CN104838109B - 具有单阀的混合流动双涡旋涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮增压器(100)具有不对称的双涡旋蜗壳设计，该双涡旋蜗壳设计具有一个第一蜗壳(101)和一个较大的第二蜗壳(102)。该较大的第二蜗壳(102)免除了对废气门及其相关致动器的需求。该较小的第一蜗壳(101)是针对快速瞬态和额定转矩来确定大小的，而该第二蜗壳(102)的大小被确定成使得该涡轮机入口的压力满足额定功率的需要。此外，该涡轮增压器(100)优选地结合了一个混合流动涡轮机叶轮(108)，而不是一个径向叶轮，这就允许了使用较大的叶轮尺寸同时仍维持惯性。改进了涡轮机壳体(103)，其中该第一蜗壳和第二蜗壳(101)和(102)是相对于彼此不对称的，并且优选地是朝向轴承壳体倾斜来与该混合流动涡轮机叶轮导风叶轮(112)的轴向部件相匹配的。

Description

具有单阀的混合流动双涡旋涡轮增压器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年12月21日提交的并且题为“具有单阀的混合流动双涡旋涡轮增压器”的美国临时申请号61/740,775的优先权及所有权益。
技术领域
本发明涉及具有多涡旋涡轮机壳体的涡轮增压器的领域，并且更具体地涉及一种具有不对称的蜗壳涡轮机壳体的涡轮增压器，该蜗壳涡轮机壳体是由多个涡轮机蜗壳形成的、并且在蜗壳分隔壁中具有一个单一控制阀来选择性地使排气开始或停止流过这些蜗壳中的一个蜗壳。
背景技术
涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气式构型中的可能情况相比以更大的密度传送到发动机进气中。这允许燃烧更多的燃料，进而增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。一个更小的涡轮增压发动机可以取代一个更大物理尺寸的正常吸气式发动机，从而减小车辆的质量以及空气动力学的前端面积。
总体上，涡轮增压器使用来自发动机排气歧管的排气流(该排气流在涡轮机入口处进入涡轮机壳体)来驱动位于该涡轮机壳体或外壳内一个涡轮机叶轮。该涡轮机叶轮被稳固地附着到一个轴的一端上，并且一个压缩机叶轮被安装在该轴的另一端上，其中该涡轮机叶轮提供旋转动力来驱动该压缩机叶轮。一旦排气已经穿过该涡轮机叶轮并且该涡轮机叶轮已经从该排气中提取能量，则用过的排气从该涡轮机壳体的涡轮机出口导流器离开并且被输送到车辆下行管并且通常输送到后处理装置，如催化转化器、微粒收集器和NOx收集器。由涡轮级产生的动力是穿过涡轮级的膨胀比的一个函数，即，从涡轮机入口到涡轮机出口导流器的膨胀比。除其他参数外，涡轮机动力的范围是通过该涡轮级的质量流速的一个函数。
压缩机级包括该压缩机叶轮及其壳体。过滤后的空气通过压缩机叶轮的旋转而被轴向地抽取到压缩机盖件的入口中。通过涡轮机叶轮由涡轮机级产生的动力被传输通过该轴来驱动压缩机叶轮、并产生静态压力与一些剩余动能和热量的一种组合。加压的气体穿过压缩机排放口从压缩机盖件排出并且通常经由一个中冷器被传送到发动机进气中。
在设计涡轮机级时，对涡轮机级的部件的选择是与优选的性能点相关地做出的。往复式内燃发动机早已配备了这种涡轮增压器。在一种简单的不受控的固定喷嘴涡轮增压器系统中，最大增压压力是发动机强度的函数。该不受控的涡轮增压器由此必须被设计成使得只有在高发动机速度时才达到其最佳性能。然而，在其他速度区，该涡轮增压器对发动机提供次佳的增压或空气量。
受控涡轮增压器提供了改善的性能，这在于可以在低的或中间发动机上速度达到涡轮机的最佳操作点。在一个简单的受控系统中，当排气流速增加、并且涡轮增压压力变得太高时，部分排气被简单地通过废气门排入周围空气从而旁路通过涡轮机，由此可避免由于高速下的过量增压而损坏发动机。然而，因为排气通过废气门旁路通过了涡轮机，能量损耗较高，并且发动机性能在高速时会下降。
还已知在单个涡轮机壳体或外壳中提供多个流动通道来使得排气流过该单个涡轮机壳体，并且使得可以控制涡轮机的性能以便交替地作为低压涡轮机和高压涡轮机工作。在一个实例中，可将这些壳体分类为双涡旋壳体或双流壳体。
在一个双流壳体中，至少一个径向分隔件将螺旋形涡轮机壳体分为两个轴向相邻的螺旋。每个螺旋的排气进入涡轮机叶轮入口来冲击涡轮机叶轮的周边，轴向相邻的螺旋通道的排气冲击轴向相邻的涡轮机叶轮部段。
对这些螺旋的选择和操作可以是通过一个闸门阀(节流阀、翻板、滑阀)来控制的，该闸门阀随涡轮增压器速率的增加而使得流动截面扩大。控制装置总体上配备有用于对增压压力或速率进行感测的感测器件、以及用于致动闸门阀的调节构件。
作为涡轮增压器的一个实例，美国专利号6,652,224(Mulloy等人) 披露了一种可变几何形状涡轮机，该涡轮机包括一个径向涡轮机叶轮，该径向涡轮机叶轮带有控制着来自单个蜗壳的流动的可移动喷嘴叶片。同样地，美国专利号6,742,986(Osako等人)披露了一种带有径流式涡轮的涡轮增压器，这种涡轮增压器被形成为一种可变排量涡轮机以便改变涡轮机的容量。这些设计具有增加的复杂性。
可替代地，可使用一种双涡旋设计。美国专利号3,614,259(Neff)传授了一种分开的涡轮机壳体，该涡轮机壳体可用于提供脉冲涡轮机或可变速度涡轮机，气流是通过翻板阀来控制的。在脉冲涡轮机的情况下，多个排气管线被联接到涡轮机壳体上，这样使得闸门阀或流量控制器件必须具有相称的复杂性，从而控制气流通过两个或四个或更多个流动路径。
美国专利号4,544,326(Nishiguchi等人)披露了一种可变容量涡轮机，该可变容量涡轮机在向径向涡轮机供应排气的涡轮机涡旋通道中限定了第一涡旋通道和第二涡旋通道。提供了一个旋转阀来根据排气流的压力增加和降低而选择性地打开和关闭第二涡旋通道。可替代地，美国专利号 7,363,761(Dickerson)披露了一种涡轮增压器，该涡轮增压器带有排气节流阀以便对去到涡轮机的排气流进行控制。
美国专利号5,092,126(Yano)披露了一种双涡旋涡轮机，该涡轮机使用一个径向涡轮机、一个双涡旋结构以及一个可变喷嘴结构。在一个第一实施例中，第一涡旋通道提供了固定的流动能力，而第二涡旋通道通过一个可变区域喷嘴单元提供了可变流量，该可变区域喷嘴单元包括固定叶片和可移动叶片它们控制着从第二涡旋通道进入径向涡轮机的可变流动。在第二实施例中，在第一涡旋通道中提供了控制件从而使其可能以控制阀保持关闭并且然后打开可变区域喷嘴单元和控制阀两者的方式调整可变区域喷嘴单元。
美国专利号6,983,596(Frankenstein等人)披露了一种受控涡轮增压器，该受控涡轮增压器具有一种带有整合的使用旋转阀的的旁通件的双流设计。
在图1所示的另一种设计中，双涡旋设计可以配备有一个第一阀和致动器组件，该第一阀和致动器组件控制着一个废气门，同时一个第二阀和致动器组件对进入可选择性地打开和关闭的第二涡旋的排气流进行控制。然而，提供两个阀和致动器组件增加了涡轮增压器的总成本和复杂性，并且由于使用废气门结构而导致了涡轮增压器运转的低效率。
因此，本发明的一个目的是克服与这些涡轮增压器相关联地缺点。
发明内容
本发明涉及一种改进的涡轮增压器，该涡轮增压器具有更少的部件和成本。本发明性涡轮增压器具有一个不对称的双涡旋蜗壳设计，该设计提供了一个单蜗壳阀来选择性地控制在较高的发动机速度下流经一个第二蜗壳的排气。它与双涡旋设计相比的不同之处是其包括用于控制废气门流量的一个额外的第二阀和致动器组件。
更具体地，本发明性涡轮增压器使用一个第一蜗壳或涡旋和一个第二蜗壳或涡旋，该第一蜗壳或涡旋具有一个第一尺寸并且是常开的，该第二蜗壳或涡旋具有大于该第一蜗壳的第二尺寸并且是通过该单蜗壳阀来选择性地打开和关闭的。这种双涡旋设计以一种不对称构型提供了这些双涡旋，其中较大的第二蜗壳免除了对废气门及其相关联的致动器阀组件的需求。该小的第一蜗壳是针对快速瞬态和额定转矩来确定大小的，而该较大的蜗壳的大小被确定成使得该涡轮机入口的压力满足额定功率的需要。
此外，该涡轮增压器优选地结合了一个混合流动涡轮机叶轮，而不是一个径向叶轮，这就允许了与一个径向叶轮的大小相比使用更大的叶轮尺寸而同时仍维持惯性。这种混合流动设计因而使这些蜗壳形成为在尺寸和相对于混合流动叶轮的取向上是不对称的。而且，一旦蜗壳阀打开并且第二蜗壳开始运行而面积/半径(A/R)增加时，混合流动叶轮的效率下降的不是很快。
为了适应混合这种流动叶轮，对涡轮机壳体进行了改进，其中第一蜗壳和第二蜗壳相对于彼此是不对称的、并且优选地是靠近轴承壳体而倾斜的，从而使得来自蜗壳的轴向流动分量与混合流动涡轮机叶轮导风叶轮的轴向部件相匹配。通过移除具有废气门阀和致动器的一个第二组件，本发明性涡轮增压器因此只使用了这种单蜗壳阀以及相关联的致动器，而同时由于第二蜗壳的这种较大尺寸而使得涡轮机壳体和蜗壳因此而变得不对称。这对本发明性涡轮增压器提供了显著的性能优点。
本发明的其他目标和目的以及其变体将通过阅读以下说明书和查看附图变得清楚。
附图的简要说明
本发明是通过举例而非限制的方式展示在这些附图中的，其中类似的参考数字表示相似的部分，并且在这些附图中：
图1是带有涡旋阀和废气门阀的双涡旋涡轮增压器的一个透视图；
图2是图1的涡轮增压器的一个侧视图；
图3是图1的涡轮增压器的一个放大的截面视图，其中涡旋具有相似的大小；
图4是对应于图3的一个透视图，示出了涡旋阀是关闭的；
图5以打开状态示出了图4的涡旋阀；
图6是涡轮机壳体的一个截面视图；
图7是图6的涡轮机壳体和其所配备的径向涡轮机叶轮的一个截面视图；
图8示意性地示出了本发明的涡轮增压器；
图9是本发明的涡轮增压器的一个截面视图；
图10是BMEP对ERPM的曲线，示出了涡轮增压器性能的比较；并且
图11是示出了本发明性涡轮增压器的改进的流动性能的一个图表。
以下说明中将使用的某些术语仅是出于方便起见并且仅供参考而不具有局限性。例如，词语“向上地”、“向下地”、“向右地”以及“向左地”指的是作为参考的附图中的方向。词语“向内地”和“向外地”分别指的是朝向和背离该安排和其指定部分的几何中心的方向。所述术语将包括这些明确提到的词语、其派生词以及具有类似含义的词语。
具体实施方式
如在此所述的，本发明涉及一种改进的双涡旋构造，该双涡旋构造具有不对称的蜗壳设计，这种设计配备有一个单阀来对流经第二蜗壳的排气进行选择性控制。与包括用于控制废气门流量的第二阀的双涡旋设计相比这提供了改进的性能。
参照图1和图2的已知双涡旋设计，所示出的涡轮增压器10具有可变双涡旋涡轮机(VTST)设计，其中该涡轮机级被指定了参考数字12。该涡轮机级12包括涡轮机壳体或外壳14，其通过涡轮机入口15供应以排气。
此外在图3-6中示出了可变双涡旋涡轮机级12，并且下面的讨论总体上参照了这些附图。如图3-6所示，外壳14是一种双涡旋设计，这种设计限定了第一蜗壳和第二蜗壳17和18，该第一蜗壳和第二蜗壳彼此轴向相邻、并由蜗壳分隔壁19分隔，如图3-6中最佳可见。总体上，第一蜗壳 17是常开的，并且第二蜗壳18是可由第一阀组件20选择性地打开和关闭的，该第一阀组件被提供在这两个蜗壳17和18之间的分隔壁19之中。第一阀组件20是通过第一致动器21(图1和图2来操作的，该第一致动器使第一阀组件20在图3和图5的打开状态与图2和图4的关闭状态之间枢转。第一阀组件20在此还指蜗壳阀组件20。
VTST涡轮增压器10操作蜗壳阀20来打开和关闭，这有效地改变了涡轮机壳体14的A/R。更具体地，如图2和图4所示，蜗壳阀组件20被示出为处于关闭位置，其中排气只通过涡轮机入口15被引导进入常开的第一蜗壳17。由于蜗壳阀20的关闭状态，排气流被限制于第一蜗壳17。蜗壳阀20还可枢转至图3和图5的打开状态，其中排气现在可流入第二蜗壳18。这改变了涡轮机级12的流量，其中通过致动器21对蜗壳阀20 的操作(图1和图2)以及提供的双涡旋17和18改变了涡轮机级12的流量及其功率。
提供了第二阀组件23(图3)来通过废气门通道24(图1-3)与第一蜗壳17处于开放式连通。这一第二阀组件23在此还指废气门阀23，该废气门阀23在涡轮增压器10的操作过程中可选择性地打开和关闭。废气门阀23是通过第二致动器组件25(图1和图2)来操作从而选择性地打开和关闭废气门阀23，该废气门阀选择性地允许和阻止部分排气流入废气门出口26。因此，排气的受控部分被转向进入废气门通道24并且可以流经其而进入废气门出口26，并随后流向涡轮机出口，由此旁路通过涡轮机叶轮。
带有蜗壳阀20和废气门阀23的涡轮增压器10被用来在阀20和23 关闭时在较低发动机速度下使涡轮功率增加，并且用来在阀20和23打开时在较高的发动机速度下使背压降低。这有效地改进了在低速下的时间－转矩比，并在高速下提供燃料效率。
更具体地，在这两个涡旋17和18之间的分隔壁19中加入了蜗壳阀20来响应于发动机速度的变化对涡轮流量加以控制。在低发动机速度下，蜗壳阀20关闭以用于最佳的时间－转矩比响应。在高发动机速度下，蜗壳阀20打开以用于降低预涡轮背压。
参照图6和图7，随后排气环圆周地流过蜗壳17和18中的一者或两者，并通过喉口27径向地排至径向涡轮机叶轮28(图7)。以这种方式，涡轮机叶轮28旋转并以传统方式驱动压缩机叶轮。
这种设计的特征是一种对称式设计，其中蜗壳17和18的流动面积是大体上相似的。典型地，这些蜗壳是相似的从而使得选择性受控的蜗壳18 并不会相对于蜗壳17尺寸过大，其中这种状态下尺寸过大的蜗壳会对涡轮机叶轮28(图7)过度增压以气流。
而是，提供废气门通道24和废气门阀23来使过量的气流转向，并且一旦打开就稳定流经涡轮机级12的排气流。例如，废气门通道24和废气门出口26会使上至30％-40％的排气流转向并旁通过涡轮机叶轮28。
同时这一设计提供了超出其他已知的涡轮增压器设计的优点，这种构型需要包括废气门阀23及其相关联的致动器25和蜗壳阀20及其相关致动器21的组合，这增加了涡轮增压器10的总成本。具体地，这一涡轮增压器设计具有两个阀和致动器组件，称之为废气门阀/致动器组件23/25和蜗壳阀/致动器组件20/21，其中使用这两种组件增加了产品总成本。
然而，参照图8，图解示出了一个发明性涡轮增压器100，该涡轮增压器在双涡旋构型中具有一个较小尺寸的蜗壳101和一个较大尺寸的蜗壳 102。蜗壳101和102各自排入涡轮机壳体103。经过蜗壳102的流量是通过蜗壳阀104来控制的，该蜗壳阀的构造和操作与上述的蜗壳阀20和致动器21相似。蜗壳101和102是通过涡轮机入口106来以供应排气的，该涡轮机入口的构造与关于图1-7所阐述的涡轮机入口15是大体上相似的。然而，涡轮增压器100免除了上述的废气门阀和致动器组件23/25及废气门通道24，并且只提供了单蜗壳阀104及其相关的致动器组件。
为了应对废气门容量的损失，相对于图1和图6所示的废气门的大小，本发明性涡轮机壳体103的大小有所增加。参照图9，本发明性涡轮增压器100使用第一蜗壳101和第二蜗壳102，该第一蜗壳具有第一尺寸，该第二蜗壳具有比第一蜗壳101大的第二尺寸。优选地，小蜗壳101是针对快速瞬态和额定转矩来确定大小的，而较大蜗壳102的大小被确定成使得涡轮机入口压力满足额定功率，这还考虑到了缺乏废气门气流的情况，在该涡轮增压器100中并没有废气门气流。
蜗壳101和102是通过蜗壳分隔壁107来轴向分隔的，该蜗壳分隔壁径向向内朝向涡轮机叶轮108延伸。为了增加分隔壁107的耐用性，可以相对于典型的双涡旋设计来改变其形状。具体地，分隔壁107可以被做得更短从而对喉口109区域中的壁间隙提供更多尖端。此外，分隔壁107可以做得更宽从而使分隔壁的厚度更大。消除锐角还可以提高开裂耐久性。
涡轮机壳体103被做得更大从而使得蜗壳101和102优选是不对称地朝向涡轮机壳体103的轴承壳体侧倾斜，进而具有蜗壳101和102的较小和较大的尺寸限定的不对称的形状。蜗壳101和102径向向内开放通过喉口109，该喉口径向朝向涡轮机叶轮108开放。优选地，蜗壳101和102 进入喉口109的排出角度具有径向向内指向的分量和轴向指向的分量两者，这些分量远离涡轮机壳体103的轴承壳体侧成角度。这与图6中看到的、针对其中可见蜗壳17朝向轴承壳体侧成角度的已知涡轮增压器10的角度不同。
另外对于图9，优选的涡轮增压器100与涡轮机叶轮108合作，该涡轮机叶轮优选地是一种混合流动涡轮机叶轮，而不是图7的径向叶轮28。这允许与径向叶轮28的大小相比针对混合流动叶轮108使用较大叶轮尺寸，而同时维持了惯性。而且，一旦蜗壳阀104打开并且第二蜗壳102与常开且通常是运行的第一蜗壳101组合开始运行而A/R增加时，混合流动叶轮108的效率下降的不是很快。
更详细地，为了适应混合流动叶轮108的混合流，与图6的涡轮机壳体14相比对涡轮机壳体103进行了改进。就此而言，第一蜗壳和第二蜗壳101和102的几何取向是更靠近轴承壳体111地倾斜来匹配涡轮机叶轮导风叶轮112的轴向部件的。接下来，可以用一个隔热屏113来限定喉口区域109的一侧，并且这样该隔热屏可以现在变成一种朝向混合流动涡轮机叶轮108引导蜗壳101和102的排气的空气动力学部件。此外，在大多情况下，混合流动叶轮108的直径会是与径向叶轮28相同的或是更大的以便提供排气通过涡轮机级105的同等流量。另外，导风叶轮轮廓的竖直分隔壁可以是机器加工的以便提高效率。
这些改变可应用在图8和图9的双涡旋设计二者中，并且可甚至用在图1-7的可变双涡旋壳体中来合并混合流。通过避免使用如在图1-7的涡轮增压器10中发现的废气门阀23和致动器25，本发明性涡轮增压器100 只使用蜗壳阀104及其相关的致动器，其中涡轮机壳体103及其蜗壳101 和102变得不对称。这种混合流动设计因此使蜗壳101和102形成为在尺寸和相对于混合流动叶轮108的定向方面是不对称的，这样使得较大的蜗壳102适应了必须在无废气门的情况下应对的额定功率和增加的排气流。
在校大的排气流下混合流动叶轮108的效率可能会下降，但是这种效率下降会小于径向叶轮28。因为这种下降典型地在图1的VTST设计中是以废气门状态发生的，这种废气门状态导致涡轮增压器10的效率下降，并因此抵偿了在混合流动叶轮108中发生的效率下降。
参照图10，第一曲线26显示了BMEP与发动机RPM的关系以便示出废气门式涡轮增压器相对本发明的涡轮增压器100的性能特征。废气门曲线26显示一个废气门式涡轮增压器，其中在初始操作状态过程中该曲线随着发动机RPM增加具有稳定的倾斜度。然而，在位置27处，废气门阀(如阀23)打开，这允许废气门气流旁通过涡轮机级，并使BMEP水平削平，如曲线26的平面区段28所指示的。由此，废气门气流提供了控制涡轮机级并由此控制压缩机级功率的能力。
还如图10所看到的，涡轮增压器100运行成使其单阀曲线30包括一个初始倾斜区段，该初始倾斜区段与废气门曲线26的倾斜区段是基本上重叠的。此外，还可以在与废气门曲线26的废气门打开点27相似的操作点31处打开蜗壳阀104。如果蜗壳阀104完全打开，则曲线30示出一个波谷32，该波谷最终降到底并且然后BMEP开始上升，如斜线33所示。在曲线26和30之间的面积34可以从某种意义上说指示了总运行效率的一些损失。然而，这相信会由与大蜗壳102组合提供的单蜗壳阀104的优点来抵偿，该大蜗壳的大小被确定成适应会通过图4的蜗壳18和废气门通道24而发生的气流。第二峰35通常指示看在约5000-5500rpm达到的峰值功率点。
然而，为了进一步提高效率，可以通过控制蜗壳阀104的打开速度来减小曲线26和30之间的面积34。就此而言，阀104可以是通过在关闭位置和打开位置之间渐进地或稳步地使得阀104枢转来缓慢打开的。如上所述，蜗壳阀104可以是通过如上所述的致动器21来操作的。可替代地，该致动器可以采取控制器的形式,该控制器控制着阀104在打开和关闭位置之间进行枢转的速度，并且反之亦然。可以用电致动器和其他致动器的类型来提供对阀104的打开角度的闭环反馈。而且，可以使用与四连杆类似的、也提供受控阀操作的旋转致动器。在另一个实例中，可以使用气动致动器，优选地该气动致动器带有一个位置传感器来提供对蜗壳阀104的闭环反馈和控制。其结果是，可以减小波谷的深度以提高效率。
参照图11，废气门阀在打开时典型地允许30％-40％的排气流过。通过免除废气门阀并提供本发明性小蜗壳和大蜗壳101和102的组合，预期流量会从大约1.3增加至大约3，这就实质上增加了通过涡轮机级105的流量。虽然可以预期流量的增加，但流量值的增加还可能取决于涡轮增压器和发动机之间所要求的典型匹配。
更详细地，图11针对废气门式涡轮增压器10和不对称的蜗壳涡轮增压器100两者展示了通过涡轮机级12的估算流量105。本质上，废气门式涡轮增压器10具有三种运转状态，其中：1)阀20和23都是闭合的，从而使得排气流受限于蜗壳17；2)阀20打开，从而使得蜗壳17和18都接收气流；以及3)阀20和23都打开，从而使得气流通过蜗壳17和18、并通过废气门通道24。在第一状态中，流量是通过曲线41呈现的，其中峰值流量是约1.3，该曲线41指示了对气流的体积量度。在第二状态中，流到涡轮机级12的气流是经过蜗壳17和18，这如具有约为1.8的峰值流量的曲线42所指明地增加了气流。在第三状态中，气流还经过废气门通道24，尽管这种流动将涡轮机级12旁路通过并且不会将任何增加的气流提供到涡轮机级12中。如此，曲线41代表了流经涡轮增压器10的涡轮机级12的最大气流。
对于本发明性涡轮增压器100而言，涡轮增压器100只具有两种运转状态，其中：1)阀104关闭，从而使得排气流受限于蜗壳101；以及2) 阀104打开，从而使得蜗壳101和102两者都接收气流。优选地，蜗壳101 是与蜗壳17相似地确定大小的，这样使得在第一状态中，曲线41仍然表示流量，其中峰值是约1.3，该曲线指明了通过蜗壳101的气流的体积量度。在第二状态中，流到涡轮机级105的气流是经过蜗壳101和102，这使流到涡轮机级105的气流增加。然而，在涡轮增压器100中，没有废气门气流，这样使得蜗壳101和102必须容纳所有排气流。本质上，蜗壳102 的大小被确定成容纳可与上述的蜗壳18和废气门通道24的组合流相比的气流。如前注意到的，蜗壳102的大小被确定成基本上大于蜗壳101以便应对这种大流量，并且其结果是流量是由提供了约为3的峰值体积流量的曲线43来表示的。与涡轮机叶轮28相比，这基本上增加了流到涡轮机叶轮112的排气流，并且消除了作为废气门气流的这种气流的转向。蜗壳102 的大小还可被选择成使得曲线43足够高从而与涡轮增压器10相比避免涡轮增压器100的背压增加。
这种增加的气流也被混合流动叶轮108所容纳。混合流动叶轮108提供了通过双涡旋101和102的相似的流动，但是与如在涡轮增压器10中所见的与双涡旋相联接的径向叶轮28相比带有较低的惯量和较好的脉冲转换设计。这种混合流动叶轮108可以提高时间－转矩响应，并且混合流动叶轮108加这些不对称的蜗壳101和102就允许了通过扩大流量来免除废气门，而无需牺牲惯性，这还可减少额外的阀结构成本。
尽管已经出于说明性目的详细披露了本发明的具体优选实施例，但应认识到所披露设备的变体或变更(包括零件的重新安排)也在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种涡轮增压器(100)，该涡轮增压器包括：
一个涡轮机壳体(103)和一个可旋转地布置于其中的涡轮机叶轮(108)，所述涡轮机壳体(103)限定了一个较小尺寸的第一蜗壳(101)和一个较大的第二蜗壳(102)，所述第一蜗壳和第二蜗壳由一个双涡旋构形中的蜗壳壁(107)分隔开，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)各自朝向所述涡轮机叶轮(108)排放进入所述涡轮机壳体(103)中，并且一个蜗壳阀(104)被提供在所述蜗壳壁(107)中，其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)是通过涡轮机入口(106)来供以排气的；其中，基本上所有的被接收在所述涡轮机入口(106)中的所述排气都被引导至所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)，所述第二蜗壳(102)是通过所述蜗壳阀(104)来选择性地关闭和打开的；其中，当所述蜗壳阀(104)关闭时，所有的所述排气最初排他地流入所述第一蜗壳(101)中，并且随后当所述蜗壳阀(104)打开时一部分的所述排气流入所述第二蜗壳(102)中，所述涡轮机壳体(103)具有一种不对称的形状，该形状是由所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的较小尺寸和较大尺寸来限定的，所述第一蜗壳和第二蜗壳是朝向所述涡轮机叶轮(108)成角度的，所述涡轮机叶轮(108)被形成为一个混合流动涡轮机叶轮；其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)在大小和相对于所述混合流动涡轮机叶轮(108)的定向方面是不对称的，从而使得所述较大的第二蜗壳(102)适应额定功率和与所述第一蜗壳(101)相比更多的排气流，这样就使得所述涡轮增压器(100)没有废气门气流；所述涡轮增压器(100)只具有一个第一运转状态和一个第二运转状态，在该第一运转状态中所述蜗壳阀(104)关闭而使得排气流受限于所述第一蜗壳(101)，在该第二运转状态中，所述蜗壳阀(104)打开而使得所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)两者都接收排气流。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述第一蜗壳(101)是针对额定转矩来确定大小的，而所述第二蜗壳(102)的大小被确定成使得一个涡轮机入口压力满足额定功率而同时适应废气门气流的缺乏。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的排放角远离所述涡轮机壳体(103)的一个轴承壳体侧成角度、并且延伸进入一个喉口(109)，该喉口朝向所述涡轮机叶轮(108)开放，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)是通过所述喉口(109)朝向所述涡轮机叶轮(108)排放的，该涡轮机叶轮具有一个径向向内引导的部件和一个轴向引导的部件两者。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其中
所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)是更靠近所述轴承壳体侧地倾斜来匹配所述混合流动涡轮机叶轮(108)的一个轴向部件的。
5.一种涡轮增压器(100)，该涡轮增压器包括：
一个涡轮机级(105)，该涡轮机级具有一个涡轮机壳体(103)和一个可旋转地布置于其中的涡轮机叶轮(108)，所述涡轮机壳体(103)限定了一个较小尺寸的第一蜗壳(101)和一个较大的第二蜗壳(102)，所述第一蜗壳和第二蜗壳由一个双涡旋构形中的蜗壳壁(107)分隔开，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)各自朝向所述涡轮机叶轮(108)排放进入所述涡轮机壳体(103)中，并且一个蜗壳阀(104)被提供在所述蜗壳壁(107)中，其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)是通过涡轮机入口(106)来供以排气的；其中，基本上所有的被接收在所述涡轮机入口(106)中的所述排气都被引导至所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)，所述涡轮机壳体(103)具有一种不对称的形状，该形状是通过所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的较小和较大的尺寸来限定的，所述第一蜗壳和第二蜗壳是朝向所述涡轮机叶轮(108)成角度的；其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)在大小和相对于所述涡轮机叶轮(108)的定向方面是不对称的，从而使得所述较大的第二蜗壳(102)适应额定功率和与所述第一蜗壳(101)相比更多的排气流，所述第一蜗壳(101)是针对额定转矩来确定大小的，而所述第二蜗壳(102)的大小被确定成使得一个涡轮机入口压力满足额定功率而同时适应废气门气流的缺乏；所述涡轮增压器(100)只具有一个第一运转状态和一个第二运转状态，在该第一运转状态中所述蜗壳阀(104)关闭而使得排气流受限于所述第一蜗壳(101)，在该第二运转状态中，所述蜗壳阀(104)打开而使得所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)两者都接收排气流。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其中，所述蜗壳阀(104)是可渐进地打开来控制进入所述第二蜗壳(102)的排气流的起动和增加的。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其中，所述蜗壳阀(104)是在关闭位置和打开位置之间可枢转的。
8.根据权利要求7所述的涡轮增压器，其中，所述第二蜗壳(102)的大小被确定为基本上大于所述第一蜗壳(101)以便应对任何不路径经过所述第一蜗壳(101)的排气流，从而使得所有排气流都被导至所述涡轮机叶轮(108)。
9.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中，所述涡轮机叶轮(108)被形成为能够应对来自所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的所述排气流的一个混合流动涡轮机叶轮，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)朝向所述涡轮机叶轮(108)排放，该涡轮机叶轮具有一个径向向内引导的部件和一个轴向引导的部件，其中所述轴向引导的部件对应于所述混合流动涡轮机叶轮(108)的一个轴向流动部件。
10.根据权利要求9所述的涡轮增压器，其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的排放角远离所述涡轮机壳体(103)的轴承壳体端地成角度。
11.一种涡轮增压器(100)，该涡轮增压器包括：
一个涡轮机壳体(103)和一个可旋转地布置于其中的涡轮机叶轮(108)，所述涡轮机壳体(103)限定了一个较小尺寸的第一蜗壳(101)和一个较大的第二蜗壳(102)，所述第一蜗壳和第二蜗壳由一个双涡旋构形中的蜗壳壁(107)分隔开，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)各自朝向所述涡轮机叶轮(108)排放进入所述涡轮机壳体(103)中，并且一个蜗壳阀(104)被提供在所述蜗壳壁(107)中，其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)是通过涡轮机入口(106)来供以排气的；其中，基本上所有的被接收在所述涡轮机入口(106)中的所述排气都被引导至所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)，所述第二蜗壳(102)是通过所述蜗壳阀(104)来选择性地关闭和打开的；其中，所有的所述排气最初排他地流入所述第一蜗壳(101)中，并且随后一部分的所述排气流入所述第二蜗壳(102)中，所述涡轮机壳体(103)具有一种不对称的形状，该形状是由所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的较小尺寸和较大尺寸来限定的，所述第一蜗壳和第二蜗壳是朝向所述涡轮机叶轮(108)成角度的，所述涡轮机叶轮(108)被形成为一个混合流动涡轮机叶轮(108)；其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)在大小和相对于所述混合流动涡轮机叶轮(108)的定向方面是不对称的，从而使得所述较大的第二蜗壳(102)适应额定功率和与所述第一蜗壳(101)相比更多的排气流，这样就使得所述涡轮增压器(100)没有废气门气流，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)不对称地朝向所述涡轮机壳体(103)的一个轴承壳体侧倾斜，从而具有所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的较小和较大的尺寸所限定的不对称的形状，并且所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)朝向所述涡轮机叶轮(108)排放，该涡轮机叶轮具有一个径向向内引导的部件和一个轴向引导的部件，其中所述轴向引导的部件对应于所述混合流动涡轮机叶轮(108)的一个轴向流动部件；所述涡轮增压器(100)只具有一个第一运转状态和一个第二运转状态，在该第一运转状态中所述蜗壳阀(104)关闭而使得排气流受限于所述第一蜗壳(101)，在该第二运转状态中，所述蜗壳阀(104)打开而使得所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)两者都接收排气流。
12.根据权利要求11所述的涡轮增压器，其中，所述第一蜗壳(101)和第二蜗壳(102)的排放角远离所述涡轮机壳体(103)的所述轴承壳体侧地成角度。
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