[发明专利]可变几何涡轮增压器涡轮

说明书

为了提高轴流式和混流式涡轮增压器涡轮的可靠性、净功率和效率优势，提供了一种渐缩的可轴向平移(“滑动喷嘴”)限流器构件(197)，以提供合适的入口废气流量特性以用于轴流式或混流式涡轮(201、203)的操作。本发明以比传统的枢转叶片、可变几何轴流式涡轮增压器涡轮更低的成本，或以与常规的滑动喷嘴、可变几何混流式涡轮增压器涡轮相似的成本但是更高的效率来生产具有可接受的分辨率的涡轮流量的变化。

技术领域

本发明涉及具有轴流或混流式几何形状的涡轮的涡轮增压器。在实施例中，它还涉及包括涡轮增压器的发动机，以及还涉及包括发动机的车辆。它还涉及控制涡轮增压器的轴流或混流式涡轮中的流动特性的部件。

背景技术

用于汽油和柴油内燃机的涡轮增压器是本领域中已知的用于通过使用从发动机排出的废气的热量和体积流量对引入发动机的燃烧室的进气流进行加压的已知装置。具体地，从发动机排出的废气以使得废气驱动涡轮在壳体内旋转的方式被引导到涡轮增压器的涡轮壳体中。废气驱动涡轮安装在轴的一端上，该轴为安装在轴的另一端上的径向空气压缩机所共用。因此，涡轮的旋转动作也使得空气压缩机在与废气壳体分离的涡轮增压器的压缩机壳体内旋转。空气压缩机的旋转动作使吸入空气进入压缩机壳体，并在与燃料混合并在发动机燃烧室内燃烧之前加压至所需量。替代地，设计可以使用安装在同一轴上的一个以上的压缩机，以便增加空气的体积流量，该空气离开压缩机级并通过连接发动机燃烧室和压缩机出口的进气歧管管道引入发动机燃烧室。因此，这样的压缩机装置使用由一个涡轮驱动的多个压缩机(多级压缩，其最常见的形式称为双升压或双级涡轮增压器)。

在EP2378130A2中描述了双升压涡轮增压器的一个已知示例。在JPS63253115(Isuzu motors)中给出了用于涡轮增压器的废气再循环装置的示例。

通过调节经由废气门而流过涡轮壳体的废气量和/或通过选择性地打开或关闭到涡轮的废气通道或通路来控制吸入空气被加压的量。被构造为具有这种可调废气通道(“限流器”)的涡轮增压器被称为可变几何涡轮(VGT)，可变喷嘴涡轮(VNT)，可变涡轮几何(VTG)或可变流量涡轮(VFT)。最常见的缩写是VGT。VGT通常包括在位于废气源和涡轮之间的涡轮壳体内的可移动构件。可移动构件通过合适的致动机构从涡轮壳体的外部致动，以增加或减少到涡轮的废气的体积流量，使其适合于当前发动机的运行条件。增加或减少到涡轮的废气的体积流量分别增加或减小由安装在涡轮轴的另一端上的压缩机产生的进气增压压力。

在US6158956中描述了一种已知的VGT。

传统的可变几何涡轮增压器(VGT)已经在柴油发动机应用中得到广泛应用，其中它们提供涡轮入口几何形状与整个发动机工作范围内的超过所选择的最佳设计点的废气流的特性的匹配，根据该最佳设计点首先设计了固定涡轮增压器。这导致颗粒排放减少，特别是在较低速度，低负载条件下更高的增压，从而导致可用转矩增加和发动机工作范围下部的加速度的提高。此外，涡轮增压器滞后性能显着提高。然而，由于几个原因，固定几何废气门控制涡轮仍然保持汽油的标准。这些包括更高的废气温度，成本和高得多的汽油发动机空气质量流量变化。为此，最初开发了混流式涡轮，然后开发了轴流式涡轮，以在降低惯性的同时实现更高的效率。

径流式涡轮是其中工作流体的流动径向于轴的涡轮(见图3)。径流式涡轮的实例在US 4,586,336(BBC Brown，Boveri&Co.Ltd)和WO 2010/068558(Borg-Warner Inc.)中公开。存在两种类型的涡轮转子，该涡轮转子偏离主要用于涡轮增压器涡轮的径向流入涡轮转子几何形状。在混流式涡轮的情况下，废气以轴向(相对于轴)方向和径向方向之间的中间(混合)角度进入涡轮转子，而在轴流式涡轮壳体中，废气被引导自径向方向，通过特殊形状的蜗壳和导流器，并在进入轴流式涡轮之前朝向轴向方向，并且废气随后沿轴向方向离开转子。