涡轮增压器和用于涡轮增压器的涡轮机壳体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种涡轮增压器包括可绕轴线旋转的涡轮机叶轮和围绕该涡轮机叶轮布置的涡轮机壳体。该涡轮机壳体具有限定涡轮机壳体入口的入口部分并且具有限定涡轮机壳体内部的蜗壳部分。蜗壳部分具有第一蜗壳壁、与第一蜗壳壁间隔开的第二蜗壳壁，以及将涡轮机壳体入口与涡轮机壳体内部隔开的舌状件。该舌状件具有第一舌状件部分，其沿着轴线从第一蜗壳壁大致朝向第二蜗壳壁延伸；第二舌状件部分，其从第一舌状件部分围绕轴线大致圆周地延伸；以及第三舌状件部分，其从第二舌状件部分沿着轴线大致朝向第二蜗壳壁延伸以减少涡轮机叶轮的高周疲劳。还公开了一种用于涡轮增压器的涡轮机壳体。

【技术实现步骤摘要】
涡轮增压器和用于涡轮增压器的涡轮机壳体
本技术总体上涉及一种用于将压缩空气输送至内燃机并且用于接收来自该内燃机的废气的涡轮增压器以及一种用于涡轮增压器的涡轮机壳体。
技术介绍
涡轮增压器接收来自内燃机的废气并且将压缩空气输送至该内燃机。涡轮增压器用于增加内燃机的功率输出，降低内燃机的燃料消耗，并减少由内燃机产生的排放物。通过涡轮增压器将压缩空气输送至内燃机允许内燃机更小，但是能够产生与更大的、自然吸气式内燃机相同或相似的马力的量。在车辆中使用较小的内燃机减少了车辆的质量和空气动力学的前部面积，这有助于减少内燃机的燃料消耗并改善车辆的燃料经济性。典型的涡轮增压器包括可绕轴线旋转的涡轮机叶轮和围绕涡轮机叶轮布置的涡轮机壳体。典型的涡轮机壳体具有入口部分，该入口部分限定了涡轮机壳体入口，该涡轮机壳体入口被配置成与内燃机连通以用于接收来自内燃机的废气。典型的涡轮机壳体还具有从入口部分围绕轴线圆周地延伸的蜗壳部分。该蜗壳部分常规地限定了涡轮机壳体内部，该涡轮机壳体内部与涡轮机壳体入口处于流体连通以便从涡轮机壳体入口接收废气，并且常规地限定了涡轮机壳体出口，该涡轮机壳体出口与涡轮机壳体内部处于流体连通以便从涡轮机壳体内部排放废气。在许多常规的涡轮增压器中，涡轮机壳体具有舌状件，该舌状件将涡轮机壳体入口与涡轮机壳体内部分开以将涡轮机壳体的蜗壳部分中的废气的流动引导至涡轮机叶轮。传统的舌状件已经被设计成用于优化空气动力学性能，但不利的是将废气的流动引向涡轮机叶轮，使得涡轮机叶轮可能经受导致涡轮机叶轮失效的高周疲劳(HCF)。更具体地，传统的涡轮机壳体被设计成通过以流过涡轮机壳体的蜗壳部分的废气的优选流率为目标并且以流过涡轮机壳体的蜗壳部分的废气的优选流率为目标来使涡轮增压器的热效率最大化来使空气动力学性能最大化。在涡轮增压器的运行过程中，废气以优选的流速从内燃机流动，穿过涡轮机壳体的入口部分，并且到达涡轮机壳体的蜗壳部分。舌状件将废气流引向涡轮机叶轮，并且废气流产生从舌状件到涡轮机叶轮的压力脉冲。压力脉冲的特征在于在舌状件附近的废气压力中的窄且尖锐的峰值，该峰值激发了在涡轮增压器的运行过程中涡轮机叶轮共振的自然频率。换句话说，压力脉冲的窄且尖锐的峰值可以放大涡轮机叶轮的固有频率并且导致涡轮机叶轮展现出共振。涡轮机叶轮的共振导致涡轮机叶轮的高周疲劳的风险增加。而高周疲劳又可能导致在涡轮机叶轮中形成裂纹，这些裂纹有可能导致涡轮机叶轮失效。因此，压力脉冲可能通过增加由涡轮机叶轮的共振引起的高周疲劳导致的故障的可能性来降低涡轮机叶轮的耐久性。因此，仍然需要提供一种用于涡轮增压器的改进的涡轮机壳体。
技术实现思路
本技术提供了一种用于将压缩空气输送至内燃机并且用于接收来自内燃机的废气的涡轮增压器。该涡轮增压器包括围绕轴线可旋转的涡轮机叶轮以及围绕涡轮机叶轮布置的涡轮机壳体。涡轮机壳体包括入口部分和蜗壳部分。入口部分在第一端和与第一端相反的第二端之间延伸，并且入口部分限定了涡轮机壳体入口，涡轮机壳体入口被配置成在第一端处与内燃机处于流体连通以接收来自内燃机的废气。蜗壳部分在第二端处从入口部分延伸并且围绕轴线圆周地延伸。蜗壳部分具有第一蜗壳壁以及沿着轴线与第一蜗壳壁间隔开的第二蜗壳壁。涡轮机壳体的蜗壳部分限定了涡轮机壳体内部和涡轮机壳体出口。涡轮机壳体内部与涡轮机壳体入口处于流体连通以从涡轮机壳体入口接收废气，并且涡轮机壳体出口与涡轮机壳体内部处于流体连通以从涡轮机壳体内部排放废气。涡轮机壳体具有将涡轮机壳体入口与涡轮机壳体内部分开的舌状件。舌状件具有第一舌状件部分、第二舌状件部分、以及第三舌状件部分。第一舌状件部分沿着轴线从第一蜗壳壁大致朝向第二蜗壳壁延伸，第二舌状件部分围绕轴线从第一舌状件部分大致圆周延伸，并且第三舌状件部分沿着轴线从第二舌状件部分大致朝向第二蜗壳壁延伸以减少涡轮机叶轮的高周疲劳。大多数传统的涡轮增压器被设计成通过以流过涡轮机壳体的蜗壳部分的废气的优选流率为目标并且在该优选流率下使涡轮增压器的热效率最大化来使空气动力学性能最大化。然而，本技术的涡轮增压器使涡轮机叶轮对高周疲劳的弹性最大化，从而使涡轮机叶轮自身的耐久性最大化。第一舌状件部分、第二舌状件部分和第三舌状件部分在来自内燃机，在涡轮机壳体的蜗壳部分内并且到涡轮机叶轮的废气流中产生扰动。废气流中的这种扰动改变了从舌状件到涡轮机叶轮的废气的压力脉冲的特性。第一、第二和第三舌状件部分被设计成使得所产生的扰动通过成形压力脉冲来改变压力脉冲的特性，以去除与涡轮机叶轮在涡轮增压器的运行过程中共振的固有频率等效的频谱含量。因此，涡轮机叶轮不太可能展现出来自舌状件的废气流引起的共振，并且涡轮机叶轮还不太可能经受高周疲劳，该高周疲劳可能导致在涡轮机叶轮中形成裂纹并且具有引起涡轮机叶轮失效的可能性。反过来，涡轮机叶轮由于不太可能经受由共振引起的高周疲劳因此耐久性提高。附图说明当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将更好地理解本技术的其他优点，其中：图1是沿着轴线的涡轮增压器的示意图；图2是图1中的沿着轴线的涡轮增压器的透视图；图3是涡轮增压器的透视图，示出了涡轮机叶轮和舌状件；图4是图3所示的涡轮增压器的放大图；图5A是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中舌状件具有第一、第二和第三舌状件部分；图5B是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第一、第二和第三舌状件部分共同形成起伏结构以形成起伏的舌状件；图5C是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中舌状件进一步具有从第三舌状件部分围绕轴线大致圆周地延伸的第四舌状件部分，并且具有从第四舌状件部分沿着轴线大致朝向第二蜗壳壁延伸的第五舌状件部分；图5D是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第四和第五舌状件部分共同形成起伏结构以形成起伏的舌状件；图5E是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第一、第二、第三、第四和第五舌状件限定了凹槽以形成带槽舌状件；图5F是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中带槽舌状件的第一、第二、第三、第四和第五舌状件部分共同形成起伏结构；图5G是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第一、第二、第三、第四和第五舌状件部分以两个不同的台阶步进以形成双台阶舌状件；图5H是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第一、第二、第三、第四和第五舌状件具有近似于该双台阶舌状件的起伏结构；图5I是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，该涡轮增压器具有第一和第二蜗壳壁，该第一和第二蜗壳壁具有限定在其间的蜗壳宽度，并且第一舌状件从第一蜗壳壁朝向第二蜗壳壁延伸该蜗壳宽度的10％至50％；图5J是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第三舌状件部分从第二舌状件部分朝向第二蜗壳壁延伸蜗壳宽度的50％至90％，并且第三舌状件部分完全延伸到第二蜗壳壁；图5K是图4所示的涡轮增压器的局部截面图，其中第二舌状件部分围绕轴线延伸10度；并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮增压器，所述涡轮增压器用于将压缩空气输送至内燃机并且用于接收来自所述内燃机的废气，所述涡轮增压器包括：/n可绕轴线旋转的涡轮机叶轮；/n围绕所述涡轮机叶轮布置的涡轮机壳体，所述涡轮机壳体包括：/n入口部分，在第一端和与所述第一端相对的第二端之间延伸，所述入口部分限定了涡轮机壳体入口，所述涡轮机壳体入口被配置成在所述第一端处与所述内燃机流体连通以接收来自所述内燃机的废气；以及/n蜗壳部分，在所述第二端从所述入口部分延伸并围绕所述轴线圆周地延伸，所述蜗壳部分具有第一蜗壳壁以及沿着所述轴线与所述第一蜗壳壁间隔开的第二蜗壳壁，并且所述蜗壳部分限定，/n涡轮机壳体内部，与所述涡轮机壳体入口流体连通，以接收来自所述涡轮机壳体入口的废气，以及/n涡轮机壳体出口，与所述涡轮机壳体内部流体连通以从所述涡轮机壳体内部排放废气，/n其特征在于，所述涡轮机壳体具有将所述涡轮机壳体入口与所述涡轮机壳体内部分隔开的舌状件，所述舌状件具有，/n第一舌状件部分，从所述第一蜗壳壁沿着所述轴线大致朝向所述第二蜗壳壁延伸，/n第二舌状件部分，从所述第一舌状件部分围绕所述轴线大致圆周地延伸，以及/n第三舌状件部分，从所述第二舌状件部分沿着所述轴线大致朝向所述第二蜗壳壁延伸以减少所述涡轮机叶轮的高周疲劳。/n...

【技术特征摘要】
20191014 US 62/9147521.一种涡轮增压器，所述涡轮增压器用于将压缩空气输送至内燃机并且用于接收来自所述内燃机的废气，所述涡轮增压器包括：
可绕轴线旋转的涡轮机叶轮；
围绕所述涡轮机叶轮布置的涡轮机壳体，所述涡轮机壳体包括：
入口部分，在第一端和与所述第一端相对的第二端之间延伸，所述入口部分限定了涡轮机壳体入口，所述涡轮机壳体入口被配置成在所述第一端处与所述内燃机流体连通以接收来自所述内燃机的废气；以及
蜗壳部分，在所述第二端从所述入口部分延伸并围绕所述轴线圆周地延伸，所述蜗壳部分具有第一蜗壳壁以及沿着所述轴线与所述第一蜗壳壁间隔开的第二蜗壳壁，并且所述蜗壳部分限定，
涡轮机壳体内部，与所述涡轮机壳体入口流体连通，以接收来自所述涡轮机壳体入口的废气，以及
涡轮机壳体出口，与所述涡轮机壳体内部流体连通以从所述涡轮机壳体内部排放废气，
其特征在于，所述涡轮机壳体具有将所述涡轮机壳体入口与所述涡轮机壳体内部分隔开的舌状件，所述舌状件具有，
第一舌状件部分，从所述第一蜗壳壁沿着所述轴线大致朝向所述第二蜗壳壁延伸，
第二舌状件部分，从所述第一舌状件部分围绕所述轴线大致圆周地延伸，以及
第三舌状件部分，从所述第二舌状件部分沿着所述轴线大致朝向所述第二蜗壳壁延伸以减少所述涡轮机叶轮的高周疲劳。


2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第一舌状件部分、第二舌状件部分和第三舌状件部分共同限定了在所述第一蜗壳壁和第二蜗壳壁之间的径向截面，所述第一舌状件部分、第二舌状件部分和第三舌状件部分的所述径向截面沿着所述舌状件的长度在圆周上保持恒定。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第一蜗壳壁和第二蜗壳壁具有限定在其间的蜗壳宽度，所述第一舌状件部分从所述第一蜗壳壁朝向所述第二蜗壳壁延伸所述蜗壳宽度的50％至90％。


4.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第二舌状件部分围绕所述轴线延伸10至40度。


5.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第一蜗壳壁和第二蜗壳壁具有限定在其间的蜗壳宽度，所述第三舌状件部分从所述第二舌状件部分朝向所述第二蜗壳壁延伸所述蜗壳宽度的10％至50％。


6.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第三舌状件部分完全延伸至所述第二蜗壳壁。


7.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第一舌状件部分、第二舌状件部分和第三舌状件部分共同形成起伏的结构。


8.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第一舌状件部分从所述第一蜗壳壁垂直延伸到所述第一蜗壳壁，所述第二舌状件部分从所述第一舌状件部分垂直延伸到所述第一舌状件部分，并且所述第三舌状件部分从所述第二舌状件部分垂直延伸到所述第二舌状件部分。


9.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第三舌状件部分延伸至所述第二蜗壳壁，使得所述第三舌状件部分垂直于所述第二蜗壳壁。


10.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述舌状件进一步具有第四舌状件部分，所述第四舌状件部分从所述第三舌状件部分围绕所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·特克斯勒，D·G·格拉鲍斯卡，
申请(专利权)人：博格华纳公司，
类型：新型
国别省市：美国;US