CN114592967A - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

提供了一种涡轮增压器，所述涡轮增压器包括压缩机壳体，所述压缩机壳体具有限定所述涡轮增压器的压缩机的入口与出口之间的流动路径的内表面。所述压缩机壳体被配置为将压缩机叶轮支撑在其内。所述压缩机壳体的所述内表面包括形成在所述内表面中的凹口。在组装构造中，所述凹口的至少一部分位于所述压缩机叶轮的上游。所述凹口包括朝向所述入口底切到所述壳体中的一部分。

Description

涡轮增压器

技术领域

本公开涉及一种涡轮增压器，并且具体地但不排他地涉及一种被配置为改善涡轮增压器的噪声、振动和粗糙性(NVH)特性的涡轮增压器压缩机壳体。

背景技术

发动机通常装配有涡轮增压器以提高发动机的性能和/或效率。近年来，存在减小发动机的尺寸和降低发动机的运转速度的趋势，例如以满足客户需求和/或法规要求。此外，后处理要求的进步意味着涡轮增压器的NVH特性被其工况和环境推向极限。然而，在涡轮增压器压缩机处或附近引入次级进气口流可能会增加涡轮增压器的啸叫/嘶嘶声，这可能会将流动型NVH特性推入不可接受的范围。

发明内容

本文提供了涡轮增压器、压缩机壳体和车辆，用于降低与涡轮增压器操作相关联的NVH特性。

根据一些方面，提供了一种涡轮增压器，所述涡轮增压器包括壳体，例如压缩机壳体，所述壳体具有限定所述涡轮增压器的压缩机的入口与出口之间的流动路径的内表面。压缩机壳体被配置为将压缩机叶轮支撑在壳体内。在组装构造中，涡轮增压器至少包括压缩机壳体和支撑在其中的压缩机叶轮。压缩机壳体的内表面包括凹口，诸如腔体、凹槽、通道、凹陷部和/或凹穴。凹口可以形成在内表面中，从而限定与穿过压缩机的主流动路径至少部分地分离的区域。在组装构造中，凹口的至少一部分位于压缩机叶轮的上游。例如，凹口的一部分可以在压缩机叶轮的叶片的前缘的上游，并且凹口的另一部分可以在压缩机叶轮的叶片的前缘的下游。凹口包括朝向入口底切到壳体中的一部分。例如，凹口可以包括具有唇缘的凹入部分，所述唇缘将流(例如，反向流)的一部分与穿过压缩机的主流动路径径向地分离。在一些示例中，凹口位于压缩机叶轮的入口附近，使得例如当压缩机接近喘振极限操作时产生的任何反向流能够流入由内表面中的凹口限定的空间，而不是与穿过压缩机的主流(直接)混合。

在一些示例中，凹口包括至少部分地围绕压缩机壳体的内表面延伸的凹槽。凹槽可以具有任何适当的轮廓。例如，当在压缩机壳体的纵向平面中观察时，凹槽可以具有凸角形轮廓。在一些示例中，凹槽包括限定凹口的底切部分的部分环形表面。

在一些示例中，凹槽的横截面轮廓可以例如以类似于压缩机的蜗壳的轮廓的方式周向地变化。

在一些示例中，凹口在圆周方向上可以是不连续的。例如，凹口特征可以包括多个离散的凹穴，所述多个离散的凹穴围绕压缩机壳体的内表面周向地间隔开和/或沿着压缩机壳体的内表面纵向地间隔开。

在一些示例中，凹口包括例如通向凹口的下游边缘。下游边缘可以位于入口的第一横向平面处。第一横向平面可以在压缩机叶轮的叶片的前缘的上游轴向地间隔开距离L1，其中L1在0mm至35mm的范围内。在一些示例中，入口的第一横向平面可以在压缩机叶轮的叶片的前缘的下游轴向地间隔开距离L1’，其中L1’在0mm至5mm的范围内。

在一些示例中，凹口包括底表面，所述底表面限定所述凹口朝向所述入口底切的程度。底表面可以在第一横向平面的上游轴向地间隔开距离L2，其中L2在3mm至30mm的范围内。

在一些示例中，凹口包括位于入口的第二横向平面处的上游边缘。第二横向平面可以在第一横向平面的上游轴向地间隔开距离L3，其中L3小于距离L2。

在一些示例中，底表面在压缩机壳体的纵向横截面中可以是至少部分圆形的。至少部分圆形的轮廓可以具有位于入口的第三横向平面处的半径中心。第三横向平面可以在压缩机的第一横向平面的上游轴向地间隔开距离L4，其中L4在2mm至20mm的范围内。在一些示例中，至少部分圆形的轮廓与入口的内表面相交。至少部分圆形的轮廓的半径可以在1mm至10mm的范围内。

在一些示例中，下游边缘限定入口的第一径向尺寸。在一些示例中，上游边缘限定入口的第二径向尺寸。第一径向尺寸可以不同于第二径向尺寸。在一些示例中，入口的横向横截面例如在尺寸和/或形状上沿着入口的长度变化。

在一些示例中，壳体包括至少一个次级进气口。凹口可以位于次级进气口的下游。例如，凹口的底切部分可以在次级进气口进入压缩机壳体的过渡部附近和下游。

根据一些方面，提供了一种压缩机壳体，所述压缩机壳体被配置为将压缩机叶轮支撑在所述壳体内，所述壳体具有限定所述壳体的入口与出口之间的流动路径的内表面，所述内表面包括在组装构造中位于所述压缩机叶轮的上游的凹口，其中所述凹口朝向所述壳体的入口端底切。

根据一些方面，提供了一种具有涡轮增压器的车辆。所述涡轮增压器具有压缩机壳体，所述压缩机壳体被配置为将压缩机叶轮支撑在其中，所述压缩机壳体具有限定所述壳体的入口与出口之间的流动路径的内表面，所述内表面包括位于所述压缩机叶轮的上游的凹口，其中所述凹口朝向所述壳体的入口端底切。

根据一些方面，提供了一种形成压缩机壳体的方法，所述压缩机壳体被配置为将压缩机叶轮支撑在其内，所述压缩机壳体具有限定所述壳体的入口与出口之间的流动路径的内表面，所述方法包括在所述内表面中形成凹口，所述凹口朝向所述壳体的所述入口底切并且在组装构造中位于所述压缩机叶轮的上游。

在一些示例中，凹口可以例如通过机加工操作形成为压缩机壳体中的单个特征部。在一些示例中，压缩机壳体可以由多个部分(例如，压缩机主体和压缩机入口)组装而成。在一些示例中，凹口的第一部分可以形成在压缩机壳体的第一部分(例如，压缩机主体)中，并且凹口的第二部分可以形成在压缩机壳体的第二部分(例如，压缩机入口)中。凹口可以例如整体地通过压缩机壳体的第一部分和第二部分的组装而形成。

附图说明

在结合附图考虑以下详细描述时，本公开的上述和其他目的和优点将显而易见，其中遍及全文，相同的附图标记指代相同的部分，并且其中：

图1示出了根据本公开的一些示例的涡轮增压系统；

图2是根据本公开的一些示例的穿过涡轮增压器压缩机壳体的流动路径的横截面；

图3是根据本公开的一些示例的穿过涡轮增压器压缩机壳体的横截面的参数化表示；

图4是根据本公开的一些示例的运转NVH特性的图形表示；以及

图5是根据本公开的一些示例的车辆的图解表示。

具体实施方式

图1示出了联接到发动机102的涡轮增压系统100。涡轮增压系统100包括涡轮增压器104和用于使气体流入/流出涡轮增压器104的多个风道。在图1所示的示例中，涡轮增压器104包括被配置为支撑压缩机叶轮的压缩机壳体106。压缩机壳体106限定压缩机壳体106的入口108与压缩机壳体106的出口110之间的流动路径。例如进气系统的入口风道112联接到涡轮增压器104的入口108，并且出口风道112联接到涡轮增压器104的出口110。图1所示的涡轮增压系统100另外包括两个次级入口114，所述两个次级入口被配置为引导来自发动机的另一个气体流动部件的气体，例如，次级入口可以是低压排气再循环口、曲轴箱通风口和/或蒸发排放口。在图1所示的示例中，次级入口114与压缩机壳体106成一体。然而，在一个或多个其他示例中，次级入口可以是入口风道112的一部分，或者甚至可以不是系统100的一部分。

图2示出了穿过压缩机壳体106的流动路径的横截面。为了视觉清楚，在横截面中未示出压缩机叶轮114。压缩机壳体106包括限定从入口108到出口110的流动路径的内表面116。箭头F1指示穿过压缩机壳体106的主流的方向。箭头F2指示来自次级入口114的次级流的方向。

压缩机壳体106的内表面116包括位于压缩机叶轮114上游的凹口118，例如，凹入空间或腔体。在本公开的上下文中，术语“上游”是指示流动路径中进一步朝向压缩机壳体的入口108的位置的相对术语。类似地，术语“下游”是指示流动路径中进一步远离压缩机壳体的入口108的位置的相对术语。因此，在图2所示的示例中，凹口118被示出为在压缩机壳体106中比压缩机叶轮114更朝向入口108的位置处，例如，在比压缩机叶轮114的叶片120更朝向入口108的位置处。

凹口118包括朝向入口118底切到(例如径向后方)压缩机壳体106的内表面116中(在下文中称为在底切122处)的一部分。在图2所示的示例中，底切122由穿过压缩机壳体106的流动路径的径向外部的腔体限定。重要的是，底切122包括从底切122的底表面向下游轴向延伸的唇缘，从而在压缩机壳体106的给定横向平面处将底切腔体与流动路径径向地分离。

在图2所示的示例中，凹口118包括围绕压缩机壳体106的内表面116周向延伸的凸角形凹槽。凹槽轴向地定位在压缩机叶轮114的叶片入口尖端的上游和次级入口112的下游。然而，凹口118可以定位在压缩机叶轮114的至少一部分上游的任何适当位置处，而不管压缩机壳体106是否具有任何次级入口112。虽然凹口118在图2中被示出为凸角形凹槽，但是凹口可以是任何适当的形状(例如轮廓)，其具有以上述方式底切到压缩机壳体106的内表面116中的一部分。例如，凹口可以包括与主流动路径向分离的方形腔体。在一些示例中，凹口118可以包括一个或多个凹穴，每个凹穴围绕压缩机壳体106的内表面116的圆周的一部分延伸。例如，凹口118可以在次级流F2与主流F1相遇的地方的一个或多个区域中形成在压缩机壳体106中。

底切特征的好处是管理通过压缩机壳体106的流量，使得减小或避免例如在压缩机叶轮114的入口处的反向流F3与主流F1和/或次级流F2之间的相互作用。以这种方式，减少了通常促进产生涡轮增压器啸叫/嘶嘶噪声的流态之间的相互作用。因此，底切122有助于减轻NVH错误状态，例如，通过引导和/或分离任何反向流F3远离主流F1和/或次级流F2。此外，由于凹口118的几何形状，特别是底切122，凹口118内的反向流F3被朝向主流F1和/或次级流F2往回引导。

图3是穿过压缩机壳体106的横截面的表示，其示出了凹口118的几何形状的各种参数。在图3所示的示例中，凹口118包括位于入口108的第一横向平面P1处的下游边缘124。在一些示例中，凹口118的下游边缘124限定将内表面116过渡到底切122的导入部(例如，斜坡表面)。第一横向平面P1可以在压缩机叶轮114的叶片128的前缘126的上游轴向地间隔开距离L1。在一些示例中，距离L1在大约0mm至35mm的范围内。在其他示例中，第一横向平面P1可以在压缩机叶轮114的叶片128的前缘126的下游轴向地间隔开距离L1’，其中L1’在大约0mm至5mm的范围内。这种替代方案由图3的虚线凹口几何形状示出。在这样的示例中，虽然边缘124在叶片126的前缘126的下游，但是凹口118的剩余部分(并且具体地，底切122)在压缩机叶轮114的边缘126的上游。

在图3所示的示例中，底切122包括底表面129，所述底表面限定凹口118朝向入口108底切的程度。在图3所示的示例中，底表面129在第一横向平面P1的上游轴向间隔开距离L2。在一些示例中，L2在大约3mm至30mm的范围内。因此，距离L2限定凹口118的总轴向尺寸，例如，下游边缘124与凹口118的底表面129之间的距离。

凹口118还包括位于入口106的第二横向平面P2处的上游边缘130。上游边缘130限定底切128的底表面129与压缩机壳体106的内表面116之间的过渡。例如，上游边缘130可以限定唇缘132，所述唇缘在横向平面P2处将底切腔体122与主流动路径F1径向地分开。在图3所示的示例中，第二横向平面P2在第一横向平面P1的上游轴向间隔开距离L3。应理解，为了存在底切特征，距离L3应小于距离L2。

在图3所示的示例中，底表面129的形状大致为半圆形。因此，应理解，底切122包括与主流F1分离的(部分)环形腔体。这种形状可能优于其他形状，因为可以通过避免或减少可能导致NVH错误状态的整体流态中的进一步扰动的方式来促使所捕获的任何反向流重新汇入主流F1。

在图3所示的示例中，至少部分圆形的表面(底表面129)具有位于入口108的第三横向平面P3处的半径134的中心。第三横向平面P3在第一横向平面P1的上游轴向间隔开距离L4。在一些示例中，L4在大约2mm至20mm的范围内。至少部分圆形的表面的半径R在大约1mm至10mm的范围内。因此，可以看出，凹口118朝向入口108底切的程度(例如，距离L2)至少是距离L4和半径R的函数。另外，半径134的中心的位置可以由从压缩机壳体106的纵向轴线测量的径向尺寸R0限定。

在图3所示的示例中，下游边缘124限定入口108的第一径向尺寸R1，并且上游边缘130限定入口108的第二径向尺寸R2。在一些示例中，入口108的半径沿着其长度变化。因此，第一径向尺寸R1可以与第二径向尺寸R2相差一定距离dR。在图3中，第二径向尺寸R2大于第一径向尺寸R1。然而，在另一个示例中，第二径向尺寸R2可以小于第一径向尺寸R1。距离dR可以基于压缩机的一个或多个运转特性(例如，啸叫/嘶嘶声更普遍的运转速度)来选择。例如，dR可以在-3mm至+5mm的范围内(-ve是进入主风道直径的突出)。

在图3所示的示例中，可以使用任何适当的加工和制造方法来形成凹口118，例如，可以通过从入口106的内表面116去除材料的切割操作来形成底切122。另外或替代地，底切122可以在压缩机壳体106的制造期间形成为铸造特征部。在一些示例中，凹口118可以形成为压缩机壳体106中的单个特征部。在其他示例中，凹口118可以通过多部件总成来形成。例如，凹口118的一部分可以形成在压缩机壳体106的第一部分中，并且凹口118的另一部分形成在另一部分(例如压缩机壳体106或入口风道112的第二部分)中。在一些示例中，压缩机壳体106可以包括可附接到压缩机壳体106的主要部分的入口部分，所述入口部分具有在其中形成为单个特征部的凹口118。

图4是常规压缩机壳体(虚线)和根据本公开的压缩机壳体106(实线)的运转NVH特性的示例性图形表示。具体地，图4示出了当以接近喘振极限的1500RPM操作压缩机时每个壳体的针对频率绘制的声压级(SPL)，所述喘振极限是可能促进NVH错误状态的运转点。重要的是，图4展示了SPL在几乎整个频率范围(0-20000Hz)上的降低。

图5是根据本公开的一些示例的车辆500的图解表示。车辆500包括发动机502和涡轮增压器504，所述涡轮增压器具有与上面参考图1至图3描述的特征类似的特征。

上述过程和系统意图是说明性的而非限制性的。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以省略、修改、组合和/或重新布置本文讨论的过程的步骤，并且可以执行任何附加步骤。更一般地，以上公开内容意在是示例性的而非限制性的。仅所附权利要求意图设定关于本发明所包括的内容的界限。此外，应注意，在任何一个示例中描述的特征和限制可以应用于本文的任何其他示例，并且与一个示例相关的流程图或示例可以以合适的方式与任何其他示例组合，以不同的顺序完成，或并行完成。另外，可以实时执行本文所描述的系统和方法。还应注意，上述系统和/或方法可以应用于其他系统和/或方法或根据其他系统和/或方法来使用。

根据本发明，提供了一种涡轮增压器，所述涡轮增压器具有：壳体，所述壳体具有限定所述涡轮增压器的压缩机的入口与出口之间的流动路径的内表面；和压缩机叶轮，所述压缩机叶轮支撑在所述壳体内，所述内表面包括凹口，所述凹口具有位于所述压缩机叶轮的上游并且朝向所述入口底切到所述壳体中的一部分。

根据一个实施例，所述凹口包括周向凹槽。

根据一个实施例，所述凹口在圆周方向上是不连续的。

根据一个实施例，本发明的特征还在于下游边缘，所述下游边缘(通向所述凹口中并且)位于所述入口的第一横向平面处，所述第一横向平面在所述压缩机叶轮的叶片的前缘的上游轴向间隔开距离L1，其中L1在0mm至35mm的范围内。

根据一个实施例，本发明的特征还在于下游边缘，所述下游边缘(通向所述凹口中并且)位于所述入口的第一横向平面处，所述第一横向平面在所述压缩机叶轮的叶片的前缘的下游轴向间隔开距离L1’，其中L1’在0mm至5mm的范围内。

根据一个实施例，本发明的特征还在于底表面，所述底表面限定所述凹口朝向所述入口底切的程度，所述底表面在所述第一横向平面的上游轴向间隔开距离L2，其中L2在3mm至30mm的范围内。

根据一个实施例，本发明的特征还在于位于所述入口的第二横向平面处的上游边缘，所述第二横向平面在所述第一横向平面的上游轴向间隔开距离L3，其中L3小于距离L2。

根据一个实施例，所述底表面的所述轮廓在所述压缩机壳体的纵向横截面中是至少部分圆形的。

根据一个实施例，所述至少部分圆形的轮廓具有位于所述入口的第三横向平面处的半径中心，所述第三横向平面在所述压缩机的所述第一横向平面的上游轴向间隔开距离L4，其中L4在2mm至20mm的范围内。

根据一个实施例，所述至少部分圆形的轮廓与所述入口的所述内表面相交。

根据一个实施例，所述至少部分圆形的轮廓的所述半径在1mm至10mm的范围内。

根据一个实施例，所述凹口包括位于所述入口的第一横向平面处的下游边缘和位于所述入口的第二横向平面处的上游边缘，所述下游边缘限定所述入口第一径向尺寸，并且所述上游边缘限定所述入口的第二径向尺寸，其中所述第一径向尺寸不同于所述第二径向尺寸。

根据一个实施例，所述凹口在所述入口的纵向横截面中是凸角形的。

根据一个实施例，所述入口的所述横向横截面沿着所述入口的所述长度变化。

根据一个实施例，本发明的特征还在于次级进气口，其中所述凹口在所述次级进气口的下游。

根据本发明，提供了一种压缩机壳体，所述压缩机壳体具有内表面，所述内表面限定所述压缩机壳体的入口与出口之间的流动路径并且被配置为将压缩机叶轮支撑在其中，所述内表面包括凹口，所述凹口具有在组装构造中位于所述压缩机叶轮的上游并且朝向所述入口底切到所述壳体中的一部分。

根据本发明，提供了一种具有涡轮增压器的车辆，所述涡轮增压器具有：壳体，所述壳体具有限定所述涡轮增压器的压缩机的入口与出口之间的流动路径的内表面；和压缩机叶轮，所述压缩机叶轮支撑在所述壳体内，所述内表面包括凹口，所述凹口具有位于所述压缩机叶轮的上游并且朝向所述入口底切到所述壳体中的一部分。

Claims (15)

1.一种涡轮增压器，其包括：

壳体，所述壳体具有限定所述涡轮增压器的压缩机的入口与出口之间的流动路径的内表面；和

压缩机叶轮，所述压缩机叶轮支撑在所述壳体内，所述内表面包括凹口，所述凹口具有位于所述压缩机叶轮的上游并且朝向所述入口底切到所述壳体中的一部分。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述凹口包括周向凹槽。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中所述凹口在圆周方向上是不连续的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，所述凹口包括下游边缘，所述下游边缘(通向所述凹口中并且)位于所述入口的第一横向平面处，所述第一横向平面在所述压缩机叶轮的叶片的前缘的上游轴向间隔开距离L1，其中L1在0mm至35mm的范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，所述凹口包括下游边缘，所述下游边缘(通向所述凹口中并且)位于所述入口的第一横向平面处，所述第一横向平面在所述压缩机叶轮的叶片的前缘的下游轴向间隔开距离L1’，其中L1’在0mm至5mm的范围内。

6.根据权利要求4或5所述的涡轮增压器，所述凹口包括底表面，所述底表面限定所述凹口朝向所述入口底切的程度，所述底表面在所述第一横向平面的上游轴向间隔开距离L2，其中L2在3mm至30mm的范围内。

7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，所述凹口包括位于所述入口的第二横向平面处的上游边缘，所述第二横向平面在所述第一横向平面的上游轴向间隔开距离L3，其中L3小于距离L2。

8.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其中所述底表面的轮廓在所述压缩机壳体的纵向横截面中是至少部分圆形的。

9.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述至少部分圆形的轮廓具有位于所述入口的第三横向平面处的半径中心，所述第三横向平面在所述压缩机的所述第一横向平面的上游轴向间隔开距离L4，其中L4在2mm至20mm的范围内。

10.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述至少部分圆形的轮廓与所述入口的所述内表面相交。

11.根据权利要求9所述的涡轮增压器，其中所述至少部分圆形的轮廓的所述半径在1mm至10mm的范围内。

12.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，其中所述凹口包括位于所述入口的第一横向平面处的下游边缘和位于所述入口的第二横向平面处的上游边缘，所述下游边缘限定所述入口第一径向尺寸，并且所述上游边缘限定所述入口的第二径向尺寸，其中所述第一径向尺寸不同于所述第二径向尺寸。

13.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，其中所述凹口在所述入口的纵向横截面中是凸角形的。

14.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，所述壳体包括次级进气口，其中所述凹口在所述次级进气口的下游。

15.一种车辆，其具有根据前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器。

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