特別用于機動車的廢氣渦輪增壓器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪增壓器，特別是用于機動車的廢氣渦輪增壓器，還涉及一種具有所述廢氣渦輪增壓器的機動車。
【背景技術】
[0002]眾所周知,用于內燃機的廢氣潤輪增壓器由兩個流體裝置(flow machine)構成:一方面為渦輪機，另一方面為壓縮機。渦輪機將廢氣中含有的能量用于驅動壓縮機，壓縮機吸入新鮮空氣并將壓縮后的空氣內燃機的氣缸內。由于內燃機通常非常高的旋轉速度范圍，因此需要控制廢氣渦輪增壓器，使得在內燃機盡可能大的旋轉速度范圍內能確保盡可能恒定的增壓。對此已知的方案是借由旁路通道將一部分廢氣流導入渦輪機周圍。然而，所謂的可變的渦輪機幾何形狀使得能實現(xiàn)更為能量有利的方案，利用該方案，渦輪機的動力學壓力可持續(xù)改變，從而各種情況下使用的整個廢氣也可改變。這種可變的渦輪機形狀通常通過可調節(jié)的導向葉片來實現(xiàn)，借助于該導向葉片，能夠可變地調節(jié)流經(jīng)廢氣渦輪增壓器的所需廢氣流。
[0003]具有可調節(jié)的導向葉片的不可變的渦輪形狀，證明是有問題的，通過導向葉片之間的錐形通道，發(fā)動機的脈動廢氣排出被加速，并且以較大的脈沖擊打渦輪機葉輪，這會導致渦輪機葉輪的葉片中的自然震動加劇，并且在整個運行期間導致疲勞斷裂，從而損壞渦輪增壓器。

【發(fā)明內容】

[0004]因此，本發(fā)明解決了以下問題:為開發(fā)可變的渦輪幾何形狀提供新方式，并且在該過程中提供具有改善的熱動力學效率的可變渦輪機。
[0005]上述目的通過獨立專利權利要求的主題來解決。優(yōu)選的實施方式是從屬權利要求的主題。
[0006]因此，本發(fā)明的基本思想是對廢氣渦輪增壓器裝配包括導向葉片的可變渦輪幾何形狀，其中，導向葉片在封閉位置和開放位置之間可調節(jié)，在該封閉位置處，用于廢氣流經(jīng)的導向葉片之間的流體橫截面最小，在該開放位置處，該流體橫截面最大?？v向剖面上的每個導向葉片具有背向潤輪機葉輪的旋轉中心的第一剖面頭部(profile nose)以及面向潤輪機葉輪的旋轉中心的第二剖面頭部，第一剖面頭部與第二剖面頭部的直的連接線限定了剖面弦(profile chord)。根據(jù)本發(fā)明，第二剖面頭部距離導向葉片的開放位置時渦輪機葉輪的旋轉中心的距離Rte與渦輪機葉輪的半徑Rtk滿足以下關系:
[0007]1.03 ^ RTE/RTK彡 1.06。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪增壓器的設計構造使各種組件上的激發(fā)振動或振動負載減小至可接受的程度，這對廢氣渦輪機的熱動力學效率具有正面效果。同時，使導向葉片移動所需的調節(jié)力被最小化?？勺兊臏u輪機幾何形狀的滯后性能也得到改善，由此可實現(xiàn)良好的控制性能。
[0009]對于要實現(xiàn)的效率特別有利的是以下實施方式，其中距離Rte和半徑Rtk滿足以下關系:
[0010]1.04 ^ Rte/Rte^ 1.06,
[0011]優(yōu)選1.05 ^ RTE/RTK彡 1.06。
[0012]特別可行地，導向葉片的縱向剖面的中心線被導向葉片的旋轉中心分成弦長為L1的第一弦和弦長為L2的第二弦。根據(jù)本申請文件，通過導向葉片的旋轉中心與第一剖面線頭部的連接直線界定第一弦，以及通過導向葉片的旋轉中心與第二剖面線頭部的連接直線來界定第二弦。
[0013]當導向葉片以如下的方式設計時，特別高效率的廢氣渦輪機得以實現(xiàn):進入渦輪機殼的廢氣以相對于導向葉片位于它們的封閉位置時的第一弦的流入角α〈4°沖擊導向葉片。
[0014]在優(yōu)選的實施方式中，連接渦輪機葉輪的旋轉中心和第二剖面頭部的連接直線與第一弦之間的角ξ2具有以下角度間隔:
[0015]35° ( ξ2<55°，在導向葉片位于開放位置的情況下，以及
[0016]95° ( ξ2^ 110°，在導向葉片位于封閉位置的情況下。
[0017]在進一步特別優(yōu)選的實施方式中，連接渦輪機葉輪的旋轉中心和第二剖面頭部的連接直線與第二弦之間的角I工滿足以下兩個關系式之一:
[0018]1.4 ^ ξ2/ξ^ 1.6,^
[0019]1.2 彡 ξ 2/ ξ 1.4。
[0020]有利地，角度X和縱向剖面中的移動葉片的開放角k遵循以下關系式，角度X相對于兩個相鄰的導向葉片旋轉中心P之間的渦輪葉輪旋轉中心形成為頂點:
[0021]0.4 彡 χ/κ 彡 2.4，
[0022]優(yōu)選0.6 彡 χ/κ 彡 1.7，
[0023]最優(yōu)選0.9 彡 χ/κ 彡 1.2。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪增壓器的有利的另一實施方式中，開放狀態(tài)的導向葉片中兩個相鄰的第二剖面頭部的連接線長度S2與兩個相鄰的移動葉片之間的入口寬度53遵循以下關系式:
[0025]0.45 ( S2/S3彡 3.2，
[0026]優(yōu)選0.65 ( S2/S3^ 1.7，
[0027]最優(yōu)選0.92 ( S2/S3^ 1.25。
[0028]在另一優(yōu)選的實施方式中，兩個移動葉片之間的流體面積Atk相對于兩個導向葉片之間的入口面積Aji循以下關系式:
[0029]0.36 彡 AlsAte^ 3.82，
[0030]優(yōu)選0.52 ( AlsAte^ 2.05，
[0031]優(yōu)選0.74 ( Als/Ate^ 1.5。
[0032]此時，兩個導向葉片之間的入口面積Atk由關系式Atk= hTK S3限定，且兩個導向葉片之間的入口面積沁由關系式Au= Ius S2限定。此處，112為導向葉片沿著其旋轉軸線的高度，且h3為渦輪機葉輪的入口上的移動葉片的高度。
[0033]流體動力學方面特別有利的是以下實施方式，其中移動葉片的高度hTK相對于導向葉片的高度hu之比滿足以下關系式:
[0034]0.8 彡 hLS/hTK< 1.2，
[0035]優(yōu)選0.9 彡 hLS/hTE^ 1.10
[0036]根據(jù)另一有利的實施方式，移動葉片的直徑Dtk相對于移動葉片的高度hTK之比遵循以下關系式:
[0037]0.1 ( hTE/DTE^ 0.2，
[0038]優(yōu)選0.12 ( hTE/DTE^ 0.18，
[0039]最優(yōu)選0.13 ( hTE/DTE^ 0.16，
[0040]根據(jù)又一有利的實施方式，封閉位置處的兩個相鄰導向葉片的重合部分Λ與導向葉片的長度1?滿足以下關系式:
[0041]0.05*Lls< Λ 彡 0.4*Lls,
[0042]優(yōu)選0.1*Lls< Λ 彡 0.3*L LS,
[0043]最優(yōu)選0.15*Lls< Δ ^ 0.2*L LS。
[0044]在制造方面特別有利的證明是以下兩種實施方式，其中廢氣渦輪增壓器包括導向葉片11和移動葉片9，或者包括導向葉片13和移動葉片11。
[0045]在特別優(yōu)選的實施方式中，笛卡爾坐標系的原點由背向渦輪機葉輪的第一剖面頭部限定。笛卡爾坐標系的X軸方向由剖面弦限定，其中笛卡爾坐標系的Y軸方向與X軸方向正交、背離第一剖面頭部延伸?？v向剖面中的導向葉片各自具有剖面底面，在各種情況下，該剖面底面在一些區(qū)中形成為凹的，一些區(qū)中形成為凸的，具有低點P1和高點P2，并且在各種情況下，形成具有高點P3的凸出形成的剖面頂面。第一剖面頭部和導向葉片的旋轉中心P之間的距離Xp與剖面頭部和低點P i之間的距離X 足以下X軸的關系式:
[0046](xp - x1)/xp>0.8 ο
[0047]此外，距離Xl與第一剖面頭部和Y軸的低點Px滿足以下關系式:
[0048]y/x^0.4o
[0049]為了進一步減小作用于導向葉片上的氣動力，在優(yōu)選實施方式中，導向葉片在縱向剖面上各自具有一些區(qū)中形成為凹的，一些區(qū)中形成為凸的，具有低點P1和高點P2的剖面底面。此外，導向葉片各自具有凸出形成的剖面頂面，具有高點P3。此時，笛卡爾坐標系的原點由背離渦輪機殼的第一剖面頭部限定，且所述笛卡爾坐標系的X軸方向由剖面弦限定。笛卡爾坐標系的Y軸方向正交于X軸方向背離第一剖面頭部延伸。根據(jù)該實施方式，第一剖面頭部和X軸方向上的導向葉片的旋轉中心P之間的距離Xp與第一剖面頭部和低點P1之間的距離X i分別滿足以下關系式:
[0050](xp - x1)/xp>0.8 ο
[0051]同時，距離七與第一剖面頭部X i和低點P i滿足Y軸方向上的以下關系式:
[0052]yi/Xl<0.4。
[0053]在又一有利的實施方式中，中心線在縱向剖面中由多個輔助圓限定，其中，對于限定第一剖面頭部的第一輔助圓的半徑，二者中之一滿足以下關系式:
[0054]r/xp>0.08