CN104937219A - 用于涡轮增压器的椭圆形压缩机盖件 - Google Patents

用于涡轮增压器的椭圆形压缩机盖件 Download PDF

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Abstract

一种排气涡轮增压器(10)具有一个压缩机壳体(15)和一个轴承壳体(17)。该压缩机壳体(15)包括一个椭圆形壁(16)，该椭圆形壁在一个空气入口(11)与一个由该压缩机壳体(15)形成的蜗壳(13)之间延伸。该轴承壳体(17)形成一个与该压缩机壁(16)相对的平坦的轴承壳体壁(14)，其中该压缩机壁(16)和该轴承壳体壁(14)在该空气入口(11)与该蜗壳(13)之间形成一个椭圆扩压器(12)。

Description

用于涡轮增压器的椭圆形压缩机盖件
相关申请的交叉引用
本申请要求在2013年2月1日提交的并且题为“用于涡轮增压器的椭圆形压缩机盖件(An Elliptical Compressor Cover For A Turbocharger)”的美国临时申请号61/759,479的优先权及所有权益。
发明背景
发明领域
本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器。更具体而言，本发明涉及一种具有椭圆形扩压器的涡轮增压器。
相关技术的说明
涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的马力。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的更完全燃烧，这有助于实现更清洁环境的这一高度希望的目标。
涡轮增压器典型地包括连接至发动机的排气歧管上的一个涡轮机壳体、连接至发动机的进气歧管上的一个压缩机壳体、以及将该涡轮机壳体和压缩机壳体联接在一起的一个中央轴承壳体。涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。可旋转地支撑在该中央轴承壳体内的一个轴将该涡轮机叶轮连接至该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成了该压缩机叶轮的旋转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条旋转轴线。当压缩机叶轮旋转时，它增大了经由发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。
涡轮增压器的涡轮机叶轮非常快速地旋转。涡轮机叶轮的旋转速度取决于大小，并且较小的涡轮机叶轮会比较大的叶轮旋转更快。与内燃发动机一起使用的涡轮增压器的涡轮机叶轮可以达到每秒530米的圆周叶尖速度。涡轮机叶轮的快速旋转被直接传递给压缩机叶轮，该压缩机叶轮同样极快速地旋转。因此，脱离该压缩机叶轮的气体高速地移动。
经过该压缩机叶轮加速之后，在该压缩机出口处被排出之前，空气进入到该扩压器中并且进入到蜗壳中。该扩压器使高速气体慢下来，基本上不损失该高速气体，因此压力和温度上升。该扩压器实质上通过迫使来自该压缩机叶轮的空气穿过一个窄的通道来实现这种上升。高速空气在低压下无法穿过窄的通道。因此，空气的压力和温度上升。该扩压器还可以具有不同的收缩部或挤压部以提供进一步的收缩。该扩压器可以具有一个前挤压部、一个后挤压部或者甚至一个双挤压部。通常，该扩压器的一个壁是由该压缩机盖件的一个面形成的。另一个壁是由该压缩机壳体的壁形成的。
US2012/0269659涉及一种排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器具有一个涡轮机、并且具有一个压缩机，该压缩机具有一个压缩机壳体，该压缩机壳体被紧固到一个轴承壳体上并且具有一个压缩机螺旋结构和一个轴承壳体侧扩压器壁，其中该压缩机壳体被形成为一个压膜铸造壳体，并且该扩压器壁被形成为一个单独部件，该单独部件可以被连接到该压缩机壳体上并且该单独部件在到该压缩机壳体螺旋结构的内壁的过渡区域中具有一个内倒圆。
US 2010/0202877涉及一种用于涡轮增压器的壳体。该壳体具有彼此处于流体联通的叶轮室、扩压器和卷轴。该扩压器在叶轮尖端附近可以具有一个弯曲形状和/或一个弯曲部。这种弯曲形状可以由一个或多个曲率半径来限定。该扩压器可以在与该涡轮增压器的中心线非正交的径向方向上延伸。该壳体可以用于该涡轮增压器的一个压缩机部段。
US 2008/0267765和US 8,287,233涉及一种在带端口的护罩中有再循环风险的离心式压缩机。一个示例性端口包括位于一个压缩机叶轮下游位置处的第一端口开口、位于邻近该压缩机叶轮的一个叶片位置处的第二端口开口以及位于该压缩机叶轮上游位置处的第三端口开口，其中该第一端口开口和该第三端口开口限定了一个第一流动路径并且其中从该第二端口开口延伸的第二流动路径在交汇处与该第一流动路径汇聚。该第一流动路径任选地包括一个文丘里管区段，例如，其中该交汇处至少局部地与该文丘里管区段重合。还披露了其他示例性端口、压缩机护罩、系统和方法。
发明概述
本发明提供了一种用于涡轮增压器的扩压器，该扩压器容易生产并且还提供了具有平滑曲线的扩压器的优点。已发现，扩压器(具有一个在压缩机盖件上的平滑椭圆曲线并且具有一个平坦的轴承壳体)提供了良好的性能。例如，已发现在不同的情况下，具有椭圆扩压器的涡轮增压器与各种直线扩压器设计相比提供了更高的压缩机压力比(出口压力除以入口压力)。此外，具有椭圆扩压器的涡轮增压器的压缩机效率比具有直线扩压器的涡轮增压器的压缩机效率更高。
附图的简要说明
本发明的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中：
图1示出了一种具有直线扩压器的常规涡轮增压器压缩机。它不是本发明的一个图示；并且
图2示出了一种具有带有渐变挤压部的椭圆扩压器的涡轮增压器压缩机。它是本发明的一个图示。压缩机叶轮和涡轮机轴未示出。
实施方式的详细说明
图1示出了一个常规涡轮增压器的压缩机部分1。压缩机部分1具有一个空气入口2、一个压缩机叶轮3、一个直线扩压器4、一个蜗壳6、一个轴承壳体7、以及一个压缩机壳体8。
图2示出了根据本发明的一个实施例的涡轮增压器10的压缩机部分。该压缩机部分具有一个空气入口11、一个带有渐变挤压部12的椭圆扩压器、一个蜗壳13、具有直的或平坦的轴承壳体扩压器壁14的一个轴承壳体17、以及一个压缩机壳体15。压缩机叶轮和涡轮机轴未示出。椭圆扩压器12是由压缩机壳体15(该压缩机壳体具有一个椭圆壁16)和轴承壳体平坦壁14形成的。因此，该扩压器12具有一个椭圆壁和一个相对的平坦壁。该椭圆的长轴可以或者靠近、平行于该轴承壳体壁14的面或者延伸背离、垂直于该轴承壳体壁14。该轴不一定恰好平行或垂直于该轴承壳体壁14。
长轴和短轴的比例影响该扩压器12的形状和长度。如果椭圆的长轴背向该轴承壳体壁14的面并且如果该长轴大大长于该短轴，则该椭圆将更尖并且该扩压器12将是弯曲并且相当短。另一方面，如果该长轴和短轴长度接近，则该扩压器12将更少弯曲并且更长。在这种构型中，长轴对短轴的比例在2∶1与20∶1之间通常是合适的。
涡轮增压器压缩机的性能可以通过测量最佳的压缩机压力比和最佳的压缩机效率来评估。可以在一个标准的涡轮增压器性能气体台上进行测试，除极少例外，该标准涡轮增压器性能气体台与“涡轮增压器气体台测试码-SAE J1826和SAE涡轮增压器命名和术语-SAE J922推荐实施规程”一致。
实施例1
一个具有71mm直径压缩机叶轮的基础涡轮增压器是利用一个常规的、直线的扩压器来构成的并且是经过气体台性能测试的。在129,000rpm的速度和0.22kg/s至0.33kg/s的流动范围下，该涡轮增压器产生了一个平均为3.02的压力比和一个基线效率曲线。构造了一个带有不同压缩机盖件的第二涡轮增压器并且进行了气体台性能测试，该压缩机盖件具有一个椭圆扩压器，该椭圆扩压器的轴线比大约为7∶1。这个第二涡轮增压器，在相同速度和流动范围下测试，产生了一个相对基线平均为0.06的压力比上升和平均为2％的压缩机效率上升。
此处所列举的任何数量范围旨在包括所有包含在其内的子范围。例如，范围“2∶1至20∶1”旨在包括任何并且所有在所列举的值2∶1与所列举的值20∶1之间并且包括它们的所有子范围。

Claims (6)

1.一种涡轮增压器(10)的压缩机部分，该压缩机部分包括：
一个压缩机壳体(15)，该压缩机壳体形成一个蜗壳(13)并且具有一个限定进入该蜗壳(13)的空气入口(11)的压缩机壁(16)，
一个轴承壳体(17)，该轴承壳体形成一个邻近空气入口(11)并且与该压缩机壁(16)相对的平坦的轴承壳体壁(14)，其中该压缩机壁(16)的一部分具有一个椭圆形状，该椭圆形状形成了位于该空气入口(11)与该蜗壳(13)之间的一个椭圆形空气扩压器(12)，该椭圆形空气扩压器被限定在该椭圆压缩机壁(16)与该平坦轴承壳体壁(14)之间
2.根据权利要求1所述的压缩机部分，其中该椭圆的长轴与短轴的比是2∶1至20∶1。
3.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的压缩机壳体，其中该椭圆的长轴与短轴的比是5∶1至15∶1。
4.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的压缩机壳体，其中该椭圆的长轴与短轴的比是5∶1至10∶1。
5.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的压缩机壳体，其中该椭圆的长轴与短轴的比是6∶1至8∶1。
6.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的压缩机壳体，其中该椭圆的长轴与短轴的比是7∶1。
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