CN114341466A - 用于涡轮增压器的涡轮组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于涡轮增压器的涡轮组件。该涡轮组件包括外壳和叶片组件。外壳限定入口和出口之间的流动路径，并且外壳围绕轴线延伸。外壳包括分别限定第一流动通道和第二流动通道的第一蜗壳和第二蜗壳。第一蜗壳和第二蜗壳中的每个的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定。外壳进一步包括第一孔，叶片组件容纳在第一孔中。叶片组件包括围绕涡轮叶轮容纳孔周向地分布的多个叶片，多个叶片中的每个包括前缘和后缘，多个叶片中的每个具有固定的朝向。多个叶片包括第一叶片和第二叶片。第一叶片是前缘被设置为最接近于第一舌部的尖部的叶片。第二叶片是前缘被设置为最接近于第二舌部的尖部的叶片。对于第一叶片和第二叶片中的每个，所述前缘至少部分地与所接近的舌部的尖部周向地重叠。

Description

用于涡轮增压器的涡轮组件

技术领域

本发明涉及一种涡轮组件和护罩。

背景技术

众所周知，涡轮增压器是用于以高于大气压的压力(增压压力)将空气供应至内燃机的进气口的装置。传统的涡轮增压器包括安装在涡轮外壳内的可旋转轴上的废气驱动涡轮。涡轮叶轮的旋转使安装在压缩机外壳内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机的进气歧管，从而增加发动机功率。

涡轮增压器轴通常由轴颈和止推轴承支撑，包括合适的润滑系统，并且位于连接在涡轮和压缩机叶轮外壳之间的中央轴承座内。

已知的是双入口涡轮，其中两个蜗壳各自限定两个流动通道(即，每个蜗壳限定一流动通道)。废气在入口处进入蜗壳，并在出口处离开蜗壳。废气以交替方式流过(或脉冲通过)每个蜗壳(即第一蜗壳进行脉冲而第二蜗壳没有，然后第二蜗壳进行脉冲而第一蜗壳没有)。叶片可插入出口和涡轮叶轮，以便将废气流引导到涡轮叶轮。

在已知的涡轮增压器中，由于废气脉冲通过一个蜗壳而不脉冲通过另一蜗壳，所以废气流从一个蜗壳泄漏到另一蜗壳，这会降低发动机性能。这是由于发动机所需的泵送功会增加以克服由泄漏流引起的非脉冲蜗壳中的背压。在一些发动机中，废气泄漏到非脉冲蜗壳中还可能会阻止废气在点火循环结束时从点火气缸中完全排出。这是由于因为废气已泄漏到非脉冲蜗壳中，所以必须抵抗背压梯度来泵送废气。这会导致不期望的发动机效率的降低。

废气流过脉冲蜗壳并且没有泄漏到非脉冲蜗壳的程度可以称为卷形件分离。也就是说，每个蜗壳可以另外称为卷形件，并且期望增加卷形件分离，即流过脉冲蜗壳的废气不会泄漏到非脉冲蜗壳中。出于改善性能的原因，期望增加卷形件分离。

需要提供一种替代的涡轮组件，其克服已知涡轮组件的一个或多个缺点，无论以上是否提及了这些缺点。此外，需要一种替代的涡轮组件。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于涡轮增压器的涡轮组件，该涡轮组件包括：

外壳，限定了入口和出口之间的流动路径，该外壳围绕轴线延伸，该外壳包括：

第一蜗壳和第二蜗壳，分别限定第一流动通道和第二流动通道，第一蜗壳和第二蜗壳中的每个的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定；以及

第一孔，叶片组件容纳在该第一孔中；

该叶片组件包括：

多个叶片，围绕涡轮叶轮容纳孔周向分布，该多个叶片中的每个包括前缘和后缘，该多个叶片中的每个具有固定方向；并且

其中该多个叶片包括第一叶片和第二叶片，第一叶片是其前缘被设置为最接近于第一舌部的尖部的叶片，第二叶片是其前缘被设置为最接近于第二舌部的尖部的叶片，其中对于第一叶片和第二叶片中的每个，前缘至少部分地与所接近的舌部的尖部周向重叠。

有利地，这种布置减少了泄漏到其他圆周出口部分的流。由于为了泄漏到其他圆周出口部分，流必须穿过更曲折的路径。也就是说，流被更有效地引导朝向期望的圆周出口部分，该圆周出口部分与流所经过的蜗壳相关联。第一叶片和第二叶片的前缘至少部分地与所接近的舌部的尖部重叠是正同步布置的示例。换言之，第一叶片和第二叶片的前缘相对于所接近的舌部的尖部正同步。

对于第一叶片和第二叶片中的每个，前缘可被描述为设置在舌部的尖部的径向内侧并且至少一定程度地与舌部重叠。例如，如果从轴线径向向外延伸一条线，则该线将首先经过叶片的前缘，然后经过舌部(特别是通过舌部上游的尖部部分)。当流沿着舌部经过舌部的尖部时，由于重叠原因，流可被描述为级联到叶片并且沿着叶片行进。因此，重叠布置可以被称为舌部和叶片(具体为舌部的尖部和叶片的前缘)的级联布置或对齐。具有周向重叠的正同步布置可以是级联布置或对齐，其中在使用中，第一舌部将流引导到第一叶片的大体凸面侧。也就是说，如果延伸相关联舌部的高压侧，则流可撞击或冲击第一叶片的大体凸面侧或压力侧。

周向重叠的存在表示叶片组件的“正同步”。在涡轮领域中，同步是指叶片组件由于其上的流冲击而产生的旋转位移。在这种情况下，同步是指叶片组件关于与舌部(具体为其尖部)的其他对齐关系而有意地发生旋转。正同步的正表示旋转方向。当涡轮组件形成涡轮增压器的一部分并且从涡轮端观察涡轮组件时，正同步可以指叶片布置组件相对于外壳(具体为其舌部)的旋转的顺时针方向。可选地，正同步是指第一叶片的前缘相对于第一舌部的尖部的旋转方向，该旋转方向与涡轮叶轮在使用中的旋转方向相反。

所接近的舌部旨在指的是最接近所讨论的叶片的舌部。对于第一叶片，所接近的舌部是第一舌部。同样，对于第二叶片，所接近的舌部是第二舌部。叶片通常可以形成所接近的舌部的延伸部，在叶片和所接近的舌部之间限定有间隙。

优选的正同步旋转位置可以是在舌部的尖部与叶片的前缘之间的径向偏移为最小的位置。例如，优选的正同步旋转位置可以是当舌部的尖部与叶片的前缘彼此径向对齐时的位置。因此，优选的布置可以是将前缘和尖部之间的空隙最小化为尽可能低的值的布置。

未对齐是指在舌部的尖部与叶片的前缘之间存在相对周向偏移。在尖部和前缘对齐的情况下，相关联舌部的高压侧的延伸将撞击或冲击叶片的前缘。未对齐是指沿着舌部的高压侧的相关方向延伸不会撞击或冲击叶片的前缘。正同步是本文档中提及的未对齐的示例。

有利地，将叶片组件定向为使得第一叶片的前缘至少部分地与第一舌部的尖部周向重叠增加了使用中的卷形件分离。具体地，在使用中，废气流以交替方式脉冲通过第一蜗壳和第二蜗壳中的每个。这可能是因为，例如，与每个蜗壳相关联的入口与不同的气缸组流体连通。期望的是，通过第一蜗壳入口的所有流不泄漏出该蜗壳的第一圆周出口部分。因此，期望通过第一蜗壳的所有流都经过第一圆周出口部分，并且大部分通过相关联的叶片阵列。第一叶片的前缘相对于第一舌部的尖部的重叠降低了以下风险：在使用中废气流过第一蜗壳并因此沿着第一舌部流动而撞击到叶片的前缘并且泄漏到相邻的圆周出口部分。重叠还降低了以下风险：作为可能是负同步布置的情况，流经过第一叶片的前缘和第一舌部的尖部之间，并且撞击到设置在其他圆周出口部分中的相邻叶片上。

通过减少泄漏到相邻的圆周出口部分，即增加蜗壳的卷形件分离，使得发动机所需的泵送功减少。这至少部分是由于减少了发动机在燃烧循环结束时从气缸排出废气时必须克服的背压。因此，整体发动机性能也被提高。

外壳可以是双入口外壳。外壳可以描述为被周向划分或被扇形划分。可以等同地划分(例如分成两半)或不等同地划分。可选地，涡轮组件可以被称为双入口涡轮组件。类似地，当被结合到涡轮中时，该涡轮可以称为双入口涡轮。

第一叶片和第二叶片可称为长叶片。由于第一叶片和第二叶片接近舌部，所以它们可以称为舌部相关叶片。

最接近舌部尖部的叶片前缘旨在表示相比于所有其他叶片的前缘到舌部的尖部的距离，该叶片的前缘更接近于舌部的尖部。前缘被设置为最接近于舌部的尖部的叶片可以认为通常在与舌部相同或相似的方向上延伸。可以理解的是，由于舌部的尖部和叶片之间的未对齐，叶片将不会在与舌部完全相同的方向上延伸。然而，叶片和舌部的尖部之间未对齐，但是叶片仍然可以认为是舌部的延伸。在使用中，舌部将流引向叶片。而叶片将流引向涡轮叶轮容纳孔，并且引向处于组装状态的涡轮叶轮。因此，叶片位于涡轮叶轮容纳孔的上游。反过来，舌部位于叶片的上游。

第一蜗壳和第二蜗壳中的每个至少部分地由第一舌部和第二舌部中的每个限定。对于第一蜗壳，第一舌部位于第二舌部的上游。也就是说，对于经过第一蜗壳并且经过第一流动通道的流，该流首先经过第一舌部，然后经过第二舌部。因此，对于第一蜗壳，第二舌部是第一舌部的下游。然而，由于外壳的几何形状，当考虑第二蜗壳时，则第二舌部为第一舌部的上游。第一蜗壳包括第一圆周出口部分。第二蜗壳包括第二圆周出口部分。

第一叶片的前缘与舌部的尖部周向重叠的程度可以达到叶片弦长的10％、25％或50％的量级。也就是说，舌部的尖部可以设置在沿着叶片弦长的、在从前缘至后缘移动的方向上达到叶片弦长的10％、25％或50％的位置的径向外侧位置处。也就是说，对于10％的重叠程度，舌部的尖部在沿着叶片弦长的、为沿着弦到前缘的距离的10％的位置处径向对齐。

舌部的尖部可以是舌部的外端。舌部的尖部可以是舌部的低压侧与舌部的高压侧相遇的点。当舌部是圆形的情况下，舌部的尖部可以基本上是沿着舌部端部的圆周的一半。

第一叶片和第二叶片中的每个可以包括至少部分凸起表面和至少部分凹入表面，每个在叶片的前缘和后缘之间延伸。

叶片可以是完全弓形的。可选地，叶片可以包含平坦的或笔直的几何形状。因此，叶片可以是完全弓形的、完全平坦的或介于两者之间的任何形状。叶片可以是翼状几何形状，例如具有压力侧(pressure side)和吸力侧(suction side)。

叶片可被描述为弯曲叶片或弓形叶片。

至少部分凸起表面和至少部分凹入表面可以分别描述为高压表面和低压表面。高压表面和低压表面可以另外分别称为高压侧和低压侧。

在第一叶片和第二叶片包括至少部分凸起表面的情况下，该表面可以是叶片的高压侧。例如，对于第一叶片，第一舌部优选地配置为在使用中将流引导到叶片的高压侧。因此，第一舌部(具体为其高压侧)可朝向第一叶片的至少部分凸起表面或高压侧呈一角度。上述内容同样适用于第二叶片和舌部。

多个叶片可进一步包括第一叶片阵列和第二叶片阵列；并且

其中，第一叶片阵列可以包括第一叶片，并且第二叶片阵列可以包括第二叶片，第一叶片阵列和第二叶片阵列中的每个可以进一步包括多个辅助叶片。

因此，第一叶片阵列由第一叶片和多个辅助叶片形成。类似地，第二叶片阵列由第二叶片和多个辅助叶片形成。因此，存在两组辅助叶片或两个辅助叶片阵列。在替代布置中，可以存在多于两组辅助叶片或两个辅助叶片阵列。

辅助叶片的存在有利于更均匀地将流导向涡轮叶轮容纳孔。

第一叶片和第二叶片的前缘可以径向延伸超过辅助叶片的前缘，因此第一叶片和第二叶片具有比辅助叶片相对更长的弦长。

辅助叶片可以全部具有相同的几何形状。因此，辅助叶片可以具有相同的弦长，即所有辅助叶片共有的统一弦长。此外，辅助叶片可全部具有相同的冲角。

第一叶片和第二叶片具有相对较长的弦长是有利的，因为这使得舌部的尖部与所接近的第一叶片或第二叶片的前缘之间的间隙较小。这表示废气流被更准确地引导到相应的圆周出口部分中。因此减少了不期望的泄漏，并且相应地增加了卷形件分离。此外，与所有叶片都具有相对较长的弦长相比，仅第一叶片和第二叶片具有相对较长弦长不会过度增加由于流经过相对较长叶片而导致的表面摩擦或表皮摩擦。

两个叶片阵列中的每个可以包括相同数量的叶片。

每个阵列优选地包括一个长叶片和六个其他叶片。也就是说，每个叶片阵列优选地包括第一叶片或第二叶片以及多个辅助叶片。然而，可以另外使用更多或更少的叶片。

所有叶片的后缘的直径位置可以是一致的。例如，所有多个叶片的后缘可以设置在距轴线相同的半径处。

第一叶片和第二叶片可以相对于彼此径向相对。

为了使流更均匀分布，第一叶片和第二叶片(或长叶片)为径向相对可能是有利的。当涡轮组件组装在涡轮中并且包含涡轮叶轮时，如果两个叶片径向相对，则叶轮可更容易平衡。这在不使用EGR的布置中通常是优选的。

可选地，可能期望第一叶片和第二叶片不是径向相对的，特别是在使用EGR的布置中。在仅对一组气缸使用EGR的情况下(即，仅从第一蜗壳或第二蜗壳中的一个获取流时)，第一舌部和第二舌部的不均匀圆周分布可用于抵消由EGR排放一部分流而引起的流不平衡，该部分流另外经过第一蜗壳和第二蜗壳中的一个。

每个舌部可以包括主体部分和锥形部分，尖部设置在锥形部分的最外端。

舌部可被另外描述为逐渐变窄到尖部。这可能是有利的，因为流被更准确地引导到该蜗壳的圆周出口部分。因此可以减少泄漏，从而增加卷形件分离。

舌部可以由单个整体的主体形成。换言之，舌部可以是同质的(homogenous)。可选地，舌部可以由多个组成部分形成(例如，模块化)。

对于每个舌部，锥形部分的高压侧可以以相对于该直径处切线的约5°和约70°之间的角度延伸。

锥形部分的高压侧是指舌部的为蜗壳的圆周出口部分的上游的一侧。换言之，舌部的锥形部分的高压侧是舌部的废气在到达蜗壳的圆周出口部分之前沿着流动的一侧。

舌部可被另外描述为至少在锥形部分中向内延伸。也就是说，经过舌部的流具有更多的径向分量，即以更大程度被导向轴线。在更有效地将流引导通过多个叶片并且朝向涡轮叶轮容纳孔方面，这是有利的。

更优选地，锥形部分的高压侧以相对于该直径处切线的约15°和约50°之间的角度延伸。

对于每个舌部，尖部可以延伸到外壳的第一孔的约0.5mm至约15mm的范围内。

换言之，舌部以更大程度朝向第一孔延伸。假定将叶片组件容纳在第一孔中，则舌部可被描述为以更大程度朝向叶片组件延伸。舌部可被描述为延伸到外壳的第一孔的径向上约0.5mm至约15mm的范围内。

通过使尖部延伸到第一孔的0.5mm至15mm的范围内，第一/第二叶片周围的任何泄漏路径的尺寸被减小。也就是说，流被更准确地引导进入/朝向正确的圆周出口部分。因此增加了卷形件分离。

在其他布置中，舌部可以延伸超过第一孔。也就是说，舌部或舌部的一部分可以延伸到第一孔中。可选地，尖部可以延伸到第一孔。也就是说，尖部可以终止于第一孔。

优选地，尖部延伸到第一孔的约1mm至约5mm的范围内。

以另一种方式限定，如果(一个或多个)舌部的尖部设置在相对于轴线的第一半径处，并且第一孔位于相对于轴线的第二半径处，则第一半径可以延伸超过第二半径以下距离：达到第二半径的5％、10％或20％的距离。这可能导致，例如尖部和第一孔之间的3mm偏移。上述限定也可以应用于第一叶片的前缘和第二叶片的前缘位于相对于轴线的第二半径处的情况。

叶片组件可以是包括安装部分的固定叶片组件，其中每个叶片被安装到该安装部分。

固定旨在表示叶片组件在任何方向上都不可移动。例如，叶片组件不能轴向移动以提供几何形状可变功能。

有利地，叶片可以固定就位以减少不需要的复杂度和成本。叶片和安装部分可以制造为单个均一的主体。可选地，叶片可以与安装部分分开制造，然后附接到安装部分上。安装部分的横截面可以是大致U形的，即通道可以由径向内法兰和径向外法兰限定。

外壳可以包括：

蜗形壳体，该蜗形壳体可以包括第一蜗壳和第二蜗壳以及第一孔；以及

壁构件，可与蜗形壳体接合。

对于几何形状固定的涡轮增压器，壁构件可以是轴承座的端部。也就是说，轴承座的大体环形面可以限定壁构件。因此，轴承座环形面和蜗形壳体的组合限定了外壳。

壁构件和蜗形壳体的接合可以是直接的或间接的。间接可以是指将另一部件介入壁构件和蜗形壳体。

叶片组件可以是喷嘴环并且壁构件可以是护罩。

本发明已经发现当叶片组件是喷嘴环时尤其有利，这是因为在叶片的前缘和舌部的尖部之间期望存在空隙。这能够使喷嘴环相对于外壳轴向位移。喷嘴环相对于外壳的位移允许通过改变设置在蜗壳和涡轮叶轮之间的环形通道的喉部来控制涡轮叶轮速度。

通过结合上述的未对齐，以及结合几何形状可变式涡轮，可以更容易地控制涡轮，同时还改善卷形件分离。换言之，涡轮的几何形状可变属性并不意味着卷形件分离被不期望地减少。

在其他布置中，护罩可以相对于固定喷嘴环位移以提供几何形状可变功能。

护罩可以是护罩板。护罩是指包含一个或多个叶片孔的部件，叶片可容纳在该一个或多个叶片孔中。

护罩可以包括多个叶片孔，喷嘴环的叶片可容纳在该多个叶片孔中，护罩设置在蜗形壳体内的凹部中，护罩板限定了环形通道的在蜗壳的圆周出口部分与涡轮叶轮容纳孔之间的一侧，喷嘴环的面限定了环形通道的另一侧；

其中喷嘴环相对于护罩可轴向位移，以调节环形通道的打开程度。

喷嘴环和护罩之间的相对调节表示几何形状可变式涡轮。换言之，可以改变涡轮几何形状以改善对涡轮叶轮以及压缩机叶轮的速度(具体为RPM)的控制。

蜗形壳体中的凹部可以是环形的。

护罩可以是大体环形的并且包含限定护罩的外围的护罩壁，护罩壁在两个位置处向外偏移。

壁中的护罩板在两个位置处向外偏移可以被另外称为径向偏移。这两个位置优选地彼此径向相对。通过在与第一叶片和第二叶片的周向位置相对应的两个位置处偏移护罩壁，可将现有的涡轮增压器组件与第一叶片和第二叶片或者两个长叶片的结合使用。出于减少部件的剧增的原因，这是被期望的。

换言之，向外偏移的护罩壁限定了两个凹部，第一叶片和第二叶片(具体为它们的前缘区域)可以容纳在两个凹部中。由于第一叶片和第二叶片的弦长增加，因此如果护罩壁没有偏移，则它们的前缘区域可能会干扰护罩壁。护罩壁中的凹部或护罩壁在两个位置处向外偏移，这使得降低或防止第一叶片和第二叶片与护罩壁发生碰撞的风险。

向外偏移可表示径向偏移。

第一舌部可以由形成蜗形壳体的一部分的单个主体形成，其中第二舌部也可以由形成蜗形壳体的一部分的单个主体形成。

换言之，两个舌部都整体地设置在蜗形壳体上。因此，蜗形壳体包括第一舌部和第二舌部。第一舌部和第二舌部可以与蜗形壳体形成为同质体或均一体。第一舌部和第二舌部可被描述为与蜗形壳体一体地形成。

第一舌部可以由两个部分形成，第一部分形成蜗形壳体的一部分，第二部分形成壁构件的一部分，两个部分彼此对齐。

第二舌部也可以由两个部分形成，第一部分形成蜗形壳体的一部分，第二部分形成壁构件的一部分。第二舌部的第一部分和第二部分可以彼此对齐。形成另一部件的一部分的舌部可以另外表示为作为另一部件的组成特征的舌部。

彼此对齐的部分可被描述为限定了单个几何形状。也就是说，两个部分共同的轮廓限定了整个舌部。因此，这些部分装配在一起或镶嵌在一起，以形成基本上连续的舌部。舌部的两个部分可被描述为彼此接合、配合或配对。

第一部分可以被称为基部部分。第二部分可以称为尖部部分，由于相比于仅是尖部，尖部部分包含了更大比例的舌部。第一部分可以比第二部分长。

因此，第一舌部和第二舌部可以各自由两个不同的部分形成。舌部的这些部分可以彼此对齐以形成基本上连续的外部几何形状。

将舌部的第二部分结合到壁构件上是有利的，这使得舌部的尖部可以随后被定位成更靠近于所接近的叶片孔的前缘，因此更接近于叶片。如果舌部的第二部分不是壁构件的一部分，则舌部的尖部将与所接近的叶片孔的前缘相距壁构件的任何周壁的至少厚度。在壁构件是结合护罩壁的护罩的情况下，舌部的尖部将与所接近的叶片孔的前缘相距护罩壁的至少厚度，除非舌部的(至少)尖部被结合为护罩的一部分。

根据本发明的第二方面，提供了一种涡轮，该涡轮包括根据本发明第一方面的涡轮组件，该涡轮进一步包括容纳在涡轮叶轮容纳孔中的涡轮叶轮。

根据本发明的第三方面，提供了一种涡轮增压器，包括：

压缩机，包括压缩机外壳和压缩机叶轮；

根据本发明第二方面的涡轮；

轴承座，介于压缩机和涡轮之间；以及

轴，连接到压缩机叶轮和涡轮叶轮两者，使得涡轮叶轮的旋转被配置为驱动压缩机叶轮的旋转。

涡轮增压器可以是几何形状固定的涡轮增压器。涡轮增压器可以是几何形状可变的涡轮增压器。

涡轮增压器可以形成发动机布置的一部分。发动机布置可以是车辆(诸如汽车)的一部分。发动机布置可具有静态应用，诸如在泵布置中或发电机中。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于涡轮增压器的喷嘴环，该喷嘴环包括多个叶片，其中该多个叶片包括第一叶片、第二叶片和多个辅助叶片，其中第一叶片和第二叶片的弦长长于多个辅助叶片。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于涡轮增压器的护罩，该护罩包括：

板，该板限定：

第一叶片孔，喷嘴环的第一叶片可容纳在第一叶片孔中；以及

第二叶片孔，喷嘴环的第二叶片可容纳在第二叶片孔中；

该板包括第一径向延伸突出部和第二径向延伸突出部，第一突出部与第一叶片孔的至少前缘周向对齐，第二突出部与第二叶片孔的至少前缘周向对齐。

第一突出部和第二突出部可以限定第一凹部和第二凹部。第一凹部和第二凹部可以分别与第一叶片孔和第二叶片孔的至少前缘周向对齐。

护罩可进一步包括护罩壁。护罩壁可以限定护罩的外围。护罩壁可以径向突出以形成第一突出部的至少一部分和第二突出部的至少一部分。护罩壁可以将护罩安置或固定在蜗形壳体中。

护罩可以是大体环形的。具体地，板可以是大体环形的。两个凹部使喷嘴环的相对较长的叶片能够被护罩容纳。护罩可以是护罩板。

第一凹部和第二凹部可以与第一叶片孔的前缘和第二叶片孔的前缘相邻。第一凹部和第二凹部可以容纳第一叶片的前缘区域和第二叶片的前缘区域。第一凹部和第二凹部可被描述为容纳第一叶片孔的前缘和第二叶片孔的前缘。第一凹部和第二凹部可被描述为分别至少部分地围绕或包围第一叶片孔的前缘和第二叶片孔的前缘。

叶片孔的前缘可以是叶片孔的径向最外尖端。叶片孔的前缘可以是叶片孔的径向最外点。

这些定位点可被另外称为位置。

有利地，第一突出部和第二突出部还用作防旋转特征，以防止护罩围绕容纳该护罩的蜗形壳体发生不期望的旋转。这是被期望的，因为如果护罩能够旋转，则容纳在其中的叶片可能由于部件之间的接触而磨损。也就是说，叶片孔周围的空隙(为了将叶片容纳在其中)可能在特定位置处被减小，从而导致了叶片磨损。突出部还能够使修改后的叶片组件与现有的几何形状可变部件一起使用，从而减少部件的剧增。

护罩可以通过附加的制造方法制造，诸如3D打印。这尤其有利于有效地制备第一径向延伸突出部和第二径向延伸突出部(这可能在例如使用加工工艺制备时另外去除大量材料)。

护罩可以进一步包括第一舌部和第二舌部的至少尖部。

第一舌部和第二舌部的尖部可被描述为与护罩一体地形成。换言之，第一舌部和第二舌部的尖部和护罩是同质体。

护罩可以包括舌部的一部分，或舌部的第二部分。也就是说，护罩可以不仅仅包括第一舌部的尖部和第二舌部的尖部。

有利地，将第一舌部和第二舌部的至少尖部结合在护罩上，允许叶片孔的前缘和舌部的尖部之间的偏移减小。这可提供将流导向涡轮叶轮容纳孔以及涡轮叶轮的更有效方式，从而减少流泄漏并且增加卷形件分离。

第一舌部和第二舌部的至少尖部可以分别从第一突出部和第二突出部延伸。

优选地，第一舌部的至少尖部从第一突出部延伸。优选地，第二舌部的至少尖部从第二突出部延伸。每个偏置板壁部分可以被称为突出部或突起。

舌部的至少尖部可以从突出部的与凹部相对的一侧延伸。也就是说，第一凹部和第二凹部可以形成在护罩的第一侧中，并且舌部的至少尖部可以形成在护罩的第二侧中。

当被组装为涡轮增压器的一部分时，第一凹部和第二凹部可以设置在护罩的朝外侧上。舌部的至少尖部可以设置在护罩的朝压缩机侧上。因此，舌部的至少尖部可以在轴线的方向上延伸。舌部的至少尖部可以朝向涡轮增压器的中心区域延伸，该中心区域可以是轴承座。

第一舌部的至少尖部和第二舌部的至少尖部中的尖部可以分别相对于第一叶片孔的前缘和第二叶片孔的前缘未对齐。

优选地，第一叶片孔的前缘与第一舌部的至少尖部至少部分地周向重叠。优选地，第二叶片孔的前缘与第二舌部的至少尖部至少部分地周向重叠。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于涡轮增压器的护罩，该护罩包括：

第一叶片孔，喷嘴环的第一叶片可容纳在第一叶片孔中；

第二叶片孔，喷嘴环的第二叶片可容纳在第二叶片孔中；

与第一叶片孔的前缘相关联的第一舌部的至少尖部；以及

与第二叶片孔的前缘相关联的第二舌部的至少尖部。

舌部的至少尖部可与各自的叶片孔的前缘未对齐。优选地，各个叶片孔的前缘与舌部的至少尖部至少部分地周向重叠。

舌部的至少尖部可以是远离护罩轴向延伸的突出部。在使用中，突出部可以形成外壳中的舌部的一部分，该外壳形成涡轮组件的一部分。

有利地，将第一舌部的至少尖部和第二舌部的至少尖部结合在护罩上，允许叶片孔的前缘和舌部的尖部之间的偏移减小。这可提供将流导向涡轮叶轮容纳孔以及涡轮叶轮的更有效方式，从而减少流泄漏并且增加卷形件分离。

此上下文中的相关联旨在表示最接近于舌部的至少尖部的叶片孔的前缘。相关联包括与叶片孔的前缘对齐的至少尖部，以及相对于舌部的至少尖部正同步或负同步的叶片孔。相关联还包括与舌部的至少尖部至少部分地周向重叠的叶片孔的前缘。

根据本发明的第七方面，提供了一种用于涡轮增压器的涡轮组件，该涡轮组件包括：

外壳，限定入口和出口之间的流动路径，该外壳围绕轴线延伸并且限定第一孔，叶片组件和涡轮叶轮可容纳在该第一孔中，该外壳进一步限定第一舌部和第二舌部，该外壳包括蜗形壳体和根据本发明第六方面的护罩；

该蜗形壳体包括第一蜗壳和第二蜗壳，该第一蜗壳和第二蜗壳分别限定第一流动通道和第二流动通道，第一蜗壳和第二蜗壳的每个的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定；

护罩与该蜗形壳体接合；并且

其中，第一舌部由第一部分和第二部分形成，第一部分形成蜗形壳体的一部分，第二部分形成护罩的一部分，其中第一部分和第二部分配合以限定第一舌部；并且

其中，第二舌部由第一部分和第二部分形成，第一部分形成蜗形壳体的一部分并且第二部分形成护罩的一部分，其中第一部分和第二部分配合以限定第一舌部。

有利地，通过提供由第一部分和第二部分形成的两件式舌部，可以将舌部的尖部设置为更接近于叶片组件的叶片的前缘。这可提供将流导向涡轮叶轮的更有效方式，从而减少流泄漏并且增加卷形件分离。

舌部的第一部分和第二部分之间的配合可以另外被描述为接合或配对。实际上，第一部分和第二部分限定了单个舌部几何形状。

护罩可以容纳在蜗形壳体的凹部中。该凹部可以是环形的。

根据本发明的第八方面，提供了一种用于涡轮增压器的涡轮组件，该涡轮组件包括：

外壳，其限定入口和出口之间的流动路径，该外壳围绕轴线延伸，该外壳包括：

第一蜗壳和第二蜗壳，分别限定第一流动通道和第二流动通道，第一蜗壳和第二蜗壳中的每个的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定；

壁构件；以及

第一孔，叶片组件容纳在该第一孔中；

其中，叶片组件限定涡轮叶轮容纳孔；并且

其中，壁构件和叶片组件限定圆周出口部分和涡轮叶轮容纳孔之间的环形通道，叶片组件和壁构件中的至少一个相对于叶片组件和壁构件中的另一个可轴向位移，以调节环形通道的打开程度。

换言之，提供了一种双入口几何形状可变式涡轮，其中壁构件或叶片组件可轴向移动。

壁构件可以是护罩。叶片组件可以是喷嘴环。喷嘴环可以相对于护罩可轴向位移。可选地，护罩可以相对于喷嘴环可轴向位移。

环形通道可以被另外称为喷嘴。

已经发现，相比于成对入口涡轮组件，具有轴向可位移几何形状可变式机构的双入口涡轮组件尤其有效。双入口涡轮组件的一个优点在于相比于成对入口示例增加了卷形件分离。因此，提高了发动机效率。

环形通道的打开程度可被另外描述为流动通道的收缩程度。环形通道限定了废气可朝向涡轮叶轮周向流动通过的横截面面积。环形通道的打开程度可被另外描述为环形通道的改变尺寸或变化尺寸。

本文阐述的本发明的每个方面的可选和/或优选特征也适用于本发明的任何其他方面。

附图说明

现在将参考附图，仅通过示例方式描述本发明的具体实施例，其中：

图1是现有的几何形状可变式涡轮增压器的横截面图；

图2a是根据本发明第一方面的涡轮组件的剖面立体图；

图2b是图2a的涡轮组件的感兴趣区域的放大图；

图2c是图2a的涡轮组件的替代横截面图；

图2d是图2c的涡轮组件的感兴趣区域的放大图；

图2e是图2d所示的感兴趣区域的旋转立体图；

图3a是图2a的涡轮组件的喷嘴环的端视图；

图3b是图3a的喷嘴环的旋转立体图；

图4a是图2a的涡轮组件的一部分的端视图；

图4b是图4a的涡轮组件的一部分的感兴趣区域的近视特写图；

图5示出了流在图2a的涡轮组件的至少一部分内占据的容积；

图6是根据本发明的涡轮组件的一部分的放大图；

图7a和7b示出了涡轮组件的感兴趣区域；

图7c示出了根据本发明的涡轮组件的感兴趣区域；

图8a至8d是表示在图6和图7a至7c中描绘的每个布置中的流的绝对压力分布的计算机模拟结果；

图9a和9b是对应于图6和图7a至7c中描绘的布置的曲线图；

图10a至10c是表示分别在图7a至图7c中描绘的每个布置中的流通过涡轮组件的速度分布的计算机模拟结果；

图11a至11c是表示分别在图7a至图7c中描绘的布置中的流通过涡轮组件的速度分布的计算机模拟结果，放大以示出舌部高压侧处的流；

图12a至图12c是表示分别在图7a至图7c中描绘的布置中的流通过涡轮组件的速度分布的计算机模拟结果，放大以示出舌部低压侧处的流；

图13a至13c是表示分别在图7a至图7c中描绘的每个布置中的流的总压力分布的计算机模拟结果；

图14a是根据本发明另一实施例的涡轮组件的感兴趣区域的放大剖面立体图；

图14b是图14a的涡轮组件的侧视图；

图14c是图14a的涡轮组件的替代横截面图；

图14d是图14c的涡轮组件的感兴趣区域的放大图；

图14e是图14d所示的感兴趣区域的旋转立体图；以及

图15是示出在不同转子速度下，双入口涡轮布置与单入口涡轮布置相比较的歧管组之间压力差的曲线图。

具体实施方式

图1示出了一种已知的几何形状可变式涡轮增压器。涡轮增压器包括几何形状可变式涡轮外壳1和压缩机外壳2，它们通过中央轴承座3相互连接。涡轮增压器轴4延伸通过轴承座3从涡轮外壳1延伸到压缩机外壳2。涡轮叶轮5安装在轴4的一端以在涡轮外壳1内旋转，压缩机叶轮6安装在轴4的另一端以在压缩机外壳2内旋转。轴4围绕位于轴承座3中的轴承组件上的涡轮增压器轴线4a旋转。

涡轮外壳1限定入口蜗壳7，其中来自内燃机(未示出)的气体被输送到该入口蜗壳。废气从入口蜗壳7经由环形入口通道9和涡轮叶轮5而流入到轴向出口通道8。入口通道9的一侧由可移动环形壁构件11(通常称为“喷嘴环)的径向壁的面10限定，而相对侧由形成入口通道9的面向喷嘴环11的壁的环形护罩12限定。护罩12覆盖涡轮外壳1中的环形凹部13的开口。

喷嘴环11支撑周向地且等距地间隔开的入口叶片14的阵列，每个入口叶片14延伸横跨入口通道9。叶片14被定向为使流过入口通道9的气体偏转朝向涡轮叶轮5的旋转方向。当喷嘴环11接近环形护罩12时，叶片14通过在护罩12中合适配置的缝隙而突出到凹部13中。

喷嘴环11的位置由在US 5,868,552中公开的类型的致动器组件控制。致动器(未示出)可操作为经由致动器输出轴(未示出)来调节喷嘴环11的位置，该致动器输出轴链接到结合件(yoke)15。结合件15进而接合支撑喷嘴环11的、轴向延伸的致动杆16。因此，通过适当控制致动器(例如，致动器可以是气动的或电动的)，可以控制杆16的轴向位置，并且因此控制喷嘴环11的轴向位置。

涡轮叶轮5的速度取决于气体穿过环形入口通道9的速度。对于流入入口通道9的气体的质量比率是固定的，所以气体速度是入口通道9的宽度的函数，其中该宽度通过控制喷嘴环11的轴向位置可调节。图1示出了环形的入口通道9完全打开。通过将喷嘴环11的面10朝向护罩12移动，可以将入口通道9关闭到最小。

喷嘴环11具有轴向延伸的、在径向方向上的内环形法兰17和外环形法兰18，它们延伸到设置在涡轮外壳1中的环形腔19中。设置内密封环20和外密封环21以分别相对于环形腔19的内环形表面和外环形表面来密封喷嘴环11，同时允许喷嘴环11在环形腔19内滑动。内密封环20被支撑在形成于腔19的径向方向上的内环形表面中的环形槽内，并且抵靠喷嘴环11的内环形法兰17。外密封环21被支撑在形成于腔19的径向方向上的外环形表面中的环形槽内，并且抵靠喷嘴环11的外环形法兰18。

从入口蜗壳7流入出口通道8的气体经过涡轮叶轮5，因此扭矩被施加到轴4以驱动压缩机叶轮6。压缩机叶轮6在压缩机外壳2内的旋转对存在于空气入口22中的环境空气加压，并且将压缩空气输送到空气出口蜗壳23，压缩空气从空气出口蜗壳23被供给到内燃机(未示出)。

图2a是根据本发明的涡轮组件100的剖面立体图。出于本文的目的，涡轮组件被认为包括外壳102和叶片组件104。涡轮组件100可以不包括涡轮叶轮(图2a中未示出)。

从图2a中可以看出，外壳102的在圆周方向上大约四分之一的部分被切掉，以便于以其他方式暴露由于外壳102而不可见的部件。

外壳102限定入口106和出口108之间的流动路径。因此，在使用中，废气流经由入口106而进入涡轮组件100，并且已经过该组件的其他部分(将被详细讨论)，然后经由出口108离开涡轮组件100。出口108可以描述为轴向出口或轴向出口通道。

如图2a所示，入口106与法兰110合成一体以简化与另一部件的安装或连接。这种部件的一个示例是与发动机废气歧管流体连通的导管。

外壳102围绕轴线112延伸。轴线112也是轴和涡轮叶轮(图2a中没有示出轴和涡轮叶轮)旋转所围绕的轴线，如结合图1所解释的。

回到外壳102，外壳102包括第一蜗壳114和第二蜗壳116。第一蜗壳114和第二蜗壳116的每一个由分隔壁118隔开。分隔壁118可以围绕轴线112径向延伸。因此，蜗壳114、116限定了单独的导管。

第一蜗壳114和第二蜗壳116限定了废气沿其流动的第一和第二流动通道。因此，入口106被分成两个孔，一个孔与第一蜗壳114和第二蜗壳116中的每一个连通。第一蜗壳114和第二蜗壳116的几何形状在图2c中以不同的横截面示出。

返回到图2a，第一蜗壳114和第二蜗壳116中的每一个包含圆周出口部分。虽然圆周出口部分在图2a中没有清晰可见，但它们被更清楚地示出在图2c的视图中(并且将在本文的后面进行描述)。第一蜗壳114和第二蜗壳116中的每一个的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定(在图2a中仅可见第一舌部120)。在一些布置中，舌部可因此被认为是限定了第一蜗壳114和第二蜗壳116的端部。

返回到图2a，外壳102限定了第一孔122。第一孔122大致是圆形的。第一孔122被配置为将叶片组件104容纳在其中。因此，叶片组件104可容纳在第一孔122中。第一孔122可以是凹部的形式(即，不一定是通孔)，但限定了可以容纳叶片组件104的几何形状。

在示出的实施例中，叶片组件104是喷嘴环。如结合图1所描述的，喷嘴环可以轴向移动，以打开或关闭环形通道。环形通道至少部分地由叶片组件104的面124限定。环形通道的宽度在图2b中标记为125。通过打开和关闭环形通道，可以增加或减少废气流过的喉部的横截面积。这进而影响了撞击到涡轮叶轮上的废气流的特性，因此允许更好地控制涡轮叶轮转速(RPM)。换言之，叶片组件104的致动可用于改变环形通道125的横截面积，这可用于控制涡轮叶轮RPM。因为压缩机叶轮和涡轮叶轮安装到共同的轴上，所以对涡轮叶轮RPM的控制也意味着可以控制或调节压缩机叶轮RPM。

叶片组件104包括围绕涡轮叶轮容纳孔126周向分布的多个叶片128、130a、130b。因为涡轮叶轮容纳孔126围绕轴线112延伸，所以多个叶片128、130a、130b也可以因此被描述为围绕轴线112延伸。多个叶片至少包括第一叶片128和在图2a中不可见的第二叶片。多个叶片进一步包括多个其他叶片，其中的两个叶片在图2a中标记为130a和130b。多个叶片的布置在图2c中更清晰地示出。

如图2a所示，形成叶片组件104的一部分的叶片128、130a、130b在相对于彼此的方向上是固定的。也就是说，叶片组件104不是摆动叶片类型(其中叶片可以旋转以改变它们的冲角)。叶片128、130a、130b中的每个具有前缘和后缘。前缘是叶片的上游端，而后缘是叶片的下游端。

如图2a所示，叶片组件104的叶片128、130a、130b被容纳在壁构件中的叶片孔中。在图示的布置中，壁构件是护罩132。因此，叶片组件104和护罩132的组合限定了环形通道125，具体为在它们之间限定了环形通道125。

外壳102包括蜗形壳体134和壁构件(在所示实施例中为护罩132)。蜗形壳体134可以另外称为铸件。蜗形壳体134包括第一蜗壳106和第二蜗壳108以及第一孔122。壁构件(具体为护罩132)接合蜗形壳体134以限定外壳102。

转向图2b，示出了图2a的涡轮组件100的感兴趣区域的放大图。图2b是第一舌部120和周围特征的近视图。第一舌部120包括尖部136。舌部120至少部分地限定与第一蜗壳114相关联的第一圆周出口部分。这在图2c中更清楚地示出，并且(第一)圆周出口部分在图8c中标记为266。

返回到图2b，容纳叶片组件104的第一孔122被更清楚地示出为外壳102的一部分。护罩132也更清晰可见。具体地，可以看到护罩132的两个轴向延伸部分138、140。护罩132的第一轴向延伸部分是径向外部138。护罩132的第二轴向延伸部分是径向内部140。轴向延伸部分138、140可以另外分别称为内环形法兰和外环形法兰。

图2b中还示出了护罩132的第一突出部142。护罩132的径向外部138限定了护罩132的护罩壁。因此，第一突出部142从护罩壁径向向外延伸。另外，在护罩132的护罩壁的直径方向上的相对位置处还设置了第二突出部(在图2b中不可见)。径向外部138或护罩壁在两个位置处向外偏移以限定第一突出部142和第二突出部(第二突出部在图2b中不可见)。第一突出部和第二突出部两者均用作防旋转特征，该防旋转特征将护罩132更牢固地固定就位(具体为旋转位置)。

如将在下文中更详细讨论的，本发明涉及了第一叶片128的前缘144(参见图2b)在第一舌部120的尖部136上方的周向重叠。如将理解的，在使用中，废气流过外壳102的舌部120，然后至少由第一叶片128引导朝向涡轮叶轮(并且因此朝向涡轮叶轮容纳孔132)。

现有的涡轮组件的问题与卷形件分离有关。具体地，当废气以交替方式脉冲通过第一蜗壳114和第二蜗壳116时，一个蜗壳的废气可能干扰另一个蜗壳的废气。换言之，来自脉冲蜗壳的废气可能泄漏到非脉冲蜗壳中。这由于之后至少在非脉冲蜗壳的出口部分附近会存在背压而增加了发动机泵送功。

利用至少部分地与舌部120(具体为其尖部136)重叠的第一叶片128(具体为其前缘144)，可以减少流泄漏并且可以有利地增加卷形件分离。这意味着发动机效率整体提高，由于减少了用于克服“泄漏”背压而另外所需的附加泵送功。图2c示出了上述的重叠(未对齐的示例)。

图2c是涡轮组件100的横截面图。横截面是关于垂直于轴线112并且穿过第一舌部120的尖部136的平面截取的。图2c的横截面还在朝向图2a的出口108沿着轴线112延伸的方向。

图2c示出了外壳102如何限定第一蜗壳114和第二蜗壳116。为了便于参考，图5是示出可经过第一蜗壳114、第二蜗壳116和叶片组件104的流的体积的图。返回到图2c，如前所述，第一蜗壳114和第二蜗壳116中的每一个包括圆周出口部分，该圆周出口部分在例如第一舌部120和第二舌部121之间限定。如将从图2c所理解的，在所示出的布置中，第一舌部120和第二舌部121中的每个基本上将原本圆形的几何形状分成两个半圆。也就是说，在所示出的布置中，第一舌部120和第二舌部121基本上平分第一孔122(在第一孔122中容纳有叶片组件104)。第一舌部120和第二舌部121限定了两个圆周出口部分。在其他布置中，第一舌部和第二舌部可以不平分第一孔122。替代地，第一舌部和第二舌部可关于第一孔不均匀地间隔开。

第一圆周出口部分是第一蜗壳114的一部分。第二圆周出口部分是第二蜗壳116的一部分。第一圆周出口部分在图8c中用数字266表示。返回到图2c，每个圆周出口部分可因此被认为在第一舌部120和第二舌部121之间延伸。以第一蜗壳114为例，第一蜗壳114因此具有上游舌部(即，第一舌部120)和下游舌部(即，第二舌部121)。也就是说，当废气流过第一蜗壳114时，废气首先经过第一舌部120，然后这些气体中的一些可以经过第二舌部121。对于第二蜗壳116，则是这些舌部的相反布置。

对于第二蜗壳116，上游舌部是第二舌部121并且下游舌部是第一舌部120。换言之，两个蜗壳114、116中的每一个都包括圆周出口部分，该圆周出口部分至少部分地由第一舌部120和第二舌部121两者限定。在所示出的布置中，圆周出口部分基本上相等(即，几何形状被划分成两个相等部分)，但是在其他实施例中，情况可能并非如此。

因此，舌部120、121中的每个可被描述为均具有高压侧和低压侧。转向图2c和图2d，以第一舌部120为例，高压侧146限定第一蜗壳114或形成第一蜗壳114的一部分。相比之下，第一舌部120的低压侧148限定第二蜗壳116或形成第二蜗壳116的一部分。类似地，对于第二舌部121，高压侧150限定第二蜗壳116，并且第二舌部121的低压侧152限定第一蜗壳114。

如图2c所示的外壳102还包括涡轮叶轮容纳孔154。轴线112也在图2c中示出。

转向图2c的叶片组件104，第一叶片128和第二叶片129是可见的。第一叶片128是与第一舌部120相关联的长叶片。类似地，第二叶片129是与第二舌部121相关联的长叶片。尽管在所示出的实施例中，第一叶片128和第二叶片129相对地长于其他叶片，但是在其他布置中，所有多个叶片可以具有相同的尺寸。也就是说，它们可全部具有共同的弦长(即，前缘和后缘之间的最短距离)。

具有两个较长的叶片(诸如第一叶片128和第二叶片129)是令人期望的，这是因为涡轮组件的整体尺寸可保持为小于在所有叶片均被增加尺寸至与第一叶片128和第二叶片129相同的尺寸的情况下的整体尺寸。这使得包含涡轮组件的涡轮增压器的整体尺寸也因此可以保持为较小。

还示出了多个其他的辅助叶片。在所示出的布置中，存在十二个辅助叶片。然而，辅助叶片的数量可以改变。

可将所有的多个叶片分组为第一阵列和第二阵列。第一叶片阵列指的是与第一圆周出口部分以及第一蜗壳114相关联的一组叶片。参见图2c，第一叶片阵列包括第一叶片128和穿过叶片组件104、从第一叶片128顺时针环绕移动布置的六个辅助叶片。第二叶片阵列包括第二叶片129和其余叶片(即，从第二叶片129顺时针环绕移动的六个叶片)。在这种布置中，每个叶片阵列因此包括相同数量的叶片。然而，在其他布置中，可在总数上存在更多或更少的叶片。第一阵列和第二阵列还可以包括不同数量的叶片。

辅助叶片小于第一叶片128和第二叶片129，或者比第一叶片128和第二叶片129具有更短的弦长的优点在于，减少经过辅助叶片的流的表面/表皮摩擦力或阻力。也就是说，通过减小辅助叶片的弦长，流动通过辅助叶片时消耗的能量更少。

图2c中还示出了护罩132的表面156。在使用中，表面156是护罩132的面向轴承座的一侧。在使用中，如先前已经解释的，环形通道的喉部是通过叶片组件104相对于护罩132位移或移动来进行调整的。由于图2c中示出的是横截面图，所以叶片组件104的安装部分在图2c中不可见。仅叶片的外端(例如，叶片的距离安装部分最远的端部)是可见的。

转向图2d，提供了接近第一舌部120的区域的近视图。如前所述，第一舌部120具有高压侧146和低压侧148。第一舌部120进一步包括尖部136。图2d中还示出了具有前缘144和后缘158的第一叶片128。

如将详细描述的并且由计算机模拟结果所示出的，第一叶片128的前缘144相对于第一舌部120的尖部136的对齐在增加第一蜗壳114和第二蜗壳116之间的卷形件分离方面起到重要作用。换言之，长叶片的前缘相对于舌部的尖部的相对对齐(具体为周向对齐)在减少从脉冲蜗壳到非脉冲蜗壳的流的泄漏方面起到重要作用。

关于图2d，示出了第一叶片128和舌部120之间未对齐。具体地，第一叶片128的前缘144相对于第一舌部120的尖部136未对齐，因为第一叶片128的前缘144至少部分地与第一舌部120的尖部136周向重叠。这种未对齐是改善卷形件分离和减少流泄漏所需要的。以另一种方式定义，在与涡轮叶轮在使用中旋转的方向或蜗壳114、116围绕轴线延伸(从入口106朝向轴线112)的方向相反的旋转方向上，第一叶片128的前缘144相对于第一舌部120的尖部136同步或旋转偏移。涡轮叶轮在使用中旋转的方向在图2d中由箭头151指示。在零同步(zero clocked)布置中，叶片通常与舌部对齐。正同步叶片使得叶片在一方向上旋转以增加叶片与舌部的周向重叠的程度。

在图2d的布置中，第一叶片128的前缘144与第一舌部120的尖部136周向重叠。第一叶片128接近第一舌部120，例如第一叶片128是具有最接近尖部136的前缘144的叶片。第一叶片128也在与舌部120的高压侧146大致相同的方向上延伸。换言之，第一叶片128可被描述为至少部分地与舌部120周向重叠。可选地，第一叶片128的前缘144可被描述为与舌部120重叠。

未对齐可被另外描述为级联布置。也就是说，废气沿着舌部120的高压侧146流动，然后流向第一叶片128。具体地，废气流可以描述为经过第一舌部120的高压侧146，然后到达第一叶片128的高压侧或凸面侧160。因此，舌部120可描述为被配置为将废气流引导到第一叶片128的高压侧或凸面侧160。舌部120也可以描述为朝向第一叶片128的高压侧或凸面侧160呈一角度。第一叶片128还具有低压侧或凹面侧162。

第一叶片孔164也在图2d中可见。第一叶片孔164延伸穿过护罩132。第一叶片孔164符合第一叶片128的外部几何形状。因此，第一叶片128可被描述为装配在第一叶片孔164内部或之内。此外，如前所述，第一叶片128延伸穿过第一叶片孔164以改变轴向范围，从而打开或关闭环形通道。

在理想情况下，第一舌部120的尖部136将接合或连接到第一叶片128的前缘144。这将降低流泄漏到另一蜗壳中的风险，或者换言之，降低废气流到第一叶片128的低压侧或凹面侧162的风险。然而，为了允许叶片组件104相对于外壳102以及第一舌部120可轴向移动，在尖部136和前缘144之间需要空隙。由于第一舌部120和第一叶片128的冲角(即，它们相对于水平轴线的对齐角度)，使得空隙产生了径向间隙，并且在一些布置中产生了周向间隙。在图2d的布置中，因为前缘144与尖部136周向重叠，所以不存在周向间隙。

在前缘和尖部之间存在周向间隙对于流泄漏到相邻蜗壳更成问题。这是因为，与单独的径向间隙不同，废气可以沿着舌部流动并通过周向间隙(例如参见图11a)。在空隙仅产生径向间隙的情况下(诸如在图2d的布置中)，对于流泄漏到相邻蜗壳的情况，流必须更明显地改变方向(例如参见图11c)。换言之，当空隙产生周向间隙时，相比于空隙仅产生径向间隙时，流泄漏更为严重。实际上，仅径向间隙的情况产生了更曲折的路径，流必须穿过该曲折的路径来进入相邻的非脉冲蜗壳。

图2e是图2d的感兴趣区域剖开的旋转立体图。图2e示出了舌部120的高压侧146具有轴向范围，从而限定了第一舌部120的厚度。类似地，图2e示出了叶片如何被相应的叶片孔容纳。第一舌部120的尖部136被示出为延伸到第一孔122。也就是说，第一舌部120基本上向上延伸到护罩132。护罩132的第一突出部142也在图2e中示出。

转向图3a，示出了叶片组件104的正视图。叶片组件104的面124因此是可见的。面124是限定环形通道的一侧的面，在使用中废气通过该环形通道流向涡轮叶轮。如前所述，在所示实施例中，叶片组件104是喷嘴环。喷嘴环包含多个叶片，该多个叶片包括第一叶片128和第二叶片129。多个平衡孔设置在叶片组件104的面124中。从图3a可以看出，第一叶片128和第二叶片129的前缘被设置为相比于其他的辅助叶片更接近叶片组件104的外圆周或外围。期望将第一叶片128和第二叶片129设置为更接近叶片组件104的外围，其原因在于一旦流通过第一舌部120和第二舌部121，就可再一次更准确地导向涡轮叶轮。期望将第一叶片128和第二叶片129设置为更接近叶片组件104的外围，其原因在于使得第一叶片128和第二叶片129的前缘更接近涡轮组件100中的第一舌部120和第二舌部121的尖部。

在所示出的布置中，所有多个叶片的后缘设置在基本相同的直径位置处。也就是说，叶片的所有后缘与面124和叶片组件104的内圆周168间隔基本相同的距离。

图3b是叶片组件104的旋转立体图。图3b还示出了叶片组件104的安装部分170。

安装部分170包括两个轴向延伸的圆周壁。因此，这些壁在它们之间限定了U形通道。当在横截面中观察时，叶片组件104的安装部分170类似于图1中所示的喷嘴环11的安装部分。

图4a是涡轮组件100的一部分的端视图。图4a示出了图3a和3b的叶片组件104，护罩132在其上方与叶片组件104重叠。换言之，叶片组件104至少部分地容纳在护罩132中。因此，叶片组件104的叶片被容纳在护罩132的叶片孔中。在使用中，叶片组件104相对于护罩132的轴向位移在不同程度上打开和关闭环形通道。

如前所述，护罩132包括径向外部138和径向内部140。径向外部138可被另外描述为护罩壁。这是因为护罩壁138可以限定护罩132的外围。

图4a还示出了护罩132的第一突出部142和第二突出部143。第一突出部142和第二突出部143向外突出或径向突出。第一突出部142和第二突出部143分别限定第一凹部172和第二凹部174。第一凹部172和第二凹部174为第一叶片128和第二叶片129提供空隙，使得第一叶片128和第二叶片129被护罩132容纳而不与径向外部138(也被另外称为护罩壁)发生碰撞。因此，在所示布置中，叶片孔164、180的前缘176、178设置在护罩壁(或径向外部138)的内表面182的径向外侧。这在图4b的近视图中更详细地示出，图4b以放大图示出了第一叶片128和护罩132的相关区域。

图5是由涡轮组件100限定的容积的立体图。也就是说，图5示出了流可以在涡轮组件100内占用的容积(的一部分)。另外，图5可以描述为示出了流体体积。因此，图5在示出第一蜗壳114和第二蜗壳116的几何形状以及舌部120、121与第一叶片128和第二叶片129的前缘之间的相对的未对齐方面是有用的。尽管在该图中，一些特征通常被表示为不存在流(而是存在材料)，但它们仍然使用与前面附图相同的参考标记来标识。观察图5布置的方向与观察图2c横截面的方向相反。

图6是根据本发明的舌部200和叶片组件202的放大图。叶片组件202包括第一叶片204。在图6所示的叶片组件202中，所有多个叶片共享相同的几何形状。也就是说，第一叶片204具有与其他叶片基本相同的几何形状。第一叶片204仍然包括前缘206和后缘208。

与如前所述的第一舌部120和第二舌部121相比，图6的舌部200相对较厚。也就是说，图6的舌部200不是向尖部逐渐变细，而是仅包括圆形端部210。此外，在横截面中舌部200的厚度沿着舌部200的长度保持基本恒定。而且，舌部200的端部210没有朝向叶片组件202倾斜到第一舌部120和第二舌部121的程度。

结合以上并且如前所述，第一叶片204不是长叶片。也就是说，第一叶片204在前缘206和后缘208之间不具有相对较长的弦长。因此，相比于相邻的基本相同的叶片，第一叶片204没有相对较长。

由于舌部200和叶片204的原因，当废气流过舌部200时，废气没有与图2c中所示的布置相同程度地被导向涡轮叶轮(设置在叶片组件204的径向内侧)。因此，在使用中，流过第一蜗壳的一部分废气可能容易泄漏到第二非脉冲蜗壳中。这会增加当第二蜗壳变成脉冲蜗壳时发动机必须克服以迫使废气通过第二蜗壳的背压。换言之，可能会不期望减少蜗壳之间的卷形件分离。由于增加了来自发动机的泵送功而导致降低了发动机效率，所以这是不希望的。

叶片204的前缘206相对于舌部200的端部210未对齐。舌部200可以被认为在舌部方向上延伸。叶片204可以被认为在叶片方向上延伸。应当理解，通常舌部方向和叶片方向分别沿着舌部200或叶片204的长度发生变化(因为舌部200和叶片204是弯曲的)。应当理解，如在本文中所使用的，叶片204的前缘206相对于舌部200的端部210对齐旨在表示，在舌部200的端部210处的舌部方向与在叶片204的前缘206处的叶片方向大体一致。相反地，叶片204的前缘206相对于舌部200的端部210未对齐旨在表示，在舌部200的端部210处的舌部方向与在叶片204的前缘206处的叶片方向存在偏离。

叶片204的前缘206至少与舌部200的端部或尖部210周向重叠。因此，图6是本发明的实施例。然而，如将更详细示出和描述的，由于叶片和舌部两者之间几何形状的差异，可超过图6实施例进一步改善卷形件分离。然而，应该注意的是，图6布置中的周向重叠表示，所示出的几何形状将提供比与图6相同的叶片和舌部几何形状的布置增多的卷形件分离，但没有重叠(诸如叶片和舌部对齐)。

转向图7a至7c，示出了其他涡轮组件布置。为了便于参考，第一舌部和叶片中的每个将在不同附图中提供有不同的附图标记。

从图7a开始，示出了第一舌部214和相关的第一叶片216。舌部214具有尖部218并且第一叶片216具有前缘220和后缘224。图7a是负同步第一叶片216，或者第一叶片216不与第一舌部214周向重叠的布置的示例。

在根据本发明的图7a布置中，第一叶片216的前缘220相对于第一舌部214的尖部218未对齐。此外，第一叶片216在与舌部214基本相同的方向上延伸。

图7a还示出了叶片组件226，其中第一叶片216形成了叶片组件226的一部分。

叶片组件226可被描述为相对于包含第一舌部214的外壳负同步。也就是说，叶片组件226相对于外壳旋转偏移或周向偏移，以改变第一叶片216的前缘220和舌部214的尖部218之间的对齐。负同步的负是指相比于对齐布置(即图7b的布置)，叶片216(更广义地为叶片组件226)相对于外壳旋转的旋转方向。在图7a的布置形成了涡轮增压器的一部分，并且从涡轮增压器的涡轮端观察该布置的情况下，负同步是指叶片组件226在逆时针方向上旋转。对相对于外壳旋转的叶片组件226的参考可具体指，相对于形成外壳的一部分的舌部214旋转的叶片组件226。甚至更具体地，第一叶片216的前缘220可被描述为相对于舌部214的尖部218旋转。应当理解，对于不同的涡轮组件，可以颠倒第一蜗壳和第二蜗壳围绕轴线延伸的方向。因此，定义同步布置的旋转偏移方向的替代方式是相对于涡轮叶轮(在使用中)的旋转方向。

对于负同步布置，(第一叶片216的前缘220相对于第一舌部214的尖部218的)旋转偏移的方向与涡轮叶轮在使用中的旋转方向相同。涡轮叶轮在使用中的旋转方向在图7a中由箭头225表示，并且图7b和7c也是如此。

还应当理解，涡轮叶轮被布置为在叶片通常延伸的方向上旋转。也就是说，叶片朝向涡轮叶轮呈一角度以将流引导至涡轮叶轮。进而流驱动涡轮叶轮在使用中的旋转。因此，前缘220相对于尖部218的偏移通常在旋转方向上、沿着叶片从前缘220至后缘224移动。

尽管以上描述中的参考仅涉及第一舌部214和第一叶片216，但应当理解，与第二舌部和第二叶片相关的布置的径向相对侧存在基本对称的布置以及对齐。

在一些布置中，诸如那些不包含废气再循环(EGR)功能的布置，可能期望舌部在径向上彼此相对。换言之，每个圆周出口部分可以占据围绕轴的180°扇区。然而，在其他布置中，诸如包含EGR功能的布置，可能期望具有不对称布置或不相等的圆周出口部分。这可能是因为EGR会导致依次到达每个圆周出口部分的废气分布不平衡。调整圆周出口部分的相对尺寸可以帮助平衡导向涡轮叶轮的流的分布。

图7a中示出的负同步布置是不被期望的，原因在于由于第一叶片216的前缘220相对于舌部214的尖部218的负同步，可导致废气流从第一脉冲蜗壳泄漏到第二无脉冲蜗壳。因此，卷形件分离以及发动机效率都会受到负面影响。这将在之后的附图中通过计算机模拟结果的方式示出。

具体地，图7a的负同步布置在第一叶片216的前缘220和第一舌部218的尖部218之间产生了周向间隙217。该周向间隙217或偏移提供泄漏路径，废气通过该泄漏路径会不期望地流入相邻的圆周出口部分。此外，废气会在不明显地改变方向的情况下流过周向间隙217。也就是说，流会容易地经过间隙217或者通过间隙217泄漏。

转向图7b，示出了其他布置。在图7b的布置中，在第一叶片232的前缘230和第一舌部236的尖部234之间没有相对不对齐。也就是说，前缘230和尖部234相对于彼此对齐。因此，图7b布置可以描述为零同步布置，其中叶片232和舌部236通常对齐。前缘230和尖部234可以被另外描述为彼此面对关系，或直接彼此相对。在图7b的对齐布置中，如果第一舌部236的高压侧237进一步延伸超过尖部234，则第一舌部236(具体为其尖部)将与第一叶片232的前缘230相遇或接触。

将从图7b理解的是，在第一叶片232的前缘230和第一舌部236的尖部234之间存在周向间隙。因此，在所示的零同步布置中，第一叶片232的前缘230不与第一舌部236的尖部234重叠。

如将在随后附图中结合计算机模拟结果所描述的，前缘230和尖部234的对齐属性(具体为它们之间存在的周向间隙)可能会导致废气流从第一脉冲蜗壳泄露到第二非脉冲蜗壳。因此，废气可被另外描述为侵入到非脉冲蜗壳中。这是因为当废气沿着第一舌部236流动并且经过尖部234时，一部分废气流撞击第一叶片232的前缘230，废气的一部分流过周向间隙。在图7b的布置中，当流撞击到前缘230时，一些流随后被引导离开第一叶片232，如箭头238所示。也就是说，废气会从第一脉冲蜗壳239泄漏到第二非脉冲蜗壳243。这将结合图11b更详细地示出和描述。

转向图7c，示出了根据本发明的实施例。在图7c中，叶片组件240相对于包括第一舌部242的外壳正同步。也就是说，在舌部242的尖部244和第一叶片248的前缘246之间存在相对未对齐。换言之，第一叶片248的前缘246至少部分地与相近的第一舌部242的尖部244重叠。因此，第一叶片248的前缘246相对于第一舌部242的尖部244正同步。因此，第一叶片248的前缘246在与涡轮叶轮在使用中的旋转方向相反的方向上与第一舌部242的尖部244旋转偏移。涡轮叶轮在使用中的旋转方向在图7c中被标记为241。因此，前缘246相对于尖部244同步的方向与箭头241所指示的方向相反。

由于重叠，经过舌部242并且经过尖部244的流涌出到第一叶片248或者沿第一叶片248流动。因此，减少了废气流从第一蜗壳250到第二蜗壳252的泄漏。因此，增加了卷形件分离以及发动机效率。此外，由于不存在周向间隙，所以废气无法沿基本径向方向朝向轴线流动。

与图7a的负同步布置相比，图7c的布置可以被认为是正同步。也就是说，当该布置形成涡轮增压器的一部分时，并且当从涡轮端进行观察时，叶片组件240相对于外壳(具体为其舌部242)沿顺时针方向旋转。换言之，叶片组件240相对于外壳在与涡轮叶轮在使用中的旋转方向相反的方向上旋转。

继续参考图7c，将更详细地描述第一舌部242的几何形状。

在该实施例中，第一舌部242一体地形成在蜗形壳体内。也就是说，第一舌部242是单个的实体。此外，第一舌部242包括两个部分。第一舌部242包括主体部分254和锥形部分256。

主体部分254可被描述为终止于第一舌部242开始向尖部244形成锥形的位置处。也可以存在与主体部分254相关联的锥形。虽然指示主体部分254的箭头仅指示舌部242的一部分，然而由于图7c是近视图，所以应当理解，舌部242的主体部分254可进一步延伸远离尖部244。也就是说，图7c中的标记为242的舌部242的范围不必须为主体部分的整个范围。除了主体部分254之外，舌部242进一步包括锥形部分256。锥形部分256变窄以到舌部242的尖部244。

第一舌部242进一步包括高压侧258和低压侧260。在图7c所示的布置中，第一舌部242的高压侧258设置在第一蜗壳250中或限定第一蜗壳250的一部分。第一舌部242的低压侧260设置在第二蜗壳252中或形成第二蜗壳252的一部分。

舌部242的锥形部分256可以仅在一侧或在两侧形成锥形。在锥形部分256仅在一侧形成锥形的情况下，优选在高压侧258上形成锥形。这使得通过第一蜗壳250的上游端的大部分废气流可更准确地被导向使用中的涡轮叶轮。形成锥形可被另外描述为在舌部的厚度上逐渐减小。在不同于所示的布置中，舌部可形成小于所示布置的程度的锥形。

负同步布置(诸如图7a中所示的布置)可以描述为引导废气沿舌部流动，并且通常将流的大部分引导到并且沿着辅助叶片的凸面侧或压力侧，其中辅助叶片属于其他阵列。也就是说，流的大部分可以经过第一叶片的前缘和舌部的尖部之间，然后撞击属于其他阵列的辅助叶片。根据本发明的正同步布置(诸如图7c中所示的布置)可以描述为引导废气沿着舌部流动，并且通常将流的大部分引导到并且沿着第一叶片的凸面侧或压力侧。以这种方式，将流的大部分引导朝向第一叶片形成其一部分的阵列，为了改善卷形件分离这是被期望的。

图8a至8d是图6至7c中所示的每个布置的具有相关联的关键点的绝对压力图。所有绝对压力图的共同点在于，每个图都在第一脉冲蜗壳中示出了较高压力。类似地，所有图都在第二非脉冲蜗壳中示出了较低压力。为了便于参考，图8a布置的第一蜗壳被标记为262，第二蜗壳被标记为264。

在对绝对压力图进行比较时，图8a的布置在第二蜗壳264中具有相对较高的绝对压力。这是不期望的，因为当第二蜗壳264变成脉冲蜗壳时，从上游入口流过第二蜗壳264的废气必须被泵送以抵抗第二蜗壳264中存在的背压，其中该背压是由于从第一蜗壳262泄漏的废气而导致的。换言之，发动机需要更大的泵送功，以便在点火循环结束时排出废气，并且将废气引导朝向涡轮组件，这使得发动机效率降低。

与图8a相比，图8b至图8d的所有布置都表示第二蜗壳中的绝对压力较低，这表明相对增加了卷形件分离，因此改善了发动机效率。应当注意的是，特别是图8d的布置(即正同步布置)在第二蜗壳中具有最低的绝对压力。这可能使得第二蜗壳中的背压最低，这表明卷形件分离得到改善。

由于第二非脉冲蜗壳中的绝对压力相对较低，所以图8a和图8d的绝对压力图的比较表示了图7c布置中的不同叶片和舌部几何形状如何改善卷形件分离。也就是说，诸如两个长叶片、锥形且成角度的舌部的可选特征使得进一步改善了卷形件分离。

结合图8c，出于说明的原因，标记了第一蜗壳263的圆周出口部分266。第二蜗壳264也包括圆周出口部分。

转向图9a和图9b，提供了示出图6至图7c的各种布置的性能比较的两个曲线图。

从图9a开始，Y轴上表示正常化(归一化)的涡轮级效率。X轴上提供级膨胀比。

涡轮级效率等于从流提取的功除以整个涡轮级可用的能量。图9a的法向轴(归一化轴)表示作为最高效率数据点(Y轴上的1.00处的“Far”数据点)的比例的不同布置的效率。

级膨胀比是入口压力与出口压力的比，即压力比。每个布置的级膨胀比的不同值可归因于发动机运行条件的范围，诸如曲轴RPM和废气脉冲的特性。也就是说，这些发动机运行条件会影响级膨胀比。针对图6至图7c的每个布置提供了单独的指标或数据组。“Far”数据对应于图6的布置，“Neg”数据对应于图7a，“Zero”对应于图7b并且“Pos”对应于图7c。

图9a的曲线图实际上表明，根据本发明图7c的布置产生了比图6和图7a的布置更低的涡轮级效率。然而，这被图7c(即正同步)布置增加了卷形件分离的事实所抵消，因此实际上图7c布置增加了整体的发动机效率。因此，单独考虑涡轮级效率仅表示整体系统效率的一部分。也就是说，使第一叶片的前缘相对于第一舌部的尖部正同步稍微违反直觉，由于这可能降低涡轮级效率。然而，整体上改善了发动机效率。

转向图9b，在Y轴上提供了涡轮组件的两个蜗壳的入口之间的压力平均值。在X轴上，提供了以10为底的级压比的对数。较高的log 10SPR值(即X轴值)表示较大的卷形件分离(即期望的较多的卷形件分离)。如图9b所示，图7c的布置相对于其他布置提供了最大改善的卷形件分离。因此，正同步提供了两个蜗壳的入口之间的给定平均值的最佳的卷形件分离。

尽管图9b表明根据本发明图6布置的周向重叠在增加卷形件分离方面不如图7a的负同步布置有效，但情况并非如此。具体地，应该记得的是图6和图7a布置之间存在许多其他几何形状差异。因此，图9b最终表明的是图7c布置中的周向重叠提供了最佳的卷形件分离性能。

图10a至图10c是分别对应于图7a至图7c中的每个布置的速度分布。也就是说，图10a示出了负同步布置，图10b示出了对齐布置，图10c示出了正同步布置。

仅结合图10a描述，第一蜗壳270是脉冲蜗壳，即主动强制废气从相关联的废气歧管通过的蜗壳。第二蜗壳272是非脉冲蜗壳，即废气不被从相应的废气歧管被主动强制通过第二蜗壳272。每个图均示出了通过第一蜗壳270的流在径向外部位置处的流速相对较低，并且流速朝向中心点增加。如结合以下附图将描述的，第一舌部274和第二舌部276处的流方向是尤其感兴趣的。

图10a和图10b示出了从第一蜗壳270泄漏到第二蜗壳272中的相对高速的废气射流。这在第二舌部276的附近。在图10c的情况下(即正同步布置)，在第二舌部276处没有高速的废气射流，但是存在经过第一舌部274并进入第二蜗壳272的高速废气流。

在图11a至图11c中，示出了图10a至图10c的每个布置中的在第一舌部274附近的放大图。这些速度图进一步包括指示废气流行进方向的方向箭头。从图11a和图11b可以看出，废气射流在第一舌部274和第一叶片280之间流动，撞击到相邻的辅助叶片281。在图11c的情况下(即正同步布置)，一些废气流沿着舌部274的低压侧282朝向第二蜗壳被引导。因此在图11c的布置中，相对较少的废气撞击到相邻的辅助叶片281。

图11a至图11c示出了周向间隙283的存在如何在流经过舌部274的尖部时影响流。在图11a和图11b中，在叶片280的前缘和舌部274的尖部之间存在周向间隙283。也就是说，叶片280的前缘没有至少部分地与舌部274的尖部周向重叠。通常，废气径向向内、朝向轴线流动通过周向间隙283。因此，舌部274实际上引导流通过周向间隙283。换言之，泄漏流路径不是曲折的路径。

相反，在图11c中，由于叶片280的前缘至少部分地与舌部274的尖部重叠，所以不存在周向间隙。为了使流经过叶片280的前缘和舌部274的尖部之间，流必须改变方向并且沿着舌部274的低压侧282回流。相比于与图11a和图11b中的泄漏流路径，这是更曲折的泄漏流路径。因此，相比于图11a和图11b的布置，图11c的布置中的流不太可能泄漏到非脉冲蜗壳中。因此，图11c布置具有比图11a和图11b布置相对更多的卷形件分离。

换言之，周向间隙的存在允许废气大体上径向地流入其他非脉冲蜗壳。在没有周向间隙的情况下，废气必须大体上周向地流动并且(大体上)沿着舌部的低压侧流入其他非脉冲蜗壳。在存在周向间隙的情况下，流可能需要改变小于90°的方向就能流入非脉冲蜗壳。在不存在周向间隙的情况下，流动可能需要改变约180°的方向才能流入非脉冲蜗壳。

因此期望在前缘和尖部之间不存在周向间隙。

图12a至图12c示出了图10a至图10c的在第二舌部276附近的布置。在图12a和12b中，高速废气射流被示出为经过第一(脉冲)蜗壳进入第二(非脉冲)蜗壳。在图12c中，经过第二舌部284和第二叶片286之间的废气流紧密地遵循第二叶片286的轮廓。因此，相对较少的废气从第一蜗壳进入第二蜗壳。

图13a至图13c是分别表示通过与图7a至图7c的布置相对应的布置的废气流的总压力分布的曲线图。与图13a和图13b相比，图13c中的非脉冲蜗壳的颜色相对较深，这表示图13c布置(即正同步布置)的卷形件分离更好。这是因为第二蜗壳的颜色表示非脉冲蜗壳中的总压力较低，并且从脉冲蜗壳到非脉冲蜗壳的废气泄漏较少，即卷形件分离增加。

从图8a至图13c可以理解的是，在两个舌部的流结果中存在差异，即流在每个舌部表现不同。

对于高压舌部(A)(参见图10a-图10c)，负同步对齐布置(图11a和图11b)示出了流离开第一舌部274并且被第一长叶片280重新定向。流还加速进入到相邻的(单独阵列的)顺时针方向叶片。图11c的正同步布置示出了第一舌部274下方的一些流的再循环，但大部分流移动通过叶片(即通过喷嘴或环形通道)。

对于低压舌部(B)(参见图10a-图10c)，负同步对齐布置(图12a和图12b)示出了流离开第二舌部284并且被第二长叶片286重新定向。流还加速进入非流动蜗壳。正同步布置(图12c)示出了一些流附接到第二长叶片286并且移动通过叶片(即通过喷嘴或环形通道)。

在两个舌部处的相互作用示出了为什么相关舌部之外正同步第一叶片和第二叶片可以有效地增加蜗壳之间的卷形件分离。

转向图14a至图14e，示出了根据本发明的第一方面的优选实施例的和本发明的另一方面两者的涡轮组件。

从图14a开始，示出了涡轮组件300的感兴趣区域的剖面立体图。如上述结合先前附图所定义的，外壳301包括蜗形壳体302和护罩304。蜗形壳体302与蜗形壳体134(如结合图2a至图2e详细描述的)共享许多共同特征。因此，将不结合图14a至图14e详细描述两个蜗形壳体的共同特征。类似地，图14a至图14e的护罩304与护罩132(如结合图2a至图2e描述的)共享许多共同特征，因此将不结合图14a至14e详细描述两者的共同特征。

图14a至图14e以及图2a至图2e中所示的涡轮组件之间的主要差异与第一舌部和第二舌部有关。

如结合图2a至图2e所描述的，第一舌部120和第二舌部121是与蜗形壳体134一体形成的单个主体。因此，蜗形壳体134是包含第一舌部120和第二舌部121的整体的单个主体。本文中的单个主体是指由单件材料制造的主体，即不是将多个部件连接或结合在一起。

以这种方式包含第一舌部120和第二舌部121的不利之处在于，如在图2d结合图4b中很好示出的，舌部120的尖部136与第一叶片160的前缘144相距第一突出部142附近处的护罩壁厚度。这可能在第一叶片128和第一舌部120之间产生间隙，从而可能导致卷形件分离减少，即流可能会容易地从脉冲蜗壳泄漏到非脉冲蜗壳。

图14a至图14e中示出的布置通过将舌部分离成两个部分来克服这个问题，因此允许将舌部的尖部设置为更接近于第一叶片的前缘。

从图14a开始，第一舌部306由两个部分形成(或包括两个部分)。因此，舌部306包括第一部分308和第二部分310。如图14a所示，第一部分308形成蜗形壳体302的一部分，第二部分310形成护罩304的一部分。也就是说，第一舌部306的第一部分308和第二部分310彼此配合以限定整个舌部306。有利地，这意味着舌部306的尖部312可以被设置为更接近于第一叶片316的前缘314(参见图14d)。

图14b是涡轮组件的侧视图，并且示出了护罩304和蜗形壳体302彼此配合以限定第一舌部306。从图14b可以理解的是，第一舌部306的第二部分310从护罩304延伸(从护罩304的面延伸)，该面限定了废气通过其而流动朝向涡轮叶轮容纳孔的环形通道。也就是说，舌部306的第二部分310从护罩304的面向叶片组件的一侧延伸。此外，舌部306的第二部分310从护罩304的第一突出部318延伸(参见图14d和图14e)。舌部306的第二部分310可被描述为从护罩304的喷嘴侧延伸。

尽管仅详细描述了第一舌部306，但从图14c可以理解的是，类似的构造适用于第二舌部320。除了两件式舌部的变化之外，护罩304的所有其他特征可以与护罩132(如结合图2a至图2e所描述的)共享。因此，结合本发明的第一方面描述的可选特征同样适用于本布置。

舌部306的集成于护罩304上的第二部分310的主要优点在于，舌部306的尖部312可以在使用中更接近于第一叶片316的前缘314。应当理解，因为第一叶片316穿过第一叶片孔322，所以第一叶片孔322的前缘也可以设置为更接近于舌部306的尖部312。

与本发明的第一方面相关的所有未对齐考虑因素和相关特征均同样适用于当前描述的两件式舌部概念。也就是说，如图14d和图14e所示，第一叶片316的前缘314可相对于舌部308的第二部分310的尖部312未对齐。同样，相应叶片孔的前缘也因此相对于尖部312未对齐。优选地，该未对齐是通过正同步的方式实现。优选地，第一叶片316的前缘314至少部分地与舌部308的第二部分310的尖部312周向重叠。

可选地，可以彼此完全独立地使用未对齐概念和一体式舌部概念。

图15是示出在转子速度范围内双入口涡轮布置与单入口涡轮布置相比较中的歧管组(manifold banks)之间压力差的曲线图。

在Y轴上，提供了歧管组之间的成比例的压力差。这是歧管组之间(一个歧管组脉冲(即来自发动机的废气流过其中)和另一个歧管组不脉冲(即基本上没有来自发动机的废气流过其中))的成比例的压力差。理想情况下，压力差百分比将接近100％，这表示几乎没有流从脉冲组泄漏到非脉冲组。因此，Y轴值越大表示越少的流泄漏，因此是更被期望的。在X轴上，示意性地表示转子速度的范围。转子速度等于涡轮叶轮速度。

这两组数据点分别属于包含单入口涡轮(较低Y轴值)的布置和包含双入口涡轮(较高Y轴值)的布置。对于单入口涡轮布置，两个废气歧管组通过涡轮的单个蜗壳供应废气。因此，废气歧管组在蜗壳处(涡轮叶轮的上游)彼此流体连通。对于双入口涡轮布置，每个废气歧管组通过各自的蜗壳供应废气(即，每个废气歧管组与不同的蜗壳流体连通)。因此，废气歧管组在涡轮叶轮处(蜗壳的下游)彼此流体连通。

图15示出了在给定转子速度下，双入口涡轮布置的歧管组之间的成比例的压力差是如何高于单入口涡轮布置的。换言之，当使用双入口涡轮时，从脉冲歧管组到非脉冲歧管组的流泄漏较少。这是所期望的，因为如本文通篇详细讨论的，流泄漏导致非脉冲蜗壳或歧管组中的背压增加，这增加了抵抗压力梯度来泵送废气所需的发动机泵送功。因此，如果流泄漏减少，则会改善发动机效率。

综上所述，图15示出了与单入口涡轮相比，双入口涡轮如何减少从脉冲歧管组到非脉冲歧管组的流泄漏。

尽管示出和描述的实施例集中于移动喷嘴环种类的几何形状可变式涡轮，然而可以另外考虑其他种类的几何形状可变式涡轮。例如，在其他实施例中，护罩可以相对于固定喷嘴环移动以改变环形通道。此外，如本文所述的本发明同样适用于几何形状固定式涡轮。

对第一孔的引用包括对凹部的引用，即孔可以不是通孔。相反，孔可以形成凹部的圆周。第一孔可另外被称为第一孔口或第一开口。

在本文件中，对第一舌部和第一叶片以及相关特征的引用同样适用于第二舌部和第二叶片，反之亦然。

如果卷形件分离减小到低于临界涡旋压力比，则可能存在过多的流量泄漏，以致非脉冲蜗壳被阻塞。在理想情况下，脉冲流和非脉冲流是完全分开的，因此不会相互干扰。

每个舌部可以提供50％的涡轮叶轮圆周。也就是说，每个圆周出口部分可以限定围绕轴线的180°扇形(即半圆形)。舌部可另外被描述为彼此径向相对。可选地，第一舌部可以提供<50％的涡轮叶轮圆周，第二舌部可以提供>50％的涡轮叶轮圆周。也就是说，第一圆周出口部分可以限定围绕轴线的小于180°(例如160°)的扇形，第二圆周出口部分可以限定围绕轴线的大于180°的扇形(例如200°)。可选地，第二舌部可以比第一舌部提供更多的涡轮叶轮圆周。换言之，舌部不是彼此径向相对。存在期望每个舌部提供涡轮叶轮圆周的不均匀部分的情况(诸如在使用EGR的发动机中)，这可另外导致通过蜗壳的废气流分布不均匀。舌部可以设置在相同的入口平面内。

可从不同的废气歧管接收流过第一蜗壳和第二蜗壳中的每个的废气。外壳的入口可以直接连接到废气歧管，或者经由导管或类似部件间接连接。

为了改善标准的几何形状可变式涡轮(即单入口涡轮或成对入口涡轮)的卷形件分离的原因，双入口涡轮可能是所期望的。

在双入口涡轮中，流经过蜗壳，然后通过与该蜗壳相关联的圆周出口部分。然后，流经过环形通道或喷嘴，并且通过与蜗壳相关联的不同扇区。相比之下，在成对入口涡轮中，流经过每个蜗壳，然后通过单个、组合的、圆周出口部分，该圆周出口部分提供了涡轮叶轮的整个圆周。换言之，环形通道或喷嘴没有像双入口涡轮那样被划分成不同的扇区。

环形通道可以被另外称为喷嘴或环形入口通道。

重新定位第一叶片和第二叶片以具有与辅助叶片相同的前缘位置，但后缘位置更接近于涡轮叶轮，这可能是不被期望的。减小第一叶片和第二叶片的后缘与涡轮叶轮之间的距离会不期望地导致发生傅立叶效应，并且也可能存在高循环疲劳的问题。

结合第一叶片和第一舌部描述的任何特征也可以或替代地应用于第二叶片和第二舌部。类似地，关于第二叶片和第二舌部描述的任何特征也可以或替代地应用于第一叶片和第一舌部。

所描述和示出的实施例被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了优选实施例，并且期望保护落入如权利要求所限定的本发明范围内的所有变型和修改。关于权利要求，旨在当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”词语作为特征的前缀时，不旨在将权利要求限制为一个这种特征，除非权利要求中另有明确说明。当使用表述“至少一部分”和/或“一部分”时，该项可以包括一部分和/或整个项，除非另有明确说明。

如本文所述的可选和/或优选特征可单独使用或在适当时彼此组合使用，特别是如所附权利要求中所述的组合。在适用的情况下，本文中阐述的本发明的每个方面的可选和/或优选特征也适用于本发明的任何其他方面。

Claims (25)

1.一种用于涡轮增压器的涡轮组件，所述涡轮组件包括：

外壳，限定入口和出口之间的流动路径，所述外壳围绕轴线延伸，所述外壳包括：

第一蜗壳和第二蜗壳，分别限定第一流动通道和第二流动通道，所述第一蜗壳和所述第二蜗壳中的每个的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定；以及

第一孔，在所述第一孔中容纳有叶片组件；

所述叶片组件包括：

多个叶片，围绕涡轮叶轮容纳孔周向地分布，所述多个叶片中的每个包括前缘和后缘，所述多个叶片中的每个具有固定的朝向；并且

其中，所述多个叶片包括第一叶片和第二叶片，所述第一叶片是其前缘被设置为最接近于所述第一舌部的尖部的叶片，所述第二叶片是其前缘被设置为最接近于所述第二舌部的尖部的叶片，其中对于所述第一叶片和所述第二叶片中的每个，所述前缘至少部分地与所接近的舌部的尖部周向地重叠。

2.根据权利要求1所述的涡轮组件，其中，所述第一叶片和所述第二叶片中的每个包括至少部分凸起表面和至少部分凹入表面，每个在叶片的前缘和后缘之间延伸。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的涡轮组件，其中，所述多个叶片进一步包括第一叶片阵列和第二叶片阵列；并且

其中，所述第一叶片阵列包括所述第一叶片，并且所述第二叶片阵列包括所述第二叶片，所述第一叶片阵列和所述第二叶片阵列中的每个叶片阵列进一步包括多个辅助叶片。

4.根据权利要求3所述的涡轮组件，其中，所述第一叶片和所述第二叶片的前缘径向延伸超过所述辅助叶片的前缘，从而所述第一叶片和所述第二叶片具有比所述辅助叶片相对更长的弦长。

5.根据权利要求3或4中的任一项所述的涡轮组件，其中，两个叶片阵列中的每个叶片阵列包括相同数量的叶片。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮组件，其中，所述第一叶片和所述第二叶片相对于彼此径向相对。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮组件，其中，每个舌部包括主体部分和锥形部分，所述尖部设置在所述锥形部分的最外端。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮组件，其中，对于每个舌部，所述尖部延伸到所述外壳的所述第一孔的约0.5mm至约15mm的范围内。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮组件，其中，所述叶片组件是包括安装部分的固定叶片组件，其中每个叶片被安装到所述安装部分中。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮组件，其中，所述外壳包括：

蜗形壳体，所述蜗形壳体包括所述第一蜗壳和所述第二蜗壳以及所述第一孔；以及

壁构件，与所述蜗形壳体能够接合。

11.根据权利要求10所述的涡轮组件，其中，所述叶片组件是喷嘴环并且所述壁构件是护罩。

12.根据权利要求11所述的涡轮组件，其中，所述护罩包括多个叶片孔，所述喷嘴环的叶片能够容纳在所述多个叶片孔中，所述护罩设置在所述蜗形壳体内的凹部中，护罩板限定所述环形通道的在所述蜗壳的圆周出口部分与所述涡轮叶轮容纳孔之间的一侧，所述喷嘴环的面限定所述环形通道的另一侧；

其中，所述喷嘴环相对于所述护罩能够轴向位移，以调节所述环形通道的打开程度。

13.根据权利要求12所述的涡轮组件，其中，所述护罩是大体环形的并且包含限定所述护罩的外围的护罩壁，所述护罩壁在两个位置处向外偏移。

14.根据权利要求10-13中的任一项所述的涡轮组件，其中，所述第一舌部由形成所述蜗形壳体的一部分的单个主体形成，其中所述第二舌部也由形成所述蜗形壳体的一部分的单个主体形成。

15.根据权利要求10-13中的任一项所述的涡轮组件，其中，所述第一舌部由两个部分形成，第一部分形成所述蜗形壳体的一部分，第二部分形成所述壁构件的一部分，所述两个部分彼此对齐。

16.一种涡轮，包括根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮组件，进一步包括容纳在涡轮叶轮容纳孔中的涡轮叶轮。

17.一种涡轮增压器，包括：

压缩机，包括压缩机外壳和压缩机叶轮；

根据权利要求16所述的涡轮；

轴承座，介于所述压缩机和所述涡轮之间；以及

轴，连接到所述压缩机叶轮和所述涡轮叶轮两者，使得所述涡轮叶轮的旋转被配置为驱动所述压缩机叶轮的旋转。

18.一种用于涡轮增压器的喷嘴环，所述喷嘴环包括多个叶片，其中所述多个叶片包括第一叶片、第二叶片和多个辅助叶片，其中所述第一叶片和所述第二叶片的弦长长于所述多个辅助叶片。

19.一种用于涡轮增压器的护罩，所述护罩包括：

板，所述板限定：

第一叶片孔，喷嘴环的第一叶片能够容纳在所述第一叶片孔中；以及

第二叶片孔，所述喷嘴环的第二叶片能够容纳在所述第二叶片孔中；

所述板包括第一径向延伸突出部和第二径向延伸突出部，第一突出部与所述第一叶片孔的至少前缘周向对齐，第二突出部与所述第二叶片孔的至少前缘周向对齐。

20.根据权利要求19所述的护罩，其中，所述护罩进一步包括第一舌部和第二舌部的至少尖部。

21.根据权利要求20所述的护罩，其中，所述第一舌部和所述第二舌部的至少尖部分别从所述第一突出部和所述第二突出部延伸。

22.根据权利要求20或21中的任一项所述的护罩，其中，所述第一舌部的至少尖部和所述第二舌部的至少尖部中的尖部分别相对于所述第一叶片孔和所述第二叶片孔的前缘未对齐。

23.一种用于涡轮增压器的护罩，所述护罩包括：

第一叶片孔，喷嘴环的第一叶片能够容纳在所述第一叶片孔中；

第二叶片孔，所述喷嘴环的第二叶片能够容纳在所述第二叶片孔中；

与所述第一叶片孔的前缘相关联的第一舌部的至少尖部；以及

与所述第二叶片孔的前缘相关联的第二舌部的至少尖部。

24.一种用于涡轮增压器的涡轮组件，所述涡轮组件包括：

外壳，限定入口和出口之间的流动路径，所述外壳围绕轴线延伸并且限定第一孔，叶片组件和涡轮叶轮能够容纳在所述第一孔中，所述外壳进一步限定第一舌部和第二舌部，所述外壳包括蜗形壳体和根据权利要求23所述的护罩；

所述蜗形壳体包括第一蜗壳和第二蜗壳，所述第一蜗壳和所述第二蜗壳分别限定第一流动通道和第二流动通道，所述第一蜗壳和所述第二蜗壳中的每个蜗壳的圆周出口部分由所述第一舌部和所述第二舌部限定；

所述护罩与所述蜗形壳体接合；并且

其中，所述第一舌部由第一部分和第二部分形成，所述第一部分形成所述蜗形壳体的一部分，所述第二部分形成所述护罩的一部分，其中所述第一部分和所述第二部分配合以限定所述第一舌部；并且

其中，所述第二舌部由第一部分和第二部分形成，所述第一部分形成所述蜗形壳体的一部分并且所述第二部分形成所述护罩的一部分，其中所述第一部分和所述第二部分配合以限定所述第一舌部。

25.一种用于涡轮增压器的涡轮组件，所述涡轮组件包括：

外壳，限定入口和出口之间的流动路径，所述外壳围绕轴线延伸，所述外壳包括：

第一蜗壳和第二蜗壳，分别限定第一流动通道和第二流动通道，所述第一蜗壳和所述第二蜗壳中的每个蜗壳的圆周出口部分由第一舌部和第二舌部限定；

壁构件；以及

第一孔，叶片组件容纳在所述第一孔中；

其中，所述叶片组件限定涡轮叶轮容纳孔；并且

其中，所述壁构件和所述叶片组件限定所述圆周出口部分和所述涡轮叶轮容纳孔之间的环形通道，所述叶片组件和所述壁构件中的至少一个能够相对于另一个轴向位移，以调节所述环形通道的打开程度。

Images