[實用新型]環形渦輪機噴嘴、及用于發動機的渦輪增壓器

有效

• 申請號: 201220400732.6
• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN202926405U
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 孫惠民;張繼忠;胡良軍;戴夫·R.·漢納
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F01D17/16
• 分類號: F01D17/16
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

本實用新型是在能源部授予的DE-FC26-07NT43280下得到聯邦政府的支持完成的。政府對本實用新型具有特定的權利。

技術領域

本申請涉及用于內燃發動機的渦輪增壓器的可變幾何形狀渦輪機。

背景技術

發動機可以使用渦輪增壓器以提高發動機扭矩和/或功率輸出密度。在一個示例中，渦輪增壓器可以包括壓縮機和由驅動軸連接的渦輪機，其中渦輪機接收排氣并且壓縮機接收進氣。這樣，由排氣驅動的渦輪機向壓縮機供給能量以升高進入發動機的空氣的壓力和流量。例如，可以通過增大渦輪機的轉速來提高升壓。期望的升壓量可以在發動機的運轉期間變化。例如，加速期間的期望升壓可以比減速期間的期望升壓要大。

一種控制升壓的解決方案是可變幾何形狀渦輪機。可變幾何形狀渦輪機通過改變經過渦輪機的排氣的流量來控制升壓。例如，排氣可以從排氣歧管流經渦輪機噴嘴然后到達渦輪機葉片。渦輪機噴嘴的幾何形狀可以變化以控制排氣撞擊渦輪機葉片的角度和/或改變渦輪機上游的槽道的橫截面面積。與流經具有較小橫截面面積的槽道相比，增大這些槽道的橫截面面積可以允許更多的氣體流經槽道，但是氣體可以更緩慢地流動。流過渦輪機葉片的氣體的入射角可以影響渦輪機的效率，例如，影響由轉化為機械能的氣流所捕獲的熱動力學能量的大小。因此，可以通過改變渦輪機噴嘴的幾何形狀來改變渦輪機速度和升壓。

一種類型的可變幾何形狀渦輪機包括在渦輪機噴嘴內樞轉的擺動噴嘴。流經渦輪機噴嘴的排氣流過形成在擺動噴嘴葉片之間的槽道。沿一個方向樞轉這些葉片將增大渦輪機上游的槽道的橫截面面積，并且減小流過渦輪機葉片的氣體的入射角。沿另一個方向樞轉這些葉片將減小渦輪機上游的槽道的橫截面面積，并且增大流過渦輪機葉片的氣體的入射角。因此，擺動噴嘴葉片在高排氣流量或低排氣流量下的渦輪機效率之間進行權衡，這是因為槽道的橫截面面積和入射角不能夠獨立地變化。

另一種類型的可變幾何形狀渦輪機使用環形滑環，該環形滑環在渦輪機殼體內沿軸向滑動以改變渦輪機噴嘴中的槽道的橫截面。因此，能夠在發動機運轉范圍內保持有效的入射角。然而，在渦輪機噴嘴出口與渦輪機葉片之間的界面處，渦輪機入口的尺寸設置為用于發動機的較大排氣流量。在較小的排氣流量下，渦輪機噴嘴具有減小的橫截面，并且當排氣從較小的渦輪機噴嘴槽道膨脹到較大的渦輪機入口時，損失了能量。

實用新型內容

這里，本實用新型的發明人認識到了上面的問題，并且已經想到了至少部分地解決這些問題的方法。本實用新型的目的在于提供一種環形渦輪機噴嘴、以及用于發動機的渦輪增壓器，以有效地控制升壓。

在一個示例中，環形渦輪機噴嘴包括中心軸線和噴嘴葉片。噴嘴葉片包括固定葉片和滑動葉片。固定葉片包括與滑動葉片的滑動表面接觸的滑動表面?；瑒尤~片定位成在與渦輪機噴嘴的內周基本相切的方向上滑動。因此，可以在一定范圍的發動機運轉工況下基本保持期望的入射角。另外，與具有環形滑環的渦輪機噴嘴相比，可以減小膨脹損失。

根據本實用新型的一個實施例，滑動葉片在相對于所述內周的切線在0到60度之間的方向上行進，以改變氣流通道的喉部面積。

根據本實用新型的一個實施例，固定葉片包括面向所述渦輪機噴嘴的外周的前邊緣。

根據本實用新型的一個實施例，固定葉片包括面向所述渦輪機噴嘴的所述內周的逐漸變細的后邊緣。

根據本實用新型的一個實施例，噴嘴葉片包括在所述噴嘴葉片的前邊緣與所述噴嘴葉片的后邊緣之間延伸的弦，并且所述滑動葉片的行進距離在所述滑動葉片的滑動表面的0到50％之間。

根據本實用新型的一個實施例，固定葉片的滑動表面與所述弦形成60度的角度。

根據本實用新型的一個實施例，滑動葉片的滑動表面和所述固定葉片的滑動表面中的一個或兩個是有紋理的。

根據本實用新型的一個實施例，滑動葉片是第一材料而所述固定葉片是第二材料，所述第一材料不同于所述第二材料。

根據本實用新型的一個實施例，第一材料和第二材料中的一個是陶瓷或涂覆有陶瓷。

另一方面，本實用新型還提供一種用于包括渦輪機的渦輪增壓器的方法，包括：引導氣體從排氣通道經過渦輪機噴嘴到渦輪機葉輪；以及響應于發動機運轉工況調節所述渦輪機噴嘴的噴嘴葉片的形狀。

根據本實用新型的一個實施例，調節噴嘴葉片的形狀包括延長噴嘴葉片。

根據本實用新型的一個實施例，延長噴嘴葉片包括使噴嘴葉片的滑動葉片背離噴嘴葉片的前邊緣滑動。