CN102203390A - 装配式涡轮壳体 - Google Patents

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Abstract

提供一种涡轮壳体。该涡轮壳体包括舌形换向器，以控制进入壳体入口的废气和在壳体内流动的气体之间的相互作用。舌形构件也可配置成使得流路的横截面的面积和该横截面的形心与涡轮的转轴之间的距离之间的比率在整个涡轮壳体内恒定。该壳体可包括一对半壳部，其中，每个半壳部均形成该舌形换向器的一部分。

Description

装配式涡轮壳体
相关申请的引用
本申请要求2008年9月22日提交的申请号为61/192,758、发明名称为“装配式涡轮壳体舌形换向器”美国临时专利申请，2008年9月22日提交的申请号为61/192,759、发明名称为“装配式涡轮涡壳”的美国临时专利申请，以及2009年1月30日提交的申请号为61/206,559、发明名称为“装配式涡轮壳体”的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明总体上涉及涡轮壳体，更具体地，涉及制造涡轮壳体的方法和设备。
背景技术
如本领域所知的那样，涡轮增压器通常和内燃机一起使用以增大发动机的输出功率。涡轮增压器通过增加发动机内的用于促进燃烧的空气的量来增大功率。提供到发动机气缸的空气的量的增加允许将在发动机中燃烧的燃料的量成比例地增加。该燃料的量的增加导致功率输出增大。
涡轮增压器使用发动机废气(exhaust)来使涡轮旋转，涡轮又使气泵旋转以压缩空气。压缩后的空气在燃烧过程中被泵入气缸。涡轮典型地位于壳体内，该壳体包括供发动机废气进入的入口。该壳体一般为涡形，从而使被导入壳体的废气产生旋流，以使位于壳体内的涡轮旋转。
传统的涡轮壳体具有多种缺点。例如，如下面所详细说明的那样，涡形壳体内的废气的交叉流动(cross-flow)可能使涡轮功率降低。另外，涡轮增压器系统可能由于废气在壳体上的滑动接头(slip joint)处泄漏而产生功率损失。另外，改变涡轮的大小和几何形状以使输出最大化通常需要更换壳体和其它壳体部件以适合新的涡轮。因此，在本领域中需要改进涡轮壳体。
发明内容
提供一种涡轮壳体(turbing housing)设备。所述涡轮壳体可以是涡形并且包括布置在涡轮壳体内的舌形换向器(tongue diverter)。在一个实施方式中，所述涡轮壳体通过接合两个半壳部而组装。舌形换向器的一部分形成在各个半壳部中。当组装这些壳部时，所形成的部分对准以形成舌形换向器。舌形换向器配置成控制进入入口的废气和在壳体内流动的废气之间的相互作用。舌形构件也可配置成使得流路的横截面的面积和该横截面的形心与涡轮的转轴之间的距离之间的比率在整个涡轮壳体内恒定。涡轮壳体还包括沿壳体布置的一个或多个啮合环(mesh ring)，以减少废气泄漏。另外，成型管连接内壳体和下流管，以允许容易地改变涡轮的尺寸和几何形状。
附图说明
通过结合下列附图所作的具体说明，可更好地理解本发明的操作、目的和优点，其中：
图1是涡轮壳体的示意图；
图2是具有贯穿涡轮壳体延伸的假想平面的涡轮壳体的立体图；
图3是沿假想平面剖开的图2的涡轮壳体的剖视图；
图4是舌形构件的细节图；
图5是涡轮壳体的立体图；
图6是图5的舌形构件的细节图；
图7是涡轮壳体的立体图；
图8是图7的舌形构件的细节图；
图9是具有贯穿涡轮壳体延伸的假想平面的涡轮壳体的立体图；
图10是图9的涡轮壳体的沿假想平面剖开的剖视图；
图11是图10的啮合环的第一细节图；
图12是图10的啮合环的第二细节图；
图13是具有贯穿涡轮壳体延伸的假想平面的涡轮壳体的立体图；
图14是图13的涡轮壳体的沿假想平面剖开的剖视图；
图15是图14的适配管的细节图。
具体实施方式
现在将具体讨论本发明的示例性实施方式，在附图中图示了这些实施方式的实施例。应理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以使用其它实施方式，并且可进行结构和功能的变型。
由涡轮增压发动机产生的动力的效率取决于涡轮壳体控制和引导发动机废气流经涡轮壳体的效率。图1是涡轮壳体8的示意图。涡轮壳体8包括通常为涡形的内壳体10和位于内壳体10的开口处的入口12。涡形和入口12的位置促进内壳体10内的旋流。该旋流使通常位于内壳体10的中央的涡轮14旋转。正如将理解的那样，当废气沿内壳体10的周边(perimeter)流动时，该流动着的气体在离开内壳体10之前可能绕周边旋转不只一圈。当该气体绕周边流动时，该气体可能与从入口12进入内壳体10的新废气相互作用。未能控制通过内壳体10流动的废气和新引入内壳体10中的废气之间的相互作用可能阻止发动机的功率输出实现最佳效率。正如下面将具体说明的那样，可以邻近入口12定位舌形换向器以控制通过内壳体10流动的气体和通过入口12进入内壳体10的气体之间的相互作用。
实现涡轮增压发动机的最佳功率输出的一个方法是维持内壳体10内的固定的几何比率。例如，如图1所示，可测量或以其它方式确定沿流路的任意点处流路的横截面积A，并且可测量或以其它方式确定面积A的形心到涡轮14的转轴16的径向距离R。将内壳体10设计成使得横截面积与半径的比率A/R恒定，能够提高并潜在地优化发动机的功率输出。
参照图2至图8，涡轮壳体8包括大致包围内壳体10的外主体22。内壳体10可由第一壳部18和第二壳部20形成。壳部18、20通常可以彼此镜像对称，但是，第二壳部20可包括用于允许废气排出内壳体10的突出部(extrude portion)24。壳部18、20可连接在一起。例如，壳部18、20可焊接、弯边(crimp)或粘接在一起，或通过任何本领域已知的其它方法连接在一起。在一个实施方式中，一个壳部18可略大于另一壳部20以提供重叠部分，从而有助于焊接或以其它方式接着壳体18、20。
舌形换向器26可以位于内壳体10内部并且邻近内壳体10中的入口12终止进入流体腔的小转弯(tight turn)。舌形换向器26可配置成控制或减少进入的废气流和已经在内壳体10内流动的废气的旋流或螺旋流之间的相互作用。舌形换向器26也可配置和构造成使得比率A/R在整个壳体10上恒定。
舌形换向器26可与壳部18、20一体地形成。例如，如图3至图8所示，第一壳部18可在入口12附近包括凹部28。第二壳部20也可在入口12附近包括凹部30。当壳部18、20被组装形成壳体10时，凹部28、30对准以形成舌形换向器26。对准后的凹部28、30作为入口12附近的流体腔和内部流体腔之间的屏障。在图3和图4所示的实施方式中，第一壳部18和第二壳部20中的尺寸和形状相似的凹部28、30彼此抵接以形成舌形换向器26。但是，可以理解的是，也可通过第一壳部18或第二壳部20中的单个凹部形成舌形换向器26。还可以理解的是，各凹部28、30的尺寸和形状可以彼此独立，从而形成舌形换向器26。
在一个实施方式中，舌形换向器26可包括邻近入口12定位的壁(未示出)。该壁可与壳部18、20中的任一个一体地形成，或者是安装在入口12处的单件(unitary piece)。该壁可由两个或更多个子部件形成。这两个子部件可连接在一起以在入口12附近的流体腔和内部流体腔之间形成屏障。
参照图9至图12，涡轮壳体8还可包括沿内壳体10布置的一个或更多个啮合环32。啮合环32可定位成有效地密封内壳体10以防止废气泄漏。例如，啮合环32可沿内壳体10定位在滑动接头处。在图11所示的实施方式中，啮合环32布置在入口12附近，位于内壳体10的外壁和外主体22的内壁之间。啮合环32被定位成减少入口接头处的废气泄漏。
涡轮壳体8还可包括废气控制阀(wastegate)34。废气控制阀34可以是用于控制涡轮14的速度的阀。具体地，在预定的速度或压力下，废气控制阀34可打开以允许进入内壳体10的一些废气绕开涡轮14。连接管36可连接废气控制阀34和内壳体10。在图12所示的实施方式中，啮合环32定位成围绕连接管36的靠近废气控制阀34的外壁。啮合环32被定位成减少废气控制阀接头处的废气泄漏。
内壳体10可连接到下流管38。离开内壳体10的废气可流经内壳体10中的突出部24并且进入下流管38。涡轮14通常可位于突出部24的内部。参照图13至图15，涡轮壳体8可包括适配管(adapter tube)40。适配管40可定位成连接突出部24和下流管38。例如，适配管40的第一端42可焊接到突出部24，而适配管40的第二端44可焊接到下流管38或以其它方式连接到下流管38。但是，可以理解的是，适配管40可以以本领域已知的任何方式连接到突出部24和下流管38。
适配管40可与突出部24重叠，从而涡轮14位于适配管40的内部。于是可使适配管40的尺寸和形状适于接收涡轮14。通过改变适配管40的厚度和形状，单个涡轮壳体8可适用尺寸和几何形状不同的多个涡轮14。
虽然在附图中已经示出并且在前面具体说明中已经说明了本发明的优选实施方式，但是应该理解，本发明不限于所公开的优选实施方式，此处说明的本发明能够在不背离所附权利要求书的范围内进行各种调整、变型和替代。

Claims (20)

1.一种涡轮壳体，其包括：
壳体，所述壳体具有顶部和底部；
涡轮，所述涡轮定位于所述壳体内；
入口，所述入口位于所述壳体的外侧端；以及
舌形换向器，所述舌形换向器与所述入口相邻地定位，其中，所述舌形换向器由所述顶部和所述底部之间的接合而形成。
2.根据权利要求1所述的涡轮壳体，其特征在于，所述舌形换向器能够减少进入所述入口的气体和在所述壳体内流动的气体之间的相互作用。
3.根据权利要求1所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括位于所述壳体内的流路，所述流路的横截面的面积与所述横截面的形心和所述涡轮的中心之间的距离之间的比率沿所述流路的长度大致保持恒定。
4.根据权利要求1所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括至少部分地包围所述壳体的外主体。
5.根据权利要求4所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括布置在所述壳体和所述外主体之间的至少一个啮合环。
6.根据权利要求4所述的涡轮壳体，其特征在于，啮合环在所述入口附近定位在所述外主体和所述壳体之间。
7.根据权利要求1所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括连接到所述壳体的废气控制阀。
8.根据权利要求7所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括布置在所述壳体和所述废气控制阀之间的连接管。
9.根据权利要求8所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括安装到所述连接管的一部分的啮合环。
10.根据权利要求1所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括围绕所述涡轮定位的适配管。
11.根据权利要求10所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括连接到所述适配管的废气管。
12.一种涡轮壳体，其包括：
第一半壳部，所述第一半壳部具有凹部；
第二半壳部，所述第二半壳部连接到所述第一半壳部以形成壳体；
入口，所述入口位于所述壳体的外侧端；以及
舌形换向器，所述舌形换向器与所述入口相邻地定位，其中，所述舌形换向器由所述凹部和所述第二半壳部之间的接合而形成。
13.根据权利要求12所述的涡轮壳体，其特征在于，所述第一半壳部与所述第二半壳部重叠。
14.根据权利要求12所述的涡轮壳体，其特征在于，所述第一半壳部被焊接到所述第二半壳部。
15.根据权利要求12所述的涡轮壳体，其特征在于，所述第二半壳部包括凹部。
16.根据权利要求15所述的涡轮壳体，其特征在于，所述舌形换向器由所述第一半壳部的所述凹部和所述第二半壳部的所述凹部之间的接合而形成。
17.根据权利要求12所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括位于所述壳体内的流路，其中，所述流路的横截面的面积与所述横截面的形心和所述壳体的中心之间的距离之间的比率沿所述流路的长度大致保持恒定。
18.根据权利要求12所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括定位于所述壳体内的涡轮。
19.根据权利要求18所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括围绕所述涡轮定位的适配管。
20.根据权利要求19所述的涡轮壳体，其特征在于，所述涡轮壳体还包括连接到所述适配管的废气管。
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