CN106030042A - 涡轮壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括限定涡轮轴的空腔，并包括蜗壳。蜗壳包括蜗壳通道，大体环形的喉部，以及舌部，该蜗壳通道朝着空腔径向向内盘旋，该喉部围绕它和蜗壳通道之间的空腔设置，该舌部终止于远端的舌尖。在包含涡轮轴和舌尖的平面中，喉部限定最小间隙线，蜗壳通道和舌尖一起限定初步入口区域，舌尖限定舌尖侧向中心线。最小间隙线和初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接初步入口区域的质心和沿着最小间隙线一半处的点。通道偏移线不垂直于涡轮轴，并且在舌尖侧向中心线和通道偏移线之间限定至少60度的角。

Description

涡轮壳体
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮组件的涡轮壳体，并且具体地但不限于其在涡轮增压器的应用。
背景技术
众所周知，涡轮增压器是向内燃机进气口供应空气的装置，其中所供应空气的压力高于大气压力(增压压力)。传统的涡轮增压器包括位于涡轮壳体内、安装在旋转轴上由废气驱动的涡轮叶轮。涡轮叶轮的旋转引起位于压缩机壳体内、安装在旋转轴另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮向发动机进气歧管供应压缩空气。涡轮增压器轴通常由位于中心轴承壳体内的滑动轴承和推力轴承支撑(其包括合适的润滑系统)，该中心轴承壳体连接在涡轮叶轮壳体和压缩机叶轮壳体之间。
传统涡轮增压器的涡轮级包括：涡轮壳体，该涡轮级壳体限定涡轮室，涡轮室内安装有涡轮叶轮；限定在壳体中的环形喉部，该环形喉部位于相对的径向延伸壁之间，并围绕涡轮室设置以形成进气通道；以及从涡轮室延伸的排气通道。这些组件彼此连通以使得进入壳体的增压废气流经喉部，通过涡轮室到达排气通道，并使涡轮叶轮旋转。已知可以通过以下方式改善涡轮的性能：在喉部中设置叶片(称为“喷嘴叶片”)，从而将流经喉部的气体偏转到涡轮叶轮的旋转方向。
已知的涡轮增压器的涡轮可以是固定几何涡轮或可变几何涡轮。可变几何涡轮跟固定几何涡轮的区别在于：可变几何涡轮的喉部的尺寸可变，以根据一定范围的质量流率优化气流速度，从而使得涡轮的动力输出可以根据不同的发动机需求而改变。
在一种已知类型的可变几何涡轮中，可轴向移动的壁状构件限定喉部的一个壁。可轴向移动的壁状构件相对于喉部的相对固定壁的位置是可调节的，以控制喉部的轴向宽度。因此，例如，流经涡轮的废气减少时，可以减小喉部宽度，以维持气体速度并优化涡轮输出。可轴向移动的壁状构件可以是“喷嘴环”，该“喷嘴环”设置有叶片，其中叶片延伸到喉部中并穿过设置在“护罩板”中的孔口，“护罩板”限定喉部的相对固定壁，孔口被设计为适应喷嘴环相对于护罩的移动。通常，喷嘴环可以包括径向延伸壁(限定喉部的一个壁)，以及延伸到喷嘴环径向表面后面的环形空腔中的径向内部和外部轴向延伸壁或凸缘。空腔形成涡轮增压器壳体的一部分(通常为涡轮壳体或涡轮增压器轴承壳体)，并适应喷嘴环的轴向移动。凸缘可以相对于空腔壁密封，从而减少或防止围绕喷嘴环后部的泄流。在一种常见的设置中，喷嘴环被支撑在和涡轮叶轮的旋转轴平行地延伸的杆上，并由致动器移动，该致动器使杆轴向移动。在替代的可变几何涡轮增压器中，喷嘴环固定并包括叶片，其中叶片从固定壁延伸，穿过设置在移动的护罩板中的孔口。
在另一种被称为摇叶式涡轮增压器的可变几何涡轮中，涡轮的进气口的大小(或者，流的大小)由设置在涡轮进气口中的可移动叶片阵列控制。每个叶片能够围绕穿过进气口延伸的轴枢转，该轴与涡轮增压器轴平行，并与沿着叶片长度大约一半的点对齐。叶片致动机构与每个叶片连接，并能够移动以引起每个叶片一致的移动，该移动能够实现对进入的气体的可用横截面面积和到涡轮叶轮的气体接近角进行控制。
已知的是为涡轮增压器涡轮提供被称为“排气泄压阀”的阀控旁通口，从而实现对涡轮增压器的增压压力和/或轴速度的控制。排气泄压阀(通常为提升式阀门)被控制为当压缩机出口中的流体的增压压力达到预定上限时打开排气泄压阀口(旁通口)，从而允许废气的至少一部分绕过涡轮叶轮。通常，排气泄压阀口通向排气泄压阀通道，排气泄压阀通道将旁通气流偏转至涡轮出口，或者将其排放到大气中。排气泄压阀可以通过不同的装置被致动，这些装置包括电动致动器，但更典型地由气动致动器驱动，该气动致动器通过压缩机叶轮提供的压力操作。
一些已知的内燃机包括废气再循环(EGR)。EGR被用于减少内燃机的氮氧化物(NOx)排放。EGR的工作原理是将内燃机产生的一部分废气再循环回发动机气缸中(通常是通过发动机进气歧管再循环回发动机气缸中)。一部分的废气的再循环导致发动机气缸中的燃烧温度降低。由于NOx的产生需要将氮气和氧气(在空气中找到)的混合物暴露在高温下，因此EGR导致的较低燃烧温度减少了燃烧产生的NOx的数量。在一些已知的内燃机中，使用了可变几何涡轮组件(它形成涡轮增压器的一部分)，其通过部分地关闭喉部来增加废气的压力(也称为“回压”)。这在废气和发动机进气口之间产生压力差，由此废气将通过废气再循环通道流入到发动机进气口中。但是，可变几何涡轮产生的回压可能损害内燃机的操作性能。
废气通常通过设置在涡轮壳体内的进气蜗壳进入涡轮增压器涡轮的喉部。进气蜗壳具有蜗壳通道，该蜗壳通道从第一端向第二端径向向内盘旋，并终止于喉部。来自发动机排气歧管的废气在第一端进入蜗壳通道，并以显著的角速度在喉部出现。蜗壳通道的横截面通常沿其长度减小，从而增加通过它的废气流的速度(并从而增加涡轮叶轮能够提取的能量)和/或增加蜗壳通道中的压力，以使得废气被排到通道外面并进入喉部。
虽然某些涡轮采用单个进气蜗壳，但是诸如双流涡轮和孪生流(twin-flow)涡轮这样的已知涡轮采用两个进气蜗壳，其中每个进气蜗壳包括单独的蜗壳通道。这两个蜗壳通道由分隔壁隔开，并且各自具有单独的喉部。两个通道的喉部在径向靠近涡轮的进气通道处会合，进气通道的不同部分由不同的蜗壳通道提供。在孪生流涡轮的情况下，每个蜗壳通道提供进气通道的不同轴向部分。在双流涡轮的情况下，每个蜗壳通道提供进气通道的不同周向部分。也就是说，在双流涡轮中，两个蜗壳通道在相同的平面中与进气通道会合，而在孪生流涡轮中，两个蜗壳通道在轴向相邻的平面中与进气通道会合。
孪生流涡轮和双流涡轮的一个优势是它们能够隔离来自发动机气缸的废气流，否则这些废气流会互相干扰。在来自所有气缸的废气都提供给单个蜗壳通道的情况下，所有发动机气缸通过排气歧管连接在一起。因此，来自第一气缸的在其点火冲程的结束及其排气冲程的开始时的废气流脉冲能够增加邻近第二气缸的排气歧管中的局部压力，其中该第二气缸在其排气冲程的结束及其点火冲程的开始(即，在其重叠周期内，该气缸的进气阀和排气阀都是部分打开的，以使得能够发生废气扫气)，这防止了全部废气从气缸排出。但是，在孪生流涡轮或双流涡轮中，该第一气缸可以与一个蜗壳通道连接，而第二气缸可以与另一个蜗壳通道连接。来自这两个气缸的废气流由此(通过蜗壳通道之间的分隔壁)被分开，直到其进入涡轮进气通道。这减少或消除了对废气扫气过程的干扰。这对扫气更有效的利用降低了废气温度(以及因此NOx的生成)，并且改善了涡轮效率(从而减少涡轮迟滞和提高增压压力)。
双流涡轮和孪生流涡轮还可以提供与EGR有关的优势。通过增加与其中一个蜗壳通道连接的发动机气缸的数量和/或通过减少通道的横截面面积，可以提高蜗壳通道中的排气压力。这允许其中一个蜗壳通道中的局部压力提高至(通过将排气再循环通道与该通道连接)使再循环的废气能够以足够的压力被供应，而整体的排气压力的提升较小(及因此较小对发动机性能的负面影响)。
在传统涡轮增压器中，每个进气蜗壳具有沿着纵轴突出的舌部，该纵轴大体上在垂直于涡轮轴的平面内延伸。舌部在蜗壳通道的第二端和径向地紧邻该蜗壳通道的通道的一部分之间突出，并将它们分隔开。虽然许多蜗壳通道不会围绕涡轮轴旋转远远超过360°，但是作为比喻，舌部可被视为将通道的径向最内部“圈”的至少末端(即，至少为通道的第二端)从倒数第二个圈分开。舌部终止于纵向远端的尖端中。传统上，该尖端的位置径向邻近涡轮叶轮，从而在其与涡轮叶轮之间提供最小的间隙，并将通道的第二端中的工作流体引入到涡轮叶轮中。在传统的涡轮中，废气径向进入涡轮叶轮(即，无轴向速度分量)，因此传统涡轮叶轮被设计为在进气流无轴向分量时最有效率。因此，传统上，舌尖的侧向中心线横向于该方向设置(即，平行于涡轮轴)，以使得舌尖的径向内表面相应地将流体推到涡轮叶轮中(而不是施加轴向速度分量)(如果它与涡轮轴以一定角度对齐则会施加轴向速度分量)。此外，如果舌尖的侧向中心线与涡轮轴平行，则涡轮壳体的铸造过程可以更加简单。
涡轮设计的一个关键参数是漩涡角(也称为“旋转角”)，该漩涡角是径向和流体进入涡轮叶轮的方向之间的角度。例如，如果流体径向地进入涡轮，则其漩涡角为0。如果流体切向地进入涡轮，则其漩涡角为90°。涡轮增压器的涡轮的漩涡角通常位于大约20°和大约40°之间。在特定角位置上相对于涡轮轴的漩涡角可以被定义为：
α = t a n ( A w h e e l / r w h e e l A p a s s a g e / r p a s s a g e )
其中α是漩涡角，Awheel是叶轮的(圆周截面)面积，rwheel是到Awheel的质心的径向距离，Apassage是与角度位置有关的蜗壳通道的面积，rpassage是到该面积的质心的径向距离。
在一些应用中，Apassage/rpassage(下面简称为“A/r”)优选围绕涡轮轴线性减小。这对于控制漩涡角从而优化进入涡轮的工作流体质量流是有用的。对于大部分围绕涡轮叶轮圆周的角位置而言，这可以通过调整蜗壳通道的尺寸和形状来实现。但是，在舌尖区域中可能会有问题。当沿着蜗壳通道流动的工作流体通过舌部的尖端时，通道的面积和该面积的形状突然增加(由于舌部不再占据通道中的任何空间)。这可能导致A/r以及漩涡角发生突然的变化。漩涡角的这种局部变化会在涡轮叶轮上围绕其圆周产生局部高/低力区域。这进而会降低涡轮的效率(例如，通过引起涡轮叶轮振动)和/或导致过早失效(例如，由疲劳造成的，而该疲劳的原因是涡轮上的一个点在其围绕涡轮轴移动并穿过局部区域时经受增大的循环负荷)。基于以上所讨论的原因，在轴向非对称的蜗壳的涡轮增压器(例如孪生流涡轮和一些双流涡轮)中，该问题可能特别严重，并可能导致这些涡轮不能够在本来可以非常适用的应用中使用。
发明内容
本发明的一个目的是减轻或消除上述缺点中的至少一个，和/或提供一种改进的或替代的涡轮壳体，涡轮组件或涡轮增压器。
根据本发明的第一方面，提供了一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：
蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；
大体环形的喉部，该喉部设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端舌尖，
其中所述蜗壳通道，喉部和舌尖设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：
所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述蜗壳通道和所述舌尖一起限定初步入口区域；
所述最小间隙线和所述初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接所述初步入口区域的质心和沿着所述最小间隙线一半处的点；
所述舌尖限定舌尖侧向中心线；
所述通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线在它们之间限定至少60度的角。
以这种方式相对于通道偏移线设置舌尖侧向中心线，舌尖的整个横截面面积可以减小，这进而可以减少舌部的A/r波动。作为替代，或者除此之外，这种舌部定位可允许舌部的径向内表面和外表面相对于彼此具有更加相似的尺寸，这可以降低经过舌尖的流体流的压力的波动幅度。上述任意方式都可允许流体施加到涡轮上的力更加恒定，从而改善涡轮效率和/或减少涡轮叶轮疲劳。
在一些实施方式中，舌部的周向长度在它的侧向宽度上是相同的(换句话说，舌部具有“平坦的”尖端)。为避免产生疑义，在舌部的周向长度随其侧向宽度变化的情况下(例如，如果舌部的纵向末端是圆的，或者是尖的)，则舌尖可以被视为一点，在这一点上，舌尖变为其原始侧向宽度的80％，包含涡轮轴和舌尖的平面是包含涡轮轴并穿过舌部上的该点的平面。
很明显，平面中的两条线必然在它们之间限定0和90度之间的角。所提及的舌尖侧向中心线和通道偏移线之间的角就是指这个角，而不是此外限定的任何钝角。例如，舌尖侧向中心线和通道偏移线之间的角为45度的涡轮壳体就不落入本发明的第一方面，即使可以认为舌尖侧向中心线和通道偏移线也限定了135度的角。这同样适用于这里描述的其他角。
初步入口区域是由蜗壳通道和包含涡轮轴和舌尖的平面中的舌尖封闭而成的横截面面积。为了避免产生疑问，提到的舌尖限定侧向中心线并不应理解为暗示舌尖一定是对称的。
在一些设置中，在第一壁和第二壁上可能存在多对点，它们各自隔开相同的距离(该距离是壁之间的最小间隙)。在这种设置中，最小间隙线可以被视为在任意一对点之间延伸。作为替代选择，它可以被视为是在最接近空腔的一对点之间延伸。
通道偏移线可以相对于涡轮轴以不大于80度的角设置。例如，通道偏移线可以相对于涡轮轴以不大于75度，不大于70度，不大于60度，或者不大于50度的角度设置。
如下所述，如果通道偏移线是垂直的，则更容易控制舌尖对A/r变化的影响。在某些情况下，通道偏移线和涡轮轴之间的角越小(即，通道偏移线离和涡轮轴垂直更远)，本发明提供的优势就越大。通道偏移线离和涡轮轴垂直更远还可以允许进气蜗壳进一步向涡轮壳体的一侧移动，从而为其他组件(例如，连接至轴承壳体和从轴承壳体接出来的润滑剂管道，或者轴承壳体自身，涡轮壳体可以安装到轴承壳体上，或者接近涡轮壳体的本体的组件，例如连接至发动机或从发动机接出来的管道或线缆)提供更多的空间。
舌尖侧向中心线和通道偏移线可以在它们之间限定至少75度，优选至少80度，更优选至少85度的角。
通过将舌尖侧向中心线和通道偏移线定位为更加接近互相垂直，可以增加本发明的第一方面的一个或多个好处。
舌尖侧向中心线与第一壁相交的角和舌尖侧向中心线与第二壁相交的角的总和可以为至少120度。
根据本发明的第二方面，提供了一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：
蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；
大体环形的喉部，该喉部设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端舌尖，
其中所述蜗壳通道，喉部和舌尖设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：
所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述舌尖限定舌尖侧向中心线；以及
所述舌尖侧向中心线与所述第一壁相交的角和所述舌尖侧向中心线与所述第二壁相交的角的总和至少为120度。
如上所述，所述角的总和反映了舌尖相对于第一壁和第二壁的垂直程度。通过将舌尖侧向中心线设置为更接近垂直于第一壁和第二壁，可以减小舌尖的横截面面积，和/或可允许舌尖的径向内表面和外表面相对于彼此具有更加相似的尺寸。这可以降低A/r和/或舌部上压力的波动幅度，从而改善涡轮效率和/或涡轮叶轮疲劳寿命，如同相对于本发明的第一方面所描述的那样。
如上所述，应该注意，平面中的两条线必然在它们之间限定0和90度之间的角。所提及的舌尖侧向中心线和第一壁或第二壁之间的角就是指这个角，而不是此外限定的任何钝角。因此，所述角的总和必然为0到180度之间。
在根据本发明的涡轮壳体中，角的总和为至少120度，所述总和可以为至少140度，至少150度，或者至少155度。角的总和可以为至少160度，至少170度，或者至少175度。这可以增强上述优势中的一个或多个。
舌尖侧向中心线可以设置为在尽可能接近垂直于第二壁的位置上大体垂直于第一壁。例如，在根据本发明的涡轮壳体的设计过程中，舌尖的理想位置可以确定为通过约束它的位置，在沿着第一壁(在前述平面中)将舌尖的位置移动至它的侧向中心线与第二壁以尽可能大的角相交的位置之前，舌尖侧向中心线和第一壁大体90度相交。
舌尖侧向中心线可以设置为在其侧向中心线尽可能短的位置上大体垂直于第一壁。例如，在根据本发明的涡轮壳体的设计过程中，舌尖的理想位置可以确定为通过约束它的位置，在沿着第一壁(在前述平面中)将舌尖的位置移动至其侧向长度最小化的位置之前，舌尖侧向中心线和第一壁大体90度相交。
舌尖侧向中心线可以相对于第一壁以至少60度，例如至少65度，至少70度，至少75度，至少80度，或者至少85度的角度设置。作为替代，或者除此之外，舌尖侧向中心线可以相对于第二壁以至少60度，例如至少65度，至少70度，至少75度，至少80度，或者至少85度的角度设置。
舌部可以设置为使得舌尖侧向中心线相对于第一壁定位的角和相对于第二壁定位的角的总和为至少130度，例如，至少150度，至少160度，至少170度，或者至少175度。为了避免产生疑义，舌尖侧向中心线相对于第一壁定位的角和相对于第二壁定位的角的总和是舌尖侧向中心线与第一壁相交的角加上舌尖侧向中心线与第二壁相交的角。在一种实施方式中，舌部可以设置为使得舌尖侧向中心线相对于第一壁定位的角和相对于第二壁定位的角的总和尽可能的大，只要涡轮壳体的几何结构允许。
舌尖可以在侧向上变细。例如，舌尖的与第一壁相邻的一部分可以比与第二壁相邻的一部分厚。舌尖在侧向上变细，例如变细大约2度是常见的，因为这可以简化涡轮壳体的铸造。舌尖可以沿其侧向长度均匀变细，或者不沿其侧向长度均匀变细。例如，它的侧向横截面可以是凸面的或凹面的。为了避免产生疑义，即使舌尖与第一壁和/或第二壁在倒角或倒棱接合点处相交，舌尖也可以被视为是侧向变细的。
涡轮壳体可以具有安装表面，该安装表面设置为被定位在轴承壳体上，第一壁可以设置为在轴向上比第二壁离安装表面更远。
在一些设置中，第一壁和第二壁可以轴向重叠，和/或第一壁和第二壁的轴向长度可能难以确定。在这种情况下，可以通过比较壁上的点来确定在轴向上离安装表面更远的壁，最小间隙线在所述点之间延伸。所述点中在轴向上更靠近安装表面的一点可以被认为是由在轴向上更靠近安装表面的壁所提供的。
舌尖侧向中心线和最小间隙线之间的角可以不大于25度，例如，它和最小间隙线之间的角可以不大于20度。舌尖侧向中心线和最小间隙线之间的角可以不大于15度，优选和最小间隙线之间的角为不大于10度，更优选和最小间隙线之间的角为不大于5度。
最小间隙线可以大体位于舌尖内。在这种情况下，最小间隙线和舌尖侧向中心线优选大体上共线。
通过以这种方式将舌尖的一部分设置在喉部的最窄部分中，舌部的侧向宽度能够最小化。这减小了舌尖的整体横截面面积，从而减少它上面的A/r变化。
因为舌尖可能掩盖包含涡轮轴和舌尖的平面中喉部的一部分的形状，在某些情况下，可能无法直接在视觉上确定最小间隙线的位置。为了避免产生疑义，在这种设置中，可以通过插值确定最小间隙线的位置。例如，在喉部的形状围绕其圆周大体上恒定的情况下，很容易就可以推断出喉部在被舌尖占据的区域中的形状。作为替代选择，可以通过解读在径向上位于舌尖上方和下方的第一壁和第二壁的角和曲率，并推算最可能的整体形状来确定所述形状。
舌尖侧向中心线和涡轮轴之间的角可以不大于15度，优选和涡轮轴之间的角为不大于10度，更优选和涡轮轴之间的角为不大于5度。
通过设置外壳以使舌尖侧向中心线和涡轮轴具有所述角(同时舌尖侧向中心线和通道偏离线的角为不小于60度)，可以允许舌部的径向内表面沿着更接近径向的方向直接将工作流体引导到空腔(即，涡轮叶轮)中，从而改善涡轮效率(如上所述)。
壳体还可以包括附加进气蜗壳，该进气蜗壳具有附加蜗壳通道，该附加蜗壳通道围绕涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋。
壳体包括第二蜗壳，从而可以相对于双流涡轮和孪生流涡轮提供上述的一个或多个优点。
蜗壳通道和附加蜗壳通道可以由分隔壁分开。
分隔壁可以限定喉部的第二壁。作为替代选择，它可以限定喉部的第一壁。
蜗壳通道和附加蜗壳通道围绕垂直于涡轮轴的平面可以大体是彼此的镜像。这可以允许从两个蜗壳通道流入涡轮的工作流体是一致的，这是有利的。
蜗壳通道和附加蜗壳通道可以沿着相反的轴向倾斜。在这种情况下，蜗壳通道和附加蜗壳通道的倾斜角(分别由和通道偏移线与附加通道偏移线的径向之间的角代表)可以具有，或者可以不具有大体相同的大小。由于蜗壳通道和附加蜗壳通道沿相反的轴向倾斜，可以允许进入空腔的净流在方向上更接近径向，这有利于提高设置在空腔内的涡轮的效率。
在蜗壳包括附加蜗壳通道的实施方式中，涡轮壳体还包括：
大体环形的附加喉部，该附加喉部设置在所述附加蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述附加喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
附加舌部，该附加舌部在所述附加蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述附加蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述附加舌部终止于远端附加舌尖，
其中所述附加蜗壳通道，附加喉部和附加舌尖设置为在包含所述涡轮轴和所述附加舌尖的平面中：
所述附加喉部限定附加最小间隙线，该附加最小间隙线是在所述附加喉部的所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述附加蜗壳通道和所述附加舌尖一起限定附加初步入口区域；
所述附加最小间隙线和所述附加初步入口区域一起限定附加通道偏移线，该附加通道偏移线连接所述附加初步入口区域的质心和沿着所述附加最小间隙线一半处的点；
所述附加舌尖限定附加舌尖侧向中心线；
所述附加通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
所述附加舌尖侧向中心线和所述附加通道偏移线在它们之间限定至少60度的角。
在上述实施方式中，附加舌尖侧向中心线与附加喉部的第一壁相交的角和附加舌尖侧向中心线与附加喉部的第二壁相交的角的总和可以为至少120度。
在蜗壳包括附加蜗壳通道的另一种实施方式中，涡轮壳体还包括：
大体环形的附加喉部，该附加喉部设置在所述附加蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述附加喉部限定在轴向隔开的两个壁之间；
附加舌部，该附加舌部在所述附加蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述附加蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述附加舌部终止于远端附加舌尖，
其中所述附加蜗壳通道，附加喉部和附加舌尖设置为在包含所述涡轮轴和所述附加舌尖的平面中：
所述附加喉部限定附加最小间隙线，该附加最小间隙线是在所述附加喉部的所述轴向隔开的两个壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述附加蜗壳通道和所述附加舌尖一起限定附加初步入口区域；
所述附加最小间隙线和所述附加初步入口区域一起限定附加通道偏移线，该附加通道偏移线连接所述附加初步入口区域的质心和沿着所述附加最小间隙线一半处的点；
所述附加舌尖限定附加舌尖侧向中心线；
所述附加通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
所述附加舌尖侧向中心线和所述附加通道偏移线在它们之间限定至少60度的角。
在蜗壳包括附加蜗壳通道的另一种实施方式中，涡轮壳体还包括：
大体环形的附加喉部，该附加喉部设置在所述附加蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述附加喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
附加舌部，该附加舌部在所述附加蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述附加蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述附加舌部终止于远端附加舌尖，
其中所述附加蜗壳通道，附加喉部和附加舌尖设置为在包含所述涡轮轴和所述附加舌尖的平面中：
所述附加舌尖限定附加舌尖侧向中心线；以及
所述附加舌尖侧向中心线与所述附加喉部的第一壁相交的角和所述附加舌尖侧向中心线与所述附加喉部的第二壁相交的角的总和为至少120度。
落入上述实施方式范围内的设置可以提供上面相对于双流涡轮或孪生流涡轮讨论的优点中的一个或多个，同时还允许两个蜗壳都提供上面相对于本发明的第一方面和第二方面讨论的优点中的一个或多个。
作为应用于进气蜗壳的替代，或者除了应用于进气蜗壳之外，相对于进气蜗壳描述的上述可选特征中的一个或多个还可以应用于附加蜗壳。
在替代实施方式中，附加蜗壳可以具有上述特征中的一个或多个，但是比全部特征要少。
包含涡轮轴和舌尖的平面，以及包含涡轮轴和附加舌尖的平面可以是共面的。这可以允许对舌部上A/r的任何破坏在周向范围内更加有限。作为替代选择，包含涡轮轴和舌尖的平面，以及包含涡轮轴和附加舌尖的平面可以不是共面的(例如，包含涡轮轴和舌尖的平面可以和包含涡轮轴和附加舌尖的平面以至少5度，至少10度或者至少20度的角相交)。这可以允许两个舌尖的周向位置交错，反过来这又可以“平顺”A/r围绕涡轮圆周的变化。此外，可以允许一个舌部上A/r的变化被另一个舌部上A/r的变化部分或全部抵消。
蜗壳通道和附加蜗壳通道可以在大体环形的进气通道处合并，该进气通道直接位于空腔的径向外侧。该进气通道可以允许来自两个蜗壳通道的气流以较少的合成湍流组合。蜗壳通道和附加蜗壳通道可以与空腔的各个部分直接流体连通。这可以有利地减少涡轮壳体所占据的空间量。
最小间隙线和附加最小间隙线可以具有大体相等的长度。这可以允许进入空腔(或者进气通道，如果存在)的气流更加均匀，因此湍流更少。作为替代选择，最小间隙线和附加最小间隙线的长度可以互不相同。这可以允许通过每个喉部的流体流分别被优化(例如，相较于其他轴向位置，在某些轴向位置上向涡轮内提供较快的流)。
初步入口区域和附加初步入口区域可以不具有相等大小。换句话说，初步入口区域和附加初步入口区域的大小可以互不相同。它们彼此之间的大小差异可以是两个区域中较大者的至少5％，至少10％，或者至少20％。这可以允许对于EGR使用蜗壳通道中的一个，降低整体废气回压，如同上面描述的一样。具有较小初步入口区域的蜗壳还可以被用于提供穿过排气泄压阀的有利增加的流速，这是因为它里面存在较高压力。作为替代选择，初步入口区域和附加初步入口区域可以具有大体相同的横截面面积。
舌尖侧向中心线(和/或附加舌尖侧向中心线，如果存在)离涡轮轴的径向距离可以是涡轮叶轮半径的1.1至1.3倍。
第一壁和第二壁可以相对于彼此移动，从而调节它们之间的距离。例如，涡轮壳体可以具有如上所述的活动护罩板或喷嘴环。
根据本发明的第三方面，提供了一种涡轮组件，该涡轮组件包括涡轮叶轮和根据本发明的第一方面的涡轮壳体。
根据本发明的第三方面的涡轮组件可以提供完整组件，该完整组件可以安装到装置中，从而提供上面相对于本发明的第一方面和第二方面描述的优点中的一个或多个。
根据本发明的第四方面，提供了一种涡轮增压器，该涡轮增压器包括根据本发明的第三方面的涡轮组件。
根据本发明的第四方面的涡轮增压器可以提供自包含单元，该自包含单元提供相对于本发明的第一方面和第二方面描述的优点中的一个或多个。
根据本发明的第五方面，提供了一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：
蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；
大体环形的喉部，该喉部设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的两个壁之间；
舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端舌尖，
其中所述蜗壳通道，喉部和舌尖设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：
所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述轴向隔开的两个壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述蜗壳通道和所述舌尖一起限定初步入口区域；
所述最小间隙线和所述初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接所述初步入口区域的质心和沿着所述最小间隙线一半处的点；
所述舌尖限定舌尖侧向中心线；
所述通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线在它们之间限定至少60度的角。
相对于本发明的第一方面和第二方面描述的优点中的一个或多个还可以应用于本发明的第五方面。此外，根据本发明的第五方面的涡轮壳体可以形成涡轮组件的一部分，涡轮组件还包括涡轮叶轮。该涡轮组件可以形成涡轮增压器的一部分。
附图说明
以下仅以示例的方式参照附图(不按比例绘制)来对本发明的特定实施方式进行描述，其中：
图1是已知的涡轮增压器的纵向横截面示意图；
图2是图1所示涡轮增压器的轴向横截面图；
图3是示例性进气蜗壳的横截面图；
图4是根据本发明第一实施方式的涡轮壳体的进气蜗壳的横截面图；
图5是围绕图3和图4的蜗壳喉部的圆周的A/r变化图；
图6是根据本发明第二实施方式的涡轮壳体的进气蜗壳的横截面图；
图7是根据本发明第三实施方式的涡轮壳体的进气蜗壳的横截面图；以及
图8是根据本发明第四实施方式的涡轮壳体的进气蜗壳的初步入口区域的横截面图。
具体实施方式
图1显示了一种已知涡轮增压器，其包括由轴承壳体6连接到压缩机组件4的涡轮组件2。涡轮组件2包括涡轮叶轮10和涡轮壳体12。涡轮壳体12具有安装表面13，在该示例中，安装表面13的形状为环形，并靠在轴承壳体6上。在其他实施方式中，安装表面13可以具有不同的形式，例如设置在安装凸缘上的平坦或凹进表面。
涡轮壳体12包括进气蜗壳14，排气通道16，以及限定涡轮轴20的空腔18。涡轮叶轮10位于空腔18内，并可以围绕涡轮轴20旋转。进气蜗壳14限定蜗壳通道22，蜗壳通道22从第一端向第二端(图1中不可见)径向向内盘旋，并终止于环形喉部24，其中环形喉部24直接位于空腔18的径向外侧。蜗壳通道22，喉部24，空腔18和排气通道16被设置为流体连通，以使得工作流体(在本示例中为废气)从蜗壳通道22的第一端进入蜗壳通道22，从蜗壳通道的第二端进入喉部24，接下来通过空腔18从喉部传递至排气通道16(从而为涡轮叶轮10提供能量)。进气蜗壳14包括凸缘26，凸缘26设置在蜗壳通道16的第一端以便与内燃机(未显示)的排气歧管连接。
涡轮叶轮10被安装在轴28的一端上，其中轴28被定位成与涡轮轴20配合，并可旋转地接收在轴承壳体6中的轴承30内。轴承30与润滑剂口32连接。在涡轮增压器的使用过程中通过润滑剂口32提供润滑剂。当从喉部24经过空腔18流向排气通道16的废气向涡轮叶轮10提供能量时，涡轮叶轮在空腔内旋转并使轴28旋转。
压缩机组件4包括压缩机叶轮34和压缩机壳体36。压缩机壳体36包括进气通道38，排气蜗壳40，以及空腔42，其中压缩机叶轮34设置在空腔42内。空腔42限定压缩机轴44，压缩机轴44与涡轮轴20一致。排气蜗壳40从空腔42径向向外盘旋，并终止于用于与发动机(未显示)进气口连接的软管连接器46。压缩机叶轮也安装在轴28上，由此当轴被涡轮旋转时，压缩机叶轮也类似地旋转。进气通道38，空腔42和排气蜗壳40被设置为流体连通，以使得大气空气通过进气通道38被吸入，并通过涡轮叶轮34的旋转进入空腔42，然后在压力下通过排气蜗壳40被迫离压缩机叶轮。
返回涡轮组件2，进气蜗壳14还具有舌部50(在图2中更清晰地显示)。图2显示了进气蜗壳14，以及蜗壳通道22，蜗壳通道22从其第一端52向其第二端54朝着喉部24径向向内(围绕涡轮轴20)盘旋。舌部50沿其纵轴56突出，纵轴56在垂直于涡轮轴的平面(即该图中显示的横截面平面)中延伸，并终止于纵向远端舌尖58。如上所述，舌部的作用是将蜗壳通道22的第二端54的径向外部部分从位于第二端外侧并邻近第二端的蜗壳通道的一部分的径向向内部分(在本示例中，其为靠近第一端52的部分)分隔开。此外，如上所述，舌尖58的作用是将蜗壳通道22的第二端54中的废气流引导到喉部24中。
以上描述的A/r可能突然发生的变化在图2中更加明显。当废气流穿过蜗壳通道22的第一端52(从图2的角度看，从右向左)，并开始朝着喉部24向内盘旋(从图2的角度看，逆时针方向)时，它穿越假想的直线60。此时，由舌部的径向外表面提供的蜗壳通道的径向内边界不再存在。因此，由于舌部不再占据空间并封闭通道，此时蜗壳通道22的整个横截面面积(Apassage)增大，并且同样地，该面积的形状(及因此质心的(径向)位置，rpassage)也发生变化。取决于这些变化的大小，这可能会引起上述的A/r的突然变化。
在图1和图2所示蜗壳的情况中，舌尖横截面面积变化的影响是可控制的。但是在其他情况中，该影响可能更剧烈。
图3显示了进气蜗壳14的横截面，其中蜗壳通道22沿着涡轮轴(不可见，但是从图3的角度看，其水平地延伸并位于下游)从安装表面和轴承壳体(不可见，但是从图3的角度看，位于左侧)移开。因此，喉部24不再位于蜗壳通道22的轴向中心。如果通道足够大以不阻塞对轴承壳体的接近(例如，将润滑剂管线连接至润滑剂口)，则蜗壳通道22的这种位置变化是必要的。
图3所示的横截面是在包含涡轮轴(不可见)和舌尖58的平面(即，和图2所示虚线一样位于相同角位置的平面)中截取的。它还显示了初步入口区域62，其中该区域是由蜗壳通道22的壁和舌尖58封闭而成的横截面面积，以及该面积的质心64。此外，图3显示了最小间隙线66，它是限定喉部24的轴向隔开的两个壁68，70之间的最短距离。换句话说，最小间隙线66是在两个壁68，70上最接近的点之间延伸的直线。在该图中标出了最小间隙线66的中点72，该中点72是沿着最小间隙线一半处的点(因此在两个壁68，70之间等距)。
虽然图1和图2所示的蜗壳通道是轴向对称的，但是如上所述，图3所示的蜗壳通道22不是轴向对称的。因此，虽然在图1和图2所示的通道中，初步入口区域的质心直接位于喉部的最小间隙线的中点的径向外侧(即与其轴向对齐)，但是对于图3所示的蜗壳通道22而言并非如此。初步入口区域62的质心64从最小间隙线66的中点72轴向位移。因此，连接两个点64，72的直线(下称为通道偏移线74)与涡轮轴垂直，不像在图1和图2所示的蜗壳通道中一样与涡轮轴垂直。
在传统的将蜗壳通道设置为使得通道偏移线74不与涡轮轴垂直，并且将舌尖58设置为使其侧向中心线76与涡轮轴平行(即，横向于径向)的情况下，舌尖的侧向中心线和通道偏移线74形成锐角。在该示例中，舌尖58的侧向中心线76和通道偏移线74之间的角是56°。由于该锐角78，横跨舌尖58的A/r的突然变化更加显著。
图4是根据本发明第一实施方式的进气蜗壳14的横截面图。除了舌尖的配置之外，图4所示蜗壳和图3所示蜗壳相同，因此这里只讨论它们之间的差异。
在该实施方式中，舌尖58被调节为使得它的侧向中心线76不再平行于涡轮轴(未显示，但是从图4的角度看是水平的)，而是与它呈8°的角79。舌尖58的侧向中心线76和通道偏移线74之间的角78现在是64°。舌尖58和通道偏移线74之间的角78的增大减小了舌尖横过A/r的变化幅度。此外，舌尖58的这种角度变化减小了它的横截面面积(从图4的角度看，舌尖58的右侧侧向端向下朝喉部移动了，其缩小了舌尖的整体侧向宽度)，并且进一步减少了A/r的变化。
图5显示了该变化的影响，显示了图3所示蜗壳通道(直线80)和图4所示蜗壳通道(直线82)随着从舌尖58的角度位移增大(为了清楚起见，夸大了)而产生的蜗壳通道22的A/r变化。根据图5，舌尖的角度78的这种变化所带来的改善是明显的，其中直线82更接近期望的A/r的线性下降(直线84)。
图6是根据本发明第二实施方式的进气蜗壳14的横截面图。和第一实施方式中的蜗壳14相同，它包括蜗壳通道22，喉部24，以及具有尖端58的舌部。这些特征的结构对应于第一实施方式中的相同特征。与图3和图4一样，图6是通过包含涡轮轴(不可见)和舌尖58的平面的横截面。再次地，对附图做出了注释以显示初步入口区域62和其质心64，最小间隙线66和其中点72，以及舌尖58的侧向中心线76。在该实施方式中，舌尖58的侧向中心线76和通道偏移线74之间的角(未显示)是78°。
在该第二实施方式中，涡轮壳体12包括具有附加蜗壳通道22’的附加蜗壳14’，该附加蜗壳通道22’通过分隔壁86与蜗壳通道22分隔开。附加蜗壳14’也包括附加喉部24’和具有附加舌尖58’的附加舌部。附加舌尖58’具有侧向中心线76’。附加进气蜗壳14’的特征和进气蜗壳14的特征具有相同结构和功能。两个蜗壳通道22，22’在直接位于涡轮叶轮10径向外侧的进气通道87处会合。在该实施方式中，蜗壳通道22和附加蜗壳通道22’都相对于径向倾斜。更具体地，在这种情况下，通道22，22’都沿着相同的轴向相对于径向倾斜(从图6的角度看，两者都向右倾斜)。这可以为涡轮壳体的另一个轴向侧提供有利的空间量，这例如可以允许容纳特别大的轴承壳体(或者允许特别不受限制地接近轴承壳体)。
图6所示的平面也是包含涡轮轴和附加舌尖58’的平面。在该平面中，附加蜗壳通道22’，喉部24’和舌尖58’(以相应的方式)限定具有质心64’的附加初步入口区域62’，具有中点72’的最小间隙线66’，以及附加通道偏移线74’。在该实施方式中，附加舌尖侧向中心线76’和附加通道偏移线74’之间的角(未标出)是90°。换句话说，附加舌尖侧向中心线76’垂直于附加通道偏移线74’。
在第二实施方式中，舌尖58位于喉部24中，以使得最小间隙线66穿过舌尖(即，位于舌尖内)。相似地，附加舌尖58’位于附加喉部24’中，以使得附加最小间隙线66’穿过附加舌尖58’。此外，附加舌尖侧向中心线76’很明显地接近平行于(5°)附加最小间隙线66’。进一步值得注意的是，附加初步入口区域62’小于初步入口区域62。
在这种情况下，附加初步入口区域62’的尺寸大约是初步入口区域62的一半(换句话说，两个区域的大小差异是较大区域的大约50％)。在这种情况下，附加最小间隙线66’的长度大约是最小间隙线66的三分之二。也就是说，最小间隙线66和附加最小间隙线66’的长度不同。在这种情况下，附加最小间隙线66’短于最小间隙线66，但是在其他实施方式中，它可能较长。此外，虽然在这种情况下两个最小间隙线的大小差异是较大者的大约33％，但是在其他实施方式中，该差异可能大于该数值(例如，40％)，或小于该数值(例如，20％)。
在该实施方式中，由于附加蜗壳通道22’的较小的尺寸，附加蜗壳通道22’中的压力较大。因此，附加蜗壳通道22’中的压力较高。通过打开阀门88并通过再循环管道90将附加蜗壳通道中的一部分废气释放回发动机中，可以在EGR系统中利用这一点。在替代的实施方式中，阀门88和管道90可以用作排气泄压阀。
图7显示了根据本发明第三实施方式的进气蜗壳14的横截面。和第二实施方式一样，第三实施方式的壳体12包括在进气通道87处会合的进气蜗壳14和附加进气蜗壳14’。在这里只描述第二实施方式和第三实施方式之间的差异。
虽然在第一实施方式和第二实施方式中，蜗壳14或蜗壳14’都从径向向右倾斜(从图中的角度看)以允许对轴承壳体的接近，但是在第三实施方式中并非如此。在这种情况下，进气蜗壳14和附加进气蜗壳14’沿相反的轴向方向从径向倾斜，其中进气蜗壳14向左倾斜，附加进气蜗壳向右倾斜(从图7的角度看)。尽管如此，由于蜗壳14，14’分别相对于它们各自的喉部偏移(即，通道偏移线74或附加通道偏移线74’都不垂直于涡轮轴)，即使在相反的方向上，本发明对每个蜗壳通道22，22’而言还是有益的。
在第三实施方式中，蜗壳通道22和附加蜗壳通道22’相对于垂直于涡轮轴的平面为彼此的镜像。同样，和第二实施方式不同，在第三实施方式中，喉部24和附加喉部24’具有相同的最小间隙。换句话说，最小间隙线66和附加最小间隙线66’的长度相同。
此外，在该实施方式中，舌尖侧向中心线76和最小间隙线66共线，附加舌尖侧向中心线76’和附加最小间隙线66’共线。在该实施方式中，舌尖侧向中心线76和通道偏移线74之间的角是76°，附加侧向中心线76’和附加偏移线74’之间的角也是76°。
图8显示了根据本发明第四实施方式的涡轮壳体的初步入口区域62和附加初步入口区域62’。图8的视图被放大但是是按比例的。作为第四施方式的实际尺寸的指示，分隔壁的宽度100为6mm。涡轮轴不可见，但是从图8的角度看是水平的，其中轴承壳体和涡轮壳体(不可见)的安装表面位于左侧。第四实施方式和第二实施方式类似，因此这里只讨论差异部分。
在第四实施方式中，初步入口区域62小于附加初步入口区域62’，在该示例中，差异因子大约为2(但是，如同下面所解释的那样，初步入口区域和附加初步入口区域的选择可以相反)。换句话说，它们之间的大小差异是两个区域中较大者的大约50％。进气蜗壳(不可见)被设置为使得通道偏移线74和涡轮轴呈大约68度的角，以及附加通道偏移线74’被设置为和涡轮轴呈大约24度的角。还值得注意的是，在第三实施方式中，舌尖侧向中心线76与最小间隙线66共线。但是在该实施方式中，附加舌尖侧向中心线76不与附加最小间隙线66共线。相反，它们被设置为彼此呈大约10度的角。
在该实施方式中，舌尖侧向中心线76和通道偏移线74之间的角为大约68度，附加侧向中心线76’和附加偏移线74’之间的角为大约75度。在该实施方式中，舌尖58和附加舌尖58’各自侧向地变细。在本示例中，为了便于制造，它们各自均匀变细大约2度。舌尖58，58’各自朝着分隔壁86变窄。在该实施方式中，舌尖侧向中心线76大体上平行于涡轮轴(不可见)，最小间隙线66也是如此。附加舌尖侧向中心线76’被设置为和涡轮轴呈大约50度的角，附加最小间隙线66’设置为和涡轮轴呈大约60度的角。在该实施方式中，最小间隙线66和附加最小间隙线66’的长度大体上相同。在本示例中，它们各自的长度为6mm。
舌尖侧向中心线76和喉部24的第一壁102以大约90度的角相交，并且和喉部的第二壁104以大约90度的角相交。因此，舌尖侧向中心线76与第一壁102相交的角以及舌尖侧向中心线与第二壁104相交的角的总和大约为180度。附加舌尖侧向中心线76’和附加喉部24’的第一壁102’以大约78度的角相交，并且和附加喉部24’的第二壁104’以大约78度的角相交。因此，附加舌尖侧向中心线76’与第一壁102’相交的角以及附加舌尖侧向中心线76’与第二壁104’相交的角的总和大约为156度。虽然在本示例中，舌尖侧向中心线76以大体相同的角和两个壁102，104相交，并且附加舌尖侧向中心线76’以大体相同的角和两个壁102’，104’相交，但是这是第四实施方式的喉部24，24’的特殊几何形状造成的结果。在其他实施方式中并不一定是如此的。
在该实施方式中，被描述为“第一”壁102的壁是喉部24的在轴向上更靠近安装表面(不可见)的壁，第二壁104是喉部24的由分隔壁86限定的壁。此外，第一壁102是喉部24一侧上的壁。由于舌尖58侧向变细，舌尖58在该侧上较厚。第一壁102’是附加喉部24’的在轴向上离安装表面(不可见)较远的壁，其也是附加喉部24’的不由分隔壁86限定的壁。第一壁102’也是附加喉部24’一侧上的壁。由于附加舌尖58’侧向变细，附加舌尖58’在该侧上较厚。在两个蜗壳通道的情况下，应该理解的是，在其他实施方式中，喉部的“第一”壁和“第二”壁可以被设计为任意合适的形式，例如，在从属权利要求中描述的一个或多个形式。
在该实施方式中，分隔壁86位于其中心线106内，和涡轮轴呈大约40度的角。最小间隙线66和舌尖侧向中心线76(如上所述，它们是共线的)各自被设置为和分隔壁86的中心线106呈大约40度的角。附加舌尖侧向中心线76’被设置为和分隔壁86的中心线106呈大约90度的角。附加最小间隙线66’被设置为和分隔壁86的中心线106呈大约80度的角。从图8中可以很明显地看出，在第四实施方式中，最小间隙线穿过舌尖，以及附加最小间隙线穿过附加舌尖。
虽然在本实施方式中附加舌尖侧向中心线76’被设置为大体垂直于分隔壁86的中心线106，但是在第四实施方式的一个变形中，它被设置为大体垂直于附加喉部24’的第一壁102’和第二壁104’。在该变形中，由于附加喉部24’的特殊几何形状，附加舌尖侧向中心线76’将与附加最小间隙线66’大体平行(甚至是共线)。在该变形中，附加舌尖侧向中心线76’将被设置为和附加通道偏移线74’呈大约86度的角，并被设置为和分隔壁86的中心线106呈大约80度的角。
在不偏离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对上述示例性设计进行多种不同的修改和改变。例如，虽然在上述实施方式中，附加通道偏移线不和涡轮轴垂直，并且附加舌尖侧向中心线和附加通道偏移线呈不小于60°的角，但是在其他实施方式中，附加进气蜗壳可以完全是常规的。
此外，虽然上述的涡轮壳体形成涡轮增压器中的涡轮组件的一部分，但是应该理解，这不是一定的。例如，壳体可以被安装到涡轮组件上，涡轮组件将与向飞轮或发电装置提供机械动力的曲柄轴和/或齿轮连接。
需要注意的是，相对于附加进气蜗壳描述的特征或设置可以应用于蜗壳通道(作为替代，或者除此之外)，反之亦然。为了避免产生疑义，由于第二实施方式，第三实施方式和第四实施方式中的两个进气蜗壳都落入权利要求的范围内，可以任意选择构成附加进气蜗壳的进气蜗壳。在两种情况下，两个蜗壳可以按相反的方式分类，即，从附图的角度看，附加进气蜗壳位于左侧。在所示的上述实施方式中，每个舌尖沿其侧向中心线稍微变细。虽然该特征允许在铸造过程中更容易移除模具，因此出于制造原因是优选的，但是这不应该理解为是限制性的。
虽然相对于不同的实施方式详细讨论了本发明的第一方面和第二方面，但是应该理解，所描述的设置可以是本发明其他方面的实施方式。例如，相对于第一实施方式(图4所示)，如果喉部24从附图的角度看位于右侧的壁被指定为“第一壁”，喉部的相反的壁被指定为“第二壁”，则舌尖侧向中心线76以大约65度的角和第一壁相交，并以大约82度的角和第二壁相交。因此，这些角的总和大约为147度。虽然喉部右侧的壁(从图4的角度看)在该示例中被指定为“第一壁”(因为它是喉部的舌尖较厚的壁并且是喉部的离安装表面较远的壁)，但是如上所述，这不应该理解为是限制性的。该壁同样可以被指定为“第二壁”，而另一个壁被指定为“第一壁”。
应该注意，上述实施方式也落入本发明第五方面的范围内。
虽然在附图和前面的说明书中详细描述了本发明，但是这些描述应该理解为说明性而非限制性的。可以理解的是，只显示和描述了优选实施方式。权利要求中限定的，落入本发明范围内的所有改变和变形也应受到保护。应该理解的是，虽然说明书中使用的词语，例如“优选的”，“优选地”，“优选”或“更优选”表示所描述的特征是理想的，但是该特征可能不是必要的，并且可以预期缺乏该特征的实施方式也落入权利要求中限定的本发明的保护范围内。就权利要求而言，当使用诸如“一个”，“一者”，“至少一个”或“至少一部分”这样的词语时，除非在权利要求中另有说明，否则并不意味着将权利要求限制为只有一个这种特征。当使用“至少一部分”和/或“一部分”时，除非另有说明，否则该特征可以包括一部分和/或整个特征。为了避免产生疑义，在合适的情况下，这里所描述的可选和/或优选特征可以单独使用或互相组合在一起使用，特别是根据权利要求中描述的组合使用。在合适的情况下，本发明的每个方面的可选和/或优选特征还可以用于本发明的任意其他方面。

Claims (21)

1.一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：
蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；
大体环形的喉部，该喉部被设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端的舌尖，
其中所述蜗壳通道，所述喉部和所述舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：
所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述蜗壳通道和所述舌尖一起限定初步入口区域；
所述最小间隙线和所述初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接所述初步入口区域的质心和沿着所述最小间隙线一半处的点；
所述舌尖限定舌尖侧向中心线；
所述通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
在所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线之间限定至少60度的角。
2.如权利要求1所述的涡轮壳体，其中在所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线之间限定至少75度的角。
3.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线与所述第一壁相交的角以及所述舌尖侧向中心线与所述第二壁相交的角的总和为至少120度。
4.一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：
蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；
大体环形的喉部，该喉部被设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端的舌尖，
其中所述蜗壳通道，所述喉部和所述舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：
所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述舌尖限定舌尖侧向中心线；以及
所述舌尖侧向中心线与所述第一壁相交的角以及所述舌尖侧向中心线与所述第二壁相交的角的总和为至少120度。
5.如权利要求3或4所述的涡轮壳体，其中所述总和为至少150度。
6.如权利要求5所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线被设置为在其尽可能接近垂直于所述第二壁的位置上大体垂直于所述第一壁。
7.如权利要求3至6中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线被设置为和所述第一壁呈至少75度的角。
8.如权利要求3至7中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线被设置为和所述第二壁呈至少75度的角。
9.如权利要求3至8中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向变细，并且所述舌尖的邻近所述第一壁的一部分比邻近所述第二壁的一部分厚。
10.如权利要求3至9中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述涡轮壳体具有安装表面，该安装表面被设置为抵靠在轴承壳体上，所述第一壁被设置为在轴向上比所述第二壁离所述安装表面更远。
11.如前述权利要求中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线和所述最小间隙线呈不大于15度的角。
12.如前述权利要求中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述最小间隙线大体位于所述舌尖内。
13.如引用权利要求11的权利要求12所述的涡轮壳体，其中所述最小间隙线和所述舌尖侧向中心线大体上共线。
14.如前述权利要求中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线和所述涡轮轴呈不大于15度的角。
15.如前述权利要求中任意一项所述的涡轮壳体，该涡轮壳体还包括附加进气蜗壳，该附加进气蜗壳具有附加蜗壳通道，该附加蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋，所述蜗壳通道和所述附加蜗壳通道由分隔壁分隔开。
16.如权利要求15所述的涡轮壳体，其中所述分隔壁限定所述喉部的第二壁。
17.如权利要求15或16所述的涡轮壳体，该涡轮壳体还包括：
大体环形的附加喉部，该附加喉部被设置在所述附加蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述附加喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
附加舌部，该附加舌部在所述附加蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述附加蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述附加舌部终止于远端的附加舌尖，
其中所述附加蜗壳通道，所述附加喉部和所述附加舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和所述附加舌尖的平面中：
所述附加喉部限定附加最小间隙线，该附加最小间隙线是在所述附加喉部的所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；
所述附加蜗壳通道和所述附加舌尖一起限定附加初步入口区域；
所述附加最小间隙线和所述附加初步入口区域一起限定附加通道偏移线，该附加通道偏移线连接所述附加初步入口区域的质心和沿着所述附加最小间隙线一半处的点；
所述附加舌尖限定附加舌尖侧向中心线；
所述附加通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
在所述附加舌尖侧向中心线和所述附加通道偏移线之间限定至少60度的角。
18.如权利要求17所述的涡轮壳体，其中所述附加舌尖侧向中心线与所述附加喉部的第一壁相交的角以及所述附加舌尖侧向中心线与所述附加喉部的第二壁相交的角的总和为至少120度。
19.如权利要求15或16所述的涡轮壳体，该涡轮壳体还包括：
大体环形的附加喉部，该附加喉部被设置在所述附加蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述附加喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；
附加舌部，该附加舌部在所述附加蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述附加蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述附加舌部终止于远端的附加舌尖，
其中所述附加蜗壳通道，所述附加喉部和所述附加舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和所述附加舌尖的平面中：
所述附加舌尖限定附加舌尖侧向中心线；
所述附加通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且
所述附加舌尖侧向中心线与所述附加喉部的第一壁相交的角以及所述附加舌尖侧向中心线与所述附加喉部的第二壁相交的角的总和为至少120度。
20.一种涡轮组件，该涡轮组件包括涡轮叶轮，以及如前述权利要求中任意一项所述的涡轮壳体。
21.一种涡轮增压器，该涡轮增压器包括如权利要求20所述的涡轮组件。
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