具体实施方式
涡轮增压器经常用于增加内燃机的输出。参考图1,作为示例,系统100可包括内燃机110和涡轮增压器120。如图1所示,系统100可以是车辆101的一部分,其中该系统100设置在发动机舱中并连接到排气导管103,该排气导管103将排气引导至例如位于乘客舱105后方的排气出口109。在图1的示例中,可以提供处理单元107以处理排气(例如,经由分子的催化转化等来减少排放)。
如图1所示,内燃机110包括发动机缸体118以及进气端口114和排气端口116,该发动机缸体118容纳一个或多个燃烧室,一个或多个燃烧室操作性地驱动轴112(例如,经由活塞),该进气端口114为通往发动机缸体118的空气提供流动路径,该排气端口116为来自发动机缸体118的排气提供流动路径。
涡轮增压器120可用于从排气中提取能量并向进气提供能量,该进气可与燃料组合以形成燃烧气体。如图1所示,涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、用于压缩机叶轮125的压缩机壳体组件124、用于涡轮叶轮127的涡轮壳体组件126、另一个壳体组件128和排气出口136。壳体组件128可以被称为中心壳体组件,因为它设置在压缩机壳体组件124与涡轮壳体组件126之间。轴122可以是包括多种部件的轴组件。轴122可以由设置在壳体组件128中(例如,在由一个或多个孔壁限定的孔中)的轴承系统(例如,(一个或多个)轴颈轴承、(一个或多个)滚动元件轴承等)可旋转地支撑,使得涡轮叶轮127的旋转导致压缩机叶轮125的旋转(例如,由轴122可旋转地联接)。作为示例,中心壳体旋转组件(CHRA)可包括压缩机叶轮125、涡轮叶轮127、轴122、壳体组件128和各种其他部件(例如,设置在压缩机叶轮125与壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
在图1的示例中,可变几何形状组件129被示出为部分地设置在壳体组件128与壳体组件126之间。这种可变几何形状组件可以包括叶片或其他部件,以改变通向涡轮壳体组件126中的涡轮叶轮空间的通道的几何形状。作为示例,可以提供可变几何形状压缩机组件。
在图1的示例中,废气门阀(或简称为废气门)135定位在涡轮壳体组件126的排气入口附近。废气门阀135可被控制以允许来自排气端口116的至少一些排气绕过涡轮叶轮127。各种废气门、废气门部件等可以应用于常规的固定喷嘴涡轮、固定叶片喷嘴涡轮、可变喷嘴涡轮、双涡管涡轮增压器等。作为示例,废气门可以是内部废气门(例如,至少部分地在涡轮壳体内部)。作为示例,废气门可以是外部废气门(例如,操作性地联接到与涡轮壳体流体连通的导管)。
在图1的示例中,还示出了排气再循环(EGR)导管115,该排气再循环(EGR)导管115可任选地设置有一个或多个阀117,例如,以允许排气流至压缩机叶轮125上游的位置。
图1还示出了用于使排气流动到排气涡轮壳体组件152的示例布置150和用于使排气流动到排气涡轮壳体组件172的另一个示例布置170。在布置150中,气缸盖154在内部包括通道156,以将来自气缸的排气引导至涡轮壳体组件152,而在布置170中,歧管176提供涡轮壳体组件172的安装,例如,没有任何单独的中等长度的排气管道。在示例布置150和示例布置170中,涡轮壳体组件152和172可配置成与废气门、可变几何形状组件等一起使用。
在图1中,控制器190的示例被示出为包括一个或多个处理器192、存储器194和一个或多个接口196。这样的控制器可以包括电路系统,诸如发动机控制单元(ECU)的电路系统。如本文所描述的,各种方法或技术可以任选地结合控制器实施,例如,通过控制逻辑来实施。控制逻辑可以取决于一个或多个发动机操作条件(例如,涡轮rpm、发动机rpm、温度、负荷、润滑剂、冷却等)。例如,传感器可以经由一个或多个接口196向控制器190传输信息。控制逻辑可以依赖于这样的信息,并且控制器190进而可以输出控制信号以控制发动机操作。控制器190可配置成控制润滑剂流量、温度、可变几何形状组件(例如,可变几何形状压缩机或涡轮)、废气门(例如,经由致动器)、电动马达、或与发动机、涡轮增压器(或多个涡轮增压器)等相关联的一个或多个其它部件。作为示例,涡轮增压器120可包括一个或多个致动器和/或一个或多个传感器198,一个或多个致动器和/或一个或多个传感器198可以例如联接到控制器190的一个或多个接口196。作为示例,废气门135可以由控制器控制,该控制器包括响应于电信号、压力信号等的致动器。作为示例,用于废气门的致动器可以是机械致动器,例如,其可以在不需要电功率的情况下操作(例如,考虑配置成响应于经由导管供应的压力信号的机械致动器)。
诸如图1的发动机110的内燃机可以生成具有脉动流的排气。在所谓的恒压涡轮增压(例如,Stauaufladung)中,具有足够大容积的排气歧管可以用于减弱质量流量和压力脉冲,使得流向涡轮的排气的流动相对稳定。另一种方法称为脉冲涡轮增压(例如,Stoβaufladung),其目的可以是在排气离开气缸排气端口时利用排气的动能。例如,相对短的、小的横截面的导管可以将每个排气端口连接到涡轮,从而可以利用与排气泄放相关联的大部分动能。作为示例,不同气缸排气端口的合适分组可以组织排气脉冲,使得它们例如以最小的重叠连续。以这种方式,排气流不稳定性可以保持在可接受的水平。作为示例,关于实施恒压或脉冲涡轮增压的决定可以取决于一种或多种因素,诸如例如,功率需求、效率需求、燃料类型、气缸数量、气缸/冲程容积、发动机尺寸等。
图2示出了内燃机200的示例和涡轮组件260的示例的示意图,其中一个或多个歧管216提供在内燃机200的气缸与涡轮组件260之间的流体连通。在图2的示例中,内燃机200被示出为包括偶数个气缸,这些气缸被分成两组,其中第一组与歧管217流体连通,并且其中第二组与歧管219流体连通。如图所示,这些歧管217和歧管219是排气歧管,其可接收来自内燃机200的气缸(例如,分别为气缸1-3和气缸4-6)的排气,并将这种排气流引导至涡轮组件260的通道267和通道269。
在图2的示例中,涡轮组件260包括凸缘261以及限定通道267和通道269的壁262和264。如图所示,通道267和通道269可以被限定为涡管(例如,或蜗壳)。
涡管大体上是螺旋通道,其可以由壳体限定,该壳体可以被称为涡壳。涡管可以将排气流从诸如管道的单个通道引导至环形通道,该环形通道可以被称为环形喷嘴。例如,涡管可以经由环形喷嘴将排气从歧管引导至涡轮叶轮的周围。
涡管的特征可在于面积与半径比(A/R)。A/R定义为入口(或用于压缩机壳体的排放口)横截面积除以从涡轮中心线到该区域质心的半径。当随着涡管从其入口径向地向内螺旋到其环形喷嘴,涡管的横截面流动面积减小时,面积和半径都发生变化。可以基于各种因素选择A/R,以帮助确保当内燃机产生流过涡轮壳体的排气时,其以有效的方式推进涡轮叶轮。选择适当的A/R可有助于优化性能。例如,太小的A/R会阻碍排气和损失功率,特别是在RPM功率带的上部区域中;然而,太大的A/R会使涡轮对排气流的变化反应迟钝。
一般来说,对于双涡管壳体,A/R可以被定义为两个涡管的入口面积之和除以入口处的半径。作为示例,对于双涡管壳体,可以在每个涡管基础上或在总体基础上来定义A/R。
图3是双涡管涡轮组件360的一部分的示例的一系列视图。如图所示,双涡管涡轮组件360包括凸缘361,该凸缘361用作排气进入两个通道367和369的进气口。关于通道367的沿着线B-B的截面图示出壁362-1形成通道367的涡管,通道367止于舌状部363-1处,并且关于通道369的沿着线C-C的截面图示出壁362-2形成通道369的涡管,通道369止于舌状部363-2处。在图3的示例中,舌状部363-1和363-2重合。如图所示,可以为涡管中的每个涡管定义A/R,其中它们的入口可以相对于舌状部363-1和舌状部363-2的相应端部限定。
图4是双涡管涡轮组件460的一部分的示例的透视图,其中通道467和通道469是止于舌状部463-1和463-2处的双涡管通道。在这样的示例中,可以为涡管中的每个涡管或者总体上为两个涡管确定A/R。
图5A和图5B是双涡管涡轮组件560的示例的一部分的透视图,其中通道567和569是在舌状部563-1和563-2处偏移的双涡管通道。在这样的示例中,相同的径向线不能用于确定两个涡管的A/R;相反,处于不同角位置(例如,围绕中心线的方位角)的两条径向线可用于确定两个涡管的A/R。
在图5A和图5B的示例中,角偏移可大于0度且小于180度。例如,考虑大约1度至大约120度的范围。在这种方法中,角偏移可以提供空间益处和/或与叶片相关的益处。例如,关于空间益处,考虑包括废气门阀的涡轮组件,其中角偏移可以为从通道567和通道569中的每一个通道分支出排气废气门通道提供空间。关于叶片,考虑包括两组叶片的涡轮组件560的示例,其中两组叶片成角度地偏移,使得一组的叶片不与另一组的叶片对齐。
关于两组叶片可能不对齐的原因,考虑降低高循环疲劳(HCF)。在这样的示例中,两组叶片没有在角度上对齐,以在不损害性能的情况下可实现的方式降低HCF风险。关于叶片与舌状部的对齐,这种方法可以帮助使从涡管通道到涡轮叶轮空间的流动平顺。
作为示例,涡轮组件可以包括成角度地偏移的双涡管,其中两组叶片设置在涡轮组件内,其中来自一组的一个叶片与双涡管之一的舌状端部对齐(例如,有或没有间隙),并且其中来自另一组的一个叶片与双涡管中的另一个的舌状端部对齐。在这种方法中,排气流可以更高效地从入口流动到环形喷嘴,其中叶片在环形喷嘴中限定喉部。
关于叶片的用途,叶片可以帮助加速排气流,这可以以导致更高效率的方式减少级损失。如所解释的,舌状部可以与叶片对齐,以使排气流平顺。并且,在舌状部偏移特定角度的情况下,来自一组叶片的叶片可以从另一组叶片的叶片偏移,从而可减少高循环疲劳(HCF)。
作为示例,包括双涡管和两组叶片的涡轮组件可以包括一个或多个密封件,所述密封件可以帮助密封、定位和/或固定叶片组。例如,考虑使用环密封件,环密封件可以是开口环密封件(例如活塞环密封件)。这样的密封件可以在两组叶片的外周(例如圆周)处,这可以便于两组叶片在安装期间与相应舌状部对齐,其中密封件还提供涡轮壳体与两组叶片之间的密封对齐。在这样的示例中,这两组叶片可以是叶片环或间隔开的叶片环的第一组固定叶片和叶片环或间隔开的叶片环的第二组固定叶片。在这样的示例中,两组叶片可以在其角偏移方面调整,例如,以适应一个或多个双涡管涡轮壳体(例如,具有不同的舌状部角偏移等)。
如关于图2所解释的,排气可以来自内燃机的不同气缸,其中这些气缸在不同时间点火和排气,这可引起排气脉动。在这种情况下,在特定时间点,一个通道中的压力可能小于另一个通道中的压力。给定这种不同的压力,如果通道没有被适当地密封,可能会发生从较高压通道到较低压通道的泄漏。作为示例,诸如环密封件的密封件可用于密封一个或多个区域,在一个或多个区域处叶片组与涡轮壳体连结。这种方法可有助于减少可能由排气脉动驱动的通道间排气泄漏的风险。例如,相对于6个气缸的内燃机,密封件可以帮助减少排气从气缸1、2和3在一个通道中泄漏到用于气缸4、5和6的另一个通道。
作为示例,考虑两组叶片中的15个叶片,间距为24度(360°/15=24°),使得角偏移可以在大于0度到小于24度的范围内,因为在24度,自两组叶片的叶片将再次匹配。这可以通过乘数重复(例如,第一叶片与第三叶片将被布置,并且然后可以在大于零度到小于24度的范围内旋转叶片环)。在这种方法中,蜗壳舌状部与相应的叶片对齐,使得涡管(例如蜗壳)也必须成角度地移位。这种方法可以提供以不同于对齐的叶片组和对齐的涡管舌状部的方式来安排一个废气门通道(或多个废气门通道)路线的机会。作为示例,在前述匹配第一叶片与第三叶片的情况下,涡管舌状部可以从(3*24°)移位到(3*24°+23.9°)。
图6是涡轮增压器600的一部分的示例的一部分的截面图,该涡轮增压器600包括中心壳体601(例如,轴承壳体)、轴602、在中心壳体601的贯通孔中可旋转地支撑轴602的轴承组件603、热屏蔽件604和涡轮叶轮607,该涡轮叶轮607可以是轴602的一部分以形成轴和叶轮组件(SWA)。例如,涡轮叶轮607可以焊接到轴602以形成SWA。如图所示,轴602包括自由端部,其中压缩机叶轮可以安装到该自由端部,从而形成旋转组件,该旋转组件包括由轴承组件603支撑的涡轮叶轮607和压缩机叶轮,该轴承组件603可以是滚动元件轴承组件;注意,可以使用轴颈轴承或多个轴承和/或轴承组件。
在图6的示例中,涡轮组件660联接到中心壳体601,其中热屏蔽件604可以执行一项或多项功能。例如,热屏蔽件604可以有助于减少从排气到中心壳体601的热传递,和/或热屏蔽件604可以是弹簧,该弹簧施加轴向向外远离中心壳体601并朝向涡轮组件660指向的力。
如图6的示例中所示,涡轮组件660可包括涡轮壳体662(例如,单件或多件),该涡轮壳体662将通道667和669限定为双涡管,该双涡管可将排气引导至涡轮叶轮空间,其中该排气可经由该涡轮壳体662限定的出口通道665离开涡轮组件660。
如图6的示例中所示,涡轮组件660可以包括两组叶片680和690,其中叶片组680限定通道667的用于排气的喉部,并且其中叶片组690限定通道669的用于排气的喉部。如所提及的,热屏蔽件604可以用作弹簧,其中,在图6的示例中,热屏蔽件604向叶片组680和690施加力,以将叶片组680和690推靠在涡轮壳体662上。在这种方法中,该力可有助于减少泄漏,可以通过使用密封件来促进减少泄漏。例如,考虑可压缩密封件,其中由热屏蔽件604施加的弹簧力可以压缩可压缩密封件,使得可压缩密封件维持与对置表面接触以形成合适的密封。如图6的示例中所示,热屏蔽件604可以是环形盘并用作盘形弹簧(例如,类似于贝氏垫圈等)。例如,热屏蔽件604可在其内周边处接触中心壳体601的表面,并且在其外周边处接触叶片组680的表面。在这样的示例中,当涡轮组件660联接到中心壳体601时,热屏蔽件604本身可以被压缩(例如,预加载)。
在图6的示例中,排气可以在通道667和669中流动并流过两组叶片680和690的喉部,以可旋转地驱动涡轮叶轮607。如图所示,涡轮叶轮607具有叶片,叶片包括涡轮叶轮607的进口段部分的前缘,其中叶片还包括涡轮叶轮607的出口段部分的后缘。当排气流过叶片组680和690的喉部流至涡轮叶轮空间时,随着排气流过涡轮叶轮空间流至排气出口通道665,涡轮叶轮607旋转,排气出口通道665可以与排气系统(例如,催化转换器、消音器/消声器等)流体连通,该排气系统可以包括在环境条件下的出口。
图6还示出了涡轮增压器600的一部分的另一个截面图,其中防旋转机构包括中心壳体601中的销孔606、涡轮壳体662中的销孔664和部分地设置在销孔606中并部分地设置在销孔664中的销609。如图所示,涡轮壳体662的一部分可覆盖中心壳体601的一部分,其中销609可从涡轮壳体662的外部穿过销孔664插入,以进入中心壳体601的销孔606。在这样的示例中,中心壳体601和涡轮壳体662的旋转位置可以相对于彼此固定,这可以提供叶片组680与690的适当对齐。特别地,这种防旋转特征可有助于确保叶片组690包括与对应涡管的舌状部适当对齐的叶片。
图7A和图7B是双涡管涡轮组件660的部分的示例的截面图。如图所示,涡轮壳体662可包括凸缘661、可限定用于通道667的舌状部663-1的第一壁部分662-1(见图7B)和可限定用于通道669的舌状部663-2的第二壁部分662-2(见图7A)。如在图7A和图7B中所示,与图7A的视图相比,图7B的视图轴向地更远离中心壳体601(例如,参见涡轮叶轮607的横截面形状和面积)。
如图7A和图7B所示,叶片组680不与叶片组690对齐,因为它们围绕中心轴线(例如,涡轮叶轮607的旋转轴线)的角位置不同。特别地,叶片组680包括一个与舌状部663-1对齐的叶片,并且叶片组690包括一个与舌状部663-2对齐的叶片,如所提及的,舌状部663-1与663-2可以彼此成角度地偏移。
在图7A和图7B的示例中,角度Θ1和角度Θ2被示为分别表示舌状部663-1的位置和舌状部663-2的位置以及作为舌状部663-1与舌状部663-2之间的角偏移或角跨度的ΔΘ。在这样的示例中,涡轮叶轮607的旋转轴线可以用作圆柱坐标系(z、r和Θ)的z轴线和/或凸缘661可以用作基准,其可以是用于通道667和669的共用凸缘(参见例如图11),或者一个或多个其他特征、坐标等可以用作一个或多个基准。如图所示,角偏移ΔΘ可以关于舌状部663-1和舌状部663-2以相对方式确定。在图7A和图7B的示例中,角偏移大约为45度。作为示例,角度Θ1和角度Θ2可用于确定涡管通道667和涡管通道669中的每个涡管通道的A/R值。
作为示例,叶片组690可以相对于中心壳体定位,并且叶片组680可以相对于涡轮壳体定位,使得叶片组690在中心壳体旋转时旋转,并且叶片组680在涡轮壳体旋转时旋转。在这样的示例中,在涡轮壳体662旋转的情况下,只有叶片组680将旋转,其中涡轮壳体662的旋转可能导致叶片组690的叶片与涡轮壳体662的舌状部663-2不对准。如所解释的,涡轮壳体与中心壳体之间的防旋转机构可用于维持叶片与舌状部的适当对齐。作为示例,可以使用一种或多种其他方法来定位一组或多组叶片,其中组装和操作不受阻碍。
图8A和图8B是双涡管涡轮组件660的部分的示例的截面图。特别地,在图8A中,叶片691被示为与舌状部663-2对齐,并且在图8B中,叶片681被示为与舌状部663-1对齐。在图8A和图8B的示例中,叶片681和叶片691可以被设置为距它们相应的舌状部663-1和舌状部663-2一定距离,其中叶片的前缘与舌状部的后缘之间的间隙可以在大约0mm至大约10mm的范围内,这可以取决于涡轮叶轮的尺寸等。作为示例,如插图所示,叶片691(或叶片681)可具有比叶片组690(例如,或叶片组680)内的其他叶片更长的长度,使得其延伸更靠近舌状部691。作为示例,间隙可以存在于叶片与舌状部之间,或者可以不存在于叶片与舌状部之间(例如,考虑舌状部和叶片接触,或者延伸到叶片空间中的舌状部,以实际上用作与一个或多个相邻叶片一起限定一个或多个喉部的叶片)。
图9是叶片组件900的示例以及圆柱坐标系的坐标z和r的透视图,其中该叶片组件900包括带有标记的叶片681和叶片691的两组叶片680和690,该叶片681和叶片691可以是与相应舌状部(例如舌状端部)对齐的叶片。如图所示,叶片组680和690可以固定地设置在环686、688、696和698之间,其中环686、688、696和698可以包括一个或多个特征683-1、683-2、683-3等,其可以便于在涡轮组件中的安装、定位、固定、密封等。在图9的示例中,叶片组件900包括狭槽692,该狭槽692限定在叶片组680与690之间的连结部形成的空间中。作为示例,狭槽692可以通过将叶片组680和690放置成彼此接触来形成。
图9还示出了销673和销孔613、666、683和693的一些示例。在这样的示例中,销和销孔可以用于将一个部件相对于另一个部件定位,这可以包括定位以限制诸如旋转位置的位置变化。例如,销和销孔可以是防旋转机构的一部分。
在图9的示例中,叶片组690的环696可呈阶梯状,使得其包括阶梯状部分697。在这样的示例中,阶梯状部分697可以包括一个或多个定位特征,诸如,例如,可以接收一个或多个对应销的一个或多个销孔(例如,作为一个或多个键和键槽特征)。例如,如在插图中所示,销孔693可以在环696中(例如,在阶梯状部分697中),诸如在环696的轴向面中,其中中心壳体包括作为对应销孔的销孔614,使得销693可以部分地安置在销孔693中并且部分地安置在中心壳体的销孔614中。如图9的示例的另一个插图中所示,销孔683可以在环686中(例如,环686的轴向面),其中涡轮壳体可以包括作为对应销孔的销孔666,使得销673可以部分地接收在销孔683中,并且部分地接收在涡轮壳体的销孔666中。
图10是图6的涡轮增压器600的一部分的截面图,其中涡轮叶轮607设置在至少部分地由涡轮壳体662限定的涡轮叶轮空间中,该涡轮壳体662可以安置叶片组680和690并联接到中心壳体601,使得叶片组680和690设置在涡轮壳体662与中心壳体601之间。
如在图10中所示,涡轮壳体662可包括分隔通道66与通道669的分隔壁部分。如所解释的,密封件671可用于阻碍通道667与通道669之间的泄漏,这种泄漏可由排气脉动驱动。此外,如图10的示例中所示,密封件671可以是对称的,使得叶片组680和690中的一者或两者可以例如在组装期间旋转。在这种方法中,一个或多个销673(例如,见图9的各种示例)可用于将叶片组680和690中的一者或两者固定在期望的角度取向中以用于适当的叶片-舌状部对齐。例如,将销孔693的一个或多个实例考虑为在环696的阶梯状部分697中,其中该销孔693的一个或多个实例可以接收销673的一个或多个实例的一部分,其中销673的每个实例的另一部分可以被接收在中心壳体601的销孔613的对应实例中。
在图10的示例中,还示出了另一个密封件675,该密封件675可用于在热屏蔽件604挠曲(例如,响应于热、力等)的实例中阻碍泄漏。在这样的示例中,密封件675可以安置在涡轮壳体662的凹槽668中。作为示例,叶片组680可替代地或附加地包括这样的凹槽,其中密封件675可至少部分地安置在这样的凹槽中。
在图10的示例中,热屏蔽件604被示出为包括开口605,使得排气可以从热屏蔽件604的一侧通过到另一侧,并且反之亦然。为了进一步阻碍排气的泄漏,可在中心壳体601与涡轮壳体662之间的交界面处使用密封件677。如所提及的,一个或多个密封件可以是可压缩的,其可以在一个或多个方向上(例如,轴向地、径向地等)是可压缩的。如所解释的,密封件671可以是诸如开口环密封件的密封环。作为示例,开口密封环可以类似于活塞环配置,其可以提供径向压缩和膨胀。例如,密封件671可以定位在由叶片组680和690限定的狭槽692中,并施加径向向外的偏压力,使得确保与分隔壁部分的表面接触以阻碍通道间排气泄漏。
作为示例,为了减少将会降低涡轮级性能水平的泄漏,密封件671可以密封涡轮壳体分隔壁的表面与叶片组的表面之间的区域。在图10的示例中,每个叶片组可经由金属对金属接触(例如,在环对环接触区域上等)来接触另一组叶片。例如,可以通过使用热屏蔽件604来维持这种接触。作为示例,密封件675和/或密封件677可以是C形密封件,其可以是可压缩的,其中每个都可以安置在一个或多个适当的凹槽中。
关于销673和销孔693,这种键-键槽相互作用可有助于阻碍一组或多组叶片的旋转,从而确保叶片与舌状部的对齐。例如,销673和销孔693可以是防旋转特征,这使得角位置被固定。虽然图10的示例示出销673和销孔693作为用于叶片组690的防旋转特征,涡轮组件660可以包括用于叶片组680的销和/或销孔的一个或多个实例(参见例如图9的各种示例)。
在图10的示例中,可相对于中心壳体601设定叶片组690的角位置,同时可相对于涡轮壳体662设定叶片组680的角位置。如所解释的,热屏蔽件604可以抵靠叶片组680和690施加偏压力,使得发生金属对金属(例如,合金对合金等)接触。如图所示,这种接触可提供用于狭槽692(例如,外周缘狭槽)的形成,该狭槽692可以接收密封件671的一部分;注意,叶片组680和690可以包括内周缘部分689和699,该内周缘部分689和699作为分隔件在它们的喉部之间连结。如图所示,部分689和部分699可以在大于叶片组680和/或叶片组690的最小半径的半径处连结。
图10还示出了其中从涡轮叶轮的旋转轴线测量半径的各种尺寸。如图所示,r1延伸到叶片组690的内周边,r2延伸到叶片组680的内周边,r3延伸到叶片组680与690之间的连结部,以及r4延伸到涡轮壳体662的分隔件部分。在两个半径之间测量的径向尺寸包括作为叶片组690的径向厚度的Δr1,作为叶片组680的径向厚度的Δr2,作为叶片组680与690之间的连结部的内周边与外周边之间的径向距离的Δr3,作为用于密封件671(例如,密封部件)的狭槽692的径向深度的Δr4,以及作为销孔693的径向距离(例如,销孔直径)的Δr9。在两个轴向位置之间测量的轴向尺寸包括作为叶片组690的轴向厚度的Δz1,作为叶片组680的轴向厚度的Δz2,作为叶片组690的轴向喉部尺寸的Δz3,作为叶片组680的轴向喉部尺寸的Δz4,作为叶片组690的轴向喉部尺寸的Δz5,作为叶片组680的轴向喉部尺寸的Δz6,作为涡轮壳体662的分隔件部分的轴向喉部尺寸的Δz7,作为狭槽692的轴向尺寸的Δz8,以及作为销孔693的轴向尺寸的Δz9,其中销673轴向长度大于销孔693轴向深度。
如图10所示,在叶片组680和690与涡轮壳体662的分隔件部分之间存在间隙,其中该间隙可以由r4和r1以及Δr1、r2和Δr2等限定。如图所示,密封件671可以至少部分地设置在狭槽692中,并接触涡轮壳体662的分隔件部分的内周边处的表面。如所解释的,这种方法可允许叶片组680和690和/或涡轮壳体662的一些膨胀和收缩,同时阻碍涡管667与涡管669之间的排气流动。作为示例,密封件671可以是装弹簧的,以增加接触力并维持适当的密封。弹簧力可以由密封环的刚度和/或由密封环后面的单独弹簧提供。如所解释的,密封环可以是开口环(例如,考虑活塞环)。
如图10所示,叶片组680和690的喉部向如由叶片组680与690之间的连结部限定的中心线会聚。作为示例,尺寸Δz5与Δz6之和可大约为涡轮叶轮607的涡轮叶轮前缘叶片高度。例如,叶片组680和690可用于减小自通道667和669的横截面流动面积(例如,参见,在大约r1或r4处的Δz3和Δz4)至更小的横截面流动面积(例如,在大约r1或r2处)。当半径从叶片组680和690的外周边向内周边减小时,流动面积也减小。在这样的示例中,当排气流过由相邻叶片限定的喉部流向涡轮叶轮的进口段部分时,排气可以被加速。
在图10的示例中,分别示出了用于通道669和通道667的轴向尺寸Δz11和轴向尺寸Δz12。如图所示,叶片组690的轴向尺寸Δz3可大于涡轮壳体662的轴向尺寸Δz11并且叶片组680的轴向尺寸Δz4可大于涡轮壳体662的轴向尺寸Δz12。在这样的示例中,当这样的排气流动到固定在叶片组680中的叶片的前缘和固定在叶片组690中的叶片的前缘时,来自通道667和669的排气流可以不受一个或多个叶片组的一个或多个环的边缘的干扰。例如,考虑准则Δz11<Δz3且Δz12<Δz4,以便不在排气流中产生一个或多个阶梯,这将在排气流中带来附加的扰动,并因此造成效率损失。
如所解释的,热屏蔽件604可用作弹簧,该弹簧迫使叶片组680和690轴向远离中心壳体601。在这种方法中,涡轮壳体的特征(例如,接收和设置叶片组680的凹部)可以限制叶片组680和690的轴向位置,使得叶片组690在r1处的部分不干扰涡轮叶轮(例如,后盘、叶片的前缘等)。
如在图10的示例中所示,涡轮壳体662可包括环形凹部,该环形凹部可安置叶片组680,其中该环形凹部可包括径向尺寸Δr11,该径向尺寸Δr11大于或等于叶片组680的径向尺寸Δr2。该环形凹部还可包括轴向尺寸Δz13和轴向尺寸Δz14,轴向尺寸Δz13和轴向尺寸Δz14可以是如图9的示例中所示的环686的内周边轴向尺寸和外周边轴向尺寸;注意,该环686可以是整体环或多件式环。如图所示,环形凹部和环686具有在其内周边处大于在其外周边处的轴向厚度,其中环686可以倾斜以使得轴向喉部尺寸Δz6小于轴向尺寸Δz4。如图所示,叶片组690的环696还可提供用于小于轴向尺寸Δz3的轴向喉部尺寸Δz5。在这种方法中,叶片组680和叶片组690可以以会聚的方式将排气向内朝向涡轮叶轮607的进口段部分引导,该涡轮叶轮607的进口段部分设置在至少部分由涡轮壳体662限定的涡轮叶轮空间中。
如图10的示例中所示,涡轮壳体662可包括限定通道669的壁部分,其中壁部分的内周边表面(例如,在半径r4处或大约在半径r4处)可以面对和/或接触环696的阶梯状部分697的外周边表面。如图所示,该阶梯状部分697可以部分地由中心壳体601的环形凹部接收,该环形凹部可以具有轴向尺寸Δz15和径向尺寸Δr15。如图所示,轴向尺寸Δz15可在阶梯状部分697的轴向面与环形凹部的底部之间没有接触的情况下足以允许一些运动、膨胀等;再次注意,叶片组680和690可以被热屏蔽件604强制偏压,该热屏蔽件604可以被称为弹簧。再次参考图6,热屏蔽件604被示为任选地利用锁定环在内周边处抵靠中心壳体601安置,并且具有在外周边处或外周边附近与叶片组690接触的部分。
如图6和图10所示,可经由中心壳体601和涡轮壳体662的环形凹部限制叶片组680和690径向向内移动,例如,为了防止环696以其可能接触涡轮叶轮607的一部分的方式径向向内的移动。如图所示,环696的拐角可与涡轮叶轮607的叶片的前缘的下部部分对齐,其中涡轮叶轮607的轮毂部分可稍微低于拐角。关于涡轮叶轮607的叶片的护罩边缘,其可以与涡轮壳体662的护罩部分间隔相对较小的距离。例如,在图10中,涡轮壳体662被示出为包括环形平坦部分,该环形平坦部分在用于环686的环形凹部与护罩部分之间。在这种布置中,环686的内半径大于环696的内半径;注意,环形平坦部分可以被缩短或取消,使得环686和696的内周边可以大约相等。如所提及的,半径r3可以大于半径r1和/或半径r2,使得来自通道667和669的排气流可以在遇到涡轮叶轮607的进口段部分之前会合,其中涡轮叶轮607的前缘可以由前缘半径限定,该前缘半径可以小于r1、小于r2和小于r3。
如关于图6所解释的,中心壳体601和涡轮壳体662的旋转位置可以相对于彼此固定(例如,经由防旋转机构),这可以提供叶片组680与690的适当对齐。例如,当叶片组680和690经由作为弹簧的热屏蔽件604施加的力而彼此接触时,任选地在它们之间没有一个或多个互锁特征,如果涡轮壳体662相对于中心壳体601旋转,则叶片组680可以相对于叶片组690旋转,特别是在为关于涡轮壳体662的叶片组680和关于中心壳体601的叶片组690提供销/销孔特征的情况下。作为替代示例,用于叶片组690的防旋转机构(例如,定位机构)可以在涡轮壳体662与叶片组690之间。例如,考虑在叶片组690和涡轮壳体662中销673关于相应的销孔旋转90度,其中,例如,将涡轮壳体662夹紧到中心壳体601可以用来将销锁定在销孔中就位。
如所解释的,涡轮组件可以包括:涡轮壳体,该涡轮壳体限定纵向轴线并且包括围绕纵向轴线成第一角度的第一涡管和第一舌状部以及围绕纵向轴线成第二角度的第二涡管和第二舌状部,其中第一角度与第二角度之间的角跨度大于1度且小于180度;以及设置在涡轮壳体中的第一叶片组和第二叶片组,其中第一叶片组中的叶片与第一舌状部对齐,并且第二叶片组中的叶片与第二舌状部对齐。
当提及小于180度时,可选择角跨度(例如,角偏移)以确保自第一叶片组的叶片与自第二叶片组的叶片不会彼此对齐。在这种方法中,叶片的不对齐可以有助于减少高循环疲劳(HCF),这可以提高涡轮组件的性能并延长其寿命。作为示例,角偏移或角跨度可以部分地由叶片数量确定,其中可以限定间隔。例如,对于10个叶片,相邻叶片之间的间距大约可为36度。因此,一组叶片可以相对于另一组叶片旋转(例如,角偏移)从1度到35度,从37度到71度,从109度到143度等。作为示例,角偏移可以提供空间,用于以更紧凑和/或更高效的方式将废气门通道从涡管通道到废气门阀安排路线。
作为示例,涡轮组件可包括:涡轮壳体,该涡轮壳体限定纵向轴线,并且该涡轮壳体包括围绕纵向轴线成第一角度的第一涡管和第一舌状部,以及围绕纵向轴线成第二角度的第二涡管和第二舌状部;叶片组,所述叶片组包括设置在该涡轮壳体中的第一叶片组和第二叶片组;以及密封环,该密封环设置在叶片组与涡轮壳体之间,其中该密封环在该第一涡管的出口与该第二涡管的出口之间的空间中接触涡轮壳体。在这样的示例中,第一叶片组和第二叶片组可以是分开的单元。作为示例,第一叶片组可以是可调整的,以将其叶片之一与涡轮壳体的第一涡管的第一舌状部对齐,并且第二叶片组可以是可调整的,以将其叶片之一与涡轮壳体的第二涡管的第二舌状部对齐。在这样的示例中,第一舌状部和第二舌状部可以处于从涡轮壳体的纵向轴线测量的共同角度,该纵向轴线对应于涡轮叶轮的旋转轴线,或者第一舌状部和第二舌状部可以偏移例如大于0度且小于360度的角偏移。例如,虽然如图10的示例中的叶片组可与双涡管涡轮壳体的偏移舌状部一起使用,但它们也可与双涡管涡轮壳体的对齐的舌状部一起使用。关于一组叶片中的叶片数量,它可以大于5个且小于40个,其中,例如,一组叶片可以具有与另一组叶片相同或不同的叶片数量。作为示例,对于两组叶片,叶片形状和/或尺寸可以相同,或者可以不同。如所解释的,一组叶片可以包括具有不同尺寸和/或形状的叶片,其中该叶片将与涡管的舌状部配对(参见,例如,图8A的示例)。
图11是流动通道1100的示例的透视图,其中该流动通道包括与涡管通道1167流体连通的废气门通道1157和与涡管通道1169流体连通的废气门通道1159。在这样的示例中,一个或多个废气门阀可以调节从涡管通道1167和1169中的一者或两者经由废气门阀通道1157和1159至出口通道1165的流动。
如图11的示例中所示,涡管通道1167和1169具有角偏移,使得空间可用于废气门通道1159。在图11的示例中,在圆柱坐标系(z、r和Θ)中示出了角偏移ΔΘ,其中废气门通道1159在涡管通道1167与涡管通道1169之间延伸,废气门通道1159可以与废气门通道1157成大约相同的角度,使得废气门通道1157和1159可以以基本平行且并排的方式延伸到废气门阀,该废气门阀可以是具有单个塞的单个废气门阀,该单个塞可以调节从废气门通道1157和1159两者的流动。
图12是没有涡管舌状部的角偏移的流动通道1200的示例的透视图,其中该流动通道包括与涡管通道1267流体连通的废气门通道1257和与涡管通道1269流体连通的废气门通道1259。在这样的示例中,一个或多个废气门阀可以调节从涡管通道1267和1269中的一者或两者经由废气门阀通道1257和1259到出口通道1265的流动。然而,由于空间约束,废气门通道1259具有外部路线;然而,在图11的示例中,废气门通道1159可具有内部路线。
在图11的示例中,由于涡管的角位移,废气门通道可以在涡轮壳体内部,使得通道更短,这可使涡轮设计更紧凑并且更好地进行铸造。例如,在砂型铸造中,长且细的砂芯是易碎的,并且在模具浇注过程中存在开裂的风险。例如,在图12中,废气门通道1259定位在涡管通道1267和1269的外部,使得铸造过程将涉及利用相对长且细的砂芯,以在铸造涡轮壳体中形成废气门通道1259。在这种方法中,形成废气门通道1259的铸造涡轮壳体的部分不像图11的示例中的废气门通道1159那样受到保护。因此,对于具有废气门通道1259的铸造涡轮壳体,接触可能导致形成废气门通道1259的铸造涡轮壳体的壁的断裂(例如开裂)。为了弥补这种风险,该壁可以做得更厚,然而代价是更多的材料和因此更大的质量。因此,图11的方法在降低损坏风险、易于铸造、紧凑性等方面可能是有益的。
作为示例,如图10的示例中所示的叶片组680和690可与如图11的示例中的具有流动通道的涡轮壳体和/或如图12的示例中的具有流动通道的涡轮壳体一起使用。如所解释的,在图11的示例中,涡管的舌状部可以偏移,并且在图12的示例中,涡管的舌状部可以对齐。
图13是涡轮增压器1300的示例的一部分的透视剖开视图,该透视剖开视图示出了具有处于打开位置的废气门阀1460的废气门组件1400,其中废气门通道657和659是可见的,并且与废气门出口1490和出口通道665流体连通。在这样的示例中,废气门组件1400可用于控制排气到涡轮叶轮空间的流动。
如图13的示例中所示,废气门通道657和659可以形成在涡轮壳体662内,其中涡轮壳体662的一部分1410远离通道667的外涡管轴向地延伸。在这样的示例中,涡轮壳体662的部分1410形成废气门通道657和659的部分,其中该部分1410可以邻近涡轮壳体662的圆柱形壁部分1415,该圆柱形壁部分1415限定出口通道665,使得废气门出口1490可以容易地形成为涡轮壳体662的圆柱形壁部分1415中的开口。如图所示,涡轮壳体662还可以形成用于接收轴1462的孔1416,该轴1462联接到塞1466,该塞1466可以被定位成关闭或打开废气门通道657和废气门通道659。如图所示,轴1462可以联接到控制连杆1500,该控制连杆1500可以联接到致动器1600。例如,考虑电子或其他致动器,所述电子或其他致动器可以被合适地控制,以导致废气门阀1460的塞1466的打开或关闭。作为示例,废气门通道657和659可以会合,以形成可由塞1466覆盖的单个出口,或者它们可以是分开的,以形成可由塞1466的一个或多个实例覆盖的两个出口。
作为示例,涡轮组件可以包括:涡轮壳体,该涡轮壳体限定纵向轴线,并且该涡轮壳体包括围绕纵向轴线成第一角度的第一涡管和第一舌状部,以及围绕纵向轴线成第二角度的第二涡管和第二舌状部,其中第一角度和第二角度之间的角跨度大于1度且小于180度;以及设置在涡轮壳体中的第一叶片组和第二叶片组,其中第一叶片组的叶片与第一舌状部对齐,并且第二叶片组的叶片与第二舌状部对齐。在这样的示例中,涡轮组件可以包括密封件,该密封件密封涡轮壳体与第一叶片组和第二叶片组之间的空间。例如,考虑开口环密封件(例如,活塞环类型的密封件等)。
作为示例,涡轮组件可以包括阻碍第一叶片组相对于涡轮壳体旋转的键和键槽防旋转特征,例如,考虑作为销或包括销的键和作为销孔或包括销孔的键槽。
作为示例,涡轮组件可以包括第一叶片组和第二叶片组,其中该第二叶片组包括一个或多个键槽,该一个或多个键槽用于接收一个或多个键,以阻碍第二叶片组相对于联接到涡轮组件的涡轮壳体的中心壳体的旋转。
作为示例,涡轮组件可以包括可相对于废气门座定位的废气门阀。在这样的示例中,可以包括与第一涡管流体连通的第一废气门通道,并且可以包括与第二涡管流体连通的第二废气门通道,其中废气门阀可相对于废气门座定位,以控制通过第一废气门通道和第二废气门通道的排气的流动。在这样的示例中,涡轮壳体可以是铸造涡轮壳体,其中第一废气门通道和第二废气门通道是内部通道。
作为示例,如从涡轮壳体的纵向轴线测量的第二废气门通道的径向位置可以小于如从涡轮壳体的纵向轴线测量的第二涡管的最大径向位置。例如,在具有第一舌状部的第一涡管和具有第二舌状部的第二涡管是偏移的并且第二涡管轴向地定位在第一涡管与中心壳体之间的情况下,与第二涡管流体连通的废气门通道可以轴向地延伸穿过第一舌状部和第二舌状部的方位角位置之间的空间,而不必在通向废气门阀的废气门座的路线中在第一涡管上径向地扫过。
作为示例,涡轮组件的第一涡管的特征可在于如沿径向线以第一角度测量的第一面积与半径之比,并且涡轮组件的第二涡管的特征可在于如沿径向线以第二角度测量的第二面积与半径之比,其中第一角度和第二角度不同。在这样的示例中,第一角度可对应于第一舌状部位置,并且第二角度可对应于第二舌状部位置。如所解释的,双涡管涡轮壳体的舌状部可以经由偏移角偏移,其中两组叶片也可以经由偏移角偏移。
作为示例,第一叶片组的叶片可与第一舌状部对齐,并且第二叶片组的叶片可与第二舌状部对齐,其中两个叶片不对齐以减少涡轮组件的高循环疲劳(HCF)。
作为示例,第一叶片组可具有固定叶片,并且第二叶片组可具有固定叶片。在这样的示例中,叶片可以被固定,使得它们不枢转。例如,考虑固定在对置环之间的叶片,其中这种叶片和环可以任选地由单件材料形成。
作为示例,涡轮组件可以包括热屏蔽件,以用于对第一叶片组和第二叶片组施加力,以抵靠涡轮壳体强制偏压第一叶片组。在这样的示例中,第一叶片组和第二叶片组可以是彼此接触的可分离部件。例如,考虑将两组叶片作为分别的单元提供,其中一组叶片被定位,随后定位密封件。一旦密封件被定位,那么另一组可以被定位,以有效地形成狭槽,狭槽可以固持密封件。在这样的示例中,密封件可以是阻碍从两个涡管流至叶片组的排气的混合的密封件,其中,一旦排气流过叶片组,它就可以在其进入涡轮叶轮空间时混合。
作为示例,涡轮组件可包括:涡轮壳体,该涡轮壳体限定纵向轴线,并且该涡轮壳体包括围绕纵向轴线成第一角度的第一涡管和第一舌状部以及围绕纵向轴线成第二角度的第二涡管和第二舌状部;叶片组,所述叶片组包括设置在该涡轮壳体中的第一叶片组和第二叶片组;以及密封环,该密封环设置在叶片组与涡轮壳体之间,其中该密封环在该第一涡管的出口与该第二涡管的出口之间的空间中接触该涡轮壳体。在这样的示例中,第一叶片组和第二叶片组可以是分别的单元。
作为示例,第一叶片组可以是可调整的,以将其叶片之一与涡轮壳体的第一涡管的第一舌状部对齐,并且第二叶片组可以是可调整的,以将其叶片之一与涡轮壳体的第二涡管的第二舌状部对齐。在这样的示例中,第一舌状部和第二舌状部可以分别处于如从涡轮壳体的纵向轴线测量的第一角度和第二角度,该纵向轴线对应于至少部分地设置在涡轮壳体中的涡轮叶轮的旋转轴线。在这样的示例中,第一角度和第二角度可以对齐或偏移。例如,考虑第一舌状部和第二舌状部的对齐对应于0度(例如,没有偏移或对齐),并且考虑第一舌状部和第二舌状部的偏移的特征在于第一舌状部与第二舌状部之间的角度,该角度在从大于0度到小于360度、任选地到180度或小于180度的角度范围内。
尽管方法、装置、系统、布置等的一些示例已在附图中图示并在前述中详细描述说明,应当理解,所公开的示例实施例不是限制性的,而是能够进行多种重新布置、修改和替换。