專利名稱：帶有漸增橫截面排氣殼體的渦輪增壓器以及用于渦輪增壓的方法
技術領域：
本發(fā)明公開總體涉及用于改善壓縮點火發(fā)動機用的渦輪增壓器的性能的系統(tǒng)和方法，且更具體地說，涉及用于調整渦輪增壓器構件的位置和參數的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
渦輪增壓器包括可由軸連接的渦輪和壓縮機。渦輪定位在渦輪增壓器的渦輪級部分中，并且渦輪級中的構件是渦輪增壓器效率和性能方面重要的因素。具體地說，影響排氣流的構件，例如渦輪殼體和擴散器如果沒有正確設計則可能容許來自排氣流的不期望的能
量損失。

發(fā)明內容
在某些實施例中，渦輪增壓器系統(tǒng)包括壓縮機、渦輪、將壓縮機聯(lián)接到渦輪上的軸、以及構造成改善壓力恢復的渦輪殼體，其中渦輪殼體包括構造成改善(或更一般地說來，改變)朝向排氣口的流量的非對稱的幾何形狀。另一實施例包括一種方法，其包括使排氣流過具有喇叭口的排氣擴散器，排氣擴散器構造成改善渦輪機內的壓力恢復，以及使排氣流過渦輪殼體的圓環(huán)形室，其具有在圓周方向上朝著排氣口擴展的橫截面積。


當參照附圖閱讀以下詳細說明時，將更好地理解本發(fā)明公開的這些以及其它特征、方面和優(yōu)勢，其中在所有附圖中相似的標號表示相似的部件，其中圖1是具有聯(lián)接到帶有改善的渦輪級的渦輪增壓器上的發(fā)動機的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；圖2是具有改善的渦輪級的渦輪增壓器的一個實施例的側剖面圖；圖3是如圖2中所示的改善的渦輪級的一個實施例的詳細的側剖面圖；圖4是具有改善的渦輪級的渦輪增壓器的一個實施例的剖切端視圖；圖5A是沿著圖4的線5A-5A截取的改善的渦輪增壓器的渦輪殼體的一個實施例的詳細的側剖面圖；圖5B是沿著圖4的線5B-5B截取的改善的渦輪增壓器的渦輪殼體的一個實施例的詳細的側剖面圖；圖5C是沿著圖4的線5C-5C截取的改善的渦輪增壓器的渦輪殼體的一個實施例的詳細的側剖面圖；圖6A是改善的渦輪增壓器的渦輪殼體的一個實施例的詳細的側剖面圖，顯示了排氣擴散器和渦輪殼體的橫截面積；圖6B是具有改善的渦輪級的渦輪增壓器的一個實施例的剖切端視圖；圖7是依據如圖6A和6B中所示的渦輪殼體對排氣擴散器的橫截面積比而繪制的兩個渦輪增壓器內的圓周位置的曲線圖；且
圖8是依據針對兩個渦輪增壓器設計的標準化的渦輪效率而繪制的膨脹比的曲線圖。
具體實施例方式以下將描述本發(fā)明公開的一個或多個特定實施例。為了致力于提供這些實施例的簡明描述，在本說明書中可能沒有描述實際實施方式的所有特征。應該懂得，在任何此類實際實施方式的研究中，如同在任何工程或設計項目中一樣，必須做出許多實施方式特定的決策，以實現研究者的特定目的，例如與涉及系統(tǒng)及涉及商業(yè)約束相關的適應性，其可能根據實施方式而變化。此外，應該懂得這種研究工作可能是復雜且耗時的，但對于受益于本發(fā)明公開的普通技術人員仍然是其承擔設計、生產和制造的日常事務。當介紹本發(fā)明公開的各種實施例的元件時，用詞“一”、“一個”、“該”和“所述”都意圖表示具有一個或多個元件。詞語“包括”、“包含”和“具有”都意圖為包含性的，且意味著除了列出的元件之外，還可以有其它元件。操作參數和/或環(huán)境條件的任何示例都不排斥所公開的實施例的其它參數/條件。如以下詳細論述的那樣，可采用各種渦輪級構件的構造，以便減少由于受限制的排氣流的能量損耗并改善渦輪增壓器的性能。具體地說，帶有喇叭口部分的排氣擴散器可與轉子的重新定位一起而添加到渦輪級上，從而避免當改變擴散器時可能發(fā)生背壓的增加。例如，可添加喇叭口而非直邊以延伸擴散器，以及使轉子盤重新定位成更靠近渦輪增壓器的入口和過渡段，從而改善當排氣流出渦輪級時的壓力恢復。另外，可改進渦輪殼體， 以與排氣擴散器協(xié)作，從而改善壓力恢復，由此提高渦輪增壓器效率。以下討論的實施例通過在渦輪級和排氣路徑中改變并將構件重新定位而改善了渦輪增壓器性能和效率。這些實施例和壓力恢復的改善可應用于渦輪增壓器、渦輪機、渦輪膨脹機、渦輪以及其它渦輪機械中。圖1是根據本技術的某些實施例的系統(tǒng)10的方框圖，其具有聯(lián)接在發(fā)動機14上的渦輪增壓器12。系統(tǒng)10可包括交通工具，例如機車、汽車、公共汽車或船只。備選地，系統(tǒng)10可包括固定系統(tǒng)，例如具有聯(lián)接在發(fā)電機上的發(fā)動機14的發(fā)電系統(tǒng)。所示的發(fā)動機 14是壓縮點火發(fā)動機，例如柴油發(fā)動機。然而，發(fā)動機14的其它實施例包括火花點火發(fā)動機，例如汽油動力內燃機。如圖所示，系統(tǒng)10包括排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)16、中間冷卻器18、燃料噴射系統(tǒng) 20、進氣歧管22和排氣歧管M。所示的渦輪增壓器12包括經由傳動軸30聯(lián)接在渦輪觀上的壓縮機26。排氣再循環(huán)系統(tǒng)16可包括設置在排氣歧管M下游和壓縮機沈上游的EGR 閥門32。另外，系統(tǒng)10包括控制器34，例如電子控制單元(E⑶)，其聯(lián)接在遍及系統(tǒng)10的各種傳感器和裝置上。例如，所示的控制器34聯(lián)接在EGR閥門32和燃料噴射系統(tǒng)20上。 然而，控制器34尤其可聯(lián)接到系統(tǒng)10的各個所示構件的傳感器和控制特征上。如圖1中所示，系統(tǒng)10將空氣如箭頭36所示吸進壓縮機沈。另外，如以下進一步討論的那樣，壓縮機26可通過控制EGR閥門32如箭頭38所示從排氣歧管M吸進一部分排氣。壓縮機沈又壓縮吸進的空氣和一部分發(fā)動機排氣，并通過導管40將壓縮氣體輸出給中間冷卻器18。中間冷卻器18用作熱交換器，以便從壓縮氣體除去由于壓縮過程產生的熱量。應該懂得，壓縮過程典型地加熱吸進的空氣，并因而在吸進到進氣歧管22中之前被冷卻。如進一步所示，被壓縮和冷卻的空氣通過導管42從中間冷卻器18傳送至進氣歧管 22。進氣歧管22然后將壓縮氣體傳送到發(fā)動機14中。發(fā)動機14然后在各種活塞氣缸組件，例如4，6，8，10，12或16個活塞氣缸組件內壓縮該氣體。來自燃料噴射系統(tǒng)20的燃料被直接噴射到發(fā)動機氣缸中?？刂破?4可控制燃料噴射系統(tǒng)20的燃料噴射定時，使得燃料在合適的時間被噴射到發(fā)動機14中。當各個活塞在其相對應的氣缸內壓縮一定體積的空氣時，壓縮空氣的熱量點燃燃料。發(fā)動機14又通過排氣歧管M從各種活塞氣缸組件排出燃燒產物。來自發(fā)動機14 的排氣然后通過導管44而從排氣歧管M傳送至渦輪觀。另外，一部分排氣可如箭頭46所示從導管44傳送至EGR閥門32。這時，如上面提到的那樣，一部分排氣如箭頭38所示傳送至壓縮機沈的進氣口。控制器34控制EGR閥門32，使得合適部分的排氣根據系統(tǒng)10的各種操作參數和/或環(huán)境條件而傳送至壓縮機26。如圖所示，排氣驅動渦輪觀，使得渦輪促成軸30旋轉并驅動壓縮機26。然后如箭頭48所示，從系統(tǒng)10且尤其從渦輪觀傳送出排氣。當壓縮機沈被驅動時，發(fā)生額外的空氣吸進，從而通過為燃燒過程提供額外的空氣而改善發(fā)動機的性能、功率密度和效率。如以下將詳細論述的那樣，渦輪增壓器的渦輪級部分中的某些構件的優(yōu)化和改變可減少能量損耗，并改善渦輪增壓器系統(tǒng)的性能。例如，公開的實施例可包括改變的渦輪殼體的結構，以減少排氣流分離，從而改善通向回氣管的排氣流，并改善渦輪增壓器的效率。 另外，排氣擴散器的布置和設計以及渦輪級的軸向位置改善了系統(tǒng)內的壓力恢復，進一步通過減少發(fā)動機上的背壓而增強了排氣流和系統(tǒng)效率。所公開的實施例還改善了跨越各種條件(包括在高速和低速操作期間)的渦輪增壓器的性能。這些增強改善了渦輪增壓器系統(tǒng)和發(fā)動機的性能和燃料效率。圖2是改善的渦輪增壓器12的一個實施例的側截面圖。在該實施例中，渦輪級部分50包括若干個構件和改進，其改善了渦輪增壓器12的效率和性能。如圖所示，壓縮機末端52包括壓縮機沈(例如壓縮機葉片)，其附接在軸30和渦輪觀(例如渦輪葉片)上。在該布置中，渦輪觀的旋轉造成壓縮機26旋轉，從而在渦輪增壓器12內壓縮空氣，以增加用于進氣歧管22的空氣密度。在該實施例中，渦輪殼體56包含可被描述為環(huán)形的空腔，并容許排氣如箭頭48所示流動和離開。渦輪增壓器排氣可流入渦輪殼體56的內部，并從下面部分58引向上面部分60中的排氣口。排氣可通過排氣擴散器62傳送到渦輪殼體56中， 排氣擴散器62的特征是喇叭口或彎曲狀的橫截面64，從而增強排氣流動，并改善渦輪增壓器12中的壓力恢復。例如，來來自擴散器62的排氣流在流向排氣口和上面部分60時可能遭遇較少的阻力，從而改善了性能和效率。渦輪輪葉66可徑向定位在渦輪觀上，從而在排氣流過渦輪輪葉66時使渦輪28旋轉。排氣在流向渦輪葉片66和渦輪殼體56的途中可流過噴嘴環(huán)70。排氣可通過過渡段72進入渦輪增壓器12的一部分，過渡段可進行優(yōu)化以增強改善的渦輪增壓器設計12的排氣流動。例如，渦輪增壓器排氣可流過優(yōu)化的過渡段72、 噴嘴環(huán)70、渦輪輪葉66、排氣擴散器62和渦輪殼體56，從而驅動渦輪轉子觀的旋轉，并使排氣流過改善的排氣擴散器62和渦輪殼體56。簡圖還包括截面線4，其顯示了圖4中使用的截面平面。在一個示例性實施例中，過渡段72可具有構造成減少進入渦輪增壓器12的流的流分離的曲率。例如，過渡段72可具有兩個入口，入口具有逐漸向內彎曲而非成陡峭角度的壁71，從而減少流分離的可能性。圖3是圖2中所示的渦輪增壓器12的一個實施例的詳細的側截面圖。如圖所示， 渦輪級部分50具有若干改善，其設計成改善渦輪增壓器性能，并增強穿過排氣擴散器62和渦輪殼體56的排氣流動。在該實施例中，被渦輪殼體56封閉的空腔可包括位于殼體壁74 和75之間的軸向或橫向距離73，其可依賴于環(huán)形渦輪殼體56內的圓周位置而變化。具體地說，由于渦輪殼體橫截面幾何形狀76的原因，下面部分58中的距離73可小于上面部分 60中的距離78。如圖所示，內殼體壁74在排氣流的方向上從下面殼體部分58擴展至上面殼體部分60。此外，包括下面部分58的渦輪殼體下半部分的內壁74的角度相對于穿過軸 30的軸線為大約75至80度。另外，上殼體橫截面幾何形狀80顯示了與下殼體幾何形狀 76相比在殼體幾何形狀上的變化。在一個實施例中，喇叭口 64的邊緣可離渦輪28有距離 81。例如，距離81可為大約3至7英寸。渦輪增壓器排氣可如箭頭82所示通過渦輪輪葉 66和排氣擴散器62而流入渦輪殼體56。在下面部分58中，排氣流可如箭頭84所示向上朝向排氣口 83傳送。排氣可從方向84流向朝向排氣口 83的方向86，其中距離78以及其它渦輪殼體構件使得實現了改善的排氣流動和減少的流附著，從而改善了渦輪增壓器效率。在示例性實施例中，排氣擴散器62的喇叭口 64可成形并定位成改善渦輪增壓器 12中的壓力恢復。例如，喇叭口 64可離渦輪殼體的壁具有軸向距離85和徑向距離87，這些距離可配置成改善壓力恢復。在一個實施例中，喇叭口 64軸向地(在軸30的軸線方向) 延伸大約30-50%而進入渦輪殼體56的空腔。具體地說，距離78減去距離85可為距離78 的大約30-50%，因此喇叭口 64延伸大約30-50%而進入空腔。此外，在第一底部部分58 中，喇叭口 64延伸大約50%而進入空腔。在排氣口 83及相對的部分58附近第二部分中， 喇叭口 64延伸大約30%而進入空腔。簡圖還包括虛線，其描繪了備選的排氣擴散器輪廓88，該輪廓與喇叭形擴散器62 的彎曲的橫截面64相比可被描述為平坦的擴散器輪廓，其增加了渦輪增壓器效率。渦輪級部分50中所示的改善包括朝著排氣流口擴展的渦輪殼體56的橫截面積以及喇叭形的排氣擴散器62，這些改善導致改善的渦輪增壓器效率和性能，從而減少燃料消耗和排放。另外， 渦輪轉子28可軸向向外沿方向89移動，從而使軸30的長度增加大約15-20%，以便進一步增強排氣擴散器62和渦輪殼體56的改善。另外，距離81對渦輪輪葉高度或距離87的比率為大約1. 4至大約3. 4。圖4是如圖2中所示的改善的渦輪增壓器12的一個實施例的截面端視圖。在該實施例中，渦輪殼體56構造成將排氣流引向排氣口 83。在該實施例中，渦輪殼體56具有內部幾何形狀，其從下面部分58至上面部分60是不同的，例如渦輪殼體56內的空腔的橫截面的面積安排。距離90是在渦輪殼體56內靠近環(huán)形渦輪殼體56的下面部分58徑向測量的距離。距離90小于距離92，距離92在渦輪殼體空腔內以相對于環(huán)形渦輪殼體56內的距離90大約90度沿徑向方向進行測量。另外，在測量距離90的位置處的橫截面積可至少比測量距離92的位置處的橫截面積小大約30-50%。因此，渦輪殼體空腔內的容積朝著定位在上面部分60附近的排氣口 83擴展，從而改善和增強了渦輪增壓器12的性能和效率。如圖所示，渦輪殼體壁94的幾何形狀上的變化顯示了渦輪殼體56的橫截面積上的變化。另外，排氣可從排氣擴散器62向下流入渦輪殼體56，如箭頭96所示。渦輪殼體56然后可在圓周方向98上朝著上面部分60傳送排氣流，其中渦輪殼體56內的容積在排氣流動的方向上擴展。最后，排氣可流過上面部分60，如箭頭100所示，其中渦輪殼體56內的容積比下面部分58附近的渦輪殼體56的容積大得多。橫截面線5A-5A、5B-5B和5C-5C顯示了用于形成渦輪殼體56的截面圖的平面，以描繪渦輪增壓器12內的幾何形狀的周向視圖。具體地說，線5A-5A可被描述為相對基準線101處于180度的角度處，線5B-5B可被描述為處于 135度的角度處，而線5C-5C可被描述為處于90度的角度處。圖5A是沿著圖4的線5A-5A截取的改善的渦輪增壓器12的渦輪殼體56的一個實施例的詳細的側剖面圖。在該實施例中，渦輪殼體56在下面部分58中具有同渦輪增壓器12的上面部分60相比較小的橫截面積。因此，殼體壁之間的距離73可小于定位在排氣口 83附近的渦輪殼體56的部分中的距離。另外，渦輪殼體幾何形狀76也隨著渦輪殼體朝著排氣口變化而不同于渦輪殼體56的上面部分。此外，如之前所述，排氣可在渦輪殼體56 內從排氣擴散器62向外和向下流動，并且可通過幾何形狀76而重新引向排氣口 83。圖5B是沿著圖4的線5B-5B截取的改善的渦輪增壓器12的渦輪殼體56的一個實施例的詳細的側剖面圖。如圖所示，該截面圖是在相對于圖5A的截面平面圖大約45度的平面處截取的視圖。在該實施例中，渦輪殼體56具有比下面部分58中的橫截面更大的橫截面積。在殼體壁之間的距離102可大于下面部分58中的相似距離73。渦輪殼體56內的空腔的面積安排部分地通過改善了排氣流的壁的幾何形狀103來實現。圖5C是沿著圖4的線5C-5C截取的改善的渦輪增壓器12的渦輪殼體56的一個實施例的詳細的側剖面圖。如圖所示，該截面圖是在相對圖5A的截面平面圖大約90度，即定向上垂直的平面處截取的視圖。在該實施例中，渦輪殼體幾何形狀104可構造成通過使排氣流的渦輪殼體空腔朝著排氣口 83擴展，從而增強穿過渦輪殼體56的改善的排氣流。因此，渦輪壁74和75之間的距離105可以是比距離102和73 (圖5B和5A)更大的距離。渦輪殼體56和改善的渦輪級部分50的實施例包括改善的幾何形狀和構件定向，從而實現增強的渦輪增壓器12的性能，改善的效率，改善的排氣流，以及渦輪增壓器系統(tǒng)12中減少的背壓。圖6A是改善的渦輪增壓器12的渦輪殼體56的一個實施例的詳細的側截面圖。 圖6B是改善的渦輪增壓器12的一個實施例的截面端視圖。圖6A和6B中所示的面積顯示了包括在排氣罩或渦輪殼體面積對擴散器入口環(huán)面面積的比率中的面積。在圖6A中所示的實施例中，截面圖在距基準線101為180度處截取。這樣，渦輪殼體56可包含橫截面空腔面積108，其可被稱為渦輪殼體面積。線110與渦輪殼體56 —起包圍渦輪殼體面積108。 在圖6B中，顯示了擴散器入口環(huán)面面積112，其中面積112是從葉片66到擴散器62的入口面積的底下一半。如圖所示，面積112是在線113以下的入口環(huán)面面積，線113處于入口環(huán)面的中心。面積108和112可用于顯示改善渦輪級部分50內的排氣流的面積安排。渦輪殼體56的幾何形狀和橫截面積(108)通過環(huán)形空腔的圓周而變化。此外，在一個示例性實施例中，由所示截面圖形成的擴散器62的幾何形狀和面積(11 在整個環(huán)形空腔的圓周上是一致的。因此，在整個渦輪增壓器12的圓周上所取的渦輪殼體面積108對擴散器入口環(huán)面面積112的比率可用于說明渦輪殼體設計12的改善的效率和流動特征。在排氣流方向上朝著出口 83的渦輪殼體面積108的遞增可被描述為渦輪殼體56的一種非對稱的幾何形狀，導致以下所述的改善。在圖7中以曲線圖形式顯示了在整個渦輪增壓器12的圓周上的面積比。
具體地說，圖7是顯示上述面積比(例如面積108對面積112)的曲線圖，它們與截面平面在改善的渦輪增壓器12內所處的圓周位置相關。如圖所示，曲線圖114繪制了在如圖4中所示穿過渦輪增壓器12的各種截面平面上所取渦輪殼體56的橫截面積108的圓周位置。此外，沿著軸線118顯示了排氣擴散器面積對擴散器入口環(huán)面面積的比率。在曲線圖114中所繪制的比率是在沿著渦輪增壓器12的圓周的各個橫截面上的渦輪殼體面積108 除以恒定的擴散器入口環(huán)面面積112的比值。線120是來自渦輪增壓器級部分的一個實施例的面積比數據曲線，其沒有體現改善的渦輪殼體設計的特征，并因此在橫截面積(圖6A 中的108)上具有較少的逐步變化，這可能造成極大的流損失。線122顯示了依據渦輪增壓器12內相對于基準線101的位置而繪制的對于排氣渦輪殼體的面積比(例如108對112) 和其橫截面積的逐步變化。另外，面積112對于線120和122兩者是恒定值。如圖所示，圓周位置116 (例如水平軸線)是在相對于穿過基準線101 (圖4)的平面60度的平面和300度的平面之間所取的數據點。在曲線圖114中，60度數據點是穿過相對于穿過線101的平面沿順時針方向成60度的平面所取的面積測量值的比率。90度數據點是穿過相對于穿過線101的平面順時針方向大約90度的平面所取的面積測量值的比率。另外，300度的數據點是相對于穿過線101的平面沿順時針方向在300度處所取的面積測量值。如圖所示，線122顯示了在渦輪殼體56內面積比(例如108對112)的逐步變化， 其容許逐步的容積擴展并從而容許排氣穿過渦輪殼體更平滑的流動，從而改善流動和渦輪增壓器性能。相反，線120顯示了一種備選渦輪設計，其如圖所示在90和270度數據點附近具有面積比上的突然變化，導致較低的效率和較不平滑的排氣流動。對于線122所示的逐步變化，面積比118的特征可為在順時針方向上180至300度的圓周位置之間每30度大約8%至30%的面積比變化。此外，相對于穿過渦輪殼體56的線101的豎直平面而言，在逆時針方向上60至300度之間的圓周位置116處所取的面積比118的曲線122可在大約 0. 42至大約1. 15之間變化。在所描繪的布置中，渦輪殼體56設置在排氣擴散器62的下游，其中渦輪殼體包括通向排氣口 83的環(huán)形室。另外，環(huán)形室具有在朝著排氣口 53的環(huán)形方向上從大約180度的位置至大約270度的位置逐漸增加至少大約40%的橫截面積。此外，面積比曲線122代表了在相對于居中穿過線101的豎直平面大約60至大約300度之間非對稱的環(huán)形室的橫截面積的遞增，其中面積比曲線122在大約0. 42至大約1. 15之間變化。圖8是依據用于渦輪增壓器系統(tǒng)的膨脹比而繪制的標準化的渦輪效率的曲線圖。 膨脹比可被描述為渦輪入口壓力除以渦輪出口壓力的絕對項。膨脹比測量值可在過渡段 72 (渦輪入口壓力)和排氣口 83 (渦輪出口壓力)處取得。膨脹比是圖8的輸入，其可用于識別渦輪的操作，其好處顯示于利用標準化的渦輪效率的垂直軸線上。在曲線圖1 中，標準化的渦輪效率1 是依據膨脹比1 而繪制的，從而顯示了上述渦輪增壓器12的性能改善。標準化的渦輪效率1 是通過將該渦輪設計的實際渦輪效率除以改善渦輪的峰值渦輪效率，從而在各種膨脹比下將實際的渦輪性能水平與峰值渦輪性能進行比較的一種方法。 因此，數據曲線130顯示了一種渦輪增壓器12的設計，其具有不包括針對排氣流已經進行了優(yōu)化的改善的構件的排氣擴散器和渦輪殼體。相反，數據曲線132顯示了由之前所示的優(yōu)化的渦輪殼體設計和排氣擴散器以及其它渦輪級50的構件所實現的改善的渦輪增壓器效率。
如圖所示，改善的渦輪132的峰值渦輪效率發(fā)生在大約2. 7的膨脹比下，其是標準化的渦輪效率1。數據曲線130和132的對比顯示了上述改善的渦輪增壓器12的構件可導致最佳且改善的渦輪增壓器效率。具體說，渦輪殼體56中的逐步幾何形狀變化和喇叭狀排氣擴散器62中的改善通過渦輪增壓器12內的面積安排而提供了改善的排氣流動和效率。 如曲線圖124中所示，在低膨脹比(例如1.5)下，改善的渦輪132產生大約3%的改善，并且在較高的膨脹比(例如幻下，改善的渦輪132產生了大約8%的改善。雖然本文僅顯示和描述了本發(fā)明公開的某些特征，但是本領域技術人員將會想到許多改型和變體。因此應該懂得，所附權利要求意圖覆蓋所有這些落在本發(fā)明公開的真實精神范圍內的改型和變體。
權利要求
1.一種渦輪增壓器，包括 壓縮機，其包括壓縮機葉片； 渦輪，其包括渦輪葉片；軸，其將所述壓縮機聯(lián)接到所述渦輪上；和設置在所述渦輪葉片下游的排氣擴散器，其中所述排氣擴散器包括喇叭口 ； 設置在所述排氣擴散器下游的渦輪殼體，其中所述渦輪殼體包括環(huán)形室，所述環(huán)形室通向設置在與第一側面相對的第二側面上并在與第一側面相對的第二側面上居中的排氣口，所述環(huán)形室具有橫截面積，所述橫截面積從大約第一 90度上的第一側面的中心沿環(huán)形方向朝著所述第二側面中的所述排氣口而逐漸增加至少大約40 %。
2.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述橫截面積上的遞增由所述環(huán)形室的橫截面積除以所述喇叭口的擴散器面積的面積比來表示，并且所述面積比通過在相對于居中穿過所述第二側面中的排氣口的豎直平面沿逆時針環(huán)形方向在大約60至大約 300度之間的圓周位置處的平面而取得，其中所述面積比在大約0. 42至大約1. 15之間變化。
3.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述喇叭口在軸向方向上的長度相對于總體橫跨所述喇叭口長度的方向上的渦輪輪葉高度的比率為大約1. 4至大約3. 4。
4.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪殼體在容積上沿流動的圓周方向通過環(huán)形室至排氣口而擴展。
5.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪殼體的所述第二側面的內壁的角度定向在相對于穿過所述軸的軸線大約75至80度處。
6.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述喇叭口在平行于所述軸的軸線的方向上延伸所述渦輪殼體的寬度的距離的大約30-50%。
7.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪增壓器包括聯(lián)接在所述渦輪增壓器系統(tǒng)上的發(fā)動機。
8.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪構造成在所述渦輪殼體內產生具有非對稱幾何形狀的空腔。
9.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪殼體包括環(huán)形空腔。
10.一種渦輪增壓器，包括 壓縮機；渦輪；軸，其將所述壓縮機聯(lián)接在所述渦輪上；和渦輪殼體，其中所述渦輪殼體包括構造成改變流向排氣口的流量的非對稱的幾何形狀。
11.根據權利要求10所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪殼體包括環(huán)形空腔， 其中所述環(huán)形空腔的橫截面積在排氣流的方向上朝著所述排氣口而增加，從而減少了分離。
12.根據權利要求11所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪殼體的內壁的角度定向在相對于穿過所述軸的軸線大約75至80度處。
13.根據權利要求10所述的渦輪增壓器系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪增壓器系統(tǒng)包括排氣擴散器，所述排氣擴散器包括喇叭口。
14.根據權利要求13所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述喇叭口在軸向軸方向上的長度相對于總體橫跨所述喇叭口長度的方向上的渦輪輪葉高度的比率為大約1.4至大約 3. 4。
15.根據權利要求13所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述喇叭口在平行于所述軸的軸線的方向上延伸所述渦輪殼體的寬度的距離的大約30-50%。
16.一種方法，包括使排氣流過具有喇叭口的排氣擴散器；且使所述排氣流過渦輪殼體的圓環(huán)形室，所述圓環(huán)形室具有在圓周方向上朝著排氣口擴展的橫截面積。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，使所述排氣流過圓環(huán)形室包括使所述排氣流過所述渦輪殼體的非對稱的幾何形狀。
18.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，使所述排氣流過圓環(huán)形室包括使所述排氣流過所述室，其中與所述排氣口相對的所述室的部分處的第一面積比比相對于所述第一橫截面積大約90度的圓周位置處的所述室的第二面積比小大約30-50%。
19.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，使所述排氣流過圓環(huán)形室包括使所述排氣流過所述室，其中所述環(huán)形室的內壁的角度定向在相對于穿過渦輪軸的軸線大約75 至80度處。
20.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述喇叭口在平行于所述渦輪軸的軸線的方向上延伸所述渦輪殼體的寬度的距離的大約30-50%。
全文摘要
一種渦輪增壓器系統(tǒng)(10)包括壓縮機(26)、渦輪(28)、將壓縮機聯(lián)接到渦輪上的軸(30)、以及構造成改善壓力恢復的渦輪殼體，其中渦輪殼體(56)包括構造成改善流向排氣口(53)的流動的非對稱的幾何形狀。
文檔編號F01D9/02GK102282345SQ201080004961
公開日2011年12月14日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權日2009年1月15日
發(fā)明者A·H·富爾曼, D·E·羅林格, D·W·拉杜恩, K·R·斯文森 申請人:通用電氣公司