带有可变喷嘴的简化的可变几何形状涡轮增压器的制作方法

专利名称：带有可变喷嘴的简化的可变几何形状涡轮增压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种简化的、低成本的、可变的喷嘴，该喷嘴用于控制在一台可变流量的涡轮增压器中至一个涡轮机叶轮的排气流量。因此可以通过控制该喷嘴的流量体积来调节增压压力。更具体地说，本发明提供了一种可变喷嘴涡轮增压器，这种涡轮增压器在与 VTG涡轮增压器的成本相比更低的成本下产生了具有可接受的解析度的涡轮流量的变化。 通过改变在分隔壁与这种轮廓之间的喷嘴体积，可以调节到涡轮机叶轮上的涡轮流量，并且因此同样可以调节涡轮增压器的输出增压水平。
背景技术：
涡轮增压器是一种强制性进气系统。它们将空气以与在正常吸气布置中将有可能的情况相比更大的密度传送到发动机进气系统、从而允许燃烧更多的燃料，因此在没有明显增加发动机重量的情况下提升了发动机的马力。这就能够使用一台较小的涡轮增压的发动机来替代一台较大物理尺寸的正常吸气的发动机，因此减少了车辆的质量以及空气动力学的前端面积。涡轮增压器(

图1)使用来自发动机排气歧管的排气流100(该排气流在涡轮机壳体2的涡轮机入口 51处进入涡轮机壳体)来驱动一个涡轮机叶轮70，该涡轮机叶轮位于涡轮机壳体内。这种涡轮机叶轮被稳固地附着到一个轴上，该轴的另一端包括一个压缩机叶轮，该压缩机叶轮被安装到该轴上并且通过来自一个压缩机螺母的夹紧负载而保持在适当的位置中。该涡轮机叶轮的主要功能是提供驱动该压缩机的转动能量。一旦排气已经通过涡轮机叶轮70并且涡轮机叶轮已经从该排气中提取了能量，用过的排气101通过出口导流器52从涡轮机壳体2排出并且被输送到车辆下行管并且通常到一些后处理装置上，如催化转化器、微粒和NOx收集器。由涡轮机级产生的动力是跨过涡轮机级的膨胀比的一个函数。这就是从涡轮机入口 51与涡轮机出口导流器52的膨胀比。除其他参数外，涡轮机动力的范围是通过该涡轮机级的气流的一个函数。压缩机级由一个叶轮及其壳体组成。过滤的空气通过压缩机叶轮20的转动被轴向地抽取到压缩机盖件10的入口 11中。由涡轮机级产生的到达轴和叶轮上的动力驱动压缩机叶轮20以便产生静态压力与一些剩余动能和热量的一种组合。被加压的气体穿过压缩机排放口 12从压缩机盖件10排出并且通常经由一个中冷器被传送到发动机进气中。涡轮机级的设计是以下各项的一种折衷，即用来驱动压缩机所要求的动力；该级的空气动力学设计；旋转组件的惯量，其中，涡轮机的惯量是一个大的部分，因为涡轮机叶轮典型地由铬镍铁合金(它具有的密度是压缩机叶轮的铝的密度3倍)制造的；影响该设计的结构以及材料方面的涡轮增压器的运行周期；以及相对于叶片激励而言该涡轮机叶轮的上游以及下游二者的近场作用(near field)。涡轮机壳体的物理设计的一部分是一个蜗壳，其功能是用来控制到涡轮叶轮的这些进入状态，这样这些进入流动状态提供了从排气中的能量到由该涡轮机叶轮产生的动力的最有效的动力传递。理论上讲，来自发动机的进入的排气流是以一种均勻的方式从蜗壳被传送到聚集在涡轮机叶轮轴线上的一个涡流上。为了做到这一点，蜗壳的截面面积逐渐并连续地减少直到它变为零。蜗壳的内边界可以是由基圆定义的一个完美的圆；或者在某些情况下，如一个双蜗壳，它可以描绘一条螺旋线，其最小直径不小于该涡轮机叶轮直径的 106%。该蜗壳在如在图4中描绘的通过“X-Y”轴线定义的一个平面中是由蜗壳的外边界的减少的半径以及由如以上说明的内边界定义的，并且由在如在图16中描绘的，在每个位置的截面区域，在穿过“Z”轴线的平面中。“Z”轴线是垂直于由“X-Y”轴线所定义的平面的、并且还是该涡轮机叶轮的轴线。这种蜗壳的设计发展开始于切面“A”，该切面被定义为对于该蜗壳的基准。该基准被定义为高于该涡轮机壳体的“X”轴线的一个“P”度的角度处的切面，该涡轮机壳体包含该蜗壳形状的“X”轴线、“Y”轴线以及“Z”轴线的细节。蜗壳的尺寸和形状是按以下列方式定义的广泛使用的术语A/R代表了切面“A” 处的部分面积除以从阴影的流动区域160的形心161到该涡轮中心线的距离之比。在图 15A以及图15B中，这些形心161确定了到涡轮中心线的距离Ra和&。对于一个系列的涡轮机壳体的不同构件，总体形状保持相同，但切面“A”处的面积是不同的，距离&也是不同的。该A/R比值通常被用作一个特定的涡轮机壳体的“名称”，以便在同一系列中与其他涡轮机壳体(具有不同的A/R比值)相区别。在图15A中，该蜗壳是一个具有适当地圆形形状的蜗壳。在图15B中，该蜗壳是一种分开的涡轮机壳体的蜗壳，它迫使该形状成为适当地三角形。虽然在切面“A”处对于两个蜗壳的面积是相同的，但是这些形状是不同的并且到形心的半径是不同的(由于该蜗壳形状)，所以这些A/R将是不同的。将切面“A”从“X”轴线偏移角度“P”。于是，该涡轮机壳体在几何学上被分为相等径向切面(通常30°，因此在 [30x+P] °处)，并且这些面积(Aa_m)以及这些半径(Ra_m)连同其他几何定义(如拐角半径) 被限定。从这个定义开始，产生了沿这些蜗壳壁的样条点，因此，定义了该蜗壳的整个形状。 壁的厚度被增加到该内蜗壳形状上并且通过这种方法定义了一个涡轮机壳体。对于一个给定面积的理论上优化的蜗壳形状是一个圆形截面的面积，因为它具有最小的表面面积，这使流体摩擦损失最小化。然而，该蜗壳并不是单独起作用而是一个系统的一部分；所以在从切面“A”(在图4中示出)到切面“M”的平面、以及从“M”到舌部的这些平面中的流动的要求影响了该涡轮机级的性能。这些要求通常导致多种折衷，如，涡轮机壳体外部构造要求、涡轮机壳体到支撑壳体上的定位和安装的方法、以及从切面“A”到涡轮机底座51的过渡导致了矩形或者三角形截面的、连同圆形或所有形状的组合的涡轮机壳体蜗壳。图1中示出一个截面“D-K”的蜗壳53的矩形的形状是以下要求的结果，该要求不仅要使VTG叶片装入该空间以使得通过这些叶片的流动被优化并且这些叶片可以通过涡轮机壳体外部的装置而被移动和控制，而且还要使该涡轮机壳体的外形线最小化所以涡轮增压器安装在一个发动机上。该涡轮机壳体底部通常具有一个标准设计，因为它与许多发动机的排气歧管相配合。该底部可以被定位为与该“蜗壳”成任何角度或者在相对于它的任何位置上。从这些底部气体通道到该蜗壳的过渡是以一种提供了最好的空气动力学以及机械折衷的方式来实施。在图2中该蜗壳的大致三角形的形状(在如以上那些的相同的截面处截取)是用于固定和有废气门的轮机壳体的更加典型的蜗壳几何形状。增加的分隔壁21是用来减小在这些蜗壳之间的空气动力学的“串扰”，以努力保持来自一个分开的歧管中的脉冲流，以便在由涡轮机叶轮提取的功中收获脉冲能量。排气歧管中的这些压力脉冲是发动机的点火顺序的一个函数。涡轮机壳体典型地是按系列(典型地在一个系列中高达5个)设计的，这些系列使用相同直径的涡轮机叶轮或者接近相同直径的一组叶轮。它们可以使用相同的涡轮机底座尺寸。例如，用于63mm涡轮机叶轮的一个涡轮机壳体系列可以覆盖从1. 8到2. 2的A/R 的一个范围。Fig. 5描绘了用于一个系列的三种蜗壳的面积方案。最大的蜗壳是一个1. 2A/ R的蜗壳，由虚点线40示出。最小的蜗壳是一个0.8 A/R的蜗壳，由短画线41示出，并且平均蜗壳，在该系列的中间，由实线示出。X轴线描绘了该切面的角度，从30° (截面“A”) 到360° (舌部)；Y轴线描绘了在对应角度处的截面的面积。一些涡轮机叶轮被确切地设计为利用这种脉冲能量并且将它转换为旋转速度。因此，在分开的涡轮机壳体中对于一个的脉冲流涡轮机叶轮的来自排气的压力和速度到该涡轮机叶轮速度的转换是大于来自一个稳定状态排气流的压力和速度到该涡轮机叶轮速度的转换的。这种脉冲能量在商用柴油发动机中比在汽油发动机中更占主导地位，这些商用柴油发动机以约2200RPM运行、在1200至1400RPM时具有峰值扭矩，而这些汽油发动机以更高的旋转速度(通常高达6000RPM)运行、在4000RPM时具有峰值扭矩，因而这种脉冲也不是限定的。基本涡轮增压器构形是一个固定的涡轮机壳体的构形。在这种构形中，涡轮机壳体蜗壳53的形状和体积(图1)是在设计阶段确定的以及铸造在其中的。下一层级的复杂化是有废气门的涡轮机壳体。在这个构形中，蜗壳被铸造在其中， 如在以上固定的构形中。在图2中，这种有废气门的涡轮机壳体的特征为一个端口 M，该端口将涡轮机壳体蜗壳53流体地连接到涡轮机壳体出口导流器52上。因为在该蜗壳侧上的端口是在涡轮机叶轮70的上游，并且在该出口倒流器侧上的该端口的另一侧是在该涡轮机叶轮的下游，经过连接这些端口的导管的流动绕过涡轮机叶轮70，因此不会有助于动力传送到涡轮机叶轮上。该废气门以其最简单形式是一个阀门55，该阀门可以是一个提升阀。它可以是类似于图2中的阀门的一种摆动式阀门。典型地，这些阀门是通过一个“假”的致动器来操作， 该致动器感测增压压力或真空以启用被连接到该阀门上的一个膜片，并且在没有与发动机 E⑶特别连通的情况下运行。以此方式，该废气门阀的作用是将全负载增压曲线的顶部切除，因而限制了到发动机的增压水平。该废气门构形直到该阀门打开之前对于增压曲线的这些特性没有影响。更加复杂的废气门阀可以感测大气压的压力或者具有电子补偿或控制，但直到它们致动开放或关闭该阀门之前它们全部都对于增压曲线不具有任何影响。图6A和图6B代表压缩机映射图。“Y”轴61代表增压或者压力比水平，而“X”轴 60代表膨胀率。图6A描绘了用于一个固定涡轮机壳体的增压曲线67。在这种配置中，随着涡轮速度的提高，增压曲线的上部65在压力比上继续增加，因为穿过叶轮的质量流继续增加。图6B描绘了与用于图6A的A/R相同的一个有废气门的涡轮机壳体的增压曲线68， 或者其中该废气门阀门未打开的一个有废气门的涡轮机壳体。在图6B中可以看到，增压曲线68的下部形状在阀门打开的点66处与在图6A中的增压曲线67的下部完全相同。在这一点之后，增压曲线62是相对平坦的，于是随着涡轮速度的增加，增压曲线被控制在一个最高水平，同时通过叶轮的质量流继续增加。虽然可以使用一个废气门来限制增压水平，但其涡轮机动力控制特性是不成熟的并且粗糙的。有废气门的涡轮机壳体的一个有利的副产品是有机会减小涡轮机壳体的A/R。因为增压的上限是由该废气门控制的，A/R的一种减少能够提供更好的瞬态响应特性。如果有废气门的涡轮增压器具有一个“假”致动器，该致动器仅在压力或真空信号下工作并且在高海拔工作，那么阀门打开时的临界压力比就受到了不利的影响。因为致动器中的膜片感测了一侧上的增压压力，以及另一侧上的大气压的压力，其倾向是使致动器较晚打开(因为海拔高度处的大气压的压力比海平面处的低)，从而导致发动机的过度增压。发动机增压要求是压缩机级选择的主导性驱动因素。压缩机的选择与设计是以下各项之间的一个折衷，S卩发动机的增压压力要求；由发动机所要求的质量流；由应用要求的效率；由发动机以及应用所要求的映射图宽度；发动机经受的海拔高度以及占空比；发动机的汽缸压力限制；等等。这对于涡轮增压器运转很重要的原因是给涡轮机级增加了一个废气门允许用一个更小的涡轮机叶轮和壳体与低速范围相匹配。因此，增加一个废气门随之带来了减小惯量的选项。因为旋转组件的惯量中的减少典型地导致颗粒物质(PM)的减少，废气门在公路车辆上已经变得常见了。问题是多数废气门在某种程度上在它们的运行中是二元性的，这不会与发动机输出与发动机速度之间的线性关系很好地相配合。在涡轮增压器的增压控制中下一个复杂化水平是VTG(对于可变涡轮几何形状的统称)。这些涡轮增压器中的一些具有旋转的叶片；一些具有滑动段或环。用于这些装置的一些名称是可变涡轮几何形状(VTG)、可变几何形状涡轮机(VGT)、可变喷嘴涡轮机 (VNT)、或者简单的可变几何形状(VG)。VTG涡轮增压器利用可调整的导向叶片图3A以及图!3B，可转动地连接到一对叶片环和/或喷嘴壁上。对这些叶片进行调整以便通过调节到涡轮机叶轮的排气流动来控制排气背压以及涡轮增压器速度。在图3A中，这些叶片31是在最小开放位置中。在图:3B中，这些叶片31是处于最大开放位置中。这些叶片可以通过接合在一个协调环中的多个指形件可转动地被驱动，这些指形件可以被定位在上叶片环之上。为了清楚起见，这些细节已经从附图中省略。VTG涡轮增压器具有大量非常昂贵的合金部件，必须将这些合金部件组装和定位在涡轮机壳体中，这样在它们被暴露的热运行条件的范围上，这些导向叶片相对于该排气供应流通道以及涡轮机叶轮保持适当地定位。温度以及腐蚀情况迫使在所有内部部件中使用特殊的合金。这些对于获得、加工、以及焊接(在有要求时)是非常昂贵的。因为VTG 的设计可以非常迅速地改变涡轮增压器速度，大量的软件和控制对于防止不希望的速度偏移是必要的。这转化成了多个昂贵的致动器。虽然已经广泛采用不同类型和构形的VTG来控制涡轮增压器增压水平以及涡轮机背压水平，但硬件成本以及实施成本是较高的。为了保持附接到这些蜗壳壁上的流动并且保持该蜗壳的形状适合于该蜗壳的功能，绘制了一个A/R表(如在图5中)，以确保在截面中不存在不适当的改变。在图5中， “X”轴线是每个截面的角度。这些角度可以通过如在图4中使用的定义字母“A”到“M”来替代。“Y”轴线描绘了该截面的半径。虚点线40是用于该系列的最大A/R的面积方案。短画线41是用于该系列的最小A/R的面积方案。如果考虑一个有废气门的涡轮作为成本的一个底线，那么在相同的生产量下，一个典型的(TVG)的成本是相同尺寸的固定的涡轮增压器的成本的从270%到300%。这种差异是由于多个相关的因素，它们从部件的数量、这些部件的材料、在制造和加工这些部件时要求的准确度、到致动器的速度、准确度、以及可重复性。在图7中的图表示出了从固定的到VTG的涡轮增压器的范围的对比成本。柱“A”代表一个固定涡轮增压器对于给定的应用的基准成本。柱“B”代表对于相同应用的一个有废气门的涡轮增压器的成本，并且柱“C” 代表对于相同应用的一个VTG的成本。因此，可以看到对于技术原因以及成本驱动因素二者，存在的需要是一个相对低成本的涡轮机流动控制装置，该装置就成本而言在废气门与多个VTG之间相适合。对于这样一种装置的目标成本价格需要是在一个简单、固定的涡轮增压器的成本的145%到 165%范围之内。发明_既述本发明涉及一种简化的、低成本的、可变喷嘴，该喷嘴用于控制在一台可变流量的涡轮增压器中至一个涡轮机叶轮的排气流量。这个增压压力可以通过控制该喷嘴的流动体积来调节。本发明所基于的思想是到双蜗壳涡轮增压器的涡轮机叶轮70的排气的流动路径受到这个喷嘴的形状和尺寸的影响，而这个喷嘴是由分隔壁21的形状22以及由涡轮机壳体的这些壁85、86确定的流动通道的形状来形成的。通过将这些壁85、86移动朝向该分隔壁或者移动离开该分隔壁，可以调节通过这个喷嘴到涡轮机叶轮70的排气的流动，因此这调节了涡轮增压器的增压压力。在另一个实施方案中，由这些壁和分隔壁形成的这个喷嘴是通过转动包含这些壁的圆柱体58、59(这样改变了到分隔壁的间隙)、调节到这个涡轮机叶轮70上的排气流动并且因此调节增压压力而改变的。在又一个实施方案中，这个分隔壁被构建为一种分离的部件，其中将这个分隔壁的内部尖端设计为一种螺旋，从而在给定的多个区段处对涡轮机叶轮改变了“尖端至尖端(tip-to-tip)”的比值。如上所述，转动螺旋分隔壁改变了这个喷嘴的宽度来调节涡轮机流动并且因此调节了增压压力。本发明同样适用于单蜗壳涡轮机。附图简要说明在附图中通过举例而非限制的方式展示了本发明，在附图中类似的参考号表示相似的部件，并且在附图中图1描绘了一个典型的VTG涡轮增压器的截面；图2A、图2B描绘了一个典型的有废气门的涡轮增压器的一对截面；图3A、图;3B描绘了一个典型的VTG涡轮增压器的一对截面；图4描绘了示出结构径向线的一个典型的固定涡轮机壳体的一个截面；图5是截面区域发展的一个图表；图6A、图6B描绘了对于一个典型的固定式的以及一个有废气门的涡轮增压器的压缩机映射图；图7是示出涡轮增压机相对成本的一个图表；图8A、图8B描绘了本发明的第一实施方案的一对截面；图9描绘了图8A的一个放大的截面；图10描绘了本发明的第二实施方案的一个截面；图11A、图IlB描绘了图11的一对放大的截面；
图12A、图12B描绘了本发明的第三实施方案；图13A、图13B、图13C描绘了图12在三个不同切面处的放大视图；图14描绘了第三实施方案的一个侧视图；并且图15A、图15B描绘了在切面“A”处的一些蜗壳的截面。发明的详细说明因为在可变几何形状涡轮增压器中使用叶片衰减了排气流中可供使用的脉冲流分量，诸位发明人寻求在保持该排气流动中的脉冲能量的同时能够对到涡轮机叶轮上的涡轮流动进行调节。为了做到这一点，诸位发明人发现通过改变在一侧上由这个分隔壁并且在另一个侧上由在涡轮机壳体中的这些轮廓表面所形成的喷嘴，可以对这种涡轮机流动进行调节而不损失脉冲能量。在图9中可以看到本发明的第一实施方案。在此实施方案中，与这个分隔壁表面 22相邻近的这个仿形表面86的一个圆柱形部分被成形在圆柱体59的一个端面上，这个圆柱体被构形为在平行于这个涡轮增压器轴线的方向中移动朝向这个分隔壁以及移动离开这个分隔壁。通过一种类似的构形，通向涡轮机叶轮70的这个仿形表面85被成形在圆柱体58的一个端面上，这个圆柱体也是可以移动靠近以及移动离开这个分隔壁。如在图8A和图8B中可见，在这些仿形表面移动时，对于由这些仿形表面85和86 与在这个分隔壁21上的这些邻近表面22所成形的这个喷嘴是可以进行操纵的。这种操纵引起通过这个喷嘴的流动以一种可调节的方式而改变，这种方式控制了到涡轮机叶轮上的流动。图8A示出了在缩回的位置中的这些仿形表面。图8B示出了在伸展的位置中的这些仿形表面。取决于流动的要求，内部的和外部的圆柱体两者都可以同步地被移动。如果在内燃发动机的管理系统中使用了燃烧室的解除启动，或者在少于发动机总燃烧室数量的燃烧室正在提供仅EGR (排气再循环)流动的情况下，进入排气歧管中的这种流动以及由此在涡轮机壳体中的压力和流动是不平衡的，所以这些包含这些仿形表面85、86的圆柱体58、59 可以不对称地移动。为本发明示出的这种构形是具有如图15B中所描绘的一个分隔的涡轮机壳体的构形。在这个涡轮机壳体蜗壳构形中，由这些仿形表面与这个分隔壁的邻近区域所形成的这个喷嘴的敏感性可以允许这些包含这些仿形表面85、86的圆柱体58、59的非对称的移动。如在图15A中所描绘的在一个开放式涡轮机壳体蜗壳(即一个没有分隔壁的蜗壳)的情况下，所假设的是两个包含仿形表面85、86的圆柱体58、59将以较小的敏感性来移动。虽然可以存在移动这些“圆柱体”的多种方法(气动的、液压的、电子-机械的，等等)，为了理解本发明的目的，将说明一种方法。由于这个分隔壁21是这个涡轮机壳体铸造的一部分，这就不可能从这个壳体的内部来装配这些环。为了从外部来装配它们，这些圆柱体59、58被安装在一个外部壳体80 中，这个外部壳体装配在这个涡轮机壳体中的一个孔径82中。在这个外部圆柱体之中的是多个活塞81，这些活塞是用多个“0”形圈密封件84来密封的，以便在这个圆柱体的这些内直径的孔与这些活塞的外侧边缘之间提供密封。这些活塞还可以带有多个活塞环83以便将来自在这个涡轮机壳体中排气流动的气体压力与这些液压室密封开。还可以存在处于这些圆柱体58和59的内部壁和外部壁上的多个气体密封件以便在这些孔上将气体压力密封，这些密封件被定位在这些孔中。气动的或液压的压力通过一系列通道传输到这个涡轮机壳体上以便提供到这些圆柱体58、59上流动和压力，从而引起朝向或离开这个蜗壳的中心线的运动。通过轴承壳体可以供给到这个内部圆柱体上的压力。对这些外部和内部圆柱体的开放面的关闭是由适配器23提供的，这个适配器不仅为多个压力“0”形圈在每个压力通道上提供了一个面，而且还提供了界面机构以便定位并保持车辆的下行管道。在本发明的第二实施方案中，这些仿形表面85、86被再次安装到多个圆柱体58、 59上。然而在第一实施方案中，这个圆柱体(其上安装了多个仿形表面)轴向地移动来改变由仿形表面和这个分隔壁的这些邻近表面22所成形的喷嘴39，而在第二实施方案中，这个圆柱体被制造成围绕这个涡轮增压器的轴线转动而因此改变这个喷嘴的容积。在这个第二实施方案中，诸位发明人意识到这个分隔壁的位置和形状相对于这个涡轮机壳体是相对恒定的。这些仿形表面86和85的形状和轴向位置可以被制造成与来自这些变化的截面(“A”至“M”图4)到涡轮机叶轮上的流动相匹配。在图IlA和图IlB中可见，连接这些仿形表面86和85的这些线87、88的内侧斜度与这个分隔壁的中心线D-K 是成角度的。在切面“D”处的喷嘴体积大于在切面“G”处的喷嘴体积。通过使这个圆柱体 86围绕涡轮增压器的轴线而转动，在图IlA中的在分隔壁中心线D-K与表面内部壁87之间的空间“B”被减小到图IlB中的空间“B”。在一个类似的方式中在这个内部圆柱体58上通过围绕这个涡轮增压器的轴线来转动这个圆柱体58，在图IlA中在分隔壁轴心线D-K与这个表面内部壁88之间的这个空间 “A”被减小到图IlB中的空间“A”。如在第一实施方案中，一个盖板或闭合件23被安装到这个涡轮机壳体上来既为这个圆柱体59的进入点提供一个闭合件又为定位和保持车辆的下行管道提供了截面机构。由于在涡轮机壳体的支撑壳体侧上的这个圆柱体58可以从这个涡轮机壳体到这个支撑壳体的接合处来安装，这里存在对于插入和密封的方法的多种选项。驱动所述圆柱体58、59的转动的动力可以是液压的、气动的、电动的、电机械的、或者机械的，这个选择典型地是由发动机/车辆制造商给予涡轮增压器制造商的这些选项所驱动的。本发明的第三实施方案涉及喷嘴的同样的空气动力学调整但是以一种更加复杂的方式。由于从这个分隔壁的尖端到这个涡轮机叶轮的尖端的距离(图13 “T”)，它经常被称为“尖端至尖端”比值，对于性能是关键性的，这个尖端至尖端比值出于叶片激振的原因应该被保持在不小于这个涡轮机叶轮直径的106%，并且出于效率的原因不大于106%。 在图13中，对于一个涡轮机叶轮直径“R”则这个比值应为
"R" 对于一个铸造的分隔壁，在一个铸造的涡轮机壳体中，由铸造工艺所产生的浮渣被驱赶到这个薄的分隔壁的尖端，这在分隔壁的尖端处产生了一种令人不希望的材料组合物。这种低质量的材料具有过早疲劳并且从这个分隔壁上掉下而进入涡轮机叶轮的倾向， 从而损坏涡轮机叶轮。为防止这种事件，这些分隔壁被铸造成比空气动力学所希望的更厚，并且更短(因此进一步离开这个最优的尖端至尖端比值)以便使在分隔壁中的热应力最小化。诸位发明人意识到如果这种分隔壁不是在涡轮机壳体的铸造过程中铸造的而是在涡轮机壳体外部由一种与涡轮机壳体铸造件相比更高质量的材料来制造的话，那么就可以将尖端至尖端空隙制造到最小的比值以便提供最高的性能。他们还意识到如果在涡轮机壳体铸造工艺之外制造这个分隔壁，那么这个内侧边缘、这个分隔壁的尖端就可以描述从通常的尖端至尖端比值到最优的尖端至尖端比值的一个螺旋线，并且如果这个分隔壁的轮廓是足够“肥硕”的话，那么这个分隔壁的转动就能够不仅改变这个喷嘴的容积而且还改变这个尖端至尖端比值、并且因此提供一种可变的流动以及效率工具。在图12A中，分隔壁的外部边缘121表明了一个恒定的半径。分隔壁的内部边缘 120表明了一个样条或螺旋线。如图13A、图13B、图13C所示，在这个分隔壁的外端上安装了多个滚子122，这些滚子装配在一个凹槽123中，这个凹槽提供于这个涡轮机壳体的一个部分IM中。这个涡轮机壳体的另一个部分125提供了闭合件来既俘获这些滚子也将这个涡轮机壳体的两个部分密封在一起。在图14中，可以看到恒定的半径121位于这个蜗壳140 的外面，并且示出了将这个涡轮机壳体的内部的部分125联结到这个涡轮机壳体的外部的部分IM上所要求的这些紧固件。虽然这些紧固件允许了容易的组装和拆卸，但是这个涡轮机壳体的这两个部分可以用从焊接到纯粹机械的方法的任何方式来紧固。由于这个分隔壁既起始于又终结于这个舌部，就必须在这个舌部中进行调整以便允许这种可旋转的分隔壁转动进入并且转动推出一个“壳体”，这样使得所述分隔壁的转动不会导致在这个分隔壁中的间隙。通过调整这个舌部的形状并且在另一个壁中容纳这个容积、同时在相关的截面处维持这个面积就可以做到这一点，而不影响在这个舌部的起点和终点处(截面M至A)的A/R。现在已经说明了本发明，并对其提出了权利要求。
权利要求
1.一种涡轮增压器，包括一个涡轮机壳体O)，该涡轮机壳体包括至少一个蜗壳07，48，49)； 一个涡轮机叶轮(70)，该涡轮机叶轮被携带在该涡轮机壳体中并且被适配为由排气驱动；一个过渡区(39)，在该过渡区处来自这个或这些蜗壳的排气被传送到该涡轮机叶轮上；带有带轮廓(85，86)的端面(58，59)的第一和第二圆柱体(81)，这些轮廓限定了所述过渡区，其中所述第一轮廓(邪)是所述第一圆柱体的端面(58)的一部分、总体上与该涡轮机叶轮是同轴并且同心的并且平行于该涡轮机叶轮的旋转轴线是可移动的，并且其中所述第二轮廓(86)是所述第二圆柱体的端面(59)的一部分、总体上与该涡轮机叶轮是同轴并且同心的并且平行于该涡轮机叶轮的旋转轴线是可移动的；以及用于使所述第一和第二圆柱体的端面彼此相向地同时移动的驱动装置。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述涡轮机壳体包括由一个分隔壁分离开的第一和第二蜗壳08，49)。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述涡轮机壳体包括一个单一蜗壳07)。
4.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述过渡区(39)从所述蜗壳朝向所述涡轮机叶轮而变窄。
5.如权利要求1所述的涡轮增压器，进一步包括用于将所述第一和第二圆柱体的端面移动而彼此分开的驱动装置。
6.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中所述驱动装置是选自气动的、液压的、以及电子机械的驱动装置。
7.一种涡轮增压器，包括一个涡轮机壳体，该涡轮机壳体包括由一个分隔壁分离开的一个或多个蜗壳 (47，48，49)，每个蜗壳接收来自一台内燃发动机的专用的一组燃烧室的排气；一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮被携带在该涡轮机壳体中并且从该排气中提取能量； 一个过渡区，在该过渡区中来自该双蜗壳的排气被传送到该涡轮机叶轮上； 带有带轮廓(85，86)的端面(58，59)的第一和第二圆柱体(81)，这些轮廓限定了所述过渡区，其中所述第一轮廓(邪)是一个第一圆柱体的端面(58)的一部分、总体上与该涡轮机叶轮是同心的并且平行于该涡轮机叶轮的旋转轴线是可移动的，并且其中所述第二轮廓 (86)是一个圆柱体的端面(59)的一部分、总体上与该涡轮机叶轮是同心的并且平行于该涡轮机叶轮的旋转轴线是可移动的；以及用于独立地使所述第一和第二圆柱体的端面朝向彼此而移动的驱动装置， 其中所述内燃发动机是一种带有多个燃烧室的发动机，这些燃烧室可以被选择性地解除启用，并且其中所述这些圆柱体的端面响应于这些工作的燃烧室而被移动。
8.一种涡轮增压器，包括一个涡轮机壳体，该涡轮机壳体包括由一个分隔壁分离开的第一和第二蜗壳 (48,49)；一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮被携带在该涡轮机壳体之中并且从该排气中提取能量；一个过渡区，在该过渡区中来自这些双蜗壳的排气被对应地传送到该涡轮机叶轮上； 带有带轮廓(85，86)的端面(58，59)的第一和第二圆柱体(81)，这些轮廓限定了所述过渡区，其中所述第一轮廓(邪)是一个第一圆柱体的端面(58)的一部分、总体上与该涡轮机叶轮是同心的并且围绕该涡轮增压器的轴线是可转动的，并且其中所述第二轮廓(86) 是一个第二圆柱体的端面(59)的一部分、总体上与该涡轮机叶轮是同心的并且围绕该涡轮增压器的轴线是可转动的，其中，该涡轮机壳体的多个仿形表面在蜗壳与涡轮机叶轮之间限定了一个喷嘴状的过渡区，该涡轮机叶轮具有与该分隔壁的螺旋形状合作的一种螺旋形状，并且其中，使所述第一和第二圆柱体的端面(58，59)围绕所述涡轮增压器轴线转动改变了在这些圆柱体的端面与所述分隔壁之间的间隙。
9. 一种涡轮增压器，包括一个涡轮机壳体，该涡轮机壳体包括由一个分隔壁分离开的第一和第二蜗壳 (48,49)；一个涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮被携带在该涡轮机壳体之中并且从该排气中提取能量；一个过渡区，在该过渡区中来自该双蜗壳的排气被对应地传送到该涡轮机叶轮上， 其中所述分隔壁的内部直径(120)是螺旋形的， 其中所述分隔壁被安装成用于围绕该涡轮增压器轴线进行转动， 其中该涡轮机壳体的多个仿形表面在蜗壳与涡轮机叶轮之间限定了一个喷嘴状过渡区，该涡轮机叶轮具有与该分隔壁的螺旋形状合作的一种螺旋形状，并且其中将所述分隔壁围绕所述涡轮增压器轴线转动改变了所述这些螺旋形状之间的间隙。
全文摘要
排气到达一个双蜗壳涡轮增压器的涡轮机叶轮(70)的流动路径受到这个喷嘴的形状和尺寸的影响，而这个喷嘴是由分隔壁(21)的形状(22)以及由涡轮机壳体的这些壁(85，86)所确定的流动通道的形状形成的。通过将这些壁(85，86)移动朝向该分隔壁或者移动离开该分隔壁，可以调整排气通过这个喷嘴到涡轮机叶轮(70)的流动，这进而调整了涡轮增压器的增压压力。本发明同样适用于单蜗壳涡轮机。
文档编号F02B37/14GK102245873SQ200980149417
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月11日
发明者P·安奇乐, R·钱拉姆哈南 申请人:博格华纳公司