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1、10申请公布号CN104204444A43申请公布日20141210CN104204444A21申请号201380017671222申请日2013040961/63716120120423USF02B37/00200601F02B39/00200601F01D5/1420060171申请人博格华纳公司地址美国密歇根州72发明人S德克斯特雷兹DG格拉鲍斯卡74专利代理机构北京泛华伟业知识产权代理有限公司11280代理人徐舒54发明名称具有轮廓边缘离隙的涡轮增压器叶片和结合有该涡轮增压器叶片的涡轮增压器57摘要一种涡轮增压器5包括一个壳体10，该壳体包括一个压缩机护罩14和一个涡轮机护罩12。该涡。
2、轮增压器5进一步包括一个压缩机叶轮18和一个涡轮机叶轮16。该压缩机叶轮18包括一个压缩机轮毂44和从该压缩机轮毂44径向延伸的多个压缩机叶片45，46。每个压缩机叶片45，46包括一个前缘50，51、一个后缘52，53以及在其间延伸的一个压缩机护罩轮廓边缘54，55。该涡轮机叶轮16包括一个涡轮机轮毂24和从该涡轮机轮毂24径向延伸的多个涡轮机叶片26。每个涡轮机叶片26包括一个前缘30、一个后缘32以及在其间延伸的一个涡轮机护罩轮廓边缘34。该压缩机叶片和涡轮机叶片中的至少一者包括沿着对应的压缩机或涡轮机护罩轮廓边缘的至少一部分形成的一个边缘离隙40，60，61。30优先权数据85PCT国。
3、际申请进入国家阶段日2014092986PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0357452013040987PCT国际申请的公布数据WO2013/162874EN2013103151INTCL权利要求书2页说明书5页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图8页10申请公布号CN104204444ACN104204444A1/2页21一种涡轮增压器压缩机叶轮18，包括一个轮毂44；以及从该轮毂44径向延伸的多个叶片45，46，每个叶片包括一个前缘50，51、一个后缘52，53以及在其间延伸的一个护罩轮廓边缘54，55；并且其中至少一个叶片45。
4、，46包括沿着该护罩轮廓边缘54，55的至少一部分形成的一个边缘离隙60，61。2根据权利要求1所述的涡轮增压器压缩机叶轮18，其中该边缘离隙60，61是沿着该护罩轮廓边缘54，55的大部分形成的。3根据权利要求1所述的涡轮增压器压缩机叶轮18，其中该边缘离隙60，61被布置在该叶片45，46的压力侧56上。4根据权利要求1所述的涡轮增压器压缩机叶轮18，其中该边缘离隙60，61是处于选自下组的一种轮廓的形式，该组由以下各项组成倒角、半径、凹口、槽口。5根据权利要求1所述的涡轮增压器压缩机叶轮18，其中该边缘离隙60，61没有延伸穿过该护罩轮廓边缘54，55的两端。6一种涡轮增压器涡轮机叶轮1。
5、6，包括一个轮毂24；以及从该轮毂24径向延伸的多个叶片26，每个叶片26包括一个前缘30、一个后缘32以及在其间延伸的一个护罩轮廓边缘34；并且其中至少一个叶片26包括沿着该护罩轮廓边缘34的至少一部分形成的一个边缘离隙40。7根据权利要求6所述的涡轮增压器涡轮机叶轮16，其中该边缘离隙40是沿着该护罩轮廓边缘34的大部分形成的。8根据权利要求6所述的涡轮增压器涡轮机叶轮16，其中该边缘离隙40被布置在该叶片26的压力侧上。9根据权利要求6所述的涡轮增压器涡轮机叶轮16，其中该边缘离隙40是处于选自下组的一种轮廓的形式，该组由以下各项组成倒角、半径、凹口、槽口。10根据权利要求6所述的涡轮增。
6、压器涡轮机叶轮16，其中该边缘离隙40没有延伸穿过该护罩轮廓边缘34的两端。11一种涡轮增压器5，包括一个壳体10，该壳体包括一个压缩机护罩14和一个涡轮机护罩12；一个压缩机叶轮18，该压缩机叶轮包括一个压缩机轮毂44；以及从该压缩机轮毂径向延伸的多个压缩机叶片45，46，每个压缩机叶片45，46包括一个前缘50，51、一个后缘52，53以及在其间延伸的一个压缩机护罩轮廓边缘54，55；一个涡轮机叶轮16，该涡轮机叶轮包括一个涡轮机轮毂24；以及从该涡轮机轮毂24径向延伸的多个涡轮机叶片26，每个涡轮机叶片26包括一个前缘30、一个后缘32以及在其间延伸的一个涡轮机护罩轮廓边缘34；并且权利。
7、要求书CN104204444A2/2页3其中该压缩机叶片和涡轮机叶片26，45，46中的至少一者包括沿着对应的压缩机或涡轮机护罩轮廓边缘34，54，55的至少一部分形成的一个边缘离隙40，60，61。12根据权利要求11所述的涡轮增压器5，其中该边缘离隙40，60，61是沿着对应的压缩机或涡轮机护罩轮廓边缘34，54，55的大部分形成的。13根据权利要求11所述的涡轮增压器，5，其中该边缘离隙40，60，61被布置在该叶片26，45，46的压力侧36，56上。14根据权利要求11所述的涡轮增压器5，其中该边缘离隙40，60，61是处于选自下组的一种轮廓的形式，该组由以下各项组成倒角、半径、凹口。
8、、槽口。15根据权利要求11所述的涡轮增压器5，其中该边缘离隙40，60，61没有延伸穿过该护罩轮廓边缘34，54，55的两端。权利要求书CN104204444A1/5页4具有轮廓边缘离隙的涡轮增压器叶片和结合有该涡轮增压器叶片的涡轮增压器0001背景0002现今的内燃发动机必须满足消费者以及政府监管机构要求的日益严格的排放和效率标准。相应地，汽车制造商和供应商花费巨大的努力和资本来研究和开发能够改善该内燃发动机的操作的技术。涡轮增压器是发动机发展的特别让人感兴趣的一方面。涡轮增压器使用在正常情况下被浪费的排气能量来驱动涡轮机。0003该涡轮机安装在一个轴上，该轴进而驱动一个压缩机。该涡轮机将。
9、排气的热量和动能转化成驱动该压缩机的旋转动力。涡轮增压器的目的是通过增大进入发动机的空气的密度来提高该发动机的容积效率。压缩机吸入周围空气并将其压缩进入进气歧管并且最终压缩进入这些气缸中。因此，在每个进气冲程中有更大量的空气进入这些气缸中。0004涡轮机将排气热能转化成旋转动力可以达到的效率越高并且压缩将空气推入发动机中可以达到的效率越高，发动机的总体性能就越高效。相应地，希望的是设计尽可能有效的涡轮机叶轮和压缩机叶轮。然而，在传统的涡轮机和压缩机设计中由于紊动和泄露而固有地存在损失。0005虽然传统的涡轮增压器压缩机和涡轮机设计已经以将效率最大化为目标进行了开发，但是还需要压缩机和涡轮机效率。
10、的进一步提高。0006概述0007在此提供了一种涡轮增压器压缩机叶轮，该涡轮增压器压缩机叶轮包括一个轮毂以及从该轮毂径向延伸的多个叶片。每个叶片包括一个前缘、一个后缘以及在其间延伸的一个护罩轮廓边缘。至少一个叶片包括沿着该护罩轮廓边缘的至少一部分形成的一个边缘离隙。0008在此描述的技术的某些方面，该边缘离隙是沿着该护罩轮廓边缘的大部分形成的并且该边缘离隙被布置在该叶片的压力侧上。该边缘离隙是处于选自下组的一种轮廓的形式，该组由以下各项组成倒角、半径、凹口、以及槽口。在一个实施例中，该边缘离隙没有延伸穿过该护罩轮廓边缘的两端。0009在此还提供了一种涡轮增压器涡轮机叶轮，该涡轮增压器涡轮机叶轮。
11、包括一个轮毂以及从该轮毂径向延伸的多个叶片，每个叶片包括一个前缘、一个后缘以及在其间延伸的一个护罩轮廓边缘。至少一个叶片包括沿着该护罩轮廓边缘的至少一部分形成的一个边缘离隙。0010还考虑了结合有这些护罩轮廓边缘离隙的一种涡轮增压器。因此该涡轮增压器包括一个壳体，该壳体包括一个压缩机护罩和一个涡轮机护罩。该涡轮增压器进一步包括一个压缩机叶轮和一个涡轮机叶轮。该压缩机叶轮包括一个压缩机轮毂和从该压缩机轮毂径向延伸的多个压缩机叶片。每个压缩机叶片包括一个前缘、一个后缘以及在其间延伸的一个压缩机护罩轮廓边缘。该涡轮机叶轮包括一个涡轮机轮毂和从该涡轮机轮毂径向延伸的多个涡轮机叶片。每个涡轮机叶片包括一。
12、个前缘、一个后缘以及在其间延伸的一个涡轮机护罩轮廓边缘。该压缩机叶片和涡轮机叶片中的至少一者包括沿着该对应的压缩机或涡轮说明书CN104204444A2/5页5机护罩轮廓边缘的至少一部分形成的一个边缘离隙。0011在考虑该详细说明和附图之后，该具有轮廓边缘离隙的涡轮增压器叶片和结合有该涡轮增压器叶片的涡轮增压器的这些和其他方面将变得清楚。然而，将理解的是，本发明的范围应由如所提出的权利要求书来确定，而不是由给定的主题是否解决了在背景中提及的任何或所有的问题、或者是否包括概述中提及的任何特征或方面来确定。0012附图0013该具有轮廓边缘离隙的涡轮增压器叶片和结合有该涡轮增压器叶片的涡轮增压器的。
13、非限制性和非排他性实施例包括该优选实施例将参照附图进行描述，其中各个视图中的相同的参考数字指代相同的部件，除非另有说明。0014图1是根据一个示例性实施例的一个涡轮增压器的截面侧视图；0015图2是根据第一示例性实施例的一个涡轮机叶轮的透视图；0016图3示出了图2所示的涡轮机叶轮的一个部分放大透视图；0017图4是根据第一示例性实施例的一个压缩机叶轮的透视图；0018图5是图4所示的压缩机叶轮的一个放大的部分透视图；0019图6是表示图3所示的这些涡轮机叶片之一的一个侧视简图；0020图7A至7D是围绕图6的线77截取的涡轮机叶片的部分截面，示出了不同的边缘离隙构型；0021图8是表示根据一。
14、个示例性实施例的一个涡轮机叶轮与涡轮机护罩的内表面的界面的透视图；0022图9是表示根据一个示例性实施例在一个压缩机叶轮与压缩机护罩的内表面之间的界面的透视图；0023图10是展示了根据第二示例性实施例的一个结合有多个轮毂表面不连续性特征的涡轮机叶轮的透视图；0024图11是以图10中的线1111截取的涡轮机叶轮的一个截面侧视图；0025图12是展示了根据第三示例性实施例的一个涡轮机叶轮的透视图，展示了一个替代的表面不连续性构型；0026图13是展示了根据第四示例性实施例的一个涡轮机叶轮的透视图，展示了另一个替代的表面不连续性构型；并且0027图14是展示了根据第五示例性实施例的一个涡轮机叶轮。
15、的透视图，展示了又另一个替代的表面不连续性构型。0028详细说明0029以下将参照附图更全面地描述多个实施例，这些附图形成了实施例的一部分并且通过展示的方式示出了多个具体的示例性实施例。将充分详细地披露这些实施例以使得本领域的技术人员能够实践本发明。然而，多个实施例可以按许多不同的形式来实施并且不应被解释为局限于在此列出的这些实施例。因此，以下的详细说明不应在限制的意义上进行解释。0030如图1所示，涡轮增压器5包括一个轴承壳体10，该轴承壳体具有附接至其上的一个涡轮机护罩12和一个压缩机护罩14。涡轮机叶轮16在该涡轮机护罩12内紧邻涡轮机护罩内表面20旋转。类似地，压缩机叶轮18在该压缩机。
16、护罩14内紧邻压缩机护罩内表说明书CN104204444A3/5页6面22旋转。涡轮增压器5的构造是典型的涡轮增压器的构造，如本领域熟知的。然而，涡轮增压器5包括对效率的不同改进，这些改进在此将更全面地解释。0031如图2所示，涡轮机叶轮16包括一个轮毂24，多个叶片26从该轮毂延伸。每个叶片26包括一个前缘30和一个后缘32，一个护罩轮廓边缘34在其间延伸。该护罩轮廓边缘在此有时也称为该叶片的尖端。在传统的涡轮机叶轮构型中，涡轮机效率的显著损失是由于跨越这些涡轮机叶片的尖端的泄露造成的。这些涡轮机叶片之间的流动的物理性质导致该叶片的一个表面压力侧36暴露在高压下，而另一侧抽吸侧38暴露在低压。
17、下参见图3。这个压力差在该叶片上产生了一个力，该力致使该涡轮机叶轮旋转。再次参照图1，可以看到，护罩轮廓边缘34紧邻着涡轮机护罩内表面20，从而在它们之间形成了一个间隙。这些高压和低压区域导致二次流动从该涡轮机叶片的压力侧36行进穿过涡轮机叶片尖端34与涡轮机护罩的内表面20之间的间隙到达该抽吸侧38。这个二次流动是整个系统的损失并且对于涡轮机效率而言是个缺陷。理想地，在该尖端与护罩之间没有间隙，但是空隙对于防止该尖端在护罩上的摩擦并且对于考虑这些涡轮机叶片上的热膨胀和离心荷载是必要的，热膨胀和离心荷载致使这些叶片径向地生长。0032然而，在这个实施例中，涡轮机叶片26包括沿着该尖端或护罩轮廓。
18、边缘34形成的一个边缘离隙40。在这种情况下，当流动穿过该间隙前进时，该边缘离隙40在该边缘离隙中相对于该压力侧36产生了一个高压区域，该高压区域致使该流动停滞。另外，该高压区域致使横跨该间隙的流动被阻挡，由此限制了流速。因此，二次流动被减小，这增大了该涡轮机的效率。如可以从图3中了解到，在这种情况下，边缘离隙40沿着该护罩轮廓边缘34的大部分延伸而没有延伸经过该叶片边缘的末端。这产生了一个凹座或凹处，该凹座或凹处进一步起作用来在该边缘离隙中产生相对压力。0033进一步参见图6，边缘离隙40示意性地沿着护罩轮廓边缘34示出。图7A中所述的叶片26的截面展示了边缘离隙40的轮廓构型。在这种情况下。
19、，该边缘离隙被视为是具有内半径的一个凹口。虽然在此以凹口形式示出，但是该边缘离隙可以被形成为分别如图7B至7D所示的一个倒角、半径或槽口。如图7A至7D所示，边缘离隙40是在叶片26的压力侧36中形成。在图7A至7D中该护罩轮廓边缘的剩余边缘材料被表示为厚度T。已经发现，使该剩余尖端的厚度T最小化会使得该流动更快速地阻断。可以将该厚度T表示为该叶片厚度的一个百分比。例如，厚度T应是小于该叶片厚度的75并且优选地小于该叶片厚度的50。然而，最小厚度最终是由用来产生该边缘离隙的技术来决定的。可以将该离隙机加工到或铸造到该叶片的边缘之中。相应地，该边缘离隙是用于提高该涡轮机叶轮和压缩机叶轮的效率的一。
20、种成本有效的解决方案。0034参照图4和图5，可以了解到，压缩机叶轮18的叶片45和46也可以分别形成有边缘离隙61和60。在这种情况下，压缩机叶轮18包括一个轮毂44，多个叶片46从该轮毂径向地延伸，其中多个较小的叶片45介于其间。参照图5，每个叶片46包括一个前缘50、一个后缘52以及在其间延伸的一个压缩机护罩轮廓边缘54。以类似的方式，这些较小的叶片45包括一个前缘51、一个后缘53以及在其间延伸的一个护罩轮廓边缘55。边缘离隙61和60沿着其相应的护罩轮廓边缘的大部分延伸。如同这些涡轮机叶轮叶片，这些边缘离隙是沿着该叶片的压力侧形成的。因此，在这些压缩机叶片的情况下，边缘离隙60和61。
21、是在压力侧56上形成的，如图5所示。类似于涡轮机叶片边缘离隙，这些压缩机叶片边缘离隙减说明书CN104204444A4/5页7小了从压力侧56到抽吸侧58的流动，由此增大了该压缩机叶轮的效率。0035图8和图9示出了扰乱从涡轮增压器涡轮机叶片和压缩机叶片的压力侧到抽吸侧的流动的另一种方式。如图8所示，该涡轮机护罩内表面20包括多个凹槽70，这些凹槽相对于这些涡轮机叶片26的护罩轮廓边缘34交叉地延伸。因此，这些凹槽相对于涡轮机叶轮16的轴线A以一个角度G延伸。该角度G是与该压缩机叶轮或涡轮机叶轮上的叶片数目相关的。在一个实施例中，例如，角度G被调整成使得这些凹槽与不超过两个相邻叶片相交。在这种。
22、情况下，这些凹槽的截面是矩形的并且具有一个宽度W和一个深度D。作为一个实例，该宽度可以在从约05至2MM的范围内变化并且该深度可以在从约05至3MM的范围内变化。这些凹槽从该护罩表面20的入口区域74以弧形方式延伸至排放区域76。如可以了解的，这些凹槽是围绕该护罩表面以距离S环圆周地等距地间隔开的。然而，在其他实施例中，该间距可以是从凹槽到凹槽改变的。距离S具有类似于角度G的限制，因为该间距是由叶片的数目来限制的。作为一个实例，S可以通过使不超过15个凹槽与单一叶片相交来限制。0036参照图9，该压缩机护罩表面22还包括在该压缩机护罩14的内表面22中形成的多个凹槽72。凹槽72分别相对于叶片。
23、46和45的护罩轮廓边缘54和55交叉地延伸。在这种情况下，这些凹槽从该护罩表面22的入口区域73以弧形方式延伸至排放区域77。虽然凹槽70和72在此被示出为具有矩形截面，但是其他的截面也可以表现良好，例如圆形或V形的截面。当每个叶片的护罩轮廓边缘穿过交叉取向的凹槽时，跨过该尖端或护罩轮廓边缘的流动被这些凹槽中产生的紊动阻断停滞。0037作为用于增大涡轮机叶轮和压缩机叶轮的效率的又另一种方式，这些叶轮可以包括围绕该轮毂的一种表面不连续性。如图10至14所示，该涡轮机叶轮可以包括围绕该涡轮机叶轮的轮毂形成的一个表面不连续性特征，以用于将能量传送至与该轮毂相关联的流体流动的边界层中。例如，图10展。
24、示了一个涡轮机叶轮116的一个示例性实施例，该涡轮机叶轮具有一个轮毂124，该滚轮具有一对环圆周延伸的肋135，这些肋是操作性的以用于激励与轮毂124相关联的流体流动F的边界层。这些叶片126是围绕该涡轮机轮毂124环圆周地间隔开的，其中一个轮毂表面125在相邻叶片之间延伸。每个表面125包括至少一个表面不连续性，在这种情况下是处于多个肋135的形式。如图11所示，该轮毂的截面具有在各个叶片之间延伸的一个凹形外表面125，多个表面不连续性特征或肋135从该外表面上延伸。在这种情况下，这些肋起作用来加速每个肋上的流动F，由此激励与该轮毂相关联的流体流动的边界层以便扰乱会影响涡轮机效率的漩涡的形成。
25、。图12展示了根据另一个示例性实施例的一个涡轮机叶轮216。在这个情况下，涡轮机叶轮216包括一个轮毂224以及从该轮毂延伸多个叶片226。一个轮毂表面225在各个相邻的涡轮机叶片226之间延伸。在这种情况下，这些表面不连续性特征是处于多个突起物235的形式。这些突起物可以处于隆起、圆盘、肋、三角形等的形式。如图13和14所示，这些涡轮机叶轮包括处于凹窝或凹槽形式的多个表面不连续性特征。例如，图13展示了轮毂表面325在相邻的涡轮机叶片326之间延伸并且包括处于凹窝335形式的多个表面不连续性特征。凹窝335可以类似于在高尔夫球上看到的那些。在图14中，涡轮机叶轮416包括一个轮毂424，该轮。
26、毂具有在相邻的叶片426之间延伸的多个轮毂表面425。在这种情况下，这些表面不连续性特征是处于围绕轮毂424环圆周地延伸的多个凹槽435的形式。说明书CN104204444A5/5页80038相应地，这些涡轮增压器压缩机叶轮和涡轮机叶轮已经针对这些示例性实施例以某种具体程度进行了描述。然而，应了解的是，本发明是由根据现有技术解释的权利要求所限定的，这样使得在不背离在此所包含的发明构思的情况下可以对这些示例性实施例进行修改或改变。说明书CN104204444A1/8页9图1说明书附图CN104204444A2/8页10图2图3说明书附图CN104204444A103/8页11图4说明书附图CN104204444A114/8页12图5图6图7A图7B说明书附图CN104204444A125/8页13图7C图7D图8说明书附图CN104204444A136/8页14图9图10说明书附图CN104204444A147/8页15图11图12说明书附图CN104204444A158/8页16图13图14说明书附图CN104204444A16。