专利名称：低约束涡轮机出口外壳的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，包括但不局限于连接到发动机的用于空气和/或排气系 统的流体通道。
背景技术：
许多发动机使用与其进气或排气系统关联的装置，这些系统促进流体在其 中通过以提高发动机的性能。这些装置的实例包括涡轮增压机、增压器等。例 如，涡轮增压器可包括连接到发动机排气系统的涡轮机，其用来运行与其连接 的压縮机，而压縮机促进空气流入发动机。空气和/或废气流入和流出涡轮增 压机的流动状态以及与其关联的任何流动障碍都会影响涡轮增压机的性能，且 因此，发动机的特性与它们相关。空气和/或废气流入和流出涡轮增压机通道 的流动障碍往往是当将涡轮增压机连接到发动机时所存在的空间限制的结果。
因此，需要有与涡轮增压机相连的、在它们附连到提供有限可用空间的发 动机上时对空气和/或流体障碍低的通道或其它装置。
发明内容
低约束涡轮机出口装置包括具有内部体积的外壳。该内部体积包括入口过 渡部分和出口过渡部分。形成在外壳内的入口端口与也形成在外壳内的出口端 口流体连通。安装凸缘连接到外壳上，第一组加强肋和第二组加强肋各将安装 凸缘连接到外壳。
图1是发动机的方框图，发动机具有可操作地连接在其上的涡轮增压机， 该涡轮增压机具有连接在其上的根据本发明的低约束气体出口装置。
图2和图3是取自根据本发明的低约束通道不同立体图的概图。图2B和2C是用于根据本发明的低约束气体出口装置的三维形状的线框的 详图。
图4是用于根据本发明的低约束装置的外壳的剖视图。
具体实施例方式
以下描述一种对与内燃机关联的涡轮增压机提供低障碍流体通道的装置 和方法。图1中示出了具有与发动机关联的涡轮增压机102的发动机100的框 图。该发动机100可以连接到进气系统104和排气系统106。涡轮增压机102 可包括涡轮机108和压縮机110。涡轮机108可以与排气系统106流体连通， 而压縮机IIO可与进气系统104流体地连通。
在发动机IOO运行过程中，空气可通过低压空气入口通道112进入压縮机 110。空气可在压缩机110内压縮，并通过高压空气通道114与进气系统104 连通。高压空气通道114可供选择地包含充气空气冷却器(未示出)或其它装 置。空气通过压縮机IIO的流动如箭头所示。
从进气系统104流入的空气可进入发动机100内的至少一个燃烧腔(未示 出)，空气可在那里与燃油混合并燃烧。空气和燃油燃烧的一种产物便是废气， 废气可排出汽缸并收集在排气系统106内。从排气系统106流出的废气可通过 高压废气通道118与涡轮机108的入口 116连通。从高压废气通道U8排出的 废气可使涡轮机叶轮(未示出)转动并产生动力，该动力用于运行压縮机no。
废气可通过低压废气通道120排出涡轮机108。从涡轮机108排出的废气 可具有流动特性，例如，高的紊流和涡流状态，在发动机IOO运行过程中，通 过涡轮机108内涡轮机叶轮的转动而赋予其这种状态。为此原因，低压废气通 道120必须布置成使得流出涡轮机108的废气流动基本上不受流动约束的阻 碍，这种流动约束会降低涡轮机108的运行效率。
大多数已知的发动机结构使用圆形管，其已经弯曲成所要求的形状并连接 到涡轮机出口，以便提供高压废气通道。截面不变的圆形管能充分地不允许废 气在涡轮机出口处形成任何涡流的流动特性，从而充分地使其平静下来，这样， 它们可从涡轮机中除去而不造成涡轮机性能的损失。低约束通道122可有利地 连接到涡轮机108和低压废气通道120之间的涡轮机108的出口，以对流出涡轮机108的废气允许有合适的过渡而进入高压废气通道120。如果在靠近涡轮 机108出口的高压废气通道120内需要有急剧的转弯，则这可实现特定的优点。 在此情形中，低约束通道122能够提供低约束的解决方案，该方案与传统结构 相比，不降低涡轮机108的效率。
图2中示出了用于涡轮机的低约束通道200的概图。该通道可包括形成气 体入口端口 204和气体出口端口 206的外壳202，两者通过形成在外壳202内 的内部体积208彼此流体地连通。包括多个螺栓孔212的入口凸缘210可定位 在入口端口 204的周围，并布置和构造成密封地配合涡轮机出口的匹配表面 (未示出)。出口凸缘214可围绕出口端口 206并布置成与低压废气出口通道 (未示出)密封地配合，该通道例如可以是具有圆形截面和用V带的夹具(未 示出)连接到出口凸缘214的扩口端的管道。
外壳202也可形成可用于将外壳202连接到发动机上的安装凸缘216。第 一加强的肋组218和第二加强的肋组220可各将安装凸缘216连接到外壳202 的其它区域，以在工作期间安装到发动机上时提供加强并支承抵抗外壳202 的振动。外壳可包括形成在其上的附加结构，例如，具有形成在其上的固定件 开口 224的第一突台222，以及具有形成在其上的另外固定件开口 228的第二 突台226。固定件开口 224和另外固定件开口 228可用于将诸如热屏、支架等 的其它部件连接到外壳202，以及连接到发动机。
内部体积208和形成该体积的外壳202可包括两个基本上具有不同形状的 主要部分。入口过渡部分230可具有截头的椭圆锥体的形状，使其顶部被入口 端口 204截去，而其底部定向成朝向出口端口 206敞开。入口过渡部分230 的截头的椭圆锥体的形状可以修改成朝向顶部具有更加圆形的截面"A"，以 便靠近入口端口 204提供圆形形状，而底部"B"具有更加椭圆形的形状，如 图2B的线框详图所示。出口过渡部分232可具有扁平椭球体形状并位于入口 过渡部分230和出口端口 206之间。出口过渡部分232的形状也可以描述为"压 扁"的椭圆体，椭圆状体的赤道半径"ER"大于极半径"PR"，这可如在图 2C的线框详图中所示地围绕椭圆的副轴"MA"转动椭圆来形成。出口过渡部 分232可具有基本上平行于出口端口 206的周缘的赤道平面(如图所示)。
图3中示出了低约束的通道200的不同概图。从该立体图中可见，入口过
渡部分230和形成在外壳202内的出口过渡部分232的组合可具有一 "泪滴" 形状，使压平的椭圆形位于靠近出口端口 206的一端上，并在靠近入口端口 204的另一端上与截头的椭圆锥体形状合并。
图4中示出了外壳202的剖视图。运行过程中废气通过外壳202的流动用 虚线箭头表示。只要发动机在运行，就会产生废气。废气可穿过涡轮机并通过 气体出口流出涡轮机。外壳202可以连接到涡轮机(与涡轮机的连接未示出)， 并布置成接收通过入口端口 204而流出的废气。当废气通过入口端口 204进入 外壳202时，废气流302 (用虚线箭头表示)可以形成高度的紊流并具有大致 的涡流结构。流动302可以进入外壳202的内部体积208，并通过体积208的 中心区域朝向入口过渡部分230展开或呈漏斗状。该流动可流出入口过渡部分 230并进入出口过渡部分232。由于体积208的入口过渡部分230和出口过渡 部分232的形状，可有利地使流动302能够无阻碍地形成其涡流结构，有利地 不失去显著的流动动量。
流动302因此可有效地通过转弯，在所示的实例中，约为90度的角度存 在于外壳202内介于入口端口 204和出口端口 206之间，而压力的损失没有显 著的增加。废气流动302可通过出口端口 206流出外壳202。流动302通过外 壳202的基本上无阻碍的通道是有利的，因为在涡轮机的出口处，或者在相对 于出口端口 206的入口端口 204处没有显著的压力增加。这样，可保持涡轮机 的效率。而且，当外壳连接到发动机上时外壳202的结构刚度、涡轮机和低压 排气通道可提高涡轮机在安装到发动机上时涡轮机的总体刚度，并降低发动机 性能中的总体噪音振动和刺耳声(NVH)。
本发明可实施为其它特定形式而不背离其精神或实质特征。所述的实施例 应被认为在所有诸方面只是起到说明的作用而非限制。因此，本发明的范围由 附后的权利要求书而非以上说明书予以指明。所有落入权利要求书等价物的含 义和范围之内的种种变化都包含在本发明范围内。
权利要求
1.一种低约束涡轮机出口装置，包括具有内部体积的外壳，其中所述内部体积包括入口过渡部分和出口过渡部分；形成在所述外壳内的入口端口，所述入口端口与形成在所述外壳内的出口端口流体连通；连接到所述外壳上的安装凸缘；第一组加强肋，将所述安装凸缘连接到所述外壳；第二组加强肋，将所述安装凸缘连接到所述外壳。
2. 如权利要求l所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，所述入口过 渡部分具有椭圆锥体的形状，其中该椭圆锥体形状限定顶部和底部，且其中所 述顶部被所述入口端口截断，而所述底部的定向朝向所述出口端口。
3. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，所述出口过 渡部分具有扁平椭球体形状，其中所述扁平椭球体形状具有赤道半径和极半径，其中所述赤道半径大于所述极半径。
4. 如权利要求3所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，所述赤道半 径限定一平面，其中所述平面基本上平行于所述出口端口的周缘。
5. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，还包括形成 在所述外壳上的至少一个突台，其中所述至少一个突台包括形成在其中的固定 件开孔。
6. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，还包括形成 在所述外壳内的入口凸缘，其中所述入口凸缘围绕所述入口端口，且其中所述 入口凸缘布置成密封地连接到涡轮机外壳。
7. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，还包括形成 在所述外壳内的出口凸缘，其中所述出口凸缘围绕所述出口端口，且其中所述 出口凸缘布置成密封地连接到低压废气出口通道。
8. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，所述入口过 渡区域设置在所述入口开口附近。
9. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，所述出口过 渡部分设置在所述出口开口附近。
10. 如权利要求1所述的低约束涡轮机出口装置，其特征在于，所述入口 端口和所述出口端口通过设置在两者之间的所述内部体积而彼此流体连通。
11. 一种内燃机，包括进气系统，在发动机运行过程中与至少一个燃烧缸间断地流体连通； 排气系统，在发动机运行过程中与所述燃烧缸间断地流体连通； 涡轮增压机，可操作地连接到所述发动机，所述涡轮增压机包括具有空气入口和空气出口的压縮机，其中所述空气出口与所述进气系 统流体连通；以及具有气体入口和气体出口的涡轮机，其中所述气体入口与所述排气系统流体连通；连接到所述涡轮机的低约束涡轮机出口装置，其中所述低约束涡轮机出口 装置包括具有入口端口的外壳，所述入口端口与所述涡轮机的所述气体出口流 体连通；出口端口，通过形成到所述外壳内的内部体积与所述入口端口流体连通o
12. 如权利要求ll所述的内燃机，其特征在于，所述低约束涡轮机出口装 置的内部体积具有入口过渡部分和出口过渡部分，所述入口过渡部分设置在所 述入口端口附近，而所述出口过渡部分设置在所述出口端口附近。
13. 如权利要求12所述的内燃机，其特征在于，所述入口过渡部分具有椭 圆锥体的形状，其中该椭圆锥体的形状限定顶部和底部，且其中所述顶部被所 述入口端口截断，而所述底部的定向朝向所述出口端口。
14. 如权利要求12所述的内燃机，其特征在于，所述出口过渡部分具有扁 平椭球体形状，其中所述扁平椭球体形状具有赤道半径和极半径，其中所述赤 道半径大于所述极半径。
15. 如权利要求14所述的内燃机，其特征在于，所述赤道半径限定一平面， 且其中所述平面基本上平行于所述出口端口的周缘。
16. 如权利要求11所述的内燃机，其特征在于，还包括形成在所述外壳内 的入口凸缘，其中所述入口凸缘围绕所述入口端口，且其中所述入口凸缘布置 成密封地连接到所述涡轮机的所述气体出口 。
17. 如权利要求ll所述的内燃机，其特征在于，还包括形成在所述外壳内的出口凸缘，其中所述出口凸缘围绕所述出口端口，且其中所述出口凸缘布置 成密封地连接到低压废气出口通道。
18. —种以低流动约束方式通过转弯的方法，使流出涡轮机的废气流动处于高度紊流的状态，该紊流状态具有总体的涡流结构，所述方法包括以下步骤 密封地引导废气流从所述涡轮机的气体出口进入外壳的入口端口内；使形成在所述外壳内的内部体积的入口过渡部分内的废气流动扩张并形成漏斗状，其中所述入口过渡部分具有椭圆锥体的形状；将从所述入口过渡部分流出的废气流传递到所述内部体积的出口过渡部分内，其中所述出口过渡部分具有扁平椭球体形状；废气流通过与所述出口过渡部分流体连通的出口端口从所述外壳流出，其 中所述出口端口相对于所述入口端口成一角度。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括当所述外壳连接到所 述涡轮机和发动机上时对带有所述外壳的涡轮机提供结构刚度的步骤。
全文摘要
低约束涡轮机出口装置(200)包括具有内部体积(208)的外壳(202)。内部体积(208)包括入口过渡部分(230)和出口过渡部分(232)。形成在外壳(202)内的入口端口(204)，其与也形成在外壳(202)内的出口端口(206)流体连通。安装凸缘(216)连接到外壳(202)上，第一组加强肋(218)和第二组加强肋(220)各将安装凸缘(216)连接到外壳(202)。
文档编号F01D9/00GK101205815SQ20071030054
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月20日
发明者T·G·伍德 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司