[发明专利]可变几何涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别是用于增压式内燃机的涡轮增压器的可变几何涡轮，以及该涡轮增加器和发动机。

背景技术

现有的可变几何涡轮(VGT)具有环绕涡轮转子的涡管形式的驱动流体入口和设置在所述入口涡管和涡轮转子之间的叶片式环形喷嘴。在移动壁(movingwall)型的可变几何涡轮上，喷嘴间隙轴向可调，以控制涡轮功率，以及在增压式内燃机的可变几何涡轮增压器的情况下，控制发动机的排气歧管的背压(当作为排气制动时，这尤为有用)。

图1展示了一个典型的移动壁型的可变几何涡轮。该图展示了根据包含涡轮转子4的轴10的平面的纵向截面。流体入口涡管用1表示。使得流体从进口涡管进入涡轮转子3的环形喷嘴间隙用3表示，喷嘴的叶片由7表示。叶片固定在轴向可调环5，可在箭头A方向移动。在一个方向移动减少喷嘴间隙，相反方向移动则增加喷嘴间隙。当可调环沿闭合方向移动时，叶栅进入设置在涡轮壳2的环形腔11中。穿通的垫8，其槽口对应于叶栅的形状，可以用于防止流体溢出喷嘴间隙。作为选择，可以设置这样的结构：固定的叶栅设置在壁上并与轴向可调环相对，该轴向可调节环设置有容纳叶片的槽。可调节环可设计成环形活塞，该环形活塞可被容纳在环形室12内，并可以移动出，伸入喷嘴间隙；密封元件13，例如外密封环和内密封环，设置在可调节环和所述室的墙壁之间。执行系统(图中未显示)用来根据需要控制可调节环的轴向位置。该执行器可以为气动、液动或电动，并可包括复位弹簧，可被设置在可变几何涡轮外壳的内部或外部。它可通过，例如，沿轴向可调节环的运动方向延伸的杆起作用，该杆依附在环形室12侧面的环5上。所述杆(或者任何类似的导向系统)可以防止可调节环绕轴10旋转，这种旋转是由流体力作用倾斜的叶片而产生的。执行器必须支撑流体压力作用在轴向可调节环上的复位力，该复位力可具有相当大。为了减少作用在执行器和执行机构的复位负载，通常在可调节环的轴向壁上设置平衡孔6，通常每个在两个相邻叶片之间的流体通道设有一个孔，如图2所示，以平衡喷嘴间隙3和室12之间的压力。

在排气驱动涡轮上，平衡孔的尺寸必须设置为允许往复式发动机产生的排气波适当传输，该发动机例如标准内燃机。否则，压力波可产生振动而磨损整个可变几何涡轮执行机构，以及其他元件，比如密封件和轴衬。此外，压力波能引起执行机构的明显振动，至少是对一定类型的执行器，特别是气动和电动的执行器。为了保持在可以接受的程度上振动，平衡孔的尺寸必须相对大，其直径可达到流体通道宽度的90％。这包含的缺点是，平衡孔导致了对流经喷嘴间隙的流体的相当大扰乱。降低喷嘴间隙，即分别缩窄相邻叶片间的流体通道，增加了孔和流体流的干涉。在很狭窄的喷嘴间隙，  喷嘴间隙的剩余流动面积变得小于平衡孔的总体面积。在这种情况下，平衡孔使流动产生明显下沉，导致流体大量流入孔中，平衡孔的下游边缘存在明显流体动力障碍。

在现有的平衡孔中，平衡孔为机械或者激光切割，并具有相对锋利边缘(从流体动力的角度)，尽管可以设置小沉头来去除毛刺。从而，平衡孔边缘的下游部分可以引起分流，导致流动通道下游的孔内不希望的压力下降，从而导致作用在可调节环的复位力减小。这种效果在小喷嘴间隙和扼流情况下特别明显，这种情况下在喷嘴间隙达到声速。在该情况下，最终作用在轴向可调节环的复位力将急剧下降，并可产生相反的力方向。

在图3中，典型的作用在可调节环上从而作用在整个执行机构的复位力F(纵坐标)表示为喷嘴间隙L(横坐标)的函数。随着喷嘴间隙的减少，几乎整个可调节区域的复位力逐渐增加，同时在狭窄的喷嘴间隙，由于孔和流体流动的干涉，力衰弱。在小喷嘴间隙安全控制可变几何喷嘴变得不可能，限制了可接受的喷嘴间隙值，这些值远大于在特定操作情况下所需的值。一般而言，现有系统的控制不能满足小的喷嘴间隙。因此，可变几何涡轮增压式发动机的涡轮制动力(发动机制动力)受到限制，瞬态工况下发动机的响应也受限制。

发明内容

本发明解决了上述问题，在平衡孔的下游边缘形成大倒圆，处于面向流体流动的平衡孔的口。

根据本发明的一个优选实施例，涡轮为燃气涡轮，特别是增压式内燃机的涡轮增压器的涡轮，所述涡轮增压器和发动机为本发明的进一步实施方式。

附图说明

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，其中：

图1为现有技术的可变几何涡轮的纵剖面示意图(以上已经描述)；

图2为图1的可变几何涡轮中从喷嘴间隙向着轴向可调节环的平面示意图(以上已经描述)；