涡轮增压器的抽吸密封转让专利

申请号 : CN201310610006.6

文献号 : CN103850727B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : S.古普塔P.I.穆拉尼P.Z.约翰A.苏伦德兰A.K.古普塔S.S.纳姆比S.K.弗

申请人 : 霍尼韦尔国际公司

摘要 :

本发明涉及涡轮增压器的抽吸密封。系统可包括涡轮机壳体,其限定了涡轮机叶轮空间、与涡轮机叶轮空间流体连通的废气室和从废气室延伸到涡轮机壳体的外表面的控制轴圆孔;可定位在涡轮机叶轮空间上方的钝头体,其中钝头体包括开口和与该开口流体连通的内腔;以及可连接以实现涡轮机壳体的控制轴圆孔和钝头体的内腔之间的流体连通的抽吸导管。还公开了设备、组件、系统、方法等的各种其它示例。

权利要求 :

1.一种涡轮机系统,其包括:

涡轮机壳体,其限定了涡轮机叶轮空间、与涡轮机叶轮空间流体连通的废气室和从废气室延伸到涡轮机壳体的外表面的控制轴圆孔;

钝头体,其可定位在涡轮机叶轮空间上方以接触从所述涡轮机叶轮空间流出的废气,其中钝头体包括开口和与该开口流体连通的内腔;以及抽吸导管,其可连接以实现在涡轮机壳体的控制轴圆孔和钝头体的内腔之间的流体连通。

2.如权利要求1所述的涡轮机系统,其中涡轮机壳体限定了与废气室流体连通的废气门开口,并且其中控制轴圆孔包括构造成接收废气门控制轴的控制轴圆孔。

3.如权利要求1所述的涡轮机系统,其中控制轴圆孔包括构造成接收可变几何形状机构控制轴的控制轴圆孔。

4.如权利要求1所述的涡轮机系统,包括废气导管,其可被连接到涡轮机壳体,其中废气导管限定了废气通道并且其中钝头体可在废气通道内定位在涡轮机叶轮空间上方。

5.如权利要求4所述的涡轮机系统,其中钝头体的开口被定位在涡轮机叶轮空间上方并且被定向为远离涡轮机叶轮空间。

6.如权利要求1所述的涡轮机系统,其中涡轮机壳体限定了相交圆孔,该相交圆孔与控制轴圆孔相交。

7.如权利要求6所述的涡轮机系统,其中抽吸导管被连接以实现从控制轴圆孔经过相交圆孔到钝头体的内腔的流体连通。

8.如权利要求7所述的涡轮机系统,其中相交圆孔被构造成接收抽吸导管的端部。

9.如权利要求8所述的涡轮机系统,其中抽吸导管的端部延伸进入控制轴圆孔。

10.如权利要求1所述的涡轮机系统,包括控制轴和轴衬,控制轴和轴衬设置在控制轴圆孔内。

11.如权利要求10所述的涡轮机系统,其中轴衬包括凹部并且其中抽吸导管被连接以实现凹部和钝头体的内腔之间的流体连通。

12.如权利要求10所述的涡轮机系统,其中轴衬包括缺口,该缺口构造成接收抽吸导管的端部。

13.一种涡轮增压器,其包括:

中间壳体组件,其包括通孔;

压缩机壳体组件,其操作地联接到中间壳体组件;

涡轮机壳体组件,其操作地联接到中间壳体组件,其中涡轮机壳体组件限定了涡轮机叶轮空间、与涡轮机叶轮空间流体连通的废气室和从废气室延伸到涡轮机壳体组件的外表面的控制轴圆孔;

设置在涡轮机叶轮空间内的涡轮机叶轮;

连接到涡轮机叶轮的轴,该轴被可旋转地支撑在中间壳体组件的通孔内;

控制轴,其设置在涡轮机壳体组件的控制轴圆孔内;

钝头体,其定位在涡轮机叶轮上方以接触从所述涡轮机叶轮空间流出的废气,其中钝头体包括开口和与该开口流体连通的内腔;以及抽吸导管,其被连接以实现在涡轮机壳体组件的控制轴圆孔和钝头体的内腔之间的流体连通。

14.如权利要求13所述的涡轮增压器,其中涡轮机壳体组件限定废气门开口,废气门开口与废气室流体连通,并且其中控制轴可在控制轴圆孔内绕旋转轴线旋转以相对于废气门开口将废气门塞定位在关闭位置或打开位置。

15.如权利要求13所述的涡轮增压器,包括可变几何形状机构,其中控制轴可在控制轴圆孔内绕旋转轴线旋转以调节可变几何形状机构。

16.如权利要求13所述的涡轮增压器,包括设置在控制轴圆孔内至少部分地围绕控制轴的轴衬。

说明书 :

涡轮增压器的抽吸密封

技术领域

[0001] 本文中公开的主题概括地涉及内燃发动机的涡轮机械。

背景技术

[0002] 涡轮增压器包括各种不同的部件以处理流体流,流体例如是空气、废气等。废气从涡轮增压器例如通过在支撑控制轴的圆孔内的一个或多个间隙的不期望的泄漏会影响排放。另外,在废气携带颗粒物质的情况下,这种物质在该一个或多个间隙中的沉积会影响旋转控制轴所需要的力。本文描述的技艺、技术等的各种不同的示例可减少进出涡轮增压器的不期望的流体泄漏。

附图说明

[0003] 结合在附图中示出的示例参考下面的详细描述,可获得对本文描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等以及其等同方式的更完整的理解,在附图中:
[0004] 图1是涡轮增压器和内燃发动机以及控制器的示例的简图;
[0005] 图2是可变几何形状组件的示例的一系列视图,该组件包括设置在控制轴圆孔中的控制轴;
[0006] 图3是涡轮机壳体组件的示例的一系列视图,该组件包括设置在控制轴圆孔中的控制轴;
[0007] 图4是一个组件的示例的视图,该组件包括定位在涡轮机叶轮上方的钝头体;以及在钝头体周围的流动的简图和在该钝头体的表面处的该流动的压力曲线;
[0008] 图5是一个组件的示例的一系列视图,该组件包括可定位在涡轮机叶轮上方的钝头体;
[0009] 图6是组件的示例的一系列视图;
[0010] 图7是一个组件的示例的截去视图,该组件包括设置在控制轴圆孔内的控制轴以控制废气门;
[0011] 图8是一个组件的示例的截去视图,该组件包括设置在控制轴圆孔内的控制轴从而控制可变几何形状机构;以及
[0012] 图9是钝头体的特征和构造的示例的一系列简图以及压力-发动机速度绘图的示例。

具体实施方式

[0013] 涡轮增压器经常被用于增加内燃发动机的输出。参照图1,涡轮增压系统100的示例包括内燃发动机110和涡轮增压器120。如在图1中所示,系统100可以是车辆101的一部分,其中系统100被设置在发动机舱中并被连接到废气导管103,废气导管103引导废气到废气出口109,废气出口109例如定位在乘客舱105后面。在图1的示例中,可提供处理单元107以处理废气(例如,通过分子的催化转化等减少排放物)。
[0014] 在图1的示例中,内燃发动机110包括发动机缸体118,其包含一个或多个燃烧室,这些燃烧室用于驱动轴112(例如,通过活塞)。如图1中所示,进气端口114提供了流动路径供空气进入发动机缸体118,而排气端口116提供了流动路径供废气离开发动机缸体118。
[0015] 涡轮增压器120用于从废气中提取能量并提供能量给进气空气,该空气可与燃料混合来形成燃烧气体。如在图1中所示,涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、用于压缩机叶轮125的压缩机壳体组件124、用于涡轮机叶轮127的涡轮机壳体组件126、另一壳体组件128和废气出口136, 废气出口136例如可与车辆101的废气导管103流体连通。壳体组件128可被称为中间壳体组件,因为其被设置在压缩机壳体组件124和涡轮机壳体组件126之间。轴122可以是包括多个部件的轴组件。轴122可由设置在壳体组件128内(例如,在由一个或多个孔壁限定的圆孔内)的轴承系统(例如,轴颈轴承、滚子轴承等)可旋转地支撑,使得,涡轮机叶轮127的旋转引起压缩机叶轮125的旋转(例如,由于通过轴122可旋转地联接)。作为示例,中间壳体旋转组件(CHRA)可包括压缩机叶轮125,涡轮机叶轮127,轴122,壳体组件
128和各种其它的部件(例如,设置在压缩机叶轮125和壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
[0016] 在图1的示例中,可变几何形状组件129被示出为部分地被设置在壳体组件128和壳体组件126之间。这种可变几何形状组件可包括定子叶片或其它部件来改变通道的几何形状,该通道通向涡轮机壳体组件126内的涡轮机叶轮空间。作为示例,可变几何形状压缩机组件可被提供。
[0017] 在图1的示例中,废气门阀(或,简称为废气门)135被定位成最接近涡轮机壳体组件126的废气进口(例如,在涡轮机叶轮127的上游)。废气门阀135可被控制以允许至少一些来自排气端口116的废气绕过涡轮机叶轮127。各种不同的废气门、废气门部件等可被应用到传统固定喷嘴涡轮机、固定定子叶片喷嘴涡轮机、可变喷嘴涡轮机、双涡旋涡轮增压器等。
[0018] 在图1的示例中,废气再循环(EGR)导管115也被示出,其可被任选地设置有一个或多个阀117,例如,以允许废气流到在压缩机叶轮125上游的位置。
[0019] 图1还示出了示例布置150用于使废气流到废气涡轮机壳体组件152和另一示例布置170用于使废气流到废气涡轮机壳体组件172。在布置150中,气缸盖154包括在其内的通道,用于将来自气缸的废气引导向涡轮机壳体组件152,而在布置170中,歧管176用于实现涡轮机壳体组件172的安装,例如,没有任何单独的、中间长度的废气管道系统。在示例布置150和170中,涡轮机壳体组件152和172可被构造成与废气门、可变几何形状组件等一起使用。
[0020] 在图1中,控制器190的示例被示出为包括一个或多个处理器192、存储器194和一个或多个接口196。这种控制器可包括电路系统,例如发动机控制单元(ECU)的电路系统。如本文所描述,可联合控制器任选地实施各种方法或技艺,例如,通过控制逻辑。控制逻辑可依赖于一个或多个发动机操作条件(例如,涡轮rpm、发动机rpm、压力、温度、载荷、润滑剂、冷却等)。例如,传感器可通过一个或多个接口196传输信息到控制器190。控制逻辑可依赖于这些信息,并且进而控制器190可输出控制信号以控制发动机操作。控制器190可被构造成控制润滑剂流、温度、压力、可变几何形状组件(例如,可变几何形状压缩机或涡轮机)、废气门(例如,通过致动器)、电动马达、或与发动机、涡轮机增压器(或多个涡轮增压器)相关联的一个或多个其它部件、等等。
[0021] 图2示出了组件200的示例的俯视图,该组件包括各种不同的涡轮机组件部件202,该组件可与可变几何形状控制器250一起被联接到中间壳体,可变几何形状控制器250可被可操作地联接到ECU(例如,见图1的控制器190)。还示出了各种不同的部件的剖面图。在图2的示例中,组件200包括控制轴270,控制轴270将外控制臂260与内曲柄臂280互连。如在图2中所示,控制轴270被设置在部件206的控制轴圆孔207内,其中控制轴圆孔207在废气环境和周围环境或空气环境之间延伸。废气环境可具有压力P1,而空气环境可具有压力P0。在操作期间,压力P1可超过压力P0,并且所产生的压差(P1-P0)可起到驱动力的作用,以实现了废气从废气环境通过在控制轴圆孔207内的一个或多个间隙向空气环境的泄漏。
[0022] 在图2的示例中,多个定子叶片(例如见,标为210的单独定子叶片)可通过控制轴270的旋转被调节,以改变环形流动截面的几何形状,该截面由涡轮机壳体204(例如,任选地,插入件)和环形喷嘴环220限定。定子叶片的环形布置、涡轮机壳体204和环形喷嘴环220限定了多个喷嘴以供来自至少部分地由涡轮机壳体204限定的涡壳的废气穿过并到达涡轮机叶轮202。虽然图2的示例包括十一个定子叶片,但是其它的示例可包括不同数量的定子叶片,或者如已经提及的,使用不同的机构来改变会聚流动截面(例如,朝着涡轮机叶轮径向会聚)的几何形状。
[0023] 在图2的示例中,定子叶片210被支撑在定子叶片轴222上,其形成了定子叶片210的旋转轴线,该轴线具有纵向方向,该纵向方向在涡轮机壳体204的基本上平坦的表面和环形喷嘴环220的基本上平坦的表面之间延伸,并且大体上平行于涡轮机叶轮202的旋转轴线。
[0024] 定子叶片210被示出为具有细长的泪滴或楔形形状。定子叶片210的前缘可被朝着上游定向,迎着环形流动截面中的废气流,并且定子叶片210的尾缘可朝着下游定向。定子叶片210的具体细节是作为示例给出的,因为可以使用具有另一合适形状的定子叶片。
[0025] 在图2的示例中,定子叶片210通过其定子叶片轴222被连接到定子叶片臂224,例如,通过焊接、眼窝铆接等,使得定子叶片210、其定子叶片轴222、和其叶片臂224能作为整体一起移动。如所示,叶片臂224包括扩大的内端,其限定了用于接收定子叶片轴222的眼,由此叶片臂224被连接到定子叶片210的中间部分。在图2的示例中,叶片臂224包括定子叶片臂轴,该轴连接叶片臂的内端到其圆形外端球形把手。如所示,齐一环230包括多个座,其中每个座都接收定子叶片臂的外端球形把手(例如,见,叶片臂224)。座允许外端球形把手的一些动作(例如旋转),但是可在一定程度上固定外端球形把手。
[0026] 关于在图2的示例中的组件200的各种部件之间的协作,环形喷嘴环220安装在涡轮机壳体204和中间壳体或部件206之间,这可以是背板等。O形环或其它密封部件212、213可被用于在环形喷嘴环220和一个或多个其它部件(例如,涡轮机壳体204和部件206)之间形成密封。
[0027] 在图2的示例中,定子叶片的调节可发生在齐一环230围绕其轴线旋转时,该轴线通常与涡轮机叶轮202的旋转轴线一致。更具体地说,齐一环230的旋转,由于定子叶片臂通过它们在座内的可移动的接合被枢转地附接到其上,允许调节定子叶片的旋转位置。通过调节定子叶片的旋转位置,可调整环形流动截面内的通道面积。例如,通道面积可通过在将叶片与涡轮机叶轮202的切向方向对准的方向上移动定子叶片而减小;相反,通道面积可通过在将定子叶片与涡轮机叶轮202的径向方向对准的方向上移动定子叶片而增大。以这种方式,通过定子叶片的移动,可改变流动(例如,压力、速度、流率)。流动的改变可进而影响涡轮增压器的性能,并因此影响发动机性能。因此,图2的示例中,可调节定子叶片以优化发动机性能。
[0028] 关于可变几何形状涡轮机的控制,在图2的示例中,通过被操作地连接到齐一环230的曲柄机构控制定子叶片。该曲柄机构包括操作地连接到控制单元250的控制杆255和控制臂260,该臂操作地连接到控制轴270,控制轴270操作地连接到曲柄臂280。如所示,曲柄臂280被操作地连接到齐一环230。在图2的示例中,控制杆255可平移以引起控制轴270的移动,这可引起曲柄臂280的移动,这可进而引起齐一环230和定子叶片的旋转。
[0029] 用于控制图2的可变几何形状涡轮机部件的控制器250可包括处理器和内存,其中内存存储由控制中使用的信息,以能实现控制、增强诊断(例如,黑匣子)等。在图2的示例中,控制器250可包括致动器(例如,真空致动器、电子致动器、液压致动器等)以移动控制杆255,其中控制杆255的移动引起环形流动截面的几何形状改变(例如,通过定子叶片的移动)。控制器250任选地包括位置传感器以促进控制或确定定子叶片位置。例如,在定子叶片位置不容易从致动器推断时,可使用位置传感器来感测控制部件的位置(例如,控制杆255、控制臂260、控制轴270、曲柄臂280、齐一环230、定子叶片210等)以由此确定定子叶片位置。
[0030] 如所述,控制轴270在定位在控制轴圆孔207内时在两个环境之间延伸,其中一个环境可具有比另一个环境更高的操作压力(例如,P1>P0)。因此,在图2的装置的操作期间,控制轴270,当定位在控制轴圆孔207内时,被暴露给压力梯度。更高压力环境P1被称为废气环境,其可与废气气体直接接触,而较低压力环境P0被称为周围环境或空气环境,其通常不与废气气体直接接触(例如,除非发生从废气环境到周围环境的不期望的泄漏)。
[0031] 图3示出了组件300的示例,该组件包括中间壳体301和带有废气门380的涡轮机壳体组件320。在图3的示例中,废气门380被操作地连接到控制轴370,控制轴370定位在涡轮机壳体组件320的控制轴圆孔327内。在涡轮增压器的操作期间,控制轴370被暴露给可具有压力P1的废气环境和可具有压力P0的周围环境或空气环境,其中P1可大于P0。如所示,控制轴370被定位在控制轴圆孔327内并且被操作地连接到控制臂360,控制臂360被操作地连接到控制杆355。在图3的示例中,控制杆355的致动可引起废气门380被相对于开口340定位,该开口340提供了废气气体旁路以使废气绕过涡轮机叶轮空间。
[0032] 在图3的示例中,涡轮机壳体组件320包括废气进口凸缘322,该凸缘包括通道323的开口321(例如,或多个开口)。通道323与由涡壳壁324形成的涡壳流体连通。在图3的示例中,喷嘴(例如,环形开口等)可用于实现从涡壳到涡轮机叶轮空间的废气流,在这种情况下开口326用于实现从涡轮机叶轮空间到室345的废气流,室345例如至少部分地由室壁346和室地板348形成。
[0033] 如在图3的示例中所示,开口340存在于室地板348中并且可由废气门380(例如,废气门380的塞部382)响应控制轴370在控制轴圆孔327中的旋转而覆盖。例如,控制轴370可延伸到废气门臂384(见虚线),废气门臂384将控制轴370连接到废气门380的塞部382。在这样的示例中,控制轴370绕控制轴轴线zs的旋转可将废气门380的塞部382相对于开口340定位在打开位置或关闭位置。在打开位置,通道323通过室地板348中的开口340与室345流体连通。在打开位置,通过废气进口凸缘322的开口321接收的废气可绕过由涡壳壁324形成的涡壳。
[0034] 在图3的示例中,室壁346延伸到凸缘部328以限定废气出口开口349。无论室345是通过开口340或是开口326接收的废气都可通过废气出口开口349离开涡轮机壳体组件320。作为示例,导管可通过附接机构被附接到凸缘部328,例如,该附接机构可与开口325-1、
325-2、325-3和325-4协作。由该导管(例如,从废气出口开口349)接收的废气可流到设备,例如催化转化器、消声器(例如,吸音器)等,并且最终流到周围或空气环境(例如见,图1的车辆101),周围或空气环境可例如处于压力P0。
[0035] 对于诸如图2和图3中的组件,已知废气从设置在控制轴圆孔中的控制轴周围泄漏,在这种情况下控制轴圆孔延伸在废气环境和空气环境之间,这两个环境之间有压差。为了减少泄漏,控制轴可被沿着轴衬定位在控制轴圆孔内,该轴衬例如有助于形成在定位在控制轴圆孔内的控制轴周围的密封件。
[0036] 当轴直径减小时,这种方法往往变得低效;注意到更小的轴直径可具有操作优点,例如,在最小化迟滞方面(例如,沿一个方向转动该轴所需要的力不同于沿相反方向转动该轴所需要的力)。密封小直径轴的特定问题与密封环(例如,活塞环)有关。例如,弹性问题可在环直径减小时更有问题,因为用于活塞环构造的材料往往具有适合于更大直径的弹性。
[0037] 为了减少从废气环境向空气环境的泄漏,作为示例,可提供导管,该导管具有的压力小于废气环境的压力并且小于空气环境的压力。在这个示例中,废气可从废气环境流向导管,这可减少从废气环境向空气环境的废气泄漏。
[0038] 图4示出了组件400的示例、在钝头体周围的流动的简图405的示例、和钝头体周围的压力相对于位置和雷诺数的绘图407的示例。
[0039] 关于雷诺数,作为示例,对于约为1.2kg/m3的废气密度、约为0.075米的特征长度(例如,约3英寸)和约3 x 10-5 kg/m-s (例如约400度C)的动态粘度,作为速度(v)的函数的雷诺数将是约27000×v。在前面函数的情况下,为了使流动保持为完全层流,废气速度将必须是约0.08m/s。因为内燃发动机的排气系统(例如见图1)中的废气速度往往即使在怠速时都会更高,所以废气流在运行期间往往是湍流。
[0040] 在图4中,简图405参照坐标系示出了湍流流动中的钝头体,该坐标系的原点在钝头体的中心,使得钝头体上的表面位置可参照从0度到360度范围内的角度来描述。在绘图407中,时间平均压力(Cp)在0度(即,360度)最大。当雷诺数(Re)增加时,在180度处的压力减小。具体来说,在范围从约45度到约315度的角度上的钝头体表面附近存在抽吸。另外,对于各种不同的雷诺数,表面压力最小值存在于约90度和约270度处,并且当雷诺数增加时,表面压力最小值存在于约180度处。因此,按照图4的示例,钝头体周围的湍流流动可产生抽吸压力。
[0041] 在图4的示例中,钝头体490被定位在涡轮机叶轮402上的一定距离处(例如,高于涡轮机叶轮空间)。如所示,钝头体490包括开口491,该开口背离涡轮机叶轮402(例如,背离涡轮机叶轮空间)。钝头体490具有内腔493,使得流体可流动通过钝头体490并通过开口491离开钝头体490。在这个示例中,压力P2可在内腔493中产生,该压力小于废气环境的压力P1并且小于周围或空气环境的压力P0。对于组件400,在钝头体490定位在涡轮机叶轮402上方的情况下,可产生并实施压力P2以改变在组件400的另一部分处的压力。
[0042] 关于钝头体490的位置,在图4的示例中,其被示出为位于在涡轮机叶轮402上方的区域(例如见虚线椭圆)中的距离涡轮机叶轮402距离 处,在这种情况下方向z对应沿着涡轮机叶轮402的旋转轴线的方向。
[0043] 在图4的示例中,组件400包括涡轮机壳体420(例如,或壳体组件)、废气导管450、控制臂460、控制轴470和废气门480。涡轮机壳体420可以是铸造壳体,其包括安装部441用于安装涡轮机壳体420到部件,例如中间壳体;在废气进口凸缘422中的开口421;与开口421流体连通的通道423;形成涡壳以引导废气到涡轮机叶轮402的涡轮机叶轮空间443的涡壳壁424;用于附接机构的开口425-1、425-2、425-3;通向涡轮机叶轮空间443的开口426;用于接收控制轴470的控制轴圆孔427;用于连接涡轮机壳体420到废气导管(例如,废气导管450)的凸缘部428;废气出口开口429;废气门开口440;和至少部分地由室壁446和室地板
448限定的室445,其中废气可从室445流过废气出口开口429并到达导管,该导管经由附接机构被附接到涡轮机壳体420,该附接机构与开口425-1、425-2、425-3(例如,和任选地其它开口)协作。作为示例,螺纹杆可被开口425-1、425-2、425-3接收,其中螺母可被螺接到螺纹杆上以附接另一部件或多个部件(例如,导管、导管和垫圈、等)。
[0044] 在图4的示例中,废气导管450包括限定通道455的导管壁454。如所示,废气导管450包括凸缘458,该凸缘可包括各种开口457-1、457-2和457-3,这些开口可与附接机构协作以附接废气导管450到另一部件,例如涡轮机壳体420。在图4的示例中,废气导管450包括开口459,该开口可接收流体以流到通道455。如所示,废气可从室445通过涡轮机壳体420的开口429和废气导管450的开口459流到通道455。
[0045] 在图4的示例中,钝头体490在通道455中被定位在涡轮机叶轮空间443(例如,或涡轮机叶轮402)上方的一定距离处。在运行期间,涡轮机壳体420的废气进口凸缘422的开口421可接收废气,废气通过开口440、开口426或这两者流到室445,并且此后遇到钝头体490。
作为示例,当废气流遇到钝头体490时,开口491用于建立抽吸压力,该压力引起流体流入内腔493并到达通道455(例如,假设内腔493具有一个或多个开口来接收该流体)。
[0046] 图5示出了组件500的示例的各种不同的视图,组件500包括涡轮机壳体520(例如,或者涡轮机壳体组件)、废气导管550和钝头体590。组件500的各种不同的特征可参照图4的组件400的各种不同的特征来理解。
[0047] 在图5的示例中,当组装好时,组件500连接涡轮机壳体520的室545与废气导管550的通道555。在运行期间,室545可具有废气压力P1而钝头体590可产生压力P2,该压力小于P1并且小于周围或空气环境的压力P0。在图5的示例中,钝头体590包括在尖端或端部592中的开口591,其中开口591与内腔593流体连通(例如,开口591是内腔593的开口)。安装部595将钝头体590安装到废气导管550并且用于实现钝头体590在通道555中的定位。如所示,钝头体590在通道555中的位置对应在涡轮机叶轮502上方的位置。以这种方式,废气可流动并遇到钝头体590并在内腔593中产生压力P2,其中压力P2小于室545中的压力P1并且小于在涡轮机壳体520周围的环境的压力P0。
[0048] 图6示出了内腔的各种示例610、630和650的横截面视图,该内腔可提供压力,该压力可用于相对于圆孔内的一个或多个空间减少压力。在图6的示例中,圆孔用于实现控制轴的定位,因此,圆孔可被称为控制轴圆孔(例如,考虑带有圆柱形轴的圆柱形圆孔)。
[0049] 在图6的示例610中,结构612限定了轴614的圆孔613以及空间615和相交圆孔616,其中内腔617与设置在通道中的钝头体619流体连通,由此通道中的流动能在内腔617中产生压力P2,该压力P2可用于从空间615提取流体(例如,部分地通过相交圆孔616)。
[0050] 在图6的示例630中,结构632限定了轴634的圆孔633以及空间635,其中内腔637与设置在通道中的钝头体639流体连通,由此通道内的流动能在内腔637中产生压力P2,该压力用于从空间635提取流体。如所示,内腔637可延伸进入轴634,其中沿着设置在圆孔633内的轴634的一部分有一个或多个开口。
[0051] 在图6的示例650中,结构652限定了轴654的圆孔653以及空间655,其中内腔657与设置在通道中的钝头体659流体连通,由此通道内的流动能在内腔657中产生压力P2,该压力用于从空间655提取流体。如所示,内腔657可延伸进入轴654,其中沿着设置在圆孔653内的轴654的一部分有一个或多个开口。
[0052] 图7示出了组件700的示例,该组件包括壳体720,该壳体带有在废气环境和周围或空气环境之间延伸的圆孔727,废气环境与室745相关联并可具有压力P1,周围或空气环境可具有压力P0。如所示,圆孔727可由圆孔轴线(zB)和圆孔半径(rB)以及沿着圆锥轴线(zB)的圆孔长度( )限定。在图7的示例中,轴770被与轴衬775一起设置在圆孔727内,并且壳体720限定了相交圆孔726,其与圆孔727相交。作为示例,轴770可由轴线(zs)和轴半径(rs)限定。轴770包括端部772和另一端部(未示出),该另一端部连接到废气门780,废气门780包括塞部782,塞部可例如通过连接到轴770的控制臂760的移动引起的在圆孔727内的轴770的旋转定位。例如,轴770可连接到废气门臂部784,其中这种连接可与废气门臂部784是一体的(例如,单一件)或通过连接机构(例如,座、螺纹、焊接、等)。轴770可被构造成绕着其轴轴线(zs)旋转一定度数( ),这可基本上与圆孔轴线(zB)对准。例如,轴770在圆孔727内旋转约30度可用于实现将塞部782从全打开位置相对于开口移动到关闭位置。
[0053] 在图7的示例中,导管796包括内腔797,其中导管796的端部799延伸进入通向圆孔727的相交圆孔726或者以其它方式用于实现在内腔797和圆孔727之间的流体连接。作为示例,导管796的端部799可延伸进入圆孔727并进入轴衬775的缺口778以与由轴衬775的内环形槽779限定的空间779流体连通。以这种方式,在内腔797提供了小于压力P1并小于压力P0的压力P2的情况下,来自室745并且可能来自空气环境的流体可流到内腔797。因此,可减少(例如,或者基本上消除)从废气环境到空气环境的废气流动。
[0054] 如在图7的示例中所示,导管796可连接到钝头体790(例如,任选地是钝头体790的一体部分),使得内腔797与钝头体790的内腔793流体连通。钝头体790可包括位于钝头体的端部792的开口791(或多个开口),其中开口791是内腔793的开口。在开口791被定向为远离流体流动方向的情况下,在钝头体790周围的流动能产生抽吸,该抽吸可引起流体流过内腔793,并且通过开口791离开钝头体790。因此,在图7的示例中,钝头体790可响应于流体流动提供压力,其中该压力可被用于减少与设置在圆孔内的轴有关的废气泄漏。
[0055] 作为示例,钝头体790可由具有直径(dt)的管形成,其中该管被以一定角度切割,使得内腔793具有带有椭圆周长的开口791。在这个示例中,开口791可由长轴(a)和短轴(b)限定。作为示例,短轴(b)与长轴(a)的比可取决于平面相对于管的中心旋转轴线的角度。另外,开口(例如,开口791)的横截面面积可部分地基于这个角度,例如,以及一个或多个内腔尺寸(例如,考虑内腔内径)来选择。
[0056] 在图7的示例中,轴衬775被示出带有各种不同的线和箭头,以指示相对于轴衬轴线(zb)和径向坐标方向(rb)的尺寸。例如,在图7中示出的是内径(ri)、外径(ro)、长度()、缺口长度( )、缺口径向深度( )和缺口开口角度( )。作为示例,轴衬可被形成为带有一个或多个缺口的圆柱,该缺口可在圆孔内形成一个或多个空间,圆孔被构造成接收装配有轴衬的轴。在这个示例中,轴衬可用于物理地减少流体泄漏并且形成一个或多个空间,该空间可受减小的压力支配,该减小的压力用于提取可能要泄漏的流体。
[0057] 如在图7的示例中所示,轴770和轴衬775的轴线基本上与圆孔727的轴线对准。在轴770、轴衬775和圆孔727之间存在各种不同的径向间隙,这些间隙可随时间并且,例如,相对于轴770在圆孔727内的旋转位置而变化。作为示例,当轴770在圆孔727内被旋转(例如,在由轴衬775支撑时)以将塞部782相对于废气门开口定位在打开位置时,压差会增加。在这个示例中,废气可在轴770和轴衬775之间的间隙中从圆孔727的废气侧流到轴衬775的缺口空间,在这种情况下在导管796的端部799处的内腔797中提供了减小的压力,使得在间隙中流动的废气流到导管796的内腔797。作为示例,减小的压力可通过钝头体790产生,该钝头体790具有内腔793,该内腔与导管796的内腔797流体连通。而且,在导管796的内腔797中流动的废气可被通过通向钝头体790的内腔793的开口791排空到废气通道。以这种方式,通过圆孔727(例如,在轴770的外表面和轴衬775的内表面之间)的废气泄漏可被改向,而不是流到圆孔727的外端部(例如,在轴770的外表面和轴衬775的内表面之间);注意到通过圆孔的外端部的废气流可能是有害的。具体来说,从组件的不期望的废气泄漏可使得装配有该组件的内燃发动机更加难以满足排放标准。
[0058] 在图7的示例中,废气可被改向到废气通道,该废气通道例如通向处理单元,例如催化转化器或其它废气气体处理设备(例如见图1中的车辆101)。在车辆包括安装在乘客舱前方的内燃发动机的情况下,例如图7中的布置(例如,或者本文中描述的各种不同的其它示例),废气可被改向到废气通道,该废气通道带有在乘客舱后面的出口,以由此减少废气泄漏进乘客舱的风险(例如,以减少从发动机室向乘客舱的废气泄漏)。因此,作为示例,减少从组件的废气泄漏的钝头体方法可改善排放并改善乘客舱的安全性。
[0059] 作为示例,在废气包含颗粒物质的情况下,用于接收控制轴的圆孔可包括减压机构,该机构用于减少颗粒物质在圆孔内的沉积。例如,在颗粒物质可能会增加表面(例如,圆孔和轴衬表面、圆孔和轴表面、轴和轴衬表面等)之间的摩擦(例如,通过减少间隙、通过改变表面性质等)的情况下,导管(例如,导管796)的减小的压力可有助于降低颗粒物质的沉积、累积等。
[0060] 图8示出了组件800的示例,该组件包括壳体806,该壳体带有在废气环境和周围或空气环境之间延伸的圆孔807,废气环境与室805相关联并可具有压力P1,周围或空气环境可具有压力P0。在图8的示例中,轴870与轴衬875一起设置在圆孔807中,部件806限定了与圆孔807相交的相交圆孔809。轴870包括端部872和连接到臂880的另一端部871,该臂可以是用于控制可变几何形状机构的臂,臂880可例如通过连接到轴870的控制臂860的移动引起的轴870在圆孔807中的旋转定位。
[0061] 在图8的示例中,导管896包括内腔897,其中导管896的端部899延伸进入通向圆孔807的相交圆孔809或者以其它方式用于实现在内腔897和圆孔807之间的流体连接。作为示例,导管896的端部899可延伸进入圆孔807并进入轴衬875的缺口878以与部分地由设置在圆孔807内的一个或多个部件限定的空间流体连通。以这种方式,在内腔897提供了小于压力P1并小于压力P0的压力P2的情况下,来自室805并且可能来自空气环境的流体可流到内腔897。因此,可减少(例如,或者基本上消除)从废气环境到空气环境的废气流动。
[0062] 如在图8的示例中所示,导管896可连接到钝头体890(例如,任选地是钝头体890的一体部分),使得内腔897与钝头体890的内腔893流体连通。钝头体890可包括位于钝头体的端部892的开口891(或多个开口),其中开口891是内腔893的开口。在开口891被定向为远离流体流动方向的情况下,在钝头体890周围的流动能产生抽吸,该抽吸可引起流体流过内腔893,并且通过开口891离开钝头体890。因此,在图8的示例中,钝头体890可响应于流体流动提供压力,其中该压力可被用于减少与设置在圆孔内的轴有关的废气泄漏。
[0063] 在图8的示例中,轴衬875可被形成为带有一个或多个缺口的圆柱,该缺口可在圆孔内形成一个或多个空间,圆孔被构造成接收装配有轴衬的轴。在这个示例中,轴衬可用于物理地减少流体泄漏并且形成一个或多个空间,该空间可受减小的压力支配,该减小的压力用于提取可能要泄漏的流体。
[0064] 图9示出了钝头体910、920、932、934、936、938、940、950和960的特征的各种示例以及内腔压力-以每分钟转数(RPM)为单位的发动机速度的绘图980的示例。如在图9中所示,钝头体可包括一个或多个开口。例如,钝头体910包括设置在端部912附近的开口911,其中该开口与钝头体910的内腔913流体连通。作为另一示例,钝头体920包括设置在钝头体920的端部922附近的开口921-1、921-2和921-3,其中开口921-1、921-2和921-3与钝头体920的内腔923流体连通。
[0065] 图9示出了钝头体的横截面的各种示例932、934、936、938和940。在图9的示例中,横截面932、934、936、938和940是参照即将流到相应的内腔933、935、937、939和941的流体流和压力流示出的。这种流可通过一个或多个开口。作为示例,开口可被至少部分地基于经过钝头体的流动剖面来定位(例如,设置)。例如,可提供与撞击到钝头体上的流速有关的在钝头体周围的压力剖面的数据。在这个示例中,一个或多个开口可被定位在对应一个或多个低压的一个或多个地点。
[0066] 再次参照图4的绘图407,在某些雷诺数,圆柱形表面具有在约90度和约270度处的压力最小值;不过,当雷诺数增加时,压力的最小值存在于约180度处。作为示例,钝头体的一个或多个开口可至少部分地基于撞击在钝头体上的流动的预期一个或多个雷诺数来定位。作为示例,压力可被认为与可能增加废气泄漏风险的流动有关(例如,雷诺数)作为示例,开口可被像示例936、938和940中那样定位,在这种情况下,压力最小值不存在在约180度处,而是在这种情况下存在多个压力最小值(例如,关于钝头体对称地)。作为示例,开口可被像在示例932和934那样定位,在这种情况下压力最小值存在于约180度处。作为示例,钝头体可包括在约180度处的开口以及其它开口(例如,如在示例932中的开口和如在示例940中的开口)。在这种示例中,压力最小值对于高雷诺数可存在于在约180度处的开口处并且对于更低的雷诺数可在其它开口处存在多个压力最小值。以这种方式,钝头体可被构造成带有多个开口,以在一定范围的雷诺数上在钝头体的内腔内提供减小的压力(例如,在这种情况下,钝头体周围的压力剖面取决于雷诺数)。
[0067] 图9示出了钝头体950和960的示例,它们带有通过角度形成的端部952和962。作为示例,角度可以是选自从约75度到约0度(例如,垂直于钝头体的轴线的平坦端部)的角度范围。对于钝头体950和960,内腔外形可以是细长形状(例如,椭圆形、椭球形、等),使得当角度增加时,通向内腔的开口的面积也增加。
[0068] 关于图9的绘图980,它代表了诸如图5的组件500的钝头体590的钝头体的试验数据。使用各种钝头体特征、构造等进行了各种试验。作为示例,使用装配有Garrett® GT2502 S 涡轮增压器的3升柴油发动机进行试验。钝头体是用管子形成的,例如,该管子具有约2mm和约4mm的内径(例如,内腔)。关于管子的端部的角度,试验了各种角度。关于钝头体的位置和取向,试验了各种位置和取向。
[0069] 试验数据指出存在随着切割角度减小而压力减小的趋势。作为示例,对于切割角度中的约15度的改变,观察到约10毫巴量级的差别。在试验中,钝头体被沿着其轴线旋转以检验其开口相对于从涡轮机叶轮的废气流的方向的取向。试验数据指出钝头体取向为近似垂直与涡轮机叶轮轴线但远离流动方向(远离来流)时有合适的抽吸。
[0070] 作为示例,试验定位并定向钝头体并且将钝头体的内腔连接到圆孔,该圆孔内设置有废气门控制轴和轴衬。对于所检验的各种操作条件,当存在低于大气压(例如,周围环境)的抽吸压力时,观察到有效的密封。作为示例,钝头体可被相对于流动流例如与压缩机相关联(例如,进口、出口、内部、等)的流动流来定位。在这个示例中,通过放置钝头体所实现的压力可被用于减少窜气。作为示例,可出于一个或多个目的定位一个或多个钝头体。
[0071] 作为示例,方法可包括提供沿着轴衬的内径的槽,轴的外径或这两者(例如,以限定空间)以及将该空间与定位在废气流动流(例如,或者其它的湍流流动源,能够建立足够的抽吸)内的钝头体的内腔连接。作为示例,钝头体可由诸如不锈钢的材料制造。作为示例,导管的一部分可通过铸造形成,例如,在壳体的铸造期间,该壳体例如是包括圆孔的涡轮机壳体。作为示例,钝头体的地点可被优化并且可优化一个或多个空间以利用由流过钝头体的流动建立的抽吸压力。作为示例,优化可基于废气中的背压、温度等而发生。
[0072] 如所述,涡轮机壳体废气门组件可易发生未处理的废气气体的泄漏,这是因为在设置在涡轮机壳体的圆孔内的轴和轴衬之间可用的间隙。在这个示例中,轴衬可被构造成在高温下提供废气门机构的合适动力学(例如,弹性、膨胀、收缩等)。作为示例,可提供多个部件(例如,轴衬、环、等)以实现合适的操作特征。作为示例,来自钝头体的抽吸压力可被利用以减小通过定位在壳体的圆孔内的轴和轴衬组件的泄漏,在这种情况下泄漏的减少可有助于满足严格的排放标准。
[0073] 作为示例,抽吸压力可有助于减少旋转部件在圆孔中咬死的风险,例如通过减少操作期间的烟灰沉积。例如,装配有涡轮增压器的柴油发动机可包括废气门,该废气门带有设置在控制轴圆孔内的控制轴,其中存在柴油废气穿过控制轴圆孔内的一个或多个间隙的风险(例如,相对于轴、轴衬、环等的间隙)并且在这种情况下抽吸压力可有助于减少柴油废气中的颗粒物质在该一个或多个间隙中的沉积。这个示例可有助于改善废气门的控制机构的效率和可靠性。虽然前面示例提及了废气门,但是可变几何形状机构的控制轴或者另一机构的控制轴可受益于这种抽吸压力(例如,通过在流动流中定位钝头体来实现,在这种情况下钝头体包括不面对来流的一个或多个开口)。
[0074] 作为示例,系统可包括涡轮机壳体,其限定了涡轮机叶轮空间、与涡轮机叶轮空间流体连通的废气室和从废气室延伸到涡轮机壳体的外表面的控制轴圆孔;可定位在涡轮机叶轮空间上方的钝头体,其中钝头体包括开口和与该开口流体连通的内腔;以及可连接以实现涡轮机壳体的控制轴圆孔和钝头体的内腔之间的流体连通的抽吸导管。在这个示例中,涡轮机壳体可限定与废气室流体连通的废气门开口,并且在这种情况下控制轴圆孔被构造成接收废气门控制轴。
[0075] 作为示例,系统可包括由涡轮机壳体限定的控制轴圆孔,在这种情况下控制轴圆孔被构造成接收可变几何形状机构控制轴。
[0076] 作为示例,废气导管可被连接到涡轮机壳体,在这种情况下废气导管限定了废气通道并且在这种情况下钝头体可在废气通道内定位在涡轮机叶轮空间上方。在这个示例中,钝头体的开口可被定位在涡轮机叶轮空间的上方并且可被定向为远离涡轮机叶轮空间。
[0077] 作为示例,涡轮机壳体可限定与控制轴圆孔相交的相交圆孔。在这个示例中,抽吸导管可被连接以实现从控制轴圆孔通过相交圆孔到钝头体的内腔的流体连通。作为示例,这个相交圆孔可被构造成接收抽吸导管的端部(例如,更大直径、螺纹、等)。作为示例,抽吸导管的端部可延伸进入控制轴圆孔。
[0078] 作为示例,系统可包括控制轴和轴衬,在这种情况下控制轴和轴衬被至少部分地设置在控制轴圆孔内。在这个示例中,轴衬可包括凹部(例如,环形槽等)并且抽吸导管可被连接以实现在凹部和钝头体的内腔之间的流体连通(例如,钝头体可定位在湍流流动流中以产生内腔中的抽吸压力)。在这个示例中,轴衬可包括缺口,该缺口构造成接收抽吸导管的端部。
[0079] 作为示例,涡轮增压器可包括具有通孔的中间壳体组件;操作地联接到中间壳体组件的压缩机壳体组件;操作地联接到中间壳体组件的涡轮机壳体组件,在这种情况下涡轮机壳体组件限定了涡轮机叶轮空间,与涡轮机叶轮空间流体连通的废气室和从废气室延伸到涡轮机壳体组件的外表面的控制轴圆孔;设置在涡轮机叶轮空间的涡轮机叶轮;连接到涡轮机叶轮的轴,该轴可旋转地支撑在中间壳体组件的通孔内;设置在涡轮机壳体组件的控制轴圆孔内的控制轴;定位在涡轮机叶轮上方的钝头体,在这种情况下钝头体包括开口和与该开口流体连通的内腔;以及被连接以实现涡轮机壳体组件的控制轴圆孔和钝头体的内腔之间的流体连通的抽吸导管。在这个示例中,涡轮增压器可包括设置在控制轴圆孔内至少部分地围绕控制轴的轴衬。
[0080] 作为示例,前述涡轮增压器可包括由涡轮机壳体组件限定的废气门开口,废气门开口与废气室流体连通,和控制轴,该控制轴可在控制轴圆孔内绕旋转轴线旋转以相对于废气门开口将废气门塞定位在关闭位置和打开位置。替换地或附加地,前述涡轮增压器可包括可变几何形状机构,在这种情况下控制轴可在控制轴圆孔内绕旋转轴线旋转以调节可变几何形状机构(例如,考虑VNT机构)。
[0081] 作为示例,方法可包括通过在来流湍流流体流内提供钝头体来产生抽吸压力,在这种情况下钝头体包括背离来流湍流流体流动流的开口和与该开口流体连通的内腔;以及通过提供导管以实现在控制轴圆孔和钝头体的内腔之间的流体连通来应用抽吸压力到涡轮增压器的控制轴圆孔。在这个方法中,来流湍流流体流可包括废气(例如,来自内燃发动机的废气)。作为示例,方法可包括应用抽吸压力以减少从废气室到周围环境的废气泄漏。作为示例,来流湍流流体流可以是离开具有其内设置的涡轮机叶轮的涡轮机叶轮空间的废气。
[0082] 作为示例,一个或多个钝头体可被实施(例如,设置在流动流内)在两级涡轮增压器系统内以减少通过控制轴(例如,用于阀的控制,等)的圆孔的流体的泄漏等。
[0083] 作为示例,组件可包括设置在导管、通道等内的一个或多个钝头体,以提供减小的压力,该减小的压力要被应用到圆孔以减少咬死的风险,该咬死是由于至少部分地设置在圆孔内的轴衬、轴等周围的热变化的减小。作为示例,如果发生涡轮机侧润滑剂泄漏,这个减小的压力可被应用到组件以减小通过废气门控制轴的润滑剂(例如,油)的泄漏。
[0084] 作为示例,组件可包括钝头体、导管和形成的用于建立减小的压力和将该减小的压力传递给一个或多个间隙(例如相对于圆孔、轴衬、轴等)的特征(例如,铸造特征、机加工特征等)。
[0085] 尽管已经在附图中图示了并在前面的具体描述部分中描述了方法、设备、系统、布置等的一些示例,但是应该理解的是,所公开的示例性实施例不是限定性的,而是能够进行数种重新布置、改进和替换。