[发明专利]压缩机叶轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于内燃机的涡轮增压器的压缩机叶轮，尤其但不是专用地涉及一种可变几何形状的几何涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器是为大家所熟知的设备，其用于为内燃机进口提供高于大气压力(增压压力)的空气。常规的涡轮增压器主要包括壳体，其中提供安装在可旋转的轴上的排气驱动涡轮叶轮，该轴连接在发动机排气支管的下游。涡轮叶轮的旋转转动安装在该轴的另一端上的压缩机叶轮。该压缩机叶轮传送压缩空气到发动机进气支管。涡轮增压器的轴通常由滑动和止推轴承支撑，包括适当的润滑系统。

涡轮可以是固定或可变几何型。可变几何涡轮与固定几何涡轮不同的地方在于涡轮进气通道的尺寸可以改变，以在一定质量流量范围内优化气体流速，从而使涡轮的动力输出可以变化以适应变化的发动机需求。在一种已知的可变几何涡轮中，一排轴向延伸的叶片连接到涡轮进气通道的一个壁上来延伸横跨进气通道。带有叶片的壁和进气通道的端面壁的分离是确定的。在这种涡轮中，一般称作“回转叶片”涡轮，进气通道的尺寸通过改变叶片相对于穿过涡轮进气口的气流方向的角度来控制。在另一种已知的可变几何涡轮中，轴向可移动的壁组件，一般称作“喷嘴环”涡轮，限定进气通道的一个壁。喷嘴环相对于该进气通道的端面壁的位置是可调整的，来控制进气通道的轴向宽度。这样，例如，因为气流通过涡轮后减速，所以可以减小进气通道的宽度来保持气体速度和优化涡轮输出。

内燃机产生的氮的氧化物(NOx)是氮和氧在很高的温度下反应的产物，该高温典型的是在发动机燃烧室中产生(大约2500℉或以上)。在努力减少NOx排放的过程中，发展了废气再循环(EGR)系统。在这些系统中，一部分发动机废气再循环回到发动机气缸，在那里代替预燃烧混合气中的任何过量氧气(典型的在柴油机中)，和/或增加发动机气缸中的物质的数量，从而允许在较低温度下实现相似的压力(典型的在汽油发动机中)。减小在燃烧室内达到的温度减少了氮和氧结合产生NOx排放物的可能性。“长路径”或“低压力”EGR系统通过从涡轮增压器废气排出口传递一部分废气到涡轮增压器压缩机的进气口来操作，在该进气口气体与进入的环境空气混合。这种系统不好的结果是压缩机叶轮暴露于引入的废气/空气混合气中夹带的任何腐蚀性物种或颗粒物质，这会降低压缩机叶轮的疲劳寿命并导致过早失效。

过早失效也可能是因为压缩机叶轮暴露于不包括EGR系统的发动机中的潜在有害物种。举例来说，发动机的曲轴箱有时排放气体到发动机空气进气口来避免将潜在有害污染物质释放到大气中。但是，结果是安装在这样的发动机上的涡轮增压器的压缩机叶轮会暴露于这些污染物质，从而使结合有EGR系统的发动机也有相似的结果。

发明内容

本发明的一个目标是避免或减轻上面所列举的一个或多个问题。

根据本发明的第一方面，提供用于涡轮增压器的压缩机叶轮，包括中心中枢和多个从中枢向外延伸的叶轮叶片，每个所述叶片限定前沿、后沿和根部，该根部将叶片连接到中枢，其中至少一个叶片具有提供有陶瓷材料的变厚度表层的表面，该叶片的前沿提供有比叶片后沿和/或根部更厚的陶瓷材料表层。

这样，本发明首先解决与压缩机叶轮疲劳寿命和压缩机叶轮腐蚀有关的问题。叶轮叶片的前沿，其在极高的速度下暴露于大量引入的潜在有害物种和颗粒物质，具有相对厚的保护性陶瓷涂层，同时后沿和/或叶片根部具有较薄涂层来提供针对腐蚀的足够的保护，但避免减少叶片的疲劳寿命，这是已知的一个问题，该问题与陶瓷涂层的部件在高压力工作条件下有关。

根据本发明的第二方面，提供涡轮增压器，例如可变几何形状涡轮增压器，包括：

壳体；

涡轮叶轮，其支撑在在该壳体内的轴上，以绕涡轮轴线旋转；和

压缩机叶轮，其支撑在该壳体中的所述轴上，所述压缩机叶轮包括中心中枢和多个从该中枢向外延伸的叶轮叶片，每个所述叶片限定前沿、后沿和根部，根部将叶片连接到中枢，

其中至少一个叶轮叶片具有提供有陶瓷材料的变厚度表层的表面，该叶片的前沿具有比叶片后沿和/或根部更厚的陶瓷材料表层。

本发明的第三方面，提供一种制造用于涡轮增压器的压缩机叶轮的方法，该压缩机叶轮包括中心中枢和多个从中枢向外延伸的叶轮叶片，每个所述叶片限定前沿、后沿和根部，根部将叶片连接到中枢，其中该方法包括提供至少一个叶片的至少一个叶片的表面，该表面具有陶瓷材料的变厚度表层，从而使得该叶片的前沿具有比叶片后沿和/或根部更厚的陶瓷材料表层。