用于渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)部段和用于調(diào)節(jié)渦輪機(jī)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1的前序部分中給出的類型的用于渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)部段以及一種根據(jù)在權(quán)利要求13的前序部分中給出的類型的用于調(diào)節(jié)渦輪機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了用廢氣渦輪增壓機(jī)對內(nèi)燃機(jī)增壓，在過去通常保留柴油燃力機(jī)。具有汽油發(fā)動機(jī)的燃燒裝置的燃力機(jī)僅受限地設(shè)有增壓設(shè)備。原因在此為，柴油發(fā)動機(jī)的燃燒在燃燒消耗方面能夠通過增壓受到明顯影響，而在汽油發(fā)動機(jī)的燃燒中由于位于狹窄空間中的必需的燃燒空氣比例而沒有實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
[0003]然而，當(dāng)今目標(biāo)為減小內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)排量，以便特別實(shí)現(xiàn)未來的CO2目標(biāo)值。為了在發(fā)動機(jī)排量較小的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功率，現(xiàn)今同樣對具有汽油發(fā)動機(jī)燃燒裝置的燃力機(jī)進(jìn)行增壓。由于在發(fā)動機(jī)排量小的情況下需要的高的單位發(fā)動機(jī)功率，對現(xiàn)今的增壓系統(tǒng)、尤其是廢氣渦輪增壓機(jī)的要求持續(xù)增長。因此，由于越來越多地減小發(fā)動機(jī)排量，適用于所謂的發(fā)動機(jī)尺寸縮小的是，在非穩(wěn)態(tài)性能好的同時保證廢氣渦輪增壓機(jī)的高的增壓率。
[0004]一種實(shí)現(xiàn)滿足高的功率要求的增壓率進(jìn)而渦輪機(jī)效率的方案是在內(nèi)燃機(jī)的高的轉(zhuǎn)速和/或高的負(fù)荷的情況下繞過渦輪機(jī)葉輪。對此提出，在渦輪機(jī)的能轉(zhuǎn)動地容納渦輪機(jī)葉輪的廢氣引導(dǎo)部段中安置旁路通道。
[0005]已知廢氣引導(dǎo)部段，所述廢氣引導(dǎo)部段具有旁路通道以用于繞開能轉(zhuǎn)動地容納在廢氣引導(dǎo)部段的葉輪腔中的渦輪機(jī)葉輪。用于渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)部段是完全可穿流的并且具有用于穿流廢氣引導(dǎo)部段的穿流通道。穿流通道構(gòu)成為具有葉輪腔，在所述葉輪腔中能轉(zhuǎn)動地容納具有渦輪機(jī)出口直徑、具有葉輪流入部和葉輪流出部的渦輪機(jī)葉輪。在葉輪腔的下游穿流通道具有流出部段并且在葉輪腔的上游具有流入部段。在葉輪腔的上游構(gòu)成旁路通道以用于繞過葉輪腔，并且所述旁路通道在葉輪腔的下游構(gòu)成為通到流出部段中，使得進(jìn)口具有有效的流動橫截面。
[0006]因此，例如從專利文獻(xiàn)DE 196 51 498 Cl中得到一種廢氣引導(dǎo)部段，所述廢氣引導(dǎo)部段具有軸向滑閥以用于將有效的流動橫截面調(diào)節(jié)到安置在葉輪腔中的渦輪機(jī)葉輪上，其中借助于軸向滑閥能夠打開或關(guān)閉旁路通道的有效的流動橫截面。
[0007]關(guān)閉或打開旁路通道的另一個方案例如從專利文獻(xiàn)EP 6075231中得出。旁路通道的有效的流動橫截面能夠借助于可樞轉(zhuǎn)的閥門調(diào)節(jié)。在此，通常為所謂的廢氣門渦輪機(jī)，其中所謂的排氣量能夠經(jīng)由簡單的瓣閥來調(diào)節(jié)，所述排氣量是借助于旁路通道繞開渦輪機(jī)葉輪的量。所述方案也在并且尤其在汽油發(fā)動機(jī)的燃燒裝置的廢氣溫度非常高的情況下證明是有效的并且可相對成本有利地制造。
[0008]通常尤其在廢氣門渦輪機(jī)中不利的是，根據(jù)排氣量減小的渦輪機(jī)效率負(fù)面地影響有利的換氣，這尤其在排氣量高的情況下、在具有汽油發(fā)動機(jī)的燃燒裝置的燃力機(jī)較小的情況下沒有例外地是直至50%的排氣量。由此，得出使用具有所謂的可變的渦輪機(jī)幾何形狀的系統(tǒng)的基本動機(jī)，如其已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)的具有柴油發(fā)動機(jī)的燃燒裝置的內(nèi)燃機(jī)中那樣。當(dāng)然，所述已知的系統(tǒng)由于在汽油發(fā)動機(jī)的燃燒裝置中出現(xiàn)的明顯更高的廢氣溫度和與之關(guān)聯(lián)的在功能和成本方面的要求是受限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)部段，借助于所述廢氣引導(dǎo)部段，能夠經(jīng)由大的流量范圍在保證渦輪機(jī)的功能的同時實(shí)現(xiàn)高的渦輪機(jī)效率。此外，本發(fā)明的目的是提出一種用于渦輪機(jī)的方法，借助于所述方法能夠引起高的渦輪機(jī)效率。
[0010]所述目的借助于具有權(quán)利要求1的特征的渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)部段以及借助于具有權(quán)利要求10的特征的用于渦輪機(jī)的方法來實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)夭⑶矣幸饬x地改進(jìn)本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0011]提出一種用于渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)部段，所述廢氣引導(dǎo)部段具有用于廢氣引導(dǎo)部段的穿流的穿流通道，其中穿流通道構(gòu)成有葉輪腔，在所述葉輪腔中能轉(zhuǎn)動地容納具有渦輪機(jī)葉輪流出部直徑、具有葉輪流入部和葉輪流出部的渦輪機(jī)葉輪，其中在葉輪腔的下游穿流通道構(gòu)成為具有流出部段，并且在葉輪腔的上游穿流通道構(gòu)成為具有流入部段，其中在廢氣引導(dǎo)部段中構(gòu)成有旁路通道，以用于繞過葉輪腔，并且所述旁路通道在葉輪腔的下游配設(shè)有通到穿流通道中的進(jìn)口，并且其中進(jìn)口具有流動橫截面，根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)口構(gòu)成為安置在葉輪流出部的區(qū)域中。
[0012]原則上，廢氣引導(dǎo)部段構(gòu)成為，使得穿流廢氣引導(dǎo)部段的流體的膨脹從流入?yún)^(qū)域朝向流出區(qū)域進(jìn)行。在流出區(qū)域和流入?yún)^(qū)域之間安置的渦輪機(jī)葉輪在此借助于流體激發(fā)成轉(zhuǎn)動運(yùn)動。所述轉(zhuǎn)動運(yùn)動能夠以不同的方式使用。因此，例如通常用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓機(jī)除了渦輪機(jī)之外配設(shè)有壓縮機(jī)，在所述壓縮機(jī)中安置壓縮機(jī)葉輪，所述壓縮機(jī)葉輪抗扭地與渦輪機(jī)葉輪借助于軸連接。如果渦輪機(jī)葉輪被激發(fā)成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，那么所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到壓縮機(jī)葉輪上，借此能夠執(zhí)行壓縮機(jī)的功能，抽吸和壓縮通常的新鮮空氣。
[0013]為了確定渦輪機(jī)的效率，除了相應(yīng)的質(zhì)量流量、即穿流廢氣引導(dǎo)部段的流體的質(zhì)量流之外，尤其決定性的是葉輪流出部上的壓力和葉輪流入部上的壓力。因?yàn)樵跍u輪機(jī)中應(yīng)進(jìn)行流體的膨脹，所以葉輪流入部上的壓力大于葉輪流出部上的壓力。這通常尤其在渦輪機(jī)的中間運(yùn)行狀態(tài)至高運(yùn)行狀態(tài)時、即在中間質(zhì)量流量至高質(zhì)量流量時下是這種情況。壓力降是葉輪流入部上的壓力和葉輪流出部上的壓力的差，所述壓力降適合于升高，借此能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能高的效率。壓力本身在流體的情況下由靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力組成。相對于動態(tài)壓力采取對靜態(tài)壓力的影響原則上能夠更可靠地并且更簡單地執(zhí)行。
[0014]所述根據(jù)本發(fā)明的廢氣引導(dǎo)部段的優(yōu)點(diǎn)是葉輪流出部處的靜態(tài)壓力的有針對性的降低，使得降低葉輪流出部處的由靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力組成的壓力，以便借此使渦輪機(jī)葉輪上的壓力降最大化。這就是說，不像常見的那樣將引導(dǎo)穿過旁路通道的廢氣質(zhì)量流簡單地引導(dǎo)到流出部段中，而是使得有意地使用所述廢氣質(zhì)量流，以提高施加在渦輪機(jī)葉輪上的壓力降。
[0015]本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)的廢氣背壓的可能的降低。如果借助于本發(fā)明降低葉輪流出部上的靜態(tài)壓力，那么也存在降低葉輪流入部處的靜態(tài)壓力的可能性，使得同樣降低內(nèi)燃機(jī)的所謂的廢氣背壓。借此，得出引起內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)的換氣的可能性，由此能夠?qū)崿F(xiàn)燃料減少進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)排放的減少。
[0016]當(dāng)進(jìn)口在葉輪腔和流出部段之間的邊界區(qū)域中構(gòu)成時，能夠?qū)崿F(xiàn)葉輪流出部上的尤其高的壓力下降。尤其地，進(jìn)口的朝向渦輪機(jī)葉輪定位的入流棱邊在距渦輪機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)子葉片流出棱邊一定間距處構(gòu)成。理想地，間距與葉輪流出部處的渦輪機(jī)葉輪直徑相關(guān)地確定，其中盡可能好的距離具有在數(shù)值范圍O至0.15*葉輪流出部處的渦輪機(jī)葉輪直徑的值。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的廢氣引導(dǎo)部段的另一個設(shè)計(jì)方案中，進(jìn)口的流動橫截面是旁路通道的最小的橫截面。借助于旁路通道的位于進(jìn)口處的最小的流動橫截面，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)噴射器效果。這就是說，只要流體從旁路通道經(jīng)由進(jìn)口到達(dá)流出區(qū)域，那么能夠產(chǎn)生葉輪流出部上的靜態(tài)壓力的下降。
[0018]當(dāng)旁路通道在進(jìn)口處具有相對于渦輪機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動軸線的傾斜角時，能夠?qū)崿F(xiàn)葉輪流出部上的壓力減小的進(jìn)一步提高。旁路通道在此構(gòu)成為，使得旁路通道朝向流出區(qū)域的方向傾斜。換言之，這表示，旁路通道的通道軸線以在進(jìn)口的區(qū)域中與渦輪機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動軸線形成銳角，其中為了銳角的取向，渦輪機(jī)葉輪構(gòu)成為伸入到角的角開口中。理想地，傾斜角具有下述值，所述值位于20°至40°的數(shù)值范圍中。在此，在葉輪流出部處能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的噴射器效果進(jìn)而實(shí)現(xiàn)明顯的壓力降低。
[0019]為了構(gòu)成噴射器效果的大面積的有效區(qū)域，有利地，進(jìn)口的流動橫截面在廢氣引導(dǎo)部段中環(huán)形地構(gòu)成。這就是說，流動橫截面在葉輪流出部處在渦輪機(jī)葉輪的整個葉輪環(huán)周上構(gòu)成。
[0020]尤其有利地，構(gòu)成進(jìn)口的與渦輪機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動軸線同心構(gòu)成的、環(huán)形的流動橫截面。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的廢氣引導(dǎo)部段的另一個有利的設(shè)計(jì)方案中，出口通道擴(kuò)散器式地或者說以擴(kuò)散器的形式構(gòu)成。所述擴(kuò)散器式的構(gòu)成方案提高噴射器效果，使得在葉輪流出部上能夠?qū)崿F(xiàn)壓力的附加的降低。
[0022]在本發(fā)明的另一個設(shè)計(jì)方案中，旁路通道具有用于打開和關(guān)閉旁路通道的調(diào)節(jié)裝置，使得能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)流過旁路通道的流體量。
[0023]有利地，調(diào)節(jié)裝置以在流出部段中軸向可移動的套筒的形式構(gòu)成。這就是說，能夠借助于套筒調(diào)節(jié)流體量，并且能夠附加地調(diào)節(jié)在進(jìn)口中安置的最小的流動橫截面，使得能夠接受不同的工作點(diǎn)、即不同的流體量，以至于能夠根據(jù)流體量調(diào)節(jié)葉輪流出部上的相應(yīng)調(diào)節(jié)的壓力降低。調(diào)節(jié)裝置替選地也能夠構(gòu)成為旋轉(zhuǎn)滑閥，這就是說，軸向滑閥不僅可軸向運(yùn)動、而且也能夠轉(zhuǎn)動地設(shè)置在廢氣引導(dǎo)部段中。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的廢氣引導(dǎo)部段的一個替選的設(shè)計(jì)方案中，調(diào)節(jié)裝置以瓣閥的形式構(gòu)成。這表示，能夠用常見的瓣閥改進(jìn)常見的廢氣引導(dǎo)部段，使得在葉輪流出部上執(zhí)行旁路通道的相應(yīng)的切換。這在簡單的情況下也能夠通過廢氣引導(dǎo)部段配設(shè)有相應(yīng)成形的構(gòu)件、例如板材套筒來進(jìn)行，使得在葉輪流出部的區(qū)域中構(gòu)成旁路通道的最小的流動橫截面。因此，對于迄今常見的廢氣引導(dǎo)部段，也能夠以簡單的方式實(shí)現(xiàn)效率的提高。
[0025]調(diào)節(jié)廢氣流的另一個可能性是構(gòu)成所謂的旋轉(zhuǎn)閥。這就是說，在旁路通道中替代瓣閥安置旋轉(zhuǎn)閥，所述旋轉(zhuǎn)閥能夠圍繞通常與旁路通道的通道軸線垂直設(shè)置的轉(zhuǎn)動軸線旋轉(zhuǎn)。
[0026]尤其地，在調(diào)節(jié)裝置的以軸向滑閥或旋轉(zhuǎn)滑閥或旋轉(zhuǎn)閥的構(gòu)成方案中，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于噪聲排放的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楦赂侣暋⒍×懵暬蚺韭曇呀?jīng)基于構(gòu)造結(jié)構(gòu)而消除。
【附圖說明】
[0027]本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)從下文對優(yōu)選的實(shí)施例的描述中以及根據(jù)附圖得出。在上文在描述中提到的特征和特征組合以及在下文在附圖描述中提到的和/或在附圖中單獨(dú)示出的特征和特征組合能夠不僅以分別給出的組合、而且也以其他的組合或單獨(dú)地使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。
[0028]附圖示出:
[0029]圖1示出貫穿第一實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的廢氣引導(dǎo)部段的縱剖面，并且
[0030]圖2示出貫穿第二實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的廢氣引導(dǎo)部段的縱剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0031]渦輪機(jī)2的、尤其廢氣渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)的根據(jù)圖1構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明的可穿流的廢氣引導(dǎo)部段I包括用于尤其是經(jīng)由內(nèi)燃機(jī)的廢氣完全穿流廢氣引導(dǎo)部段I的穿流通道3。穿流通道3具有:流入部段4，所述流入部段用于流動流