮增压器壳体的另一个示意性截面图示；
图10是根据本发明的一个示例性实施方案的涡轮增压器的一部分的截面视图；
图11是图3中的涡轮增压器与具有一个直扩散器的一个现代涡轮增压器相比较的性能数据的一个图形展示；
图12是图10中的涡轮增压器与具有一个直扩散器的一个现代涡轮增压器相比较的性能数据的另一个图形展示。
具体实施方式
本发明的实施方案是针对在涡轮增压器中的扩散，这种扩散用于将一种压缩的流体传送到一个内燃发动机之中。将结合一个压缩机部分对本发明的多个方面进行说明，该压缩机部分具有一个具体的扩散器和蜗壳，但详细的说明仅旨在作为示范。图4至图9示出了多个示例性实施方案，但本发明并不限于所示出的结构或应用。
参见图4，涡轮增压器400具有一个压缩机壳体410，它连接到中心壳体以及涡轮机壳体(未示出)上。压缩机壳体410具有一个压缩机轮或者叶轮405，它可旋转地安装在一个叶轮室403之中。涡轮增压器400具有其他不同的部件，这些部件未在图4中示出，例如：操作性地连接到该发动机排气歧管的一台涡轮机、操作性地连接到该发动机空气进气歧管的压缩机410以及使该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮403相连接的一根轴，这样该涡轮机叶轮的旋转引起压缩机叶轮的旋转。该涡轮机叶轮是由在排气歧管中流动的排气来驱动旋转的。压缩机叶轮405是由该涡轮机叶轮驱动旋转的，并且当压缩机叶轮旋转时，它增加了被传送到发动机汽缸的空气质量流速、气流密度以及空气压力。其他不同的部件以及构造也可以用在涡轮增压器400中。
在涡轮增压器400的这个示例性实施方案中，压缩机壳体410具有一个涡旋，该涡旋带有一个蜗壳420以及一个扩散器450，它们用于叶轮室403与内燃发动机(未示出)之间的流体连通。扩散器450的一个入口453优选地是在压缩机叶轮405的顶端408附近。壳体410可以由多个部分形成，例如通过一个连接机构415连接的第一壳体411和第二壳体412，该连接机构如一个或多个螺栓。壳体410可以用不同的方法形成，包括铸造、机加工以及铸造和机加工的一种组合。壳体410可以用不同的材料制成，包括铝。
扩散器450可以具有一种弯曲的或者其他形式的非线性的形状。在一个实施方案中，扩散器250具有一个基本上光滑的曲率，如由第一曲率半径RC1以及第二曲率半径RC2限定的曲率。虽然涡轮增压器400的示例性实施方案具有由一对曲率半径RC1和RC2所限定的扩散器450的曲率，但本披露还考虑了具有其他弯曲的或非线性的形状的扩散器，包括由一个单一的曲率半径或者多于两个曲率半径所限定的形状。本披露还考虑了的扩散器450的一个或者多个部分是直的而其余部分是弯曲的，以提供用于该扩散器的一种非线性形状。
扩散器450具有被连接到蜗壳420上的一个出口458。优选地，进口453配备有在压缩机顶端408附近的一个弯折部或弯曲的部分455。弯折部455允许来自压缩机叶轮405的低动量流动被加速到与沿该弯折部的流动的其余部分相同或相似的速度，从而为流体流动提供稳定性。
弯曲的或者其他形式的非线性的扩散器450允许在该扩散器的长度方面的增加，而无需增加用于涡轮增压器400的几何包络。扩散器450的增加的长度提供了更多的扩散和更慢的扩散，这将在流动中增加效率以及稳定性。为了减少沿扩散器450的流动路径的损耗，优选该曲率是光滑的，而无任何急转的或者急剧的弯曲。在一个实施方案中，扩散器450的壁是成角度的，例如会聚或者发散的，以增加或者降低扩散的速率。
参见图5，一个涡轮增压器500具有一个压缩机壳体510，该压缩机壳体带有可旋转地安装在一个叶轮室503内的一个压缩机轮或者叶轮505。不同部件和构造可被用在涡轮增压器500，如以上结合涡轮增压器400说明的那些。
在涡轮增压器500的这个示例性实施方案中，压缩机壳体510具有一个涡旋，该涡旋带有一个蜗壳520以及一个扩散器550，它们用于叶轮室503与内燃发动机(未示出)之间的流体连通。扩散器550的一个入口553优选地是在压缩机叶轮505的顶端508附近。壳体510可以由多个部分形成，如由一种连接机构515连接的第一壳体511和第二壳体512，这种连接机构如一个或多个螺栓)。壳体510可以用不同的方法形成，这些方法包括铸造、机加工以及铸造和机加工的一种组合。壳体510可以用不同的材料制成，包括铝。
扩散器550可以具有一个直的或者线性的形状，这种形状相对于涡轮增压器500的径向轴线成一个扩散器角α。换言之，扩散器550与涡轮增压器500的中心线CL可以是非正交的。具体的扩散器角α可基于多种因素来进行选择，这些因素包括：所希望的扩散器550的长度、流动效率以及所希望的用于涡轮增压器500的几何包络。扩散器角α优选地是在大约5度到75度之间，更优选地是在大约10度到60度之间，并且最优选地是在20度和50度之间。通过提供一个基本上直的或者线性的扩散器550，涡轮增压器500可以减少与弯曲有关的损耗，例如由于摩擦引起的损耗。
扩散器550具有一个出口558，该出口连接到蜗壳520上。由于扩散器角α，进口553配备有在压缩机顶端508附近的一个方向的改变或者弯折部。该弯折部允许来自压缩机叶轮505的低动量流动被加速到与沿该弯折部的流动的其余部分相同或相似的速度，从而为流体流动提供稳定性。
扩散器550的成角度的或者非正交的构造允许该扩散器的长度方面的增加，而无需增加用于涡轮增压器500的几何包络。扩散器550的增加的长度提供了更多的扩散以及更慢的扩散，这将增加效率。在一个实施方案中，扩散器550的壁是成角度的，例如会聚或者发散的，以增加或者降低扩散的速率。
扩散器550具有一个或者多个叶片575。这些叶片575可以是固定的或者是可移动的。在这些575可以移动的情况下，使用了适当的致动机构和技术。这些叶片575的具体尺寸、形状和/或构造可以根据包括效率的多种因素来进行选择。本披露还考虑了扩散器550是无叶片的。
参见图6A，一个涡轮增压器600具有一个压缩机壳体610，该压缩机壳体带有可旋转地安装在一个叶轮室603内的一个压缩机轮或者叶轮605。不同部件和构造可以用在涡轮增压器600中，如以上结合涡轮增压器400说明的那些。
在涡轮增压器600的这个示例性实施方案中，压缩机壳体610具有一个涡旋，该涡旋带有一个蜗壳620以及一个扩散器650，它们用于叶轮室603与内燃发动机(未示出)之间的流体连通。扩散器650的一个入口653优选地是在压缩机叶轮605的顶端608附近。壳体610可以由多个部分形成，如由一种连接机构615连接的第一壳体611和第二壳体612，这种连接机构如一个或多个螺栓。壳体610可以用不同的方法形成，这些方法包括铸造、机加工以及铸造和机加工的一种组合。壳体610可以用不同的材料制成，包括铝。
扩散器650可以具有一个直的或线性的形状，这种形状相对于涡轮增压器600的径向轴线成一个扩散器角α。换言之，扩散器650与涡轮增压器600的中心线CL可以是非正交的。具体的扩散器角α可基于多种因素进行选择，这些因素包括：扩散器650的长度、流动效率以及所希望的用于涡轮增压器600的几何包络。扩散器角α优选地是在大约5度到75度之间，更优选地是在大约10度到60度之间，并且最优选地是在20度和50度之间。通过提供一个基本上直的或者线性的扩散器650，涡轮增压器600可以减少与弯曲有关的损耗，如由于摩擦引起的损耗。
涡轮增压器600的实施方案提供了一个扩散器650，该扩散器在离开涡轮机部分(未示出)的一个方向中径向地向外延伸，而涡轮增压器500的扩散器550在朝向该涡轮机部分的一个方向中径向地向外延伸。涡轮增压器500可以对该中央壳体(未示出)附近的几何包络中未使用的空间加以利用，而涡轮增压器600可以对叶轮室603附近的几何包络中的未使用的空间加以利用。
扩散器650具有一个出口658，该出口连接到蜗壳620上。由于扩散器角α，进口653配备有在压缩机顶端608附近的一个方向上的改变或者弯折部。该弯折部允许来自压缩机叶轮605的低动量流动被加速到与沿该弯折部的流动的其余部分相同或相似的速度，从而为流体流动提供稳定性。
扩散器650的成角度的构造允许该扩散器的长度方面的增加，而无需增加用于涡轮增压器600的几何包络。扩散器650的增加的长度提供了更多的扩散以及更慢的扩散，这将增加效率。在一个实施方案中，扩散器650的壁是成角度的，例如会聚或者发散的，以增加或者降低扩散的速率。叶轮605可以具有一个扩展的顶端608，该顶端延伸进入到入口608之中。
参见图6B，涡轮增压器600的一个放大的部分被示出为带有一个轴向的扁平的或者非扩展的顶端609。叶轮605为进入扩散器650的流体提供非均匀的速度分布特性VP。该扩散角α以及在入口653附近的弯折部或方向的变化允许从压缩机叶轮605的低动量流动被加速到一个速度，该速度与沿该弯折部的这种流动的其余部分的速度相同或相似。在一个实施方案中，扩散器650在叶轮顶端609的直接的下游处配备了一个弯折部、方向上的变化或者其他的曲率，以将低动量流动FLM加速到基本上与该流动的其余部分相同的速度并且使流动稳定。在转子顶端609的下游，速度分布特性VP是更加均匀的。在一个实施方案中，可以改变角度β以影响该速度分布特性。改变角度β可以减小使流动转向所需要的功或者能量。参见图6C，涡轮增压器600的一个放大部分被示出为带有另一个轴向的扁平的或者非扩展的顶端609。
在一个实施方案中，制造涡轮增压器400、500以及600的一个方法包括确定在该扩散器的入口处该流体流动是否具有一种均匀或非均匀的速度分布特性VP。如果存在一种非均匀的速度分布特性VP，那么将一个弯折部或者曲率形成在该扩散器中的扩散器入口处附近并且优选直接在该入口的下游处。该弯折部或者曲率的程度或者限度(例如，该扩散器角α或者曲率的半径)是根据该非均匀的速度分布特性VP来选择的。例如，如果确定在该速度分布特性VP中仅存在少量的非均匀性，则可以对涡轮增压器600使用一个小的扩散器角α，这样低动量流动FIM仅需要少量的扩散器长度以便被加速到基本上与该流动的其余部分相同的速度。对该非均匀速度分布特性VP的调整与在该入口附近的扩散器弯曲或者曲率的程度或者限度之间的相关性是可以确定的。然而，本披露还考虑了该速度分布特性VP中的非均匀性的程度是在确定该弯曲或者曲率的程度或者限度时所考虑的几个因素之一。
参见图7，压缩机壳体700的一个部分被示出为具有一个蜗壳720以及一个扩散器750。扩散器750位于沿着与蜗壳720相交的扩散器面PCD。扩散器750具有由一个单一曲率半径RC限定的一种均匀地弯曲的形状。使用均匀弯曲的扩散器750允许该扩散器的一个更大的长度，而无需增加用于该涡轮增压器的几何包络。该更长的扩散器长度提供了以上对于涡轮增压器400、500以及600所说明的那些优点。
参见图8，压缩机壳体800的一个部分被示出为具有一个蜗壳820以及一个扩散器850。扩散器850位于沿着与蜗壳820相交的扩散器面PRD。扩散器850优选地具有由一个单一曲率半径RC限定的一种均匀地弯曲的形状。使用弯曲的扩散器850允许该扩散器的一个更大长度，而无需增加用于该涡轮增压器的几何包络。该更长的扩散器长度提供了以上对于涡轮增压器400、500以及600说明的那些优点。
壳体800将蜗壳820置于弯曲的扩散器850之外并且在该流动进入蜗壳820之后将流动的方向反转，同时为该涡轮增压器保持基本上相同的几何包络。在扩散器850的弯曲对着一个90度的弧的情况下，扩散器面PRD可以将蜗壳820一分为二或者穿过其中心。在一个实施方案中，这些壁可以发散以增加截面积，例如当扩散器850轴向转向时。
参见图9，压缩机壳体900的一个部分被示出为具有一个蜗壳920以及一个扩散器950。扩散器950位于沿着与蜗壳920相切的扩散器面PRD。扩散器950优选地具有沿它的一个中间部分的一个均匀地弯曲的形状，该形状由单一曲率半径RC限定。使用弯曲的扩散器950允许该扩散器的一个更大的长度，而无需增加用于该涡轮增压器的几何包络。该更长的扩散器长度提供了以上对于涡轮增压器400、500以及600所说明的那些优点。
壳体900增加了在进入涡壳920之前扩散器950前进所穿过的角度。该流动的方向当它仍在扩散器950中时被反转，并且该扩散器的长度被增加。
这些示例性的实施方案使用与现代压缩机壳体基本上相同的几何包络产生了一个更高的增压比。这些示例性的实施方案还允许在将这些涡壳和/或扩散器相对于该涡轮增压器的其他部件的定位时的灵活性，这在空间非常珍贵的较小的发动机舱中是有利的。在此说明的这些扩散器可以是无叶片式或叶片式，包括固定的或者可移动的叶片。
参见图10，涡轮增压器1200具有一个压缩机壳体1210，该压缩机壳体连接到中心壳体和涡轮机壳体(未示出)上。压缩机壳体1210具有可旋转地安装在一个叶轮室1230内的一个压缩机轮或者叶轮1220。涡轮增压器1200具有未在图3中示出的其他不同的部件，如操作性地连接到发动机排气歧管的一台涡轮机、操作性地连接到该发动机空气进气歧管的压缩机壳体1210以及使涡轮机叶轮与压缩机叶轮1220相连接的一根轴，这样涡轮机叶轮的旋转引起压缩机叶轮的旋转。该涡轮机叶轮是由在排气歧管中流动的排气来驱动旋转的。压缩机叶轮1220是由涡轮机叶轮来驱动旋转的，并且当压缩机叶轮旋转时，它增加了被传送到发动机汽缸的空气质量流速、气流密度以及空气压力。其他不同的部件以及构造也可以在涡轮增压器1200中使用。
在涡轮增压器1200的这个示例性实施方案中，压缩机壳体1210具有一个涡旋，该涡旋带有一个扩散器1250以及一个涡壳1260，它们用与叶轮室1230与内燃发动机(未示出)之间的流体连通。扩散器1250的一个入口1255优选地是在压缩机叶轮1220的顶端1225附近。壳体1210可以是一个单一体或者多个部分，并且可以用不同的方法形成，包括铸造、机加工以及铸造和机加工的一种组合。壳体1210可以用不同的材料制成，包括铝。
扩散器1250可以具有一种弯曲的或者其他形式的非线性形状或路径。在一个实施方案中，扩散器1250具有一个基本上均匀的曲率，例如由一个单一的曲率半径RC限定的曲率。该曲率半径RC优选地是在大约1英寸到1000英寸之间。在另一实施方案中，扩散器1250可以包括一个或者多个导向叶片1400。这些导向叶片1400可以是固定的、可移动的或者二者的一种组合。
虽然涡轮增压器1200的实施方案示出了扩散器1250的曲率是由一个单一曲率半径RC限定，但本披露还考虑了具有其他弯曲的或者非线性的形状的扩散器，包括由多个曲率半径限定的形状。本披露还考虑了的扩散器1250的一个或者多个部分是直的而其余部分是弯曲的，以提供用于该扩散器的一种非线性形状。
扩散器1250具有一个出口1257，该出口优选地沿蜗壳1260的一个径向上外部的部分(如从该涡轮增压器的一条中心线CL所测量的)连接到蜗壳上。优选地，扩散器1250的入口1255是从蜗壳1260的内部圆周径向地在外面(如从该涡轮增压器的中心线CL所测量的)，如由参考线C所示。在压缩机叶轮1220的顶端1225是处于扩散器入口1255附近的情况下，该顶端也被定位为在蜗壳1260的内部圆周径向地外面。
使用一个弯曲的或者其他形式的非线性扩散器1250允许用于涡轮增压器1200的一个更小的几何包络，而不牺牲扩散器的长度。如在图10中可见，可以减小蜗壳1260的外部半径R或者外部直径以提供更小的几何包络或者封装，同时保持允许来自叶轮1220的流动进行扩散的长度。
扩散器1250的入口1255优选地是在轴向上远离扩散器1260，如由蜗壳面PS和入口面PI的分离所显示。通过将蜗壳1260移动到更靠近叶轮室1230但轴向上远离扩散器1250的入口1255和/或远离叶轮1220，涡轮增压器1200通过在远离该叶轮的一个轴向方向中利用在该包络中未使用的空间而减小了该包络的径向几何尺寸。与箭头B所示的区域相比，在箭头A所示的区域中存在一个更大量的发散。在一个实施方案中，扩散器路径的曲率由多个半径限定，与由单一曲率半径限定的一个路径相比，它能够提供更多的扩散。
参见图11，将具有弯曲的扩散器1250以及蜗壳1260的涡轮增压器1200的性能与具有一个径向上扁平的或者直的扩散器的现代涡轮增压器进行了比较。弯曲的扩散器1250没有任何导向叶片。涡轮增压器1200具有一个蜗壳外部直径，该蜗壳外部直径比具有一个径向上扁平的或者直的扩散器的现代涡轮增压的蜗壳外部直径小0.53英寸。在对于不同质量流速的增压比的比较中发现，与现代的涡轮增压器相比，在不同速度线上涡轮增压器1200的增压比性能是在可接受的范围之内。
参见图5，将具有弯曲的扩散器1260以及蜗壳1260的涡轮增压器1200的性能与具有一个径向上扁平的或者直的扩散器的现代涡轮增压器再次进行了比较。弯曲的扩散器1250没有任何导向叶片。涡轮增压器1200具有一个蜗壳外部直径，它比具有一个径向上扁平的或者直的扩散器的现代涡轮增压的蜗壳外部直径小0.53英寸。在对于不同质量流速的效率的比较中发现，与现代的涡轮增压器相比，在不同速度线上涡轮增压器1200的效率性能是在可接受的范围之内，并且对于多数的速度线它超过了现代涡轮增压器的效率。
虽然已经相对于一种涡轮增压器的压缩机对本示例性实施方案进行了说明，但应该理解本披露还考虑了对该涡轮增压器的涡轮机使用这些示例性实施方案。该示例性实施方案还可以与在涡轮机和压缩机部分之一或两者中的可变涡轮几何形状的导向叶片以及包括固定叶片涡轮增压器的其他类型的涡轮增压器一起使用。本披露还考虑了这些涡轮增压器和/或壳体的特征可以与需要一个特定长度的扩散器的其他类型的流体推进装置一起使用。此类的其他流体推进装置包括但不限于以下各项：增压器；离心泵；离心风扇；单级气体压缩机；多级气体压缩机；以及通常使用一个或者多个旋转元件以压缩气体和/或引起流体流动的其他种类的装置。
虽然已通过参照用于说明目的而选择的具体实施方案对本发明进行了说明，但应该清楚的是，本领域中的普通技术人员无需背离本发明的精神和范围即可对其做出多种修改。

Claims (11)

1.一种压缩机壳体(410，510，610，700，800，900)，用于具有一个叶轮(405，505，605)的一个涡轮增压器(400，500，600)，该压缩机壳体(410，510，610，700，800，900)包括：
一个叶轮室(403，503，603)，该叶轮室可旋转地容纳该叶轮(405，505，605)；一个蜗壳(420，520，620，720，820，920)；以及
一个扩散器(450，550，650，750，850，950)，该扩散器具有在该叶轮(405，505，605)附近的一个入口(453，553，653)以及连接到该蜗壳(420，520，620，720，820，920)的一个出口(458，558，658)，
其中，该叶轮室(403，503，603)，扩散器(450，550，650，750，850，950)以及蜗壳(420，520，620，720，820，920)是流体连通的，并且其中该扩散器(450，550，650，750，850，950)具有一个弯折部(455)。
2.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该入口(453，553，653)具有一个弯折部(455)。
3.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该扩散器(750，850)是由一个单一的曲率半径(RC)限定的。
4.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该扩散器(450，950)是由多个的曲率半径(RC1，RC2)限定的。
5.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该扩散器(450，550，650，850，950)位于一个扩散器面之内，并且其中该扩散器面与该蜗壳(720，820)相交。
6.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该扩散器(450，550，650，850，950)位于一个扩散器面之内，并且其中该扩散器面将该蜗壳一分为二。
7.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该扩散器(450，550，650，850，950)位于一个扩散器面之内，并且其中该扩散器面与该蜗壳(920)相切。
8.如权利要求1所述的壳体(410，510，610，700，800，900)，其中该弯曲的路径是由一个单一曲率半径(RC)限定的，并且其中该单一曲率半径(RC)是在1英寸与1000英寸之间。
9.一种涡轮增压器(400，500，600)，包括：
一个叶轮(405，505，605)；以及
一个壳体(410，510，610，700，800，900)，该壳体限定一个叶轮室(403，503，603)，一个扩散器(450，550，650，750，850，950)以及一个蜗壳(420，520，620，720，820，920)，其中该叶轮(405，505，605)是可旋转地安装在该壳体(410，510，610，700，800，900)中，其中该叶轮室(403，503，603)，扩散器(450，550，650，750，850，950)以及蜗壳(420，520，620，720，820，920)是流体连通的，并且其中该扩散器(450，550，650，750，850，950)在对于该涡轮增压器(400，500，600)的一个中心线是非正交的一个径向方向中延伸。
10.如权利要求8所述的涡轮增压器(400，500，600)，其中该扩散器(550，650)具有一种线性的形状。
11.如权利要求8所述的涡轮增压器(400，500，600)，进一步包括定位于该扩散器(450，550，650，750，850，950)内的一个或多个叶片(575)。
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