特别用于机动车的废气涡轮增压器制造技术

本发明专利技术涉及一种特别用于机动车的废气涡轮增压器(1)，包括：涡轮机壳(2)；涡轮机叶轮(3)，所述涡轮机叶轮(3)包括第一数量的移动叶片(4)，并围绕涡轮机叶轮的旋转中心(D)相对于所述涡轮机壳(2)能旋转，并具有涡轮机叶轮半径(RTR)；可变的涡轮机几何形状(5)，包括叶片轴环，在所述叶片轴承环上各种情况下均围绕导向叶片的旋转中心(P)可旋转地安装有第二数目的导向叶片(6)，其中所述导向叶片(6)在封闭位置和开放位置之间是可调节的，其中，纵向剖面上的每个导向叶片(6)包括背向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第一剖面头部(9,10)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第二剖面头部(9,10)；其中，所述第二剖面头部(10)距离所述导向叶片(6)的开放位置处的涡轮机叶轮的旋转中心(D)的距离(RTE)与所述涡轮机叶轮的半径(RTR)满足以下关系式：1.03≤RTE/RTR≤1.06。

【技术实现步骤摘要】
特别用于机动车的废气涡轮增压器
本专利技术涉及一种废气涡轮增压器，特别是用于机动车的废气涡轮增压器，还涉及一种具有所述废气涡轮增压器的机动车。
技术介绍
众所周知，用于内燃机的废气涡轮增压器由两个流体装置(flowmachine)构成：一方面为涡轮机，另一方面为压缩机。涡轮机将废气中含有的能量用于驱动压缩机，压缩机吸入新鲜空气并将压缩后的空气内燃机的气缸内。由于内燃机通常非常高的旋转速度范围，因此需要控制废气涡轮增压器，使得在内燃机尽可能大的旋转速度范围内能确保尽可能恒定的增压。对此已知的方案是借由旁路通道将一部分废气流导入涡轮机周围。然而，所谓的可变的涡轮机几何形状使得能实现更为能量有利的方案，利用该方案，涡轮机的动力学压力可持续改变，从而各种情况下使用的整个废气也可改变。这种可变的涡轮机形状通常通过可调节的导向叶片来实现，借助于该导向叶片，能够可变地调节流经废气涡轮增压器的所需废气流。具有可调节的导向叶片的不可变的涡轮形状，证明是有问题的，通过导向叶片之间的锥形通道，发动机的脉动废气排出被加速，并且以较大的脉冲击打涡轮机叶轮，这会导致涡轮机叶轮的叶片中的自然震动加剧，并且在整个运行期间导致疲劳断裂，从而损坏涡轮增压器。
技术实现思路
因此，本专利技术解决了以下问题：为开发可变的涡轮几何形状提供新方式，并且在该过程中提供具有改善的热动力学效率的可变涡轮机。因此，本专利技术的基本思想是对废气涡轮增压器装配包括导向叶片的可变涡轮几何形状，其中，导向叶片在封闭位置和开放位置之间可调节，在该封闭位置处，用于废气流经的导向叶片之间的流体横截面最小，在该开放位置处，该流体横截面最大。纵向剖面上的每个导向叶片具有背向涡轮机叶轮的旋转中心的第一剖面头部(profilenose)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心的第二剖面头部，第一剖面头部与第二剖面头部的直的连接线限定了剖面弦(profilechord)。根据本专利技术，第二剖面头部距离导向叶片的开放位置时涡轮机叶轮的旋转中心的距离RTE与涡轮机叶轮的半径RTR满足以下关系：1.03≤RTE/RTR≤1.06。根据本专利技术的废气涡轮增压器的设计构造使各种组件上的激发振动或振动负载减小至可接受的程度，这对废气涡轮机的热动力学效率具有正面效果。同时，使导向叶片移动所需的调节力被最小化。可变的涡轮机几何形状的滞后性能也得到改善，由此可实现良好的控制性能。对于要实现的效率特别有利的是以下实施方式，其中距离RTE和半径RTR满足以下关系：1.04≤RTE/RTR≤1.06，优选1.05≤RTE/RTR≤1.06。特别可行地，导向叶片的纵向剖面的中心线被导向叶片的旋转中心分成弦长为L1的第一弦和弦长为L2的第二弦。根据本申请文件，通过导向叶片的旋转中心与第一剖面线头部的连接直线界定第一弦，以及通过导向叶片的旋转中心与第二剖面线头部的连接直线来界定第二弦。当导向叶片以如下的方式设计时，特别高效率的废气涡轮机得以实现：进入涡轮机壳的废气以相对于导向叶片位于它们的封闭位置时的第一弦的流入角α<4°冲击导向叶片。在优选的实施方式中，连接涡轮机叶轮的旋转中心和第二剖面头部的连接直线与第一弦之间的角ξ2具有以下角度间隔：35°≤ξ2≤55°，在导向叶片位于开放位置的情况下，以及95°≤ξ2≤110°，在导向叶片位于封闭位置的情况下。在进一步特别优选的实施方式中，连接涡轮机叶轮的旋转中心和第二剖面头部的连接直线与第二弦之间的角ξ1满足以下两个关系式之一：1.4≤ξ2/ξ1≤1.6，或1.2≤ξ2/ξ1≤1.4。有利地，角度X和纵向剖面中的移动叶片的开放角k遵循以下关系式，角度X相对于两个相邻的导向叶片旋转中心P之间的涡轮叶轮旋转中心形成为顶点：0.4≤χ/κ≤2.4，优选0.6≤χ/κ≤1.7，最优选0.9≤χ/κ≤1.2。在根据本专利技术的废气涡轮增压器的有利的另一实施方式中，开放状态的导向叶片中两个相邻的第二剖面头部的连接线长度S2与两个相邻的移动叶片之间的入口宽度S3遵循以下关系式：0.45≤S2/S3≤3.2，优选0.65≤S2/S3≤1.7，最优选0.92≤S2/S3≤1.25。在另一优选的实施方式中，两个移动叶片之间的流体面积ATR相对于两个导向叶片之间的入口面积ALS遵循以下关系式：0.36≤ALS/ATR≤3.82，优选0.52≤ALS/ATR≤2.05，优选0.74≤ALS/ATR≤1.5。此时，两个导向叶片之间的入口面积ATR由关系式ATR＝hTRS3限定，且两个导向叶片之间的入口面积ALS由关系式ALS＝hLSS2限定。此处，h2为导向叶片沿着其旋转轴线的高度，且h3为涡轮机叶轮的入口上的移动叶片的高度。流体动力学方面特别有利的是以下实施方式，其中移动叶片的高度hTR相对于导向叶片的高度hLS之比满足以下关系式：0.8≤hLS/hTR≤1.2，优选0.9≤hLS/hTR≤1.1。根据另一有利的实施方式，移动叶片的直径DTR相对于移动叶片的高度hTR之比遵循以下关系式：0.1≤hTR/DTR≤0.2，优选0.12≤hTR/DTR≤0.18，最优选0.13≤hTR/DTR≤0.16，根据又一有利的实施方式，封闭位置处的两个相邻导向叶片的重合部分Δ与导向叶片的长度LLS满足以下关系式：0.05*LLS≤Δ≤0.4*LLS，优选0.1*LLS≤Δ≤0.3*LLS，最优选0.15*LLS≤Δ≤0.2*LLS。在制造方面特别有利的证明是以下两种实施方式，其中废气涡轮增压器包括导向叶片11和移动叶片9，或者包括导向叶片13和移动叶片11。在特别优选的实施方式中，笛卡尔坐标系的原点由背向涡轮机叶轮的第一剖面头部限定。笛卡尔坐标系的X轴方向由剖面弦限定，其中笛卡尔坐标系的Y轴方向与X轴方向正交、背离第一剖面头部延伸。纵向剖面中的导向叶片各自具有剖面底面，在各种情况下，该剖面底面在一些区中形成为凹的，一些区中形成为凸的，具有低点P1和高点P2，并且在各种情况下，形成具有高点P3的凸出形成的剖面顶面。第一剖面头部和导向叶片的旋转中心P之间的距离xp与剖面头部和低点P1之间的距离x1满足以下X轴的关系式：(xp–x1)/xp>0.8。此外，距离x1与第一剖面头部和Y轴的低点Px满足以下关系式：y1/x1<0.4。为了进一步减小作用于导向叶片上的气动力，在优选实施方式中，导向叶片在纵向剖面上各自具有一些区中形成为凹的，一些区中形成为凸的，具有低点P1和高点P2的剖面底面。此外，导向叶片各自具有凸出形成的剖面顶面，具有高点P3。此时，笛卡尔坐标系的原点由背离涡轮机壳的第一剖面头部限定，且所述笛卡尔坐标系的X轴方向由剖面弦限定。笛卡尔坐标系的Y轴方向正交于X轴方向背离第一剖面头部延伸。根据该实施方式，第一剖面头部和X轴方向上的导向叶片的旋转中心P之间的距离xp与第一剖面头部和低点P1之间的距离x1分别满足以下关系式：(xp–x1)/xp>0.8。同时，距离x1与第一剖面头部x1和低点P1满足Y轴方向上的以下关系式：y1/x1<0.4。在又一有利的实施方式中，中心线在纵向剖面中由多个辅助圆限定，其中，对于限定第一剖面头部的第一辅助圆的半径，二者中之一满足以下关系式：r/xp>0.08本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特别用于机动车的废气涡轮增压器(1)，包括：涡轮机壳(2)；涡轮机叶轮(3)，所述涡轮机叶轮(3)包括第一数量(nTR)的移动叶片(4)，并围绕涡轮机叶轮的旋转中心(D)相对于所述涡轮机壳(2)能旋转，并具有涡轮机叶轮半径(RTR)；可变的涡轮机几何形状(5)，包括叶片轴环，在所述叶片轴承环上任何情况下均围绕导向叶片的旋转中心(P)可旋转地安装有第二数目(nLS)的导向叶片(6)，其中，所述导向叶片(6)在封闭位置和开放位置之间是可调节的，在所述封闭位置处导向叶片(6)之间用于废气流过的流体横截面最小，在所述开放位置处所述流体横截面最大；其中，纵向剖面上的每个导向叶片(6)包括背向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第一剖面头部(9,10)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第二剖面头部(9,10)，所述第一剖面头部与所述第二剖面头部的直的连接线限定了剖面弦(11)；其中，所述第二剖面头部(10)距离所述导向叶片(6)的开放位置处的涡轮机叶轮的旋转中心(D)的距离RTE与所述涡轮机叶轮(3)的半径RTR满足以下关系：1.03≤RTE/RTR≤1.06。

【技术特征摘要】
2013.11.29 DE 102013224572.61.一种用于机动车的废气涡轮增压器(1)，包括：涡轮机壳(2)；涡轮机叶轮(3)，所述涡轮机叶轮(3)包括第一数量(nTR)的移动叶片(4)，并围绕涡轮机叶轮的旋转中心(D)相对于所述涡轮机壳(2)能旋转，并具有涡轮机叶轮半径(RTR)；可变的涡轮机几何形状(5)，包括叶片轴承环，在所述叶片轴承环上任何情况下均围绕导向叶片的旋转中心(P)可旋转地安装有第二数目(nLS)的导向叶片(6)，其中，所述导向叶片(6)在封闭位置和开放位置之间是可调节的，在所述封闭位置处导向叶片(6)之间用于废气流过的流体横截面最小，在所述开放位置处所述流体横截面最大；其中，纵向剖面上的每个导向叶片(6)包括背向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第一剖面头部(9)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第二剖面头部(10)，所述第一剖面头部与所述第二剖面头部的直的连接线限定了剖面弦(11)；其中，所述第二剖面头部(10)距离所述导向叶片(6)的开放位置处的涡轮机叶轮的旋转中心(D)的距离RTE与所述涡轮机叶轮(3)的半径RTR满足以下关系：1.05＜RTE/RTR≤1.06；在所述导向叶片(6)的纵向剖面中，中心线(14)被导向叶片的旋转中心(P)分成弦长为L1的第一弦(13a)和弦长为L2的第二弦(13b)；其中，通过所述导向叶片的旋转中心(P)与所述第一剖面头部(9)的连接直线限定所述第一弦(13a)，以及通过所述导向叶片的旋转中心(P)与第二剖面头部(10)的连接直线来限定第二弦(13b)；连接涡轮机叶轮的旋转中心(D)和第二剖面头部(10)的连接直线(16)与所述第一弦(13a)之间的角(ξ2)位于以下角度间隔中：35°≤ξ2≤55°，在所述导向叶片(6)相对于它们的旋转位置位于开放位置的情况下，以及95°≤ξ2≤110°，在所述导向叶片(6)相对于它们的旋转位置位于封闭位置的情况下；角度(χ)和纵向剖面中的移动叶片(4)的开放角(κ)遵循以下关系式，所述角度(χ)相对于两个相邻的导向叶片旋转中心(P)之间的涡轮机叶轮旋转中心(D)形成为顶点：0.4≤χ/κ≤2.4。2.根据权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述导向叶片(6)以如下方式设计：进入所述涡轮机壳(2)的废气以相对于在所述导向叶片(6)位于它们的封闭位置时的第一弦(13a)的流入角α<4°冲击所述导向叶片(6)。3.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，连接所述涡轮机叶轮的旋转中心(D)和所述第二剖面头部(10)的连接直线(16)与所述第二弦(13b)之间的角(ξ1)满足以下两个关系式之一：1.4≤ξ2/ξ1≤1.6，或1.2≤ξ2/ξ1≤1.4。4.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，0.6≤χ/κ≤1.7。5.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，0.9≤χ/κ≤1.2。6.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，开放状态的所述导向叶片(6)中两个相邻的第二剖面头部(10)的连接线长度(S2)与两个相邻的移动叶片(4)之间的入口宽度(S3)遵循以下关系式：0.45≤S2/S3≤3.2。7.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，开放状态的所述导向叶片(6)中两个相邻的第二剖面头部(10)的连接线长度(S2)与两个相邻的移动叶片(4)之间的入口宽度(S3)遵循以下关系式：0.65≤S2/S3≤1.7。8.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，开放状态的所述导向叶片(6)中两个相邻的第二剖面头部(10)的连接线长度(S2)与两个相邻的移动叶片(4)之间的入口宽度(S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨·劳本德尔，马库斯·施奈德，
申请(专利权)人：博世马勒涡轮系统有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE