CN108952847A

CN108952847A - 涡轮增压器组件

Info

Publication number: CN108952847A
Application number: CN201810459402.6A
Authority: CN
Inventors: J·L·克拉任克; R·M·托卡; V·J·泰路特奇
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: CN108952847B; US20180334958A1; DE102018111918A1; US10690052B2

Abstract

提供了一种防止液态水分82损坏贴附到排气管上的空燃比传感器的涡轮增压器组件。该涡轮增压器组件包括涡轮机壳体、涡轮机叶轮、限定在涡轮机壳体中的蜗壳，以及向上延伸的排气管。涡轮机壳体可以贴附到中心涡轮增压器壳体构件。涡轮机壳体包括前部区域和具有蜗壳的后部区域。涡轮机叶轮可以设置在涡轮机壳体中。液态水分82路径可以被限定在涡轮机壳体中并且被构造为提供从前部区域朝向蜗壳的液态流体连通。

Description

涡轮增压器组件

技术领域

本公开涉及用于车辆发动机中的涡轮增压器，并且更具体地涉及防止损坏涡轮机壳体中的氧气传感器的改进的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器可以包括连接到发动机的排气歧管的涡轮机壳体、连接到发动机的进气歧管的压缩机壳体，以及将涡轮机壳体和压缩机壳体连接在一起的中心支承壳体。涡轮机壳体中的涡轮机叶轮通过从排气歧管供应的排气的流入而被可旋转地驱动。可旋转地支撑在中心支承壳体中的轴将涡轮机叶轮连接到压缩机壳体中的压缩机叶轮，使得涡轮机叶轮的旋转引起压缩机叶轮的旋转。连接涡轮机叶轮和压缩机叶轮的轴限定了旋转轴线。随着压缩机叶轮的旋转，增加了经由发动机的进气歧管输送到发动机气缸的空气质量流量、气流密度和空气压力。

涡轮增压器将压缩空气输送到发动机进气口，允许更多的燃料燃烧，从而在不显著增加发动机重量的情况下提升发动机的功率。因此，涡轮增压器允许使用小型发动机，这些小型发动机产生与大型发动机(通常为吸气式发动机)相同的功率。在车辆中使用小型发动机具有减小车辆质量、提高性能和提升燃料经济性的期望效果。此外，涡轮增压器的使用允许输送到发动机的燃料的更完全燃烧，这有助于高度期望的清洁环境的目标。

在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此其可能包含不构成在该国已为本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供了一种涡轮增压器组件，其防止液态水分82损坏贴附于排气管的空燃比传感器。该涡轮增压器组件包括涡轮机壳体、涡轮机叶轮、限定在涡轮机壳体中的蜗壳，以及向上延伸的排气管。涡轮机壳体可以贴附到中心涡轮增压器壳体构件。涡轮机壳体包括前部区域和具有蜗壳的后部区域。涡轮机叶轮可以设置在涡轮机壳体中。液态水分82路径可以被限定在涡轮机壳体中并且被构造为提供从前部区域朝向蜗壳的液态流体连通。应该理解的是，传感器可以但不是必须作为涡轮增压器组件的一部分被包括。

形成在涡轮机壳体中的液态水分82路径可以包括大致平坦区域和颈部区域。颈部区域可以与涡轮机的轴相邻。大致平坦区域可以操作性地构造成将液体从前部区域引导至颈部区域。颈部区域可以操作性地构造成引导液体朝向并进入蜗壳以及远离涡轮机壳体的前部区域。

还应理解的是，蜗壳可以操作性地构造成捕集液体，直到加热排气流加热液体并将液体蒸发成气态水分。

此外，涡轮机可以操作性地构造成当气态水分作为加热排气流的一部分从后部区域行进到前部区域时进一步分散气态水分。在上述组件中包括传感器的情况下，传感器是对任何与液体的接触敏感的空燃比传感器。

从以下参照附图考虑的详细描述，本公开及其特定特征和优点将变得更显而易见。

附图说明

从以下详细描述、最佳模式、权利要求书和附图，本公开的这些和其他的特征及优点将显而易见，在附图中：

图1是具有涡轮增压器的现有技术发动机的局部示意性横截面图。

图2是根据本公开的涡轮增压器组件的局部透视图，其具有改进的涡轮机壳体和新型向上延伸的排气管。

图3是贴附于传统涡轮机壳体的新型向上延伸的排气管的局部示意性横截面图。

图4是根据本公开的各个实施例的图2的涡轮增压器组件的局部示意性横截面图，其中涡轮增压器组件包括新型改进的涡轮机壳体以及图3的新型向上延伸的排气管。

图5是图4的改进的涡轮机壳体的局部视图。

贯穿附图的几个视图的描述，相似的附图标记表示相似的部件。

具体实施方式

现在将详细参考本公开目前优选的组成、实施例和方法，这些构成发明人目前已知的实践本公开的最佳模式。附图不一定是按比例的。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的可以以各种和替代形式实施的示例。因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为本公开的任何方面的代表性基础和/或作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本公开的代表性基础。

除了在示例中或者在另外明确指出的情况下，本说明书中表示材料的量或反应条件和/或使用条件的所有数值量在描述本公开的最宽范围时应被理解为由词语“大约”修饰。在所述的数值限制范围内的实践通常是优选的。另外，除非有明确的相反说明，否则百分比、“份数”和比值按重量计；与本公开有关的对于给定目的适合或优选的一组或一类材料的描述，意味着该组或该类中的任何两个或更多个成分的混合物同样是适合或优选的；首字母缩写词或其他缩写词的首次定义适用于本文相同缩写词的所有后续使用，并在必要的修改后适用于最初定义的缩写词的正常语法变型；并且，除非有明确的相反说明，否则性质的测量通过与之前或之后参考的同一性质相同的技术来确定。

还应理解的是，本公开不限于下面描述的具体实施例和方法，因为具体部件和/或条件当然可以变化。此外，本文使用的术语仅用于描述本公开的特定实施例的目的，并不旨在以任何方式进行限制。

还必须注意到，如说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物。例如，涉及单数形式的部件旨在包括多个部件。

术语“包括”与“包含”、“具有”、“含有”或“由......表征”是同义的。这些术语是包含性的和开放式的，并且不排除另外的、未列举的元件或方法步骤。

短语“由...组成”排除权利要求中未指定的任何元件、步骤或成分。当该短语出现在权利要求主体的一个从句中而不是紧接在引言后面时，它仅限制该从句中提及的元件；并不将其他元件排除在权利要求整体之外。

短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制为指定的材料或步骤加上不会实质地影响所要求保护的主题的基本和新颖特征的那些材料或步骤。

术语“包括”、“由......组成”和“基本上由...组成”可以替代地使用。在使用这三个术语之一的情况下，目前公开和所要求保护的主题可以包括使用其他两个术语中的任一个。

在整个本申请中，当引用出版物时，这些出版物的公开内容整体通过引用到本申请中而结合于此，以更充分地描述本公开所属领域的状态。

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开或者本公开的应用和用途。此外，不旨在受前面背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的限制。

如图1所示，示意图总体上示出了具有传统排气管10的发动机的布局，该传统排气管相对于涡轮机壳体24以传统向下方向延伸。在该实施例中，作为示例示出的内燃机(发动机1)是V-6发动机。如图1所示，用于向气缸分配并供应进气的进气歧管2附接到发动机1。而且，用于收集从气缸排出的排气的排气歧管附接到发动机1。

用于从大气吸入空气的进气管4连接到进气歧管2。空气滤清器5附接到进气管4的入口。进气歧管2和进气管4结合的部分对应于“进气通道”。

沿进气流方向在进气歧管2的上游侧，设置有用于调节进入发动机1的进气量的节流阀6。节流阀6由节流电机6a和电子控制单元(ECU)50操作。而且，将料直接喷射到气缸的喷射器(燃料喷射阀)7、火花塞8等附接到发动机1。

第一排气歧管3A连接到发动机1的气缸的相应排气端口。第二排气歧管3B连接到发动机气缸的其他相应的排气端口。各排气歧管3A、3B在上游侧形成为分叉，并且在下游侧具有合并成一体的形状。简言之，发动机1的排气歧管的形状是二合一形状。

而且，涡轮增压器20附接到两个排气歧管3A、3B的下游侧。涡轮增压器20是通过使用排气压力对进气(新鲜空气)增压并将进气供应到发动机1的增压器。涡轮增压器20至少设有涡轮机叶片21、压缩机叶轮22等。

作为涡轮增压器20的基本操作，涡轮机叶片21通过从发动机1排出到排气歧管3A、3B的排气的能量而旋转。当压缩机叶轮22与上述旋转的涡轮机叶片21一体地旋转时，吸入到进气管4中的空气被增压。然后，迫使将上述空气进入发动机1的各个气缸的燃烧室。由压缩机叶轮22增压的空气通过中间冷却器9冷却。沿进气流方向，在压缩机叶轮22的下游，中间冷却器9布置在进气管4中。

涡轮机叶片21设置成能够在涡轮机壳体24内旋转。压缩机叶轮22设置在设置于进气管4的中间的压缩机壳体25内。压缩机叶轮22附接到与涡轮机叶片21一体的涡轮轴23。因此，涡轮机叶片21和压缩机叶轮22彼此一体地旋转。

用于将排气释放到大气中的传统向下排气管10连接到涡轮机壳体24的下游侧。传统向下排气管10是称为“弯头”的部件。传统向下排气管10是具有如下形状的排气管：其沿着从涡轮机叶片21送出的排气的排出方向笔直延伸，然后以大约90度弯曲并且从涡轮机叶片21和壳体24沿竖直方向向下延伸。简言之，上述传统向下排气管10是形成为例如“倒置的反L形”的排气管。在传统向下排气管10的向下部分中设置有用于净化排气的催化剂11。此外，在催化剂11的上游，在排气管10中设置有空燃比传感器66。考虑到传统向下排气管10沿向下方向延伸，当排气冷却时形成的任何水分将沿着排气管远离设置在传统向下排气管10的顶部区域处的空燃比传感器向下行进。

与图1的传统向下延伸的排气管相比，本公开提供了一种新型向上延伸的排气管72’、96，其提供用于改进的车辆总布置(图2)。图2是本公开的涡轮增压器组件的局部外视图，其中排气管72、96从涡轮增压器106沿新型向上方向(而不是传统向下方向)延伸。然而，新型从传统涡轮机壳体24’(图3)向上延伸的排气管存在如下新问题：在排气管72’中产生的水分可能聚集在传统涡轮机壳体24’的在涡轮机叶轮21’的下方和/或前方的基座73’处。

因此，当发动机重新启动时，涡轮机叶轮21’趋于将收集的液体(图3中的82)向上喷射到排气管72’中并且喷射到传统涡轮机壳体24’的空燃比传感器66上(图3)。应理解的是，空燃比传感器66’可能对与液态水分82的接触非常敏感，并且因此可能由于这种情况而损坏。

如图3所示，传统涡轮机壳体24’包括收集区域70，其中液体80(来自冷却排气)在涡轮机叶片21’的前方和/或下方收集在收集区域70处。收集区域70可以是如图3所示的凹槽的形式，或者其可以是靠近涡轮机叶轮21’限定在传统涡轮机壳体24’中的表面。因此，当从冷却排气产生的任何液态水分82被捕获在靠近排气管72’的基部的涡轮机壳体24’中的涡轮机叶轮21’的前方和/或下方(在收集区域70中)时，考虑到在发动机重新启动并且涡轮机叶轮21’旋转时，可能将这种液体82喷射到传感器66’上。

鉴于液态水分82损坏空燃比传感器66’的上述问题，本公开提供了一种涡轮增压器组件12(图4和图5)，其包括但不限于改进的涡轮机壳体76和新型向上延伸的排气管96、72’。本公开的涡轮增压器组件蒸发、雾化并分散液态水分82，使得液态水分82不损坏空燃比传感器94(如图4所示)。现在参照图5，示出了根据本发明的改进的涡轮增压器组件12的涡轮机壳体76中的局部示意图，其中涡轮机叶轮78(图4中示出)被移除以使得能够看到所限定的液态水分路径80。所限定的液态水分路径80可以操作性地构造成将(在涡轮机壳体76和/或排气管96中形成的)液态水分82转移或引导到蜗壳90中(如图4所示)。当发动机98关闭并且热排气冷却时，形成液态水分82。

液态水分路径80(图5中所示)被限定在本公开的改进的涡轮机壳体76中。液态水分路径80包括大致平坦区域84和颈部表面86。大致平坦区域84通常可以设置在涡轮机叶轮78下方并且可以进一步朝向涡轮机壳体76的前边缘88延伸。大致平坦区域84操作性地构造成将初始形成在排气管96中的液体82朝向颈部表面86引导，使得液态水分82可以被供给到在涡轮机壳体76的后部区域100中位于涡轮机叶轮78后面的蜗壳90中(如图4所示)。因此，蜗壳90构造成收集从冷却排气产生的液态水分82。

应理解的是，考虑到涡壳90更靠近发动机的燃烧室，为了更好地将收集到的液态水分82加热到高温，优选的是使蜗壳90在涡轮机叶轮78后面收集液态水分82。在重新启动发动机时，涡轮机叶轮78后面的加热排气102使得收集在蜗壳90中的液体82升温并蒸发。蒸发的水分92然后可以行进通过进一步分散水分92的旋转的涡轮机叶轮78，使得蒸发的水分92可以容易地被携带经过传感器74并且通过向上延伸的排气管96到达催化转化器98。因此，在重新启动时涡轮增压器组件12的传感器74不再与液态水分82发生不可接受的接触。

因此，如上所述，根据本公开的涡轮增压器组件可以包括改进的涡轮机壳体76(图4和图5)、涡轮机叶轮78、限定在涡轮机壳体76中的蜗壳90，以及向上延伸的排气管96。涡轮机壳体76可以贴附到中心涡轮增压器壳体构件104。涡轮机壳体76包括前部区域98和具有蜗壳90或多个蜗壳90的后部区域100。如图所示，涡轮机叶轮78可以设置在涡轮机壳体76中。如图5所示，液态水分路径80可以进一步限定在涡轮机壳体76中。液态水分路径80构造成提供从前部区域98朝向蜗壳90的液态流体连通。应理解的是，传感器74可以但不是必须作为涡轮增压器组件12的一部分被包括。

形成在涡轮机壳体76中的液态水分路径80可以包括大致平坦区域84和颈部区域86。颈部区域86可以靠近涡轮机的轴108，而大致平坦区域84可以设置在涡轮机叶轮78的叶片110的下方并且可以延伸到涡轮机壳体76的前边缘99(在涡轮机叶轮78前方)。大致平坦区域84可以操作性地构造成将来自涡轮机壳体76的前部区域98的液态水分82引导至涡轮机壳体76的后部区域100。颈部区域86可以操作性地构造成引导液体82朝向并进入蜗壳90以及远离涡轮机壳体76的前部区域98。还应理解的是，蜗壳90可以操作性地构造成捕集液体82，直到加热排气流102加热液体82并将液体蒸发成气态水分112。

此外，涡轮机叶轮76可以操作性地构造成当气态水分112作为加热排气流102的一部分从后部区域100行进到前部区域98时进一步分散气态水分112。在传感器74被包括在前述组件12中的情况下，传感器74是对任何与液体82的接触敏感的空燃比传感器。

尽管在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但应该理解的是存在大量的变型。还应该理解的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、应用或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例或多个示例性实施例的便利路线图。应该理解的是，在不脱离如所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims

1.一种涡轮增压器组件，包括：

涡轮机壳体，其贴附到中心涡轮增压器壳体构件，所述涡轮机壳体具有前部区域和后部区域；

涡轮机叶轮，其设置在所述涡轮机壳体中；

蜗壳，其限定在所述涡轮机壳体的所述后部区域中；

液态水分路径，其限定在所述涡轮机壳体中，所述液态水分路径提供从所述前部区域朝向所述后部区域中的蜗壳的液态流体连通；

向上延伸的排气管，其贴附到所述涡轮机壳体的所述前部区域；以及

传感器，其贴附到所述向上延伸的排气管。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中，所述液态水分路径包括大致平坦区域和颈部区域。

3.根据权利要求2所述的涡轮增压器组件，其中，所述大致平坦区域操作性地构造成将液体从所述前部区域引导至所述颈部区域。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压器组件，其中，所述颈部区域操作性地构造成引导液体朝向并进入所述蜗壳以及远离所述涡轮机壳体的所述前部区域。

5.根据权利要求4所述的涡轮增压器组件，其中，所述蜗壳操作性地构造成捕集液体，直到加热排气流加热液体并将液体蒸发成气态水分。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器组件，其中，所述涡轮机叶轮操作性地构造成当所述气态水分作为所述加热排气流的一部分从所述后部区域行进至所述前部区域时进一步分散所述气态水分。

7.根据权利要求6所述的涡轮增压器组件，其中，所述传感器是对任何与液体的接触敏感的空燃比传感器。

8.一种涡轮增压器组件，包括：

涡轮机叶轮，其设置在所述涡轮机壳体中；

蜗壳，其限定在所述涡轮机壳体的所述后部区域中；

液态水分路径，其限定在所述涡轮机壳体中，所述液态水分路径提供从所述前部区域朝向所述后部区域中的蜗壳的液态流体连通；以及

向上延伸的排气管，其贴附到所述涡轮机壳体的所述前部区域。

9.根据权利要求8所述的涡轮增压器组件，其中，所述液态水分路径包括大致平坦区域和颈部区域。

10.根据权利要求9所述的涡轮增压器组件，其中，所述大致平坦区域操作性地构造成将液体从所述前部区域引导至所述颈部区域。