CN112888842A - 适配器 - Google Patents

Abstract

公开了一种适配器，其用于具有废气门的涡轮机的出口。该适配器包括：主导管，其构造成接收已经通过涡轮机的涡轮机叶轮的流体；以及次级导管，其构造成接收已经通过废气门的流体。主导管还包括扩散器，其构造成当流体远离涡轮机叶轮移动时使流体减速；以及端口，其构造成将流体从次级导管输送到主导管；并且其中，端口位于扩散器的下游。

Description

适配器

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机出口的适配器，尤其涉及一种用于涡轮机出口的适配器，其中，适配器包括扩散器。

背景技术

涡轮机是将流体的势能转换成机械功的机器。涡轮机包括涡轮机叶轮和涡轮机壳体，涡轮机壳体限定了涡轮机入口和涡轮机出口。在使用中，流体通过涡轮机入口进入涡轮机，然后在涡轮机中传递到涡轮机叶轮。流体撞击在由涡轮机叶轮限定的一个或多个叶片上，从而在涡轮机叶轮上施加力，导致涡轮机叶轮旋转。一旦流体流过涡轮机叶轮，它就会经由涡轮机出口离开涡轮机。已知提供一种旁路通道，该旁路通道构造成允许流体从涡轮机入口流到涡轮机出口而无需通过涡轮机叶轮。这种旁路通道通常装配有阀，该阀被称为废气门，构造成允许或阻止流过旁路通道。

废气门的涡轮机通常包括安装在涡轮机壳体出口上的适配器。涡轮机出口通常包括用于从涡轮机叶轮接收流体的涡轮机叶轮部分和用于从旁路通道接收流体的废气门部分。废气门部分通常紧邻涡轮机叶轮部分定位。适配器用作端盖，该端盖迫使离开废气门的流体在紧邻涡轮机叶轮下游的区域中与离开涡轮机叶轮的流体汇合。通常，离开废气门的流体和离开涡轮机叶轮的流体被排放到由紧接在废气门和涡轮机叶轮下游的适配器形成的公共气室中。这样的适配器提供的优点是它们相对紧凑并且制造便宜。然而，两个流体流汇合的区域经常变为高度湍流。产生的湍流通常充当限制汇合的流体流流动的屏障。这导致涡轮机叶轮下游的流体压力增加，并降低了涡轮机的效率。

一些涡轮机包括位于涡轮机叶轮下游的涡轮机出口处的扩散器。这种扩散器限定了通道，该通道随着流体在涡轮机出口的更下游行进而加宽。随着通道变宽，扩散器中的流体速度将降低，从而导致扩散器中的流体压力相应增加。例如，如果将排出的流体进料到另外的下游组件，例如次级涡轮机或废气后处理系统，则这是有利的。在这种情况下，扩散器出口处的压力由下游组件确定。因此，由扩散器提供的压力增加导致涡轮机叶轮出口处的压力减小。结果，涡轮机叶轮上的压力差增加，因此可以从流体中提取更多的能量，从而提高了涡轮机的效率。

已知提供一种既具有废气门又具有扩散器的涡轮机。然而，如上所述，离开废气门的流体与离开涡轮机叶轮下游的涡轮机叶轮的流体汇合会引起湍流，该湍流常常导致压力增加。为了减轻该问题，已知提供一种适配器，该适配器将离开废气门的流体与离开涡轮机叶轮的流体分开，直到两者都已经通过扩散器的下游为止。在这样的布置中，扩散器通常通过一个或多个支柱悬挂在适配器内，以便将适配器分成中心通道和外部环形通道。中心通道从涡轮机叶轮接收流体，而环形通道从废气门接收废气。然而，这样的配置通常是笨重的，这在空间约束严格的应用中(例如在车辆内)可能是有害的。此外，这种扩散器的几何形状相对复杂，因此扩散器的制造成本更高。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的涡轮机适配器，其更紧凑且制造成本更低。本发明的另一目的是提供一种改进的涡轮机适配器，其消除或减轻了上述一个或多个问题。本发明的另一个目的是提供一种替代的涡轮机适配器。

根据本发明的第一方面，提供了一种适配器，其用于具有废气门的涡轮机的出口，该适配器包括：主导管，其构造成接收已经通过涡轮机的涡轮机叶轮的流体；以及次级导管，其构造成接收已经通过废气门的流体；其中，主导管还包括扩散器，其构造成当流体远离涡轮机叶轮移动时使流体减速，以及端口，其构造成将流体从次级导管输送到主导管；并且其中，端口位于扩散器的下游。

“适配器”是指用于容纳流体的壳体，该壳体构造成连接至涡轮机的出口，例如涡轮机壳体的出口。“导管”是指具有用于接收流体的入口和用于排放流体的出口的导管或其他封闭空间。术语“下游”是指在正常操作条件下流体在主导管和/或次级导管中的行进方向(例如，从主导管和/或次级导管的入口到主导管和/或次级导管的出口的方向)。术语“端口”旨在表示能够在主导管和次级导管之间提供流体流动连通的开口或孔口。术语“扩散器”是指主导管的一部分，其相对于从涡轮机叶轮接收的流体的行进方向的横截面积增大。由于伯努利效应，扩散器将减速力施加到主导管内的流体上。已经通过涡轮机叶轮的流体可以被称为涡轮机流，已经通过废气门的流体可以被称为旁路流。术语“扩散器的下游”旨在表示端口位于扩散器限定其最大横截面的点的下游。也就是说，端口不与扩散器重叠或形成扩散器的一部分，并且在扩散器使流体减速之后定位在流体中的一点处。

由于端口位于扩散器的下游，因此端口的存在不会干扰涡轮机流经扩散器时的流动。这样，在涡轮机流受到任何其他影响之前，扩散器能够对涡轮机流施加最大的减速度。例如，当废气门关闭时，这是特别有利的。在这种情况下，没有流体流过次级导管，也没有旁路流。次级导管用作气室，其通常容纳静止的流体。当涡轮机流通过端口时，涡轮机流将干扰次级导管中的固定流体。但是，由于端口位于扩散器的下游，因此次级导管中的固定流体与涡轮机流之间的干扰不会影响扩散器使涡轮机流减速的能力(因为涡轮机流已经被减速)。此外，当废气门打开时，涡轮机流和旁路流将在端口下游汇合。涡轮机流和旁路流的汇合将导致两种流之间的干扰。但是，由于端口位于扩散器的下游，因此这种干扰仅在涡轮机流已被扩散器减速后才发生。这样，将旁路流引入涡轮流不会有害地影响扩散器。

此外，端口的使用确保了主导管在单个集中位置(例如在主导管的一侧)上连接到次级导管。这样，适配器的几何形状相对紧凑，从而使得适配器更容易适应具有严格空间限制的应用，例如在车辆发动机内。相比之下，在现有技术的适配器中，已知使用围绕扩散器的环形开口将旁路流汇合到涡轮机流中。然而，这种制造成本更高的布置不适用于具有严格空间限制的应用。

主导管可限定主流动轴线，而次级导管可限定次级流动轴线，并且其中，在端口处，次级流动轴线相对于主流动轴线以锐角倾斜。“流动轴线”是指导管的中心线。也就是说，流动轴线是沿着主导管或次级导管的中心并在导管的整个长度上延伸的线。例如，对于是直管的导管，该导管的流动轴线将是该管的中心轴线。但是，对于非直线形导管，流动轴线将根据导管的形状弯曲。次级流动轴线和主流动轴线之间的倾斜度是指在端口处在主流动轴线和次级流动轴线之间对角的最小角度。该角度可以可替代地称为“汇合角”。“锐角”是指小于90°的角度。

当废气门打开时，旁路流和涡轮机流将在端口处汇合。由于汇合角为锐角，因此涡轮机流和旁路流将具有作用在相同方向上的速度矢量分量。这样，鼓励涡轮机流和旁路流汇合。通过以这种方式汇合涡轮机流和旁路流，可以减少湍流，并且汇合的流不太可能在主导管内引起任何限制。

在端口处，次级轴线可相对于主流动轴线以大约35°至大约55°范围内的角度，大约40°至大约50°范围内的角度或大约45°的角度倾斜。如果汇合角太大，则旁路流和涡轮机流汇合可能会导致湍流，从而限制流体通过适配器的流动。如果流量太受限制，则扩散器提供的减速度将被完全减少或取消。然而，当汇合角减小时，端口的尺寸将增加。例如，通常通过以汇合角将次级导管的横截面投影到主导管上来确定端口的形状。端口的面积越大，当废气门关闭时，端口对涡轮机流动的干扰就越大，并且主导管需要更大的空间来容纳端口面积。已经发现，当汇合角在大约35°至大约55°的范围内时，汇合角足够浅以促进旁路流和涡轮机流汇合而几乎没有湍流，但是足够陡峭以确保端口不是太大。

适配器可以包括：外壁，其限定了大致中空的内部，以及分隔壁，其延伸穿过中空内部的至少一部分，并且其中，分隔壁将主导管与次级导管分开。“外壁”是指界定适配器的最外边界的壁。外壁是使用者从适配器的外部看到的壁，并且至少部分地限定了主导管和次级导管的几何形状。“分隔壁”是指在适配器的内部的至少一部分上延伸的壁。因为使用分隔壁将主导管与次级导管分开，所以适配器更加紧凑。相反，在没有分隔壁的情况下，主导管和次级导管均需要各自的外壁。这将增加适配器的整体尺寸，并使适配器更困难且制造成本更高。

适配器可以形成为单个整体。“单个整体”是指适配器被制造为单件。适配器可以例如通过铸造和/或机加工来制造。当适配器由单个主体制成时，适配器更便宜且易于制造，并且将具有增强的机械强度以抵抗振动。

主导管可限定主入口，而次级导管可限定次级入口，主入口和次级入口位于适配器的第一端。因为主入口和次级入口都位于适配器的第一端，所以适配器更紧凑且易于制造。此外，这种适配器将适用于其中废气门位于涡轮机叶轮出口附近的涡轮机，这对于内燃机的涡轮增压器是有利的。

适配器可包括凸缘，该凸缘构造成在涡轮机的出口处将适配器密封在涡轮机的壳体上。当适配器相对于涡轮机壳体密封时，这可确保所有涡轮机流均被引导到主导管中，而所有旁路流均被引导到次级导管中而不会泄漏。如果适配器与内燃机一起使用，则如果发生泄漏，可能会导致废气逸散到大气中，而不会经过后处理系统中的废气，这将对环境造成破坏，并可能导致适配器无法通过监管测试。

主导管可限定出口，并且其中，出口位于适配器的与第一端相对的第二端。“相对”是指出口位于适配器的终端，该终端是适配器与适配器的第一端不同的一端。这样，术语“相对”并不旨在暗示适配器的第一端和第二端之间存在对称关系。

主导管可限定大致线性的流动轴线。流动轴线可以是主流动轴线。“大致线性”是指主导管沿着单个轴线以基本直线延伸。这样，主导管不包括任何弯曲，这些弯曲会改变通过主导管的总体流动的整体方向。因此，主导管通常是直的。因为主导管是直的，所以主导管不包含任何会改变涡轮机流的整体流向的弯曲。这样，与弯曲的管段相关联的摩擦损失被最小化。

主导管可限定弯曲的流动轴线。流动轴线可以是主流动轴线。“弯曲的流动轴线”是指偏离直线的轴线。因此，弯曲的流动轴线包括一个或多个方向变化。当主导管限定包括弯曲的流动轴线时，主导管能够围绕复杂的几何形状引导涡轮机流。当适配器用于空间狭窄的应用中时，例如在车辆发动机壳体内时，这是特别有利的。

弯曲的流动轴线可以包括直角的弯曲。次级导管可限定平行于主导管的弯曲流动轴线的第一弯曲和朝向主导管倾斜的第二弯曲。在这样的布置中，在将旁路流与涡轮机流汇合之前，次级导管将遵循主导管的路径。因为次级导管遵循主导管的路径，所以适配器可以做得更紧凑。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是根据现有技术的涡轮增压器的剖视图；

图2是包括废气门的另一种已知涡轮增压器的一部分的剖视图；

图3是根据本发明的第一实施例的适配器的剖视图，该适配器构造成与图2的涡轮增压器一起使用；

图4是图3的适配器的外部侧视图；

图5是图3的适配器的第一端的平面图；

图6是根据本发明第二实施例的适配器的外部侧视图，该适配器构造成与图2的涡轮增压器一起使用；以及

图7是图6的适配器的第一端的平面图。

在整个说明书和附图中，相似的附图标记用于指代等同的特征。

具体实施方式

图1示出了已知的涡轮增压器2的剖视图。涡轮增压器2包括压缩机4，涡轮机6和轴承壳体7。压缩机4包括压缩机入口8，压缩机叶轮10，压缩机壳体12以及压缩机出口14。涡轮机6包括涡轮机入口16，涡轮机叶轮18，涡轮机壳体20和涡轮机出口22。轴承壳体7包括轴承26，轴承26支撑旋转的轴24。压缩机叶轮10和涡轮机叶轮18固定地安装到轴24，使得压缩机叶轮10和涡轮机叶轮18一致地旋转。

在使用过程中，压缩机叶轮10的旋转使空气进入压缩机入口8。空气通过压缩机叶轮10进入由压缩机壳体12限定的压缩机蜗壳28。由于由压缩机叶轮10施加在进入的空气上的动能，压缩机蜗壳28中的空气处于比进入压缩机入口8的空气更高的压力。压缩空气经由压缩机出口14离开压缩机4，在压缩机出口14处被输送到内燃机(未示出)。在一些实施例中，空气在到达内燃机之前通过热交换器以冷却空气。燃料与空气混合，燃料-空气混合物在内燃机中燃烧。由于进入内燃发动机的空气的压力增加，因此可利用更大质量的氧气进行燃烧，因此内燃发动机可产生更多的动力。然后，来自内燃机的废气被传递到涡轮机6。废气进入涡轮机入口16，并进入由涡轮机壳体20限定的涡轮机蜗壳30。废气撞击到涡轮机叶轮18的一个或多个叶片31上，这导致涡轮机叶轮18绕涡轮增压器轴线32旋转。涡轮机叶轮18的旋转驱动轴24和压缩机叶轮10的旋转，从而驱动压缩机4。

涡轮机6还包括由涡轮机壳体20的锥形壁36在涡轮机出口22处限定的扩散器34。扩散器34在垂直于涡轮增压器轴线32的平面中的横截面积在远离涡轮机叶轮18的轴向方向上增加。这导致离开涡轮机6的废气的速度降低并且废气的压力增加(根据伯努利效应)。扩散器34的出口连接到废气后处理系统(未示出)，该废气后处理系统将确定扩散器34的出口处的废气压力。因此，扩散器34的存在具有减小涡轮机叶轮18的出口处的废气压力的作用。这增加了涡轮机入口16和涡轮机出口22之间的压力差，从而增加了从废气中提取的能量，并提高了涡轮机6的效率。

图2示出了另一种已知的涡轮增压器2。涡轮增压器2的涡轮机6包括废气门38，该废气门38包括废气门阀40和阀轴42。涡轮机壳体20包括分隔器33，该分隔器33将涡轮机出口22分隔成涡轮机叶轮部分22a和废气门部分22b。涡轮机壳体20还限定了旁路通道46，该旁路通道从涡轮机蜗壳30通向涡轮机出口22的废气门部分22b。涡轮机壳体20包括端面50，该端面50构造成与扩散器(未示出)配合。端面50包括多个安装孔52，这些安装孔52构造成接收螺栓，以便将扩散器保持在涡轮机壳体20上。

废气门阀40限定关闭位置和打开位置，在关闭位置中，废气门阀40抵靠涡轮机壳体20以覆盖旁路通道46，在打开位置中，废气门阀40不接触涡轮机壳体20。在使用期间，致动构件(未示出)在阀轴42上施加旋转力以使度气门阀40在打开位置和关闭位置之间移动。当废气门阀40处于关闭位置时，防止废气通过旁路通道46。这样，使所有废气流过涡轮机叶轮18。当废气门阀40处于打开位置时，一些废气可以从涡轮机蜗壳30经由旁路通道46直接流到涡轮机出口22，而不通过涡轮机叶轮18。因为通过旁路通道46的气体不会撞击到涡轮机叶轮18，所以涡轮机叶轮18从废气吸收的能量减少。涡轮机叶轮18的旋转速度降低，因此，由压缩机4实现的进气压缩也降低。这样，废气门阀40的致动可用于确保由压缩机4产生的压力增加在不同发动机工况的可接受水平内。

图3示出了根据本发明的适配器54的第一实施例的剖视图，图4示出了图3的适配器54的外部视图。参照图3，适配器54包括限定大致中空内部的外壁56。适配器54还包括分隔壁58，该分隔壁58将内部分隔成主导管60和次级导管62。主导管60构造成接收来自涡轮机叶轮18的废气，并且次级导管62构造成接收来自废气门38的废气。主导管60限定了主入口64，而次级导管62限定了次级入口66。经由主入口64进入主导管60的废气已经通过涡轮机叶轮18，因此被称为“涡轮机流”。经由次级入口66进入次级导管62的废气已通过废气门38绕过涡轮机叶轮18，因此被称为“旁路流”。然而，应当理解，仅当废气门阀40打开时才发生旁路流。当废气门阀40关闭时，只有涡轮机流将通过适配器54。

主入口64和次级入口66位于适配器54的第一端68处。第一端68包括安装凸缘69，该安装凸缘69构造成邻接涡轮机壳体20的端面50。安装凸缘69限定了多个通孔71(参见图5)，这些通孔与涡轮机壳体20的安装孔52对准。在使用期间，适配器54抵靠涡轮机壳体20安装，以使主入口64与涡轮机出口22的涡轮机叶轮部分22a对准，而次级入口66与涡轮机出口22的废气门部分22b对准。适配器54的分隔壁58进一步与涡轮机壳体20的分隔器33对准，以将旁路流与涡轮机流分离。为了将适配器24固定到涡轮机壳体，在使用期间，螺栓(未示出)穿过适配器54的通孔71并被安装孔52容纳。可以进一步设置垫圈(未示出)以防止废气在适配器54和涡轮机壳体20之间的界面处泄漏。垫圈位于适配器54的安装凸缘69和涡轮机壳体20的端面50之间，垫圈在螺栓的作用下被压缩在安装凸缘69和端面50之间，以形成液密密封。

主导管60还包括出口70，其位于适配器54的第二端72处，与第一端68相对。出口70通常连接至下游组件，例如废气节流阀或废气后处理系统(图未示出)。外壁56和分隔壁58在它们之间限定端口74，该端口74在主导管60和次级导管62之间提供流体流动连通。端口74用作次级导管62的出口，以将废气从次级导管62输送到主导管60。在使用期间，废气通过主入口64和次级入口66在适配器54的第一端68处被接收，并在第二端72由出口70排出。

端口74的形状由主导管60和次级导管62相交的点处的主导管60和次级导管62的几何形状确定。端口74通常是次级导管62的横截面到主导管60上的投影。然而，将理解的是，端口74可限定基本上任何合适的几何形状，以允许流体从次级导管62流向主导管60。由于端口74，次级导管62仅在主导管60的一侧上连接至主导管60。这样，端口74在单个集中位置处将旁路流和涡轮机流汇合。因此，适配器54的几何形状相对紧凑，从而使得适配器54更容易适应具有严格空间限制的应用，例如在车辆发动机内。

分隔壁58至少部分地延伸穿过适配器54的内部，以在端口74的上游将主导管60与次级导管62分开。分隔壁58因此允许适配器54更紧凑。此外，适配器54可以被制造为单个整体。因为适配器54是单个主体，所以适配器54更容易且更经济地制造。然而，将理解的是，在本发明的替代实施例中，适配器54可以由多个机械上分开的组件组成。例如，主导管60和次级导管62可被制造为在端口74处连接的单独的导管件。

上述适配器54优选地由球墨铸铁构成。然而，将理解的是，适配器54可以由基本上适合于将在其中使用适配器54的环境的任何材料构成。例如，在本实施例中，适配器54用于涡轮增压器2内。因此，适配器54的材料必须能够承受由内燃机产生的高温废气和机械振动。其他合适的材料包括例如铁或钢的耐高温合金，包括铬镍铁合金。适配器54可以使用任何合适的方法来制造，例如通过铸造和/或机械加工。

主导管60通常是管状的，并且包括由外壁56和分隔壁58限定的扩散器76和管段78。扩散器76从主入口64延伸并且连接到管段78。扩散器76具有在废气沿主导管60的行进方向(即，从适配器54的第一端68到第二端72)上增加的横截面积。扩散器76通常为截头圆锥形，使得扩散器76在主入口60处的直径比管段78的直径窄。限定扩散器76的外壁56和分隔壁58的部分相对于扩散器76的纵向中心线以约5°至约10°，优选地约7°的角度成锥形。较大的锥角会由于流体摩擦而导致较低的流动阻力，但更可能引起流动分离(尤其是在高流速下)。较小的锥角减少了流动分离的可能性，但增加了流体摩擦。此外，较小的锥角导致适配器54的紧凑性降低，因为必须增加扩散器76的长度。已经发现，在上述范围内的锥角在确保适配器54保持紧凑的同时提供了涡轮机流的充分增加，其中7°的锥角是最优化的锥角。但是，应当理解，在替代实施例中，基本上可以使用任何合适的锥角。

主导管60的横截面通常是圆形的，使得主入口64与涡轮机出口22的涡轮机叶轮部分22a的形状匹配。在本实施例中，主入口64限定约45mm的直径，然而，主入口64的直径可以改变以匹配涡轮机叶轮18的尺寸。此外，将理解的是，在替代实施例中，主导管60的横截面可以是基本上任何合适的形状。例如，主导管60的横截面可以是四边形的。此外，主导管60的横截面可以在主入口64和出口70之间改变形状。例如，主入口64可以是大致圆形的，而出口70可以是四边形的。

将理解的是，扩散器76不需要精确地是截头圆锥形的，并且在实践中，可以包括一个或多个偏离截头圆锥形的变形。例如，如图4所示，外壁56可包括一个或多个凹部77，其设置成允许螺栓穿过相邻的通孔71。为了使扩散器76正确地起作用，所需要的只是扩散器76的横截面积从主入口64到扩散器76与管段78的连接点增加。优选地，横截面积的变化应当是平滑的，从而避免由于尖锐边缘的存在而产生的湍流。

适配器54的管段78在废气沿着主导管60的行进方向上限定恒定的横截面积。在本实施例中，管段78的直径约为58mm。管段78的直径可以根据扩散器76的期望锥角而变化。或者，管段78的直径的尺寸可以匹配任何下游组件(例如，废气节流阀，后处理管道等)的直径，因此，锥角可以根据下游组件的尺寸而变化。

端口74将次级导管62连接到主导管60的管段78。端口74位于扩散器76的下游，使得涡轮机和旁路流的汇合发生在扩散器76的下游。当废气门阀40关闭时，没有流过次级导管62。因此，次级导管62提供了相对较大的气室以容纳停滞的废气。次级导管62提供的额外流体容量吸收了废气门阀40紧靠下游区域的压力波动，并有助于减少废气门“颤动”的可能性(这种情况是，废气门阀下游的压力导致阀会在阀的打开或关闭过程中发生嘎嘎声)。当涡轮机流沿着主导管60行进并经过端口74时，涡轮机流将受到次级管道62提供的容量的干扰。但是，由于端口74位于扩散器76的下游，因此扩散器76能够在由于次级导管62的存在而使涡轮机流受到干扰之前使涡轮机流完全减速。也就是说，通过使扩散器76下游的主导管60中的涡轮机流与次级导管62中的旁路流之间的汇合点移位，涡轮机流可以在扩散器76被停滞的废气，来自次级导管62的旁路流或端口74本身的几何形状(例如，由分隔壁58的边缘)扰动之前获得全部好处。

参考图3，主导管60限定了主流动轴线80。主流动轴线80是在主入口64和出口70之间的主导管60的中心线。类似地，次级导管62限定了次级流动轴线82，其是次级导管62在次级入口66和端口74之间的中心线。在图3所示的实施例中，主导管60大致轴向延伸，使得主流动轴线80大致是线性的。然而，次级导管62包括弯曲部84，该弯曲部导致次级导管62在端口74处与主导管60汇合。这样，次级流动轴线82首先从次级入口66线性延伸，然后向内朝向主流动轴线80弯曲。

主流动轴线80和次级流动轴线82在它们之间限定了汇合角θ。汇合角θ是在端口74(在该处主导管60与次级导管62相连的位置)处的主流动轴线80和次级流动轴线82之间的相对角。汇合角θ是锐角，并且优选地在约35°至约55°的范围，更优选在约40°至约50°的范围内，最优选在约40°至约45°的范围内。在图3所示的实施例中，汇合角θ为45°。当废气门阀40关闭时，增大汇合角θ可改善通过主导管60的流量，而当废气门阀40打开时，减小汇合角θ可改善涡轮机和旁路流的接合。已经发现，在约35°至55°范围内的汇合角在这两个因素之间提供了良好的平衡。特别地，已经发现，通过控制汇合角θ，能够调整由涡轮机和旁路流汇合而产生的湍流量；在大多数情况下，优选的结果是通过优化汇合角θ来减少湍流。

如上所述，已知在涡轮机流和旁路流相遇的区域中增加的湍流对通过涡轮机叶轮18的废气流产生节流作用。已知的节流作用会降低涡轮机6的效率。然而，当减小汇合角θ时，涡轮机流和旁路流将具有通常沿相同方向延伸的速度分量，这有助于避免端口74处的湍流。因此，优选的是，汇合角小于约55°。

应当理解，当汇合角θ减小时，端口74的尺寸将由于主导管60和次级导管62之间的几何相交而增大。然而，端口74的尺寸将受到管段78的轴向范围的限制，而该轴向范围又将由涡轮机适配器54对其应用的总体空间要求来确定(例如，车辆发动机舱内的可用空间)。此外，当端口74的尺寸增加时，当废气门阀40关闭时，端口74将在涡轮机流通过端口74时对涡轮机流产生更大的扰动，从而增加压力损失并降低涡轮机6的效率。这样，通常不可能将汇合角减小到大约35°以下，否则适配器54将变得太大。

图5示出了适配器54的第一端68的平面图。如图5所示，主导管60在主入口64处限定了大致圆形的横截面。主入口64的直径的尺寸设置成与涡轮机叶轮18的出口处的涡轮机壳体20的直径匹配。次级导管62在次级入口66处限定大致三角形的横截面。次级入口66的形状使得其足够大以容纳废气门38，该废气门38位于涡轮机壳体20的出口内。再次参考图3，当旁路流沿着次级导管62远离次级入口66并朝着端口74移动时，次级导管62会聚以限定出喉部79。喉部79是次级导管62的一部分，它限定了相对于旁路流方向的最小横截面积A_throat。选择喉部79的横截面面积A_throat，以使其至少比旁路通道46的横截面面积大三倍，从而确保喉部79不会对流经次级导管62的流动产生任何限制。

此外，已经发现当喉部79的横截面A_throat大约比旁路通道46的横截面大至少三倍时，如果废气门阀40发生故障(即，即是否与阀轴42分离)，废气门阀40能够穿过喉部79并从适配器54的出口70中流出。这防止了废气门阀40阻塞次级导管62，这将防止废气绕过涡轮机叶轮18。这样，对喉部79进行尺寸调整，以使其足够大以在发生故障的情况下允许废气门阀40通过，从而减小了涡轮机叶轮18超速的风险。

适配器54的出口70限定了相对于主流轴80的横截面面积A_out。主入口64限定了相对于主流动轴线80的横截面积A_turbine。选择出口70的横截面面积，使得其大于或等于次级导管62的喉部79的横截面面积A_throat和主入口64的横截面面积A_turbine之和。

A_out≥A_throat+A_turbine

因为在图3至图5所示的实施例中，管段78具有恒定的直径，所以出口70的横截面面积A_out将等于扩散器76的下游端的横截面面积。因此，如上所示，喉部79的横截面A_throt等于主入口64和管段78之间的扩散器76的横截面的增加。因此，出口70足够大，以容纳通过主导管60和次级导管62的流量，而在废气门阀40打开时不会造成限制。

尽管适配器54的主导管60由于扩散器76而改变了横截面积，但是应当理解，通过主导管60的涡轮机流的方向发生在线性方向上(即，沿着大致的直线)。这样，主导管60通常沿轴向延伸。也就是说，主导管60不弯曲或改变方向。此外，从次级入口66开始，次级导管62大致平行于主导管60延伸，直到其到达弯曲部84为止，在该点处，次级导管改变方向以迫使旁路流与涡轮机流汇合。因此，沿着适配器54的大部分流在与主导管54相同的方向上发生，也就是说，在一条直线上。适配器54的这种构造因此可以被称为“直的”构造。当适配器54具有笔直的构造时，从主入口64和次级入口66到出口70的流动方向的变化被最小化。这意味着减少了与更复杂的管道几何形状相关的摩擦压力损失。

然而，将理解的是，适配器54的精确空间配置将取决于要在其中使用适配器54的应用的空间约束。例如，在车辆发动机内使用适配器54的情况下，适配器可能没有足够的空间具有直的构造。取决于可用空间，主导管60和次级导管62可包括在一个或多个方向上的弯曲或转弯，以将入口64、66连接到出口70。此外，在空间上的限制可能要求主入口64和/或次级入口66和/或出口70相对于彼此位于不同的平面中。

在图6和7中示出了一种这样的配置。特别地，图6示出了根据本发明的适配器54′的第二实施例的外部侧视图，并且图7示出了图6的适配器54′的外部俯视图。适配器54′的第二实施例与第一实施例的不同之处在于，适配器54′的第一端68和第二端72彼此成直角定向。也就是说，由主入口64和次级入口66限定的平面垂直于由出口70限定的平面。为了提供从第一端68到第二端72的平滑流动，主导管60和次级导管62包括一个直角转弯86，如图6所示。

直角转弯86发生在与由主入口和次级入口64、66限定的平面以及由出口70限定的平面相互正交的平面中。也就是说，直角转弯发生在图6的平面内。直角转弯86与次级导管62的弯曲部84的不同之处在于，直角转弯86将主导管60和次级导管62两者的方向改变相同的量。这样，初级和次级流动轴线80、82(未示出)都被弯曲。相反，在上面的第一实施例中，仅次级流动轴线82包括弯曲部，而主流动轴线80是直的。主导管60和次级导管62在整个直角转弯86上大体上彼此平行地延伸。在直角转弯86之后，次级导管62的弯曲部84将旁路流引向涡轮机流，并且随后这两个流汇合。因此，次级导管62限定第一弯曲和第二弯曲，在第一弯曲中，次级流动轴线82大致平行于主流动轴线80，在第二弯曲中，次级流动轴线82向主流动轴线80倾斜。

应当理解，尽管上面已经相对于涡轮增压器2的涡轮6描述了适配器54、54′的不同实施例，但是实际上适配器54、54′的任何实施例基本上都可以与任何涡轮机一起使用。例如，适配器54、54′中的任何一个实施例都可以在用于发电的涡轮机中使用，例如蒸汽涡轮机。

将理解的是，以上关于适配器54的第一实施例描述的可选特征和优点可以等同地应用于第二适配器54′。

Claims (14)

1.一种适配器，其用于具有废气门的涡轮机的出口，所述适配器包括：

主导管，其构造成接收已经通过涡轮机的涡轮机叶轮的流体；以及

次级导管，其构造成接收已经通过废气门的流体；

其中，主导管还包括扩散器，其构造成当流体远离涡轮机叶轮移动时使流体减速，以及端口，其构造成将流体从次级导管输送到主导管；并且其中，端口位于扩散器的下游。

2.根据权利要求1所述的适配器，其中，主导管限定了主流动轴线，而次级导管限定了次级流动轴线，并且其中，在端口处，次级流动轴线相对于主流动轴线以锐角倾斜。

3.根据权利要求2所述的适配器，其中，在端口处，次级轴线相对于主流动轴线以大约35°至大约55°范围内的角度倾斜。

4.根据权利要求3所述的适配器，其中，在端口处，次级轴线相对于主流动轴线以大约40°至大约50°范围内的角度倾斜。

5.根据权利要求4所述的适配器，其中，在端口处，次级轴线相对于主流动轴线倾斜大约45°的角度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的适配器，其中，适配器包括限定大致中空内部的外壁，和延伸穿过中空内部的至少一部分的分隔壁，并且其中，分隔壁将主导管与次级导管分开。

7.根据前述权利要求中任一项所述的适配器，其中，适配器形成为单个整体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的适配器，其中，主导管限定主入口，而次级导管限定次级入口，主入口和次级入口位于适配器的第一端。

9.根据权利要求8所述的适配器，其中，适配器包括凸缘，所述凸缘构造成在涡轮的出口处将适配器密封在涡轮机的壳体上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的适配器，其中，主导管限定出口，并且其中，出口位于适配器的与第一端相对的第二端。

11.根据前述权利要求中任一项所述的适配器，其中，主导管限定了大致线性的流动轴线。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的适配器，其中，主导管限定弯曲的流动轴线。

13.根据权利要求12所述的适配器，其中，弯曲的流动轴线包括直角弯曲。

14.根据权利要求12或13所述的适配器，其中，次级导管限定平行于主导管的弯曲流动轴线的第一弯曲，以及朝向主导管倾斜的第二弯曲。

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