廢氣渦輪增壓器的制作方法

本發明涉及一種廢氣渦輪增壓器。其具體提出一種在客車中使用的緊湊型廢氣渦輪增壓器。

背景技術：

在根據現有技術的廢氣渦輪增壓器中，經由至少一個蝸殼將廢氣引導至廢氣渦輪增壓器的渦輪葉輪上。已知對于蝸殼中的脈沖式充氣，通過分離橫桿將兩個通道彼此分離。兩個通道可通向相關內燃機的不同汽缸。在此設置的情況中，兩個通道設置成在渦輪增壓器的軸向方向上緊靠彼此，且因此每個單獨通道并未引導流動抵靠渦輪葉輪的整個寬度。這里的問題是分離橫桿總是隱藏渦輪葉輪的某個部分且不能直接引導流動抵靠渦輪葉輪的此部分。為了確保一定程度的穩定性和耐久性，不能將分離橫桿配置成如同理想中一樣薄。

技術實現要素：

本發明的目的是指定一種廢氣渦輪增壓器，其連同成本效益生產和低維修操作允許脈沖式充氣、同時是緊湊型的并且可具體在客車中使用。

該目的是通過獨立權利要求的特征來實現。獨立權利要求涉及本發明的有利配置。

該目的因此是通過優選地用于客車的廢氣渦輪增壓器來實現，該廢氣渦輪增壓器包括具有壓縮機葉輪的壓縮機和具有渦輪葉輪的渦輪。渦輪葉輪設置在渦輪殼體中。壓縮機葉輪通過軸連接至渦輪葉輪。例如，來自內燃機的廢氣抵著渦輪葉輪流動。這導致軸旋轉和因此還導致壓縮機葉輪旋轉。經由壓縮機葉輪壓縮例如用于內燃機的充氣。渦輪殼體中形成用于將廢氣導向至渦輪葉輪上的至少兩個通道。通道的數量稱為“S”。軸在軸向方向上從壓縮機延伸至渦輪。此軸向方向沿著軸的軸線和/或渦輪葉輪的軸線以及壓縮機葉輪的軸線定位。垂直于軸向方向界定徑向方向。圍繞軸向方向界定與渦輪葉輪的旋轉方向相反的圓周方向。至少兩個通道中的每一個在渦輪葉輪的整個寬度中引導流動抵靠渦輪葉輪。在軸向方向上界定渦輪葉輪的寬度。另外，每個通道在如相對于圓周方向所見的區段中引導流動抵靠渦輪葉輪。如果使用兩個通道，那么每個通道因此在180°中和渦輪葉輪的整個寬度中引導流動抵靠渦輪葉輪。本發明并未提供經由分離橫桿細分的兩個軸向相鄰通道。這意味著渦輪葉輪沒有被分離橫桿部分隱藏。

相應的通道在它們的徑向內側上終止于所謂的舌片。必須考慮此舌片至少部分阻止最優流動抵靠渦輪葉輪的事實。因為本發明在此提供至少兩個通道(以它們偏離180°的狀態作用于渦輪葉輪上)，所以兩個這樣的舌片不利地影響抵靠渦輪葉輪的最優流動。此不利影響在緊湊型廢氣渦輪增壓器和相應地小型渦輪葉輪的情況中尤為明顯。已經發現在本發明的框架內，如果存在適當多個數量的渦輪葉片至少10個葉片，那么即便通道偏離180°也仍然可實現抵靠渦輪葉輪的足夠良好的流動。渦輪葉片的數量在下文將稱為“Z”。提供至少12個渦輪葉片尤其是優選的，且提供至少14個渦輪葉片尤其是更進一步優選的。

通常在廢氣渦輪增壓器上界定所謂的最窄流動出口橫截面表面面積。在渦輪出口處、渦輪葉片的渦輪出口側邊緣上測量此最窄流動出口橫截面表面面積。在此垂直于葉片表面測量最窄流動出口橫截面表面面積并將其界定為渦輪葉片之間的單獨表面的凈寬。在渦輪葉輪上設置的渦輪葉片越多，最窄流動出口橫截面表面面積就越小，這是因為渦輪出口側邊緣的厚度減小每種情況中的流動出口橫截面表面面積。然而，一定的最窄流動出口橫截面表面面積有利于廢氣渦輪增壓器的最優操作。因此優選地使用渦輪葉輪的主葉片和中間葉片。中間葉片至少在它們的輪轂側端部處不會在軸向方向上延伸遠至主葉片。這確保中間葉片不會影響最窄流動出口橫截面表面面積。因此沿著主葉片的渦輪出口側邊緣界定最窄流動出口橫截面表面面積，且另外其僅僅受到主葉片的渦輪出口側邊緣的厚度的不利影響。

具體地，規定在每種情況中將中間葉片設置在兩個主葉片之間。如果總數是至少10個渦輪葉片，那么這因此意味著使用5個主葉片和5個中間葉片。具體地，規定使用至少6個主葉片和至少6個中間葉片，尤其優選地使用至少7個主葉片和至少7個中間葉片。

如前言中所提及，每個通道的徑向內側終止于所謂的舌片。將舌片的端部界定為尖端。在舌片的此尖端處界定相應的通道的頸部橫截面表面面積A1。穿過渦輪葉輪的軸線的徑向方向上的假想直線位于頸部橫截面表面面積A1中。渦輪葉片的渦輪出口側邊緣處的上述提及的最窄流動出口橫截面表面面積稱為A2。優選地規定以下情況：A2/A1≥S·0.9，優選地A2/A1≥S·1.0。流動出口橫截面表面面積A2與單獨通道的頸部橫截面表面面積A1的這種比率確保了廢氣渦輪增壓器的最優操作。具體地，通過使用上文提及的中間葉片實現最窄流動出口橫截面表面面積A2(出于此目的而相對較小)。然而，還可借助于適當地形成的渦輪葉片來在不使用中間葉片的情況下實現該比率。

另外，優選地規定在渦輪葉片處界定如一直測量至渦輪葉片的徑向端部的渦輪葉輪入口直徑。如果使用主葉片和中間葉片，那么界定直至主葉片的徑向端部為止的渦輪葉輪入口直徑D。優選地情況是S·A1/D≤15mm、優選地S·A1/D≤12mm。這些變量具體界定了廢氣渦輪增壓器是小型廢氣渦輪增壓器，其中渦輪葉輪相應地較小。具體地，由于廢氣渦輪增壓器的大小如此，應當結合至少10個渦輪葉片使用根據通道的發明的設置以實現最佳可能的效率。

另外，優選地規定縮小一個通道的至少一個舌片。一個通道的舌片的尖端形成幾何參考點。開始于此參考點，下一個通道終止于360°/S(如在圓周方向上所測量)。如果使用兩個通道，那么因此一個通道終止于0°且另一個通道終止于180°。優選地規定將第二通道的舌片的尖端在圓周方向上縮小角度α。對于此角度α，情況優選的是(360°/Z)-5°≥α≥5°。具體地，此縮小至少5°降低了葉片疲勞故障的風險。

具體地，優選地設置以下構造用于形成通道和蝸殼：根據第一變型，對于每個通道在渦輪殼體中形成蝸殼。因此存在至少兩個蝸殼，其具體偏離180°，從內燃機通向廢氣渦輪增壓器。每個蝸殼中均形成有通道。

在第二變型中，優選地規定在渦輪殼體中形成為該兩個通道所共用的蝸殼。這樣的一個蝸殼包括橫桿，該橫桿將兩個通道彼此分離使得一個通道徑向地設置在另一個通道內。橫桿在渦輪葉輪的方向上合并至外部通道的舌片中。

廢氣渦輪增壓器具體用于具有偶數個汽缸的內燃機。哪個通道連接至哪個汽缸并不重要。

附圖說明

下文將參考示例性實施例并且結合附圖描述本發明，其中：

圖1示出了根據本發明的全部示例性實施例的廢氣渦輪增壓器的示意簡圖；

圖2示出了根據本發明的第一示例性實施例的廢氣渦輪增壓器的整個渦輪的示意簡化截面圖；

圖3示出了根據本發明的第一示例性實施例的廢氣渦輪增壓器的渦輪葉輪；

圖4示出了根據本發明的第二示例性實施例的廢氣渦輪增壓器的渦輪葉輪；

圖5示出了根據本發明的第二示例性實施例的廢氣渦輪增壓器的整個渦輪的截面；以及

圖6示出了根據本發明的第三示例性實施例的廢氣渦輪增壓器的整個渦輪的截面。

具體實施方式

下文將詳細地解釋廢氣渦輪增壓器1的示例性實施例。在全部示例性實施例中用相同的參考標記設置相似或功能上相似的部件。圖1示出了全部示例性實施例的廢氣渦輪增壓器1的一般構造。

根據圖1，廢氣渦輪增壓器1具有帶有壓縮機葉輪3的壓縮機2。還提供了具有渦輪葉輪5和渦輪殼體6的渦輪4。渦輪葉輪5上形成有多個渦輪葉片12。軸7將壓縮機葉輪3連接至渦輪葉輪5。

渦輪殼體6中形成有兩個通道13、14。經由所述通道13、14將廢氣引導至渦輪葉輪5上。因此導致渦輪葉輪5旋轉。經由軸7，還因此導致壓縮機葉輪3旋轉。經由壓縮機葉輪3吸入并且壓縮空氣。

軸7在軸向方向8上延伸。軸向方向8沿著渦輪葉輪5的軸線11定位。在渦輪4的方向上從壓縮機2界定軸向方向8。徑向方向9垂直于軸向方向8延伸。圍繞軸向方向8界定圓周方向10。將圓周方向10界定為與渦輪葉輪5的旋轉方向相反。

圖2以示意簡圖示出根據第一示例性實施例的廢氣渦輪增壓器1的渦輪4的整個截面。可知，在第一示例性實施例中，渦輪殼體6中形成有兩個蝸殼15、16。蝸殼15、16包括相應的通道13、14。

通道13、14或蝸殼15、16在每種情況中在渦輪葉輪5的整個寬度(如軸向方向8上所界定)中引導流動抵靠渦輪葉輪5。每個通道13、14在180°的區段中引導流動抵靠渦輪葉輪5。

通道13、14的相應徑向內側終止于舌片17。將舌片17的端部界定為尖端18。

渦輪葉輪5上設置有10個渦輪葉片12。

圖3示出了渦輪葉輪5的細節。每個渦輪葉片12均具有渦輪出口側邊緣19。此渦輪出口側邊緣19定位成近似垂直于軸線11并且連接至渦輪葉輪5的輪轂20。最窄流動出口橫截面表面面積A2是由10個子表面21組成。在垂直于渦輪葉片12的表面的方向上在相應的渦輪出口側邊緣19處測量每個子表面21。在此情況中，這樣的10個子表面21的總和形成了最窄流動出口橫截面表面面積A2。圖3中的說明清楚地表明了所使用的每個渦輪葉片12具體借助于其厚度減小了最窄流動出口橫截面表面面積A2。

在舌片的尖端18處界定相應的通道13、14的頸部橫截面表面面積A1。比率A2/A1優選地大于或等于2·0.9、優選地2·1.0。

圖4示出了根據第二示例性實施例的渦輪葉輪5。在此渦輪葉輪5中，以主葉片22和中間葉片23的形式設計渦輪葉片12。中間葉片23在每種情況中均位于兩個主葉片22之間。提供7個主葉片22且相應地提供7個中間葉片23。

根據圖4的渦輪葉輪5的情況中的重要因素是：中間葉片23的輪轂側端部24在軸向方向8上不會突出遠至主葉片22。因此，主葉片22的渦輪出口側邊緣19是最窄流動出口橫截面表面面積A2的計算的決定因素。中間葉片23的設計并未不利地影響最窄流動出口橫截面表面面積A2。這意味著可實現A2/A1≥S·0.9、優選地A2/A1≥S·1.0的優選比率來取得良好效果。

圖5示出了第二示例性實施例的渦輪殼體6的設計。第二示例性實施例中形成為兩個通道13、14所共用的蝸殼15。通過橫桿25將蝸殼15細分至兩個通道13、14中。橫桿25設置成使得該兩個通道13、14在徑向方向9上彼此相鄰。這使得通道13、14中的每一個均可作用于渦輪葉輪5的整個寬度中。如圖5所示，橫桿25合并至外部通道14的舌片中。

圖6示出了第三示例性實施例的渦輪殼體6的設計。除以下差異之外第三示例性實施例對應于第二示例性實施例：在第三示例性實施例中，正如圖2，縮小一個通道14的舌片17。第一通道13的舌片的尖端18形成幾何參考點。開始于此參考點，下一個通道終止于360°/S(如在圓周方向上所測量)。如果使用兩個通道13、14，那么因此第一通道13終止于0°且第二通道14終止于180°。在此將第二通道14的舌片的尖端18在圓周方向上縮小角度α。對于此角度α，情況優選地是(360°/Z)-5°≥α≥5°。具體地，此縮小至少5°降低了葉片疲勞故障的風險。

具體地對于小型構造提供在此所示的廢氣渦輪增壓器1。本發明具體地具有相對較小的渦輪葉輪5。圖1示出了渦輪葉輪5的入口直徑D。此直徑D優選地不超過35mm。

還可在第一示例性實施例中使用具有主葉片22和中間葉片23的渦輪葉輪5的構造。根據圖5或圖6的渦輪殼體6的構造中同樣可使用根據圖3的渦輪葉輪5。

參考標號列表：

1 廢氣渦輪增壓器

2 壓縮機

3 壓縮機葉輪

4 渦輪

5 渦輪葉輪

6 渦輪殼體

7 軸

8 軸向方向

9 徑向方向

10 圓周方向

11 軸線

12 渦輪葉片

13 第一通道

14 第二通道

15 第一蝸殼

16 第二蝸殼

17 舌片

18 舌片的尖端

19 渦輪出口側邊緣

20 輪轂

21 子表面

22 主葉片

23 中間葉片

24 輪轂側端部

25 橫桿

A1 頸部橫截面表面面積

A2 流動出口橫截面表面面積