[發明專利]可變幾何渦輪增壓器渦輪

有效

• 申請號: 201580071674.3
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN107109953B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 阿波斯托洛斯·佩斯里迪斯
• 申請（專利權）人: 倫敦布魯內爾大學
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D17/14;F02B37/22;F02C6/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

為了提高軸流式和混流式渦輪增壓器渦輪的可靠性、凈功率和效率優勢，提供了一種漸縮的可軸向平移(“滑動噴嘴”)限流器構件(197)，以提供合適的入口廢氣流量特性以用于軸流式或混流式渦輪(201、203)的操作。本發明以比傳統的樞轉葉片、可變幾何軸流式渦輪增壓器渦輪更低的成本，或以與常規的滑動噴嘴、可變幾何混流式渦輪增壓器渦輪相似的成本但是更高的效率來生產具有可接受的分辨率的渦輪流量的變化。

技術領域

本發明涉及具有軸流或混流式幾何形狀的渦輪的渦輪增壓器。在實施例中，它還涉及包括渦輪增壓器的發動機，以及還涉及包括發動機的車輛。它還涉及控制渦輪增壓器的軸流或混流式渦輪中的流動特性的部件。

背景技術

用于汽油和柴油內燃機的渦輪增壓器是本領域中已知的用于通過使用從發動機排出的廢氣的熱量和體積流量對引入發動機的燃燒室的進氣流進行加壓的已知裝置。具體地，從發動機排出的廢氣以使得廢氣驅動渦輪在殼體內旋轉的方式被引導到渦輪增壓器的渦輪殼體中。廢氣驅動渦輪安裝在軸的一端上，該軸為安裝在軸的另一端上的徑向空氣壓縮機所共用。因此，渦輪的旋轉動作也使得空氣壓縮機在與廢氣殼體分離的渦輪增壓器的壓縮機殼體內旋轉。空氣壓縮機的旋轉動作使吸入空氣進入壓縮機殼體，并在與燃料混合并在發動機燃燒室內燃燒之前加壓至所需量。替代地，設計可以使用安裝在同一軸上的一個以上的壓縮機，以便增加空氣的體積流量，該空氣離開壓縮機級并通過連接發動機燃燒室和壓縮機出口的進氣歧管管道引入發動機燃燒室。因此，這樣的壓縮機裝置使用由一個渦輪驅動的多個壓縮機(多級壓縮，其最常見的形式稱為雙升壓或雙級渦輪增壓器)。

在EP2378130A2中描述了雙升壓渦輪增壓器的一個已知示例。在JPS63253115(Isuzu motors)中給出了用于渦輪增壓器的廢氣再循環裝置的示例。

通過調節經由廢氣門而流過渦輪殼體的廢氣量和/或通過選擇性地打開或關閉到渦輪的廢氣通道或通路來控制吸入空氣被加壓的量。被構造為具有這種可調廢氣通道(“限流器”)的渦輪增壓器被稱為可變幾何渦輪(VGT)，可變噴嘴渦輪(VNT)，可變渦輪幾何(VTG)或可變流量渦輪(VFT)。最常見的縮寫是VGT。VGT通常包括在位于廢氣源和渦輪之間的渦輪殼體內的可移動構件。可移動構件通過合適的致動機構從渦輪殼體的外部致動，以增加或減少到渦輪的廢氣的體積流量，使其適合于當前發動機的運行條件。增加或減少到渦輪的廢氣的體積流量分別增加或減小由安裝在渦輪軸的另一端上的壓縮機產生的進氣增壓壓力。

在US6158956中描述了一種已知的VGT。

傳統的可變幾何渦輪增壓器(VGT)已經在柴油發動機應用中得到廣泛應用，其中它們提供渦輪入口幾何形狀與整個發動機工作范圍內的超過所選擇的最佳設計點的廢氣流的特性的匹配，根據該最佳設計點首先設計了固定渦輪增壓器。這導致顆粒排放減少，特別是在較低速度，低負載條件下更高的增壓，從而導致可用轉矩增加和發動機工作范圍下部的加速度的提高。此外，渦輪增壓器滯后性能顯著提高。然而，由于幾個原因，固定幾何廢氣門控制渦輪仍然保持汽油的標準。這些包括更高的廢氣溫度，成本和高得多的汽油發動機空氣質量流量變化。為此，最初開發了混流式渦輪，然后開發了軸流式渦輪，以在降低慣性的同時實現更高的效率。

徑流式渦輪是其中工作流體的流動徑向于軸的渦輪(見圖3)。徑流式渦輪的實例在US 4,586,336(BBC Brown，Boveri&Co.Ltd)和WO 2010/068558(Borg-Warner Inc.)中公開。存在兩種類型的渦輪轉子，該渦輪轉子偏離主要用于渦輪增壓器渦輪的徑向流入渦輪轉子幾何形狀。在混流式渦輪的情況下，廢氣以軸向(相對于軸)方向和徑向方向之間的中間(混合)角度進入渦輪轉子，而在軸流式渦輪殼體中，廢氣被引導自徑向方向，通過特殊形狀的蝸殼和導流器，并在進入軸流式渦輪之前朝向軸向方向，并且廢氣隨后沿軸向方向離開轉子。