CN110894807B - 具有去涡旋肋的涡轮增压器涡轮扩散器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供具有去涡旋肋的涡轮增压器涡轮扩散器。公开了一种配置用于涡轮增压器的涡轮扩散器。涡轮扩散器可包括：扩散器壁，其限定扩散器并围绕扩散器的中心轴线；以及多个去涡旋肋，每个去涡旋肋沿扩散器壁轴向延伸。每个去涡旋肋可以具有附接到扩散器壁的第一端，以及暴露在扩散器的内部空间中的相反的第二端。去涡旋肋可以配置成减少流过扩散器的排气的旋转。

Description

具有去涡旋肋的涡轮增压器涡轮扩散器
技术领域
本公开总体上涉及涡轮增压器，并且更具体地，涉及具有用于减少排气流的旋转的去涡旋肋的涡轮增压器涡轮扩散器。
背景技术
车辆发动机系统可包括涡轮增压器，其使用排气流来增加供应到发动机的进气的增压压力。具体地，涡轮增压器可具有带压缩机叶轮的压缩机区段，以及具有涡轮机叶轮和在涡轮机叶轮下游的扩散器的涡轮机区段。通过涡轮机区段的排气流可以使涡轮机叶轮旋转并通过互连轴驱动压缩机叶轮旋转。旋转的压缩机叶轮可以对通过进气歧管供应到发动机的进气加压。
在涡轮机区段的设计点处，排气流离开涡轮机叶轮，相对于涡轮机壳体的涡旋/旋转很少或没有。设计点表示在给定速度下产生涡轮机区段的峰值运行效率的质量流量。当质量流量偏离设计点时，认为涡轮机区段在非设计条件下运行，其中离开涡轮机叶轮的排气流表现出相对于涡轮机壳体的旋转。在非设计条件下离开涡轮机叶轮的涡旋或旋转的排气流由于角动量的守恒而可能径向向外朝向扩散器的极限移动。
许多柴油发动机系统包括排气管中的后处理系统，以去除或降低排气流中某些污染物的水平。这种后处理系统使用各种催化剂，其选择性地转化排气流中的目标污染物。发动机制造商越来越多地将后处理催化剂(例如柴油氧化催化剂(DOC))定位在更接近涡轮机区段的排放部的位置。例如，DOC催化剂可以放置在涡轮扩散器的下游端的紧邻下游，或者甚至可以突出到涡轮扩散器中。当气体离开涡轮机叶轮时，这种布置有利地为催化剂提供高温排气，促进催化剂起燃和排气流中的目标污染物的催化转化。然而，在非设计条件下，涡旋/旋转的排气可径向向外朝向催化剂的外边缘移动。因此，在非设计条件下，排气可能不均匀地分布在催化剂的表面上，导致催化效率降低。
美国专利申请No.2016/0245119公开了一种涡轮增压器扩散器，其具有在扩散器内的中心体，该中心体由从扩散器的壁延伸的去涡旋叶片支撑。中心体和去涡旋叶片生成用于流过扩散器的排气的去涡旋通道。虽然有效，但该文献没有提及使用去涡旋通道来促进排气流均匀分布在下游后处理催化剂的表面上。
因此，需要一种策略来改善位于涡轮机区段排放部附近的后处理催化剂的排气流的均匀性。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种配置用于涡轮增压器的涡轮扩散器。涡轮扩散器可包括扩散器壁，扩散器壁限定扩散器并环绕扩散器的中心轴线。涡轮扩散器还可包括多个去涡旋肋，每个去涡旋肋沿扩散器壁轴向延伸。每个去涡旋肋可以具有附接到扩散器壁的第一端，以及暴露在扩散器的内部空间中的相对的第二端。去涡旋肋可以配置成减少流过扩散器的排气的旋转。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于发动机系统的涡轮增压器。发动机系统可以具有带有后处理催化剂的排气管，用于处理由发动机系统产生的排气。涡轮增压器可包括压缩机区段和涡轮机区段，涡轮机区段通过轴可旋转地联接到压缩机区段。涡轮机区段可包括涡轮机叶轮和涡轮机叶轮下游的扩散器。扩散器可以由扩散器壁限定，该扩散器壁围绕扩散器的中心轴线周向延伸并围绕扩散器的内部空间。涡轮增压器还可包括沿扩散器壁轴向延伸的多个去涡旋肋。每个去涡旋肋可以具有附接到扩散器壁的第一端、以及暴露用于与流过扩散器的内部空间的排气接触的相反的第二端。去涡旋肋可以配置成降低流过扩散器的排气的切向速度。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于向具有涡轮增压器的发动机系统的后处理催化剂提供均匀分布的排气流的方法。后处理催化剂可以邻近涡轮增压器的涡轮扩散器的下游端定位。该方法可以包括提供沿着扩散器的扩散器壁轴向延伸的多个去涡旋肋。每个去涡旋肋可以具有附接到扩散器壁的第一端，以及暴露在扩散器的内部空间中的相反的第二端。该方法还可以包括：如果排气旋转，则使用去涡旋肋使流过扩散器的排气流矫直，并且允许矫直的排气流流动到后处理催化剂。
当结合附图阅读时，将更容易理解本公开的这些和其他方面和特征。
附图说明
图1是根据本公开构造的具有涡轮增压器的车辆发动机系统的示意图，涡轮增压器具有涡轮机区段，并且后处理催化剂位于涡轮机区段的排放部附近或排放部处。
图2是穿过图1的涡轮增压器的涡轮机区段的一部分的截面图，示出了根据本公开构造的涡轮机区段的扩散器中的去涡旋肋。
图3是根据本发明构造的从图2的方向3观察的扩散器的端视图。
图4是类似于图3的端视图，但是根据本公开构造的去涡旋肋相对于扩散器壁成角度。
图5是类似于图2的涡轮机区段的截面图，但是根据本公开构造的去涡旋肋的高度沿着扩散器的长度是恒定的。
图6是类似于图2的涡轮机区段的截面图，但是根据本公开构造的去涡旋肋沿着扩散器壁具有不同的起始点。
图7是类似于图6的涡轮机区段的截面图，但是根据本公开构造的去涡旋肋具有沿着扩散器壁的不同起始点和不同终止点。
图8是类似于图2的涡轮机区段的截面图，但是根据本公开构造的去涡旋肋具有T形横截面。
图9是根据本公开构造的T形去涡旋肋对旋转的排气流的影响的示意图。
图10是类似于图2的涡轮机区段的截面图，但是根据本公开构造的一个去涡旋肋具有用于安装氮氧化物(NOx)传感器的安装结构。
图11是类似于图10的涡轮机区段的截面图，但是根据本公开构造的NOx传感器安装在去涡旋肋上。
图12是根据本公开的方法在提供后处理催化剂的表面上的排气流的均匀分布时可涉及的一系列步骤的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，并且具体参考图1，示出了示例性发动机系统10。发动机系统10可以安装在车辆中，或者它可以用于固定应用(例如，发电机组)。发动机系统10包括柴油发动机12，柴油发动机12具有进气歧管14，以将进气15供应到发动机12的燃烧室以进行燃烧。发动机系统10还包括排气歧管16，其将发动机12中产生的排气引导至涡轮增压器18。涡轮增压器18使用排气流来增加供应至发动机12的进气15的增压压力，通过允许更多燃料燃烧来提高发动机的功率密度。可选地，发动机系统10还可包括排气再循环(EGR)系统20，用于通过再循环管线21将排气再循环回发动机12，以降低发动机12中的燃烧温度以及氮氧化物(NOx)的形成。
涡轮增压器18包括具有压缩机叶轮24的压缩机区段22和具有涡轮机叶轮28的涡轮机区段26。轴30可旋转地连接压缩机叶轮24和涡轮机叶轮28。排气流通过涡轮机区段26，使涡轮机叶轮28旋转，从而通过互连轴30驱动压缩机叶轮24的旋转。旋转的压缩机叶轮24对通过进气歧管14供应至发动机12的进气15加压。对于给定体积，加压的进气15密度比大气压下的空气密度高。因此，可以以给定的空气/燃料比将更多的燃料添加到加压的进气15，并且可以通过燃烧更大量的燃料产生更多的动力和扭矩。
后处理催化剂32(例如柴油氧化催化剂(DOC)34)可以位于涡轮机区段26的排放部处或附近，以在排气通过排气管36释放到环境之前催化转化排气流中的一种或多种污染物。尽管未在图1中示出，但应理解的是，发动机系统10可在排气管36中具有额外的后处理催化剂，以降低排气流中的污染物水平。
涡轮机区段26的结构在图2中更详细地示出。涡轮机区段26包括在涡轮机叶轮28下游并且由扩散器壁40限定的扩散器38，扩散器壁40环绕扩散器38的中心轴线42。扩散器壁40周向地围绕并限定扩散器38的内部空间44，离开涡轮机叶轮28的排气在进入排气管36之前流动通过扩散器38。扩散器壁40从上游端46轴向延伸到下游端48，并且后处理催化剂32可以邻近扩散器38的下游端48定位在排气管36中(也参见图5)。然而，在一些情况下，后处理催化剂32可以突出到扩散器38的内部空间44中。扩散器壁40可以成角度，使得扩散器38的截面积从上游端46到下游端48增加。
扩散器38包括沿扩散器壁40轴向延伸的多个去涡旋肋50。根据各种设计考虑，扩散器38可具有2至约30个去涡旋肋50，不过在某些情况下扩散器38可具有多于30个去涡旋肋50。去涡旋肋50构造成在非设计条件下减少流过扩散器38的旋转排气流52的旋转。图2描绘了旋转的排气流52在非设计条件下与一个去涡旋肋50撞击时被矫直。具体地，旋转排气流52撞击在去涡旋肋50的侧面54上，从而减小了旋转流的切向速度。排气流的矫直防止排气径向向外移动到扩散器壁40的外部边界并主要分布在后处理催化剂32的外边缘周围。矫直的排气流更均匀地分布在后处理催化剂32的表面上，以提高催化效率。然而，当涡轮机区段26在设计点处操作并且排气轴向流动(不旋转)时，去涡旋肋50对排气的流动方向的影响可能很小或者没有，并且可以保持非旋转的流动。
去涡旋肋50可以围绕扩散器壁40的内周均匀地间隔开，在肋50之间具有相等的角间距。在其它布置中，去涡旋肋50可以不对称地分布，在去涡旋肋50之间具有变化的角间距。每个去涡旋肋50可以具有从上游起点56开始并终止于下游终点58的轴向长度(l)，并且肋50的起点56和终点58在扩散器38的各种设计中可以沿着扩散器壁40位于不同的位置。例如，尽管图2描绘了去涡旋肋50的终点58与扩散器38的下游端48齐平，但是去涡旋肋50在扩散器38的替代设计中可以终止在更上游位置(参见下面的进一步讨论)。
每个去涡旋肋50具有附接到扩散器壁40的径向向外的第一端60和相反的径向向内的第二端62，第二端62在扩散器38的内部空间44中暴露，以与流过其中的排气接触。去涡旋肋50可以与扩散器壁40一体地形成，或者它们可以通过焊接或其他合适的附接方法附接到其上。去涡旋肋50仅在径向向外的第一端60处连接到扩散器壁40，并且不附接到扩散器38内的任何其他结构。确切地说，去涡旋肋50是沿着扩散器壁40轴向延伸的小块，不会过多突出到涡轮机叶轮28的排放部中。去涡旋肋50不会横过扩散器38，并且不会接近中心轴线42。认为这种布置可以增强去涡旋肋50在涡轮扩散器38的高振动环境中的稳定性，同时还使从去涡旋肋50反射的压力波最小化，该压力波可能撞击涡轮机叶轮28并在涡轮机叶轮28处引起不希望的振动。
每个去涡旋肋50具有从径向向外的第一端60到径向向内的第二端62测量的高度(h)。如图2所示，去涡旋肋50的高度(h)沿着扩散器壁40的长度增加，使得去涡旋肋50沿着扩散器壁40朝向下游逐渐变高。去涡旋肋50的较高部分可以更有效地防止排气流越过肋50并绕过肋50的矫直影响。此外，去涡旋肋50的长度(l)可以短于或等于扩散器38的轴向长度。在轴向方向上，去涡旋肋50可以平行于扩散器38的中心轴线42延伸，如图所示，不过在可选的布置中，去涡旋肋50可以相对于中心轴线42成角度或弯曲。
现在转到图3，去涡旋肋50可以朝向中心轴线42径向向内延伸，使得去涡旋肋50垂直于扩散器壁40，并且径向向内的第二端62直接指向中心轴线42。或者，如图4所示，去涡旋肋50可以相对于扩散器壁40成角度或倾斜，使得径向向内的第二端62不直接指向中心轴线42。如果相对于扩散器壁40倾斜或成角度，如图所示，去涡旋肋50可以全部沿相同方向成角度。
在替代布置中，去涡旋肋50的高度(h)沿着扩散器壁40的长度可以是恒定的，如图5所示。另外，去涡旋肋50可以在轴向上具有不同的长度(l)，如图6-7所示。例如，去涡旋肋50的起点56可以沿着扩散器壁40定位在各个轴向位置处(见图6)。或者，去涡旋肋50的起点56和终点58都可以沿着扩散器壁40定位在各个轴向位置处(见图7)。
图2-7的去涡旋肋50具有矩形截面。在另一个实施例中，扩散器壁40具有横截面为T形的去涡旋肋70，如图8-9所示。具体地，每个T形去涡旋肋70具有径向延伸的杆72，杆72在径向向内的第二端62处由侧向横杆74覆盖。横杆74可以防止或阻挡旋转的排气流52越过去涡旋肋70，并且可以更积极地降低流52的切向速度。如图8-9所示，旋转排气流52可以撞击在径向延伸杆72的侧面76和/或横杆74的下唇78上，下唇78防止排气流越过肋50。排气流52对侧面76和/或下唇78的冲击可在流动中产生湍流，这有助于在轴向方向上引导流动。横杆74可以沿着去涡旋肋70的整个轴向长度(l)延伸(见图8)。此外，T形去涡旋肋70的高度可以沿着扩散器38的长度逐渐增加，如图8所示，不过高度沿着扩散器38的长度也可以是恒定的。另外，如上面参考图2-7所述，T形去涡旋肋70可以平行于扩散器38的中心轴线42延伸，或者可以相对于中心轴线42成角度或弯曲。T形去涡旋肋70相对于彼此可以具有相同的或者变化的轴向长度，并且T形去涡旋肋70的数量和角间距可以根据各种设计考虑而变化。
在替代实施例中，一个或多个去涡旋肋50(或T形去涡旋肋70)包括用于安装NOx传感器82的安装结构80(参见图10-11)。安装结构80可以是焊接或以其他方式固定到去涡旋肋50的凸台84，其有助于将NOx传感器82安装到去涡旋肋50。或者，安装结构80可以是便于安装NOx传感器82的其他类型的结构，例如但不限于紧固件、紧固件接收器或突出特征。NOx传感器82可以暴露在去涡旋肋50的表面上，以促进NOx传感器82暴露于离开涡轮机叶轮28的排气。在一些布置中，NOx传感器82可以嵌入或部分嵌入在去涡旋肋50中，使得NOx传感器82在内部定位在去涡旋肋肋50内。
与在当前系统中将NOx传感器82置于扩散器壁40上相比，将NOx传感器82安装到去涡旋肋50提供了一些优点。当排气在设计点和非设计条件下离开涡轮机叶轮28时，去涡旋肋50上的NOx传感器82可更多地暴露于排气。相比之下，当涡轮机在设计点操作时，现有技术的扩散器壁安装的NOx传感器可暴露于再循环的排气流。NOx传感器82置于去涡旋肋50上使得NOx传感器82稍微更深地定位到排气流中，以在排气从涡轮机叶轮28排出时增强排气中的NOx检测。去涡旋肋50还可以支持NOx传感器82在扩散器38的高振动环境中的结构稳定性。
工业适用性
通常，本公开的教导可以在许多行业中找到适用性，包括但不限于汽车行业。例如，本公开的教导可适用于使用发动机系统的工业，该发动机系统具有涡轮增压器和位于涡轮增压器的涡轮机区段的排放部处或附近的后处理催化剂。
图12是显示根据本公开在提供排气流在后处理催化剂32的面上的均匀分布时可涉及的一系列步骤的流程图。如图所示，这些步骤可以根据涡轮机区段26是在设计点还是在非设计条件下操作而变化。如果涡轮机区段26在非设计条件下操作，则根据方框100旋转排气流可以从涡轮机叶轮28排放到扩散器38中。然后当旋转的排气沿着扩散器壁40撞击去涡旋肋50(或T形去涡旋肋70)时可以使旋转的排气流矫直(或者至少部分地矫直)成非旋转的轴向流动(方框102)。然而，如果涡轮机区段26在设计点处操作，则从涡轮机叶轮28排出的排气流可以轴向流动并且可以是非旋转的(方框104)，使得去涡旋肋50或70不影响排气流动方向(方框106)。因此，在设计点条件或非设计条件下，根据方框108，可以向后处理催化剂32提供基本上直的或非旋转的排气。因此，在设计点和非设计条件下都实现排气在后处理催化剂32的面上均匀分布，以支持催化剂32的催化效率(方框110)。这是优于现有技术系统的优点，在现有技术系统中后处理催化剂位于扩散器的下游端处或附近，并且仅当涡轮机在设计点条件下操作时，才能实现排气在催化剂的面上的均匀分布。
本公开提供了沿涡轮扩散器的扩散器壁的多个去涡旋肋，其作为从涡轮机叶轮排出的排气的流动矫直器。当排气在非设计条件下旋转时，去涡旋肋可以降低排气的切向速度，但是在设计点条件下可能对非旋转排气流影响很小或没有。在旋转排气撞击在去涡旋肋上时，可能在流动中产生湍流并且流动被轴向引导。在一些实施例中，去涡旋肋可以具有带有横杆的T形，横杆可以帮助捕获旋转的排气以防止排气绕过去涡旋肋的矫直影响。因此，在设计点和非设计条件下都向后处理催化剂提供非旋转排气流。非旋转的排气流更均匀地分布在催化剂的表面上以提高催化效率。这是对现有技术系统的改进，在现有技术系统中，旋转排气在非设计条件下主要流到催化剂的外边缘。
此外，一个去涡旋肋可以提供用于将NOx传感器安装在涡轮扩散器中的位置。将NOx传感器安装在去涡旋肋上而不是像现有技术那样直接安装在扩散器壁上，当排气在设计点和非设计条件下从涡轮机叶轮排出时都更有利地将NOx传感器定位成暴露于排气。此外，去涡旋肋的结构可以在涡轮扩散器的高振动环境中支撑NOx传感器，从而减少传感器处的振动和破裂的可能性。

Claims (20)

1.一种配置用于涡轮增压器的涡轮扩散器，包括：
单个扩散器壁，其限定扩散器并环绕扩散器的中心轴线，其中扩散器壁相对于扩散器的中心轴线成角度，使得扩散器的截面积随着扩散器壁从接近涡轮增压器的涡轮机叶轮的上游端延伸到与涡轮机叶轮相反的下游端而增加，其中所述扩散器壁围绕并限定所述扩散器的内部空间，离开所述涡轮增压器的排气流过所述扩散器的内部空间；以及
多个去涡旋肋，每个去涡旋肋沿着扩散器壁轴向延伸，每个去涡旋肋具有附接到扩散器壁的第一端和暴露在扩散器的内部空间中的相反的第二端，去涡旋肋配置成减少流过扩散器的内部空间的排气的旋转。
2.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中所述去涡旋肋的横截面为矩形。
3.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中每个所述去涡旋肋的横截面为T形。
4.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中每个所述去涡旋肋的高度沿着所述扩散器壁的长度逐渐增加。
5.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中每个所述去涡旋肋的高度沿着所述扩散器壁的长度是恒定的。
6.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中所述去涡旋肋中的一个包括安装结构，所述安装结构被配置为便于将氮氧化物(NOx)传感器安装到所述去涡旋肋。
7.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中每个所述去涡旋肋从所述扩散器壁朝向所述中心轴线径向向内延伸。
8.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中所述去涡旋肋具有不同的轴向长度。
9.根据权利要求1所述的涡轮扩散器，其中，所述涡轮扩散器沿着所述扩散器壁包括2到30个所述去涡旋肋。
10.一种用于发动机系统的涡轮增压器，该发动机系统具有带有后处理催化剂的排气管，后处理催化剂用于处理排气，所述涡轮增压器包括：
压缩机区段；
涡轮机区段，其通过轴可旋转地联接到压缩机区段，涡轮机区段包括涡轮机叶轮和位于涡轮机叶轮下游的扩散器，扩散器由单个扩散器壁限定，扩散器壁围绕扩散器的中心轴线周向延伸并围绕扩散器的内部空间，离开所述涡轮增压器的涡轮机叶轮的排气流过所述扩散器的内部空间，其中扩散器壁相对于扩散器的中心轴线成角度，使得扩散器的截面积随着扩散器壁从接近涡轮机叶轮的上游端延伸到与涡轮机叶轮相反的下游端而增加；以及
多个去涡旋肋，每个去涡旋肋沿着扩散器壁轴向延伸，每个去涡旋肋具有附接到扩散器壁的第一端和暴露以与流过扩散器的内部空间的排气接触的相反的第二端，去涡旋肋配置成减小流过扩散器的内部空间的排气的切向速度。
11.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，所述去涡旋肋仅附接到所述扩散器壁，并且不附接到所述扩散器的内部空间中的任何其他结构。
12.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，当所述涡轮增压器安装在所述发动机系统中时，所述下游端与所述后处理催化剂相邻。
13.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，所述去涡旋肋的横截面为矩形。
14.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，每个所述去涡旋肋的横截面为T形。
15.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，每个所述去涡旋肋的高度沿着所述扩散器壁的长度是恒定的。
16.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，每个所述去涡旋肋的高度沿着所述扩散器壁的长度逐渐增加。
17.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中，所述去涡旋肋中的一个包括安装结构，所述安装结构用于将氮氧化物(NOx)传感器安装到所述去涡旋肋。
18.一种用于向具有涡轮增压器的发动机系统的后处理催化剂提供均匀分布的排气的方法，所述后处理催化剂邻近涡轮增压器的涡轮扩散器的下游端定位，所述方法包括：
设置沿涡轮扩散器的单个扩散器壁轴向延伸的多个去涡旋肋，其中扩散器壁相对于涡轮扩散器的中心轴线成角度，使得扩散器的截面积随着扩散器壁从接近涡轮增压器的涡轮机叶轮的上游端延伸到与涡轮机叶轮相反的下游端而增加，每个去涡旋肋具有附接到扩散器壁的第一端和暴露在涡轮扩散器的内部空间中的相反的第二端，所述扩散器壁围绕并限定所述扩散器的内部空间，离开所述涡轮增压器的排气流过所述扩散器的内部空间；
如果排气在其流过所述扩散器的内部空间时旋转，则使用去涡旋肋使流过扩散器的排气流矫直；和
允许矫直的排气流流动到后处理催化剂。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，如果排气不旋转，则去涡旋肋基本上不影响排气的流动方向。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述去涡旋肋仅附接到所述扩散器壁，并且不附接到所述扩散器的内部空间中的任何其他结构。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7303763B2 (ja) * 2020-02-28 2023-07-05 三菱重工マリンマシナリ株式会社 排気ディフューザ及びタービンハウジング、並びに過給機
GB2602098A (en) * 2020-12-17 2022-06-22 Cummins Ltd Turbine
JPWO2022201932A1 (zh) * 2021-03-24 2022-09-29

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108397245A (zh) * 2017-02-06 2018-08-14 博格华纳公司 废气门涡轮机壳体中的扩散器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1414452A (fr) * 1964-11-19 1965-10-15 Ledo R Carletti Dr Ing Perfectionnements apportés aux systèmes à tubulures d'échappement des gaz de moteurs à combustion interne
IT1122613B (it) * 1979-07-18 1986-04-23 Alfa Romeo Spa Dispositivo per il controllo dell'andamento del flusso del gas di scarico di un motore a combustione interna sovralimentato
GB9415685D0 (en) * 1994-08-03 1994-09-28 Rolls Royce Plc A gas turbine engine and a diffuser therefor
DE19838703A1 (de) * 1998-08-26 2000-03-02 Zeuna Staerker Kg Vorrichtung zur Strömungsberuhigung in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors
FR2962487B1 (fr) * 2010-07-06 2017-10-27 Turbomeca Architecture d'echange de chaleur integree a l'echappement d'une turbomachine
EP2679780B8 (en) * 2012-06-28 2016-09-14 General Electric Technology GmbH Diffuser for the exhaust section of a gas turbine and gas turbine with such a diffuser
EP2685054B1 (de) * 2012-07-09 2020-11-25 ABB Schweiz AG Diffusor einer abgasturbine
GB2508164A (en) * 2012-11-21 2014-05-28 Napier Turbochargers Ltd Diffuser
WO2015200533A1 (en) * 2014-06-24 2015-12-30 Concepts Eti, Inc. Flow control structures for turbomachines and methods of designing the same
CN112576321A (zh) * 2014-07-03 2021-03-30 Abb瑞士股份有限公司 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域
US10233779B2 (en) * 2015-02-25 2019-03-19 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger diffuser center body
KR102586852B1 (ko) * 2015-04-30 2023-10-06 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 디퓨저 내 바이어스된 통로들 및 그러한 디퓨저를 설계하기 위한 대응되는 방법
EP3354868A1 (en) * 2017-01-30 2018-08-01 General Electric Company Asymmetric gas turbine exhaust diffuser

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108397245A (zh) * 2017-02-06 2018-08-14 博格华纳公司 废气门涡轮机壳体中的扩散器

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