用於廢氣渦輪增壓器的渦輪的製造方法
2023-06-21 06:15:46 2
用於廢氣渦輪增壓器的渦輪的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於廢氣渦輪增壓器的渦輪機(10)，其具有渦輪機殼體(12)，所述渦輪機殼體具有用於容納渦輪(9)的容納腔(14)和至少一個可由廢氣穿流的流道(4)，廢氣經由與流道(4)流體連接的輸送通道(5)能夠由所述流道導入到所述容納腔(14)中，其中至少一個相對於渦輪機殼體(12)固定的且至少在引導區域(30)中伸入到輸送通道(5)中的引導元件(18)設置用於引導廢氣，其中引導元件(18)在引導區域(30)中關於渦輪機(10)的軸向方向具有第一長度區域(a)，在所述第一長度區域中引導元件(18)在其氣動特徵方面與在引導元件(18)的引導區域(30)中的連接於第一長度區域(a)的第二長度區域(d)中不同地構成。
【專利說明】用於廢氣渦輪增壓器的渦輪機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的用於廢氣渦輪增壓器的渦輪機。
【背景技術】
[0002] 從內燃機的批量生產中已知：使用廢氣渦輪增壓器以對內燃機進行加載。廢氣渦 輪增壓器相應地包括渦輪機和壓縮機。渦輪機能夠由內燃機的廢氣驅動。經由渦輪機能夠 驅動壓縮機，以便因此壓縮待輸送給內燃機的空氣。由此，能夠利用包含在內燃機的廢氣中 的能量，使得能夠將燃料消耗和C0 2排放保持得低。
[0003] 為了實現尤其低的燃料消耗進而低的co2排放，根據所謂的小型化原理構成內燃 機。在此，內燃機具有極其小的發動機排量，然而由於空氣的壓縮能夠提供相對高的比轉矩 和比功率。由於高的比功率，對於廢氣渦輪增壓器和尤其其渦輪機的要求提高。在此，重要 的要求是實現渦輪機的良好的非穩態性能，使得內燃機具有良好的行駛性能。
[0004] 在汽油發動機中還有在柴油發動機中，在此使用具有變化的渦輪機幾何尺寸的渦 輪機，以便渦輪機能夠匹配於內燃機的不同的工作點。與柴油發動機相比，然而汽油發動機 中的變化的渦輪機根據原理具有尤其大的通流量擴展。尤其為了例如在車輛加速時示出可 接受的非穩態性能，有利的是：尤其在渦輪機運行範圍中實現小的通流量特徵值、即在渦輪 機的流動橫截面相對小的情況下實現儘可能高的渦輪機效率。
[0005] EP 1 301 689 B1公開一種廢氣渦輪增壓器的渦輪機，其具有渦輪機殼體。渦輪接 殼體具有用於容納渦輪的容納腔以及可由廢氣穿流的流道。渦輪機還包括可沿軸向方向移 動的導流柵，藉助所述導流柵能夠相應地引導從流道流動至渦輪的廢氣。所述渦輪機具有 僅非有效率的運行。
【發明內容】
[0006] 因此，本發明的目的是，提供一種用於廢氣渦輪增壓器的渦輪機，所述渦輪機具有 尤其有效率的運行。
[0007] 該目的通過具有權利要求1的特徵的用於廢氣渦輪增壓器的渦輪機來實現。在其 餘的權利要求中說明具有本發明的適合的且非普通的改進形式的有利的設計方案。
[0008] 用於廢氣渦輪增壓器的這種渦輪機包括渦輪機殼體，所述渦輪機殼體具有用於容 納渦輪的容納腔和至少一個能由廢氣穿流的流道。廢氣經由與流道流體連接的輸送通道能 夠從流道導入到容納腔中。
[0009] 根據本發明，至少一個相對於渦輪機殼體固定的且至少在引導區域中伸入到輸送 通道中的引導元件設置用於引導廢氣。在此，引導元件在引導區域中關於渦輪機的軸向方 向具有第一長度區域，在第一長度區域中引導元件在其氣動特徵方面與引導元件的連接於 第一長度區域的第二長度區域中不同地構成。
[0010] 優選地，設有能沿軸向方向相對於渦輪機殼體在這兩個長度區域中且最大釋放輸 送通道的流動橫截面的打開位置和最大地收縮流動橫截面的並且僅在第一長度區域中釋 放流動橫截面的閉合位置之間移動的滑動元件。在此，長度區域在其氣動特性方面構成為， 使得藉助於長度區域在將滑動元件從藉助於第一長度區域引起渦流產生的閉合位置中移 動到打開位置中時至少能夠基本上保持渦流產生。
[0011] 因此，尤其在滑動元件開始從設定渦輪機的最小的通流量的閉合位置運動到打開 位置中時引起渦流產生不下降或者僅極其少量地下降進而廢氣的流動的進氣渦流不下降 或僅極其少量地下降，使得渦輪機的渦輪機功率也不下降或不顯著地下降。由此，根據本發 明的渦輪機是有效率的並且能夠以高的渦輪機效率運行。此外，其具有有利的非穩態性能。
[0012] 優選地，滑動元件關於渦輪機的徑向方向在僅一側上至少部分地並且至少在閉合 位置中覆蓋引導元件。換而言之，滑動元件關於渦輪機的徑向方向僅設置在引導元件的一 側上，藉助於所述滑動元件在閉合位置中覆蓋第二長度區域。因此，避免功能間隙處的洩漏 流，在兩側覆蓋引導元件時能夠設置所述功能間隙。這有助於根據本發明的渦輪機的有效 率的運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 從優選的實施例的下面的描述中以及根據附圖得出本發明的另外的優點、特徵和 細節。上面在說明書中提出的特徵和特徵組合以及下面在附圖描述中提出的和/或在附圖 中單獨示出的特徵和特徵組合不僅能夠分別以所給出的組合而且也能夠以其他的組合或 單獨地應用，而沒有偏離本發明的範圍。
[0014] 在此，附圖la至6b用於闡明本發明的背景。
[0015] 附圖示出：
[0016] 圖la示出用於內燃機的、尤其用於汽車的內燃機的廢氣渦輪增壓器的渦輪機的 示意縱截面圖；
[0017] 圖lb部分地不出根據圖la的潤輪機的不意橫截面圖；
[0018] 圖2部分地示出根據圖la-b的渦輪機的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0019] 圖3示出根據圖2的渦輪機的另一實施方案的示意橫截內面圖；
[0020] 圖4示出用於解釋在根據圖2的渦輪機的可軸向移動的滑動元件的移動和渦流產 生之間的關聯的原理圖；
[0021] 圖5a-b分別部分地示出根據圖2的渦輪機的示意縱截面圖；
[0022] 圖6a_b分別部分地示出根據圖5a_b的渦輪機的另一實施方式的示意縱截面圖；
[0023] 圖7a示出根據圖la的渦輪機的另一實施方式的示意縱截面圖；
[0024] 圖7b部分地不出根據圖7a的潤輪機的另一不意縱截面圖；
[0025] 圖7c示出根據圖7a_b的渦輪機的導流柵的示意立體圖；
[0026] 圖8a_b分別示出根據圖7c的導流柵的一個實施方案的示意縱截面圖；
[0027] 圖8c部分地不出根據圖8a_b的導流柵的不意俯視圖；
[0028] 圖9示出用於解釋在根據圖8a_c的導流柵的導向葉片的間距和根據圖7a_c的渦 輪機的噴嘴的寬度之間的關聯的原理圖，廢氣經由所述噴嘴從渦輪機的流道溢流到用於容 納渦輪的容納腔中；
[0029] 圖10部分地示出根據圖7a_c的渦輪機的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0030] 圖11部分地示出根據圖7c的導流柵的示意俯視圖；
[0031] 圖12部分地示出根據圖7a的渦輪機的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0032] 圖13部分地示出根據圖12的渦輪機的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0033] 圖14部分地示出根據圖12的渦輪機的示意縱截面圖；
[0034] 圖15沿著圖14中示出的剖切線X-X部分地示出根據圖14的渦輪機的示意橫截 面圖；
[0035] 圖16部分地示出根據圖14的渦輪機的另一示意縱截面圖；
[0036] 圖17沿著圖16中示出的剖切線X2-X2部分地示出根據圖16的渦輪機的示意橫 截面圖；
[0037] 圖18部分地示出根據圖7a的渦輪機的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0038] 圖19示出根據圖18的渦輪機的導流柵的示意立體圖；
[0039] 圖20部分地示出根據圖19的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0040] 圖21示出根據圖20的導流柵的示意立體圖；
[0041] 圖22示出用於根據圖20和21的導流柵的分離元件的示意立體圖；
[0042] 圖23示出根據圖22的分離元件的示意俯視圖；
[0043] 圖24a示出根據圖21的導流柵的另一實施方案的示意立體圖；
[0044] 圖24b示出根據圖24a的導流柵的另一示意立體圖；
[0045] 圖24c示出根據圖24a_b的導流柵的示意縱截面圖；
[0046] 圖25a示出根據圖7a的渦輪機的另一實施方案的示意縱截面圖；
[0047] 圖25b部分地示出根據圖25a的渦輪機的示意縱截面圖；
[0048] 圖26a示出根據圖24a的導流柵的另一實施方案的示意立體圖；
[0049] 圖26b示出根據圖26a的導流柵的示意立體圖；
[0050] 圖27部分地示出具有根據圖26a_b的導流柵的根據圖7a的渦輪機的另一實施方 案的示意縱截面圖；
[0051] 圖28a示出根據圖26a的導流柵的另一實施方案的示意立體圖；
[0052] 圖28b示出用於對根據圖28的導流柵定心的定心元件的示意立體圖；
[0053] 圖29部分地示出具有根據圖28b的定心元件和根據圖28a的導流柵的根據圖7a 的渦輪機的另一實施形式的示意縱截面圖；
[0054] 圖30示出根據圖28a的導流柵的另一實施方案的示意立體圖；
[0055] 圖31示出根據圖28a的定心元件的另一實施方案的示意立體圖；
[0056] 圖32部分地示出具有根據圖31的定心元件和根據圖30的導流柵的根據圖7a的 渦輪機的另一實施形式的示意縱截面圖；以及
[0057] 圖33部分地示出根據圖32的渦輪機的另一實施形式的示意縱截面圖，其中定心 元件構成為隔熱屏。
【具體實施方式】
[0058] 圖la示出用於汽車的內燃機的廢氣渦輪增壓器的渦輪機10。渦輪機10包括具 有容納腔14的渦輪機殼體12。渦輪機10的渦輪9圍繞轉動軸線16相對於渦輪機殼體12 可轉動地容納在容納腔14中。渦輪機10包括設置在渦輪機10的軸承殼體側上的導流柵 1，所述導流柵包括多個導向葉片18。
[0059] 渦輪機殼體12還具有入流通道4,所述入流通道能夠由內燃機的廢氣穿流。入流 通道4也稱作蝸殼並且在渦輪9的周向方向上在其環周上至少基本上螺旋形地延伸。稱作 輸送通道5的流動通道與入流通道4流體地連接。穿流入流通道4的廢氣經由輸送通道5 引導至容納腔14和渦輪9。輸送通道5也能夠稱作為噴嘴。通過輸送通道5的有效橫截 面、即通過其噴嘴寬度b確定潤輪機10的匯集性能（Aufstauverhalten)。
[0060] 在此，在渦輪機10中輸送通道5的有效橫截面能夠可變地調節。為此，渦輪機10 包括具有底模3的軸向滑塊2,導向葉片18能夠沉入到所述底模中。
[0061] 軸向滑塊2能夠在渦輪機10的軸向方向上相對於渦輪機殼體12移動並且能夠在 最大地收縮輸送通道5的有效橫截面的閉合位置（第一端部止擋部）和最大地釋放輸送通 道5的有效橫截面的打開位置（第二端部止擋部）之間移動。為了移動軸向滑塊2進而為 了改變渦輪機10的匯集性能，設有調節機構6,所述調節機構容納在調節腔7中。
[0062] 為了確保在渦輪機10運行期間軸向滑塊2的可調節性，在導流柵1或導向葉片18 和底模3之間環繞地設有功能間隙8。然而環繞的功能間隙8能夠引起導流柵1上的二次 流損失，即廢氣質量流的一部分不--如期望的那樣--流動穿過導流柵1或者經由導向 葉片18定向地流動到渦輪9上，而是經由環繞的功能間隙8未定向地流動到渦輪9。該有 缺陷迎流強制地引起不期望低的渦輪機效率，尤其在小的渦輪機通流量特徵值的運行範圍 中，如其在軸向滑塊2閉合時出現。
[0063] 在此，具有導向葉片18的導流柵1是所謂的渦流發生器，所述渦流發生器尤其借 助於導向葉片18在渦輪9的入口處產生入口渦流。由此，渦輪9被尤其有效率地迎流。如 果廢氣現在僅流動經過導流柵1並且不經受渦流產生，因此，這負面地影響渦輪機10的有 效率的運行。
[0064] 原則上，包括導流柵1和底模3的導流裝置對製造技術提出高的要求，以便尤其在 汽油發動機中能夠安全地充斥高的運行溫度並且同時將呈二次流損失形式的損失保持在 小的範圍內。
[0065] 因此期望的是，為了調節輸送通道5的橫截面，不應用在兩側沿渦輪機10的徑向 方向覆蓋導流柵1的底模3而是應用覆蓋元件，所述覆蓋元件僅能夠在一側上、優選在廢氣 到渦輪9的流動方向上在導向葉片18的上遊覆蓋導流柵1。由此，功能間隙8不是必要的 並且能夠避免二次流損失或者將二次流損失至少保持得低。
[0066] 圖2示出設有軸向滑塊2的渦輪機10。然而，渦輪機10不包括具有導向葉片18 的導流柵1。因此，軸向滑塊2未安裝葉片。在圖2中能夠看到輸送通道5的噴嘴寬度b。 此外，能夠從圖2中得出蝸殼4的頸部橫截面A s。
[0067] 如在圖3中示出的速度三角的概覽中能夠識別的是，在根據圖2的渦輪機10中存 在下述問題：存在到渦輪9的入口渦流與噴嘴寬度b的強的相關性，所述噴嘴寬度根據在歐 拉運算方程中描述的關聯在噴嘴寬度b的數值小的情況下引起渦輪機功率或者渦輪機效 率的強烈的幹擾。
[0068] 根據歐拉公式結合比功：
[0069] au = u^c^-u^c^
[0070] 和
[0071]
【權利要求】
1. 一種用於廢氣渦輪增壓器的渦輪機（10)，其具有渦輪機殼體（12)，所述渦輪機殼體 具有用於容納渦輪（9)的容納腔（14)和至少一個能由廢氣穿流的流道（4)，所述廢氣經由 與所述流道（4)流體連接的輸送通道（5)能夠由所述流道導入到所述容納腔（14)中， 其特徵在於， 至少一個相對於渦輪機殼體（12)固定的且至少在所述引導區域（30)中伸入到所述輸 送通道（5)中的引導元件（18)設置用於引導所述廢氣，其中所述引導元件（18)在所述引 導區域（30)中關於所述渦輪機（10)的軸向方向具有第一長度區域（a)，在所述第一長度區 域中所述引導元件（18)在其氣動特徵方面與在所述引導元件（18)的所述引導區域（30) 中的連接於所述第一長度區域（a)的第二長度區域（d)中不同地構成。
2. 根據權利要求1所述的渦輪機（10)，其特徵在於，設有能沿軸向方向相對於所述渦 輪機殼體（12)在最大地且在這兩個長度區域（a，d)中釋放所述輸送通道（5)的流動橫截 面的打開位置和最大地收縮流動橫截面的並且僅在第一長度區域（a)中釋放流動橫截面 的閉合位置之間移動的滑動元件（2)，其中藉助於長度區域（a，d)在將所述滑動元件（2)從 藉助於所述第一長度區域（a)引起渦流產生的所述閉合位置中移動到所述打開位置中時 至少能夠基本上保持所述渦流產生。
3. 根據權利要求1或2所述的渦輪機（10)，其特徵在於，所述長度區域（a，d)在軸向 方向上經由具有至少局部地至少基本上弧形的、尤其圓弧形的或橢圓形構成的第一輪廓的 過渡區域（32)彼此連接。
4. 根據權利要求2和3所述的渦輪機（10)，其特徵在於，所述滑動元件（2)包括具有 至少基本上與弧形的所述過渡區域（32)相對應的第二輪廓的端側（44)。
5. 根據權利要求4所述的渦輪機（10)，其特徵在於，所述第一輪廓和所述第二輪廓在 所述滑動元件（2)的閉合部位中至少基本上彼此全等地設置。
6. 根據權利要求2至5中的任一項所述的渦輪機（10)，其特徵在於，所述引導元件 (18)的引導區域（30)在所述輸送通道（5)的全部的軸向的延伸上延伸，其中所述渦輪機 (10)的將所述流道（4)與用於容納所述滑動元件（2)的調節機構的容納腔（7)流體地分離 的中間壁部（46)具有內徑（D T)，所述內徑小於所述引導元件（18)的入口直徑（隊)，所述廢 氣在所述入口直徑上進入到所述引導元件（18)中。
7. 根據權利要求2至6中的任一項所述的渦輪機（10)，其特徵在於，所述引導元件 (18)的至少基本上垂直於軸向方向延伸的第一輪廓面（FA)與所述引導元件（18)的至少 基本上垂直於所述軸向方向延伸的第二輪廓面（FB)的比例（FA/FB)的倒數（FB/FA)位於 10%至75%的範圍中，其中包括10%和75%，所述第一輪廓面在所述第二長度區域（d)中 在所述閉合位置中藉助於所述滑動元件（2)被覆蓋，所述第二輪廓面在所述滑動元件的閉 合位置中被釋放。
8. 根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪機（10)，其特徵在於，設有至少一個分離 元件（f)，藉助於所述分離元件將所述長度區域（a，d)流體地彼此分離。
9. 根據上述權利要求中的任一項所述的渦輪機，其特徵在於，蝸殼噴嘴寬度（bVluJ大 至使得角度h小於或等於25°。
10. 根據權利要求8所述的渦輪機（10)，其特徵在於，所述分離元件（f)鎖定在所述引 導元件（18)的相應的槽（48)中。
【文檔編號】F01D17/16GK104053862SQ201280060679
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年9月22日 優先權日:2011年12月8日
【發明者】彼得·弗萊德斯巴赫爾, 曼弗雷德·古特赫勒, 託爾斯滕·希爾特, 安德烈亞斯·穆勒, 蒂莫·舒爾茨, 卡斯滕·萬利爾 申請人:Ihi供應系統國際有限責任公司