可变几何涡轮以及可变几何涡轮的喷嘴轮叶的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请案涉及可变几何涡轮轮叶、涡轮增压器以及一种方法，其中一个或多个流改进装置可以在发动机制动期间减轻冲击波和/或其他不期望的流效应。
【背景技术】
[0002]发动机可以使用涡轮增压器来提高发动机扭矩和/或功率输出。涡轮增压器可以包括涡轮，所述涡轮与发动机的排气流成直线地设置，且经由驱动轴连接到与发动机的进气通道成直线设置的压缩机。排气驱动的涡轮随后可以经由驱动轴将能量供应到压缩机，以增压进气压力。所需的增压量可以随着发动机的操作而变化。控制增压压力的一种方法是使用可变几何涡轮，来改变通过涡轮的排气流。可变几何涡轮可以包括可变涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴被配置成控制排气冲击涡轮叶片的角度，且/或控制排气所穿过的涡轮叶片的上游的通路的截面面积。
[0003]一种类型的可变几何涡轮包括多个可枢转的喷嘴轮叶。流过涡轮喷嘴的排气流过形成于喷嘴轮叶之间的通路。在一个方向上枢转轮叶可以增加涡轮上游的通路的截面面积并且可以减小流过(多个)涡轮叶片的气体的入射角。在另一方向上枢转轮叶可以减小涡轮上游的通路的截面面积并且可以增加流过涡轮叶片的气体的入射角。
[0004]发动机制动是这样一种技术，其中发动机可以用于帮助车辆减速，以便(例如)减少对车辆制动器的磨损和/或降低在仅车辆制动器用于使车辆减速或停止的情况下原本可产生的热量。在发动机制动期间，排气流被限制，由此在排气通道中产生背压。发动机中的(多个)活塞由此被迫对抗背压工作，以从(多个)汽缸中排出燃烧气体。在具有可变几何的涡轮增压的发动机中，喷嘴轮叶可以用于对流进行限制。然而，当流受限时，允许穿过的气体以大大增加的速度朝涡轮导向。这可能引起冲击波。这可以在下游的涡轮叶片上产生强烈的交互和激励。这种冲击波引发的激励也可以称为力响应激励或流体结构交互，其可能是涡轮叶片的高循环疲劳问题的来源和进一步提高涡轮增压的柴油发动机的排气制动功率的限制因素。
[0005]可变几何涡轮的基本设计已进行修改，以产生各种有利的结果。例如，美国专利公布US20130042608尝试提供一种独立地改变喷嘴轮叶之间的通路的截面面积以及流过涡轮叶片的气体的入射角的方式。该公开提供一种具有中心轴线和多个喷嘴轮叶的环形涡轮喷嘴。每个喷嘴轮叶包括固定轮叶和滑动轮叶。滑动轮叶被定位成在与涡轮喷嘴的内圆周大体上成切线的方向上滑动。因此，轮叶改进尝试大体上维持所需的入射角以及在发动机工况范围内的通路的优选截面面积。
【实用新型内容】
[0006]本文的发明人已经认识到此种方法具有的多个缺点。例如，该公开不能解决当通路的截面面积被制造成较小以在发动机制动条件下对流进行限制并且流因此相对较快时潜在的冲击问题。
[0007]根据本公开的实施例可以提供一种可变几何涡轮，所述涡轮可以包括涡轮叶轮和围绕所述涡轮叶轮径向定位的多个可调节轮叶。涡轮还可以包括多个可调节轮叶中的一个或多个的一个或多个外表面上的流中断装置。在一些示例性实施例中，流中断装置可以是可以各自与多个可调节轮叶的相应后缘相邻的多个流中断装置。以此方式，可以降低涡轮叶片上的可能冲击波的强度。而且以此方式，可以降低涡轮叶片上的可能激励(excitat1n)。
[0008]根据多个实施例，可调节轮叶可以是以枢转方式可调节的，且/或所述可调节轮叶可以是以另一种方式可调节的。例如，每个轮叶可以包括可以相对于彼此移动的两个或两个以上部分。在一些实施例中，一个或多个喷嘴轮叶可以均包括固定部分和滑动部分。在此类实施例中，根据公开，所述部分中的一个，例如，可以在前缘方向上向前延伸的部分，可以包括一个或多个流中断装置。
[0009]根据本实用新型的一个实施例，其中每个流中断装置占据所述多个可调节轮叶中每一者个轮叶的一个侧面的表面区域面积的约10%至40%。
[0010]在一些示例性实施例中，流中断装置可以是凹槽或凹陷。在一些情况下，在原本平滑喷嘴轮叶表面上，凹槽或凹陷可以具有不同大小。喷嘴轮叶表面可以面向涡轮叶片。以此方式，流中断装置可以有效地将明显和强烈的冲击波分散成可以在有限区域内传播的弱得多的冲击波。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，所述流中断装置包括各自具有大体上矩形的截面的两个或两个以上的平行凹槽。
[0012]根据本实用新型的一个实施例，所述流中断装置包括多个大体上圆形的凹陷。
[0013]根据本实用新型的一个实施例，所述流中断装置包括多个大体上矩形的凹陷。
[0014]根据本实用新型的一个实施例，所述流中断装置与所述多个可调节轮叶中的所述一个或多个的每个轮叶的底部的第一侧相邻。
[0015]根据本实用新型的一个实施例，所述流中断装置与所述多个可调节轮叶中的所述一个或多个的每个轮叶的底部的第二侧相邻。
[0016]根据本实用新型的一个实施例，所述多个可调节轮叶是可调节的，以对设置在一个轮叶的前缘与相邻轮叶的后缘之间的对应多个受限制路径中的排气流进行限制，并且其中所述流中断装置是在相应的多个受限制路径相对侧上的每个轮叶上的对应的多个流中断装置。
[0017]一些示例性实施例可以提供一种用于涡轮增压器的可变几何涡轮的喷嘴轮叶。喷嘴轮叶可以包括前缘和后缘。喷嘴轮叶还可以包括:外表面，其用于从前缘朝向后缘将排气流朝向涡轮增压器的涡轮导向；以及在所述外表面上的一个或多个流中断装置，用于中断与后缘相邻的流。
[0018]根据本实用新型的一个实施例，所述一个或多个流中断装置是形成于所述后缘附近的一个或多个凹槽。
[0019]根据本实用新型的一个实施例，所述一个或多个流中断装置是形成于所述后缘附近的一个或多个凹陷。
[0020]根据本实用新型的一个实施例，所述一个或多个流中断装置占据所述外表面的一侧的10%到30%。
[0021]根据本实用新型的一个实施例，所述喷嘴轮叶和多个类似配置的其他喷嘴轮叶被布置成环，并且被配置成从相对非限制配置枢转到流限制配置，其中喷嘴轮叶的环中的相邻喷嘴轮叶对一个喷嘴轮叶前缘的底部表面与相邻喷嘴轮叶的后缘的顶部表面之间的流进行限制，并且其中所述一个或多个流中断装置处于每个喷嘴轮叶的所述后缘附近的底部表面上。
[0022]根据本实用新型的一个实施例，平行凹槽与所述后缘的终端边缘形成角度。
[0023]根据本实用新型的一个实施例，所述平行凹槽与所述后缘的终端边缘大体上平行。
[0024]多个其他示例性实施例可以提供一种方法，包括在发动机制动期间，使穿过涡轮增压器的可变几何喷嘴的排气膨胀；以及通过涡轮增压器的排气轮叶上游的喷嘴轮叶的表面上的流中断凹槽来中断流。
[0025]在另一实施例中，中断流包括中断处于喷嘴轮叶的表面的后缘处和/或与所述后缘相邻的流。
[0026]在另一实施例中，中断流包括用喷嘴轮叶中的每个轮叶的相应外表面上的一系列凹槽来中断流。
[0027]在另一实施例中，中断流包括用喷嘴轮叶中的每个轮叶的相应