MX2007015632A

MX2007015632A - Alojamiento de descarga de turbina de baja restriccion.

Info

Publication number: MX2007015632A
Application number: MX2007015632A
Authority: MX
Inventors: Terry G Wood
Original assignee: Int Engine Intellectual Prop
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-02-12
Also published as: CN101205815A; US7562528B2; EP1936126A2; CN101205815B; JP2008157235A; EP1936126A3; CA2612967A1; BRPI0704689A; US20080148728A1; KR20080058194A

Abstract

Un dispositivo (200) de descarga de turbina de baja restricción incluye un alojamiento (202) que tiene un volumen (208) interno. El volumen (208) interno incluye una porción (230) de transición de admisión y una porción (232) de transición de descarga. Un orificio (204) de admisión que está formado en el alojamiento (202) está en comunicación fluida con un orificio (206) de descarga que también está formado en el alojamiento (202). Una brida (216) de montaje está conectada al alojamiento (202), un primer grupo de nervios (218) de rigidización y un segundo grupo de nervios (220) de rigidización que conectan cada uno la brida (216) de montaje al alojamiento (202).

Description

ALOJAMIENTO DE DESCARGA DE TURBINA DÉ BAJA RESTRICCIÓN CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a motores de combustión interna, que incluye pero no se limita a pasajes de fluidos para aire y/o sistemas de escape que se conectan a un motor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos motores emplean dispositivo asociados con sus sistemas de aire de admisión o gas de escape que promueven el flujo a través de los mismos para mejorar un funcionamiento de los motores. Los ejemplos de tales dispositivos incluyen turbocargadores , y similares. Un turbocargador, por ejemplo, puede incluir una turbina que se conecta a un sistema de descarga de un motor, y se usa para operar un compresor conectado al mismo que promueve el flujo de aire en el motor. Las condiciones de flujo del aire y/o gas de descarga dentro y fuera del turbocargador, y cualquier obstrucción al flujo que se pueda asociar con los mismos, puede afectar el rendimiento del turbocargador, y así, un funcionamiento del motor que se asocia con los mismos. A menudo, las obstrucciones del flujo a los pasajes del aire y/o gas de descarga dentro y fuera del turbocargador son el resultado de restricciones de espacio que están presentes cuando se conecta el turbocargador al motor. De conformidad, hay necesidad de pasajes de aire y/o fluido de baja obstrucción que estén asociados con los turbocargadores , u otros dispositivos, cuando se unen a un motor que tiene espacio limitado disponible. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un dispositivo de descarga de turbina de baja restricción incluye un alojamiento que tiene un volumen interno. El volumen interno incluye una porción de transición de admisión y una porción de transición de descarga. Un orificio de admisión que se forma en el alojamiento está en comunicación fluida con un orificio de descarga que también se forma en el alojamiento. Una brida de montaje se conecta al alojamiento, un primer grupo de nervios rigidizadores y un segundo grupo de nervios rigidizadores conectan cada uno la brida de montaje al aloj amiento . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama de bloques de un motor que tiene un turbocargador conectado operablemente al mismo, el turbocargador que tiene un dispositivo de descarga de gas de baja restricción conectado al mismo de acuerdo con la invención . La figura 2 y la figura 3 son vistas generales de la diferencia de perspectivas de un pasaje de baja restricción de acuerdo con la invención. La figura 2B y la figura 2C son detalles de una armazón de alambre para formas tridimensionales usadas en el dispositivo de descarga de gas de baja restricción de acuerdo con la invención. La figura 4 es una vista en sección transversal de un alojamiento para un dispositivo de baja restricción de acuerdo con la invención. DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Lo siguiente describe un aparato y método para proporcionar un pasaje de fluido de baja obstrucción para un turbocargadores que está asociado con un motor de combustión interna. Un diafragma de bloques de un motor 100 que tiene un turbocargador 102 asociado con el mismo se muestra en la figura 1. El motor 100 se puede conectar a un sistema 104 de admisión y un sistema 106 de descarga. El turbocargador 102 puede incluir una turbina 108 y un compresor 110. La turbina 108 puede estar en comunicación fluida con el sistema 106 de descarga, y el compresor 110 se puede conectar de manera fluida al sistema 104 de descarga. Durante la operación del motor 100, el aire puede entrar al compresor 110 a través de un pasaje 112 de admisión de aire de baja presión. El aire se puede comprimir en el compresor 110 y comunicarse a la admisión 104 a través de un pasaje 114 de aire a alta presión. El pasaje 114 de aire a alta presión puede contener opcionalmente un enfriador de aire de carga (no mostrado) u otro dispositivo. El flujo del aire a través del compresor 110 está denotado con flechas. El aire de admisión 104 puede entrar al menos en una cámara (no mostrada) de combustión en el motor 100, en donde se puede mezclar con combustible y quemarse. Un producto de la combustión del aire y el combustible es gas de descarga, que puede salir del cilindro de combustión y recolectarse en el sistema 106 de descarga. El gas de descarga del sistema 106 de descarga se puede comunicar a una admisión 116 de la turbina 108 a través de un pasaje 118 de descarga de alta presión. El gas de descarga del pasaje 118 de descarga de alta presión puede provocar que una rueda de turbina (no mostrada) gire y genere energía que se usa para opera el compresor 110. El gas de descarga puede salir de la turbina 108 vía un pasaje 120 de descarga de baja presión. El gas de descarga que sale de la turbina 108 puede poseer características de flujo, por ejemplo un alto estado de turbulencia y remolino, que se han impartido al mismo por la rotación de la rueda de turbina dentro de la turbina 108 durante la operación del motor 100. Por esta razón, el pasaje 120 de descarga de alta presión se debe arreglar tal que el flujo del gas de descarga que sale de la turbina 108 no esté sustancialmente impedido por la restricciones de flujo que pueda disminuir una eficiencia de operación de la turbina 108.

La mayoría de las configuraciones de los motores conocidos usan un tubo circular que se ha combado en una forma deseada y conectado a una descarga de turbina para proporcionar el pasaje de descarga de alta presión para el mismo. Un tubo circular de sección transversal constante puede no ser suficiente para permitir cualquier característica de flujo de remolino del gas de descarga en una descarga de una turbina para sedimentarse suficientemente de modo que se pueda remover desde la turbina sin provocar una pérdida de eficiencia para la turbina. Un pasaje 122 de baja restricción se puede conectar ventajosamente a la descarga de la turbina 108, entre la turbina 108 y el pasaje 120 de descarga de alta presión, para permitir una transición adecuada para el gas de descarga que sale de la turbina 108 para entrar al pasaje 120 de descarga de alta presión. Una ventaja especial se puede realizar cuando se requiere una vuelta pronunciada en el pasaje 120 de descarga de alta presión cerca de la descarga de la turbina 108. En este caso, el pasaje 122 de baja restricción es capaz de proporcionar una solución de baja restricción que no disminuya la eficiencia de la turbina 108 cuando se compara con las configuraciones tradicionales. Una vista general de un pasaje 200 de baja restricción para usarse con una turbina se muestra en la figura 2. El pasaje puede incluir un alojamiento 202 que forma un orificio 204 de admisión del gas y un orificio 206 de descarga del gas, ambos en comunicación fluida entre sí a través de un volumen 208 interno que se forma en el alojamiento 202. Una brida 210 de admisión que incluye una pluralidad de aberturas 212 de perno se puede localizar alrededor del orificio 204 de admisión y disponerse y construirse para acoplar de manera sellante una superficie de acoplamiento de una descarga de turbina (no mostrada) . Una brida 214 de descarga puede rodear el orificio 206 de descarga y disponerse para acoplar de manera sellante un pasaje (no mostrado) de descarga de gas de escape de baja presión, que puede ser por ejemplo un tubo que tenga una sesión transversal circular y un extremo abocardado para conexión a la brida 214 de descarga con una brazadra de banda en V (no mostrada) El alojamiento 202 también puede estar en la forma de una brida 216 de montaje que se puede usar para montar el alojamiento 202 al motor. Un primer grupo de nervios 218 rigidizantes , y un segundo grupo de nervios 220 rigidizantes , pueden conectar cada uno la brida 216 dé montaje a otras áreas del alojamiento 202, para proporcionar rigidez y soporte contra la vibración del alojamiento 202 cuando se monta sobre un motor durante el servicio. El alojamiento puede incluir características adicionales formadas sobre el mismo, por ejemplo, una primera saliente 222 que tiene una abertura 224 de sujetador formada ahí, y una segunda saliente 226 que tiene una abertura 228 de sujetador adicional formada ahí. La abertura 224 de sujetador y la abertura 228 de sujetador adicional pueden ser útiles para conectar otros componentes al alojamiento 202 y al motor, como tal, escudos protectores del calor, sujetadores, y así. El volumen 208 interno y el alojamiento 202 que lo forma, puede incluir dos porciones principales que tienen formas diferentes fundamentalmente. Una porción 230 de transición de admisión pueden tener una forma elíptica-conoide truncada, con su vértice truncado por el orificio 204 de admisión, y su base orientada a la abertura hacia el orificio 206 de descarga. La forma elíptica-cónica truncada de la porción 230 de transición de admisión se pueden modificar para tener una sección transversal "A" circular hacia el vértice para proporcionar una forma circular cercana al orificio 204 de admisión, y una base "B" que tiene una forma más elíptica, como se muestra en el detalle del marco de alambre de la figura 2B. Una porción 232 de transición de descarga puede tener una forma elipsoide achatada y yacer entre la porción 230 de transición de admisión y el orificio 206 de descarga. La forma de la porción 232 de transición de descarga también se puede describir como una esferoide "aplastada" para la cual el radio "ER" ecuatorial es mayor que el radio "PR" polar, y que se puede crear haciendo girar una elipse alrededor de su eje menor "MA" como se muestra en detalle en el marco de alambre de la figura 2C. La porción 232 de transición de descarga puede tener su plano ecuatorial sustancialmente paralelo a un perímetro del orificio 206 de descarga, como se muestra. Una vista en croquis o esquema diferente del pasaje 200 de baja restricción se muestra en la figura 3. Como se observa desde esta perspectiva, la combinación de la porción 230 de transición de admisión y la porción 232 de transición de descarga que se forma en el alojamiento 202 puede tener una forma de "lágrima" con la elipsoide achatada estando en un extremo cercano al orificio 206 de descarga y fundiéndose con la forma elíptica-conoide truncada en otro extremo que está cercano al orificio 204 de admisión. Una vista de sección transversal del alojamiento 202 se muestra en la figura 4. El flujo de gas de escape a través del alojamiento 202 durante la operación se denota por flechas de líneas punteadas. Siempre que el motor opera, se produce el gas de escape. El gas de escape puede pasar a través de una turbina, y salir de la turbina a través de la descarga del gas. El alojamiento 202 se puede conectar a la turbina (no se muestra la conexión a la turbina) y se puede disponer para recibir el gas de escape desde la misma a través del orificio 204 de admisión. Cuando el gas de escape entra al alojamiento 202 a través del orificio 204 de admisión, un flujo 302 de gas de descarga (denotado por flechas de líneas punteadas) puede ser altamente turbulento y tener una estructura de remolino general. El flujo 302 puede entrar al volumen 208 interno del alojamiento 202, y se puede expandir o canalizar por la porción 230 de transición de admisión hacia una región del centro del volumen 208. El flujo puede salir de la porción 230 de transición de admisión y entrar a la porción 232 de transición de descarga. Debido a la forma de la porción 230 de transición de admisión y la porción 232 de transición de descarga del volumen 208, se puede permitir ventajosamente que el flujo 302 desarrolle su estructura de remolino sin restricción, ventajosamente, perdiendo una cantidad apreciable de momento de flujo. El flujo 302 puede efectivamente negociar así una vuelta, en el ejemplo mostrado a un ángulo de aproximadamente 90 grados que sale en el alojamiento 202 entre el orifico 204 de admisión y el orificio 206 de descarga, sin un incremento apreciable en la pérdida de presión. El flujo 302 de descarga puede salir del alojamiento 202 a través del orificio 206 de descarga. Un pasaje sustancialmente no obstaculizada del flujo 302 a través del alojamiento 202 es ventajoso porque no hay un incremento apreciable en la presión en la descarga de la turbina, o alternativamente, en el orificio 204 de admisión con respecto al orificio 206 de descarga. De esta manera, se mantiene una eficiencia en la turbina. Además, una rigidez estructural del alojamiento 202 cuando se conecta a un motor, una turbina, y un pasaje de descarga de baja presión puede incrementar una rigidez total de la turbina cuando se monta sobre el motor y disminuye la ejecución de la vibración del ruido y estridencia (NVH) del motor. La presente invención se puede incorporar en otras formas específicas sin alejarse de su espíritu o características esenciales. Las modalidades descritas se considerarán en todos los aspectos sólo como ilustrativos y no restrictivos. El alcance de la invención, por lo tanto, está indicado en las reivindicaciones anexas en lugar de por la descripción anterior. Todos los cambios que vienen dentro del significado y rango de equivalencia de las reivindicaciones están incluidos dentro de su alcance.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo de descarga de turbina de baja restricción, caracterizado en que comprende: un alojamiento que tiene un volumen interno, en donde el volumen interno incluye una porción de transición de admisión y una porción de transición de descarga; un orifico de admisión formado en el alojamiento que está en comunicación fluida con un orificio de descarga formado en el alojamiento; una brida de montaje conectada al alojamiento un primer grupo de nervios de rigidización que conectan la brida de montaje al alojamiento; un segundo grupo de nervios de rigidización que conectan la brida de montaje al alojamiento.
2. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la porción de transición de admisión tiene una forma elíptica-conoide , en donde la forma elíptica-conoide define un vértice y una base, en donde el vértice está truncado por el orificio de admisión, y en donde la base está orientada hacia el orificio de descarga.
3. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la porción de transición de descarga tiene una forma elipsoide achatada, en donde la forma elipsoide achatada tiene un radio ecuatorial y un radio polar, en donde el radio ecuatorial es mayor que el radio polar.
4. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado en que el radio ecuatorial define un plano, y en donde el plano es sustancialmente paralelo a un perímetro del orificio de descarga.
5. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que comprende al menos una saliente formada sobre el alojamiento, y en donde la al menos una saliente incluye una abertura de sujetador formada ahí.
6. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que además comprende una brida de admisión formada en el alojamiento, en donde la brida de admisión rodea el orificio de admisión, y en donde la brida de admisión está dispuesta para conectarse de manera sellante a un alojamiento de turbina .
7. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que además comprende una brida de descarga formada en el alojamiento, en donde la brida de descarga rodea el orificio de descarga, y en donde la brida de descarga está dispuesta para conectarse de manera sellante a un pasaje de descarga de gas de escape de baja presión.
8. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la región de transición de admisión está dispuesta adyacente a la abertura de admisión.
9. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la porción de transición de descarga está dispuesta adyacente a la abertura de descarga.
10. El dispositivo de descarga de turbina de baja restricción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que el orificio de admisión y el orificio de descarga están en comunicación fluida entre sí vía el volumen interno que se dispone entre ellos.
11. Un motor de combustión interna, caracterizado en que comprende : un sistema de admisión que está en comunicación fluida intermitente con al menos un cilindro de combustión durante la operación del motor; un sistema de descarga que está en comunicación fluida intermitente con el cilindro de operación durante la operación del motor; un turbocargador conectado operablemente al motor, el turbocargador que comprende : un compresor que tiene una admisión de aire y una descarga de aire, en donde la descarga de aire está en comunicación fluida con el sistema de admisión; y una turbina que tiene una admisión de gas y una descarga de gas, en donde la admisión de gas está en comunicación fluida con el sistema de descarga o escape; un dispositivo de descarga de turbina de baja restricción conectado a la turbina, en donde el dispositivo de descarga de turbina de baja restricción comprende: un alojamiento que tiene un orificio de admisión en comunicación fluida con la descarga del gas de la turbina ; un orificio de descarga en comunicación fluida con el orificio de admisión vía un volumen interno que se forma en el alojamiento.
12. El motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado en que el volumen interno del dispositivo de descarga de la turbina de baja restricción tiene una porción de transición que está dispuesta adyacente al orificio de admisión, y una porción de transición de descarga que está dispuesta adyacente al orificio de descarga.
13. El motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado en que la porción de transición de admisión tiene una forma elíptica-conoide , en donde la forma elíptica-conoide define un vértice y una base, en donde el vértice está truncado por el orificio de admisión, y en donde la base está orientada hacia el orificio de descarga .
14. El motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado en que la porción de transición de descarga tiene una forma elipsoide achatada, en donde la forma elipsoide achatada tiene un radio ecuatorial y un radio polar, en donde el radio ecuatorial es mayor que el radio polar.
15. El motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado en que el radio ecuatorial define un plano, y en donde el plano es sustancialmente paralelo a un perímetro del orificio de descarga.
16. El motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado en que además comprende una brida de admisión formada en el alojamiento, en donde la brida de admisión rodea el orifico de admisión, y en donde la brida de admisión está dispuesta para conectar de manera sellante a la descarga del gas de la turbina.
17. El motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado en que además comprende una brida de descarga formada en el alojamiento, en donde la brida de descarga rodea el orifico de descarga, y en donde la brida de descarga está dispuesta para conectar de manera sellante un pasaje de descarga del gas de escape de baja presión.
18. Un método para negociar una vuelta de una manera de restricción de flujo bajo, con un flujo de gas de escape que sale de una turbina en una condición de alta turbulencia que tiene una estructura general de remolino, caracterizado en que comprende las etapas de: dirigir de manera sellante o hermética el flujo de gas de escape desde una descarga de gas de la turbina hacia un orificio de admisión de un alojamiento; expandir y canalizar el flujo del gas de escape en una porción de transición de admisión de un volumen interno que se forma en el alojamiento, en donde la porción de transición de admisión tiene una forma elíptica-conoide ; hacer pasar el flujo de gas de escape fuera de la porción de transición de admisión hacia una porción de transición de descarga del volumen interno, en donde la porción de transición de descarga tiene una forma elipsoide achatada; hacer salir el flujo del gas de escape desde el alojamiento a través de un orificio de descarga que se comunica de manera fluida con la porción de transición de descarga, en donde el, orificio de descarga está en un ángulo con respecto al orificio de admisión.
19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado en que comprende la etapa de proporcionar una rigidez estructural a la turbina con el alojamiento cuando el alojamiento está conectado a la turbina y a un motor.