可变几何涡轮增压器涡轮制造技术

为了提高轴流式和混流式涡轮增压器涡轮的可靠性、净功率和效率优势，提供了一种渐缩的可轴向平移(“滑动喷嘴”)限流器构件(197)，以提供合适的入口废气流量特性以用于轴流式或混流式涡轮(201、203)的操作。本发明专利技术以比传统的枢转叶片、可变几何轴流式涡轮增压器涡轮更低的成本，或以与常规的滑动喷嘴、可变几何混流式涡轮增压器涡轮相似的成本但是更高的效率来生产具有可接受的分辨率的涡轮流量的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变几何涡轮增压器涡轮
本专利技术涉及具有轴流或混流式几何形状的涡轮的涡轮增压器。在实施例中，它还涉及包括涡轮增压器的发动机，以及还涉及包括发动机的车辆。它还涉及控制涡轮增压器的轴流或混流式涡轮中的流动特性的部件。
技术介绍
用于汽油和柴油内燃机的涡轮增压器是本领域中已知的用于通过使用从发动机排出的废气的热量和体积流量对引入发动机的燃烧室的进气流进行加压的已知装置。具体地，从发动机排出的废气以使得废气驱动涡轮在壳体内旋转的方式被引导到涡轮增压器的涡轮壳体中。废气驱动涡轮安装在轴的一端上，该轴为安装在轴的另一端上的径向空气压缩机所共用。因此，涡轮的旋转动作也使得空气压缩机在与废气壳体分离的涡轮增压器的压缩机壳体内旋转。空气压缩机的旋转动作使吸入空气进入压缩机壳体，并在与燃料混合并在发动机燃烧室内燃烧之前加压至所需量。替代地，设计可以使用安装在同一轴上的一个以上的压缩机，以便增加空气的体积流量，该空气离开压缩机级并通过连接发动机燃烧室和压缩机出口的进气歧管管道引入发动机燃烧室。因此，这样的压缩机装置使用由一个涡轮驱动的多个压缩机(多级压缩，其最常见的形式称为双升压或双级涡轮增压器)。在EP2378130A2中描述了双升压涡轮增压器的一个已知示例。在JPS63253115(Isuzumotors)中给出了用于涡轮增压器的废气再循环装置的示例。通过调节经由废气门而流过涡轮壳体的废气量和/或通过选择性地打开或关闭到涡轮的废气通道或通路来控制吸入空气被加压的量。被构造为具有这种可调废气通道(“限流器”)的涡轮增压器被称为可变几何涡轮(VGT)，可变喷嘴涡轮(VNT)，可变涡轮几何(VTG)或可变流量涡轮(VFT)。最常见的缩写是VGT。VGT通常包括在位于废气源和涡轮之间的涡轮壳体内的可移动构件。可移动构件通过合适的致动机构从涡轮壳体的外部致动，以增加或减少到涡轮的废气的体积流量，使其适合于当前发动机的运行条件。增加或减少到涡轮的废气的体积流量分别增加或减小由安装在涡轮轴的另一端上的压缩机产生的进气增压压力。在US6158956中描述了一种已知的VGT。传统的可变几何涡轮增压器(VGT)已经在柴油发动机应用中得到广泛应用，其中它们提供涡轮入口几何形状与整个发动机工作范围内的超过所选择的最佳设计点的废气流的特性的匹配，根据该最佳设计点首先设计了固定涡轮增压器。这导致颗粒排放减少，特别是在较低速度，低负载条件下更高的增压，从而导致可用转矩增加和发动机工作范围下部的加速度的提高。此外，涡轮增压器滞后性能显着提高。然而，由于几个原因，固定几何废气门控制涡轮仍然保持汽油的标准。这些包括更高的废气温度，成本和高得多的汽油发动机空气质量流量变化。为此，最初开发了混流式涡轮，然后开发了轴流式涡轮，以在降低惯性的同时实现更高的效率。径流式涡轮是其中工作流体的流动径向于轴的涡轮(见图3)。径流式涡轮的实例在US4,586,336(BBCBrown，Boveri&Co.Ltd)和WO2010/068558(Borg-WarnerInc.)中公开。存在两种类型的涡轮转子，该涡轮转子偏离主要用于涡轮增压器涡轮的径向流入涡轮转子几何形状。在混流式涡轮的情况下，废气以轴向(相对于轴)方向和径向方向之间的中间(混合)角度进入涡轮转子，而在轴流式涡轮壳体中，废气被引导自径向方向，通过特殊形状的蜗壳和导流器，并在进入轴流式涡轮之前朝向轴向方向，并且废气随后沿轴向方向离开转子。减小的涡轮增压器涡轮惯量意味着更快的时间来实现发动机设定的扭矩目标。尽管有这些改进，随后开发了用于混流式和轴流式涡轮设计的可变几何设计，以进一步改善瞬态涡轮增压器响应，以便改善车辆动力学响应以及进一步提高涡轮机效率。在US4776168和WO2006/061588A1中描述了用于混流式涡轮的两个已知的VGT。在US7571607中描述了轴流式涡轮上的一种已知的VGT。上述两个公开在第一种情况下涉及可轴向平移的限流器，和在第二种情况下涉及枢转叶片的阵列，该枢转叶片周向地布置在轴流式涡轮转子的正前方的旋转毂周围。在第一种情况(US4776168和WO2006/061588A1)中，混流式转子的前缘的几何形状和限流器构件的几何形状产生沿着混流式转子的长度不均匀的空间间隙，随着流动被加速然后允许被再次减速，该空间间隙加快劣化空气动力学流动现象和压力恢复损失。在第二种情况(US7571607)中，所描述的枢转叶片阵列也是径流式涡轮的优选可变几何解决方案。然而，特别是对于汽油发动机的应用而言，多个叶片存在意味着这些叶片的制造代表了大量额外的制造成本，同时其操作的可靠性仍然是汽油发动机应用的问题。本专利技术寻求提供一种具有轴流式或混流式几何形状的涡轮的改进的涡轮增压器。本专利技术与径流式涡轮无关。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种涡轮增压器，其包括：用于驱动压缩机的涡轮，其中所述涡轮具有旋转轴，并且其中所述涡轮具有轴流式或混流式几何形状，用于流体进入涡轮的入口，用于流体离开涡轮的出口，以及限流器，其定位在所述入口中，用于限制进入所述涡轮的流体的流量，该限流器能够在较少限制的第一位置和较多限制的第二位置之间移动，其中该限流器被成形为将流体引向涡轮并且避免流体在入口中被捕获。在优选实施例中，限流器被成形为与入口的形状一致或相配，从而减限流器与入口之间的间隙。限流器可以具有锥形部分(具有例如向内、向外或零曲率的程度)，其作为流体进入涡轮的流动引导件。优选地，限流器从第一位置到第二位置的运动轴线平行于由涡轮的轴限定的轴线。在一个实施例中，涡轮增压器可以另外包括，还包括用于改变限流器位置的致动器，用于感测入口压力的传感器，以及控制器，其用于控制致动器以根据所感测的压力提供限流器位置。它还可以包括限流器位置传感器，以实现闭环位置控制。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于如上所述的涡轮增压器的流量控制装置。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于涡轮增压器的流量控制装置，其包括：可变定位的限流器，其用于根据限流器位置限制涡轮增压器涡轮入口中的流量；致动器，其用于改变限流器的流量限制位置；传感器，其用于感测涡轮增压器入口压力的测量值；以及控制器，其布置成控制致动器以根据感测到的压力提供流量限制位置。限流器包括一定程度的渐缩度，以允许至少部分地符合涡轮入口通道轮廓，从而当延伸到废气流中时减小限流器和涡轮转子之间的空间间隙。因此，应当理解，总体上，至少某些实施例提供了一种限流器构件，其将在一定程度上遵循轮毂轮廓并因此具有渐缩度。限流器构件在涡轮壳体内被设置在主废气源和涡轮叶片之间。限流器构件在涡轮壳体的后部安装到轴向、线性运动的驱动机构。驱动机构可以由能够提供足够的轴向力的任何数量的致动器类型组成，使得限流器可以进入蜗壳内部的废气通道，尽管进入的废气流在该限流器上施加空气动力。提供传感器来测量压缩机出口处的增压压力并测量涡轮增压器轴的转速。该信息被路由到控制器，控制器承担将被构型或渐缩的限流器定位到涡轮进口通道中的位置。因此，提供了一种用于提供涡轮增压器涡轮的可变入口几何形状的系统，其中在限流器构件和用于内燃机的混流式或轴流式涡轮的前缘之间形成最小空间间隙。至少一些实施例的优点包括：1.限流器构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮增压器，包括：用于驱动压缩机的涡轮，其中所述涡轮具有旋转轴，并且其中所述涡轮具有轴流式或混流式几何形状，用于流体进入所述涡轮的入口，用于流体离开所述涡轮的出口，以及限流器，其定位在所述入口中，用于限制进入所述涡轮的流体的流量，所述限流器能够在较少限制的第一位置和较多限制的第二位置之间移动，其中所述限流器被成形为将流体引向所述涡轮并且避免流体在所述入口中被捕获。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.19 GB 1420559.51.一种涡轮增压器，包括：用于驱动压缩机的涡轮，其中所述涡轮具有旋转轴，并且其中所述涡轮具有轴流式或混流式几何形状，用于流体进入所述涡轮的入口，用于流体离开所述涡轮的出口，以及限流器，其定位在所述入口中，用于限制进入所述涡轮的流体的流量，所述限流器能够在较少限制的第一位置和较多限制的第二位置之间移动，其中所述限流器被成形为将流体引向所述涡轮并且避免流体在所述入口中被捕获。2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述限流器被成形为与所述入口的形状一致或相配，从而减小所述限流器与所述入口之间的间隙。3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中，所述限流器具有锥形部分，所述锥形部分用作流体进入所述涡轮的流动引导件。4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述锥形部分具有向内弯曲度。5.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述锥形部分具有向外弯曲度。6.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述锥形部分具有零曲率。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿波斯托洛斯·佩斯里迪斯，
申请(专利权)人：伦敦布鲁内尔大学，
类型：发明
国别省市：英国,GB