用于减少涡轮增压器90度废气门中损失的方法和结构的制作方法
【专利说明】用于减少涡轮増压器90度废气门中损失的方法和结构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2012年12月19日提交的并且题为“用于减少涡轮增压器90度废气门中损失的方法和结构(Methods And Structure For Reducing Losses In 90 DegreeWaste Gates For Turbochargers) ”的美国临时申请号61/739，229的优先权及所有权益。
发明领域
[0003]本发明涉及一种带有改良型废气门阀的涡轮增压器并且更具体地涉及一种改良的涡轮机废气门设计，该设计有利于排气在主流动方向上的流动以改善穿过涡轮增压器废气门的流动。
[0004]发明背景
[0005]在发动机上提供涡轮增压器以便将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比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。
[0006]通常，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，以便由此驱动位于该涡轮机壳体内的涡轮机叶轮。该涡轮机叶轮被附接在轴的一端上，其中该轴对安装在该轴的另一端上的一个压缩机叶轮进行驱动。如此，该涡轮机叶轮提供旋转动力以驱动压缩机叶轮并且由此驱动涡轮增压器的压缩机。这些压缩空气然后被提供到如以上提及的发动机进气。
[0007]在该涡轮机级的设计过程中，该涡轮机级部件的选择与优选性能有关。在一个简单不受控的固定喷嘴涡轮增压器系统中，设计一种不受控的涡轮增压器从而在高发动机速度下达到最佳性能。然而，在其他速度下，涡轮增压器为发动机提供次最佳的增压或空气体积。
[0008]受控的涡轮增压器提供改善的性能，因为在低的或中等的发动机速度时就已经达到该涡轮机最佳运行点。通常在一个受控的系统中，当排气的流速增加并且该涡轮增压的压力变得太高时，这些排气中的一部分通过一个废气门被排放到周围大气中以便通过旁路绕过该涡轮机。
[0009]典型地，排气流动穿过一个在该涡轮机壳体或外壳内限定的蜗壳。此外，还提供了一个废气门通道，该废气门通道通过一个中间壁而与该蜗壳分离。为了提供废气门流动，在该壁中提供了废气门端口，该端口是由一个废气门阀来控制的。
[0010]该废气门阀在该涡轮增压器的运行过程中是可选择性地打开和关闭的。在这样一种安排中，穿过该废气门通道的排气流动通常平行于蜗壳中的流动方向，至少在该废气门通道的区域内。典型地，该涡轮机入口流动和废气门流动在该蜗壳方向上环圆周地延伸。然而，该废气门端口垂直于或与这些流动方向基本上呈直角开放并且如此该废气门流动以侧面或轴向方向进入该废气门通道并且然后立即转向通过一个直角以便环圆周地流动通过该废气门通道。因此，这种构型通常可以被称为90度废气门，尽管实际的转向角度在一定程度上可以不同于90度，这样使得该入口方向与废气门流动方向之间的转向角度可以是一个大于90度的钝角或一个低于90度的锐角。
[0011]本发明涉及一种用于涡轮增压器的改善型废气门阀，该废气门阀提供更多有效的排气流动穿过该废气门端口和废气门通道。对于该废气门阀，更具体而言，这个阀典型地包括一个盘状阀体，该阀体可枢转地支撑在该涡轮机壳体上以便打开和关闭该废气门端口。该阀体是由一个致动器移动的并且可以枢转到该废气门端口中至关闭该废气门端口的第一位置处，并且可以枢转出该废气门端口至打开该废气门端口的第二位置处。因此，排气受控的部分可以流动穿过该废气门通道，该受控部分进而流动到一个涡轮机出口处，由此旁路绕过该涡轮机。
[0012]当处于打开位置处时，该阀体具有一个朝向该废气门端口并且相对于横跨该废气门端口的平面成一角度倾斜的阀面。该阀面优选被定向成使得该阀面朝该废气门通道成角度，该阀面用于当废气门流动穿过该端口并且转向进入该废气门通道时使该废气门流动改变方向。
[0013]朝向该废气门通道的方向是主方向，所有的废气门流动需要被引导朝向该主方向。然而，在废气门阀的已知阀体中，在横向于该废气门通道方向的非最佳流动方向上，排气可以从该阀体的侧面溢出，这因此在这个区域中产生了紊流流体流动并且需要这个紊流流动由该废气门通道的侧面进一步重新定向以便将排气引导到该废气门通道中。这减少了通过该废气门端口的流动效率并且会产生增加的背压和效率损失。
[0014]然而，本发明废气门阀的阀体包括多个流动结构，这些流动结构用于减少在非最佳方向上的排气流动。这些流动结构用于当排气流动转向经过该转向角转向时使在最佳或主流动方向上的排气流动优化或最大化。
[0015]在第一实施例中，该流动结构是由一个碟形阀面限定，该碟形阀面是由提供给该阀面的一个凹入形状形成的。这个凹入形状可以是一个真正的凹入形状，其中该阀面围绕该阀面的整个周边向内弯曲。这个凹入形状还可以是一个修改的凹入形状，其中该阀面从该阀面的前缘和后缘向其中心倾斜而侧面可能具有更少的凹度或没有凹度。术语凹入也可以被理解成适用于倾斜的平坦表面，该平坦表面从该阀面的周边到中心没有任何弯曲。
[0016]在第二实施例中，该阀面可以配备有浅的肋板或边条，这些肋板或边条平行于该流动方向延伸并且用于在主方向上引导流动。
[0017]在第三实施例中，该流动结构可以是一个沿着该面周边的一部分从该阀面上升的坝体。该坝体可以在后缘上或者更优选是在该阀面的前缘上。
[0018]如在此进一步详细所述的，这些流动结构用于优化在主方向上的流动并且减少横向于该主方向的次方向上的非最佳流动。
[0019]本发明的其他目标和目的以及其变体将通过阅读以下说明书和查看附图变得清
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[0020]附图的简要说明
[0021]图1是一个代表性涡轮增压器的切开的图解视图。
[0022]图2是一个废气门阀的顶视图。
[0023]图3是该废气门阀的侧视图。
[0024]图4是一个改良型废气门阀的第一实施例的侧视图。
[0025]图5是该废气门阀的第二实施例的仰视图。
[0026]图6是其侧视图。
[0027]图7是该废气门阀的第三实施例的仰视图。
[0028]图8是其侧视图。
[0029]图9是该废气门阀的第四实施例的图解视图。
[0030]图10是一个曲线图，该曲线图示出了一个未修改的废气门与图9的本发明废气门阀之间的质量流量的比较。
[0031]以下说明中将使用某些术语仅为了方便起见并且仅供参考而不具有局限性。例如，词语“向上地”、“向下地”、“向右地”以及“向左地”指的是作为参考的附图中的方向。词语“向内地”和“向外地”分别指的是朝向和背离该安排和其指定零件的几何中心的方向。所述术语将包括明确提到的词语、其派生词以及具有类似含义的词语。
[0032]详细说明
[0033]参见图1的切开视图，示出了一个涡轮增压器10，该涡轮增压器包括一个涡轮机11，该涡轮机限定了一个涡轮机壳体或外壳12，该壳体具有一个在其内环圆周地延伸的蜗壳14。涡轮增压器10还包括一个压缩机15，按照常规方式，该压缩机与该涡轮机11是以组合的方式提供的。压缩机15包括一个压缩机壳体16和一个压缩机蜗壳17。
[0034]涡轮增压器10具有一个涡轮机11和一个压缩机15的基本组合，该涡轮机和压缩机对应地包括一个涡轮机叶轮18和一个压缩机叶轮19，该涡轮机叶轮和压缩机叶轮通过一个轴21在旋转意义上相连接。进而该轴21是由一个轴承系统22支撑。
[0035]如在图1和图3中所见，涡轮机11是通过该涡轮机入口 23而被供以排气。涡轮机入口 23限定了一个流动方向24，该流动方向环圆周地延伸进入涡轮机蜗壳14中。蜗壳14还具有一个中间壁25，在图3中不出，该中间壁将该蜗壳14与一个废气门通道26分开，该废气门通道也环圆周地延伸并且排放到该涡轮机出口 27处。
[0036]为了在涡轮增压器10的运行过程中将来自涡轮机入口 23的排气的一部分转向，该壁25包括一个废气门端口 28，该端口限定了横向于该入口流动方向24的一个流动方向29。这个流动方向29还横向于延伸穿过该