CN106460520A - 废气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种优选地用于客车的废气涡轮增压器(1)，其包括具有压缩机叶轮(3)的压缩机(2)；具有涡轮叶轮(5)和涡轮壳体(6)的涡轮(4)；轴(7)，其将压缩机叶轮(3)连接至涡轮叶轮(5)；以及S≥2个通道(13、14)，该S≥2个通道(13、14)形成在涡轮壳体(6)中并且旨在用于将废气导向至涡轮叶轮(5)上，其中沿着轴(7)界定从压缩机(2)至涡轮(4)的轴向方向(8)，界定垂直于轴向方向(8)的径向方向(9)，且围绕轴向方向(8)界定与涡轮叶轮(5)的旋转方向相反的圆周方向(10)，其中每个通道(13、14)在如轴向方向(8)上所见的涡轮叶轮(5)的整个宽度中且在如相对于圆周方向(10)所见的区段中引导流动抵靠涡轮叶轮(5)，其中涡轮叶轮(5)包括Z≥10个涡轮叶片(12)，且其中涡轮叶片(12)是以主叶片(22)和中间叶片(23)的形式界定，其中中间叶片(23)至少在它们的轮毂侧端部(24)处不会如轴向方向(8)上所见般朝涡轮出口延伸远至主叶片(22)。

Description

废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种废气涡轮增压器。其具体提出一种在客车中使用的紧凑型废气涡轮增压器。
背景技术
在根据现有技术的废气涡轮增压器中，经由至少一个蜗壳将废气引导至废气涡轮增压器的涡轮叶轮上。已知对于蜗壳中的脉冲式充气，通过分离横杆将两个通道彼此分离。两个通道可通向相关内燃机的不同汽缸。在此设置的情况中，两个通道设置成在涡轮增压器的轴向方向上紧靠彼此，且因此每个单独通道并未引导流动抵靠涡轮叶轮的整个宽度。这里的问题是分离横杆总是隐藏涡轮叶轮的某个部分且不能直接引导流动抵靠涡轮叶轮的此部分。为了确保一定程度的稳定性和耐久性，不能将分离横杆配置成如同理想中一样薄。
发明内容
本发明的目的是指定一种废气涡轮增压器，其连同成本效益生产和低维修操作允许脉冲式充气、同时是紧凑型的并且可具体在客车中使用。
该目的是通过独立权利要求的特征来实现。独立权利要求涉及本发明的有利配置。
该目的因此是通过优选地用于客车的废气涡轮增压器来实现，该废气涡轮增压器包括具有压缩机叶轮的压缩机和具有涡轮叶轮的涡轮。涡轮叶轮设置在涡轮壳体中。压缩机叶轮通过轴连接至涡轮叶轮。例如，来自内燃机的废气抵着涡轮叶轮流动。这导致轴旋转和因此还导致压缩机叶轮旋转。经由压缩机叶轮压缩例如用于内燃机的充气。涡轮壳体中形成用于将废气导向至涡轮叶轮上的至少两个通道。通道的数量称为“S”。轴在轴向方向上从压缩机延伸至涡轮。此轴向方向沿着轴的轴线和/或涡轮叶轮的轴线以及压缩机叶轮的轴线定位。垂直于轴向方向界定径向方向。围绕轴向方向界定与涡轮叶轮的旋转方向相反的圆周方向。至少两个通道中的每一个在涡轮叶轮的整个宽度中引导流动抵靠涡轮叶轮。在轴向方向上界定涡轮叶轮的宽度。另外，每个通道在如相对于圆周方向所见的区段中引导流动抵靠涡轮叶轮。如果使用两个通道，那么每个通道因此在180°中和涡轮叶轮的整个宽度中引导流动抵靠涡轮叶轮。本发明并未提供经由分离横杆细分的两个轴向相邻通道。这意味着涡轮叶轮没有被分离横杆部分隐藏。
相应的通道在它们的径向内侧上终止于所谓的舌片。必须考虑此舌片至少部分阻止最优流动抵靠涡轮叶轮的事实。因为本发明在此提供至少两个通道(以它们偏离180°的状态作用于涡轮叶轮上)，所以两个这样的舌片不利地影响抵靠涡轮叶轮的最优流动。此不利影响在紧凑型废气涡轮增压器和相应地小型涡轮叶轮的情况中尤为明显。已经发现在本发明的框架内，如果存在适当多个数量的涡轮叶片至少10个叶片，那么即便通道偏离180°也仍然可实现抵靠涡轮叶轮的足够良好的流动。涡轮叶片的数量在下文将称为“Z”。提供至少12个涡轮叶片尤其是优选的，且提供至少14个涡轮叶片尤其是更进一步优选的。
通常在废气涡轮增压器上界定所谓的最窄流动出口横截面表面面积。在涡轮出口处、涡轮叶片的涡轮出口侧边缘上测量此最窄流动出口横截面表面面积。在此垂直于叶片表面测量最窄流动出口横截面表面面积并将其界定为涡轮叶片之间的单独表面的净宽。在涡轮叶轮上设置的涡轮叶片越多，最窄流动出口横截面表面面积就越小，这是因为涡轮出口侧边缘的厚度减小每种情况中的流动出口横截面表面面积。然而，一定的最窄流动出口横截面表面面积有利于废气涡轮增压器的最优操作。因此优选地使用涡轮叶轮的主叶片和中间叶片。中间叶片至少在它们的轮毂侧端部处不会在轴向方向上延伸远至主叶片。这确保中间叶片不会影响最窄流动出口横截面表面面积。因此沿着主叶片的涡轮出口侧边缘界定最窄流动出口横截面表面面积，且另外其仅仅受到主叶片的涡轮出口侧边缘的厚度的不利影响。
具体地，规定在每种情况中将中间叶片设置在两个主叶片之间。如果总数是至少10个涡轮叶片，那么这因此意味着使用5个主叶片和5个中间叶片。具体地，规定使用至少6个主叶片和至少6个中间叶片，尤其优选地使用至少7个主叶片和至少7个中间叶片。
如前言中所提及，每个通道的径向内侧终止于所谓的舌片。将舌片的端部界定为尖端。在舌片的此尖端处界定相应的通道的颈部横截面表面面积A1。穿过涡轮叶轮的轴线的径向方向上的假想直线位于颈部横截面表面面积A1中。涡轮叶片的涡轮出口侧边缘处的上述提及的最窄流动出口横截面表面面积称为A2。优选地规定以下情况：A2/A1≥S·0.9，优选地A2/A1≥S·1.0。流动出口横截面表面面积A2与单独通道的颈部横截面表面面积A1的这种比率确保了废气涡轮增压器的最优操作。具体地，通过使用上文提及的中间叶片实现最窄流动出口横截面表面面积A2(出于此目的而相对较小)。然而，还可借助于适当地形成的涡轮叶片来在不使用中间叶片的情况下实现该比率。
另外，优选地规定在涡轮叶片处界定如一直测量至涡轮叶片的径向端部的涡轮叶轮入口直径。如果使用主叶片和中间叶片，那么界定直至主叶片的径向端部为止的涡轮叶轮入口直径D。优选地情况是S·A1/D≤15mm、优选地S·A1/D≤12mm。这些变量具体界定了废气涡轮增压器是小型废气涡轮增压器，其中涡轮叶轮相应地较小。具体地，由于废气涡轮增压器的大小如此，应当结合至少10个涡轮叶片使用根据通道的发明的设置以实现最佳可能的效率。
另外，优选地规定缩小一个通道的至少一个舌片。一个通道的舌片的尖端形成几何参考点。开始于此参考点，下一个通道终止于360°/S(如在圆周方向上所测量)。如果使用两个通道，那么因此一个通道终止于0°且另一个通道终止于180°。优选地规定将第二通道的舌片的尖端在圆周方向上缩小角度α。对于此角度α，情况优选的是(360°/Z)-5°≥α≥5°。具体地，此缩小至少5°降低了叶片疲劳故障的风险。
具体地，优选地设置以下构造用于形成通道和蜗壳：根据第一变型，对于每个通道在涡轮壳体中形成蜗壳。因此存在至少两个蜗壳，其具体偏离180°，从内燃机通向废气涡轮增压器。每个蜗壳中均形成有通道。
在第二变型中，优选地规定在涡轮壳体中形成为该两个通道所共用的蜗壳。这样的一个蜗壳包括横杆，该横杆将两个通道彼此分离使得一个通道径向地设置在另一个通道内。横杆在涡轮叶轮的方向上合并至外部通道的舌片中。
废气涡轮增压器具体用于具有偶数个汽缸的内燃机。哪个通道连接至哪个汽缸并不重要。
附图说明
下文将参考示例性实施例并且结合附图描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的全部示例性实施例的废气涡轮增压器的示意简图；
图2示出了根据本发明的第一示例性实施例的废气涡轮增压器的整个涡轮的示意简化截面图；
图3示出了根据本发明的第一示例性实施例的废气涡轮增压器的涡轮叶轮；
图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的废气涡轮增压器的涡轮叶轮；
图5示出了根据本发明的第二示例性实施例的废气涡轮增压器的整个涡轮的截面；以及
图6示出了根据本发明的第三示例性实施例的废气涡轮增压器的整个涡轮的截面。
具体实施方式
下文将详细地解释废气涡轮增压器1的示例性实施例。在全部示例性实施例中用相同的参考标记设置相似或功能上相似的部件。图1示出了全部示例性实施例的废气涡轮增压器1的一般构造。
根据图1，废气涡轮增压器1具有带有压缩机叶轮3的压缩机2。还提供了具有涡轮叶轮5和涡轮壳体6的涡轮4。涡轮叶轮5上形成有多个涡轮叶片12。轴7将压缩机叶轮3连接至涡轮叶轮5。
涡轮壳体6中形成有两个通道13、14。经由所述通道13、14将废气引导至涡轮叶轮5上。因此导致涡轮叶轮5旋转。经由轴7，还因此导致压缩机叶轮3旋转。经由压缩机叶轮3吸入并且压缩空气。
轴7在轴向方向8上延伸。轴向方向8沿着涡轮叶轮5的轴线11定位。在涡轮4的方向上从压缩机2界定轴向方向8。径向方向9垂直于轴向方向8延伸。围绕轴向方向8界定圆周方向10。将圆周方向10界定为与涡轮叶轮5的旋转方向相反。
图2以示意简图示出根据第一示例性实施例的废气涡轮增压器1的涡轮4的整个截面。可知，在第一示例性实施例中，涡轮壳体6中形成有两个蜗壳15、16。蜗壳15、16包括相应的通道13、14。
通道13、14或蜗壳15、16在每种情况中在涡轮叶轮5的整个宽度(如轴向方向8上所界定)中引导流动抵靠涡轮叶轮5。每个通道13、14在180°的区段中引导流动抵靠涡轮叶轮5。
通道13、14的相应径向内侧终止于舌片17。将舌片17的端部界定为尖端18。
涡轮叶轮5上设置有10个涡轮叶片12。
图3示出了涡轮叶轮5的细节。每个涡轮叶片12均具有涡轮出口侧边缘19。此涡轮出口侧边缘19定位成近似垂直于轴线11并且连接至涡轮叶轮5的轮毂20。最窄流动出口横截面表面面积A2是由10个子表面21组成。在垂直于涡轮叶片12的表面的方向上在相应的涡轮出口侧边缘19处测量每个子表面21。在此情况中，这样的10个子表面21的总和形成了最窄流动出口横截面表面面积A2。图3中的说明清楚地表明了所使用的每个涡轮叶片12具体借助于其厚度减小了最窄流动出口横截面表面面积A2。
在舌片的尖端18处界定相应的通道13、14的颈部横截面表面面积A1。比率A2/A1优选地大于或等于2·0.9、优选地2·1.0。
图4示出了根据第二示例性实施例的涡轮叶轮5。在此涡轮叶轮5中，以主叶片22和中间叶片23的形式设计涡轮叶片12。中间叶片23在每种情况中均位于两个主叶片22之间。提供7个主叶片22且相应地提供7个中间叶片23。
根据图4的涡轮叶轮5的情况中的重要因素是：中间叶片23的轮毂侧端部24在轴向方向8上不会突出远至主叶片22。因此，主叶片22的涡轮出口侧边缘19是最窄流动出口横截面表面面积A2的计算的决定因素。中间叶片23的设计并未不利地影响最窄流动出口横截面表面面积A2。这意味着可实现A2/A1≥S·0.9、优选地A2/A1≥S·1.0的优选比率来取得良好效果。
图5示出了第二示例性实施例的涡轮壳体6的设计。第二示例性实施例中形成为两个通道13、14所共用的蜗壳15。通过横杆25将蜗壳15细分至两个通道13、14中。横杆25设置成使得该两个通道13、14在径向方向9上彼此相邻。这使得通道13、14中的每一个均可作用于涡轮叶轮5的整个宽度中。如图5所示，横杆25合并至外部通道14的舌片中。
图6示出了第三示例性实施例的涡轮壳体6的设计。除以下差异之外第三示例性实施例对应于第二示例性实施例：在第三示例性实施例中，正如图2，缩小一个通道14的舌片17。第一通道13的舌片的尖端18形成几何参考点。开始于此参考点，下一个通道终止于360°/S(如在圆周方向上所测量)。如果使用两个通道13、14，那么因此第一通道13终止于0°且第二通道14终止于180°。在此将第二通道14的舌片的尖端18在圆周方向上缩小角度α。对于此角度α，情况优选地是(360°/Z)-5°≥α≥5°。具体地，此缩小至少5°降低了叶片疲劳故障的风险。
具体地对于小型构造提供在此所示的废气涡轮增压器1。本发明具体地具有相对较小的涡轮叶轮5。图1示出了涡轮叶轮5的入口直径D。此直径D优选地不超过35mm。
还可在第一示例性实施例中使用具有主叶片22和中间叶片23的涡轮叶轮5的构造。根据图5或图6的涡轮壳体6的构造中同样可使用根据图3的涡轮叶轮5。
参考标号列表：
1 废气涡轮增压器
2 压缩机
3 压缩机叶轮
4 涡轮
5 涡轮叶轮
6 涡轮壳体
7 轴
8 轴向方向
9 径向方向
10 圆周方向
11 轴线
12 涡轮叶片
13 第一通道
14 第二通道
15 第一蜗壳
16 第二蜗壳
17 舌片
18 舌片的尖端
19 涡轮出口侧边缘
20 轮毂
21 子表面
22 主叶片
23 中间叶片
24 轮毂侧端部
25 横杆
A1 颈部横截面表面面积
A2 流动出口横截面表面面积

Claims (7)

1.一种优选地用于客车的废气涡轮增压器(1)，其包括
-压缩机(2)，其具有压缩机叶轮(3)，
-涡轮(4)，其具有涡轮叶轮(5)和涡轮壳体(6)，
-轴(7)，其将所述压缩机叶轮(3)连接至所述涡轮叶轮(5)，以及
-S≥2个通道(13，14)，其形成在所述涡轮壳体(6)中并且旨在用于将所述废气导向至所述涡轮叶轮(5)上，
-其中沿着所述轴(7)界定从所述压缩机(2)至所述涡轮(4)的轴向方向(8)，垂直于所述轴向方向(8)界定径向方向(9)，且围绕所述轴向方向(8)界定与所述涡轮叶轮(5)的所述旋转方向相反的圆周方向(10)，
-其中每个通道(13，14)在如所述轴向方向(8)中所见的所述涡轮叶轮(5)的整个宽度中且在如相对于所述圆周方向(10)所见的区段中引导流动抵靠所述涡轮叶轮(5)，
-其中所述涡轮叶轮(5)包括Z≥10个涡轮叶片(12)，以及
其中以主叶片(22)和中间叶片(23)的形式界定所述涡轮叶片(12)，其中所述中间叶片(23)在它们的轮毂侧端部(24)处不会如所述轴向方向(8)中所见般朝所述涡轮出口延伸远至所述主叶片(22)。
2.根据权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于中间叶片(23)在每种情况中均设置在两个主叶片(22)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于
-每个通道(13，14)的径向内侧终止于舌片(17)，且在所述舌片(17)的尖端(18)处界定所述相应通道的颈部横截面表面面积A1，以及
-在所述涡轮叶片(12)、尤其所述主叶片(22)的涡轮出口侧边缘(19)之间界定子表面(21)，且这些子表面一起给定了最窄流动出口横截面表面面积A2，
-其中A2/A1≥S·0.9、优选地A2/A1≥S·1.0。
4.根据权利要求3所述的废气涡轮增压器，其特征在于在所述涡轮叶轮(5)处界定如一直测量至所述涡轮叶片(12)、具体所述主叶片(22)的所述径向端部处的涡轮叶轮入口直径D，其中S·A1/D≤15mm、优选地S·A1/D≤12mm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于
-每个通道(13，14)的径向内侧终止于舌片(17)和相关尖端(18)，
-其中一个通道(13)的所述舌片的所述尖端(18)形成几何参考点，且开始于此参考点，所述下一个通道(14)终止于360°/S，如在所述圆周方向(10)上所测量，
-其中将此下一个通道(14)的所述舌片的所述尖端(18)在所述圆周方向(10)上缩小角度α，以及
-其中(360°/Z)-5°≥α≥5°。
6.根据前述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于对于每个通道(13，14)在所述涡轮壳体(6)中形成专用蜗壳(15，16)，其中所述蜗壳(15，16)在所述圆周方向(10)上偏离360°/S。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于在所述涡轮壳体(6)中形成至少一个蜗壳(15)，其中在所述蜗壳(15)中，通过横杆(25)将两个通道(13，14)分离，且因此一个通道(14)径向地设置在所述另一个通道(13)外部。
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