CN104675453A - 特别用于机动车的废气涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别用于机动车的废气涡轮增压器(1)，包括：涡轮机壳(2)；涡轮机叶轮(3)，所述涡轮机叶轮(3)包括第一数量的移动叶片(4)，并围绕涡轮机叶轮的旋转中心(D)相对于所述涡轮机壳(2)能旋转，并具有涡轮机叶轮半径(R_TR)；可变的涡轮机几何形状(5)，包括叶片轴环，在所述叶片轴承环上各种情况下均围绕导向叶片的旋转中心(P)可旋转地安装有第二数目的导向叶片(6)，其中所述导向叶片(6)在封闭位置和开放位置之间是可调节的，其中，纵向剖面上的每个导向叶片(6)包括背向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第一剖面头部(9,10)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第二剖面头部(9,10)；其中，所述第二剖面头部(10)距离所述导向叶片(6)的开放位置处的涡轮机叶轮的旋转中心(D)的距离(R_TE)与所述涡轮机叶轮的半径(R_TR)满足以下关系式：1.03≤R_TE/R_TR≤1.06。

Description

特别用于机动车的废气涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种废气涡轮增压器，特别是用于机动车的废气涡轮增压器，还涉及一种具有所述废气涡轮增压器的机动车。

背景技术

众所周知，用于内燃机的废气涡轮增压器由两个流体装置(flow machine)构成：一方面为涡轮机，另一方面为压缩机。涡轮机将废气中含有的能量用于驱动压缩机，压缩机吸入新鲜空气并将压缩后的空气内燃机的气缸内。由于内燃机通常非常高的旋转速度范围，因此需要控制废气涡轮增压器，使得在内燃机尽可能大的旋转速度范围内能确保尽可能恒定的增压。对此已知的方案是借由旁路通道将一部分废气流导入涡轮机周围。然而，所谓的可变的涡轮机几何形状使得能实现更为能量有利的方案，利用该方案，涡轮机的动力学压力可持续改变，从而各种情况下使用的整个废气也可改变。这种可变的涡轮机形状通常通过可调节的导向叶片来实现，借助于该导向叶片，能够可变地调节流经废气涡轮增压器的所需废气流。

具有可调节的导向叶片的不可变的涡轮形状，证明是有问题的，通过导向叶片之间的锥形通道，发动机的脉动废气排出被加速，并且以较大的脉冲击打涡轮机叶轮，这会导致涡轮机叶轮的叶片中的自然震动加剧，并且在整个运行期间导致疲劳断裂，从而损坏涡轮增压器。

发明内容

因此，本发明解决了以下问题：为开发可变的涡轮几何形状提供新方式，并且在该过程中提供具有改善的热动力学效率的可变涡轮机。

上述目的通过独立专利权利要求的主题来解决。优选的实施方式是从属权利要求的主题。

因此，本发明的基本思想是对废气涡轮增压器装配包括导向叶片的可变涡轮几何形状，其中，导向叶片在封闭位置和开放位置之间可调节，在该封闭位置处，用于废气流经的导向叶片之间的流体横截面最小，在该开放位置处，该流体横截面最大。纵向剖面上的每个导向叶片具有背向涡轮机叶轮的旋转中心的第一剖面头部(profile nose)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心的第二剖面头部，第一剖面头部与第二剖面头部的直的连接线限定了剖面弦(profile chord)。根据本发明，第二剖面头部距离导向叶片的开放位置时涡轮机叶轮的旋转中心的距离R_TE与涡轮机叶轮的半径R_TR满足以下关系：

1.03≤R_TE/R_TR≤1.06。

根据本发明的废气涡轮增压器的设计构造使各种组件上的激发振动或振动负载减小至可接受的程度，这对废气涡轮机的热动力学效率具有正面效果。同时，使导向叶片移动所需的调节力被最小化。可变的涡轮机几何形状的滞后性能也得到改善，由此可实现良好的控制性能。

对于要实现的效率特别有利的是以下实施方式，其中距离R_TE和半径R_TR满足以下关系：

1.04≤R_TE/R_TR≤1.06，

优选1.05≤R_TE/R_TR≤1.06。

特别可行地，导向叶片的纵向剖面的中心线被导向叶片的旋转中心分成弦长为L₁的第一弦和弦长为L₂的第二弦。根据本申请文件，通过导向叶片的旋转中心与第一剖面线头部的连接直线界定第一弦，以及通过导向叶片的旋转中心与第二剖面线头部的连接直线来界定第二弦。

当导向叶片以如下的方式设计时，特别高效率的废气涡轮机得以实现：进入涡轮机壳的废气以相对于导向叶片位于它们的封闭位置时的第一弦的流入角α<4°冲击导向叶片。

在优选的实施方式中，连接涡轮机叶轮的旋转中心和第二剖面头部的连接直线与第一弦之间的角ξ₂具有以下角度间隔：

35°≤ξ₂≤55°，在导向叶片位于开放位置的情况下，以及

95°≤ξ₂≤110°，在导向叶片位于封闭位置的情况下。

在进一步特别优选的实施方式中，连接涡轮机叶轮的旋转中心和第二剖面头部的连接直线与第二弦之间的角ξ₁满足以下两个关系式之一：

1.4≤ξ₂/ξ₁≤1.6，或

1.2≤ξ₂/ξ₁≤1.4。

有利地，角度X和纵向剖面中的移动叶片的开放角k遵循以下关系式，角度X相对于两个相邻的导向叶片旋转中心P之间的涡轮叶轮旋转中心形成为顶点：

0.4≤χ/κ≤2.4，

优选0.6≤χ/κ≤1.7，

最优选0.9≤χ/κ≤1.2。

在根据本发明的废气涡轮增压器的有利的另一实施方式中，开放状态的导向叶片中两个相邻的第二剖面头部的连接线长度S₂与两个相邻的移动叶片之间的入口宽度S₃遵循以下关系式：

0.45≤S₂/S₃≤3.2，

优选0.65≤S₂/S₃≤1.7，

最优选0.92≤S₂/S₃≤1.25。

在另一优选的实施方式中，两个移动叶片之间的流体面积A_TR相对于两个导向叶片之间的入口面积A_LS遵循以下关系式：

0.36≤A_LS/A_TR≤3.82，

优选0.52≤A_LS/A_TR≤2.05，

优选0.74≤A_LS/A_TR≤1.5。

此时，两个导向叶片之间的入口面积A_TR由关系式A_TR＝h_TR S₃限定，且两个导向叶片之间的入口面积A_LS由关系式A_LS＝h_LS S₂限定。此处，h₂为导向叶片沿着其旋转轴线的高度，且h₃为涡轮机叶轮的入口上的移动叶片的高度。

流体动力学方面特别有利的是以下实施方式，其中移动叶片的高度h_TR相对于导向叶片的高度h_LS之比满足以下关系式：

0.8≤h_LS/h_TR≤1.2，

优选0.9≤h_LS/h_TR≤1.1。

根据另一有利的实施方式，移动叶片的直径D_TR相对于移动叶片的高度h_TR之比遵循以下关系式：

0.1≤h_TR/D_TR≤0.2，

优选0.12≤h_TR/D_TR≤0.18，

最优选0.13≤h_TR/D_TR≤0.16，

根据又一有利的实施方式，封闭位置处的两个相邻导向叶片的重合部分Δ与导向叶片的长度L_LS满足以下关系式：

0.05*L_LS≤Δ≤0.4*L_LS，

优选0.1*L_LS≤Δ≤0.3*L_LS，

最优选0.15*L_LS≤Δ≤0.2*L_LS。

在制造方面特别有利的证明是以下两种实施方式，其中废气涡轮增压器包括导向叶片11和移动叶片9，或者包括导向叶片13和移动叶片11。

在特别优选的实施方式中，笛卡尔坐标系的原点由背向涡轮机叶轮的第一剖面头部限定。笛卡尔坐标系的X轴方向由剖面弦限定，其中笛卡尔坐标系的Y轴方向与X轴方向正交、背离第一剖面头部延伸。纵向剖面中的导向叶片各自具有剖面底面，在各种情况下，该剖面底面在一些区中形成为凹的，一些区中形成为凸的，具有低点P₁和高点P₂，并且在各种情况下，形成具有高点P₃的凸出形成的剖面顶面。第一剖面头部和导向叶片的旋转中心P之间的距离x_p与剖面头部和低点P₁之间的距离x₁满足以下X轴的关系式：

(x_p–x₁)/x_p>0.8。

此外，距离x1与第一剖面头部和Y轴的低点Px满足以下关系式：

y₁/x₁<0.4。

为了进一步减小作用于导向叶片上的气动力，在优选实施方式中，导向叶片在纵向剖面上各自具有一些区中形成为凹的，一些区中形成为凸的，具有低点P₁和高点P₂的剖面底面。此外，导向叶片各自具有凸出形成的剖面顶面，具有高点P₃。此时，笛卡尔坐标系的原点由背离涡轮机壳的第一剖面头部限定，且所述笛卡尔坐标系的X轴方向由剖面弦限定。笛卡尔坐标系的Y轴方向正交于X轴方向背离第一剖面头部延伸。根据该实施方式，第一剖面头部和X轴方向上的导向叶片的旋转中心P之间的距离x_p与第一剖面头部和低点P₁之间的距离x₁分别满足以下关系式：

(x_p–x₁)/x_p>0.8。

同时，距离x₁与第一剖面头部x₁和低点P₁满足Y轴方向上的以下关系式：

y₁/x₁<0.4。

在又一有利的实施方式中，中心线在纵向剖面中由多个辅助圆限定，其中，对于限定第一剖面头部的第一辅助圆的半径，二者中之一满足以下关系式：

r/x_p>0.08or r/x_p<0.045。

在此情况下，辅助圆由它们在中心线上的中心点确定，并与剖面的底面和顶面相切。

特别可行地，以下关系式适用于，在导向叶片的纵向剖面中，对于第一辅助圆的直径k₁分配至第一剖面头部，第一辅助圆中的一个的直径k₂分配至第二剖面头部，并且该辅助圆具有最大直径k_max：

1≤k_max/k₁≤20，以及

1≤k_max/k₂≤10。

在特别有利的实施方式中，该实施方式进一步改善了具有可变涡轮机几何形状的废气涡轮增压器的效率，满足以下关系式：

0.03≤r/x_p，优选0.07≤r/x_p，最优选0.11≤r/x_p。

在特别优选的实施方式中，以下关系式适用于导向叶片的几何形状：r/x_p≤0.4，优选r/x_p≤0.38，最优选r/x_p≤0.35。

根据又一特别可行的实施方式，在笛卡尔坐标系中限定以下各点的X坐标和Y坐标：

x_p,y_p：导向叶片的旋转中心P的笛卡尔坐标，

x₁,y₁：凸出的剖面底面的低点P₁，

x₂,y₂：凹入的剖面底面的高度P₂，

x₃,y₃：凸出的剖面顶面的高度P₃，

x₄,y₄：中心线的高点P₄，

x₅,y₅：凸出的剖面底面与剖面弦的第一交点P₅，

x₆,y₆：凹入的剖面底面与剖面弦的第二交点P₆。

此时，以下关系式适用于低点P₁和高点P₂，并适用于旋转中心P：

0≤y_p/y₄≤2，

0≤y_p/y₁≤5，

0≤y₂/y_p≤0.7，以及

0≤y₃/y₁≤5。

在优选的实施方式中，为了进一步减小作用于导向叶片上的气动力，剖面弦的长度L_剖面弦满足以下关系式：

0.3L_剖面弦<x_p<0.5L_剖面弦，其中，X_p是导向叶片的旋转中心的X坐标。

特别可行地，对于高点P₃的Y坐标y₃以及导向叶片的旋转中心的Y坐标y_p，以下关系式适用于另一实施方式：

0≤y_p/y₃≤1，优选0≤y/y₃≤0.5，最优选0≤y_p/y₃≤0.25。

在另一实施方式中，凸出的剖面底面的低点P₁的坐标x₁和y₁满足以下关系式：0≤|y₁|/x₁≤1.5，优选0.8≤|y₁|/x₁≤1.4，最优选1.0≤|y₁|/x₁≤1.3。

在效率被优化至特定程度的实施方式中，以下各式适用于导向叶片的旋转中心的各个X坐标x_p与凸出的剖面底面的低点P₁的各个X坐标x₁之间的关系式：

0.8≤(x_p–x₁)/x_p，优选0.9≤(x_p–x1)/x_p，最优选0.99≤(x_p-x1)/x_p。

在具有类似的优化效率替代于此的实施方式中，对比而言，以下各式适用于导向叶片的旋转中心P的各个X坐标x_p、x₁与凸出的剖面底面的低点P₁的各个X坐标x₁之间的关系式：(x_p-x₁)/x_p≤0.3，优选(x_p-x₁)/x_p≤0.2，最优选(x_p–x₁)/x_p≤0.1。

在特别优选的实施方式中，为了进一步优化导向叶片的流入，导向叶片的纵向剖面的几何形状满足以下关系式：

-0.7≤(x_p–x₃)/x_p≤0.7，

-1.5≤(x_p–x₅)/x_p≤1.5，

-0.7≤(x_p–x₄)/x_p≤0.7，

-1.7≤(x_p–x₂)/x_p≤1.7，

-2.0≤(x_p–x₆)/x_p≤1.7，

-1.5≤(x₂–x₅)/(x₆–x₂)≤1.5，以及

-1.5≤(x₆–x₂)/(x₂–x₅)≤1.5。

特别可行地，中心线可被导向叶片的旋转中心P分成具有弦长L₁的第一弦以及具有弦长L₂的第二弦，其中对于具有特别高效率的实施方式，以下关系式适用：

0.5≤L₁/L₂≤1.0，

优选0.6≤L₁/L₂≤1.0，

最优选0.7≤L₁/L₂≤1。

此外，本发明涉及具有内燃机的机动车，以及与具有以上所述的一个或多个特征的内燃机相互作用的废气涡轮增压器。

附图说明

本发明的其它重要特征和优点来自于从属权利要求、附图，以及借助于附图的相关附图说明。

应理解的是上文所述的以及下文将要解释的特征不仅能以所述的相应组合使用，也可以其它组合或独自使用，而不背离本发明的范围。

本发明的优选示例性实施方式示于附图中，并在以下说明中得到更详细地解释，其中相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的组件。

在每种情况下示意性示出了：

图1a：根据本发明的废气增压器的粗略示意图，部分视图中具有可变的涡轮机几何形状。

图1b：图1a的可变涡轮机几何形状的详细视图。

图2:可变的涡轮机几何形状的导向叶片的纵向剖面。

图3:具有限定导向叶片的相应辅助圆的图2的纵向剖面。

具体实施方式

在图1a中，根据本发明的废气涡轮增压器以粗略示意图的方式以部分视图示出，并以附图标记1标出。废气涡轮增压器1包括具有涡轮机叶轮3的涡轮机壳2，包括第一数目的移动叶片4，在图1中，移动叶片4仅以粗略示意图的方式示出。涡轮机叶轮3可围绕涡轮机叶轮的旋转中心D相对于涡轮机壳2旋转。

此外，废气涡轮增压器1包括可变的涡轮机几何形状5，该可变的涡轮机几何形状5包括叶片轴环(图1的示意图中未示出)，在该叶片轴承环上任何情况下均可围绕导向叶片的旋转中心P旋转地安装有第二数目的导向叶片6。在该情况下，第二数目的导向叶片6不同于第一数目的移动叶片4。在图1a示出的实施例中，涡轮机叶轮3示例性地包括12个移动叶片4，且可变的涡轮机几何形状5包括13个导向叶片6；显然，在该情况中另一数目的导向叶片6和移动叶片4分别也是可能的。

例如，具有11个导向叶片6和10个移动叶片4的可变的涡轮机几何形状5例如以粗略的示意性方式在图1b中示出。导向叶片6在封闭位置和开放位置之间是可调节的，在该封闭位置处导向叶片6之间用于废气流过的流体横截面最小，在该开放位置处该流体横截面最大。

在图1a的实施例中，涡轮机壳2具有螺旋状的几何图形，以及入口孔7和出口孔8。借助于涡轮机叶轮3，与入口孔7流体连接的高压区域同与出口孔8流体连接的低压区域分隔开。

为了调节开放位置和封闭位置之间的导向叶片6，可变的涡轮机几何形状5可包括分别安装的调节元件(为清楚性起见，未在图1a/b中示出)，其中每个导向叶片6通过相应的调节杆参与这种调节元件的安装。显然，用于调节开放位置和封闭位置或中间位置之间的导向叶片6的其它实现方式在各种情况下也是容易想到的。

图2显示出了纵剖面中可变的几何形状5的导向叶片6。纵向剖面中的导向叶片6包括第一剖面头部9和第二剖面头部10。剖面弦11由两个剖面头部9、10之间的连接线限定。

由图1b明显的是，第二剖面头部距离导向叶片的开放位置处涡轮机叶轮的旋转中心的距离R_TE与根据本发明的涡轮机叶轮的半径R_TR满足以下关系式：

1.03≤R_TE/R_TR≤1.06。

可变的涡轮机几何形状5形成这种尺寸使导向叶片4上的激发振动或振动负载降低至可接受的程度，这对废气涡轮增压器1的热动力学效率具有正面效果。同时，用于使这些导向叶片4移动所需的调节力也被最小化。相似地，可变的涡轮机几何形状5的滞后性能也被最小化，由此可实现特别良好的控制性能。

对于能实现的效率特别有利的是以下实施方式，其中距离R_TE和半径R_TR满足以下关系式：

1.04≤R_TE/R_TR≤1.06，优选甚至1.05≤R_TE/R_TR≤1.06。

再参见图2的图示，明显的是，在导向叶片6的纵向剖面中，其中心线14被导向叶片的旋转中心P分成具有弦长L₁的第一弦13a和具有弦长L₂的第二弦13b。在该情况下，第一弦13a由导向叶片的旋转中心P与第一剖面头部9的连接直线限定，且第二弦13b由导向叶片的旋转中心P与第二剖面头部10的连接直线限定。在这些图的示例场景中，现以如下方式设计导向叶片6：当导向叶片6处于它们的封闭位置时，进入涡轮机壳2的废气以相对于第一弦13a的流入角α冲击导向叶片6。

图1b示出了连接涡轮机叶轮的旋转中心D与第二剖面头部10和第一剖面头部13a的连接直线16之间的角度ξ₂。在该实例场景中，在导向叶片6处于开放位置的情况下，角度ξ₂处于35°≤ξ₂≤55°的角度间隔中，并且在导向叶片6处于封闭位置的情况下，角度ξ₂处于95°≤ξ₂≤110°的角度范围内。此外，连接涡轮机叶轮的旋转中心D和第二剖面头部10的连接直线16与第二弦13b之间的角ξ₁满足以下两个关系式之一：

1.4≤ξ₂/ξ₁≤1.6，或1.2≤ξ₂/ξ₁≤1.4。

角度X和纵向剖面中的移动叶片6的开放角k遵循以下关系式，角度X相对于两个相邻的导向叶片旋转中心P之间的涡轮叶轮旋转中心形成为顶点：

0.4≤χ/κ≤2.4。在一种变体中，0.6≤χ/κ≤1.7也适用，在特别优选的变体中，0.9≤χ/κ≤1.2。

此外，从图1b明显的是，导向叶片6的开放状态下两个相邻的第二剖面头部10的连接线的长度S₂与两个相邻的移动叶片4之间的入口宽度S₃遵循以下关系式：0.45≤S₂/S₃≤3.2。在一种变体中，0.65≤S₂/S₃≤1.7也适用，在特别优选的变体中，0.92≤S₂/S₃≤1.25。两个移动叶片4之间的流体面积A_TR(图中未示出)与两个导向叶片6之间的入口面积A_LS(同样在图中未示出)之比遵循以下关系式：0.36≤A_LS/A_TR≤3.82。在一种变体中，0.52≤A_LS/A_TR≤2.05甚至适用。在另一变体中，0.74≤A_LS/A_TR≤1.5甚至适用。此时，两个移动叶片4之间的入口面积A_TR由关系式A_TR＝h_TR S₃限定，且两个导向叶片6之间的入口面积A_LS由关系式A_LS＝h_LS S₂限定。此时，h₂为导向叶片6沿着它们的旋转轴向(图1b中)的高度，只有旋转中心P是明显的，旋转轴线通过该旋转中心P延伸，且h3为涡轮机叶轮入口处的移动叶片的高度，该高度在图1b中以用于移动叶片4的附图标记17示例性标出。

最后，以下关系式适用于移动叶片4的高度h_TR与导向叶片6的高度h_LS之比：0.8≤h_LS/h_TR≤1.2。在一种变体中，0.9≤h_LS/h_TR≤1.1也适用。在此情况下，上述高度h_LS、h_TR与正交于附图的绘图方向布置的垂直方向H有关。对于移动叶片4的直径D_TR与移动叶片4的高度h_TR之比，以下关系式适用：0.1≤h_TR/D_TR≤0.2。在优选的变体中，适用0.12≤h_TR/D_TR≤0.18，且在另一变体中，甚至适用0.13≤h_TR/D_TR≤0.16。

在上述各图的实施例中，封闭位置处的两个相邻导向叶片6的重叠部分和导向叶片的长度L_LS还适用：

0.05*L_LS≤Δ≤0.4*L_LS，优选0,1*L_LS≤Δ≤0.3*L_LS，最优选0.15*L_LS≤Δ≤0.2*L_LS。在此，两个相邻导向叶片6的重叠区域的Δ在它们的纵向剖面中，在它们的封闭位置中延伸，该封闭位置因此从某一导向叶片6的第一剖面头部9延伸远至与该导向叶片4相邻的导向叶片6的第二剖面头部10处。

如图2所示，纵向剖面中的导向叶片6各自可具有剖面底面12a和剖面顶面12b，该剖面底面12a一些区以凸出的方式形成，该剖面顶面12b以凸出的方式形成。以凸出的方式形成的剖面底面12a的区由此具有低点P₁。类似地，以凹入的方式形成的剖面底面12a的区具有高点P₂，剖面顶面12b具有高点P₃。

由图2的图示，还显然的是，背离涡轮机叶轮3的第一剖面头部9确定笛卡尔坐标系的原点。该坐标系的X轴方向由剖面弦11限定。因此，该坐标系的Y轴方向背离第一剖面头部9正交于X轴方向延伸。第一剖面头部9和导向叶片的旋转中心P之间的距离x_p与第一剖面头部9和X轴方向上的低点P₁之间的距离满足以下关系式：(x_p–x₁)/x_p>0.8。

因此，如上限定的距离x₁与第一剖面头部9和低点P₁之间的距离y₁满足Y轴方向上的以下关系式：y₁/x₁<0.4。

现参见图3所示，图3示了纵向剖面中与图2正交的导向叶片6，明显的是，在导向叶片6的纵向剖面中，中心线14由剖面顶面12b和剖面底面12a之间的多个辅助圆15限定。对于限定第一剖面头部9的第一辅助圆k₁的半径，条件r/x_p>0.08或r/x_p<0.045适用。

对于导向叶片的旋转中心P的X轴坐标x_p，在一个示例性实施方式的变体中，适用0.03≤r/x_p，优选0.07≤r/x_p，最优选0.11≤r/x_p。在替代于此的变体中，对比而言，适用r/x_p≤0.4，优选r/x_p≤0.38，最优选r/x_p≤0.35。

在图3的实施例示出的导向叶片6的纵向剖面中，以下关系式适用于分配给第一剖面头部9的第一辅助圆15₁的直径k₁，对于分配给第二剖面头部10的第一辅助圆15₂的直径k₂，辅助圆15_max具有最大的直径k_max：

1≤k_max/k₁≤20，以及1≤k_max/k₂≤10。

在图2和图3所示的笛卡尔坐标系中，以下点由此如以上解释所作定义，用X坐标和Y坐标：

-导向叶片的旋转中心P的笛卡尔坐标x_p,y_p，

-凸出的剖面底面12a的低点P₁的笛卡尔坐标x₁,y₁，

-凹入的剖面底面12a的高点P₂的笛卡尔坐标x₂,y₂，

-凸出的剖面顶面12b的高点P₃的笛卡尔坐标x₃,y₃。

此外，根据图2，凸出的剖面底面12a与剖面弦11的交点P₅被限定在导向叶片6的纵向剖面中，在笛卡尔坐标系中该交点P₅分别具有X坐标和Y坐标x₅,y₅。因此，根据图2，凹入的剖面底面12a与剖面弦11的交点P₆也被限定在导向叶片6的纵向剖面中，在笛卡尔坐标系中该交点P₅分别具有X坐标和Y坐标x₆,y₆。通过笛卡尔坐标x₄,y₄，中心线14的高点P₄得以限定。

对于上文限定的交点P₅和P₆，以下关系式适用于极点P₁,P₂,P_3,P₄，并适用于图2中示出的纵向剖面中的导向叶片6的导向叶片旋转中心P，这与常规导向叶片相比得到了改善：

-0.7≤(x_p–x₃)/x_p≤0.7，

-1.5≤(x_p–x₅)/x_p≤1.5，

-0.7≤(x_p–x₄)/x_p≤0.7，

-1.7≤(x_p–x₂)/x_p≤1.7，

-2.0≤(x_p–x₆)/x_p≤1.7，

-1.5≤(x₂–x₅)/(x₆–x₂)≤1.5，以及

-1.5≤(x₆–x₂)/(x₂–x₅)≤1.5。

同时，以下关系式适用：

0≤y_p/y₄≤2，

0≤y_p/y₁≤5，

0≤y₂/y_p≤.7，以及

0≤y₃/y₁≤5。

对于导向叶片的旋转中心P距离X轴方向上的第一剖面头部9的距离x_p的位置，以下关系式适用：

0.3L_剖面弦<x_p<0.5L_剖面弦，

其中，L_剖面弦为剖面弦11的长度。

同时，不等式0≤y_p/y₃≤1可适用于导向叶片的旋转中心P的Y坐标相对于凸出的剖面顶面12b的高点P₃的Y坐标。根据优选的变体，甚至适用0.6≤y_p/y₃≤0.9，且根据特别优选的变体，适用0.65≤y_p/y₃≤0.73。

此外，以下关系式适用于第一极点P₁的笛卡尔坐标。根据优选的变体，以下关系式适用：0≤y₁/x₁≤0.4，优选0≤x₁/y₁≤0.3，甚至特别优选0≤y₁/x₁≤0.2。然而，替代于此，还可适用以下关系式：0.80≤y₁/x₁≤1.5，在优选的变体中适用0.90≤y₁/x₁≤1,3，最优选1.0≤y₁/x₁≤1.1。

此外，关系式0.8≤(x_p–x₁)/x_p，优选0.9≤(x_p–x1)/x_p，最优选0.99≤(x_p-x₁)/x_p可适用于低点P₁的X坐标x₁和导向叶片的旋转中心P的X坐标x_p。在替代于此的变体中，对比而言，导向叶片6满足纵向剖面的以下条件：

(x_p-x₁)/x_p≤0.3，优选(x_p-x₁)/x_p≤0.2，最优选(x_p–x₁)/x_p≤0.1。

参见图2的纵向剖面，明显的是，剖面底面12a和剖面顶面12b之间的中心线14被导向叶片的旋转中心P分为具有弦长L₁的第一弦13a以及具有弦长L₂的第二弦13b。两个弦13a,13b是旋转中心P与第一或第二剖面头部9,10的连接线。在此情况下，导向叶片6的L₁和L₂之间的关系式为0.5≤L₁/L₂≤1.0。优选地，适用0.6≤L₁/L₂≤1,0，甚至最优选0.7≤L₁/L₂≤1。

Claims (15)

1.一种特别用于机动车的废气涡轮增压器(1)，包括：

涡轮机壳(2)；

涡轮机叶轮(3)，所述涡轮机叶轮(3)包括第一数量(n_TR)的移动叶片(4)，并围绕涡轮机叶轮的旋转中心(D)相对于所述涡轮机壳(2)能旋转，并具有涡轮机叶轮半径(R_TR)；

可变的涡轮机几何形状(5)，包括叶片轴环，在所述叶片轴承环上任何情况下均围绕导向叶片的旋转中心(P)可旋转地安装有第二数目(n_LS)的导向叶片(6)，其中，所述导向叶片(6)在封闭位置和开放位置之间是可调节的，在所述封闭位置处导向叶片(6)之间用于废气流过的流体横截面最小，在所述开放位置处所述流体横截面最大；

其中，纵向剖面上的每个导向叶片(6)包括背向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第一剖面头部(9,10)以及面向涡轮机叶轮的旋转中心(D)的第二剖面头部(9,10)，所述第一剖面头部与所述第二剖面头部的直的连接线限定了剖面弦(11)；

其中，所述第二剖面头部(10)距离所述导向叶片(6)的开放位置处的涡轮机叶轮的旋转中心(D)的距离R_TE与所述涡轮机叶轮(3)的半径R_TR满足以下关系：1.03≤R_TE/R_TR≤1.06。

2.根据权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述距离(R_TE)和所述涡轮机叶轮的半径(R_TR)满足以下关系式：

1.04≤R_TE/R_TR≤1.06，

优选1.04≤R_TE/R_TR≤1.05。

3.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，

在所述导向叶片(6)的纵向剖面中，中心线(14)被导向叶片的旋转中心(P)分成弦长为L₁的第一弦(13a)和弦长为L₂,的第二弦(13b)；

其中，通过所述导向叶片的旋转中心(P)与所述第一剖面线头部(9)的连接直线限定所述第一弦(13a)，以及通过所述导向叶片的旋转中心(P)与第二剖面线头部(10)的连接直线来限定第二弦(13b)。

4.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述导向叶片(6)以如下方式设计：进入所述涡轮机壳(2)的废气以相对于在所述导向叶片(6)位于它们的封闭位置时的第一弦(13a)的流入角α<4°冲击所述导向叶片(6)。

5.根据权利要求3或4所述的废气涡轮增压器，其特征在于，连接涡轮机叶轮的旋转中心(D)和第二剖面头部(10)的连接直线(16)与所述第一弦(13a)之间的角(ξ₂)位于以下角度间隔中：

35°≤ξ₂≤55°，在所述导向叶片(6)相对于它们的旋转位置位于开放位置的情况下，以及

95°≤ξ₂≤110°，在所述导向叶片(6)相对于它们的旋转位置位于封闭位置的情况下。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于，连接所述涡轮机叶轮的旋转中心(D)和所述第二剖面头部(10)的连接直线(16)与所述第二弦(13b)之间的角(ξ₁)满足以下两个关系式之一：

1.4≤ξ₂/ξ₁≤1.6，或

1.2≤ξ₂/ξ₁≤1.4。

7.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，角度(χ)和纵向剖面(6)中的移动叶片(4)的开放角(κ)遵循以下关系式，所述角度(χ)相对于两个相邻的导向叶片旋转中心(P)之间的涡轮机叶轮旋转中心(D)形成为顶点：

0.4≤χ/κ≤2.4，

优选0.6≤χ/κ≤1.7，

最优选0.9≤χ/κ≤1.2。

8.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，开放状态的所述导向叶片(6)中两个相邻的第二剖面头部(10)的连接线长度(S₂)与两个相邻的移动叶片(4)之间的入口宽度(S₃)遵循以下关系式：

0.45≤S₂/S₃≤3.2，

优选0.65≤S₂/S₃≤1.7，

最优选0.92≤S₂/S₃≤1.25。

9.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，两个移动叶片(4)之间的流体面积(A_TR)相对于两个导向叶片(6)之间的入口面积(A_LS)遵循以下关系式：

0.36≤A_LS/A_TR≤3.82，

优选0.52≤A_LS/A_TR≤2.05，

最优选0.74≤A_LS/A_TR≤1.5。

10.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，移动叶片(4)的高度(h_TR)相对于导向叶片(6)的高度(h_LS)之比遵循以下关系式：

0.8≤h_LS/h_TR≤1.2，

优选0.9≤h_LS/h_TR≤1.1。

11.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，所述移动叶片(4)的直径(D_TR)相对于所述移动叶片(4)的高度(h_TR)之比遵循以下关系式：

0.1≤h_TR/D_TR≤0.2，

优选0.12≤h_TR/D_TR≤0.18，

最优选0.13≤h_TR/D_TR≤0.16。

12.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，在所述导向叶片(6)的纵向剖面的笛卡尔坐标系中，限定以下各点的X坐标和Y坐标：

x_p,y_p：导向叶片的旋转中心的笛卡尔坐标，

x₁,y₁：凸出的剖面底面(12a)的低点(P₁)，

x₂,y₂：凹入的剖面底面(12a)的高度(P₂)，

x₃,y₃：凸出的剖面顶面(12b)的高度(P₃)，

x₄,y₄：中心线(14)的高点(P₄)，

x₅,y₅：凸出的剖面底面(12a)与剖面弦(11)的交点(P₅)，

x₆,y₆：凸出的剖面底面(12a)与剖面弦(11)的交点(P₆)，

0≤y_p/y₄≤2，

0≤y_p/y₁≤5，

0≤y₂/y_p≤0.7。

13.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，在所述导向叶片(6)的纵向剖面中，以下关系式适用：

0.3L_剖面弦<x_p<0.5L_剖面弦，

其中，L_剖面弦为剖面弦11的长度。

14.根据权利要求12或13所述的废气涡轮增压器，其特征在于，在所述导向叶片(6)的纵向剖面中，以下关系式适用：

0≤y_p/y₃≤1，

优选0.6≤y_p/y₃≤0.9，

最优选0.65≤y_p/y₃≤0.73。

15.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，在所述导向叶片(6)的纵向剖面中，以下关系式适用：

0≤|y₁|/x₁≤1.5；

优选0.8≤|y₁|/x₁≤1.4；

最优选1.0≤|y₁|/x₁≤1.3。