[發明專利]具有用于高溫應用的鋼材料的渦輪增壓器

在審

• 申請號: 201980065633.1
• 申請日: 2019-10-01
• 公開（公告）號: CN112771192A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: M·希勒;M·托馬斯;A·科赫
• 申請（專利權）人: 緯湃科技有限責任公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/42;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/52;C22C38/56;C22C38/58;F02C6/12;F02B37/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄒龍輝;王麗輝

本發明涉及一種渦輪增壓器(1)，其包括渦輪殼體(21)，該渦輪殼體具有用于渦輪增壓器(1)的渦輪轉子盤(12)的容納區域（1）和至少一個渦輪螺旋通道(22)，該容納區域相對于渦輪殼體軸線(2a)居中地布置，該至少一個渦輪螺旋通道螺旋地朝向用于該渦輪轉子盤(12)的容納區域漸縮，其中，在該渦輪殼體中布置了廢氣門閥或具有支承盤和引導葉片的可變排氣引導裝置，該廢氣門閥帶有主軸臂以及布置在主軸臂上的閥板，其特征在于，以下部件中的至少一個具有用于高溫應用的鋼材料(21a)：渦輪殼體、主軸臂和閥板、或支承盤和引導葉片，該鋼材料的材料組成除了鐵，Fe之外還包括至少以下合金成分，其量在按重量百分比計的指定限度內：碳，C：0.4?0.5%；硅，Si：1.25?1.75%；錳，Mn：3.0?12.0%；鉻，Cr：19.5?20.5%；鎳、Ni：5.0?6.0%；鈮、Nb：1.00?1.5%。所述材料組成確保了部件的足夠的耐溫性，同時相對于其他高溫材料具有更低的鎳含量和更低的價格。

技術領域

本發明涉及一種排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器具有一種用于高溫應用的鋼材料，特別是一種適合在高達1000℃以上的高溫下使用的鋼材料。

背景技術

新技術的發展和相應裝置和方法的進一步發展在朝向更高性能和效率的同時減少資源的使用，這常常與對所用材料在強度、耐溫性、耐腐蝕性和可加工性方面的增加的需求相協調。此外，價格在工業使用中自然也起重要作用。

這種提出越來越高要求的技術挑戰在汽車工程中、并且特別是在其中使用的內燃發動機的開發中是傳統的。

為了在實現內燃發動機的功率不變或甚至增加的同時減少燃料消耗和污染物排放，越來越多的情況是將小體積發動機構思，即所謂的小型化構思作為起點，其配備有排氣渦輪增壓器以用于增加功率的目的。在此，特別是在汽油內燃發動機的情況下，高達1000℃以上的普遍的高排氣溫度構成了排氣渦輪中所用材料的主要挑戰。這里存在進一步增加操作溫度以便能夠更有效地利用燃燒期間產生的熱能的趨勢。此外，在汽油內燃發動機中還存在其中λ接近1的稀燃操作的趨勢，由此排氣溫度附加地增加。因此，在排氣區域中使用的材料上的熱負載，也就是說也在渦輪增壓器中使用的材料上的熱負載增加。

排氣渦輪增壓器的操作原理在于，利用排氣流中所含的能量來提高內燃發動機的進氣管道中的壓力，從而實現使燃燒室更好地充入大氣氧，并因此允許在每個燃燒過程中轉化更多的燃料、汽油或柴油，也就是說提高內燃發動機的功率。

為此，排氣渦輪增壓器具有布置在內燃發動機排氣管道中的排氣渦輪，布置在進氣管道中的新鮮空氣壓縮機和布置在它們之間的轉子軸承。排氣渦輪具有渦輪殼體和布置在其中的渦輪葉輪，渦輪葉輪由排氣質量流驅動。新鮮空氣壓縮機具有壓縮機殼體和布置在其中的壓縮機葉輪，壓縮機葉輪構建增壓壓力。渦輪葉輪和壓縮機葉輪旋轉地結合布置在被稱為轉子軸的公共軸的相對端上，并且因此形成所謂的渦輪增壓器轉子。轉子軸在渦輪葉輪和壓縮機葉輪之間軸向延伸穿過布置在排氣渦輪和新鮮空氣壓縮機之間的轉子軸承，并且相對于轉子軸軸線在徑向和軸向方向上可旋轉地安裝在所述轉子軸承中。根據該結構，由排氣質量流驅動的渦輪葉輪經由轉子軸驅動壓縮機葉輪，從而相對于新鮮空氣質量流在新鮮空氣壓縮機下游增加內燃發動機的進氣管道中的壓力，并且從而確保燃燒室更好地充入大氣氧。

此外，為了影響流到渦輪葉輪上的排氣質量流，通常在渦輪殼體內設置一裝置。這里，存在可選地提供的基本上兩個不同的裝置。這一方面是所謂的廢氣門閥，或者另一方面是所謂的可變渦輪幾何形狀(VTG)。

廢氣門閥可用于根據需要將經過渦輪葉輪的排氣質量流直接引導到排氣渦輪下游的排氣管道中，而可變渦輪幾何形狀可用于影響到達渦輪葉輪的排氣質量流的方向和流率。

根據內燃發動機的旋轉速度和排氣質量流量，廢氣門閥或可變渦輪幾何形狀以取決于負載要求的方式設置，使得渦輪和壓縮機葉輪的旋轉速度以及壓力比，特別是在排氣渦輪處，可以保持在排氣渦輪增壓器的期望工作范圍內。