[发明专利]用于涡轮增压器的脉冲分离的可变几何形状的涡轮叶片的筒

说明书

一种用于涡轮增压器的脉冲能量增强型涡轮机的筒。至少第一和第二固定的分离叶片(12)设置在喷嘴环(6)和盘(29)之间，分离叶片(12)保持流通在分开的螺旋管和涡轮机叶轮(11)之间的导向栅格的排气流的分离。来自发动机或发动机机组的不同气缸或气缸组的排气脉冲能量保持分离到涡轮机叶轮，使得涡轮机叶轮对来自发动机排气口的排气流的单独脉冲做出反应。

技术领域

本发明涉及用于提高在涡轮增压器的可变几何形状的涡轮叶片(VTG) 中使用的叶片筒的效率的措施。该筒旨在避免或尽量减少泄漏，以最大化背压和改善VTG角度，同时保持脉冲分离。

背景技术

发动机的涡轮增压不再主要从高功率性能角度来看，而是被认为是降低燃料消耗和环境污染的手段。在涡轮增压发动机中，燃烧空气在被供应到发动机之前被预先压缩。发动机吸入与自然吸气式发动机相同体积的空气-燃料混合物，但由于较高的压力，因此较高的密度，更多的空气和燃料质量被供应到燃烧室中。因此，能够燃烧更多的燃料，使得发动机的功率输出增加。

压缩机由排气提供动力。排出发动机的排气被引入涡轮机壳体，并且排气的热量和体积流量在壳体内旋转涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮轮流驱动涡轮增压器的压缩机壳体内的压缩机叶轮。一方面，在交通中的车辆运行期间，发动机排气输出在宽范围内变化。另一方面，所需压缩机输出以及因此在任何特定操作条件下驱动压缩机所需的能量在宽范围内变化。涡轮机输出功率的能力并不总是与压缩机的要求相匹配。为了更好地将涡轮机与压缩机运行匹配，通常期望控制排气流到涡轮机叶轮的速度和角度，以提高涡轮增压器的效率或延长涡轮增压器的运行范围。可变几何形状的涡轮叶片的涡轮增压器(VTG)已经被配置来满足这种需求。一种类型的这种VTG是具有可变排气喷嘴的VTG，称为可变喷嘴涡轮增压器(VNT)。在可变喷嘴涡轮增压器中已采用可变喷嘴的不同配置来控制排气流。在这样的VTG中实现排气流控制所采取的一种方法涉及使用多个枢转叶片，所述多个枢转叶片围绕涡轮机入口环形地定位，夹在一对轴向间隔的同心安装的环之间。相邻叶片之间的空间形成喷嘴，其随着叶片枢转而在方向和横截面上改变。枢转叶片共同统一地被控制以改变叶片之间的通道的喉部面积，从而起到控制进入涡轮机的排气流的作用。

当导向叶片处于完全“打开”位置时，涡轮机适于以其最大流速运行，并且流的速度矢量具有大的向心分量。当导向叶片处于“关闭”位置时，流速的高周向分量和陡峭的焓梯度导致高的涡轮机输出并因此导致高的充气压力。限制通过窄喷嘴增加背压和流速，并在低速时减小滞后，同时打开防止在较高速度下的排气背压。整个排气流总是被导向通过涡轮机并被转换成输出。导向叶片的调整能够通过各种气动或电动调节器来控制。

由美国专利7,886,536(Hemer)已知的示例性VTG涡轮增压器包括通过轴承壳体连接的压缩机壳体和涡轮机壳体，同时旋转轴支撑在该轴承壳体中。在涡轮机壳体内，可调节的导向叶片可枢转地安装在叶片轴承环和推力轴承环之间，推力轴承环通过间隔件与叶片轴承环保持一定距离。叶片能够通过致动联合环的致动器进行调节。联合环相对于叶片轴承环的旋转运动被传递到导向叶片上，其能够在打开位置和关闭位置之间的预定范围内被调节。

在这样的VTG中，将导向栅格的各个部件安装在壳体中可能是费力的，因为必须对各个部件进行匹配，修补和彼此配合并且必须互连，特别是当将它们插入到涡轮机单元或涡轮增压器中时。同样，在叶片和相邻壁之间的间隙中流动的任何排气“绕过”叶片的控制并降低VNT的效率。期望以精密公差组装部件，以尽可能避免这种旁路。