[发明专利]具有混流涡轮机级的涡轮增压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器，更具体地，涉及具有混流涡轮机级的涡轮增压器。

背景技术

内燃发动机，例如像柴油发动机、汽油发动机和气体燃料驱动的发动机被供给空气和燃料的混合物以在产生机械动力输出的发动机内后续燃烧。为了增加由此燃烧过程产生的动力输出，发动机可配备有涡轮增压进气系统。

涡轮增压进气系统包括涡轮增压器，其使用来自发动机的排气以压缩流入发动机的空气，从而与以其它方式吸入燃烧室的发动机相比迫使更多的空气进入发动机燃烧室。这种增加的空气供给允许增加供给燃料，从而增加动力输出。涡轮增压发动机通常比没有涡轮增压的同样的发动机产生更多的动力。

常规的涡轮增压器包括涡轮机壳体以及设置在壳体内中心并由排气驱动以旋转相连接的压缩机叶轮的涡轮机叶轮。排气被推靠在连接到涡轮机叶轮的叶片上，以使涡轮机叶轮旋转。在一些应用中，设置在连接到涡轮机叶轮的喷嘴环上的翼片使排气加速通过叶片。翼片和/或涡轮机的叶片可在轴向、径向和切向方向上引导排气。

混流涡轮机通常被视为径向和轴向涡轮机之间的交叉设计。在2012年3月6日授予Higashimori的美国第8128356号专利('356专利)中披露了一种示例性的混流涡轮机。具体地，'356专利描述了一种具有叶片和涡管的混流涡轮机，叶片的位于上游侧的前缘轮廓被成形为朝向上游侧的凸形，涡管是由具有覆盖叶片的径向外部边缘护罩的壳体所形成的叶片上游的空间。作业流体被供给至毂和护罩，在护罩侧的进气道和毂侧的进气道处基本沿轴向、径向和切向方向流动。叶片的前缘的形状被设计为减少冲击损失。

虽然'356专利的混流涡轮机对一些应用也许是足够的，但在宽泛的操作条件下与最优的相比仍显不足。特别地，'356专利的混流涡轮机在宽泛的操作条件下会引导不均匀和不良引导的混合流通过涡轮机级，由于流动与涡轮机叶片对不准(高迎角)，这可以在操作过程中导致高能量损耗、降低的空气动力效率，并且增加涡轮机上的机械或振动应力(或应变)。另外，'356专利中所示的混流涡轮机叶片的角和厚度分布通常不像Bezier曲线那样平滑，这可以导致叶片制造的问题。

本发明的涡轮增压器解决了一个或多个上面提出的问题和/或现有技术中的其它问题。

发明内容

一方面，本发明涉及一种涡轮增压器。该涡轮增压器可以包括至少部分地限定压缩机护罩和涡轮机护罩的壳体。该涡轮增压器还可以包括设置在压缩机护罩内的压缩机叶轮、连接到压缩机叶轮的轴和设置在涡轮机护罩内并连接到轴的与压缩机叶轮相对的一端的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮可以具有大体为环形的毂以及多个围绕毂径向设置的叶片。各个所述多个叶片可以包括翼面，该翼面具有连接到毂的毂面、与毂面相对并定向成朝向涡轮机护罩的护罩面、尾缘以及与尾缘相对的前缘。毂的基座与前缘之间的角可以是约25-55度。前缘在子午平面中可以大体上是直的或大体上是凹的。涡轮增压器还可以包括喷嘴环，喷嘴环具有位于涡轮机叶轮周围的环形的大体为平的盘的以及多个围绕盘的上表面径向设置的翼片。各个所述多个翼片的弧形可以沿其子午长度从各个所述多个翼片的前缘至尾缘大体上为S形。

第二方面，本发明涉及一种涡轮增压器的涡轮机叶片。涡轮机叶片可以包括翼面，翼面具有连接到涡轮增压器的涡轮机叶轮毂的毂面、与毂面相对并定向成朝向涡轮增压器的涡轮机护罩的护罩面、尾缘以及与尾缘相对的前缘。涡轮机叶轮的基座与前缘之间的角可以是约25-55度。前缘在子午平面中可以大体上是直的或大体上是凹的。

第三方面，本发明涉及一种用于涡轮增压器的喷嘴环。该喷嘴环可以包括具有内部环形毂的环状的大体为平的盘，以及与内部环形毂径向隔开的外部环形法兰。喷嘴环还可以包括设置在内部环形毂和外部环形法兰之间的多个翼片。各个所述多个翼片的弧形可以沿其子午长度从所述各个多个翼片的前缘至尾缘大体上为S形。

附图说明

图1为示例性披露的动力系统的示意图；

图2为可以与图1中的动力系统结合使用的示例性披露的涡轮增压器的截面示意图；

图3为可以与图2中的涡轮增压器结合使用的示例性披露的涡轮机叶轮和喷嘴环的直观示意图；

图4为图3中涡轮机叶轮的侧面示意图；

图5为可以与图4中的涡轮机叶轮结合使用的示例性披露的涡轮机叶片的子午面视图；

图6为图5中涡轮机叶片的替代实施方式的子午视图；

图7和图8为与图5中涡轮机叶片的示例性披露的几何结构相关联的图表；以及