涡轮壳体制造技术

本发明专利技术公开了一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括限定涡轮轴的空腔，并包括蜗壳。蜗壳包括蜗壳通道，大体环形的喉部，以及舌部，该蜗壳通道朝着空腔径向向内盘旋，该喉部围绕它和蜗壳通道之间的空腔设置，该舌部终止于远端的舌尖。在包含涡轮轴和舌尖的平面中，喉部限定最小间隙线，蜗壳通道和舌尖一起限定初步入口区域，舌尖限定舌尖侧向中心线。最小间隙线和初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接初步入口区域的质心和沿着最小间隙线一半处的点。通道偏移线不垂直于涡轮轴，并且在舌尖侧向中心线和通道偏移线之间限定至少60度的角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于涡轮组件的涡轮壳体，并且具体地但不限于其在涡轮增压器的应用。
技术介绍
众所周知，涡轮增压器是向内燃机进气口供应空气的装置，其中所供应空气的压力高于大气压力(增压压力)。传统的涡轮增压器包括位于涡轮壳体内、安装在旋转轴上由废气驱动的涡轮叶轮。涡轮叶轮的旋转引起位于压缩机壳体内、安装在旋转轴另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮向发动机进气歧管供应压缩空气。涡轮增压器轴通常由位于中心轴承壳体内的滑动轴承和推力轴承支撑(其包括合适的润滑系统)，该中心轴承壳体连接在涡轮叶轮壳体和压缩机叶轮壳体之间。传统涡轮增压器的涡轮级包括：涡轮壳体，该涡轮级壳体限定涡轮室，涡轮室内安装有涡轮叶轮；限定在壳体中的环形喉部，该环形喉部位于相对的径向延伸壁之间，并围绕涡轮室设置以形成进气通道；以及从涡轮室延伸的排气通道。这些组件彼此连通以使得进入壳体的增压废气流经喉部，通过涡轮室到达排气通道，并使涡轮叶轮旋转。已知可以通过以下方式改善涡轮的性能：在喉部中设置叶片(称为“喷嘴叶片”)，从而将流经喉部的气体偏转到涡轮叶轮的旋转方向。已知的涡轮增压器的涡轮可以是固定几何涡轮或可变几何涡轮。可变几何涡轮跟固定几何涡轮的区别在于：可变几何涡轮的喉部的尺寸可变，以根据一定范围的质量流率优化气流速度，从而使得涡轮的动力输出可以根据不同的发动机需求而改变。在一种已知类型的可变几何涡轮中，可轴向移动的壁状构件限定喉部的一个壁。可轴向移动的壁状构件相对于喉部的相对固定壁的位置是可调节的，以控制喉部的轴向宽度。因此，例如，流经涡轮的废气减少时，可以减小喉部宽度，以维持气体速度并优化涡轮输出。可轴向移动的壁状构件可以是“喷嘴环”，该“喷嘴环”设置有叶片，其中叶片延伸到喉部中并穿过设置在“护罩板”中的孔口，“护罩板”限定喉部的相对固定壁，孔口被设计为适应喷嘴环相对于护罩的移动。通常，喷嘴环可以包括径向延伸壁(限定喉部的一个壁)，以及延伸到喷嘴环径向表面后面的环形空腔中的径向内部和外部轴向延伸壁或凸缘。空腔形成涡轮增压器壳体的一部分(通常为涡轮壳体或涡轮增压器轴承壳体)，并适应喷嘴环的轴向移动。凸缘可以相对于空腔壁密封，从而减少或防止围绕喷嘴环后部的泄流。在一种常见的设置中，喷嘴环被支撑在和涡轮叶轮的旋转轴平行地延伸的杆上，并由致动器移动，该致动器使杆轴向移动。在替代的可变几何涡轮增压器中，喷嘴环固定并包括叶片，其中叶片从固定壁延伸，穿过设置在移动的护罩板中的孔口。在另一种被称为摇叶式涡轮增压器的可变几何涡轮中，涡轮的进气口的大小(或者，流的大小)由设置在涡轮进气口中的可移动叶片阵列控制。每个叶片能够围绕穿过进气口延伸的轴枢转，该轴与涡轮增压器轴平行，并与沿着叶片长度大约一半的点对齐。叶片致动机构与每个叶片连接，并能够移动以引起每个叶片一致的移动，该移动能够实现对进入的气体的可用横截面面积和到涡轮叶轮的气体接近角进行控制。已知的是为涡轮增压器涡轮提供被称为“排气泄压阀”的阀控旁通口，从而实现对涡轮增压器的增压压力和/或轴速度的控制。排气泄压阀(通常为提升式阀门)被控制为当压缩机出口中的流体的增压压力达到预定上限时打开排气泄压阀口(旁通口)，从而允许废气的至少一部分绕过涡轮叶轮。通常，排气泄压阀口通向排气泄压阀通道，排气泄压阀通道将旁通气流偏转至涡轮出口，或者将其排放到大气中。排气泄压阀可以通过不同的装置被致动，这些装置包括电动致动器，但更典型地由气动致动器驱动，该气动致动器通过压缩机叶轮提供的压力操作。一些已知的内燃机包括废气再循环(EGR)。EGR被用于减少内燃机的氮氧化物(NOx)排放。EGR的工作原理是将内燃机产生的一部分废气再循环回发动机气缸中(通常是通过发动机进气歧管再循环回发动机气缸中)。一部分的废气的再循环导致发动机气缸中的燃烧温度降低。由于NOx的产生需要将氮气和氧气(在空气中找到)的混合物暴露在高温下，因此EGR导致的较低燃烧温度减少了燃烧产生的NOx的数量。在一些已知的内燃机中，使用了可变几何涡轮组件(它形成涡轮增压器的一部分)，其通过部分地关闭喉部来增加废气的压力(也称为“回压”)。这在废气和发动机进气口之间产生压力差，由此废气将通过废气再循环通道流入到发动机进气口中。但是，可变几何涡轮产生的回压可能损害内燃机的操作性能。废气通常通过设置在涡轮壳体内的进气蜗壳进入涡轮增压器涡轮的喉部。进气蜗壳具有蜗壳通道，该蜗壳通道从第一端向第二端径向向内盘旋，并终止于喉部。来自发动机排气歧管的废气在第一端进入蜗壳通道，并以显著的角速度在喉部出现。蜗壳通道的横截面通常沿其长度减小，从而增加通过它的废气流的速度(并从而增加涡轮叶轮能够提取的能量)和/或增加蜗壳通道中的压力，以使得废气被排到通道外面并进入喉部。虽然某些涡轮采用单个进气蜗壳，但是诸如双流涡轮和孪生流(twin-flow)涡轮这样的已知涡轮采用两个进气蜗壳，其中每个进气蜗壳包括单独的蜗壳通道。这两个蜗壳通道由分隔壁隔开，并且各自具有单独的喉部。两个通道的喉部在径向靠近涡轮的进气通道处会合，进气通道的不同部分由不同的蜗壳通道提供。在孪生流涡轮的情况下，每个蜗壳通道提供进气通道的不同轴向部分。在双流涡轮的情况下，每个蜗壳通道提供进气通道的不同周向部分。也就是说，在双流涡轮中，两个蜗壳通道在相同的平面中与进气通道会合，而在孪生流涡轮中，两个蜗壳通道在轴向相邻的平面中与进气通道会合。孪生流涡轮和双流涡轮的一个优势是它们能够隔离来自发动机气缸的废气流，否则这些废气流会互相干扰。在来自所有气缸的废气都提供给单个蜗壳通道的情况下，所有发动机气缸通过排气歧管连接在一起。因此，来自第一气缸的在其点火冲程的结束及其排气冲程的开始时的废气流脉冲能够增加邻近第二气缸的排气歧管中的局部压力，其中该第二气缸在其排气冲程的结束及其点火冲程的开始(即，在其重叠周期内，该气缸的进气阀和排气阀都是部分打开的，以使得能够发生废气扫气)，这防止了全部废气从气缸排出。但是，在孪生流涡轮或双流涡轮中，该第一气缸可以与一个蜗壳通道连接，而第二气缸可以与另一个蜗壳通道连接。来自这两个气缸的废气流由此(通过蜗壳通道之间的分隔壁)被分开，直到其进入涡轮进气通道。这减少或消除了对废气扫气过程的干扰。这对扫气更有效的利用降低了废气温度(以及因此NOx的生成)，并且改善了涡轮效率(从而减少涡轮迟滞和提高增压压力)。双流涡轮和孪生流涡轮还可以提供与EGR有关的优势。通过增加与其中一个蜗壳通道连接的发动机气缸的数量和/或通过减少通道的横截面面积，可以提高蜗壳通道中的排气压力。这允许其中一个蜗壳通道中的局部压力提高至(通过将排气再循环通道与该通道连接)使再循环的废气能够以足够的压力被供应，而整体的排气压力的提升较小(及因此较小对发动机性能的负面影响)。在传统涡轮增压器中，每个进气蜗壳具有沿着纵轴突出的舌部，该纵轴大体上在垂直于涡轮轴的平面内延伸。舌部在蜗壳通道的第二端和径向地紧邻该蜗壳通道的通道的一部分之间突出，并将它们分隔开。虽然许多蜗壳通道不会围绕涡轮轴旋转远远超过360°，但是作为比喻，舌部可被视为将通道的径向最内部“圈”的至少末端(即，至少为通道的第二端)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；大体环形的喉部，该喉部被设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端的舌尖，其中所述蜗壳通道，所述喉部和所述舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；所述蜗壳通道和所述舌尖一起限定初步入口区域；所述最小间隙线和所述初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接所述初步入口区域的质心和沿着所述最小间隙线一半处的点；所述舌尖限定舌尖侧向中心线；所述通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且在所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线之间限定至少60度的角。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.16 GB 1322206.21.一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；大体环形的喉部，该喉部被设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端的舌尖，其中所述蜗壳通道，所述喉部和所述舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和所述舌尖的平面中：所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；所述蜗壳通道和所述舌尖一起限定初步入口区域；所述最小间隙线和所述初步入口区域一起限定通道偏移线，该通道偏移线连接所述初步入口区域的质心和沿着所述最小间隙线一半处的点；所述舌尖限定舌尖侧向中心线；所述通道偏移线不垂直于所述涡轮轴；并且在所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线之间限定至少60度的角。2.如权利要求1所述的涡轮壳体，其中在所述舌尖侧向中心线和所述通道偏移线之间限定至少75度的角。3.如权利要求1或2所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线与所述第一壁相交的角以及所述舌尖侧向中心线与所述第二壁相交的角的总和为至少120度。4.一种涡轮壳体，该涡轮壳体包括用于涡轮叶轮的空腔，该空腔限定涡轮轴，在使用过程中所述涡轮叶轮围绕所述涡轮轴旋转，以及进气蜗壳，该进气蜗壳包括：蜗壳通道，该蜗壳通道围绕所述涡轮轴从第一端向第二端径向向内盘旋；大体环形的喉部，该喉部被设置在所述蜗壳通道的径向内部部分和所述空腔的径向外部部分之间，从而在它们之间提供流体连通，所述喉部限定在轴向隔开的第一壁和第二壁之间；舌部，该舌部在所述蜗壳通道的第二端的径向外部部分和其径向外侧的所述蜗壳通道的一部分的径向内部部分之间突出，所述舌部终止于远端的舌尖，其中所述蜗壳通道，所述喉部和所述舌尖被设置为在包含所述涡轮轴和
\t所述舌尖的平面中：所述喉部限定最小间隙线，该最小间隙线是在所述第一壁和所述第二壁上最接近的点之间延伸的直线；所述舌尖限定舌尖侧向中心线；以及所述舌尖侧向中心线与所述第一壁相交的角以及所述舌尖侧向中心线与所述第二壁相交的角的总和为至少120度。5.如权利要求3或4所述的涡轮壳体，其中所述总和为至少150度。6.如权利要求5所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线被设置为在其尽可能接近垂直于所述第二壁的位置上大体垂直于所述第一壁。7.如权利要求3至6中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线被设置为和所述第一壁呈至少75度的角。8.如权利要求3至7中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向中心线被设置为和所述第二壁呈至少75度的角。9.如权利要求3至8中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述舌尖侧向变细，并且所述舌尖的邻近所述第一壁的一部分比邻近所述第二壁的一部分
\t厚。10.如权利要求3至9中任意一项所述的涡轮壳体，其中所述涡轮壳体具有安装表面，该安装表面被设...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·休斯，
申请(专利权)人：康明斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB