渦輪增壓器壓縮機(jī)噪聲減少系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦輪增壓器和方法。該渦輪增壓器包括具有進(jìn)口端和出口端的外殼。外殼內(nèi)的流動通道具有基本連續(xù)的內(nèi)表面，并且被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端流通至出口端。壓縮機(jī)葉輪位于外殼內(nèi)并且具有至少一個主葉片，并且被配置為在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)口空氣。外殼上的流動干擾特征件被配置為干擾內(nèi)表面的連續(xù)性，并且可以位于至少一個主葉片的前緣。除了經(jīng)由流動通道的連通外，流動干擾特征件對于流動通道的上游連通可以是關(guān)閉的。
【專利說明】渦輪增壓器壓縮機(jī)噪聲減少系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及利用增壓系統(tǒng)如渦輪增壓器來壓縮發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的方法和系統(tǒng)，并且特別涉及渦輪增壓器布置、方法和系統(tǒng)，其中由渦輪增壓器壓縮機(jī)產(chǎn)生的噪聲被減少。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛發(fā)動機(jī)可以包括被配置為通過使用渦輪壓縮機(jī)壓縮進(jìn)氣而迫使更多氣團(tuán)進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管和燃燒室的渦輪增壓器或機(jī)械增壓器。在一些情況下，壓縮機(jī)可以由被設(shè)置為從發(fā)動機(jī)排氣流中捕獲能量的渦輪驅(qū)動。在壓縮機(jī)的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，已知存在由嘯叫噪聲或僅嘯叫表征的噪聲、振動與不舒適性(NVH)。嘯叫狀況可能引起不期望或不可接受的NVH水平，并且也可能導(dǎo)致渦輪增壓器/發(fā)動機(jī)喘振。
[0003]已經(jīng)做出嘗試來減輕來自渦輪增壓器壓縮機(jī)的噪聲。一種嘗試包括提供小溝槽以干擾進(jìn)入渦輪增壓器的流場的邊界層。減輕渦輪噪聲的另一種嘗試在Diemer等人的美國專利申請US2010/0098532中公開。Diemer等人試圖通過提供跨越壓縮機(jī)分流葉片的前緣的凹槽來減少渦輪增壓器失速噪聲。凹槽相對于主葉片的前緣被設(shè)置在下游以便提供圍繞旋轉(zhuǎn)室的流體路徑。
[0004]最小化壓縮機(jī)噪聲的其它嘗試已經(jīng)提供各種再循環(huán)通道，其中使部分流動從下游位置經(jīng)由與主流動通道分離的通道再循環(huán)至上游位置。這種方案的一個示例在Sirakov等人的美國專利7，942，625中被公開。Sirakov提出相對于葉片前緣在下游的排出通道，其使壓縮機(jī)流體的一部分能經(jīng)由內(nèi)腔和噴射通道再循環(huán)至上游位置。
[0005]所有這些方案都沒有研究主葉片前緣區(qū)域中的壓縮機(jī)流動路徑，并且都未能有效地解決嘯叫噪聲。另外，這些方案都未把對流場具有最小影響的嘯叫噪聲的寬帶頻率范圍作為目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以提供一種渦輪增壓器，其包括具有進(jìn)口端和出口端的外殼。可以在外殼內(nèi)提供流動通道，該流動通道具有基本連續(xù)的內(nèi)表面并且可以被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端流通至出口端。壓縮機(jī)葉輪可以位于外殼內(nèi)并具有至少一個主葉片，并且被配置為在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣。流動干擾特征件可以位于外殼上并且被配置為干擾內(nèi)表面的連續(xù)性。至少一部分流動干擾特征件可以被定位成與所述至少一個主葉片的前緣基本成一直線，并且除了經(jīng)由流動通道的連通外，其對于流動通道的上游連通可以是關(guān)閉的。
[0007]在另一實(shí)施例中，流動干擾特征件是內(nèi)表面中的臺階。
[0008]在另一實(shí)施例中，所述臺階包括上游過渡部分和下游過渡部分以及在上游過渡部分與下游過渡部分之間的臺階面。
[0009]在另一實(shí)施例中，上游過渡部分和下游過渡部分中的一個或兩者包括基本方角。
[0010]在另一實(shí)施例中，上游過渡部分和下游過渡部分中的一個或兩者包括圓角。
[0011]在另一實(shí)施例中，上游過渡部分和下游過渡部分中的一個或兩者是樣條表面。[0012]在另一實(shí)施例中，所述臺階面相對于進(jìn)氣的進(jìn)入流以某一角度布置。
[0013]在另一實(shí)施例中，所述角度在O到80度之間。
[0014]在另一實(shí)施例中，所述角度近似為45度。
[0015]在另一實(shí)施例中，所述臺階包括從上游位置過渡到下游位置的連續(xù)彎曲表面。
[0016]在另一實(shí)施例中，所述臺階包括凸出元件和凹入元件。
[0017]在另一實(shí)施例中，所述凸出元件包括外角，而所述凹入部分包括內(nèi)角。
[0018]在另一實(shí)施例中，外角和內(nèi)角中的一個或更多個是圓角。
[0019]在另一實(shí)施例中，外角和內(nèi)角中的一個或更多個是被配置為從相鄰表面平滑過渡的表面。
[0020]在另一實(shí)施例中，流動干擾特征件是內(nèi)表面中的臺階，其減小流動通道的橫截面積。
[0021]在另一實(shí)施例中，所述臺階具有臺階面法線，其與流動通道的中心軸線形成在O與10度之間的角。
[0022]在另一實(shí)施例中，流動通道在橫截面處是基本圓形的，并且其中流動干擾特征件是在其中流動通道的直徑突然減小的臺階。
[0023]在另一實(shí)施例中，渦輪增壓器還包括在臺階的上游的渦流發(fā)生裝置，該渦流發(fā)生裝置被配置為將渦流施加到進(jìn)氣流。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以包括一種流動干擾特征件，其可以包括流動路徑的橫截面積的改變，當(dāng)其位于壓縮機(jī)的主葉片的前緣時可以減少嘯叫。其它實(shí)施例可以包括諧振腔，其可以被調(diào)諧以減輕某些嘯叫頻率。
[0025]實(shí)施例可以包括流動干擾特征件的組件，其可以根據(jù)以指定方式使組件與嘯叫噪聲的一個或更多個特定頻率相關(guān)的特定數(shù)學(xué)公式來設(shè)定尺寸并確定比例。以此方式，由嘯叫所限定的寬帶頻率范圍能夠被作為目標(biāo)，并且嘯叫問題被減少或減輕。
[0026]在另一實(shí)施例中，一種潤輪增壓器包括:外殼；位于外殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪，其具有主葉片并且在外殼內(nèi)可旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣；在外殼內(nèi)的流動通道，其具有被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端流通至出口端的內(nèi)表面；以及在內(nèi)表面中的臺階，其突然減小流動通道的橫截面積，并被布置為與主葉片的前緣基本成一直線。
[0027]在另一實(shí)施例中，所述臺階具有臺階面，該臺階面相對于流動通道的中心軸線形成在10與170度之間的角。
[0028]在另一實(shí)施例中，所述臺階包括環(huán)形表面，其具有與內(nèi)表面的上游部分形成圓形內(nèi)角的外直徑和與內(nèi)表面的下游部分形成圓形外角的內(nèi)直徑。
[0029]在另一實(shí)施例中，所述臺階在流動通道的區(qū)域內(nèi)，除了經(jīng)由流動通道的連通外，其對于流動通道的上游連通是關(guān)閉的。
[0030]在另一實(shí)施例中，一種渦輪增壓器包括:限定流動通道的外殼，該流動通道被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端流通至出口端；位于外殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪，其具有一個或更多個主葉片并且被配置為在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣；以及限定在流動通道內(nèi)的基本圓柱形溝槽，其具有被布置為在軸向上與一個或更多個主葉片的前緣基本成一直線的溝槽后緣。
[0031]在另一實(shí)施例中，所述渦輪增壓器還包括僅僅通過溝槽通向流動通道的腔室。
[0032]在另一實(shí)施例中，所述腔室是基本螺旋管形(toroidal)的，并且在徑向方向上位于流動通道的外部。
[0033]在另一實(shí)施例中，所述壓縮機(jī)葉輪還包括具有均位于溝槽后緣的下游的各自一個或更多個前緣的一個或更多個分流葉片。
[0034]在另一實(shí)施例中，所述腔室是基本螺旋管形的。
[0035]在另一實(shí)施例中，一種渦輪增壓器包括:位于外殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪，其具有主葉片并且被配置為在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣；在外殼內(nèi)的通道，其被配置為使進(jìn)氣經(jīng)過并具有基本連續(xù)的內(nèi)表面；以及環(huán)形特征件，其干擾位于主葉片前緣的內(nèi)表面的連續(xù)性。
[0036]在另一實(shí)施例中，除了經(jīng)由該通道的連通外，該通道在環(huán)形特征件處對于上游連通是關(guān)閉的。
[0037]在另一實(shí)施例中，所述環(huán)形特征件是臺階，其中該通道的橫截面在下游方向上被突然減小。
[0038]在另一實(shí)施例中，所述環(huán)形特征件是諧振腔，其被確定尺寸并成形為減少由壓縮機(jī)葉輪產(chǎn)生的嘯叫噪聲。
[0039]在另一實(shí)施例中，該環(huán)形特征件包括前緣表面，其進(jìn)行如下配置中的一個或更多個:在遠(yuǎn)離外殼的中心軸線的方向上徑向向外張開；在朝向外殼的中心軸線的方向上徑向向內(nèi)張開；在遠(yuǎn)離外殼的中心軸線的方向上徑向向外延伸；以及在朝向外殼的中心軸線的方向上徑向向內(nèi)延伸。
[0040]在另一實(shí)施例中，該環(huán)形特征件包括突然減小通道的橫截面的后緣臺階面，并且其中所述前緣表面是如下配置中的一個或更多個:鄰接/毗鄰所述臺階面；鄰近所述臺階面；以及與所述臺階面間隔開。
[0041]在另一實(shí)施例中，所述前緣面形成環(huán)形溝槽的上游側(cè)，而臺階面形成環(huán)形溝槽的下游邊緣。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述以便以簡化的形式介紹在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的一些概念。這并不意味著確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍通過所附權(quán)利要求唯一地確定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1是根據(jù)本公開包括渦輪增壓器的示例性車輛系統(tǒng)的示意圖。
[0044]圖2是根據(jù)本公開可以用于車輛系統(tǒng)的示例性渦輪增壓器的某些部分的剖視圖。
[0045]圖3是根據(jù)本公開示出示例性流動干擾特征件的局部放大視圖。
[0046]圖4是根據(jù)本公開示出另一示例性流動干擾特征件的局部放大視圖。
[0047]圖5是根據(jù)本公開示出另一示例性流動干擾特征件的局部放大視圖。
[0048]圖6是根據(jù)本公開示出另一示例性流動干擾特征件的局部放大視圖。
[0049]圖7是根據(jù)本公開示出另一示例性流動干擾特征件的局部放大視圖。
[0050]圖8是根據(jù)本公開可以用于車輛系統(tǒng)的另一示例性渦輪增壓器的某些部分的剖視圖。
[0051]圖9是根據(jù)本公開的渦輪增壓器的某些部分的局部側(cè)視圖，其中示出了流動通道內(nèi)部的選擇元件。[0052]圖10-14是渦輪增壓器的某些部分的更多示例的剖視圖，其中示出了各種示例角度。
[0053]圖15是示出根據(jù)本公開形成渦輪增壓器的示例性方法的流程圖。
[0054]圖16-19是示出圖15中示出的方法的示例性修改的流程圖。圖2_14近似按比例繪制，但如果需要，可以使用其他相對比率。
【具體實(shí)施方式】
[0055]圖1不出車輛系統(tǒng)6的不意圖。車輛系統(tǒng)6包括稱合到排氣后處理系統(tǒng)22的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)8。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)8可以包括具有多個汽缸30的發(fā)動機(jī)10。發(fā)動機(jī)10包括發(fā)動機(jī)進(jìn)氣裝置23和發(fā)動機(jī)排氣裝置25。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣裝置23可以包括經(jīng)由進(jìn)氣道42被流體耦合到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管44的節(jié)氣門62。發(fā)動機(jī)排氣裝置25可以包括最后通向?qū)⑴艢馑椭链髿獾呐艢獾?5的排氣歧管48。節(jié)氣門62可以被設(shè)置在如渦輪增壓器50或機(jī)械增壓器的增壓裝置下游的進(jìn)氣道42內(nèi)。渦輪增壓器50可以包括布置在進(jìn)氣道42與進(jìn)氣歧管44之間的壓縮機(jī)52。壓縮機(jī)52可以至少部分由排氣渦輪54提供動力，排氣渦輪54被布置在排氣歧管48與排氣道35之間。壓縮機(jī)52可以經(jīng)由軸桿56被耦合到排氣渦輪54。壓縮機(jī)52還可以至少部分由電動馬達(dá)58提供動力。在所述示例中，電動馬達(dá)58被顯示為I禹合到軸桿56。然而，電動馬達(dá)的其它合適配置也是可能的。在一個示例中，當(dāng)電池的充電狀態(tài)高于充電閾值時，可以使用來自系統(tǒng)電池(未示出)的存儲的電能來使電動馬達(dá)58運(yùn)行。通過使用電動馬達(dá)58來使渦輪增壓器50運(yùn)行，例如在發(fā)動機(jī)啟動時，可以向進(jìn)氣增壓裝置提供電動增壓(e-boost)。以此方式，電動馬達(dá)可以提供馬達(dá)輔助，以便運(yùn)行增壓裝置。因此，一旦發(fā)動機(jī)已運(yùn)行足夠的時間量(例如，閾值時間)，排氣歧管中產(chǎn)生的排氣就可以開始驅(qū)動排氣渦輪54。從而，可以減少電動馬達(dá)的馬達(dá)輔助。也就是說，在渦輪增壓器運(yùn)行期間，可以響應(yīng)于排氣渦輪的運(yùn)行而調(diào)整由電動馬達(dá)58提供的馬達(dá)輔助。
[0056]發(fā)動機(jī)排氣裝置25可以沿著排氣道35被耦合到排氣后處理系統(tǒng)22。排氣后處理系統(tǒng)22可以包括一個或更多個排放控制裝置70，其可以被安裝在排氣道35中緊密耦合的位置。一個或更多個排放控制裝置70可以包括三元催化劑、稀NOx過濾器、SCR催化劑等。催化劑可以使排氣中產(chǎn)生的有毒燃燒副產(chǎn)物如為NOx物類、未燃燒的碳?xì)浠衔?、一氧化碳等能在排放到大氣前被催化轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物。然而，催化劑的催化效率可以在很大程度上受排氣溫度的影響。例如，NOx物類的還原可能需要高于一氧化碳的氧化的溫度。不必要的副反應(yīng)也可能在較低溫度下發(fā)生，例如氨和N2O物類的產(chǎn)生，這會不利地影響排氣處理的效率，并降低排氣排放物的質(zhì)量。因此，排氣的催化處理可以被延遲直至催化劑(多種催化劑)已達(dá)到起燃溫度。排氣后處理系統(tǒng)22還可以包括碳?xì)浠衔锉３盅b置、微粒物質(zhì)保持裝置以及其它合適的排氣后處理裝置(未示出)。應(yīng)當(dāng)明白，其它部件可以被包括在發(fā)動機(jī)中，例如各種閥和傳感器。
[0057]車輛系統(tǒng)6可以進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)14?？刂葡到y(tǒng)14被顯示為接收來自多個傳感器I6 (其各種示例在本文中被描述)的信息，并將控制信號發(fā)送給多個執(zhí)行器81 (其各種不例在本文中被描述)。作為一個不例，傳感器16可以包括排氣傳感器126 (位于排氣歧管48內(nèi))、溫度傳感器128以及壓力傳感器129 (位于排放控制裝置70下游)。其它傳感器例如壓力、溫度、空燃比和成分傳感器可以被耦合到車輛系統(tǒng)6中的各種位置。示例性執(zhí)行器81可以包括燃料噴射器(未示出)、各種閥、泵以及節(jié)氣門62?？刂葡到y(tǒng)14可以包括控制器12。該控制器可以接收來自各種傳感器16的輸入數(shù)據(jù)，處理該輸入數(shù)據(jù)，并響應(yīng)于已處理的輸入數(shù)據(jù)基于其中被編程的指令或代碼對應(yīng)于一個或更多個程序而觸發(fā)執(zhí)行器81。
[0058]圖2是根據(jù)本公開的示例性渦輪增壓器50的某些部分的剖面圖。渦輪增壓器50可以包括具有進(jìn)口端112和出口端114的外殼110。外殼110內(nèi)可以存在流動通道42，流動通道42可以具有基本連續(xù)的內(nèi)表面116并且可以被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端112流通至出口端114。壓縮機(jī)葉輪52可以位于外殼110內(nèi)并且可以具有至少一個主葉片118。壓縮機(jī)葉輪52可以被配置為在外殼110內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣。外殼110上可以存在流動干擾特征件120，其可以被配置為干擾內(nèi)表面116的連續(xù)性。流動干擾特征件120可以位于至少一個主葉片118的前緣122處或與其在軸向上成一條直線。除了通過流動通道42的連通外，流動干擾特征件120對于流動通道42的上游連通是關(guān)閉的。對于主流動路徑的上游連通是關(guān)閉的可能指的是不存在從流動干擾特征件通過除流動通道外的任何線路到上游位置的流動路徑。
[0059]流動通道42在橫截面處可以是基本圓形的，并且流動干擾特征件120可以是臺階130，其中流動通道42的直徑突然減小。以此方式，流動通道的有效橫截面積可以被減小。在圓柱形或圓形橫截面積的情況下，臺階可以減小流動通道42的有效流動直徑，這可以減小軸向入口流量，并且還可以或者相反增加喘振余量，從而減少嘯叫。
[0060]圖3是圖2中示出的流動干擾特征件120即臺階130的一部分的細(xì)節(jié)圖，其中另一示例性實(shí)施例的某些部分以虛線示出。臺階130具有臺階面135，其在基本圓柱形外殼110的情況下可以是基本環(huán)形的，并且可以具有限定內(nèi)角136的外直徑和限定外角138的內(nèi)直徑。內(nèi)角136可以限定或被包括在臺階130的上游過渡部分236內(nèi)，而外角138可以限定或被包括在臺階130的下游過渡部分238內(nèi)。第二示例性臺階面135’以虛線形式被示出為相對于第一示例性臺階面135成一角度。
[0061]兩條線132、132’在部分剖視圖中被顯示為垂直于各自的第一示例性臺階面135和第二示例性臺階面135’。對于一些示例性實(shí)施例，垂直于臺階面135的線132可以與外殼110的中心線134或流動通道42的基本方向平行。對于其它示例性實(shí)施例，例如對于第二示例性臺階面135’，垂直于第二示例性臺階面135’的線132’可以與外殼110的中心線134成一角度240。因此，在一些情況下，臺階面可以被布置成與進(jìn)氣的進(jìn)入流成某一角度。例如，角度240可以在O與80度之間。在一些情況下，角度240可以為近似45度或負(fù)的。
[0062]在各種其他示例中，流動干擾特征件120可以包括以各種方式成形的上游過渡部分236和/或下游過渡部分238。圖4是示例性流動干擾特征件120的細(xì)節(jié)圖，其被具體化為具有上游過渡部分236和下游過渡部分238的臺階130的變體，所述過渡部分具有圓角。臺階130可以包括臺階面135，其基本朝向所示的進(jìn)入流42的方向定向，或如下面所討論的不同地成一角度。
[0063]圖5示出另一示例性流動干擾特征件120，其中上游和下游過渡部分中的一個或兩者是樣條表面。臺階130可以包括從上游位置過渡到下游位置的連續(xù)彎曲表面。臺階面135可以被定向成與進(jìn)入流42的方向成某一角度。
[0064]在一些實(shí)施例中，上游和下游過渡部分可以包括一些部分，這些部分能夠反轉(zhuǎn)方向，原因在于它們可以例如開始向下游延伸并且然后至少短距離地向上游延伸。一些示例在圖6和圖7中示出。
[0065]圖6是另一示例性流動干擾特征件120的細(xì)節(jié)圖，該流動干擾特征件120被具體化為臺階130。臺階130可以包括凸出元件242和凹入元件244。凸出元件242可以包括外角246，而凹入元件可以包括內(nèi)角248。在一些情況下，外角246和內(nèi)角248中的一個或更多個可以是所示的方角，但變體是可能的。
[0066]圖7是流動干擾特征件120的另一示例的細(xì)節(jié)圖，該流動干擾特征件120被具體化為臺階130。在這個示例中，凸出元件242和凹入元件244中的一個或更多個可以是或可以包括被配置為從相鄰表面平滑過渡的表面。例如，這些轉(zhuǎn)角可以是圓角表面或樣條表面。對于一些示例，突出元件和凹入元件可以是基本圓柱形元件，并且可以是螺線管形的。
[0067]如在圖2中所見，一些實(shí)施例可以提供可包括外殼110的渦輪增壓器50。壓縮機(jī)葉輪52可以位于外殼110內(nèi)并可以具有主葉片118，并且可以被配置為在外殼110內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣。外殼110內(nèi)的流動通道42可以具有被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端112流通至出口端114的內(nèi)表面116。實(shí)施例可以包括在內(nèi)表面116內(nèi)突然使流動通道42的橫截面積減小的臺階130，該臺階130被布置成與主葉片118的前緣122基本成一直線。該臺階可以具有臺階面135，其可以與流動通道42的中心軸線134形成在10與170度之間的角度。
[0068]臺階130可以包括環(huán)形表面或面135，其具有與內(nèi)表面的上游部分形成圓形內(nèi)角136的外直徑，以及與內(nèi)表面116的下游部分形成圓形外角138的內(nèi)直徑。該臺階可以在流動通道42的區(qū)域內(nèi)，除了通過流動通道42的連通外，其對于流動通道42的上游連通可以是關(guān)閉的。
[0069]圖8是根據(jù)本公開的另一示例性渦輪增壓器50的某些部分的剖視圖。渦輪增壓器50可以包括位于外殼110內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪52。壓縮機(jī)葉輪52可以具有主葉片118并且可以被配置為在外殼110內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣。通道42可以位于外殼110內(nèi)，其可以被配置為使進(jìn)氣經(jīng)過并且可以具有基本連續(xù)的內(nèi)表面116。渦輪增壓器50還可以具有位于主葉片118的前緣122處的干擾內(nèi)表面116的連續(xù)性的環(huán)形特征件120。除了通過通道42的連通夕卜，通道在環(huán)形特征件120處對上游連通可以是關(guān)閉的。
[0070]壓縮機(jī)葉輪52還可以具有分流葉片128和/或其它特征件。每個分流葉片128可以具有前緣129，該前緣129可以是相對于主葉片118的前緣122的下游。
[0071]在各種實(shí)施例中，環(huán)形特征件120可以是諧振腔140。諧振腔140可以被設(shè)置尺寸或被成形為減少由壓縮機(jī)葉輪52產(chǎn)生的嘯叫噪聲。該諧振腔可以僅僅通過在基本連續(xù)的內(nèi)表面116內(nèi)形成的溝槽142通向通道42。嘯叫噪聲可以包括頻率為“f”的一種或更多種聲音?？梢愿鶕?jù)公式f=[C/2Pi]*sqrt[(溝槽的開口面積)/(諧振腔的體積*諧振腔的縱向長度)]來設(shè)置溝槽142和諧振腔140的尺寸，其中C是聲速。
[0072]描述語“在主葉片的前緣處”可以指的是預(yù)先選擇的最大距離，流動干擾特征件可以被定位成與主葉片或多個主葉片的前緣相距該距離。預(yù)先選擇的最大距離可以以絕對單位進(jìn)行測量，或者相對于本文描述的渦輪增壓器布置的其他點(diǎn)之間的基準(zhǔn)距離進(jìn)行測量。示例性基準(zhǔn)距離可以是從主葉片的前緣到后緣的縱向距離。
[0073]在一些示例中，流動干擾特征件的后緣144可以被布置成與至少一個主葉片118的前緣122在流動方向上基本成一直線。在一些示例中，流動干擾特征件120的大部分可以位于主葉片118的前緣122的上游。流動干擾特征件120的后緣144可以被布置為與主葉片118的前緣122相距某一距離。在一些情況下，流動干擾特征件120的至少一部分可以位于主葉片118的前緣的上游。
[0074]在一些示例中，流動干擾特征件可以是具有諧振腔開口 142的諧振腔140，該諧振腔開口可以具有后緣144，該后緣被布置為與壓縮機(jī)主葉片118的前緣122在縱向上基本成一直線。
[0075]流動干擾特征件120可以是在流動通道的內(nèi)表面中的環(huán)形溝槽，并且該溝槽可以通向腔室。流動干擾特征件可以包括溝槽和腔室，其中溝槽被形成在流動通道的內(nèi)表面內(nèi)，而腔室僅僅通過溝槽通向流動通道。短語“其中腔室通過溝槽僅僅通向流動通道”可以被理解為意味著，除了在通向流動通道的溝槽處，腔室到處均被限制或關(guān)閉。
[0076]在一些示例中，溝槽和腔室可以被形成為單個工件，并且可以是例如模塑工件。在一些示例中，溝槽和腔室可以是兩個或更多個工件。在一些示例中，溝槽可以在流動通道上被切削形成為例如管子、導(dǎo)管等，而腔室可以是在溝槽上方的流動通道或主流動通道的外部增加的容積。
[0077]在一些示例中，溝槽和腔室可以具有某些尺寸，根據(jù)如下公式相對于表征壓縮機(jī)葉輪發(fā)出的嘯叫噪聲的預(yù)定頻率“f”來確定所述尺寸的大小:
[0078]f = [C/2 ] *sqrt [s/VL]
[0079]其中
[0080]C是聲速；
[0081]S=溝槽的面積=2 πrl ;
[0082] 其中:
[0083]r=內(nèi)通道的半徑；
[0084]1=溝槽的縱向長度或?qū)挾龋?br> [0085]V是由V= π (Ro2-Ri2) *L確定的腔室的體積；
[0086]其中R。是從流動通道的中心軸線起測得的腔室的外半徑；
[0087]其中Ri是從流動通道的中心軸線起測得的腔室的內(nèi)半徑；以及
[0088]L是在縱向方向上所測得的腔室的長度。
[0089]根據(jù)各種實(shí)施例在設(shè)計考慮事項(xiàng)中所考慮的聲速可以是渦輪增壓器環(huán)境中的聲速。例如，考慮渦輪增壓器的特定環(huán)境如在空氣進(jìn)口和/或發(fā)動機(jī)內(nèi)和/或周圍的溫度和/或壓力，可以確定溝槽和腔室的組件的尺寸和/或相對比例。
[0090]各種實(shí)施例可以提供渦輪增壓器，其包括限定流動通道的外殼，該流動通道被配置為使進(jìn)氣從進(jìn)口端流通至出口端；位于外殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪，其具有一個或更多個主葉片并被配置為在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮進(jìn)氣；以及被限定在流動通道內(nèi)的基本圓柱形溝槽，其具有與一個或更多個主葉片的前緣在軸向上基本成一直線的溝槽后緣。腔室可以是基本螺旋管形的，并可以在徑向方向上位于流動通道的外部。
[0091]圖9是另一示例性渦輪增壓器50的某些部分的局部側(cè)視圖。為了圖示說明的目的，流動通道內(nèi)部的選擇元件被顯示為不被流動通道外壁遮擋。該圖示出這樣一種示例性實(shí)施例，其中根據(jù)本公開的流動干擾特征件120被具體化為臺階130。該圖還示出這樣的示例，其中渦流產(chǎn)生裝置150可以位于被配置為將渦流施加于進(jìn)氣流的臺階130的上游。
[0092]圖10-14示出根據(jù)本公開的渦輪增壓器的各種示例性實(shí)施例，其中環(huán)形特征件120、130可以包括前緣表面250，其可以被配置為表現(xiàn)如下各項(xiàng)的一個或更多個:在遠(yuǎn)離外殼110的中心軸線134的方向上徑向向外張開(圖10);在朝向外殼110的中心軸線134的方向上徑向向內(nèi)張開(圖11);以及在朝向外殼110的中心軸線134的方向上徑向向內(nèi)延伸(圖 12)。
[0093]環(huán)形特征件120、130還可以包括后緣臺階面135，其可以突然減小通道42的橫截面。前緣表面250可以是如下各項(xiàng)中的一個或更多個:鄰接/毗鄰臺階面135 (圖10、11);鄰近臺階面；以及與臺階面間隔開(圖11-14)。前緣表面250可以形成環(huán)形溝槽252的上游側(cè)，而臺階面135可以形成環(huán)形溝槽的下游邊緣(圖13和14)。
[0094]在一些情況下，前緣表面250可以從臺階面135向上游或指向臺階面135形成銳角(圖10)。在一些情況下，前緣表面250可以從臺階面135向上游或指向臺階面135形成鈍角(圖11);以及在一些情況下，前緣表面250可以從臺階面135向上游或指向臺階面135形成直角(圖12)。此外，在一些情況下，前緣表面250可以從臺階面135向上游或指向臺階面135形成負(fù)角(圖14)。
[0095]圖15是示出形成渦輪增壓器的示例方法1000的流程圖。方法1000可以包括，在1010處，在外殼內(nèi)構(gòu)建流動通道。方法1000還可以包括，在1020處，在外殼內(nèi)提供具有一個或更多個主葉片的壓縮機(jī)葉輪。方法1000可以包括，在1030處，在一個或更多個主葉片的前緣處的流動通道內(nèi)形成流動干擾特征件。
[0096]圖16是示出圖15所示的方法1000的修改的另一流程圖。經(jīng)修改的方法1100可以包括額外的元件，例如在1110處，確保除了通過流動通道外不存在用于使進(jìn)氣移動到上游位置的路徑。
[0097]圖17是示出圖15所示的方法1000的修改的另一流程圖。經(jīng)修改的方法1200可以包括這樣的修改，其中形成流動干擾特征件1030可以包括在1230處在流動通道內(nèi)提供環(huán)形溝槽，以及在1240處提供僅僅通過溝槽通向流動通道的腔室。
[0098]圖18是示出圖15所示的方法1000的修改的另一流程圖。經(jīng)修改的方法1300可以包括這樣的修改，其中形成流動干擾特征件1330可以包括在1330處形成臺階以在壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生渦流。
[0099]圖19是示出圖15所示的方法1000的修改的另一流程圖。經(jīng)修改的方法1400可以包括額外的元件，例如在1410處,在流動干擾特征件上游提供潤流導(dǎo)向葉片(swirlvane)ο
[0100]應(yīng)明白，示出發(fā)動機(jī)系統(tǒng)8僅僅是為了示范的目的，并且本文所描述的系統(tǒng)和方法可以在具有任何合適的部件和/或部件布置的任何其他合適發(fā)動機(jī)中實(shí)施或應(yīng)用于該發(fā)動機(jī)。
[0101]本文所描述的具體程序可以代表任意數(shù)量的處理策略中的一個或多個，諸如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等等。就此而言，所描述的各種動作、操作或功能可以以所示順序執(zhí)行、并行地執(zhí)行或者在一些情況下被省略。同樣地，實(shí)現(xiàn)本文所描述的本發(fā)明的示例實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)不一定需要所述處理順序，但是為了便于圖釋和說明而提供了所述處理順序。取決于所使用的特定策略，所示出的動作、功能或操作中的一個或多個可以被重復(fù)執(zhí)行。此外，所描述的操作、功能或動作可以通過圖表表示被編程到控制系統(tǒng)中的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中的代碼。[0102] 此外，應(yīng)理解本文所公開的系統(tǒng)和方法本質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實(shí)施例或示例不應(yīng)認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多變體是預(yù)期的。因此，本發(fā)明包括本文所公開的各種系統(tǒng)和構(gòu)造及其任何和所有等同物的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪增壓器，其包括: 外殼，其具有進(jìn)口端和出口端； 在所述外殼內(nèi)的流動通道，其具有基本連續(xù)的內(nèi)表面，并且被配置為使進(jìn)氣從所述進(jìn)口端流通至所述出口端； 位于所述外殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪，其具有至少一個主葉片，并且被配置為在所述外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)以壓縮所述進(jìn)氣；以及 在所述外殼上的流動干擾特征件，其被配置為干擾位于所述至少一個主葉片的前緣處的所述內(nèi)表面的連續(xù)性，并且其中除了經(jīng)由所述流動通道的連通外，所述流動干擾特征件對于所述流動通道的上游連通是關(guān)閉的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中在流動方向上與所述至少一個主葉片的所述前緣基本成一直線地布置所述流動干擾特征件的后緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件的大部分相對于所述主葉片的所述前緣被布置在上游。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件的后緣被布置為與所述主葉片的所述前緣相距一距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件的至少一部分相對于所述主葉片的所述前緣被布置在上游。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件是具有諧振腔開口的諧振腔，所述諧振腔開口具有被布置為縱向上與所述壓縮機(jī)主葉片的所述前緣基本成一直線的后緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件是所述流動通道的所述內(nèi)表面中的環(huán)形溝槽，并且其中所述溝槽通向腔室。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件包括溝槽和腔室，其中所述溝槽被形成在所述流動通道的所述內(nèi)表面中，并且所述腔室僅通過所述溝槽通向所述流動通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中所述流動干擾特征件是所述內(nèi)表面中的臺階。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪增壓器，其中所述臺階包括上游過渡部分和下游過渡部分以及在所述上游過渡部分與所述下游過渡部分之間的臺階面。
【文檔編號】F04D29/66GK103511337SQ201310208327
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】A·卡里姆, B·W·李澤特, K·D·米亞戈維茨, A·左阿尼 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司