[发明专利]涡轮增压器的扩散器

说明书

技术领域

本发明针对一种用于内燃发动机的涡轮增压系统，并且更具体地针 对一种涡轮增压系统的扩散器。

背景技术

涡轮增压器是一种类型的强迫式进气系统。它们将流入发动机的空气 压缩，因此提升发动机的马力而并不明显地增加重量。涡轮增压器利用 来自发动机的排气流动来使涡轮机旋转，而涡轮机进而驱动空气压缩机。 由于涡轮机的旋转比大多数汽车发动机快大约30倍并且它是与排气接通 的，所以涡轮机内的温度非常高。此外，由于所导致的高流动速度，涡轮 增压器承受着噪声和振动。这些情况可以对涡轮增压器的这些部件尤其是 对这些旋转件(如涡轮机转子)造成不利的影响，这能够导致系统的故障。

涡轮增压器被广泛地使用在内燃发动机上，并且在过去它们特别地 与大型柴油发动机尤其是用于公路货车和船舶应用的大型柴油发动机一 起使用。最近，除了与大型柴油发动机结合使用以外，涡轮增压器已普 遍地与较小的轿车动力设备一起使用。在轿车应用中使用涡轮增压器允许 选择一种动力设备，该动力设备从一个较小的、较低质量的发动机产生出 相同量值的马力。使用一种较小质量的发动机具有令人希望的效果：降低 汽车总重量、增加运动性能并且提高燃料经济性。另外，使用涡轮增压 器允许传送给发动机的燃料的更完全的燃烧，由此减少发动机的总的排 放物，这有助于高度令人希望的更加清洁环境的目标。在现有技术中详 细说明了涡轮增压器的设计和功能，例如，在美国专利号4,705,463、 5,399,064和6,164,931中，它们的披露内容通过引用结合在此。

涡轮增压器单元典型地包括操作性地连接到发动机排气歧管的一台 涡轮机、操作性地连接到发动机空气进气歧管的一台压缩机、以及使该 涡轮机与该压缩机相连接的一根轴，这样涡轮机叶轮的旋转引起压缩机 叶轮的旋转。涡轮机是由在排气歧管中流动的排气来驱动旋转的。压缩 机叶轮受涡轮驱动而旋转，并且当该压缩机叶轮旋转时，它增加了被传 送到发动机汽缸的空气质量流的速度、空气流密度以及空气压力。

随着涡轮增压器在轿车应用中得到更大的接受度，三项设计指标已被移 动到突显地位。首先，市场要求轿车或者货车的动力设备的所有部件(包 括涡轮增压器)必须提供比在过去所要求的更长时期的可靠操作。这就 是说，在过去对于轿车也许可接受的是在行驶80,000至100,000英里之 后时要求一次发动机大修，而现在，必须设计用于超过200,000英里运 行的可靠操作的发动机部件。现在必须的是在货车中设计用于超过 1,000,000英里运行的可靠操作的发动机部件。这就意味着必须付出额外 的努力来确保所有支持装置的正确的制造与协作。

被移到突显地位的第二设计指标是动力设备必须满足或者超过在最 小化的NO_x和微粒物质排放量方面的非常严格的要求。第三，由于涡轮增 压器的大批量生产，高度令人希望的是设计出一种涡轮增压器，它满足 以上指标并且包括最小数目的零件。此外，这些零件应易于制造并且易 于组装，以便提供一种有成本效益而且可靠的涡轮增压器。由于发动机 舱内的空间缺乏，所以还希望将涡轮增压器的整个几何封装或者包络最 小化。

在Hiroyuki的日本专利申请号2000257437A2中，显示了用于一个涡 轮增压器的一个压缩机部分，它试图通过延长扩散器来增加压力转换的工 作负载。在图1中，一个扩展的扩散器22形成在一个压缩机壳体18内， 该扩散器与压缩机叶轮17、叶轮室21以及蜗壳23处于连通。扩散器22 具有从该扩散器的入口25A延伸的一个延长的、直的部分22A。沿该扩散 器的出口部分25B的一个端部22B是弯曲的，以提供在蜗壳23与扩散器 22之间的流体连通。

Hiroyuki的系统也遭受的缺点是需要一个大的包络以应对扩散器22 的长度。由于需要使用更多的材料，例如用于压缩机壳体18的材料，所 以该增加的包络增加了这种系统的成本。