具有可变涡轮几何形状的混流式涡轮增压器制造技术

一种包括可变涡轮几何形状的涡轮增压器(10)具有一个涡轮机叶轮(24)，该涡轮机叶轮具有在轴向方向上延伸的一条涡轮机旋转轴线(R1)。该涡轮增压器(10)还具有多个导向叶片(34)，这些导向叶片是在一定范围的角位置之间选择性地可移动的。这些导向叶片(34)中的每个导向叶片被支撑以用于一条导向叶片旋转轴线(R2)进行枢转运动，并且每条导向叶片旋转轴线(R2)都不平行于涡轮机旋转轴线(R1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可变涡轮几何形状的混流式涡轮增压器相关申请的交叉引用本申请要求在2012年2月2日提交的且标题为“具有可变涡轮几何形状的混流式涡轮增压器”的美国临时申请号61/594,031、以及在2012年2月6日提交的且标题为“排气涡轮增压器”的德国申请号102012002278.6的优先权以及所有权益。专利技术背景专利
本专利技术涉及用于内燃发动机的涡轮增压器。更具体地说，本专利技术涉及具有可变涡轮几何形状的混流式涡轮增压器。相关技术的说明涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的功率密度而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的功率。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的完全燃烧，这有助于实现排放量减少这一高度希望的目标。涡轮增压器包括连接至发动机的排气歧管上的一个涡轮机壳体、连接至发动机的进气歧管上的一个压缩机壳体、以及将涡轮机壳体与压缩机壳体连接到一起的一个轴承壳体。涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。可旋转地支撑在该中央轴承壳体内的一个轴将该涡轮机叶轮连接至该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成了该压缩机叶轮的旋转。连接涡轮机叶轮与压缩机叶轮的这个轴限定了一条旋转轴线。当压缩机叶轮旋转时，它增大了经由发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。排气向涡轮机叶轮的流动驱动了涡轮机叶轮的旋转、并且总体上可以表征为径流式或混流式。在径流式涡轮增压器中，排气通过涡轮机壳体的叶轮入口在相对于旋转轴线的径向方向上被引导至涡轮机叶轮。换言之，在径流式涡轮增压器中排气通过叶轮入口到涡轮机叶轮的流动是与涡轮机叶轮的旋转轴线垂直的。相反，在混流式涡轮增压器中，排气是通过涡轮机壳体的叶轮入口在相对于旋转轴线包含径向分量和轴向分量二者的一个方向上被引导至涡轮机叶轮。换言之，在混流式涡轮增压器中排气通过叶轮入口到涡轮机叶轮的流动是与涡轮机叶轮的旋转轴线不垂直的。为了改善涡轮增压器的效率、响应性或工作范围，通常有利的是调节流向涡轮机叶轮的排气。调节流向涡轮机叶轮的排气的一种方法通常有若干名称，包括可变涡轮几何形状(VTG)、可变几何形状涡轮(VGT)、可变喷嘴涡轮(VNT)或简单地可变几何形状(VG)。VTG涡轮增压器包括多个可调导向叶片，这些叶片被定位在通向涡轮机叶轮的叶轮入口中并且可枢转地支撑在上部导流环与下部导流环之间。相邻导向叶片之间的空间构成了流向涡轮机叶轮的排气的流动通道，并且这些流动通道的几何形状是通过在一个打开位置与一个关闭位置之间的预定角位置范围内调节这些导向叶片而可调节的。在打开位置中，这些导向叶片总体上相对于该旋转轴线径向地延伸以允许排气流动穿过叶轮入口而到达涡轮机叶轮。在关闭位置中，这些导向叶片总体上相对于该旋转轴线切向地延伸以阻碍排气流动穿过叶轮入口而到达涡轮机叶轮。为了在低发动机速度下提供高的增压压力，对这些导向叶片进行调节以便限制相邻导向叶片之间的流动通道。这使得排气以高速度移动穿过这些流动通道。排气的增大的动能被传递给涡轮机叶轮，从而增大了增压压力。在高发动机速度下，这些导向叶片被调节而将相邻导向叶片之间的流动通道张开。这导致排气以较低速度撞击涡轮机叶轮，从而降低了增压压力。在径流式涡轮增压器中，每个导向叶片围绕与涡轮机叶轮的旋转轴线平行的一条轴杆轴线枢转。因此，当导向叶片在打开位置与关闭位置之间枢转时，这些导向叶片与上部导流环和下部导流环之间的间隙保持恒定。此外，具有与每个导向叶片的轴杆轴线平行的旋转轴线的一个控制环包括多个致动块，这些致动块被固定至该控制环上并且与每个导向叶片的叶片拨叉操作性地相联接，以便响应于该控制环的旋转而将导向叶片在打开位置与关闭位置之间致动。所了解的是，这些叶片拨叉在与该控制环的旋转平面平行的一个平面内枢转，以使得在这些导向叶片的调节过程中在这些叶片拨叉与致动块之间存在滑动接触。在涡轮增压器领域众所周知的是，混流式涡轮增压器克服了径流式涡轮增压器的若干固有限制并且因此提供了对发动机排气能量的更好利用。然而，将导向叶片引入混流式涡轮增压器中呈现了若干问题。首先，叶轮入口被定向成用于将排气流在相对于涡轮机叶轮的旋转轴线不垂直的一个方向上引导至涡轮机叶轮。这样，上部导流环和下部导流环的面向该叶轮入口的侧面限定了围绕涡轮机叶轮的旋转轴线延伸的锥形表面。换言之，该叶轮入口是一种锥台形状。因此，当导向叶片在打开位置与关闭位置之间枢转时，这些导向叶片与上部导流环和下部导流环之间的间隙不是恒定的。更确切而言，在打开或总体上径向延伸的位置中，这些导向叶片与上部导流环和下部导流环之间的间隙沿着这些导向叶片的长度从一个前导边缘到一个尾随边缘是均匀的。相反，在关闭位置或总体上切向延伸的位置中，上部导流环的锥形表面背离这些导向叶片的前导边缘和尾随边缘而弯曲。这样，在上部导流环与这些导向叶片的前导边缘和尾随边缘之间存在增大的间隙，这降低了该涡轮增压器的性能和效率。而且在关闭位置中，下部导流环的锥形表面朝向这些导向叶片的前导边缘和尾随边缘弯曲。这样，在下部导流环与这些导向叶片的前导边缘和尾随边缘之间存在减小的间隙，这必须加以考虑以防止束缚这些导向叶片。其次，每个导向叶片围绕与涡轮机叶轮的旋转轴线不平行的一条轴杆轴线枢转。换言之，每个导向叶片的轴杆轴线是相对于与涡轮机叶轮的旋转轴线以倾斜方式安排成锐角。因此，每个导向叶片的轴杆轴线是与控制环的旋转轴线不平行的。因此，这些叶片拨叉在与该控制环的旋转平面不平行的多个平面内枢转，而使得在这些导向叶片的调节过程中在这些叶片拨叉与致动块之间存在滚动接触。这样，在径流式涡轮增压器中使用的一种典型的叶片拨叉与致动块安排如果用在混流式涡轮增压器中将产生束缚。因此，希望提供一种具有多个可调导向叶片的混流式涡轮增压器，其中在这些导向叶片在打开位置与关闭位置之间的调节过程中，这些导向叶片与上部导流环和下部导流环之间的间隙保持恒定。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，一种涡轮增压器包括一个导向设备，该导向设备对流动通过叶轮入口而到达涡轮机叶轮的排气进行调节，该涡轮机叶轮具有一条涡轮机旋转轴线。该导向设备包括多个导向叶片，这些导向叶片是在一定范围的角位置之间选择性地可移动的。这些导向叶片中的每个导向叶片围绕与该涡轮机旋转轴线不平行的一条导向叶片旋转轴线进行枢转。根据本专利技术的另一个方面，该叶轮入口的上部入口壁和下部入口壁限定了互补的球形表面，这些球形表面具有重合的球心。这些导向叶片中每个导向叶片的导向叶片旋转轴线延伸经过了这些上部入口壁和下部入口壁的重合的球心。根据本专利技术的又一个方面，该叶轮入口的上部入口壁和下部入口壁包括多个平坦的区段，这些区段限定了当导向叶片在该范围的角位置之间枢转时每个导向叶片的平行边界壁。附图的简要说明本专利技术的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中：图1是根据本专利技术的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括可变涡轮几何形状的涡轮增压器(10)，所述涡轮增压器(10)包括：一个涡轮机叶轮(24)，该涡轮机叶轮具有在轴向方向上延伸的一条涡轮机旋转轴线(R1)；在一定范围的角位置之间选择性地可移动的多个导向叶片(34)，其中所述多个导向叶片(34)中的每个导向叶片围绕与所述涡轮机旋转轴线(R1)不平行的一条导向叶片旋转轴线(R2)进行枢转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.02 US 61/594,031;2012.02.06 DE 102012002271.一种包括可变涡轮几何形状的涡轮增压器（10），所述涡轮增压器（10）包括：一个涡轮机叶轮（24），该涡轮机叶轮具有在轴向方向上延伸的一条涡轮机旋转轴线（R1）；一个上部导流环（38）以及一个与所述上部导流环（38）间隔开的下部导流环（40），所述上部导流环（38）和所述下部导流环（40）均被配置成从同一个假想球体截取的环形区段；多个导向叶片（34），所述多个导向叶片被布置在所述上部导流环（38）和所述下部导流环（40）之间，其中所述多个导向叶片（34）在一定范围的角位置之间是选择性地可移动的，从而使得所述多个导向叶片（34）中的每个导向叶片围绕与所述涡轮机旋转轴线（R1）不平行的一条导向叶片旋转轴线（R2）进行枢转；并且其中，当所述多个导向叶片（34）在所述多个导向叶片（34）的打开位置与关闭位置之间进行调整期间，所述上部导流环（38）和所述下部导流环（40）之间的间隙是恒定不变的；其中，所述涡轮增压器（10）包括一个控制环（62），该控制环具有与所述涡轮机旋转轴线（R1）同轴的一条控制环旋转轴线（R3），其中所述控制环（62）围绕所述控制环旋转轴线（R3）的旋转致使所述多个导向叶片（34）在所述范围的角位置之间进行枢转；并且其中，所述控制环（62）包括多个致动块（65），所述多个致动块（65）中的每个致动块在总体上与所述多个导向叶片（34）的一个对应导向叶片的所述导向叶片旋转轴线（R2）平行的一个方向上延伸，并且其中所述多个导向叶片（34）中的每个导向叶片包括一个枢转轴（42），该枢转轴具有总体上垂直于所述导向叶片旋转轴线（R2）延伸的一个叶片拨叉（52），所述叶片拨叉（52）具有两个导向臂（56），该两个导向臂之间具有一个凹陷以用于在其中接收所述多个致动块（65）之一；或者，其中，所述控制环（62）包括多个致动块（65），所述多个致动块（65）中的每个致动块总体上平行于所述控制环旋转轴线（R3）延伸，并且其中所述多个导向叶片（34）中的每个导向叶片包括一个枢转轴（42），该枢转轴具有总体上垂直于所述导向叶片旋转轴线（R2）延伸的一个叶片拨叉（52），所述叶片拨叉（52）具有两个导向臂（56），该两个导向臂之间具有一个凹陷以用于在其中接收所述多个致动块（65）之一，并且其中，至少一个导向臂（56）包括一个凸曲线形表面，用于当所述多个导向叶片（34）在所述范围的角位置之间进行枢转时与所述致动块（65）进行滚动接触，并且其中，在所述多个导向叶片（34）朝向一个打开位置致动的过程中，一个第一导向臂（56）在所述轴向方向上朝向所述控制环（62）移动并且一个第二导向臂（56）在所述轴向方向上背离所述控制环（62）移动，并且其中，在所述多个导向叶片（34）朝向一个关闭位置致动的过程中，所述第一导向臂（56）在所述轴向方向上背离所述控制环（62）移动并且所述第二导向臂（56）在所述轴向方向上朝向所述控制环（62）移动。2.如权利要求1所述的涡轮增压器（10），包括具有一个上部入口壁（44）和一个下部入口壁（46）的一个叶轮入口（28），其中所述上部入口壁和下部入口壁（44，46）限定了多个互补的球形表面，这些球形表面具有重合的球心，并且其中所述多个导向叶片（34）中的每个导向叶片的所述导向叶片旋转轴线（R2）延伸经过了所述上部入口壁和下部入口壁（44，46）的所述重合的球心。3.如权利要求2所述的涡轮增压器（10），其中所述上部入口壁（44）具有限定了一个第一球心的一个凸球表面，并且所述下部入口壁（46）具有限定了与所述第一球心重合的一个第二球心的一个凹球表面。4.如权利要求3所述的涡轮增压器（10），其中所述多个导向叶片（34）中的每个导向叶片包括与所述上部入口壁（44）互补的一个上边缘（48）以及与所述下部入口壁（46）互补的一个下边缘（50），所述上边缘和下边缘（48，50）在一个前导边缘（70）与一个尾随边缘（72）之间延伸，其中当所述多个导向叶片（34）在所述范围的角位置之间进行枢转时，所述上边缘和下边缘（48，50）与所述上部入口壁和下部入口壁（44，46）之间的间隙从所述前导边缘（70）到所述尾随边缘（72）保持恒定。5.如权利要求1所述的涡轮增压器（10），包括具有一个上部入口壁（44）和一个下部入口壁（46）的一个叶轮入口（28），其中所述上部入口壁（44）包括多个第一平面区段（100）并且所述下部入口壁（46）包括多个第一平面区段（100）。6.如权利要求5所述的涡轮增压器（10），其中所述上部入口壁（44）的所述多个第一平面区段（100）以及所述下部入口壁（46）的所述多个第一平面区段（100）限定了所述多个导向叶片（34）的多个平行的边界壁。7.如权利要求6所述的涡轮增压器（10），其中所述多个导向叶片（34）中的每个导向叶片包括一个上边缘（48）和一个下边缘（50），所述上边缘和下边缘（48，50）在一个前导边缘（70）与一个尾随边缘（72）之间延伸，其中当所述多个导向叶片（34）在所述范围的角位...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·G·格拉鲍斯卡，J·奇哈特，O·乌尔班奇克，A·马祖雷克，
申请(专利权)人：博格华纳公司，
类型：发明
国别省市：美国;US