CN102235187A - 用于增压器的涡轮壳体 - Google Patents

用于增压器的涡轮壳体 Download PDF

Info

Publication number
CN102235187A
CN102235187A CN2011101202492A CN201110120249A CN102235187A CN 102235187 A CN102235187 A CN 102235187A CN 2011101202492 A CN2011101202492 A CN 2011101202492A CN 201110120249 A CN201110120249 A CN 201110120249A CN 102235187 A CN102235187 A CN 102235187A
Authority
CN
China
Prior art keywords
swirl chamber
jiao
turbine
fan section
turbine shroud
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011101202492A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102235187B (zh
Inventor
克里斯蒂安·v·柯尼希斯埃格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ALPRAAZ AB
Original Assignee
ALPRAAZ AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ALPRAAZ AB filed Critical ALPRAAZ AB
Publication of CN102235187A publication Critical patent/CN102235187A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102235187B publication Critical patent/CN102235187B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/148—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of rotatable members, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/18—Final actuators arranged in stator parts varying effective number of nozzles or guide conduits, e.g. sequentially operable valves for steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025—Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于增压器的涡轮壳体，其包括引入开口、涡轮座和通道，所述通道从所述引入开口延伸至所述涡轮座，所述通道包括开口于所述涡轮座的第一涡旋腔(7)和开口于所述涡轮座的第二涡旋腔(8)。根据本发明，所述第一涡旋腔(7)和所述第二涡旋腔(8)均在所述涡轮座的第一角扇形区(β)中开口，沿流动方向(F)观察，所述第二涡旋腔(8)在所述第一角扇形区(β)中开口于所述涡轮座的腔口在所述第一角扇形区(β)的终端处的轴向高度大于其在所述第一角扇形区(β)的起始端处的轴向高度，而且，所述第一涡旋腔(7)的A/R比小于所述第一涡旋腔(7)和所述第二涡旋腔(8)共同的A/R比。

Description

用于增压器的涡轮壳体
技术领域
本发明总体涉及一种增压器，也被称为涡轮增压器，设置增压器是为了提高燃烧式发动机的效率，增压器的涡轮由燃烧式发动机的废气驱动，所述涡轮连接至增压器的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮压缩燃烧式发动机的吸入空气。具体地，本发明涉及一种用于增压器的涡轮壳体，所述涡轮壳体包括引入开口、涡轮座和通道，所述通道从所述引入开口延伸至所述涡轮座。此外，所述通道包括开口于所述涡轮座的第一涡旋腔和开口于所述涡轮座的第二涡旋腔。在第二方面，本发明涉及包括这种涡轮壳体的增压器。
背景技术
已知的增压器或涡轮增压器几乎都属于以下三种基本类型的增压器：即包含具有单涡旋腔的涡轮壳体、具有两个平行的涡旋腔的涡轮壳体、或具有可变几何结构的涡轮壳体的增压器中的一种。
在具有一个单涡旋腔的涡轮壳体中，涡旋腔具有相对于涡旋腔入口的半径而言面积较小或较大的入口，通常分别定义为小A/R比和大A/R比。具有相对于涡旋腔入口半径而言入口面积较小的涡旋腔的涡轮壳体设置成在小流量废气流时容易产生增压，小流量废气流通常来讲对应于低发动机速度，但是在大流量废气流时——其通常来讲对应于高发动机速度——这种涡轮壳体中会产生很大背压，因此会通过废气阀释放大量废气流，故而无法在高发动机速度时获得所需增压。另一方面，具有一个相对于涡旋腔入口半径而言入口面积较大的涡旋腔的涡轮壳体设置成在高发动机速度和大流量废气流时产生增压。但这种类型的涡轮壳体的效率更低或增压延迟较大，这意味着在低发动机速度和小流量废气流时不产生增压。
在具有平行涡旋腔的涡轮壳体中，涡轮壳体包括两个涡旋腔，所述两涡旋腔由径向延伸的壁分隔开，且在其入口处具有相同或不同的入口面积和/或半径。但应当指出，与具有一个单涡旋腔的涡轮壳体相比，两个涡旋腔的共同的入口面积与涡轮腔入口的半径之比通常被划归为大的。因此，这种类型的涡轮壳体适于大流量废气流和高发动机速度。此外，第一涡旋腔和第二涡旋腔均彼此平行地围绕涡轮壳体的整个涡轮座开口。径向延伸壁的功能是将来自于第一组互补气缸的废气流引导至一个涡旋腔中，而将来自于第二组互补气缸的废气流引导至另一涡旋腔中。通过仅使互补气缸——即排气阀不同时打开的气缸——可操作地彼此连接，使得不会产生从第一气缸至与所述第一气缸的工作循环部分重叠的第二气缸的回流。理论上，涡轮会因此交替地受到来自于一个涡旋腔和另一涡旋腔的废气流的影响。这样即使在低发动机速度时也能更好地利用废气脉冲能量。因此，与具有单涡旋腔的涡轮壳体相比，具有平行涡旋腔的涡轮壳体提供了更大的产生所需增压的发动机速度范围。
在具有可变几何结构的涡轮壳体中，在涡旋腔与涡轮座的交界处设置有大量叶片。这些叶片能够以可操纵的方式在相对于涡轮座的大致切向位置与相对于涡轮座的大致径向位置之间运动。在低发动机速度和小流量废气流时这些叶片运动至切向位置，而在高发动机速度和大流量废气流时这些叶片运动至径向位置。由于几何结构可变，所以在发动机速度非常低时容易产生所需增压，同时在高发动机速度时也能产生所需增压。但由于存在大量小型可运动零件而且操作过程中涡轮壳体中存在的操作温度很高，故而这种解决方案成本很高且结构非常复杂。这对于奥托发动机尤其明显，因为其排气温度通常高于柴油发动机。因此，具有可变几何结构的涡轮壳体很少与四冲程循环发动机一同使用。
发明内容
本发明的目的在于避免上述已知涡轮壳体的上述缺点和失效，并且本发明的目的还在于提供一种改进的涡轮壳体。本发明的主要目的是提供一种初始限定类型的改进的涡轮壳体，其在小流量废气流和大流量废气流时、因而分别在低发动机速度和高发动机速度时提供所需增压。
本发明的另一个目的是提供一种包括很少运动零件或不包括运动零件的涡轮壳体。
本发明的另一个目的是提供一种设置成在高操作温度下操作的涡轮壳体。
根据本发明，至少所述主要目的通过初始限定的涡轮壳体获得，其特征在于，第一涡旋腔和第二涡旋腔均在涡轮座的第一角扇形区中开口，沿流动方向观察，所述第二涡旋腔在所述第一角扇形区中开口于所述涡轮座的腔口在所述第一角扇形区的终端处的轴向高度大于其在所述第一角扇形区的起始端处的轴向高度，并且，所述第一涡旋腔的A/R比小于所述第一涡旋腔和所述第二涡旋腔共同的A/R比。
因此，本发明基于以下理解：沿流动方向观察，在涡轮座的起始端，第一涡旋腔开口于涡轮座的腔口大于第二涡旋腔的腔口，其中第一涡旋腔具有适用于小流量废气流的几何结构。这使得对于小流量废气流而言，第一涡旋腔中的废气流具有相对较高的速度以及最优攻角，最优攻角即废气流导向成相对于涡轮更为切向，并能够在涡轮座的流动方向上的起始端处、影响涡轮座中的涡轮的部分或全部轴向可达(accessible)高度。此外，本发明基于以下理解：第二涡旋腔在第一角扇形区中的下游方向开口于涡轮座中的腔口以及第二涡旋腔具有适用于大流量废气流几何结构。这使得对于大流量废气流而言，第二涡旋腔中中的废气流具有最优速度以及最优攻角，最优攻角即废气流导向成比第一涡旋腔中的废气流相对于涡轮更为径向，并能够在涡轮座的流动方向上的终端处、影响涡轮座中的涡轮的部分或全部轴向可达高度。
本发明的优选实施方式在从属权利要求中进一步限定。
优选地，第二涡旋腔包括可操纵的流量调节器。这使得第二涡旋腔能够对于例如小流量废气流完全或部分关闭，其前提是来自所考虑的燃烧式发动机所有工作气缸的废气可以既引导至第一涡旋腔又引导至第二涡旋腔。
根据优选实施方式，第一涡旋腔包括可操纵的流量调节器。这使得第一涡旋腔能够完全或部分关闭。能够关闭第一涡旋腔和第二涡旋腔的优点特别地在于在发动机冷起动时，废气可以在不首先由增压器冷却的情况下被引导经过增压器直接到达催化剂或预催化剂。
优选地，第二涡旋腔的外限定表面在径向方向上设置在第一涡旋腔的外限定表面的外侧。这使得在小流量废气流时第一涡旋腔中的废气速度进一步优化。
优选地，在通道的各径向横截面中，第二涡旋腔具有比第一涡旋腔大的横截面面积。这使得第二涡旋腔适用于大流量废气流，而第一涡旋腔适用于小流量废气流。
优选地，只有第一涡旋腔在涡轮座的第二角扇形区中开口，沿流动方向观察，第二角扇形区设置在涡轮壳体的入口下游并与之相邻。此外，沿流动方向观察，第一涡旋腔和第二涡旋腔均在涡轮座的第一角扇形区中开口，所述第一角扇形区设置在第二角扇形区下游并与之相邻。更优选地，第二涡旋腔在第一角扇形区中开口于涡轮座的腔口的轴向高度沿所述流动方向的方向增大。此外，优选地，第一涡旋腔在第一角扇形区中开口于涡轮座的腔口的轴向高度沿所述流动方向的方向减小。因此会出现第一腔开口于涡轮座的腔口持续减小而第二腔开口于涡轮座的腔口持续增大。
优选地，涡轮座的所述第二角扇形区大于40度，优选地大于80度。此外，优选地，涡轮座的所述第一角扇形区和所述第二角扇形区合在一起大于300度，优选地大于340度。应当指出，第二角扇形部能够是0度。
优选地，第一涡旋腔和第二涡旋腔由壁彼此分隔开，所述壁在所述引入开口处和在所述第二角扇形区中平行于流动方向主要轴向延伸。由此使第一涡旋腔在第一角扇形区起始端处具有适于小流量废气流的几何结构，其中第一涡旋腔的腔口构成主导部分，并且当第二角扇形区不为0度时在第二角扇形区中也是如此。
本发明的目标还通过初始限定的增压器获得，其特征在于，所述增压器包括这种涡轮壳体。
通过其它从属权利要求以及下文对于优选实施方式的详细描述会使本发明的其它优点和特征变得显而易见。
附图说明
通过下文结合附图对优选实施方式的详细描述，将能够更加清楚全面地理解本发明的上述及其它特征和优势，其中：
图1是本发明的涡轮壳体的立体图，示出了涡轮壳体的出口；
图2是根据图1的涡轮壳体的立体图，示出了涡轮壳体的涡轮座；
图3是根据图1和图2的涡轮壳体左半部分的立体图，示出了涡轮壳体的内部；
图4是根据图1和图2的涡轮壳体与图3相对应的右半部分的立体图，示出了涡轮壳体的内部；
图5是涡轮壳体的替代性实施方式的横截面的立体图，所述涡轮壳体包括处于关闭状态的流量调节器，所述横截面比图4的横截面更靠近涡轮壳体出口；
图6是示出了处于打开状态的流量调节器的立体图，与图5相对应；
图7是本发明的涡轮壳体的正视图，示出了涡轮壳体的出口，还示出了横截面位置；
图8是沿图7中VIII线截取的涡轮壳体的横截面图；
图9是沿图7中IX线截取的涡轮壳体的横截面图；
图10是沿图7中X线截取的涡轮壳体的横截面图；
图11是沿图7中XI线截取的涡轮壳体的横截面图。
具体实施方式
本发明总体涉及一种增压器，也被称为涡轮增压器，设置增压器是为了提高燃烧式发动机的效率，增压器由燃烧式发动机的废气驱动，并压缩燃烧式发动机的吸入空气。
现在参照图1和图2。更具体地，本发明涉及一种涡轮壳体，由1总体指示。涡轮壳体1包括引入开口2，所述引入开口2由凸缘3包围，所述凸缘3设置成连接至歧管等(未示出)，所述歧管等将从燃烧式发动机的工作气缸流出的废气引导至涡轮壳体1的引入开口2。此外，涡轮壳体1以常规方式包括引出开口4，用于将废气从涡轮壳体1排出至常规排气系统(未示出)，常规排气系统可能包括催化剂、消声器等。此外，涡轮壳体1包括涡轮座5，所述涡轮座5构造成容纳以可转动的方式布置的涡轮(未示出)，所述涡轮连接至压缩机叶轮并驱动压缩机叶轮，所述压缩机叶轮以可转动的方式设置在压缩机壳体内，从而对燃烧式发动机的工作气缸的吸入空气进行增压。在示出的实施方式中，相对于涡轮的转动轴线，引入开口2切向地布置，而引出开口4则轴向地布置。
现在参照图3和图4。本发明的涡轮机壳体1包括从所述引入开口2延伸至所述涡轮座5的通道(race)，所述通道总体由6指示。因此，通道6构造成将废气从引入开口2引导至涡轮座5和涡轮。此外，所述通道6包括开口于涡轮座5的第一涡旋腔7和开口于涡轮座5的第二涡旋腔8。在示出的实施方式中，第一涡旋腔7和第二涡旋腔8沿其整个长度由壁9彼此分隔开。壁9从涡轮壳体1的入口10开始延伸，入口10是通道6的一部分，从引入开口2延伸至第一涡旋腔7朝涡轮座5开口的位置处。在一种实施方式中，壁9从引入开口2一直延伸，而在另一些实施方式中，壁9从引入开口2与第一涡旋腔7朝涡轮座5开口的位置之间延伸。优选地，第一涡旋腔7朝涡轮座5开腔口的位置在轴向方向上位于涡轮壳体1的引出开口4与第二腔8开口于涡轮座5的腔口之间。但这种关系反过来，即第二涡旋腔8朝涡轮座5开腔口的位置在轴向方向上位于涡轮壳体1的引出开口4与第一涡旋腔7开口于涡轮座5的腔口之间，也是可以的。
对于本发明重要的是，第一涡旋腔7和第二涡旋腔8都在涡轮座5的第一角扇形区(angular segment)β中开口，在所述角扇形区β中，沿流动方向F观察，第二涡旋腔8开口于涡轮座5的腔口在第一角扇形区β的的终端处的轴向高度大于其在第一角扇形区β的起始端处的轴向高度。
此外，优选地，只有第一涡旋腔7在涡轮座5的第二角扇形区α中开口，沿流动方向F观察，所述第二角扇形区α设置在涡轮壳体1的入口10下游并与之相邻。换言之，第二角扇形区α始于第一涡旋腔7朝涡轮座5开口的位置处。在优选实施方式中，壁9在所述第二角扇形区α中平行于流动方向F基本轴向地延伸，并且优选地在入口10内也是如此。更优选地，壁9的与第一涡旋腔7邻接的部分在所述第二角扇形区α中和/或在入口10中具有弧形横截面，其曲率中心位于壁9的径向内侧，这使得壁9与界定第一涡旋腔7的其它表面之间柔和过渡，这种柔和过渡本身有助于减少第一涡旋腔7中的摩擦。此外，优选地，壁9的与第二涡旋腔8邻接的部分在所述第二角扇形区α中和/或在入口10中具有弧形横截面，其曲率中心位于壁9的径向内侧，并且与界定第二涡旋腔8的其它表面之间柔和过渡。这使得第二涡旋腔8具有所谓的眼镜蛇弯曲(见图8和图9)，使排气流动中的湍流最小。但应当指出，也可以将设想出的任何横截面用在第一涡旋腔7和第二涡旋腔8中。
如上文描述的设置成与涡轮壳体1引入开口2的凸缘3相连的歧管等包括至涡轮壳体1的共同或分开的废气供给。在以共同方式供给的情况下，所有应当引导至涡轮壳体的废气都作为单股废气流从燃烧式发动机引导至涡轮壳体1，其中废气的一部分流入第一涡旋腔7，而废气的其余部分流入第二涡旋腔8。此外，在以共同方式供给的情况下，涡轮壳体1可以包括不同的节流阀或流量调节器以控制向第一涡旋腔7和第二涡旋腔8中的任何一个、两者或不向两者中任一个流动，这将在下文描述。在分开供给的情况下，来自于燃烧式发动机的工作气缸中的任意一个或一些气缸中的废气被引导至第一涡旋腔7，而来自于燃烧式发动机的工作气缸中的任意一个或一些气缸中的废气被引导至第二涡旋腔8。
现在参照图5和图6，其中示出了根据图3和图4的涡轮壳体1的替代性实施方式。根据所述替代性的优选实施方式的涡轮壳体1除了包括参照图1至图4描述的特征以外，还包括设置在第二涡旋腔8中的可操纵流量调节器11。在图5中，流量调节器11示出为在第二涡旋腔8中处于关闭状态，而在图6中，流量调节器11示出为在第二涡旋腔8中处于打开状态。应当指出，流量调节器11优选地可以停留在关闭位置与打开位置间的所有位置。流量调节器11在示出的实施方式中能够以可转动的方式在关闭位置与打开位置间运动，并且能够由控制杆12操纵，但是也可以设想任何等效的操纵方式。流量调节器11的开闭例如与燃烧式发动机的转速、节气门控制杆的位置和/或运动、涡轮壳体1中或任何其它引导自燃烧式发动机的排气系统适当部分中存在的废气压力等相关。根据一种替代性实施方式，流量调节器设计为压力控制单向阀(未示出)，该压力控制单向阀在例如涡轮壳体1的引入开口2处获得特定压力时自动打开。应当指出，当流量调节器11处于关闭位置时，不必使第二涡旋腔8完全密封，而是允许在第二涡旋腔8内表面与流量调节器11之间存在间隙。优选地，流量调节器11应当覆盖第二涡旋腔8在流量调节器11处的横截面积的至少80％，优选为至少90％。因此，不需要用于流量调节器11的成本高又复杂的座。第二涡旋腔8中的流量调节器11可以用作第一涡旋腔7的可操纵废气阀(wastegate)，从而平缓第一涡旋腔7中的压力升高阶段期间的压力，而不是使用当涡轮壳体1第一涡旋腔7中的背压过高时允许废气绕过增压器的常规废气阀。常规废气阀可以以常规方式使用，从而平缓当第一涡旋腔7和第二涡旋腔8完全打开时的压力。
根据另一种替代性实施方式，在第一涡旋腔7中设置有可操纵流量调节器(未示出)。第一涡旋腔7中是否存在流量调节器不取决于第二涡旋腔8中是否存在流量调节器。
第一涡旋腔7中的流量调节器以可移动的方式设置在第一涡旋腔7关闭状态与第一涡旋腔7打开状态之间。应当指出，流量调节器优选地能够停留在关闭位置与打开位置间的所有位置上。流量调节器优选地能够以可转动的方式在关闭位置与打开位置之间运动，并且能够由控制杆(未示出)操纵，但也可以设想任何等效的操纵方式。流量调节器的开闭例如与燃烧式发动机的转速、节气门控制杆的位置和/或运动、涡轮壳体1中或任何其它引导自燃烧式发动机的排气系统适当部分中存在的废气压力等相关。根据一种替代性实施方式，流量调节器设计为压力控制单向阀(未示出)，该压力控制单向阀在例如涡轮壳体1的引入开口2处获得特定压力时自动打开。应当指出，当流量调节器处于关闭位置时，其不必使第一涡旋腔7完全密封，而是允许在第一涡旋腔7内表面与流量调节器之间存在间隙。优选地，流量调节器应当覆盖第一涡旋腔7在流量调节器处的横截面积的至少80％，优选为至少90％。因此，不需要用于流量调节器的成本高又复杂的座。
在涡轮壳体1包括位于第一涡旋腔7中的流量调节器和位于第二涡旋腔8中的流量调节器11的情况下，两涡旋腔均可以关闭，例如在冷起动过程中关闭，从而转而通过可操纵阀引导温热的废气绕过增压器并到达催化器，从而因为废气未在增压器1中冷却而实现快速加热催化器。此外，两涡旋腔均可以在发动机速度介于低发动机速度与高发动机速度之间时半开或部分打开，从而平缓压力尖峰(pike)，所述压力尖峰通常通过废气阀(未示出)绕过增压器。
应当指出，设置成与图5和图6中示出的涡轮壳体1的引入开口2的凸缘3相连接的歧管等包括向涡轮壳体1的共同的废气供给。因此，所有应当从燃烧式发动机引导至涡轮壳体1的废气都作为单股废气流被引导，其中基本的设定是，仅在废气流流量小时，允许废气流流入第一涡旋腔7，而在废气流流量大时，允许废气流既流入第一涡旋腔7也流入第二涡旋腔8。
应当指出，即使本发明的涡轮壳体1在第一涡旋腔7和第二涡旋腔8中不包括任何流量调节器，而包括共同的废气供给，涡轮壳体1也设置成在废气流流量小时以及废气流流量大时提供所需增压。因此，在废气流流量小时，进入第一涡旋腔7的废气流将优先于进入第二涡旋腔8的废气流，这是因为由于第一涡旋腔7的几何构造，使得进入第一涡旋腔7的废气流会获得比进入第二涡旋腔8的废气流更高的速度，从而在废气流流量小时获得所需的增压。此外，当废气流流量大时，进入第二涡旋腔8的废气流会优先于进入第一涡旋腔7的废气流，这是因为稍后第一涡旋腔7中的背压会升高，这会迫使绝大部分废气流进入第二涡旋腔8，而第二涡旋腔8的几何构造适于大流量废气流，从而在废气流流量大时获得所需增压。
现在再参照图7至图11。优选地，从径向方向观察，第二涡旋腔8的外限定表面13设置在第一涡旋腔7的外限定表面14的外侧。此外，优选地，在通道6的各径向横截面中，第二涡旋腔8具有比第一涡旋腔7大的横截面面积。因此，特定废气流在第一涡旋腔7中获得了比在第二涡旋腔8中更高的速度和更尖锐的攻角(attack angle)，这又使得即使是小流量废气流时也能迅速启动增压器。在示出的实施方式中，当仅有第一涡旋腔7打开时，涡轮壳体1的A/R比等于0.4；而当第一涡旋腔7和第二涡旋腔8均完全打开时，涡轮壳体的A/R比等于1。但也可以设想涡轮壳体1具有更低或更高的A/R比。A/R比的范围可能是当第一涡旋腔7和第二涡旋腔8均关闭时的等于0的值至以上。A/R比的可能设想的上限值例如等于2。
优选地，第二涡旋腔8的A/R比大于第一涡旋腔7的A/R比。
上文描述了，优选地，第一涡旋腔7和第二涡旋腔8均在涡轮座5的第一角扇形区β中开口，所述第一角扇形区β设置在所述第二角扇形区α下游并与之相邻。此外，优选地，只有第一涡旋腔7在涡轮座5的第二角扇形区α中开口。在优选的实施方式中，壁9在第一角扇形区β中过渡成越来越平行于流动方向F径向延伸。应当指出，第二涡旋腔8也可以在第二角扇形区α中开口，但是沿流动方向F观察，第二涡旋腔8的腔口的轴向高度以及第一涡旋腔7的腔口的轴向高度在第二角扇形区α中不变。即使在第一角扇形区β中，第一涡旋腔7的腔口以及第二涡旋腔8的腔口也可彼此无关地、在子扇形区中不变。
第二角扇形区α可大于或等于0。优选地，涡轮座5的第二角扇形区α大于40度，更优选地为大于80度。此外，第二角扇形区α小于120度。在示出的最优选实施方式中，第二角扇形区α等于90度。此外，所述第一角扇形区β与所述第二角扇形区α一起优选地大于300度，更优选地大于340度。在示出的最优选实施方式中，第一角扇形区β与第二角扇形区α之和等于350度。应当指出，全周360度与第一角扇形区β和第二角扇形区α之和之间的差由涡轮壳体1的壁15构成，或由涡轮壳体的壁15和第三角扇形区的组合而构成，所述第三角扇形区设置在第一角扇形区β下游并与之相邻，并且只有第二涡旋腔8在所述第三角扇形区中朝涡轮座5开口。
优选地，第二涡旋腔8开口于涡轮座5的腔口的轴向高度在第一角扇形区β中沿所述流动方向F的方向逐渐增大，而第一涡旋腔7开口于涡轮座5的腔口的轴向高度在第一角扇形区β中沿所述流动方向F的方向逐渐减小。优选地，这种渐变是非线性的。优选地，沿流动方向F观察，第一涡旋腔7开口于涡轮座5的腔口在第一角扇形区β的终端处的轴向高度小于其在第一角扇形区β的起始端处的轴向高度。
在示出的实施方式中，在从第一角扇形区β的起始端转过大约90度处，第一涡旋腔7开口于涡轮座5的腔口的轴向高度大约等于第二涡旋腔8开口于涡轮座5的腔口的轴向高度。此外，在从第一角扇形区β的起始端转过大约180度处，第一涡旋腔7开口于涡轮座5的腔口的轴向高度大约等于第二涡旋腔8开口于涡轮座5的腔口的轴向高度的1/4。
本发明不仅仅局限于上文描述并在附图中示出的实施方式，这些实施方式主要是图示和示例性的。本专利申请意在覆盖本文描述的优选实施方式的所有调整和变型，因此本发明由所附权利要求的措辞及其等效措辞限定。因此，在所附权利要求的范围内可以以各种方式对所述设备进行修改。
应当指出，第一涡旋腔和第二涡旋腔不必在从引入开口延伸至涡轮座的整个通道中彼此相邻。
还应当指出，所有关于/涉及诸如“上方”、“下方”等术语的所有信息应当理解为/认为使设备根据附图定向，使附图定向成能够正确读出附图标记。因此，这种术语仅表示所示实施方式中的相互关系，如果本发明的设备具有另一种结构/设计，则这种关系可能会改变。
还应当指出，即便并未明确声明某一具体实施方式中的特征可以与另一实施方式中的特征组合，但如果这种组合是可能的，则应当认为是明显的。

Claims (14)

1.一种用于增压器的涡轮壳体，包括引入开口(2)、涡轮座(5)和通道(6)，所述通道(6)从所述引入开口(2)延伸至所述涡轮座(5)，所述通道(6)包括开口于所述涡轮座(5)的第一涡旋腔(7)和开口于所述涡轮座(5)的第二涡旋腔(8)，其特征在于，所述第一涡旋腔(7)和所述第二涡旋腔(8)均在所述涡轮座(5)的第一角扇形区(β)中开口，沿流动方向(F)观察，所述第二涡旋腔(8)在所述第一角扇形区(β)中开口于所述涡轮座(5)的腔口在所述第一角扇形区(β)的终端处的轴向高度大于其在所述第一角扇形区(β)的起始端处的轴向高度，并且，所述第一涡旋腔(7)的A/R比小于所述第一涡旋腔(7)和所述第二涡旋腔(8)共同的A/R比。
2.如权利要求1所述的涡轮壳体，其中，所述第二涡旋腔(8)包括可操纵的流量调节器(11)。
3.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中，所述第一涡旋腔(7)包括可操纵的流量调节器。
4.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中，在径向方向上观察，所述第二涡旋腔(8)的外限定表面(13)设置在所述第一涡旋腔(7)的外限定表面(14)的外侧。
5.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中，在所述通道(6)的各径向横截面中，所述第二涡旋腔(8)具有比所述第一涡旋腔(7)大的横截面面积。
6.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中，只有所述第一涡旋腔(7)在所述涡轮座(5)的所述第二角扇形区(α)中开口，沿流动方向(F)观察，所述第二角扇形区(α)设置在所述涡轮壳体(1)的入口(10)下游并与所述涡轮壳体(1)的所述入口(10)相邻。
7.如权利要求6所述的涡轮壳体，其中，所述第一涡旋腔(7)和所述第二涡旋腔(8)均在所述涡轮座(5)的所述第一角扇形区(β)中开口，沿流动方向(F)观察，所述第一角扇形区(β)设置在所述第二角扇形区(α)下游并与所述第二角扇形区(α)相邻。
8.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中，所述第二涡旋腔(8)在所述第一角扇形区(β)中开口于所述涡轮座(5)的腔口的轴向高度沿所述流动方向(F)的方向增大。
9.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中，沿流动方向(F)观察，所述第一涡旋腔(7)在所述第一角扇形区(β)中开口于所述涡轮座(5)的腔口在所述第一角扇形区(β)的终端处的轴向高度小于其在所述第一角扇形区(β)的起始端处的轴向高度。
10.如权利要求9所述的涡轮壳体，其中，所述第一涡旋腔(7)在所述第一角扇形区(β)中开口于所述涡轮座(5)的腔口的轴向高度沿所述流动方向(F)的方向减小。
11.如权利要求6所述的涡轮壳体，其中，所述涡轮座(5)的所述第二角扇形区(α)大于40度，优选地大于80度。
12.如权利要求6所述的涡轮壳体，其中，所述涡轮座(5)的所述第一角扇形区(β)和所述第二角扇形区(α)合在一起大于300度，优选地大于340度。
13.如权利要求6所述的涡轮壳体，其中，所述第一涡旋腔(7)和所述第二涡旋腔(8)由壁(9)彼此分隔开，所述壁(9)在所述第二角扇形区(α)内平行于流动方向主要轴向延伸。
14.一种用于燃烧式发动机的增压器，其特征在于，所述增压器包括根据权利要求1至13中任意一项所述的涡轮壳体。
CN201110120249.2A 2010-05-04 2011-05-04 用于增压器的涡轮壳体 Expired - Fee Related CN102235187B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1050440-5 2010-05-04
SE1050440A SE536089C2 (sv) 2010-05-04 2010-05-04 Turbinhus för överladdningsaggregat samt överladdningsaggregat för en förbränningsmotor innefattande ett sådant turbinhus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102235187A true CN102235187A (zh) 2011-11-09
CN102235187B CN102235187B (zh) 2015-11-25

Family

ID=44059060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110120249.2A Expired - Fee Related CN102235187B (zh) 2010-05-04 2011-05-04 用于增压器的涡轮壳体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8807929B2 (zh)
EP (1) EP2385218B1 (zh)
CN (1) CN102235187B (zh)
ES (1) ES2667869T3 (zh)
SE (1) SE536089C2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103362573A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 双流道涡轮增压器蜗壳
CN108713093A (zh) * 2016-03-30 2018-10-26 三菱重工业株式会社 两级涡轮系统及两级涡轮系统的控制方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130014497A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Gm Global Technology Operations Llc. Housing for an internal combustion engine
US9429162B2 (en) * 2013-02-01 2016-08-30 Honeywell International Inc. Axial turbine with sector-divided turbine housing
US9103272B2 (en) * 2013-06-10 2015-08-11 Ford Global Technologies, Llc Method and system for binary flow turbine control
CN106460533B (zh) * 2014-05-19 2019-10-18 博格华纳公司 用于节约燃料和经由非对称双蜗壳的废气再循环利用的优化脉冲功率分离的双蜗壳涡轮增压器
JP6413980B2 (ja) * 2014-09-04 2018-10-31 株式会社デンソー ターボチャージャの排気タービン
USD793452S1 (en) * 2014-11-03 2017-08-01 Turbonetics Holdings, Inc. Compressor inlet for turbocharger
US11511867B2 (en) 2016-05-26 2022-11-29 Hamilton Sundstrand Corporation Mixing ram and bleed air in a dual entry turbine system
US11506121B2 (en) * 2016-05-26 2022-11-22 Hamilton Sundstrand Corporation Multiple nozzle configurations for a turbine of an environmental control system
DE102016212795A1 (de) * 2016-07-13 2018-01-18 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit segmentierter Turbine
US10465522B1 (en) * 2018-10-23 2019-11-05 Borgwarner Inc. Method of reducing turbine wheel high cycle fatigue in sector-divided dual volute turbochargers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3664761A (en) * 1969-12-19 1972-05-23 Zastrow A Turbine housing with two inlet passages
US4389845A (en) * 1979-11-20 1983-06-28 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Turbine casing for turbochargers
US4512714A (en) * 1982-02-16 1985-04-23 Deere & Company Variable flow turbine
CN101634244A (zh) * 2009-08-20 2010-01-27 寿光市康跃增压器有限公司 涡轮增压器非对称分体涡轮机

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2955540A (en) * 1957-05-27 1960-10-11 Worthington Corp Twin volute pump
US3043229A (en) * 1957-05-27 1962-07-10 Worthington Corp Twin volute pump
US3137477A (en) * 1960-10-25 1964-06-16 Geratebau Eberspacher Ohg Gas turbine having adjustable nozzle flow means
DE3034271C2 (de) * 1979-09-17 1982-11-11 Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K., Tokyo Turbinengehäuse für Turbolader
JPS6456922A (en) 1987-08-26 1989-03-03 Hino Motors Ltd Variable capacity type turbocharger
US7694518B2 (en) * 2007-08-14 2010-04-13 Deere & Company Internal combustion engine system having a power turbine with a broad efficiency range

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3664761A (en) * 1969-12-19 1972-05-23 Zastrow A Turbine housing with two inlet passages
US4389845A (en) * 1979-11-20 1983-06-28 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Turbine casing for turbochargers
US4512714A (en) * 1982-02-16 1985-04-23 Deere & Company Variable flow turbine
CN101634244A (zh) * 2009-08-20 2010-01-27 寿光市康跃增压器有限公司 涡轮增压器非对称分体涡轮机

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103362573A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 双流道涡轮增压器蜗壳
CN103362573B (zh) * 2013-07-25 2015-03-04 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 双流道涡轮增压器蜗壳
CN108713093A (zh) * 2016-03-30 2018-10-26 三菱重工业株式会社 两级涡轮系统及两级涡轮系统的控制方法
US10787955B2 (en) 2016-03-30 2020-09-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Two-stage turbo system and control method for two-stage turbo system
CN108713093B (zh) * 2016-03-30 2021-06-01 三菱重工业株式会社 两级涡轮系统及两级涡轮系统的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
ES2667869T3 (es) 2018-05-14
CN102235187B (zh) 2015-11-25
EP2385218A2 (en) 2011-11-09
SE536089C2 (sv) 2013-04-30
US8807929B2 (en) 2014-08-19
US20110274539A1 (en) 2011-11-10
EP2385218B1 (en) 2018-03-21
EP2385218A3 (en) 2014-01-01
SE1050440A1 (sv) 2011-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102235187A (zh) 用于增压器的涡轮壳体
US20190055952A1 (en) Compressor recirculation into annular volume
EP2025871B1 (en) Centripetal turbine and internal combustion engine with such a turbine
CN1693683B (zh) 一种利用可变形涡轮机对柴油机后处理系统进行废气温度控制的方法
CN106460533B (zh) 用于节约燃料和经由非对称双蜗壳的废气再循环利用的优化脉冲功率分离的双蜗壳涡轮增压器
CN104005837A (zh) 带有两通道涡轮的增压式内燃发动机和用于操作所述类型的内燃发动机的方法
CN103180584A (zh) 内燃机的排气制动器控制方法及装置
US20110131976A1 (en) Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine
WO2013116136A1 (en) Mixed-flow turbocharger with variable turbine geometry
CN101368488A (zh) 具有非对称分开式涡形的可变几何结构涡轮增压器
US11408294B2 (en) Dual volute turbocharger with asymmetric tongue-to-wheel spacing
EP2387657B1 (en) A turbocharger with a increasing cross-section exhaust casing
CN104005838A (zh) 具有双通道涡轮的增压内燃发动机以及操作所述类型内燃发动机的方法
CN103174470A (zh) 用于控制和/或调节发动机制动运行的节流装置的组件
US20180128162A1 (en) Wastegate for an engine system
CN103422980A (zh) 涡轮增压器
WO2011038240A1 (en) Turbocharger with assist nozzle and adjustable throat
EP2028347A2 (en) Turbocharger with sliding piston assembly
EP3505738A1 (en) Intake passage structure for turbocharger-equipped engine
CN104334853A (zh) 用于内燃机的废气系统
US9896992B2 (en) Pressure-charged combustion engine having a double-flow turbine and grouped cylinders
CN109790755A (zh) 用于内燃机的废气涡轮增压器的涡轮
EP3026239B1 (en) Turbine wastegate plug
EP3505737A1 (en) Intake passage structure for turbocharger-equipped engine
CN102482948A (zh) 涡轮增压器的导向叶片、导向叶片装置、涡轮增压器、汽车和方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151125