專利名稱：低約束渦輪機(jī)出口外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，包括但不局限于連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的用于空氣和/或排氣系 統(tǒng)的流體通道。
背景技術(shù)：
許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用與其進(jìn)氣或排氣系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的裝置，這些系統(tǒng)促進(jìn)流體在其 中通過以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。這些裝置的實(shí)例包括渦輪增壓機(jī)、增壓器等。例 如，渦輪增壓器可包括連接到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的渦輪機(jī)，其用來運(yùn)行與其連接 的壓縮機(jī)，而壓縮機(jī)促進(jìn)空氣流入發(fā)動(dòng)機(jī)?？諝夂?或廢氣流入和流出渦輪增 壓機(jī)的流動(dòng)狀態(tài)以及與其關(guān)聯(lián)的任何流動(dòng)障礙都會(huì)影響渦輪增壓機(jī)的性能，且 因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的特性與它們相關(guān)?？諝夂?或廢氣流入和流出渦輪增壓機(jī)通道 的流動(dòng)障礙往往是當(dāng)將渦輪增壓機(jī)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)所存在的空間限制的結(jié)果。
因此，需要有與渦輪增壓機(jī)相連的、在它們附連到提供有限可用空間的發(fā) 動(dòng)機(jī)上時(shí)對(duì)空氣和/或流體障礙低的通道或其它裝置。

發(fā)明內(nèi)容
低約束渦輪機(jī)出口裝置包括具有內(nèi)部體積的外殼。該內(nèi)部體積包括入口過 渡部分和出口過渡部分。形成在外殼內(nèi)的入口端口與也形成在外殼內(nèi)的出口端 口流體連通。安裝凸緣連接到外殼上，第一組加強(qiáng)肋和第二組加強(qiáng)肋各將安裝 凸緣連接到外殼。


圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)的方框圖，發(fā)動(dòng)機(jī)具有可操作地連接在其上的渦輪增壓機(jī)， 該渦輪增壓機(jī)具有連接在其上的根據(jù)本發(fā)明的低約束氣體出口裝置。
圖2和圖3是取自根據(jù)本發(fā)明的低約束通道不同立體圖的概圖。圖2B和2C是用于根據(jù)本發(fā)明的低約束氣體出口裝置的三維形狀的線框的 詳圖。
圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的低約束裝置的外殼的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下描述一種對(duì)與內(nèi)燃機(jī)關(guān)聯(lián)的渦輪增壓機(jī)提供低障礙流體通道的裝置 和方法。圖1中示出了具有與發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的渦輪增壓機(jī)102的發(fā)動(dòng)機(jī)100的框 圖。該發(fā)動(dòng)機(jī)100可以連接到進(jìn)氣系統(tǒng)104和排氣系統(tǒng)106。渦輪增壓機(jī)102 可包括渦輪機(jī)108和壓縮機(jī)110。渦輪機(jī)108可以與排氣系統(tǒng)106流體連通， 而壓縮機(jī)IIO可與進(jìn)氣系統(tǒng)104流體地連通。
在發(fā)動(dòng)機(jī)IOO運(yùn)行過程中，空氣可通過低壓空氣入口通道112進(jìn)入壓縮機(jī) 110。空氣可在壓縮機(jī)110內(nèi)壓縮，并通過高壓空氣通道114與進(jìn)氣系統(tǒng)104 連通。高壓空氣通道114可供選擇地包含充氣空氣冷卻器(未示出)或其它裝 置?？諝馔ㄟ^壓縮機(jī)IIO的流動(dòng)如箭頭所示。
從進(jìn)氣系統(tǒng)104流入的空氣可進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)100內(nèi)的至少一個(gè)燃燒腔(未示 出)，空氣可在那里與燃油混合并燃燒?？諝夂腿加腿紵囊环N產(chǎn)物便是廢氣， 廢氣可排出汽缸并收集在排氣系統(tǒng)106內(nèi)。從排氣系統(tǒng)106流出的廢氣可通過 高壓廢氣通道118與渦輪機(jī)108的入口 116連通。從高壓廢氣通道U8排出的 廢氣可使渦輪機(jī)葉輪(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生動(dòng)力，該動(dòng)力用于運(yùn)行壓縮機(jī)no。
廢氣可通過低壓廢氣通道120排出渦輪機(jī)108。從渦輪機(jī)108排出的廢氣 可具有流動(dòng)特性，例如，高的紊流和渦流狀態(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)IOO運(yùn)行過程中，通 過渦輪機(jī)108內(nèi)渦輪機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而賦予其這種狀態(tài)。為此原因，低壓廢氣通 道120必須布置成使得流出渦輪機(jī)108的廢氣流動(dòng)基本上不受流動(dòng)約束的阻 礙，這種流動(dòng)約束會(huì)降低渦輪機(jī)108的運(yùn)行效率。
大多數(shù)已知的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)使用圓形管，其已經(jīng)彎曲成所要求的形狀并連接 到渦輪機(jī)出口，以便提供高壓廢氣通道。截面不變的圓形管能充分地不允許廢 氣在渦輪機(jī)出口處形成任何渦流的流動(dòng)特性，從而充分地使其平靜下來，這樣， 它們可從渦輪機(jī)中除去而不造成渦輪機(jī)性能的損失。低約束通道122可有利地 連接到渦輪機(jī)108和低壓廢氣通道120之間的渦輪機(jī)108的出口，以對(duì)流出渦輪機(jī)108的廢氣允許有合適的過渡而進(jìn)入高壓廢氣通道120。如果在靠近渦輪 機(jī)108出口的高壓廢氣通道120內(nèi)需要有急劇的轉(zhuǎn)彎，則這可實(shí)現(xiàn)特定的優(yōu)點(diǎn)。 在此情形中，低約束通道122能夠提供低約束的解決方案，該方案與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 相比，不降低渦輪機(jī)108的效率。
圖2中示出了用于渦輪機(jī)的低約束通道200的概圖。該通道可包括形成氣 體入口端口 204和氣體出口端口 206的外殼202，兩者通過形成在外殼202內(nèi) 的內(nèi)部體積208彼此流體地連通。包括多個(gè)螺栓孔212的入口凸緣210可定位 在入口端口 204的周圍，并布置和構(gòu)造成密封地配合渦輪機(jī)出口的匹配表面 (未示出)。出口凸緣214可圍繞出口端口 206并布置成與低壓廢氣出口通道 (未示出)密封地配合，該通道例如可以是具有圓形截面和用V帶的夾具(未 示出)連接到出口凸緣214的擴(kuò)口端的管道。
外殼202也可形成可用于將外殼202連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝凸緣216。第 一加強(qiáng)的肋組218和第二加強(qiáng)的肋組220可各將安裝凸緣216連接到外殼202 的其它區(qū)域，以在工作期間安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)提供加強(qiáng)并支承抵抗外殼202 的振動(dòng)。外殼可包括形成在其上的附加結(jié)構(gòu)，例如，具有形成在其上的固定件 開口 224的第一突臺(tái)222，以及具有形成在其上的另外固定件開口 228的第二 突臺(tái)226。固定件開口 224和另外固定件開口 228可用于將諸如熱屏、支架等 的其它部件連接到外殼202，以及連接到發(fā)動(dòng)機(jī)。
內(nèi)部體積208和形成該體積的外殼202可包括兩個(gè)基本上具有不同形狀的 主要部分。入口過渡部分230可具有截頭的橢圓錐體的形狀，使其頂部被入口 端口 204截去，而其底部定向成朝向出口端口 206敞開。入口過渡部分230 的截頭的橢圓錐體的形狀可以修改成朝向頂部具有更加圓形的截面"A"，以 便靠近入口端口 204提供圓形形狀，而底部"B"具有更加橢圓形的形狀，如 圖2B的線框詳圖所示。出口過渡部分232可具有扁平橢球體形狀并位于入口 過渡部分230和出口端口 206之間。出口過渡部分232的形狀也可以描述為"壓 扁"的橢圓體，橢圓狀體的赤道半徑"ER"大于極半徑"PR"，這可如在圖 2C的線框詳圖中所示地圍繞橢圓的副軸"MA"轉(zhuǎn)動(dòng)橢圓來形成。出口過渡部 分232可具有基本上平行于出口端口 206的周緣的赤道平面(如圖所示)。
圖3中示出了低約束的通道200的不同概圖。從該立體圖中可見，入口過
渡部分230和形成在外殼202內(nèi)的出口過渡部分232的組合可具有一 "淚滴" 形狀，使壓平的橢圓形位于靠近出口端口 206的一端上，并在靠近入口端口 204的另一端上與截頭的橢圓錐體形狀合并。
圖4中示出了外殼202的剖視圖。運(yùn)行過程中廢氣通過外殼202的流動(dòng)用 虛線箭頭表示。只要發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，就會(huì)產(chǎn)生廢氣。廢氣可穿過渦輪機(jī)并通過 氣體出口流出渦輪機(jī)。外殼202可以連接到渦輪機(jī)(與渦輪機(jī)的連接未示出)， 并布置成接收通過入口端口 204而流出的廢氣。當(dāng)廢氣通過入口端口 204進(jìn)入 外殼202時(shí)，廢氣流302 (用虛線箭頭表示)可以形成高度的紊流并具有大致 的渦流結(jié)構(gòu)。流動(dòng)302可以進(jìn)入外殼202的內(nèi)部體積208，并通過體積208的 中心區(qū)域朝向入口過渡部分230展開或呈漏斗狀。該流動(dòng)可流出入口過渡部分 230并進(jìn)入出口過渡部分232。由于體積208的入口過渡部分230和出口過渡 部分232的形狀，可有利地使流動(dòng)302能夠無阻礙地形成其渦流結(jié)構(gòu)，有利地 不失去顯著的流動(dòng)動(dòng)量。
流動(dòng)302因此可有效地通過轉(zhuǎn)彎，在所示的實(shí)例中，約為90度的角度存 在于外殼202內(nèi)介于入口端口 204和出口端口 206之間，而壓力的損失沒有顯 著的增加。廢氣流動(dòng)302可通過出口端口 206流出外殼202。流動(dòng)302通過外 殼202的基本上無阻礙的通道是有利的，因?yàn)樵跍u輪機(jī)的出口處，或者在相對(duì) 于出口端口 206的入口端口 204處沒有顯著的壓力增加。這樣，可保持渦輪機(jī) 的效率。而且，當(dāng)外殼連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)外殼202的結(jié)構(gòu)剛度、渦輪機(jī)和低壓 排氣通道可提高渦輪機(jī)在安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)渦輪機(jī)的總體剛度，并降低發(fā)動(dòng)機(jī) 性能中的總體噪音振動(dòng)和刺耳聲(NVH)。
本發(fā)明可實(shí)施為其它特定形式而不背離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。所述的實(shí)施例 應(yīng)被認(rèn)為在所有諸方面只是起到說明的作用而非限制。因此，本發(fā)明的范圍由 附后的權(quán)利要求書而非以上說明書予以指明。所有落入權(quán)利要求書等價(jià)物的含 義和范圍之內(nèi)的種種變化都包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低約束渦輪機(jī)出口裝置，包括具有內(nèi)部體積的外殼，其中所述內(nèi)部體積包括入口過渡部分和出口過渡部分；形成在所述外殼內(nèi)的入口端口，所述入口端口與形成在所述外殼內(nèi)的出口端口流體連通；連接到所述外殼上的安裝凸緣；第一組加強(qiáng)肋，將所述安裝凸緣連接到所述外殼；第二組加強(qiáng)肋，將所述安裝凸緣連接到所述外殼。
2. 如權(quán)利要求l所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，所述入口過 渡部分具有橢圓錐體的形狀，其中該橢圓錐體形狀限定頂部和底部，且其中所 述頂部被所述入口端口截?cái)啵龅撞康亩ㄏ虺蛩龀隹诙丝凇?br> 3. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，所述出口過 渡部分具有扁平橢球體形狀，其中所述扁平橢球體形狀具有赤道半徑和極半徑，其中所述赤道半徑大于所述極半徑。
4. 如權(quán)利要求3所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，所述赤道半 徑限定一平面，其中所述平面基本上平行于所述出口端口的周緣。
5. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，還包括形成 在所述外殼上的至少一個(gè)突臺(tái)，其中所述至少一個(gè)突臺(tái)包括形成在其中的固定 件開孔。
6. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，還包括形成 在所述外殼內(nèi)的入口凸緣，其中所述入口凸緣圍繞所述入口端口，且其中所述 入口凸緣布置成密封地連接到渦輪機(jī)外殼。
7. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，還包括形成 在所述外殼內(nèi)的出口凸緣，其中所述出口凸緣圍繞所述出口端口，且其中所述 出口凸緣布置成密封地連接到低壓廢氣出口通道。
8. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，所述入口過 渡區(qū)域設(shè)置在所述入口開口附近。
9. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，所述出口過 渡部分設(shè)置在所述出口開口附近。
10. 如權(quán)利要求1所述的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其特征在于，所述入口 端口和所述出口端口通過設(shè)置在兩者之間的所述內(nèi)部體積而彼此流體連通。
11. 一種內(nèi)燃機(jī)，包括進(jìn)氣系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中與至少一個(gè)燃燒缸間斷地流體連通； 排氣系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中與所述燃燒缸間斷地流體連通； 渦輪增壓機(jī)，可操作地連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪增壓機(jī)包括具有空氣入口和空氣出口的壓縮機(jī)，其中所述空氣出口與所述進(jìn)氣系 統(tǒng)流體連通；以及具有氣體入口和氣體出口的渦輪機(jī)，其中所述氣體入口與所述排氣系統(tǒng)流體連通；連接到所述渦輪機(jī)的低約束渦輪機(jī)出口裝置，其中所述低約束渦輪機(jī)出口 裝置包括具有入口端口的外殼，所述入口端口與所述渦輪機(jī)的所述氣體出口流 體連通；出口端口，通過形成到所述外殼內(nèi)的內(nèi)部體積與所述入口端口流體連通o
12. 如權(quán)利要求ll所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述低約束渦輪機(jī)出口裝 置的內(nèi)部體積具有入口過渡部分和出口過渡部分，所述入口過渡部分設(shè)置在所 述入口端口附近，而所述出口過渡部分設(shè)置在所述出口端口附近。
13. 如權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述入口過渡部分具有橢 圓錐體的形狀，其中該橢圓錐體的形狀限定頂部和底部，且其中所述頂部被所 述入口端口截?cái)啵龅撞康亩ㄏ虺蛩龀隹诙丝凇?br> 14. 如權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述出口過渡部分具有扁 平橢球體形狀，其中所述扁平橢球體形狀具有赤道半徑和極半徑，其中所述赤 道半徑大于所述極半徑。
15. 如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述赤道半徑限定一平面， 且其中所述平面基本上平行于所述出口端口的周緣。
16. 如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，還包括形成在所述外殼內(nèi) 的入口凸緣，其中所述入口凸緣圍繞所述入口端口，且其中所述入口凸緣布置 成密封地連接到所述渦輪機(jī)的所述氣體出口 。
17. 如權(quán)利要求ll所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，還包括形成在所述外殼內(nèi)的出口凸緣，其中所述出口凸緣圍繞所述出口端口，且其中所述出口凸緣布置 成密封地連接到低壓廢氣出口通道。
18. —種以低流動(dòng)約束方式通過轉(zhuǎn)彎的方法，使流出渦輪機(jī)的廢氣流動(dòng)處于高度紊流的狀態(tài)，該紊流狀態(tài)具有總體的渦流結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟 密封地引導(dǎo)廢氣流從所述渦輪機(jī)的氣體出口進(jìn)入外殼的入口端口內(nèi)；使形成在所述外殼內(nèi)的內(nèi)部體積的入口過渡部分內(nèi)的廢氣流動(dòng)擴(kuò)張并形成漏斗狀，其中所述入口過渡部分具有橢圓錐體的形狀；將從所述入口過渡部分流出的廢氣流傳遞到所述內(nèi)部體積的出口過渡部分內(nèi)，其中所述出口過渡部分具有扁平橢球體形狀；廢氣流通過與所述出口過渡部分流體連通的出口端口從所述外殼流出，其 中所述出口端口相對(duì)于所述入口端口成一角度。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)所述外殼連接到所 述渦輪機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)對(duì)帶有所述外殼的渦輪機(jī)提供結(jié)構(gòu)剛度的步驟。
全文摘要
低約束渦輪機(jī)出口裝置(200)包括具有內(nèi)部體積(208)的外殼(202)。內(nèi)部體積(208)包括入口過渡部分(230)和出口過渡部分(232)。形成在外殼(202)內(nèi)的入口端口(204)，其與也形成在外殼(202)內(nèi)的出口端口(206)流體連通。安裝凸緣(216)連接到外殼(202)上，第一組加強(qiáng)肋(218)和第二組加強(qiáng)肋(220)各將安裝凸緣(216)連接到外殼(202)。
文檔編號(hào)F01D9/00GK101205815SQ20071030054
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
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