[发明专利]具有单阀的混合流动双涡旋涡轮增压器

说明书

一种涡轮增压器(100)具有不对称的双涡旋蜗壳设计，该双涡旋蜗壳设计具有一个第一蜗壳(101)和一个较大的第二蜗壳(102)。该较大的第二蜗壳(102)免除了对废气门及其相关致动器的需求。该较小的第一蜗壳(101)是针对快速瞬态和额定转矩来确定大小的，而该第二蜗壳(102)的大小被确定成使得该涡轮机入口的压力满足额定功率的需要。此外，该涡轮增压器(100)优选地结合了一个混合流动涡轮机叶轮(108)，而不是一个径向叶轮，这就允许了使用较大的叶轮尺寸同时仍维持惯性。改进了涡轮机壳体(103)，其中该第一蜗壳和第二蜗壳(101)和(102)是相对于彼此不对称的，并且优选地是朝向轴承壳体倾斜来与该混合流动涡轮机叶轮导风叶轮(112)的轴向部件相匹配的。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月21日提交的并且题为“具有单阀的混合流动双涡旋涡轮增压器”的美国临时申请号61/740,775的优先权及所有权益。

技术领域

本发明涉及具有多涡旋涡轮机壳体的涡轮增压器的领域，并且更具体地涉及一种具有不对称的蜗壳涡轮机壳体的涡轮增压器，该蜗壳涡轮机壳体是由多个涡轮机蜗壳形成的、并且在蜗壳分隔壁中具有一个单一控制阀来选择性地使排气开始或停止流过这些蜗壳中的一个蜗壳。

背景技术

涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气式构型中的可能情况相比以更大的密度传送到发动机进气中。这允许燃烧更多的燃料，进而增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。一个更小的涡轮增压发动机可以取代一个更大物理尺寸的正常吸气式发动机，从而减小车辆的质量以及空气动力学的前端面积。

总体上，涡轮增压器使用来自发动机排气歧管的排气流(该排气流在涡轮机入口处进入涡轮机壳体)来驱动位于该涡轮机壳体或外壳内一个涡轮机叶轮。该涡轮机叶轮被稳固地附着到一个轴的一端上，并且一个压缩机叶轮被安装在该轴的另一端上，其中该涡轮机叶轮提供旋转动力来驱动该压缩机叶轮。一旦排气已经穿过该涡轮机叶轮并且该涡轮机叶轮已经从该排气中提取能量，则用过的排气从该涡轮机壳体的涡轮机出口导流器离开并且被输送到车辆下行管并且通常输送到后处理装置，如催化转化器、微粒收集器和NOx收集器。由涡轮级产生的动力是穿过涡轮级的膨胀比的一个函数，即，从涡轮机入口到涡轮机出口导流器的膨胀比。除其他参数外，涡轮机动力的范围是通过该涡轮级的质量流速的一个函数。

压缩机级包括该压缩机叶轮及其壳体。过滤后的空气通过压缩机叶轮的旋转而被轴向地抽取到压缩机盖件的入口中。通过涡轮机叶轮由涡轮机级产生的动力被传输通过该轴来驱动压缩机叶轮、并产生静态压力与一些剩余动能和热量的一种组合。加压的气体穿过压缩机排放口从压缩机盖件排出并且通常经由一个中冷器被传送到发动机进气中。

在设计涡轮机级时，对涡轮机级的部件的选择是与优选的性能点相关地做出的。往复式内燃发动机早已配备了这种涡轮增压器。在一种简单的不受控的固定喷嘴涡轮增压器系统中，最大增压压力是发动机强度的函数。该不受控的涡轮增压器由此必须被设计成使得只有在高发动机速度时才达到其最佳性能。然而，在其他速度区，该涡轮增压器对发动机提供次佳的增压或空气量。

受控涡轮增压器提供了改善的性能，这在于可以在低的或中间发动机上速度达到涡轮机的最佳操作点。在一个简单的受控系统中，当排气流速增加、并且涡轮增压压力变得太高时，部分排气被简单地通过废气门排入周围空气从而旁路通过涡轮机，由此可避免由于高速下的过量增压而损坏发动机。然而，因为排气通过废气门旁路通过了涡轮机，能量损耗较高，并且发动机性能在高速时会下降。

还已知在单个涡轮机壳体或外壳中提供多个流动通道来使得排气流过该单个涡轮机壳体，并且使得可以控制涡轮机的性能以便交替地作为低压涡轮机和高压涡轮机工作。在一个实例中，可将这些壳体分类为双涡旋壳体或双流壳体。

在一个双流壳体中，至少一个径向分隔件将螺旋形涡轮机壳体分为两个轴向相邻的螺旋。每个螺旋的排气进入涡轮机叶轮入口来冲击涡轮机叶轮的周边，轴向相邻的螺旋通道的排气冲击轴向相邻的涡轮机叶轮部段。