CN106133291A - 具有噪声、振动和声振粗糙度降低装置的涡轮增压器 - Google Patents

具有噪声、振动和声振粗糙度降低装置的涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

一种具有噪声、振动和声振粗糙度(NVH)降低装置的涡轮增压器，包括：中心外壳，包括孔体，轴向所述孔体插入，所述轴的一侧与涡轮叶轮耦合，所述轴的另一侧与压缩机叶轮耦合；涡轮外壳，配置在所述中心外壳的一侧，在涡轮外壳形成有废气进口和废气出口，并且在涡轮外壳还配置有所述涡轮叶轮；压缩机外壳，配置在所述中心外壳的另一侧，在所述压缩机外壳形成有空气进口和空气出口，并且在压缩机外壳配置有压缩机叶轮，当所述涡轮叶轮转动且压缩空气朝向所述空气出口移动时，所述压缩机叶轮对从所述空气进口引入的空气进行压缩；以及空气减缓部，配置在所述压缩机外壳的所述空气进口和所述空气出口之间，对当所述压缩机叶轮转动时发生的空气流动进行减缓。

Description

具有噪声、振动和声振粗糙度降低装置的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种具有噪声、振动和声振粗糙度(NVH)降低装置的涡轮增压器，更具体地涉及一种具有能够使在压缩机外壳内部的气流中发生的异常噪声、振动和声振粗糙度最小化的具有噪声、振动和声振粗糙度降低装置的涡轮增压器。
背景技术
内燃机通过在气缸内燃烧空气和燃料的混合物而将热能转化为机械能。具有这种结构的内燃机必然排放已在气缸中燃烧的气体。众所周知用于使用废气提高发动机输出的装置。
通常，涡轮增压器使用废气的废气能量转动涡轮，并且转动与涡轮安装在相同轴线上的压缩机的吸气扇，由此强力地吸入空气。在这种情况下，涡轮增压器将进气空气引入内燃机的燃烧室，以便提高被吸入的空气量。因而，与自然吸气发动机相比，能够提高发动机的输出。
由于安装在柴油发动机中的涡轮增压器具有相对简单的结构和设计，因此近年来已经量产的大多数柴油汽车都配备有涡轮增压器。
随着对提高燃料效率和提高输出的需求增长，存在一种将涡轮增压器也安装在汽油发动机中的趋势。涡轮增压器能够获得降低尺寸的效果，其中发动机的废气量降低，并且有助于提高燃料效率和解决污染问题。
由于涡轮增压器通过以高速转动压缩机内部的压缩机叶轮而强力地吸入空气以提高发动机的输出，所以空气流在压缩机内部的空气运动路径上引起具有各种形式的噪声、振动和声振粗糙度(下文称为NVH)。
在压缩机外壳内流动的空气被压缩机叶轮压缩。在此过程中发生的噪声、振动和声振粗糙度被引入汽车内部。
因而，噪声绝缘材料或者噪声吸收材料配置在汽车内，以便噪声不被引入汽车内部。然而，这种阻断方法可能不仅引起汽车的制造成本升高，而且也在上述噪声、振动和声振粗糙度与汽车的其它噪声结合时引起更大的噪声。随着发动机的转速增大，废气的排放压力增大。因而，压缩机叶轮的转速增大。在这种情况下，在涡轮增压器中发生更大噪声。
特别地，已知当压缩机与进气空气在其中旋转的压缩机叶轮的叶片冲突时，当压缩机压缩进气空气时发生涡流，并且当涡流与压缩机叶轮配置在其中的压缩机外壳的内壁碰撞时，涡流引起噪声、振动和声振粗糙度。
通常，压缩机叶轮和压缩机外壳之间的距离增大，以便降低涡流。随着这种方法能够将噪声、振动和声振粗糙度降低至一定程度，但是空气的压缩效率可能降低。
发明内容
技术问题
本发明提供一种能够在防止空气的压缩效率降低的同时降低噪声、振动和声振粗糙度(NVH)的涡轮增压器。
解决问题的方案
根据本发明的一方面，一种具有噪声、振动和声振粗糙度降低(噪声、振动和声振粗糙度)装置的涡轮增压器包括：中心外壳，包括孔体，轴向所述孔体插入，所述轴的一侧与涡轮叶轮耦合，所述轴的另一侧与压缩机叶轮耦合；涡轮外壳，配置在所述中心外壳的一侧，在涡轮外壳形成有废气进口和废气出口，并且在涡轮外壳还配置有所述涡轮叶轮；压缩机外壳，配置在所述中心外壳的另一侧，在所述压缩机外壳形成有空气进口和空气出口，并且在压缩机外壳配置有压缩机叶轮，当所述涡轮叶轮转动且压缩空气朝向所述空气出口移动时，所述压缩机叶轮对从所述空气进口引入的空气进行压缩；以及空气减缓部，配置在所述压缩机外壳的所述空气进口和所述空气出口之间，对当所述压缩机叶轮转动时发生的空气流动进行减缓。
在所述空气进口和所述空气出口之间可形成有延伸管，在所述延伸管可形成有用于提高所述延伸管的体积的膨胀槽。
在所述膨胀槽的一端处可形成有第一倾斜表面，在所述膨胀槽的另一端处可形成有第二倾斜表面，并且第二倾斜表面的斜度可以比第一倾斜表面的平缓。
所述膨胀槽可以具有弧形横截面。
所述膨胀槽可以形成在从空气进口在相应于压缩机叶轮的前端的延伸管之间。
在压缩机叶轮的前端和后端中可形成有通孔，轴的前端配置在所述通孔内，以穿透压缩机叶轮的前端中的开孔，并且压力平衡槽可以形成在轴的一端中。
发明的效果
在根据本发明的实施例的涡轮增压器中，当压缩机叶轮转动时发生的涡流被引入压缩机外壳的空气减缓部并且被减缓，由此能够降低当涡流直接与压缩机外壳的内部表面碰撞时发生的噪声、振动和声振粗糙度。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的涡轮增压器的侧横截面图。
图2是根据本发明的另一实施例的涡轮增压器的压缩机外壳的必要部分的横截面图。
图3是根据图1中所示的实施例的涡轮增压器的压缩机外壳的必要部分的横截面图。
图4是根据本发明的实施例的涡轮增压器的压缩机外壳的部分切除透视图。
图5A是示出在根据现有技术的实施例的涡轮增压器中发生的噪声的曲线图，并且，图5B是示出在根据本发明的实施例的涡轮增压器中发生的噪声的曲线图。
图6是示出用于比较形成有图2中所示的空气减缓部的情况与未形成有空气减缓部的现有技术的涡轮增压器的情况的空气压力比的曲线图。
图7是示出用于比较形成有图3中所示的空气减缓部的情况与未形成有空气减缓部的现有技术的涡轮增压器的情况的空气压力比的曲线图。
具体实施方式
根据本发明的一方面，一种具有噪声、振动和声振粗糙度(NVH)降低装置的涡轮增压器包括：中心外壳，包括孔体，轴向所述孔体插入，所述轴的一侧与涡轮叶轮耦合，所述轴的另一侧与压缩机叶轮耦合；涡轮外壳，配置在所述中心外壳的一侧，在涡轮外壳形成有废气进口和废气出口，并且在涡轮外壳还配置有所述涡轮叶轮；压缩机外壳，配置在所述中心外壳的另一侧，在所述压缩机外壳形成有空气进口和空气出口，并且在压缩机外壳配置有压缩机叶轮，当所述涡轮叶轮转动且压缩空气朝向所述空气出口移动时，所述压缩机叶轮对从所述空气进口引入的空气进行压缩；以及空气减缓部，配置在所述压缩机外壳的所述空气进口和所述空气出口之间，对当所述压缩机叶轮转动时发生的空气流动进行减缓。
现在将参考其中示出本发明的例证性实施例的附图更充分地描述本发明。然而，本发明可以被具体化为许多不同的形式，并且不应被理解为限于本文提出的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开将透彻和完整，并且将本发明的概念完全地传达被本领域技术人员，并且本发明仅由权利要求的范围限定。本文中使用的术语仅是为了描述特殊实施例，并且无意限制本发明。本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也有意包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应理解，当在本说明书中使用时，“包括…”和/或“包含…”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是无意排除存在或者增加一个或者更多特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。应理解，虽然术语“第一”、“第二”等等可以在本文中用于描述各种组件，但是这些组件不应受这些术语限制。这些组件仅用于将一个组件与另一个组件区分。
图1是根据本发明的实施例的涡轮增压器的侧横截面图，图2是根据本发明的另一实施例的涡轮增压器的压缩机外壳的必要部分的横截面图，图3是根据图1中所示的实施例的涡轮增压器的压缩机外壳的必要部分的横截面图，并且图4是根据本发明的实施例的涡轮增压器的压缩机外壳的部分切除透视图。
参考图1，根据本发明的实施例的具有噪声、振动和声振粗糙度(NVH)降低装置的涡轮增压器，使用汽车的废气压缩空气并且将压缩空气供应至汽车的发动机，所述涡轮增压器包括中心外壳8、涡轮外壳2，以及配置在中心外壳8的右侧和左侧的压缩机外壳4。
在中心孔体8内安装有轴6，所述轴6的相对端配置在涡轮外壳2和压缩机外壳4内，所述轴6与涡轮叶轮12和压缩机叶轮22耦合。所述轴6向形成在中心孔体8内的孔体8a插入，从而所述孔体8a穿透中心外壳8的左侧和右侧。
如图1中所示，被耦合至轴6的右侧的涡轮叶轮12被形成有废气进口10和废气出口2a的涡轮外壳2包围，并且包围涡轮叶轮12的涡轮外壳2耦合至中心外壳8的右侧。
耦合至轴6的左侧的压缩机叶轮22被形成有空气进口20和空气出口18的压缩机外壳4包围，并且包围压缩机叶轮22的压缩机外壳4配置在中心外壳8的左侧。
因而，在废气被通过废气进口10引入涡轮外壳2并且通过废气出口2a排出的同时，废气引起通过轴6连接至涡轮叶轮12的压缩机叶轮22旋转。当压缩机叶轮22被旋转时，位于压缩机外壳4的空气出口20的空气被引入压缩机外壳4内，被压缩并且然后通过空气出口18传输至发动机。
被引入空气进口20的空气是这种进气空气，并且压缩程序与压缩机叶轮22或者压缩机叶轮22的叶片B碰撞。一些碰撞空气与压缩机外壳4的内侧表面碰撞，并且引起空气漩涡。
在这种情况下，发生噪声、振动和声振粗糙度。因而，在本发明中，用于减缓压缩机叶轮22转动时发生的空气流动的空气减缓部24形成在压缩机外壳4的空气进口20和空气出口18之间，以便降低噪声、振动和声振粗糙度。
在经过压缩机外壳4的空气进口20朝向空气出口18移动的空气与压缩机叶轮22碰撞后，空气减缓部24通过容纳和减缓具有漩涡形状，其次被朝向压缩机外壳4的内侧表面引导的空气而降低发生的噪声、振动和声振粗糙度。
现在将更详细地描述空气减缓部24。如图1中所示，形成空气的运动空间的延伸管20a形成在空气进口20和空气出口18之间，并且空气减缓部24形成在延伸管20a之间，以便通过提高各个延伸管20a的体积而容纳具有漩涡形状的空气。因而，当经过空气进口20引入的空气被压缩机叶轮22压缩时发生的漩涡被容纳在空气减缓部24中，并且降低了当漩涡与压缩机外壳4的内侧表面碰撞时发生的噪声、振动和声振粗糙度。
如图2中所示，膨胀槽24包括在膨胀槽24的右侧形成的第一倾斜表面24a，以及在膨胀槽24的左侧形成的，具有比第一倾斜表面24a更平缓的斜度的第二倾斜表面24b。具有近似平行于压缩机外壳4的内侧表面的横截面的延伸表面可以在第一倾斜表面24a和第二倾斜表面24b之间形成从而延伸。
同样地，如示出本发明的另一实施例的图3中所示，膨胀槽24可以形成为具有弧形横截面。
如图1和图4中所示，膨胀槽24可以形成在从空气进口20在相应于压缩机叶轮22的左端的延伸管20a之间。如上所述，膨胀槽24增大各个延伸管20a的体积。因而，当膨胀槽24形成在相应于压缩机叶轮22的叶片B的延伸管20a之间时，压缩效率可以降低。
因而，膨胀槽24的压缩机叶轮22的方向中的远端I可以形成为朝向空气进口20，而非压缩机叶轮22的叶片B移动。
图5A是示出在根据现有技术的实施例的涡轮增压器中发生的噪声的曲线图，并且图5B是示出在根据本发明的实施例的涡轮增压器中发生的噪声的曲线图。
在图5A和图5B的曲线图中，水平轴代表压缩机外壳4的空气进口20处的体积流量，垂直轴代表噪声、振动和声振粗糙度，并且在每条线上都示出压缩机叶轮的rpm。比较图5A和图5B，能够看出，当压缩机叶轮以相同rpm旋转时，噪声、振动和声振粗糙度降低。
例如，如图5A中所示，当未形成膨胀槽24时，压缩机外壳4的进口体积流量为0.06m3/sec，并且当压缩机叶轮以100000rpm旋转时，噪声、振动和声振粗糙度为72dbA至75dbA，而当根据本发明的膨胀槽形成时，在相同条件下的体积流量和压缩机叶轮转速下，能够看出噪声、振动和声振粗糙度被降为65dbA。
因而，当膨胀槽形成时，在涡轮增压器中发生的噪声、振动和声振粗糙度被有效地降低。
图6是示出用于比较形成有图2中所示的空气减缓部的情况(三角形所示)与未形成有空气减缓部的现有技术的涡轮增压器的情况(圆形所示)的空气压力比的曲线图，并且图7是示出用于比较形成有图3中所示的空气减缓部的情况(三角形所示)与未形成有空气减缓部的现有技术的涡轮增压器的情况(圆形所示)的空气压力比的曲线图。
在图6和图7的曲线图中，水平轴与图5A和图5B的水平轴相同，并且垂直轴代表当空气进口的压力被设为P1并且空气出口的压力被设为P2时，空气出口压力关于空气进口压力的压力比。在每条线上，与图5A和5B中相同，数字指示为压缩机叶轮的rpm。
参考图6，如上所述，形成具有图2的形状的空气减缓部有利于噪声、振动和声振粗糙度降低。然而，与根据现有技术的涡轮增压器相比，空气压缩的性能降低。例如，当压缩机叶轮以188000rpm旋转时，能够看出形成空气减缓部有利于噪声、振动和声振粗糙度降低，但是空气压缩性能降低。
另一方面，图7示出其中在相同条件下形成具有图3中所示的弧形状的空气减缓部的情况。能够看出，与根据现有技术的涡轮增压器和图2中所示的涡轮增压器相比，噪声、振动和声振粗糙度降低和压缩性能两者都提高。
同样地，根据本发明的另一实施例，通孔可以形成在压缩机叶轮22的前端和后端中，并且轴6的前端通过穿透压缩机叶轮22的前端中的开孔而配置在通孔内。压力平衡槽形成在轴6的前端中，以便当压缩机叶轮22旋转时可以防止发生漩涡。
附图标记的说明：
2：涡轮外壳
4：压缩机外壳
6：轴
8：中心外壳
8a：孔体
10：废气进口
12：涡轮叶轮
18：空气出口
20：空气进口
20a：延伸管
22：压缩机叶轮
24：空气减缓部、膨胀凹槽
24a：第一倾斜表面
24b：第二倾斜表面

Claims (5)

1.一种具有噪声、振动和声振粗糙度降低装置的涡轮增压器，包括：
中心外壳(8)，包括孔体(8a)，轴(6)向所述孔体(8a)插入，所述轴(6)的一侧与涡轮叶轮(12)耦合，所述轴(6)的另一侧与压缩机叶轮(22)耦合；
涡轮外壳(2)，配置在所述中心外壳(8)的一侧，在涡轮外壳(2)形成有废气进口(10)和废气出口(2a)，并且在涡轮外壳(2)还配置有所述涡轮叶轮(12)；
压缩机外壳(4)，配置在所述中心外壳(8)的另一侧，在所述压缩机外壳(4)形成有空气进口(20)和空气出口(18)，并且在压缩机外壳(4)配置有压缩机叶轮(22)，当所述涡轮叶轮(12)转动且压缩空气朝向所述空气出口(18)移动时，所述压缩机叶轮(22)对从所述空气进口(20)引入的空气进行压缩；以及
空气减缓部(24)，配置在所述压缩机外壳(4)的所述空气进口(20)和所述空气出口(18)之间，对当所述压缩机叶轮(22)转动时发生的空气流动进行减缓。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，在所述空气进口(20)和所述空气出口(18)之间形成有延伸管(20a)，在所述延伸管(20a)形成有用于提高所述延伸管(20a)的体积的膨胀槽(24)。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其中，在所述膨胀槽(24)的一端处形成有与各个所述延伸管(20a)成80至90度斜面的第一倾斜表面(24a)，在所述膨胀槽(24)的另一端处形成有与各个所述延伸管(20a)成30至50度斜面的第二倾斜表面(24b)。
4.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其中，所述膨胀槽(24)具有弧形横截面。
5.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其中，所述膨胀槽(24)形成在从所述空气进口(20)在相应于所述压缩机叶轮(22)的前端的所述延伸管(20a)之间。
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