带喷嘴的涡轮增压器的涡轮机制造技术

一种涡轮机包括涡轮机壳体(215)，涡轮机壳体包括具有基本相同流动面积并布置在至少一个分隔壁(240)的任一侧上的至少两个气体通路(236)。涡轮机轮(212)包括多个叶片(214)。喷嘴环(238)连接到涡轮机壳体(215)并围绕涡轮机轮布置。喷嘴环(238)包括邻近分隔壁(240)布置的内环(242)和至少一个外环(238)。多个叶(246)固定地布置在内环和外环之间。叶之间限定与形成在环中并环绕涡轮机轮(212)的狭槽(230)流体连通的多个入口开口(258)。内环(242)布置成阻挡与涡轮机壳体(215)中的至少两个气体通路(236)中的一个流体连通的入口开口(258)的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利公开整体涉及用于与内燃机一起使用的涡轮增压器，更具体地涉及一种用在内燃机上的涡轮增压器。
技术介绍
内燃机被供有空气和燃料的混合物，以在产生机械动力的发动机内燃烧。为了使通过此燃烧过程产生的动力最大，发动机通常装备有涡轮增压的空气引入系统。涡轮增压的空气引入系统包括涡轮增压器，其使用来自发动机的废气来压缩流入发动机的空气，由此与发动机以其他方式抽吸入燃烧室相比，将更多的空气迫入发动机的燃烧室。这种增加的空气供应允许增加的燃料补充，从而造成增加的发动机动力输出。发动机的燃料能转换效率取决于许多因素，包括发动机的涡轮增压器的效率。之前提出的涡轮增压器设计包括其壳体中形成有单独气体通路的涡轮机。在这种涡轮机中，两个或多个气体通路可形成在涡轮机壳体中并彼此平行延伸，使得当废气经过涡轮机时，来自不同时刻点火的各发动机缸的废气脉冲能波动被保持。这些废气脉冲可用来改善涡轮机的驱动功能并增加其效率。内燃机还使用各种系统来减少作为发动机燃烧副产品的某些复合物和物质。通常已知为废气再循环(EGR)的一种这样的系统能够使计量的且通常是冷却的废气再循环到发动机的进气系统中。以这种方式再循环的燃烧气体具有比新鲜进入的空气低得多的氧气浓度。再循环气体在发动机的进气系统中的引入及其在发动机缸中的随后引入导致发动机中产生较低的燃烧温度，这又减少了例如含氧和氮的复合物的一些燃烧副产品的形成。一种在涡轮增压发动机上使用的EGR系统的已知构造通常称为高压EGR系统。高压设计根据的是废气在发动机进气和排气系统之间再循环的位置。在高压EGR系统(HP-EGR)中，废气从涡轮机上游的位置从排气系统去除并被输送到压缩机下游的位置处的进气系统。当进入进气系统时，再循环的废气与燃料和来自压缩机的新鲜空气混合并进入发动机的缸以便燃烧。在缺少促进EGR气体在发动机的排气和进气系统之间流动的专门部件(例如泵)的发动机中，经过EGR系统的EGR气体的最大可能流量将取决于发动机的排气和进气系统之间的压力差。该压力差通常称为EGR驱动压力。通常的情况是，发动机需要比基于发动机操作过程中存在的EGR驱动压力所可能的更高流量的EGR气体。过去，已经提出了多种方案来选择性地调节涡轮增压发动机中的EGR驱动压力。一种这样的方案是使用可变喷嘴或者可变几何结构的涡轮机。可变喷嘴涡轮机包括围绕涡轮机轮布置的可动叶片。叶的运动改变涡轮机的有效流率，因此一方面形成了增加操作过程中发动机的排气系统的压力的限制。发动机的增加的废气压力导致增加的EGR驱动压力，这继而促进EGR在发动机中的流动能力增加。尽管这种方案和增加发动机的EGR气体流动能力的其他已知方案过去已经成功并广泛应用，但它们需要使用可变几何结构的涡轮机，而这种涡轮机是包括在苛刻环境下操作的运动部件的相对昂贵的装置。而且，可变几何结构的涡轮机通常破坏或者弱化发动机的废气流的脉冲能，造成较低的涡轮机效率和较高的燃料消耗。
技术实现思路
一方面，本专利技术描述一种涡轮机。该涡轮机包括具有基本相同的流动面积并布置在至少一个分隔壁的任一侧上的至少两个气体通路的涡轮机壳体以及具有多个叶片的涡轮机轮。喷嘴环连接到涡轮机壳体并围绕涡轮机轮布置。喷嘴环包括与分隔壁邻近布置的内环以及至少一个外环。多个叶固定地布置在内环和外环之间。叶之间限定多个入口开口，入口开口与形成在喷嘴环中并环绕涡轮机轮的狭槽流体连通。内环布置成阻挡与涡轮机壳体中的至少两个气体通路中的一个流体连通的入口开口的一部分。在另一方面，本专利技术描述一种内燃发动机。该发动机包括具有第一和第二入口的分体涡轮机。多个第一缸连接到第一排气管道，第一排气管道连接到分体涡轮机的第一入口。多个第二缸连接到第二排气管道，第二排气管道连接到分体涡轮机的第二入口。平衡阀被布置成选择性地将废气从第一排气管道引导到第二排气管道。废气再循环(EGR)系统包括选择性地将第一排气管道与发动机的进气系统流体连接的阀。分体涡轮机包括具有基本相同的流动面积并布置在至少一个分隔壁的任一侧上的至少两个气体通路的涡轮机壳体以及具有多个叶片的涡轮机轮。喷嘴环连接到涡轮机壳体并围绕涡轮机轮布置。喷嘴环包括与分隔壁邻近布置的内环以及至少一个外环。多个叶固定地布置在内环和外环之间。叶之间限定多个入口开口，入口开口与形成在喷嘴环中并环绕涡轮机轮的狭槽流体连通。内环布置成阻挡与涡轮机壳体中的至少两个气体通路中的一个流体连通的入口开口的一部分。在又一方面，本专利技术描述一种用于涡轮机的喷嘴环。该喷嘴环包括在喷嘴环布置在涡轮机壳体中时邻近涡轮机壳体的分隔壁布置的内环。内环限定分隔壁延伸部分，其具有大体斜梯形的横截面形状，所述大体斜梯形的横截面形状包括基本平的底，其适于邻近分隔壁布置。喷嘴环还限定圆的底和连接到平底并在沿着喷嘴环的直径截取的截面中观察时切向交接圆底端部的两个大体直的边缘。至少一个外环具有径向厚度并以相对于内环的轴向距离布置。多个叶固定地布置在内环和外环之间。叶之间限定多个入口开口，入口开口能够与涡轮机壳体中限定的一个或多个气体通路流体连通。分隔壁延伸部分具有至少一个外环的总径向厚度的大约40%的径向厚度，并相对于平底倾斜大约60度，使得两个直边缘的一个是两个直边缘的另一个的长度的大约60%。圆底的半径是两个直边缘的较长一个的长度的大约16%，并且是两个直边缘的较短一个的长度的大约25%。附图说明图1是具有根据本专利技术的高压EGR系统的内燃机的框图；图2是根据本专利技术的涡轮增压器组件的截面；图3是根据本专利技术的涡轮机组件的详细截面；图4是根据本专利技术的径向喷嘴环的轮廓图；图5是根据本专利技术的喷嘴环的截面；图6-8是根据本专利技术的喷嘴环构造的不同实施方式的详细截面；图9和10是根据本专利技术的涡轮机壳体的截面；图11是根据本专利技术的涡轮机轮的轮廓图；图12是根据本专利技术的径向喷嘴涡轮机的横截面；图13是根据本专利技术的混合流喷嘴涡轮机的横截面；图14和15是根据本专利技术的示意性喷嘴流动曲线图；图16是根据本专利技术的涡轮机壳体的替代实施方式；图17是比较根据本专利技术的涡轮机效率数据的图表。具体实施例方式本专利技术涉及改善的涡轮机构造，其结合内燃机中的涡轮增压器使用以促进发动机驱动足够量的EGR气体的效率和能力。图1中显示了具有高压EGR系统102的发动机100的简化框图。发动机100包括容纳多个燃烧缸106的曲轴箱104。在所示实施方式中，六个燃烧缸被显示为直列构造，但可以使用以例如“V”构造的不同构造布置的任意其他数量的缸。多个缸106经由排气阀(未显不)流体连接到第一排气管道108和第二排气管道110。第一排气管道108和第二排气管道110均连接到相应的排气管112和114，排气管112和114又连接到涡轮增压器119的涡轮机120。平衡阀116使两个排气管112和114之间流体互连并被布置成在操作过程中根据需要将废气从第一排气管112引导到第二排气管114。注意，平衡阀116是任选的，因此可以省略。在所示的实施方式中，涡轮机120具有单独的壳体，其包括流体连接到第一排气管112的第一入口 122以及连接到第二排气管114的第二入口 124。每个入口 122和124设置成在发动机操作过程中接收来自第一排气管道108和第二排气管道110中的一个的废气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.30 US 61/369,147;2011.07.27 US 13/191,7041.一种涡轮机，包括: 涡轮机壳体(215)，其包括具有基本相同的流动面积并布置在至少一个分隔壁(240)的任一侧上的至少两个气体通路(236)； 涡轮机轮(212)，其具有多个叶片(214)； 喷嘴环(238)，其连接到所述涡轮机壳体(215)并围绕所述涡轮机轮(242)布置，所述喷嘴环(238)包括与所述分隔壁(240)邻近布置的内环(242)以及至少一个外环(238)； 多个叶(246)，其固定地布置在所述内环和外环之间，所述叶(246)之间限定多个入口开口(258)，所述入口开口与形成在所述喷嘴环(238)中并环绕所述涡轮机轮(212)的狭槽(230)流体连通； 其中，所述内环(242)布置成阻挡与所述涡轮机壳体(215)中的至少两个气体通路(236)中的一个流体连通的入口开口(258)的一部分。2.按权利要求1所述的涡轮机(119)，其中，所述喷嘴环(238)与所述涡轮机壳体(215) —体形成。3.按权利要求1所述的涡轮机(119)，其中，所述喷嘴环(238)包括两个外环，使得所述内环(242)布置在所述两个外环之间并且所述多个叶(246)中的每个叶在所述两个外环之间延伸。4.按权利要求1所述的涡轮机(119)，其中，所述多个叶(246)围绕所述喷嘴环(238)的中心开口(248)对称设置，使得相邻的叶(246)之间限定倾斜流动通道(250)，所述倾斜流动通道(250)能够将经过所述倾斜流动通道(250)的气体的流动动量大体切向和径向地向内朝着涡轮机轮(212)的内直径引导。5.按权利要求1所述的涡轮机(119)，其中，所述喷嘴环(238)限定贯通的第一组入口开口(258)和第二组入口开口(260)，所述第二组入口...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·R·克鲁伊斯韦克，K·A·德尔韦希奥，P·W·赖斯多夫，D·A·皮尔邦特，S·奥哈拉，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：
国别省市：