CN1650097A - 用于可变几何形状的涡轮增压器的改进的叶片设计 - Google Patents

Abstract

本发明的改进的叶片构造为用于可变几何形状的涡轮增压器组件内。每个叶片包括邻近涡轮叶轮定位的内机翼表面，以及与内机翼表面相对定位的外机翼表面。该内外机翼表面限定叶片机翼厚度。每个叶片包括沿着第一内外机翼表面接合点定位的前缘、沿着第二内外机翼表面接合点定位的后缘，设置在大致平行于外部喷嘴壁的第一轴向叶片表面内的孔，用于在其中容纳各个柱，以及从与第一叶片表面相对的第二轴向叶片表面延伸的致动凸出部。本发明的改进的叶片的关键特征在于它们具有大于如在叶片前缘和后缘之间测量的叶片的长度的大约0.16倍的机翼厚度。

Description

用于可变几何形状的涡轮增压器的改进的叶片设计

相关共同未决的专利申请

本专利申请是2001年1月16日提交的序列号为No.09/761277的美国专利申请的部分继续申请，以及是2002年3月1日提交的题为“Improved Vane Variable Nozzle Turbocharger”的美国临时专利申请，律师案卷号为A510：47882的部分继续申请。

技术领域

本发明总的涉及可变几何形状的涡轮增压器的领域，更具体的，涉及一种用于叶片的改进的叶片设计，这些叶片用于设置在可变几何形状的涡轮增压器中的多个翼空气动力学叶片，以便最大化涡轮增压器中的流动效率。

背景技术

用于汽油和柴油内燃机的涡轮增压器是本领域中已知的装置，其通过使用离开发动机的排放气体的热和体积流来用于加压或者升压吸入的空气流，发送到发动机的燃烧室。特别是，离开发动机的排放气体以这样的方式发送到涡轮增压器的涡轮壳体中，即，引起由排放气体驱动涡轮在壳体内旋转。该排放气体驱动的涡轮安装到与径向空气压缩机共有的轴的一端，该径向空气压缩机安装到轴的相对端上，且容纳在压缩机壳体中。这样，涡轮的旋转动作也引起空气压缩机在与涡轮壳体分离的涡轮增压器的压缩机壳体内旋转。空气压缩机的旋转动作引起吸入空气进入压缩机壳体，且在其与燃料混合以及在发动机燃烧室内燃烧前被加压或者升压到需要的量。

在涡轮增压器中，通常需要控制排放气体到涡轮的流量，以提高涡轮增压器的效率或者工作范围。可变几何形状的涡轮增压器(VGT)成形为解决该需要。一种类型的这样的VGT是具有可变排放喷嘴的一个，称为可变喷嘴涡轮增压器。可变喷嘴的不同形状已经用于可变喷嘴涡轮增压器中，以控制排放气流。在这样的VGT中实现排放气流控制采用的一种方法包括使用多个枢转叶片，其围绕涡轮入口环形定位。该枢转叶片被共同地控制，以改变叶片之间的通道的喷口面积，从而起控制进入涡轮的排放气体流的作用。

为了确保这样的VGT的正确的和可靠的操作，单个叶片成形和组装在涡轮壳体内来响应于需要的排放气体流控制致动来自由地移动或者枢转是重要的。因为这些枢转叶片在涡轮增压器工作期间经历几百万次的高温周期，所以任何这样的枢转机构是能够在这样的循环温度条件下可重复地起作用而不承受任何循环温度相关的材料或者机械问题或者故障的机构是必须的。

已知的多叶片VGT包括每个成形为具有从其向外突出的轴的叶片，每个这样的轴定位在涡轮壳体或者喷嘴壁中的各个轴开口内。当叶片被共同地致动，以相对于在各个开口内的它们的轴枢转时，已经发现，这样的叶片接附和枢转机构不是没有它的问题的。

例如，为了确保具有开口的叶片轴的自由枢转运动，轴完全垂直地从叶片突出是重要的，从而避免叶片枢转运动的不期望的约束或者另外的损坏。二次伸直或者加工操作有时是必须的，以确保叶片轴的垂直，该二次操作可能是费时和昂贵的。另外，这种类型的叶片接附和枢转机构可能在致动时在叶片轴上产生高悬臂载荷，这也可能损害自由叶片枢转运动，且其可能最终导致叶片材料或者机械故障。

这样的VGT的例子是这样的一个VGT，其包括设置在涡轮增压器的涡轮增压器壳体内的可移动的调和环，以及可旋转地设置在壳体内且连接到调和环的多个叶片。该多个叶片插入排放气体入口和涡轮叶轮之间的涡轮壳体内。调和环工作为从关闭位置(限制排放气体到涡轮叶轮的通道)到开启位置(允许排放气体到涡轮叶轮的通道)协调地旋转叶片，以便控制涡轮增压器，以以有助于优化到发动机的气流的方式来进行。这样的VGT的例子在美国专利No.6269642中披露，其通过引证在此引入。

用于这样的已知VGT中的叶片的特征在于具有Aslim@空气动力学叶片形状，即，具有细的机翼或者径向厚度(即，限定在叶片外表面和叶片内表面之间的其最厚区域处)。总的来说，传统的叶片具有小于大约叶片长度(如在叶片前端和后缘之间测量的)的约0.14的机翼厚度，且其可以在从叶片长度的大约0.05到0.14的范围内。虽然这样的传统的薄的或者细的机翼叶片对于在VGT中提供峰值空气动力学效率是有用的，但是该特殊的叶片设计限制了在涡轮增压器内的叶片的整个运动范围的流量调节比和涡轮效率。

因此，需要构造叶片枢转机构，以通过这样的方式与可变喷嘴涡轮增压器一起使用，即，当与传统的叶片枢转机构相比时，其提供改进的叶片可操作稳定性。还需要构造一种改进的叶片形状，其提供类似于传统的薄机翼叶片形状或者比传统的薄机翼叶片形状更好的喷口面积，同时当与传统的薄机翼叶片形状相比时，其提供改进的喷口面积调节比，以及在叶片运动的整个范围的改进的涡轮效率。

发明内容

本发明的改进的叶片构造为用于VGT中。该VGT包括具有排放气体入口和出口的涡轮壳体、连接到入口的蜗壳，以及邻近蜗壳的喷嘴壁。涡轮叶轮支承在涡轮壳体内，且接附到轴。多个这样改进的叶片在排放气体入口和涡轮叶轮之间设置在涡轮壳体内。

每个改进的叶片包括邻近涡轮叶轮定位的内机翼表面，以及与内机翼表面相对定位的外机翼表面。该内外机翼表面限定叶片机翼厚度。叶片前缘或者前端沿着第一内外机翼表面接合点定位，叶片后缘沿着第二内外表面接合点定位。每个叶片包括设置在大致平行于外部喷嘴壁的第一轴向叶片表面内的孔，用于在其中容纳各个从喷嘴壁向外突出的柱。每个叶片还包括从与第一叶片表面相对的第二轴向叶片表面延伸的致动凸出部。

本发明的改进的叶片的关键特征在于，它们具有比传统的Aslim@叶片厚的机翼厚度。在一个实施例中，本发明的改进的叶片具有大于在叶片前缘和后缘之间测量的叶片的长度的大约0.16倍的机翼厚度。另外，本发明的改进的叶片的实施例可以具有包括邻近叶片前缘的凸起部分和邻近叶片后缘的凹进部分的复杂成形的内表面。

附图说明

参考下面的附图将更加清楚地明白本发明，其中：

图1是用于使用传统的叶片的可变几何形状的涡轮增压器的涡轮壳体的分解的立体图；

图2是具有槽的调和环的顶视图，其示出了在不同的叶片工作位置中与无杆薄叶片的凸出部的接合；

图3是图2的无杆薄叶片的详细视图；

图4是根据本发明的原理构造的改进的叶片的详细视图；

图5A到5C是本发明的不同的改进的叶片设计的正视侧视图；

图6是本发明的改进的叶片装配到涡轮增压器壳体中的分解示意图；

图7是本发明的第一个实施例的改进的叶片在不同的叶片工作位置中的顶视图；

图8是本发明的第二个实施例的改进的叶片在不同的叶片工作位置中的顶视图；

图9是本发明的第三个实施例的改进的叶片在不同的叶片工作位置中的顶视图；

图10是示出了对于传统的薄叶片相对于本发明的改进的叶片设计的喷口面积相对于叶片旋转数据的比较的图；以及

图11是示出了对于传统的薄叶片相对于本发明的改进的叶片设计的效率相对于流量数据的图。

具体实施方式

根据本发明的原理构造的本发明包括用于VGT的改进的叶片，其成形为具有无杆设计，以及具有修改的机翼轮廓和厚度，以便最小化不需要的空气动力学作用，以及改进工作效率，例如，当与传统的Aslim@机翼厚度叶片相比时，提供改进的喷口面积下降。

VGT通常包括具有在一端接附的涡轮壳体的中心壳体，以及在相对端接附的压缩机壳体。轴可旋转地设置在包含在中心壳体内的轴承组件内。涡轮或者涡轮叶轮接附到一个轴端，且设置在涡轮壳体内，压缩机推进器接附到相对的轴端，且设置在压缩机壳体内。涡轮和压缩机壳体通过在相邻的壳体之间延伸的螺栓来接附到中心壳体。

图1示出了已知VGT10的一部分，包括涡轮壳体12，其具有用于接收排放气体流的标准入口14，以及用于将排放气体引导到发动机的排放系统的出口16。蜗壳连接到排放入口，整体外部喷嘴壁结合在邻近蜗壳的涡轮壳体铸件中。涡轮叶轮17和轴组件18支承在涡轮壳体12内。排放气体，或者供给涡轮增压器的其它高能气体通过入口14进入涡轮壳体，且通过涡轮壳体中的蜗壳分配，以通过圆周喷嘴进口20大致径向输送到涡轮叶轮。

多个叶片22使用轴26安装到加工到涡轮壳体中的喷嘴壁24，这些轴26从叶片垂直向外突出。传统地用于这样的VGT的叶片是薄的上述的薄机翼厚度设计。轴26可旋转地接合在喷嘴壁中的各个开口28内。叶片每个包括从轴的相对侧突出的致动凸出部30，这些凸出部由调和环34中的各个槽32接合，该调和环起第二喷嘴壁的作用。

致动器组件(没有显示)与调和环34连接，且成形为当必要时在一个定向的或者另一个方向上旋转环，以径向向外或者向内移动叶片，以分别增加或者减小到涡轮的排放气体流的量。当调和环旋转时，引起叶片凸出部30在它们各自的槽32中从一个槽端部移动到相对的槽端部。由于槽沿着调和环径向延伸，叶片凸出部30在各个槽32中的移动引起叶片经由叶片轴在各个开口中的旋转而枢转，并且依赖于调和环的旋转方向而径向向外或者向内移动。已知的包括这样的元件的VGT的例子在美国专利No.4679984；4804316；以及6269642中披露，其每个通过引证包括在此。

图2示出了当由调和环致动时，如用于上面所述和所示的VGT的传统的薄叶片36的总的移动模式。然而，该移动模式通常对于已知的薄叶片结构和根据本发明的原理制备的如与VGT一起使用的改进的叶片设计是相同的。每个叶片凸出部42设置在调和环40的各个延长的槽38内。在关闭的位置AA@，叶片凸出部42邻近槽38的第一端部44定位。该位置称为关闭位置，因为叶片不径向向外张开，从而用于限制排放气体流到涡轮。在中间位置AB@，调和环40旋转了足够的量，使得叶片凸出部42在槽38内朝着槽的中间位置移动离开第一槽端部44。该叶片凸出部移动通过叶片相对于喷嘴壁的枢转动作来提供，允许叶片径向向外旋转给定的程度。当与关闭位置AA@相比时，在位置AB@处，叶片的中间径向突出用于增加到涡轮的排放气体流。在位置AC@处，调和环现在旋转到最大位置，引起叶片凸出部42在槽38内移动到第二端部46。再次，这样的进一步的叶片移动通过叶片和喷嘴壁之间的枢转装置来促进，允许叶片径向向外旋转到最大位置。当与中间位置AA@相比时，在位置AC@处，叶片的最大径向突出用于增加到涡轮的排放气体流。

如在上面的技术背景部分描述的，包括如在上面所述和图1中所示的多个可移动的叶片的已知VGT的正确操作需要当由调和环致动时，允许叶片相对于喷嘴壁自由地枢转。这样的自由枢转运动需要叶片轴不在它们各自的喷嘴孔内约束或者另外限制它们的旋转运动。如果从每个叶片突出的轴不是完全垂直的，那么已知的叶片设计会对自由枢转叶片运动产生损害。另外，已知的叶片设计会通过由于叶片轴和孔接附机构产生的施加在叶片上的相对高的悬臂载荷应力而产生对自由枢转叶片运动的损害。

图3示出了本发明的Ashaftless@或者Astemless@叶片50，用于和包括内部径向表面52、相对的外部径向表面54和轴向面56和58的VGT一起使用。这些叶片表面相对于在涡轮壳体内的叶片设置限定。叶片50包括前缘或者前端60，以及在内部和外部径向表面52和54的相对的共同端处的后缘62。如这里使用的，术语前缘用于指叶片的倒圆的前端部部分，且不是趋向于为尖的或者陡峭成角的表面特征。叶片包括离开轴向表面58向外突出且邻近前缘60定位的凸出部64，该凸出部成形为以上述的方式与调和环槽配合，以促进叶片致动。

不像上面描述和在图1和2中所示的已知的叶片设计，叶片50不包括轴。相反，本发明的叶片设计为具有设置在轴向表面56内的孔64，其定尺寸和成形为容纳各个柱68在其中设置(如图3可见)，其中，该柱离开涡轮壳体喷嘴壁垂直向外突出。以这样的方式成形，相对于喷嘴壁的叶片枢转运动通过固定的柱和叶片中的孔之间的相对旋转运动来提供。当与已知的叶片设计和接附机构相比时，由设置在可旋转的叶片孔中的固定的壁柱提供的枢转机构减小了在叶片上的悬臂载荷应力的量，从而用于减小和/或消除对有效叶片运动和工作的潜在损害。

每个柱68可以成形为通过按压装配或者其它传统的接附方法来接附到喷嘴壁，且以与需要的隔开叶片排列相符的大致圆形模式定位在喷嘴壁中。在一个实施例中，柱68成形为具有带有两种不同直径的阶梯设计，其中，第一增大的直径部分70定尺寸和成形为提供喷嘴壁内的可靠按压装配接附，以及其中第二减小的直径部分72定尺寸和成形为从喷嘴壁向外突出，且装配在叶片孔66中，以提供与孔的旋转运动。然而，如下更好地描述的，通过本发明的其它叶片实施例，该柱可以是均匀的直径，即，为没有阶梯的设计。

当在内部和外部径向表面52和54之间测量的，叶片50成形为具有相对薄的机翼厚度。例如，在一个实施例中，叶片长度近似52mm(如沿着叶片前缘和叶片后缘之间的直线测量的)，机翼厚度近似为5mm，或者小于长度的0.1倍。在示例实施例中，这样的薄叶片设计的机翼厚度小于叶片长度的大约0.14倍，例如，在从叶片长度的大约0.05倍到0.14倍的范围内。

叶片50的相对薄的机翼厚度是由相对逐渐弯曲的机翼外部和内部叶片表面54和52而产生的。叶片50的特征在于具有由相对大的曲率半径限定的连续的凸起形的外表面，以及由类似的大的曲率半径限定的连续的凹进形的内表面。对于这样的薄叶片设计的叶片外表面54的曲率半径可以大于叶片长度的大约0.8倍，例如，可以在从叶片长度的大约0.8到1.5倍的范围内。对于这样的薄叶片设计的叶片内表面52的曲率半径可以大于叶片长度的1倍，例如，可以在从叶片长度的大约1到1.8倍的范围内。例如，在一个实施例中，其中，叶片长度为近似52mm，叶片外表面54具有近似57mm的曲率半径，叶片内表面52具有68mm的曲率半径。另外，这样的叶片50的叶片前缘60具有陡峭倒圆形，其由相对小的半径限定。

图4示出了本发明的第一实施例的改进的叶片80，像在上面描述的和在图3中所示的叶片50一样，叶片80包括内部径向表面82、相对的外部径向表面84、轴向表面86和88、前缘或前端90、后缘92、致动凸出部94和柱孔96。叶片80通常以和叶片50相同的方式成形，以与调和环和涡轮壳体配合，以及在涡轮壳体中旋转，以控制排放气体流到涡轮叶轮。

不像薄叶片50，改进的叶片80具有与薄叶片不同的机翼轮廓和机翼厚度。当与传统的薄机翼厚度叶片相比时，本发明的改进的叶片包括具有增加的径向曲率度数即，减小的曲率半径的外表面84。当与传统的薄叶片的相对逐渐地弯曲的外表面相比时，该减小的曲率半径提供了具有增大的弯曲的外部机翼轮廓。该减小的曲率半径也操作为增加叶片的径向或者机翼厚度。

在示例的第一实施例中，本发明的改进的叶片可以具有比叶片长度的大约0.16倍大的机翼或者径向厚度，例如，在从叶片长度(如在叶片前缘和后缘之间的直线测量的)的大约0.16到0.50倍的范围内。在一个例子中，当叶片长度近似为47mm时，机翼厚度近似为12mm或者叶片长度的0.25倍。需要理解，本发明的改进的叶片的确切机翼厚度可以以及将根据具体的VGT和发动机应用而在该总的范围内改变。

如上所述，本发明的第一个实施例的改进的叶片80包括具有相对小的曲率半径的外部机翼表面84。在示侧第一实施例中，本发明的改进的叶片可以具有由小于叶片长度的大约0.8倍的曲率半径，例如，从叶片长度的大约0.1到0.8倍的曲率半径限定的机翼外表面。第一实施例的改进的叶片80具有外观几乎线性的内部机翼表面82，其具有由相对大的曲率半径限定的凸起表面。在示例的第一实施例中，该改进的叶片可以具有由大于叶片长度的大约2倍曲率半径限定的机翼内表面。例如，在一个实施例中，其中，叶片长度大约47mm，叶片外表面84具有近似28mm的曲率半径，叶片内表面82具有近似207mm的曲率半径。

另外，本发明的改进的叶片80具有前缘90，当与传统的薄叶片相比时，其特征在于相对大的曲率半径，以便最小化通过叶片流量范围的入射作用。

图5A到5C示出了与本发明的两个其它改进的叶片实施例相比的本发明的第一实施例的叶片(如图4所示)。图5A示出了本发明的第一个实施例的改进的叶片100，其特征在于内部和外部表面102和104之间的相对大的机翼厚度，以及通常连续的小半径的弯曲外表面104和通常连续的大半径的弯曲内表面102。

图5B示出了本发明的第二个实施例的改进的叶片106，其包括外表面108、内表面110、前缘112、后缘114、致动凸出部116和柱孔118。该第二实施例的叶片包括前缘和内表面，其每个成形为不同于第一个实施例。特别是，前缘112的特征在于具有较大的曲率半径，以便其外表面108的邻近部分定位在距离致动凸出部116更大的距离处，从而增加了邻近前缘的叶片的机翼厚度。示例的第二叶片实施例具有前缘112，其可以由至少为第一个实施例的叶片的前缘的大约1.1倍，例如，第一个实施例的改进的叶片的从约1.1到1.8倍的范围内的曲率半径限定。

另外，与其具有连续的凸起形状(即，由单个曲率半径限定)，内表面110具有由至少两个不同成形的部分限定的复杂的形状。从前缘112移动，内表面具有凸起成形的部分120，其由比前缘的曲率半径大的曲率半径限定，以使前缘形成轮廓或者弯曲成内表面。凸起成形的部分120从前缘116延伸到刚好通过凸出部116。从凸起成形的部分102移动，内表面具有凹进成形的部分122，其延伸到叶片后缘122。

当与第一实施例的改进的叶片相比时，该第二叶片实施例的放大的和向上定位的前缘和复杂成形的内表面操作为提供另外的空气动力学作用。该叶片产生复杂的压力场，进入叶片系统，通过和离开叶片系统。表面压力乘其到围绕整个叶片的枢转点的距离的积分导致叶片上的净转矩。该转矩必须由叶片凸出部和致动系统起作用，且在致动力大小中是关键因素，以及在叶片机构的磨损中也是重要的影响。压力场在整个叶片工作范围较大地变化。该现象的详细研究显示了，当叶片处于更加关闭的位置时，可以产生高叶片闭合力，因为有较大的流动加速度，且导致通过叶片的压降。通过制作通道的汇聚，流动通过通道的加速的速度可以被控制，这样给定了控制压力从而控制在叶片上的净转矩的能力。控制叶片上的净转矩允许最小化在叶片系统中的力，导致减小的磨损，以及较小的致动系统。

内表面110的复杂的和成轮廓的形状操作为增加排放气体在进入喷口面积以前的沿着叶片的流动通道。另外，内表面110的特殊成轮廓的形状影响叶片上的净转矩在于，其提供了在相反方向上的净转矩。

共同的，第二叶片实施例前缘和内表面操作为在工作期间减小通过叶片的压力损耗的量，因为通过叶片之间的排放气体通过为汇聚通道，而不是平行通道，从而较大地减小了喷口上游的排放气体速度，其导致通过叶片通道的较小的气体摩擦损耗。

图5C示出了本发明的第三个实施例的改进的叶片124，其包括外表面126、内表面128、前缘130、后缘132、致动凸出部134和柱孔136。像第二个叶片实施例一样，第三个实施例的叶片也包括不同于第一个实施例成形的前缘和内表面。特殊的，前缘130的特征在于具有稍微小一些的曲率半径，且内表面包括复杂成形的，其特征在于三个不同成形的部分。

与其由连续的凸起弧限定(即，由单个曲率半径限定)，内表面128具有由至少三个不同成形的部分限定的复杂的形状。从前缘130移动，内表面具有向下倾斜的通常平的部分138，其以近似45度的角度离开邻近凸出部134的叶片前缘延伸。该倾斜的部分138延伸小于沿着内表面的总的距离的大约1/4，并且过渡到凸起部分140。该凸起部分由通常比用于限定外表面126的弧的曲率半径小的曲率半径限定。该凸起部分140沿着内表面延伸到叶片的大约中点，并且限定叶片的最大机翼厚度的点。这样，该第三个实施例的叶片具有比第一和第二叶片的实施例的厚度大的机翼厚度。

共同的，当与第一或者第二改进的叶片实施例相比时，倾斜的部分138和凸起部分给定叶片的上游部分的明显向下突出。该设计提供了类似于第二个叶片实施例的空气动力学改进，只是稍微更加明显，诸如由于跨过叶片的减小的压降而增加的效率。该具体的设计的特征为使得汇聚通道更加明显，增大前述的效果，以及朝着更多的径向进口移动流，其中，优化的流动角度出现在更加关闭的叶片位置。

图6示出了根据本发明的原理构造的改进的叶片150通过使用适当定尺寸和成形的柱154来放置在VGT涡轮壳体152内。尽管以上描述和显示了与图3的薄叶片一起使用的带阶梯的柱，但是上面披露的第一、第二和第三改进的叶片实施例构造为通过单一直径的柱来可枢转地接附到涡轮壳体。在图6中显示的柱154包括带倒钩的头部156，以便提供永久按压装配到形成在涡轮壳体中的孔158中。本发明的这样接附的、改进的叶片以上述的方式在VGT内组装、安装和工作。

图7示出了当设置在VGT中，且通过上面描述和显示的调和环来致动时，在图4和5A中所示的本发明的第一个实施例的改进的叶片160的运动模式。为了显示叶片如何在VGT中相互关联，为每个不同的工作位置设置一对邻近的叶片。在关闭的位置AA@，叶片通过调和环(通过凸出部在槽中合作)操作，以朝着涡轮叶轮径向向内定位每个叶片前缘，从而用于关闭和限制排放气体流过叶片和到达涡轮。在中间位置AB@，调和环旋转了足够的量，以径向向外移动叶片前缘，从而使得当与关闭位置AA@相比时，叶片增加排放气体到涡轮的流。在位置AC@处，调和环旋转到最大位置，引起叶片160径向向外枢转到最大位置，从而当与中间位置AA@相比时，提供了到涡轮的最大排放气体流。

在关闭位置AA@，人们可以看到相邻的叶片之间的排放气体通道161由包括叶片外部和内部机翼表面162和164的相对的大致平行的表面限定。如上所述，该平行的气体通道导致涡轮壳体内的大压力损耗。通过叶片的压力损耗减小了涡轮的压差，这样降低了效率。

图8示出了当设置在VGT中，且通过上面描述和显示的调和环来致动时，在图5B中所示的本发明的第二个实施例的改进的叶片166的运动模式。该第二个实施例的改进的叶片以上述的对于第一改进的叶片实施例相同的方式工作。该第二个改进的叶片实施例的关键特征在于(不像第一个叶片实施例)，当设置在关闭的位置AA@时，人们可以看到相邻的叶片之间的排放流通道168由通过叶片外部和内部机翼表面170和172形成的相对的汇聚表面限定。

特别的，当设置在关闭位置@A@时，一个叶片的后缘171邻近相邻叶片的内表面凸起部分173定位，以关闭排放气流。如上所述，当与第一个实施例的改进的叶片相比时，汇聚气体通道导致涡轮壳体内的减小的压力损耗。

图9示出了当设置在VGT中，且通过上面描述和显示的调和环来致动时，在图5C中所示的本发明的第三个实施例的改进的叶片174的运动模式。该第三个实施例的改进的叶片以上述的对于第一和第二改进的叶片实施例相同的方式工作。像第二个叶片实施例一样，第三个改进的叶片的实施例(当设置在关闭位置AA@时)提供在相邻的叶片之间由通过叶片外部和内部机翼表面178和180形成的相对的汇聚表面限定的排放流通道176。

特别的，当设置在关闭位置@A@时，一个叶片的后缘182邻近相邻叶片的内表面凸起部分184定位，以关闭排放气流。如上所述，当与第一个实施例的改进的叶片相比时，汇聚气体通道导致涡轮壳体内的减小的压力损耗。

通常，本发明的改进的叶片设计利用特别厚的机翼的阻塞效果，以产生用于固定量的叶片旋转较高的面积下降。在喷流中的增加的机翼厚度在Avanes closed@位置比在Avanes open@位置中对喷口面积的影响更大。通过较大地增加叶片的厚度，以及稍微增加叶片的轴向宽度，获得了相同的最大喷口面积。

当叶片旋转关闭时，喷口面积以较高的速度减小。这样的另外的优点在于固定的面积下降，需要叶片的较小旋转。叶片的较小的旋转导致从优化流向量的较小的偏差(大约从径向70度)，这样增加了偏离设计的效率。

图10图示了对于薄的叶片和本发明的改进的叶片的每一个的喷口面积的变化作为叶片旋转的函数。该图示出了，对于给定的叶片旋转，从大约1.5度到20度，本发明的改进的叶片设计提供了比传统的薄叶片设计更大量的喷口面积。该喷口面积下降率(由最小面积除的最大面积)从对于薄的叶片的4.3增加到对于本发明的改进的叶片设计的8.7。这显示为20度的叶片旋转。

图11图示了对于薄的叶片和本发明的改进的叶片的每一个的效率差作为流量的函数。该图示出了，对于给定的流量，本发明的改进的叶片提供了比薄的叶片更高的效率。尽管使用本发明的改进的叶片可以获得的最大流量比薄的叶片的流量要小，但是效率更高和更宽。另外，对于改进的叶片的流量曲线变化到较低的值，表示在较低的发动机工作条件下的较高的工作效率。

本发明的改进的叶片可以由相同类型的材料，以及以相同的方式形成，如用于形成传统的现有技术的叶片一样。这些叶片可以具有大致固定的设计，或者可以成形为具有带芯的外部设计。在示例的实施例中，本发明的改进的叶片成形为具有带芯的外部轴向表面。该带芯的外部设计是优选的，因为发现当与传统的现有技术叶片相比时，其提供了更好的可成形性，较高水平的硬度，生产成本更加有效，以及具有减小的质量。

现在已经详细描述了本发明，如由专利条例所要求的，本领域中的普通技术人员可以认识到对这里披露的具体实施例的修改和替代。这样的修改是在本发明的范围和目的内的。

Claims (9)

1.一种用于可变几何形状的涡轮增压器的叶片，该叶片包括：

内机翼表面；

与内机翼表面相对定位的外机翼表面，该内外机翼表面限定叶片机翼厚度；

沿着第一内外机翼表面接合点定位的前缘；以及

沿着第二内外机翼表面接合点定位的后缘；

其中，叶片具有大于在叶片前缘和后缘之间测量的叶片的长度的大约0.16倍的机翼厚度；以及

其中，内部机翼表面包括从叶片前缘移动到叶片后缘的凸起表面部分和凹进表面部分。

2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，该外部机翼表面包括凸起表面，其具有小于叶片长度的大约0.8倍的曲率半径。

3.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，每个叶片具有在从叶片长度的大约0.16到0.5倍的范围的机翼厚度。

4.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，还包括设置在大致平行于喷嘴壁的第一轴向叶片表面内的孔，用于在其中容纳各个柱。

5.一种可变几何形状的涡轮增压器组件，其包括：

具有排放气体入口和出口的涡轮壳体、连接到入口的蜗壳，以及邻近蜗壳的喷嘴壁；

涡轮叶轮支承在涡轮壳体内，且接附到轴；

多个叶片在排放气体入口和涡轮叶轮之间设置在涡轮壳体内，每个叶片包括：

邻近涡轮叶轮定位的内机翼表面；

与内机翼表面相对定位的外机翼表面，该内外机翼表面限定叶片机翼厚度；

沿着第一内外机翼表面接合点定位的前缘；

沿着第二内外机翼表面接合点定位的后缘；以及

设置在大致平行于喷嘴壁的第一轴向叶片表面内的孔，用于在其中容纳各个柱，所述柱从喷嘴壁朝着涡轮叶轮突出；

其中，叶片具有大于在叶片前缘和后缘之间测量的叶片的长度的大约0.16倍的机翼厚度；以及

其中，内部机翼表面包括分别从叶片前缘移动到叶片后缘的凸起表面部分和凹进表面部分。

6.如权利要求5所述的可变几何形状的涡轮增压器组件，其特征在于，每个叶片具有在从叶片长度的大约0.16到0.5倍的范围的机翼厚度。

7.如权利要求5所述的可变几何形状的涡轮增压器组件，其特征在于，该外部机翼表面包括凸起表面，其具有小于叶片长度的大约0.8倍的曲率半径。

8.一种可变几何形状的涡轮增压器组件，其包括：

具有排放气体入口和排放气体出口的涡轮壳体、连接到入口的蜗壳，以及邻近蜗壳的一体的外部喷嘴壁，该喷嘴壁包括多个从其向外突出的柱；

涡轮叶轮支承在涡轮壳体内，且接附到轴；

多个叶片可枢转地设置在涡轮壳体内，每个叶片包括：

邻近涡轮叶轮定位的内机翼表面；

与内机翼表面相对定位的外机翼表面，该内外机翼表面限定叶片机翼厚度；

沿着第一内外机翼表面接合点定位的前缘；

沿着第二内外机翼表面接合点定位的后缘；其中，机翼厚度至少为在前缘和后缘之间测量的叶片的长度的大约0.16倍；以及其中，内部机翼表面具有邻近前缘的凸起表面部分和邻近后缘的凹进表面部分；

设置在大致平行于一体的外部喷嘴壁定位的轴向叶片表面内的孔，每个叶片孔用于在其中容纳各个柱的设置，用于提供枢转叶片运动，每个叶片还包括从与这些孔相对的轴向叶片表面向外延伸的伸长的致动凸出部；

环形的调和环设置在涡轮壳体内，且轴向邻近每个叶片提供致动凸出部的轴向叶片表面定位，调和环具有多个槽，以在其中容纳各个叶片凸出部，其中，每个槽成形为提供各个凸出部的非旋转的滑动运动；以及

用于在涡轮壳体内沿着通过轴的轴线旋转调和环的装置，其中，环的旋转引起凸出部在各个槽内滑动，以及引起叶片相对于轴径向向内或者向外移动，通过每个叶片围绕相应柱的枢转动作来促进这样的径向叶片运动。

9.如权利要求8所述的可变几何形状的涡轮增压器组件，其特征在于，该外部机翼表面包括凸起表面，其具有小于叶片长度的大约0.8倍的曲率半径。

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